Nghiên cứu thiết kế thiết bị khí hóa than hơi nước loại ghi quay cấp liệu liên tục

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
--------------------

PHẠM BÁ THẢO

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ THIẾT BỊ
KHÍ HĨA THAN HƠI NƯỚC LOẠI GHI
QUAY CẤP LIỆU LIÊN TỤC

Chuyên ngành:
Mã số:

KỸ THUẬT NHIỆT

605280

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, THÁNG 6 NĂM 2014


i

CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS. NGUYỄN VĂN TUYÊN ....................
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Cán bộ chấm nhận xét 1 : ...........................................................................
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Cán bộ chấm nhận xét 2 : ...........................................................................

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp.
HCM ngày . . . . . tháng . . . . năm . . . . .
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ)
1. ..............................................................
2. ..............................................................
3. ..............................................................
4. ..............................................................
5. ..............................................................
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý
chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA CƠ KHÍ


ii

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: PHẠM BÁ THẢO ........................................ MSHV: 12060483 .........

Ngày, tháng, năm sinh: 02/02/1973 ........................................... Nơi sinh: Thanh Hóa

Chuyên ngành: KỸ THUẬT NHIỆT ....................................... Mã số : .......................
I. TÊN ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ THIẾT BỊ KHÍ HĨA THAN HƠI NƯỚC LOẠI
GHI QUAY CẤP LIỆU LIÊN TỤC
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
1. Nghiên cứu tổng quan cơ sở lý thuyết thiết bị khí hóa than hơi nước loại ghi quay cấp
liệu liên tục ...................................................................................................................
2. Khảo sát chế độ vân hành và hiệu suất của khí hóa than hơi nước .................................
3. Tính tốn xác định kích thước buồng khí hóa than hơi nước .........................................
4. Tính tốn lượng tiêu hao nhiên liệu ................................................................................
5. Xây dựng trình tự thiết kế thiết bị ...................................................................................

III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 20/7/2013 ....................................................................
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 20/06/2014 ...................................................

V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. NGUYỄN VĂN TUYÊN ..........................................
.............................................................................................................................................

Tp. HCM, ngày . . . . tháng .. . . năm 20....
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(Họ tên và chữ ký)

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO
(Họ tên và chữ ký)

TRƯỞNG KHOA CƠ KHÍ
(Họ tên và chữ ký)


iii

LỜI CÁM ƠN
Cơng nghệ khí hóa than là một cơng nghệ đã xuất hiện từ rất lâu trên thế giới.
Nhưng mãi đến những năm gần đây do giá các nhiên liệu dầu và gas tăng cao, nên
việc sử dụng nguồn nhiên liệu rẻ hơn là khí hóa than là một giải pháp thay thế nhằm
giảm chi phí sản xuất tăng khả năng cạnh tranh.
Khí hóa than là cơng nghệ khai thác than thay thế phương pháp đốt truyền
thống nhằm biến đổi nguồn nhiên liệu có chất lượng thấp thành nguồn nhiên liệu có
chất lượng cao nhằm giải quyết một nghịch lý là chúng ta xuất khẩu than thơ có chất
lượng thấp nhập khẩu than có chất lượng cao.
Khí hóa than không những tạo ra sự đột phá giúp tiết kiệm nhiên liệu trong sản
xuất mà còn là một giải pháp giảm thiểu ơ nhiễm góp phần bảo vệ mơi trường.
Cơng nghệ khí hóa than được áp dụng nhiều cho các ngành công nghiệp tại
Việt Nam như: các nhà máy cán thép, nhiệt luyện, các nhà máy gạch, gốm sứ, thủy
tinh, xi măng, bột giặt và hóa chất và điện đạm. Tuy nhiên hiện nay chúng ta phải
đang nhập khẩu thiết bị và vẫn cịn sử dụng các cơng nghệ lạc hậu do nhiều lí do.
Với mong muốn tìm hiểu về cơng nghệ khí hóa và nghiên cứu thiết kế thiết bị
khí hóa loại ghi quay cấp liệu liên tục nhằm làm chủ về cơng nghệ khí hóa và thiết
kế thay thế thiết bị nhập khẩu từ Trung quốc, tôi đã chọn đã chọn đề tài “nghiên cứu
tính tốn thiết kế thiết bị khí hóa than hơi nước loại ghi quay cấp liệu liên tục”.
Trong quá thực hiện luận văn tôi xin cảm ơn sự giúp đỡ và hướng dẫn của
thầy Nguyễn Văn Tuyên và các bạn đồng nghiệp giúp tôi hoàn thành luận văn. Tuy
nhiên trong quá hoàn thành luận văn khơng tránh khỏi những sai sót, tơi kính mong
sự đóng góp ý kiến và hướng dẫn của các quý thầy cô và các bạn đồng nghiệp tôi
xin chân thành cảm ơn.

Tphcm, ngày 15 tháng 6 năm 2014


iv

TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
Nghiên cứu thiết lập trình tự các bước thiết kế, xây dựng đề xuất công thức
tính tốn, xây dựng mơ hình tỷ lượng tính tốn dự đốn kết quả thành phần khí hóa
theo các tỷ lệ nhiên liệu, khơng khí và hơi nước. Xây dựng mơ hình một lớp và hai
lớp tính tốn tiêu hao carbon và thời gian cháy kiệt tương ứng kích thước của than.
Khảo sát đề xuất chế độ vân hành thiết bị và xây dựng phần mềm thiết kế chế độ
vận hành cũng như kích thước thiết bị phù hợp cho các kích thước và thành phần
than khác nhau của thiết bị khí hóa than hơi nước loại ghi quay cấp liệu liên tục.
Từ khóa: Coal, Gasification, bed moving
ABSTRACT
Research to establish the process of design steps, building and proposed the
calculation formulas, using percentage amount models to predict results of coalgasificaton product component according to the ratio of fuel, air and steam. Building
mono-layer models and double-layer models of chemical reactions to construct
design software of operating modes as well as device size according to the size and
component of coal for the rotary and constant feed gasifier coal-steam type.
Keywords : Coal, Gasification, bed moving


v

LỜI CAM ĐOAN CỦA TÁC GIẢ
Trong quá trình thực hiện luận văn là do bản thân tác giả tự tìm tịi và nghiên
cứu khơng coppy hay ăn cắp của bất kỳ tác giả trong và ngồi nước nào. Tơi xin
cam đoan chịu tránh nhiệm hoàn toàn với tất cả những nội dung đã trình bày trong
luận văn này.

Tp. HCM, ngày 20 tháng 6 năm 2014
Tác giả

Phạm Bá Thảo


vi

DANH SÁCH HÌNH ẢNH VÀ BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Tóm tắt các kiểu khí hóa than.....................................................................................8
Bảng 1.2 Tóm tắt đánh giá theo tiêu chí thiết kế....................................................................9
Bảng 1.3 Tóm tắt so sánh các kiểu khí hóa............................................................................10
Bàng 2.1 Các phản ứng khí hóa than hơi nước.....................................................................18
Bảng 3.1 Thông số thành phần than Antraxit........................................................................30
Bảng 3.2 Các phản ứng đặc trưng của khí hóa than hơi nước.......................................30
Bảng 3.3 Tóm tắt thành phần sản phẩn khí than theo các tỷ lệ.....................................38
Bảng 3.4 Thành phần khí hóa than khi tác nhân cháy là khơng khí...........................39
Bảng 3.5 Thành phần khí than theo số đo đạc của tập đồn than Việt Nan............39
Bảng 3.6 Thành phần khí hóa than.............................................................................................39
Bảng 5.1 Kết quả đối với than có đường kính δ0 =20m...................................................67
Bảng 5.2 Khảo sát tiêu hao và thời gian cháy kiệt than theo thời gian......................69
Hình 1.1 Sơ đồ cơng nghệ ứng dụng khí hóa than................................................................1
Hình 1.2 Sơ đồ cơng nghệ nhà máy IGCC...............................................................................2
Hình 1.3 Khí hóa than tầng cố định.............................................................................................3
Hình 1.4 Khí hóa than loại ghi quay............................................................................................4
Hình 1.5 Khí hóa tầng sơi.................................................................................................................7
Hình 1.6 Khí hóa dịng cuốn...........................................................................................................7
Hình 1.7 Khí hóa than trong bể muối nóng chảy...................................................................8
Hình 1.8 Sơ đồ cơng nghệ hệ thốngkhí hóa than hơi nước.............................................11
Hình 1.9 Hình ảnh hệ thống khí hóa than hơi nước...........................................................12
Hình 2.1 Sơ đồ dây truyền cơng nghệ khí hóa than...........................................................16
Hình 2.2 Phân bố các tầng khí hóa.............................................................................................16
Hình 2.3 Q trình cháy các bon.................................................................................................19

Hình 2.4 Phân bố thành phần khối lượng và nhiệt độ theo phương hướng kính . 21

Hình 2.5 Phân bố thơng lượng khối lượng thành phần tại các bề mặt.......................22
Hình 2.6 Mạch hóa trở tương đương.........................................................................................22
Hình 2.7 Phân bố thành phần khối lượng và nhiệt độ theo phương hướng kính . 23


vii
Hình 2.8 Lưu đồ thiết kế.................................................................................................................28
Hình 3.1 Dải phân bố các phản ứng của các tầng theo nhiệt độ...................................31
Hình 3.2 Thành phần khí hóa theo tỷ lệ biến thiên Sco....................................................35
Hình 3.3 Thành phần khí hóa than khi kết hợp thêm điều kiện....................................36
Hình 3.5 Thành phần khí than theo tỷ số Scs kết hợp cơng thức kinh nghiệm......37
Hình 3.6 Nhiệt trị của khí than theo các tỷ lệ........................................................................38
Hình 3.7 Lưu đồ lập trình thành phần khí theo tỷ lệ Sco................................................40
Hình 3.8 Lưu đồ thành phần khí theo tỷ lệ Sco với điều kiện.......................................41
Hình 5.1 Phân bố thành phần khối lượng và nhiệt độ theo phương hướng kính . 54

Hình 5.2 Cân bằng khối lượng thành phần tại bề mặt.......................................................55
Hình 5.3 Sơ đồ mạch hóa trở của phản ứng...........................................................................58
Hình 5.4 Lưu đồ giải thuật vòng lặp một lớp đối với phản ứng R1............................59
Hình 5.5 Phân bố thành phần khối lượng và nhiệt độ theo phương hướng kính . 60

Hình 5.6 Cân bằng khối lượng thành phần tại hai bề mặt phản ứng R1...................61
Hình 5.7 Phân bố thành phần khối lượng và nhiệt độ theo phương hướng kính
đối với phản ứng R2

64

Hình 5.8 Phân bố thành phần khối lượng theo phương hướng tâm............................66

Hình 5.9 Tiêu hao than theo kích thước than........................................................................68
Hình 5.10 Thời gian cháy kiệt theo kích thước than..........................................................69
Hình 6.1 Các kích thước chính của lị khí hóa......................................................................73
Hình 6.2 Giao diện thơng số thiết bị..........................................................................................75
Hình 6.3 Giao diện thơng số vận hành.....................................................................................76


viii

MỤC LỤC
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ.......................................................................... ii
LỜI CÁM ƠN...........................................................................................................iii
TÒM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ........................................................................... iv
LỜI CAM ĐOAN CỦA TÁC GIẢ............................................................................. v
DANH SÁCH HÌNH ẢNH VÀ BẢNG BIỂU.......................................................... vi
CHƯƠNG 1:............................................................................................................... 1
TỔNG QT............................................................................................................. 1
1.1. Tổng quan............................................................................................................ 1
1.2. Phân loại khí hóa than và cơng nghệ hóa khí than...............................................5
1.2.1. Khí hóa than tầng cố định................................................................................. 5
1.2.2. Khí hóa than kiểu tầng sơi................................................................................ 6
1.2.3. Khí hóa than trong bể muối nóng chảy............................................................. 6
1.2.4. Khí hóa than kiểu dịng cuốn............................................................................ 6
1.2.5. Khí hóa than hơi nước loại nghi quaycấp liệu liên tục................................... 10
1.3. Mục tiêu của đề tài............................................................................................. 12
1.3.1. Phân tích chọn đề tài....................................................................................... 12
1.3.2. Mục tiêu luận án............................................................................................. 14
1.3.3. Phương pháp nghiên cứu................................................................................ 14
1.3.4. Đối tượng nghiên cứu..................................................................................... 14
1.3.5. Phạm vi nghiên cứu........................................................................................ 14

1.3.6. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn........................................................... 14
CHƯƠNG 2.............................................................................................................. 15
CƠ SỞ THIẾT KẾ THIẾT BỊ KHÍ HĨA THAN HƠI NƯỚC LOẠI GHI QUAY
CẤP LIỆU LIÊN TỤC............................................................................................. 15
2.1. Đặc điểm và sơ đồ công nghệ............................................................................ 15
2.1.1. Đặc điểm thiết bị khí hóa than hơi nước loại ghi quay cấp liệu liên tục........15
2.1.2. Sơ đồ công nghệ............................................................................................. 15
2.2. Các phản ứng khí hóa than hơi nước................................................................. 18
2.2.1. Cháy đồng thể................................................................................................. 18


ix
2.2.2. Cháy dị thể...................................................................................................... 18
2.2.3. Các mơ hình khảo sát khí hóa than................................................................. 19
2.2.3.1. Mơ hình liên tục........................................................................................... 20
2.2.3.2. Mơ hình một lớp.......................................................................................... 20
2.2.3.3. Mơ hình hai lớp........................................................................................... 22
2.2.3.4. Thời gian cháy kiệt hạt than........................................................................ 23
2.3. Xây dựng trình tự tính tốn thiết kế................................................................... 27
CHƯƠNG 3.............................................................................................................. 29
KHẢO SÁT CÁC CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH............................................................... 29
3.1. Phương trình tỷ lượng........................................................................................ 29
3.2. Phương trình phản ứng...................................................................................... 30
3.3. Xây dựng ma trận tỷ lượng................................................................................ 31
3.4. Phân tích kết quả theo thành phần khí theo các tỷ lệ mol [Carbon]/ [Oxygen] và
[Carbon]/[Steam]...................................................................................................... 35
CHƯƠNG 4.............................................................................................................. 43
NHIỆT ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG HỌC CỦA Q TRÌNH KHÍ HĨA THAN HƠI
NƯỚC....................................................................................................................... 43
4.1. Nhiệt của phản ứng............................................................................................ 43

4.2. Năng lượng tự do của hệ.................................................................................... 44
4.3. Hiệu suất của quá trình khi hóa than hơi nước.................................................. 45
4.4. Đánh giá vùng cháy kiệt của hạt các bon trong lớp........................................... 47
4.5. Xác định chiều cao toàn phần cần thiết của lớp nhiên liệu................................52
CHƯƠNG 5.............................................................................................................. 54
KHẢO SÁT THỜI GIAN CHÁY KIỆT CARBON................................................ 54
5.1. Xây dựng mơ hình tính tốn đối với các phản ứng............................................ 54
5.2. Mơ hình phản ứng R1, R2, R4, R5.................................................................... 54
5.2.1. Mơ hình phản ứng R1..................................................................................... 54
5.2.1.1. Mơ hình một lớp phản ứng R1..................................................................... 54
5.2.1.2. Sơ đồ cháy hai lớp cháy Carbon phản ứng R1............................................ 61
5.2.2. Mơ hình một lớp đối với phản ứng R2........................................................... 64
6.2.3. Mơ hình một lớp đối với phản ứng R4........................................................... 66


x
5.2.4. Mơ hình một lớp đối với phản ứng R5........................................................... 66
5.3.Thời gian cháy kiệt carbon và kết quả lập trình tính tốn..................................67
5.3.1. Thời gian cháy kiệt carbon............................................................................. 68
5.3.2. Kết quả lập trình tính tốn.............................................................................. 68
5.4. Khảo sát lượng tiêu hao than và thời gian cháy kiệt theo thời gian..................69
CHƯƠNG 6.............................................................................................................. 72
TÍNH LƯỢNG TIÊU HAO THAN TRONG THIẾT BỊ......................................... 72
6.1. Tính lượng tiêu hao than trong thiết bị.............................................................. 72
6.2. Giao diện............................................................................................................ 74
6.2.1. Giao diện thông số thiết bị.............................................................................. 74
6.2.2. Giao diện thông số vận hành.......................................................................... 76
CHƯƠNG 7.............................................................................................................. 78
KẾT LUẬN.............................................................................................................. 78
7.1 Kết quả đạt được của luận văn............................................................................ 78

7.2. Hạn chế của luận văn......................................................................................... 78
7.3. Hướng phát triển của đề tài................................................................................ 78
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................ 79
PHỤ LỤC................................................................................................................. 80


1

CHƯƠNG 1:
TỔNG QUÁT
1.1. Tổng quan
Than là nguồn nhiên liệu hóa thạch quan trọng được sử dụng trong sản xuất
điện, luyện thép, chế tạo, sản xuất phân bón và các sản phẩm hóa học khác. Trong
tương lai, than tiếp tục duy trì vai trị chính trong cán cân năng lượng thế giới
(chiếm 40% tổng năng lượng khai thác từ các nguồn năng lượng khác).

Than
(hoặc
nhiên
liệu
khác)

Q
trình
khí
hóa

Khí

Nhiệt điện

than

Lị hơi, lị nung, thiết bị
nung cơng nghiệp

Sản xuất
hóa chất

Amơniắc, Metanol, Hiđrơ,
các sản phẩm khác

Khí than
dùng cho
gia đình

Lị hơi, lị nung, thiết bị

Khí hóa
lỏng

nung cơng nghiệp
Trữ và lưu thơng ở dạng
lỏng

Hình 1.1- Sơ đồ cơng nghệ ứng dụng khí hóa than
Trong những năm gần đây, nhằm giảm phát thải khí thải và khai thác than có
hiệu quả, các nước tiên tiến trên thế giới như Mỹ, Ấn Độ, Trung Quốc đã và đang
áp dụng những công nghệ hiện đại trong việc chuyển hóa than thành dạng nhiên liệu
khác như nhiên liệu lỏng (coal liquefation), nhiên liệu khí (coal gasification), sử

dụng an tồn, hiệu quả, khơng gây ơ nhiễm môi trường, nâng cao hiệu suất sử dụng
than, giảm tổn thất tài nguyên, đảm bảo phát triển năng lượng bền vững như áp
dụng công nghệ IGCC (Intergated Gasification combine cycles) hay cơng nghệ
NGCC (Natural gas combined cycles) có thu hồi CO2, hay hóa khí kết hợp
(multiproduction) sản xuất điện và sản xuất hóa chất.
Mỹ đang khuyến khích áp dụng cơng nghệ khí hóa than như một phương pháp
giảm thiểu mức độ ô nhiễm môi trường của các nhà máy nhiệt điện đốt than. Chính


2

phủ nước này đã phân bổ 2 tỷ USD cho chương trình nghiên cứu gọi là "Cơng nghệ
than sạch". Cơng nghệ hóa khí than đã phát triển rất đa dạng và tùy theo qui mô ứng
dụng mà áp dụng các cơng nghệ hóa khí than khác nhau như: Cơng nghệ hóa khí
than tầng cố định (điển hình là cơng nghệ của Bitish Gas Lurgi), hóa khí than tầng
sơi và cơng nhệ dịng cuốn (điển hình là cơng nghệ Texaco, Shell).

Hình 1.2 – Sơ đồ công nghệ nhà máy IGCC

Hiện tại Việt Nam tổng năng suất khai thác khoảng 50 triệu tấn/năm và dự
kiến đến năm 2030 tăng lên 100 triệu tấn/ năm. Có một nghịch lý là chúng ta xuất
khẩu than (than gầy, có hàm lượng chất bốc thấp) và nhập khẩu than có chất lượng
cao (hàm lượng chất bốc cao).
Một số dự án: đầu tiên có nhà máy điện –hóa chất Hà Bắc sử dụng cơng nghệ
hóa khí than ướt TEXACO thải xỉ gián đoạn đạt năng suất sử dụng than thấp
(khoảng 40%) hoạt động từ lâu
Đặc biệt ngày 11 tháng 10 năm 2008, Tập đồn Cơng nghiệp Than – Khống
sản Việt Nam (TKV), Cơng ty Linc Energy (Australia) và Tập đoàn Marubeni (Nhật
Bản) đã ký kết hợp đồng hợp tác kinh doanh trị giá 6,5 triệu USD để triển khai thử
nghiệm cơng nghệ khí hóa than dưới lịng đất (UCG) tại bể than đồng bằng sông

Hồng. Tổng trữ lượng than của Việt Nam tính đến tháng 01 năm 2002 được xác
định khoảng 3,8 tỷ tấn.


3

Chỉ tính riêng tại Quảng Ninh, trong vài năm tới với sự ra đời của một loạt cơ
sở công nghiệp lớn (các nhà máy xi măng, nhiệt điện, phân bón, hóa chất, gạch chịu
lửa...), nhu cầu về than nhiên liệu và than chế biến sẽ rất lớn (dự kiến khoảng 7 triệu
tấn/ năm) cùng với xuất khẩu tăng; nhu cầu sử dụng than sẽ tăng nhanh trong các
năm tới, đòi hỏi ngành than đổi mới thiết bị, công nghệ, phương pháp quản lý để
tăng nhanh sản lượng đáp ứng nhu cầu thị trường và đảm bảo vệ sinh môi trường.
Ngành than đã và đang chủ động hợp tác với các đối tác nước ngoài trong khai thác
và chế biến than.
Một trong số các mục tiêu cụ thể của Chiến lược phát triển ngành Than là: “Đẩy
nhanh việc nghiên cứu, triển khai các dự án chế biến than theo hướng đa dạng hóa
sản phẩm, tạo ra các sản phẩm sạch, thân thiện với mơi trường, đặc biệt là hố lỏng,
khí hóa than nhằm nâng cao giá trị và giá trị sử dụng của than. Phấn đấu sau năm
2020, lĩnh vực chế biến than nói chung và hóa lỏng, khí hố than nói riêng được
phát triển rộng rãi, thay thế một phần xăng dầu, khí đốt và chiếm một tỉ lệ đáng kể
trong giá trị gia tăng của ngành than”.
Về định hướng phát triển, chiến lược có nêu: “Đẩy mạnh nghiên cứu công nghệ
chiến biến than, bao gồm: chế biến than cám thành than cục, chế biến than antraxit
dùng cho luyện kim, chế biến hố lỏng than và khí hố than nhằm đa dạng hóa sản
phẩm, nâng cao giá trị và giá trị sử dụng của than và đảm bảo thân thiện với mơi
trường.Trong đó, cần đặc biệt coi trọng việc chế biến hóa lỏng, hóa khí than, phấn
đấu sau năm 2010 có một vài dự án thử nghiệm; sau 2015 xây dựng một số cơ sở
chế biến, hóa lỏng và khí hóa than; sau 2020 ngành chế biến than nói chung và hóa
lỏng than nói riêng được phát triển rộng rãi, thay thế một phần xăng dầu, khí đốt và
chiếm một tỉ lệ đáng kể trong giá trị gia tăng của ngành than”. Trong thời gian qua,

việc sử dụng than trong nước chủ yếu là để thu năng lượng duy trì hoạt động của
các nhà máy nhiệt điện từ than, nhà máy xi măng, luyện thép, sản xuất natri silicat,
vật liệu xây dựng, thuỷ tinh, phân lân nung chảy, v.v... và dùng trong dân dụng.
Than làm nguyên liệu chuyển hoá chưa đáng kể, hiện mới chỉ có một và cơ sở
dùng than đã như nguyên liệu sản xuất điển hình là:


4

- Sản xuất amoniac và urê tại Nhà máy Phân đạm Bắc Giang thuộc Công ty
TNHH một thành viên Phân Đạm và Hoá chất Hà Bắc (dự kiến sẽ năng cơng suất từ
180 lên 480 nghìn tấn urê/năm). Hiện nay, Tổng Cơng ty Hố chất Việt Nam đã đầu
tư nhà máy đạm từ than tại Ninh Bình cơng suất 560 nghìn tấn urê/năm hoạt năm
2011. Ngồi ra, nhà máy sẽ có các sản phẩm phụ, sản phẩm trung gian như: 500
nghìn tấn amoniac/năm, cơng suất 36MW điện với sản lượng điện hàng năm lên đến
71,47 triệu kWh.

Hiện tại Việt Nam cơng nghệ cơng nghệ hố lỏng than và sản xuất dầu từ than
mới đang bắt đầu được quan tâm và chưa có cơ sở nào áp dụng cơng nghệ này trong
sản xuất.
Như vậy, với trữ lượng than tương đối lớn, việc chú trọng phát triển các cơng
nghệ hóa lỏng, hóa khí than để sản xuất nhiên liệu tổng hợp, sản xuất điện và hóa
chất sẽ là một hướng đi quan trọng trong tương lai của hóa học than ở nước ta.
Các đề tài nghiên cứu than hóa khí than ở Việt Nam chỉ mới phát triển chỉ vài
năm gần đây nhưng chỉ giới hạn là các đồ án tốt nghiệp và chưa cơng bố rộng rãi.
Nhìn chung, các hướng đi có các điểm chung là:
1. Hiệu quả về mặt sinh năng lượng nhiệt
2. Giá thành chấp nhận được
3. Ưu điểm về môi trường
Các vấn đề này đã được giải quyết tốt bằng cách sử dụng những hướng chuyển

hóa than thành chất lỏng đa thế hệ. Trong số những hướng khác nhau, về nguyên
tắc, quá trình sản xuất đồng thời nhiên liệu lỏng và điện hiện đang chiếm ưu thế.


5

Hiệu quả của quá trình tăng lên là do sự cân bằng năng lượng tốt hơn trong phương
thức đồng sản xuất cịn ưu điểm bảo vệ mơi trường là do công nghệ loại sự ô nhiễm
dễ dàng được áp dụng.
1.2. Phân loại khí hóa than và cơng nghệ hóa khí than
1.2.1. Khí hóa than tầng cố định

Hình 1.3 – Khí hóa than tầng cố định

Lị hóa khí kiểu này chia chiều cao lò thành từng vùng phản ứng, vùng này kế
tiếp vùng kia. Tác nhân khí hóa có thể đi cùng chiều, ngược chiều với sản phẩm khí
sinh ra hoặc có thể đi liên hợp. Kiểu hóa khí than này có thể sự

dụng được tất cả

nhiên liệu ban đầu khác nhau (về độ ẩm và độ tro) mà không ảnh hưởng đến chất
lượng khí than và thơng thường kích thước đường kính than khoảng 10÷100 mm.
Phương pháp hóa khí than tầng cố định cho phép sản xuất khí than có chứa nhiều
hydrocarbon nên sản phẩm khí có nhiệt cháy cao rất có lợi khi dùng với mục đích làm
khí đốt. Đây là loại đơn giản nhất và trong thành phần khí hóa chứa nhiều hắc ín và
hiệu suất khoảng 60÷ 70 %, điều kiện làm việc như áp suất, nhiệt độ thấp, giá thành
đầu tư ban đầu thấp, phù hợp với công suất vừa và nhỏ.


6

Hình 1.4 – Khí hóa than loại ghi quay

1.2.2. Khí hóa than kiểu tầng sơi
Than cám và than bụi có kích thước khá nhỏ đường kính từ 2 ÷ 10 mm. Ở kiểu
hóa khí này gió đi cùng với nhiên liệu theo một hướng ở đáy lò. Nhiên liệu lơ lửng
bên trong lị (giống như sơi), tại đây cùng với nhiệt độ và áp suất thích hợp các khí
đốt được tạo ra. Ngun lý thể hiện trong hình (1.5).
1.2.3. Khí hóa than trong bể muối nóng chảy
Khí hóa trong bể muối nóng chảy là cơng nghệ mới phát triển gần đây,
nguyên lý như sau: than được nghiền sau đó cấp vào bể muối nóng chảy (thường là
muối sodium carbonate) than sẽ hòa tan với muối và diễn ra phản ứng tạo CO, còn
các thành phần của than khác như sulfur sẽ nổi lên bề mặt và sẽ thu hồi khi tái tuần
hồn muối. Ngun lý được trình bày trong hình (1.7).
1.2.4. Khí hóa than kiểu dịng cuốn
Phương pháp khí hóa than kiểu dịng cuốn thường phải nghiền than nhỏ có kích
thước rất nhỏ đường kính từ 0.1 ÷ 2 mm. Phương pháp khí hóa này ở nhiệt độ cao
đạt hiệu suất nhận khí tổng hợp cao do lúc đó tất cả các chất hữu cơ của than chuyển
hóa thành CO2, CO, H2, H2O. Vì vậy khi làm lạnh khí khơng cần có cơng


7

đoạn tách các chất nhựa than, dầu, bezen, phenol…Nhờ đó quá trình làm sạch đơn
giản. Nguyên lý được trình bày như hình (1.6).

Hình 1.5 – Khí hóa tầng sơi

Hình 1.6 – Khí hóa dịng cuốn

8

Hình 1.7 – Khí hóa than trong bể muối nóng chảy

- Các đặc điểm hoạt động có thể tóm tắt các kiểu khí hóa như ở bảng (1.1).
Bảng 1.1 – Tóm tắt các kiểu khí hóa than [8]


9
- Đánh giá theo tiêu chí thiết kế có thể tóm tắt như bảng (1.2).
Bảng 1.2 – Tóm tắt đánh gía theo tiêu chí thiết kế [8]
Loại

Giá

Năng Nhiệt Áp

Tổn

Than

Độ

Hiệu Tổng

suất

độ

thất

cấp

suất

15% 5%

20%

5%

5% 15% 10%

phức
tạp
5%

Tầng
sơi

7

7

9

8

5

7

8

6

7

7,4

Dịng
cuốn

6

6

10

4

6

8

9

8

8

8,0

Tầng
cố định

10

10

3

10

6

1

5

10

2

5,0

4

1

3

1

10

10

10

2

8

6,0

khi hóa

Muối
nóng
chảy

Phát
triển

suất

điểm

20% 100%

- Từ bảng (1.1) và bảng (1.2), tóm lại một số đặc điểm khác nhau cơ bản của
các kiểu khí hóa trình bày trong bảng (1.3).
Hiện nay trên thế giới phát triển rất nhiều loại khác nhau, khi lựa chọn cần cân
nhắc các yếu tố như: Chất lượng khí yêu cầu (thành phần hắc ín) đây là vấn đề
quan trọng nhất đầu tiên; loại kích thước ngun liệu khí hóa; qui mơ; vốn đầu tư
ban đầu; mức độ phức tạp; hiệu suất…
Theo tiêu chí đánh giá thì loại dịng cuốn là loại cơng nghệ có tổng điểm cao
nhất, tuy nhiên công nghệ chế tạo phải đạt trình độ nhất định và phù hợp với khí hóa
than có cơng suất lớn. Cơng nghệ tầng cố định có tổng số điểm thấp nhất, tuy vậy
cơng nghệ đơn giản nhất và sử dụng cho đa dạng nguồn nhiên liệu và phù hợp với
qui mô vừa và nhỏ, phù hợp với trình độ chế tạo thấp. Mỗi loại hóa khí đều có
những ưu điểm nhất định, nên khi thiết kế phải chọn loại khí hóa có thế mạnh phù
hợp với điều kiện và công nghệ sử dụng như: thành phần hắc ín trong sản phẩm,
cơng suất thiết bị, loại nhiên liệu,…