TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LỌC BỤI TĨNH ĐIỆN SAU LÒ KHÍ HÓA THAN TRONG CÔNG NGHIỆP SẢN XUẤT PHÂN ĐẠM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN KỸ THUẬT HÓA HỌC
BỘ MƠN MÁY VÀ THIẾT BỊ CƠNG NGHỆ HĨA CHẤT-DẦU KHÍ

ĐỒ ÁN CHUN NGÀNH
TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THĨNG LỌC BỤI TĨNH ĐIỆN SAU LỊ KHÍ
HĨA THAN TRONG CƠNG NGHIỆP SẢN XUẤT PHÂN ĐẠM

SVTH
MSSV
Lớp, khóa
GVHD

: Nguyễn Tiến Được
: 20174564
: Máy hóa - K62
: TS. Vũ Hồng Thái

HÀ NỘI, 2021


VIỆN KỸ THUẬT HĨA HỌC
BỘ MƠN MÁY & TB CN HC - DK

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN CHUYÊN NGHÀNH
Họ và tên sinh viên: Nguyễn Tiến Được
Khóa: 62

Viện Kỹ thuật Hóa học.

Số hiệu sinh viên: 20174564
Ngành: Máy & Thiết bị CN HC-DK

1. Đầu để thiết kế:
Tính tốn, thiết kế hệ thống lọc bụi tĩnh điện sau lị khí hố than trong cơng nghiệp
sản xuất phân đạm
2. Các số liệu ban đầu:
- Năng suất: 40 000 m3/h
- Hàm lượng bụi vào: 0,06 g/m3
- Hàm lượng bụi vào: 0,005 g/m3
- Kớch thc tp hp ht bi: d = 0,5ữ10àm
- Cỏc số liệu khác: Tự tìm hiểu
3. Nội dung các phần thuyếtt minh và tính tốn:
- Tìm hiểu cơng nghệ sản xuất
- Tính cơng nghệ (ứng dụng MATLAB):
- Tính cơ khí
- Tính chọn các thiết bị phụ trợ
4. Các bản vẽ, đồ thị (ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ):
01 bản vẽ lắp thiết bị, khổ A0
5. Họ tên cán bộ hướng dẫn:
PGS. TS Vũ Hồng Thái
6. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 03 tháng 03 năm 2021
7. Ngày hồn thành đồ án: …..
Trưởng Bộ mơn
(Ký, ghi rõ họ, tên)

Ngày 03 tháng 03 năm 2021
Cán bộ hướng dẫn

(Ký, ghi rõ họ, tên)

Sinh viên đã hoàn thành và nộp đồ án ngày 03 tháng 03 năm 2021.
Sinh viên
(Ký, ghi rõ họ, tên)


Đồ án chuyên ngành QTTB- Máy hóa chất

Thiết bị lọc bụi tĩnh điện

Mục lục
1

Lời nói đầu ..................................................................................................................... 4

2

Phần 1: Tổng quan về khí hóa than................................................................................ 5
Cơ sở lý thuyết của q trình khí hóa than ............................................................ 5

2.1
2.1.1

Tổng quan chung về khí hóa than .................................................................... 5

2.1.2

Các cơng nghệ khí hóa phổ biến hiện nay ....................................................... 5

2.1.3

Qúa trình tạo khí than khơ ............................................................................. 14

2.1.4

Qúa trình tạo khí than ướt dùng hơi nước...................................................... 15

2.1.5

Qúa trình tạo khí than ướt dùng hơi nước và oxy .......................................... 19
Sản xuất khí than ướt phục vụ sản xuất phân đạm trong nhà máy phân đạm Hà
20

2.2
Bắc

3

2.2.1

Cương vị lị tạo khí 651 ................................................................................. 20

2.2.2

Lưu trình cơng nghệ ....................................................................................... 20

Phần 2: Thiết bị lọc bụi tĩnh điện ................................................................................. 28
Bụi trong công nghiệp và vấn đề xử lý bụi trong công nghiệp ............................ 28

3.1
3.1.1

Khái niệm ....................................................................................................... 28

3.1.2

Phân loại bụi công nghiệp .............................................................................. 28

3.2

Cơ sở lý thuyết thiết bị lọc bụi tĩnh điện.............................................................. 29

3.3

Các giai đoạn trong thiết bị lọc bụi tĩnh điện ....................................................... 30

3.3.1

Tích điện cho các hạt (Particle Charging) ..................................................... 30

3.3.2

Thu hồi bụi ..................................................................................................... 37

3.3.3

Tháo bụi ......................................................................................................... 38
Phân loại thiết bị lọc bụi tĩnh điện ....................................................................... 38

3.4

4

3.4.1

Thiết bị lọc bụi tĩnh điện dạng ống và dạng tấm ........................................... 39

3.4.2

Thiết bị lọc bụi tĩnh điện một bậc và hai bậc ................................................. 40

3.4.3
ÉSPs)

Thiết bị lọc bụi tĩnh điện dòng lạnh và dịng nóng (Cold-side and Hot-side
42

3.4.4

Thiết bị lọc bụi tĩnh điện dạng ướt và khơ ..................................................... 43

Phần 3: Tính cơng nghệ ............................................................................................... 45
4.1

Các thơng số ban đầu ........................................................................................... 45

4.2

Tính thời gian lắng ............................................................................................... 45

4.2.1

Tính v ............................................................................................................. 46

4.2.2

Tính λ ............................................................................................................. 46

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Tiến Được- 20174564

Page 1


Đồ án chun ngành QTTB- Máy hóa chất

5

4.2.3

Tính độ nhớt của khí ...................................................................................... 46

4.2.4

Tính A ............................................................................................................ 47

4.3

Tính kích thước thiết bị........................................................................................ 47

4.4

Tính vận tốc của khí đi trong thiết bị ................................................................... 48

4.5

Tính số điện cực ................................................................................................... 48

4.5.1

Tính số điện cực tấm ...................................................................................... 48

4.5.2

Tính diện tích lắng ......................................................................................... 49

4.5.3

Tính diện tích lắng riêng SCA ....................................................................... 49

4.5.4

Tính số điện cực dây ...................................................................................... 50

4.5.5

Tính tổng chiều dài điện cực dây ................................................................... 50

4.6

Tính cường độ dịng điện ..................................................................................... 51

4.7

Tính hiệu suất thu hồi bụi .................................................................................... 51

4.8

Tính vận tốc lắng trung bình ................................................................................ 51

4.9

Tính cơng suất tiêu hao ........................................................................................ 52

Phần 4: Tính cơ khí ...................................................................................................... 54
5.1

Tính đường kính dây treo điện cực quầng ........................................................... 54

5.2

Tính cơ cấu treo điện cực quầng .......................................................................... 55

5.3

Tính cơ cấu treo điện cực lắng ............................................................................. 58

5.4

Tính vỏ thiết bị ..................................................................................................... 60

5.4.1

Tính bề dày trần thiết bị ................................................................................. 60

5.4.2

Tính bề dày 2 tường ....................................................................................... 61

5.4.3

Bố trí gân tăng cứng ....................................................................................... 62

5.5

Tính bích nối thiết bị với mở rộng thiết diện chữ nhật ........................................ 63

5.5.1

Tính bulong ghép bích ................................................................................... 63

5.5.2

Tính bích nối thiết bị và phần mở rộng tiết diện chữ nhật ............................. 64
Tính bích nối ống gió với phần mở rộng tiết diện hình chữ nhật ........................ 66

5.6
5.6.1

Tính bulong ghép bích ................................................................................... 66

5.6.2

Tính bích nối ống gió và mở rộng thiết diện hình chữ nhật........................... 67
Tính bunke tháo bụi ............................................................................................. 68

5.7
6

Thiết bị lọc bụi tĩnh điện

Phần 5 : Tính thiết bị phụ............................................................................................. 71
6.1

Tính chọn quạt ..................................................................................................... 71

6.1.1

Tính trở lực đường ống .................................................................................. 71

6.1.2

Chọn quạt ....................................................................................................... 75

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Tiến Được- 20174564

Page 2


Đồ án chuyên ngành QTTB- Máy hóa chất

Thiết bị lọc bụi tĩnh điện

6.2

Tính cơ cấu tháo và vận chuyển bụi .................................................................... 76

6.3

Tính chu kỳ rũ bụi trên điện cực lắng .................................................................. 76

7

Phần 6: Kết luận ........................................................................................................... 76

8

Tài liệu tham khảo ....................................................................................................... 77

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Tiến Được- 20174564

Page 3


Đồ án chuyên ngành QTTB- Máy hóa chất

Thiết bị lọc bụi tĩnh điện

1 Phần 1: Lời nói đầu
Đồ án 2 là một đồ án cơ bản của ngành. Đây là đồ án giúp cho sinh viên có một

cái nhìn cụ thể hơn, thực tế hơn đối với các kiến thức đã được học, bên cạnh đó
cịn là cơ sở quan trọng của các môn học chuyên ngành, cũng như việc vận dụng
được những kiến thức học để áp dụng vào việc tính tốn thiết kế các thiết bị, giúp
sinh viên làm quen, có kinh nghiệm với cơng việc thiết kế trước khi ra trường.
Đề tài mà em được giao là tính tốn, thiết kế hệ thống lọc bụi tĩnh điện sau lị
khí hóa than trong sản xuất phân đạm
Đây là lần đầu em làm quen với công việc thiết kế hệ thống lọc bụi tĩnh điện, do
kiến thức còn hạn chế, dù đã rất cố gắng tham khảo các tài liệu và bài giảng của
các mơn có liên quan song khơng thể tránh khỏi những sai sót. Do vậy trong q
trình tính tốn, có chỗ nào cịn thiếu sót kính mong các thầy bỏ qua và góp ý bổ
sung, hướng dẫn để em hoàn thiện đồ án này.
Em xin chân thành cảm ơn thầy Vũ Hồng Thái đã tận tình giúp đỡ em hoàn
thành nhiệm vụ được giao.
Em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Tiến Được- 20174564

Page 4


Đồ án chuyên ngành QTTB- Máy hóa chất

2

Thiết bị lọc bụi tĩnh điện

Phần 2: Tổng quan về khí hóa than

2.1 Cơ sở lý thuyết của q trình khí hóa than
2.1.1 Tổng quan chung về khí hóa than

Khí hóa than là q trình dùng chất khí hóa ( vd: Oxy, hơi nước, hơi nước
giàu oxy, ...) để phản ứng với than ở nhiệt độ cao nhằm chuyển nhiên liệu
từ dạng rắn sang dạng khí. Nhiên liệu này được gọi chung là khí than với
các thành phần cháy được chủ yếu là CO, H2, CH4, ... dùng làm nhiên liệu
khí dân dụng, trong công nghiệp, sử dụng để làm nguyên liệu tổng hợp
NH3, phân ure, các sản phẩm hữu cơ khác, ..., dùng để sản suất hydro siêu
sạch cho xe ô tô điện và làm pin siêu sạch.
Việc sử dụng khí than có ưu điểm rõ rệt so với việc sử dụng nhiên liệu lỏng
thơng thường ở chỗ. Khí than có thể được tổng hợp từ nguồn nguyên liệu
rẻ tiền, dễ kiếm, làm sạch được tới 99% tạp chất gây ô nhiễm trong khí
than. Tuy vậy, nó cũng tồn tại một nhược điểm đó chính là ỗ nhiễm mơi
trường hơn những loại nhiên liệu khác. Khí than thường được ưu tiên sử
dụng trong trường hợp khí thiên nhiên khơng sẵn có, nhiên liệu lỏng khó
cung cấp hoặc quá đắt mà nhiên liệu rắn lại có sẵn.
2.1.2 Các cơng nghệ khí hóa phổ biến hiện nay
Hai yếu tố quan trọng trong quá trình khí hóa:
+, Loại và chất lượng của than sử dụng làm nguyên liệu.
+, Mục tiêu sử dụng các sản phẩm khí thu được.
Hiện nay có 3 kiểu cơng nghệ phổ biến, nó tùy thuộc vào đường kính than
sử dụng làm nguyên liệu:
+, Đường kính than 10 – 100 mm: thích hợp với kiểu cơng nghệ khí hóa
tầng cố định.
+, Đường kính than 0 – 10 mm: Khí hóa tầng sơi
+, Đường kính than 0 – 2 mm: Khí hóa dịng cuốn
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Tiến Được- 20174564

Page 5


Đồ án chuyên ngành QTTB- Máy hóa chất

Thiết bị lọc bụi tĩnh điện

Ngồi ra, cịn có các hệ thống phân loại khác dựa trên cơ sở của các
phương pháp cấp nhiệt khác nhau trong lị khí hóa:
+, Phương pháp tự cấp nhiệt: nghĩa là nhiệt cung cấp cho các phản ứng
được lấy bằng cách đốt một phần than với oxy.
+, Phương pháp cấp nhiệt từ ngoài: nghĩa là nhiệt cung cấp cho các phản
ứng được cấp từ ngoài vào qua các dịng tải nhiệt.
Tùy theo tác nhân khí hóa mà ta thu được các loại khí than khác nhau như
khí than khơ, khí than ướt, khí than hỗn hợp, khí than giàu oxy, ....
2.1.2.1 Khí hóa tầng cố định
2.1.2.1.1

Qúa trình khí hóa thuận

Than được đưa từ đỉnh lị xuống phía dưới. Gió (khơng khí, hơi nước,...) đi
từ dưới lên. Sản phẩm khí đi ra ở cửa lị phía trên. Qúa trình có 1 số đặc
điểm sau đây:
+, Khi phân chia chiều cao lò thành từng vùng phản ứng, vùng nọ kế tiếp
vùng kia. Dưới cùng là vùng xỉ, tiếp đó là vùng cháy, vùng khử ( là vùng tạo
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Tiến Được- 20174564

Page 6


Đồ án chuyên ngành QTTB- Máy hóa chất

Thiết bị lọc bụi tĩnh điện

ra sản phẩm khí hóa), vùng bán cốc và cuối cùng là vùng sấy, trên đó là
tầng khơng đỉnh lị.
+, Nhiệt độ của các vùng trong lị có sự phân hóa khác nhau trong đó: nhiệt
độ vùng cháy > nhiệt độ vùng khử > nhiệt độ vùng bán cốc > nhiệt độ vùng
sấy. Sự truyền nhiệt trong lò diễn ra chủ yếu bằng cách truyền nhiệt đối lưu.
Truyền nhiệt bức xạ và dẫn nhiệt xảy ra rất ít.
+, Khi đi từ trên xng dưới, trọng lượng và kích thước của hạt than giảm
dần. Hàm lượng cacbon còn lại trong xỉ tương đối ít. Tại vùng xỉ, hàm lượng
O2 và H2O cao do gió từ đáy lị vào và đi ngược chiều với than
Vùng xỉ: Vùng này chủ yếu chứa xỉ để chuẩn bị đưa ra khỏi lò, nhiệt độ ở
đây tương đối thấp, tuy nhiên oxy trong gió cũng có phản ứng với phần than
cịn lại trng xỉ cịn nóng nên hàm lượng oxy giảm chút ít. Ở vùng này chủ
yếu khơng khí được gia nhiệt để đi tiếp vào vùng cháy.
Vùng cháy: Trong vùng cháy xảy ra phản ứng C + O2 = CO + CO2; CO vừa
tạo ra lại phản ứng tiếp với oxy tự do của gió để tạo ra CO2 (2CO + O2 =
2CO2). Trong vùng này nhiệt toả ra mạnh, lượng nhiệt này dùng để cung
cấp cho các phản ứng trong vùng khử và các vùng khác.
Vùng khử: Trong vùng này CO2 và hơi nước đi từ vùng cháy vào có thể
gây ra các phản ứng sau:
𝐶 + 𝐶𝑂2 = 2𝐶𝑂 + 𝑄
𝐶 + 𝐻2 𝑂 = 𝐶𝑂 + 𝐻2 + 𝑄
𝐶 + 2𝐻2 𝑂 = 𝐶𝑂2 + 2𝐻2 + 𝑄
Đây là 3 phản ứng quan trọng nhất ở vùng khử vì chính 3 phản ứng này
tạo ra các khí có thể hoặc dùng làm khí đốt hoặc dùng làm ngun liệu
cho cơng nghiệp tổng hợp hóa học (CO và H2) trong sản xuất phân đạm
và các hóa chất khác...
Vùng bán cốc (nhiệt phân): Khí ra khỏi vùng khử có nhiệt độ thấp hơn
vùng khử do nhiệt phải cấp cho các phản ứng khử. Nhiệt của khí (nhiệt
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Tiến Được- 20174564

Page 7


Đồ án chuyên ngành QTTB- Máy hóa chất

Thiết bị lọc bụi tĩnh điện

độ khoảng 500 - 700oC) được cung cấp cho than ở vùng bán cốc. Nếu
than dùng cho khí hóa là than biến tính thấp (như than nâu, than bùn...)
thì khi bị bán cốc hóa, các sản phẩm phân huỷ của than chứa nhiều
hydrocacbon và khí CO2... Kết quả là khí sản phẩm khơng chỉ chứa CO,
H2, CO2 mà cịn có cả các hợp chất hữu cơ khác và sản phẩm khí này chỉ
thuận lợi khi dùng làm nhiên liệu chứ khơng thuận lợi cho các q trình
tổng hợp hóa học.
Nếu than dùng cho q trình khí hóa là than antraxit thì sẽ cho sản phẩm
khí CO, H2 có độ tinh khiết cao, thuận lợi cho quá trình tổng hợp hóa học.
2.1.2.1.2

Q trình khí hóa nghịch

Q trình khí hóa nghịch được tiến hành trong các lị khí hóa, ở đó than đổ
từ trên đỉnh lị xuống dưới, gió cũng đi từ phía trên của lị và đi cùng chiều
với than xuống phía dưới. Sản phẩm khí của q trình khí hóa thốt ra ở
phía đáy lị (hình 2).
Do khí hóa thực hiện trong các điều kiện như vậy nên chúng có các đặc
điểm sau:
a/ Phân bố lại các khu vực trong lị ngược với q trình khí hóa
thuận (như phần trên đã trình bày):
Theo đường gió vào, từ trên xuống dưới bao gồm các vùng sau:
Vùng sấy khô > Vùng bán cốc > Vùng cháy > Vùng khử > Vùng tro

và xỉ.
Than bị nhiệt phân, sau đó cháy ngay và đi tiếp vào vùng khử. Sản
phẩm của quá trình nhiệt phân ở vùng bán cốc khơng thốt ra ngồi mà
tiếp tục đi qua vùng cháy, vùng khử và vùng tro xỉ rồi mới thốt ra ngồi
cùng với khí than.
b) Hình thức trao đổi nhiệt trong lị khí hóa nghịch
Trong lị khí hóa nghịch, vùng có nhiệt độ cao nhất là vùng cháy, nó
có xu hướng trao đổi nhiệt với các khu vực xung quanh. Nhiệt truyền cho
vùng khử chủ yếu do q trình đối lưu, cịn nhiệt truyền lên phía
trên (vùng cốc hóa) chủ yếu là do bức xạ và dẫn nhiệt.

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Tiến Được- 20174564

Page 8


Đồ án chuyên ngành QTTB- Máy hóa chất

Thiết bị lọc bụi tĩnh điện

c) Ảnh hưởng của quá trình bán cốc (nhiệt phân than) đối với q
trình khí hóa nghịch
Trong lị khí hóa nghịch, sản phẩm của q trình nhiệt phân (bán
cốc) thoát ra phải đi qua khu vực cháy, ở đó có dư oxy và nhiệt độ cao
nên đại bộ phận khí và chất lỏng nhiệt phân bị cháy và bị phân hủy tiếp,
nên sản phẩm của q trình khí hóa nghịch chủ yếu chỉ có CO, H2, H2O,
và một lượng nhỏ các loại nhựa, hydrocacbon... Hàm lượng nhựa trong
quá trình khí hóa nghịch là thấp, khơng q 0,3 - 0,5 g/m3, trong khi khí
sản xuất theo q trình khí hóa thuận có hàm lượng nhựa cao, đến 30 40 g/m3. Sản phẩm khí từ q trình khí hóa nghịch có chất lượng tốt hơn
từ q trình khí hóa thuận nên khí đó có thể dùng để chạy các động cơ

đốt trong hoặc chế biến hóa học.
2.1.2.1.3

Khí hóa liên hợp

Q trình khí hóa liên hợp là q trình kết hợp phương pháp khí hóa
thuận và phương pháp khí hóa nghịch trên cùng một thiết bị.
Than đi từ đỉnh lò xuống, gió cũng đi từ trên xuống cùng chiều với than
tạo điều kiện cho q trình khí hóa nghịch. Trong q trình này than đi
qua vùng sấy 1, vùng bán cốc 2, vùng cháy 3, vùng khử 4 (®ây là vùng
tạo sản phẩm khí), sau đó sản phẩm khí ra ngồi theo ống II. đồng thời
gió cũng đưa vào theo hướng từ dưới lên, đi qua vùng xỉ 7, đến vùng
cháy 6 và vùng khử 5. Ở đây sản phẩm khí được tạo thành và cũng đi ra
ở cửa II cùng với sản phẩm khí của q trình khí hóa nghịch.
Ưu nhược điểm của phương pháp khí hóa liên hợp: Q trình khí hóa
nghịch có ưu điểm là trong sản phẩm có hàm lượng nhựa rất bé, nhưng
khuyết điểm là có một phần than chưa tham gia hoàn toàn vào các phản
ứng khí hóa đã bị thải đi. Q trình khí hóa thuận có ưu điểm là than
tham gia hồn tồn vào các phản ứng cháy và khử.
Q trình khí hóa liên hợp khắc phục được nhược điểm của cả hai q
trình khí hóa. Song khó khăn lớn nhất của phương pháp liên hợp này là
nếu vận tốc gió đưa từ dưới lên quá lớn chúng sẽ có khả năng thừa oxy,

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Tiến Được- 20174564

Page 9


Đồ án chuyên ngành QTTB- Máy hóa chất

Thiết bị lọc bụi tĩnh điện

thoát lên trên gây cháy các sản phẩm khí CO, H2. Nếu vận tốc gió q
bé, lượng than còn lại trong tro xỉ lại tăng lên.
Do vậy tuy phương pháp khí hóa liên hợp tuy có ưu điểm nhưng được
dùng rất hạn chế, chỉ được dùng để sản xuất khí chạy động cơ từ những
loại than có độ tro cao và than bùn.
2.1.2.1.4

Ưu nhược điểm của các quá trình khí hóa tầng cố định

Nhờ sắp xếp các vùng phản ứng trong lò, vùng nọ kế tiếp vùng kia, nên
nhiệt độ trong lò giảm dần từ dưới lên trên, than càng đi xuống dưới càng
nóng.
Phương pháp khí hóa tầng cố định, nhất là phương pháp khí hóa nghịch
hoặc liên hợp, có ưu điểm là có thể sử dụng được tất cả các loại nhiên
liệu ban đầu khác nhau (về độ ẩm và độ tro) mà không ảnh hưởng nhiều
đến chất lượng khí than. Than đi từ vùng sấy qua vùng bán cốc nên ẩm
và chất bốc đã thoát hết, do vậy khi đến vùng khử và vùng cháy than vẫn
giữ được nhiệt độ cần thiết cho các phản ứng khử và phản ứng cháy, vì
thế chất lượng khí sản phẩm ở đây vẫn tốt.
Chính vì vậy phương pháp này cho phép khí hóa được tất cả các loại
than, từ than non đến than già, kể cả loại đá dầu có hàm lượng tro
cao (đến khoảng 50% tro) và củi gỗ, (có độ ẩm đến 30%). Phương pháp
khơng dùng được đối với các loại than cám và than bụi.
Phương pháp khí hóa tầng cố định cho phép sản xuất khí than có chứa
nhiều hydrocacbon, vì vậy khí sản phẩm có nhiệt cháy cao, rất có lợi khi
dùng vào mục đích làm khí đốt.
Mất mát cacbon theo xỉ than ở phương pháp này tương đối ít, vì theo
chiều chuyển động của than từ trên xuống dưới thì nồng độ các tác nhân

khí như O2, H2O tăng lên cịn nồng độ cacbon trong pha rắn giảm dần.
Nhược điểm của phương pháp này là mất mát nhiệt theo xỉ khá nhiều vì
vùng tro xỉ tiếp xúc trực tiếp với vùng cháy, là vùng có nhiệt độ cao, do
đó hiệu suất nhiệt của quá trình khơng cao.

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Tiến Được- 20174564

Page 10


Đồ án chuyên ngành QTTB- Máy hóa chất

Thiết bị lọc bụi tĩnh điện

2.1.2.2 Khí hóa than tầng sơi

- Xét vận tốc gió trong lị phản ứng: Nếu tốc độ gió cịn nhỏ thì tha trong
lị cịn ở dạng nèn chặt. Nhưng nếu tăng dần tốc độ gió lên thì than đang
ở dạng lèn chặt dần dần biến thành trạng thái chuyển động và khi tốc độ
gió đạt tới một giá trị nhất định thì than sẽ ở trạng thái “sơi”.
Tốc độ gió lúc bấy giờ gọi là tốc độ sơi (wsơi). Vì vậy khi wgió = wsơi thì
phương pháp khí hóa gọi là khí hóa tầng sơi.
Tiếp tục tăng vận tốc gió tới giới hạn nhất định thì sẽ đạt được trạng thái
cân bằng giữa lực đẩy của gió và trọng lực của than. Tốc độ gió lúc đó
được gọi là tốc độ tới hạn, được xác định theo công thức
𝑤𝑡ớ𝑖 ℎạ𝑛 =

4. 𝑔. 𝑔𝑇 . 𝑑
3. 𝐶. 𝑔𝑘ℎí

(m/s)

Trong đó:
gT: Trọng lượng riêng của than
gkhí: Trọng lượng riêng của khí
d: Kích thước hạt than
C: Hệ số phụ thuộc vào hình dạng của hạt và phụ thuộc vào Re
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Tiến Được- 20174564

Page 11


Đồ án chuyên ngành QTTB- Máy hóa chất

Thiết bị lọc bụi tĩnh điện

Nếu wgió > wtới hạn thì than sẽ bay ra ngồi lị theo dịng khí. Vì vậy wgió
khoonh được phép vượt quá wtới hạn. Như vậy than có kích thược d càng lớn
thì wtới hạn cũng càng lớn
Ưu điểm:
+, Than liên tục được chuyển vào lị khí hóa. Than liên tục được đảo trộn
trong lớp sôi nên quá trình truyền nhiệt rất cao, điều đó làm cho sự phân bố
nhiệt độ đồng đều theo chiều cao lò.
+, Cấu tạo lò đơn giản, vốn đầu tư thấp.
+, Khi thổi gió vào lị, các hạt lớn sẽ tập trung ở đáy lò. Các hạt nhỏ ở phái
trên và dễ dàng bay ra ngồi lị theo chiều gió, để giảm lượng bụi than bay
ra ngồi người ta đưa than gió bậc 2 ở khoảng giữa lò, nhưng gio bậc 1 thổi
từ dưới đáy lò lên vẫn là chủ yếu.
+, Nhiên liệu và gió đi cùng một hướng từ dưới đáy lị, như vậy than được
tiếp xúc ngay với vùng có nhiệt độ cao. Qúa trình sấy, bán cốc cùng xảy ra

trong vùng này. Lượng chất bốc sinh ra gặp oxy trong gió sẽ cháy hết thành
CO2 và H2O, một phần nhỏ khác bị nhiệt phân. Vì vậy khí sản phẩm ra khỏi
đỉnh lị khơng có các sản phẩm lỏng, khơng có các loại hydrocacbon nên
khí ra sạch, dùn cho tổng hợp hóa học rất có lợi.
+, Các hạt than ln chuyển động và trong lị khơng có ranh giới rõ rết giữa
những vùng phản ứng ( như trong khí hóa tầng cố định) và nhiệt độ trung
bình của lị giảm xuống. Vì đặc điểm này nên nhiệt độ trong lị chỉ đạt từ
900 – 1000oC.
Nhược điểm:
+, Để nâng cao nhiệt độ lị ta có thể dùng thêm oxy và hơi nước vào trong
gió. Khơng thể nâng nhiệt độ phản ứng cao quá 1150 oC, nhiệt độ có thể
làm chảy xỉ. Do nhiệt độ lị khơng nâng cao được nên các loại than già, than
antraxit có tốc độ phản ứng của C với các tác nhân khí khơng đủ lớn thì
khơng thích hợp cho q trình khí hóa tầng sơi. Phương pháp khí hóa tầng
sơi dùng than có độ biến tính thấp như than nâu, than bùn hoặc một vài loại
than đá có đặc tính thích hợp.

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Tiến Được- 20174564

Page 12


Đồ án chuyên ngành QTTB- Máy hóa chất

Thiết bị lọc bụi tĩnh điện

+, Các loại than biến tính thấp và các loại than có tính chảy dẻo, khi nâng
cao nhiệt độ chúng bị bết lại và tạo thành các cục to nên khơng thể dùng
cho khí hóa tầng sơi.
2.1.2.3 Khí hóa than dạng dịng cuốn

Phương pháp khí hóa than dạng dịng cuốn kiểu Koppers- Totzek: Trong
thiết bị khí hóa, than được nghiền thành hạt mịn và cấp cho lò đốt. Oxy
được dẫn vào trực tiếp từ phía trước của thiết bị khí hóa và cùng với lượng
nhỏ hơi nước, hỗn hợp đi vào vùng phản ứng qua miệng của lò đốt với tốc
độ cao. Nhiệt độ giữa ngọn lửa có thể đạt 2000oC. Khí tổng hợp đi ra qua
đỉnh của thiết bị sinh khí ở nhiệt độ 1500 – 1600oC và qua nồi hơi được đốt
nóng bằng nhiệt thải. Phần lớn tro thải ra khỏi thiết bị phản ứng ở dạng lỏng
và được hóa rắn thành hạt nhờ làm nguội nhanh bằng nươc. Đây là qui

trình được sử dụng trong những nhà máy ở Nam Phi, Ấn Độ và Trung
Quốc.
Khí hóa trong điều kiện như vậy đạt được mức chuyển hóa cacbon cao. Khí
sản phẩm tạo thành có hàm lượng CO rất cao. Than khi vào lò trước hết tác
dụng với oxy để tạo nhiệt độ cao cho các phản ứng khử khác.

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Tiến Được- 20174564

Page 13


Đồ án chuyên ngành QTTB- Máy hóa chất

Thiết bị lọc bụi tĩnh điện

Hiện nay, phương pháp khí hóa dạng dịng cuốn kiểu Koppers – Totzek
được dùng để sản xuất khí tổng hợp amoniac. Phương pháp khí hóa ở
nhiệt độ cao đạt hiệu suất nhận khí tổng hợp cao, do khi đó tất cả các chất
hữu cơ của than chuyển hóa thành CO2, CO, H2, H2O. Do đó khi làm lạnh
khí khơng cần có cơng đoạn tách các chất nhựa, dầu, benzen, phenol.. Nhờ
đó qua trình làm sạch khí nói chung đơn giản.

2.1.3 Qúa trình tạo khí than khơ
2.1.3.1 Bản chất q trình
Khí than khơ là khí than thu được khi tác nhân khí hóa là khơng khí. Tại
vùng khí hóa sẽ xảy ra các phản ứng sau:
(1)
𝐶 + 𝑂2 = 𝐶𝑂2 + 𝑄
(2)
2𝐶 + 𝑂2 = 2𝐶𝑂 + 𝑄
(3)
𝐶 + 𝐶𝑂2 = 2𝐶𝑂 + 𝑄
(4)
2𝐶𝑂 + 𝑂2 = 2𝐶𝑂2 + 𝑄
Phản ứng (1) và (2) xảy ra một chiều còn phản ứng (3) và (4) diễn ra thuận
nghịch. Đa số những phản ứng trên là phản ứng tỏa nhiệt, do đó dẫn tới
tăng nhiệt độ trong vùng khí hóa, kết quả làm cho mẫu than mềm ra và
nóng chảy thành những cục lớn/ Vì vậy, việc phân bố khơng khí theo toàn
bộ lớp nhiên liệu bị phá vỡ làm quá trình khí hóa trở nên xấu đi. Ở phía
dưới vùng khí hóa trong phạm vi oxy hóa, nồng độ oxy hóa cao hơn, nên
tiến hành các phản ứng oxy hóa hồn tồn và một phần oxy hóa khơng
hồn tồn. Khí CO tạo thành gặp oxy tự do sẽ cháy thành CO2. Đến vùng
khử, CO2 tác dụng với than cốc nung đỏ để tạo CO. Khí càng nhiều CO thì
chất lượng của chúng càng tăng lên. Khí CO là thành phần chính của khí
than khơ. Nếu khả năng phản ứng của than cốc càng cao thì sự phân hủy
CO2 càng mạnh và khí càng giàu CO, ngay cả trong trường hợp nhiệt độ
vùng khử xuống dưới 1000oC.
2.1.3.2 Một số đặc điểm q trình sản xuất khí than khơ
Đặc trưng lớn nhất của q trình sản xuất khí than khơ là nhiệt độ trong các
khu vực đều cao, đặc biệt là trong khu vực cháy nhiệt độ có thể lên đến
1000 – 1700oC.
Trong điều kiện như vậy tro xỉ đều bị chảy lỏng, các lớp lót trong lị bị ăn

mịn rất mạnh vì xỉ lỏng nóng tác dụng rất mạnh với các vật liệu chịu lửa.
Do vậy, vật liệu lót lị thường phải là các loại cao cấp, như gạch chịu lửa
manhezit. Tháo xỉ ở dạng lỏng.

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Tiến Được- 20174564

Page 14


Đồ án chuyên ngành QTTB- Máy hóa chất

Thiết bị lọc bụi tĩnh điện

Khí than khơ có nhiều nhược điểm, chủ yếu là khả năng sinh nhiệt thấp,
tổng hàm lượng CO, H2 thấp. Tổn thất nhiệt trong quá trình sản xuất cao do
nhiệt độ của sản phẩm khí ra khỏi lị khá cao (800 – 900oC), hiệu suất khí
thấp. Trong lị khí hóa, nhiệt độ của khu vực cháy rất cao nên vật liệu lót lị
chóng bị hư hỏng, phải sửa chữa thường xuyên và phải sử dụng vật liệu
đắt tiền.
Tuy vậy, nó cũng có một số ưu điểm. Do nhiệt độ lò rất cao nên cho phép
thảo xỉ lỏng và do đó có thể dùng những nguyên liệu nhiều tro, nhất là tro
có nhiệt độ chảy mềm thấp, để khí hóa. Có thể cho vào than các vật liệu có
khả năng làm giảm nhiệt độ chảy lỏng của tro (như CaO). Do nhiệt độ trong
lị cao nên có cường độ khí hóa cao và vấn đề về tách tro, xỉ không bị hạn
chế như ở các phương pháp khác.
Do thành phần khí than khơ có hàm lượng CO và H2 thấp nên giá trị sử
dụng và giá trị kinh tế thấp. Trong trường hợp khí có hàm lượng H2 thấp và
CO cao hơn thì có thể ứng dụng để tổng hợp hóa học.
2.1.4 Qúa trình tạo khí than ướt dùng hơi nước
2.1.4.1 Bản chất của q trình

Khí than ướt là sản phẩm nhận được của q trình khí hóa than nếu tác
nhân khí hóa là hơi nước. Trong vùng oxy hóa sẽ diễn ra các phản ứng
sau:
(5)
𝐶 + 𝐻2 𝑂 = 𝐶𝑂 + 𝐻2 − 𝑄
(6)
𝐶 + 2𝐻2 𝑂 = 𝐶𝑂2 + 2𝐻2 − 𝑄
(7)
𝐶𝑂 + 𝐻2 𝑂 = 𝐶𝑂2 + 𝐻2 + 𝑄
(8)
𝐶 + 𝐶𝑂2 = 2𝐶𝑂 − 𝑄
Phản ứng phân hủy hơi nước kèm theo thu nhiệt nên nhiệt độ càng cao thì
phản ứng phân hủy hơi nước diễn ra càng mãnh liệt và chủ yếu theo phản
ứng (5). Sự phân hủy này còn phụ thuộc vào hoạt tính của nguyên liệu. Khí
CO2 thu được ở các phản ứng (6) và (7) sẽ tác dụng với than cốc nung đỏ
ở vùng khử nằm ở phía trên vùng khí hóa để tạo thành khí CO.
Do phản ứng khí hóa bằng hơi nước là phản ứng thu nhiệt mạnh nên hơi
nước đưa vào lị cần phải có nhiệt độ cao, để thực hiện điều đó có thể sử
dụng những phương pháp sau:
a, Phương pháp gián đoạn
Nung nóng các lớp than trong lị bằng cách đưa khơng khí vào lị trước để
thực hiện phản ứng cháy, làm cho lớp than bị nóng đỏ lên, có nhiệt độ cao,
sau đó mới đưa hơi nước vào để thực hiện phản ứng khí hóa.
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Tiến Được- 20174564

Page 15


Đồ án chuyên ngành QTTB- Máy hóa chất

Thiết bị lọc bụi tĩnh điện

Khi đưa khơng khí vào, trong lị xảy ra phản ứng cháy tỏa nhiệt mạnh:
𝐶 + 𝑂2 = 𝐶𝑂2 + 𝑄
2𝐶 + 𝑂2 = 2𝐶𝑂 + 𝑄
Lúc này, nhiệt độ lò sẽ cao, nhiệt được giữ lại ở trong các lớp than của lị.
Ngừng đưa khơng khí, đồng thời chuyển hơi nước vào lị lúc lị đang có
nhiệt độ cao.
Phản ứng khí hóa than với hơi nước sẽ xảy ra:
𝐶 + 𝐻2 𝑂 = 𝐻2 + 𝐶𝑂 − 𝑄
Sản phẩm khí lúc này chứa chủ yếu là CO và H2, đồng thời nhiệt được tích
lũy từ trước sẽ bị tiêu hao dần làm cho nhiệt độ trong lò hạ xuống, tốc độ
phân hủy hơi nước giảm dần. Lúc này phải dừng việc đưa hơi nước vào lò
và lại tiếp tục tiến hành đưa khơng khí vào lị để duy trì phản ứng cháy, tỏa
nhiệt cung cấp nhiệt cho q trình khí hóa tiếp theo. Các q trình này phải
tiến hành gián đoạn và lặp lại theo những chu kỳ nhất định với các tác nhân
khơng khí – hơi nước – khơng khí,....
b, Phương pháp liên tục
Khơng cần nung nóng các lớp than trong lị trước mà tiến hành đưa ngay
hỗn hợp hơi nước và chất gia nhiệt dạng khí có nhiệt độ cao 1100 – 1500oC
vào lị và nhờ nhiệt lượng của nó mà có được nhiệt lượng cần thiết cho
phản ứng khí hóa thu nhiệt.
Qúa trình sản xuất theo phương pháp này tiến hành liên tục.
Trong số hai phương pháp trên, phương pháp sản xuất gián đoạn theo chu
kỳ khơng khí – hơi nước – khơng khí được dùng phổ biến hơn cả. Các
phương pháp sản xuất liên tục dù so sản phẩm khí tốt nhưng áp dụng hạn
chế vì phức tạp, đắt tiền và giá thành cao.
Ta cần chú ý một điều rằng nếu tăng cao nhiệt độ của lớp than bằng cách
tăng cường quá trình cháy khi thổi gió vào lị thì đồng thời với phản ứng oxy
hóa tăng nhanh lại kèm theo phản ứng khử CO2 thành CO cũng tăng

nhanh, do đó làm nhiệt độ của lớp than nguội đi và đồng thời cũng gây tổn
thất cacbon. Hiệu suất tổng cộng của quá trình khí hóa đạt đến một giá trị
cực đại chỉ trong những điều kiện nhiệt độ thích hợp nào đó chứ không phải
nhiệt độ càng cao càng tốt.
Đặc trưng cho điều kiện nhiệt độ của lị là cường độ thổi khơng khí và hơi
nước trên tồn bộ tiết diện ngang của lị. Trong các lị sản xuất khí than ướt
gián đoạn, đường kính trong của lị từ 3 tới 3,6 m, vận tốc khơng khí thổi
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Tiến Được- 20174564

Page 16


Đồ án chuyên ngành QTTB- Máy hóa chất

Thiết bị lọc bụi tĩnh điện

vào hợp lý nhất khi khí hóa than antraxit thường là 0,7 – 0,8 m/s, khi dùng
than cốc cao cấp thường là 1,5 m/s. Vận tôc hơi nước thường là 0,2 – 0,25
m/s, có khi tới 0,3 m/s.
Các phản ứng phân hủy hơi nước là phản ứng thu nhiệt nên nhiệt độ của
các lớp than trong lò ngày càng giảm đi và do đó mức độ phân hủy hơi
nước giảm xuống rất nhanh, phẩm chất khí ngày càng xấu đi. Sự biến đổi
thành phần khí than ướt theo thời gian gió thổi được thể hiện trong bảng
dưới đây:
Bảng 2-1 Sự biến đổi thành phần khí than ướt theo thời gian gió thổi
Các cấu tử

CO2
CO
H2

CH4
O2
N2

Thành phần trong khí than ướt (%V) sau khí gió lạnh
thổi vào được
2 phút
4 phút
6 phút
3,0
5,3
8,5
45,6
39,5
34,2
45,0
51,2
53
0,1
0,1
0,1
0,4
0,3
0,1
5,9
3,6
4,1

Để khắc phục sự dao động về thành phần khí sản phẩm, xu hướng chung
là rút ngắn thời gian các pha đến mức có thể và thay đổi luân phiên giữa hai

pha rất nhanh.
Mặt khác để sử dụng toàn bộ nhiệt tích trữ trong các lớp than của lị, người
ta thường thổi luồng gió lạnh vào theo hai kiểu: gió lạnh vào từ dưới lên rồi
lại từ trên xuống. Tất cả các pha như vậy tạo thành một chu trình, mỗi chu
trình bao gồm các pha như sau:
Pha 1: Thổi khơng khí từ dưới lên với mục đích để tạo nhiệt trong các lớp
than.
Khí thốt ra có thành phần gần như khơng khí, sẽ được thải ra hoặc sử
dụng vào mục đích khác.
Pha 2: Thổi hơi nước từ dưới lên để đuổi các sản phẩm trong pha 1 còn lưu
lại trong lò, ngăn ngừa ảnh hưởng làm bẩn hơi nước của pha sau. Thời
gian cho pha này rất ngắn.
Pha 3: Thổi hơi nước từ dưới lên để tạo sản phẩm khí than ướt. Sản phẩm
được dẫn vào bể chứa khí để sử dụng.

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Tiến Được- 20174564

Page 17


Đồ án chuyên ngành QTTB- Máy hóa chất

Thiết bị lọc bụi tĩnh điện

Pha 4: Thổi hơi nước từ trên xuống nhằm tạo thêm sản phẩm khí than ướt,
tận dụng nhiệt cịn tích lại trong các lớp trên của lị. Sản phẩm cũng được
dẫn vào bể chứa để sử dụng.
Pha 5: Thổi hơi nước từ dưới lên nhằm tạo thêm sản phẩm khí than ướt
của pha trước, thu vào bể chứa khí và cịn để tạo điều kiện an tồn cho
phan sau. Sản phẩm cũng được dẫn vào bể chứa để sử dụng.

Pha 6: Thổi khơng khí từ dưới lên để đẩy hết khí than ướt cịn lưu lại phía
trên của lò. Sản phẩm vét này cũng được đưa vào bể chứa để sử dụng.
Qua từng pha như vậy, thành phần các khí sản phẩm cũng sẽ thay đổi.
Bảng 2-2 Sự thay đổi thành phần khí ở các pha
Thành phần khí,
%V
CO2
H2 S
O2
CO
H2
CH4
N2

Pha 3

Pha 4

Pha 5

6,97
0,43
0,20
38,38
49,31
0,64
4,07

5,17
0,43

0,2
39,31
50,39
0,54
3,36

8,84
0,43
0,2
34,53
50,31
0,7
4,99

Việc thay đổi liên tục các pha này có thể thực hiện bằng tay hoặc tự động.
Khi điều khiển bằng tay thì chỉ cần 4 pha, bỏ pha 2 và pha 4. Tổng số tời
gian cần thiết cho một chu trình khi điều khiển bằng tay có thể cần đến 9 –
12 phút, nếu bán tự động thì cần 5 – 7 phút, cịn khi điều khiển hồn tồn tự
động thì chỉ cần 3 - 4 phút.
2.1.4.2 Một số đặc điểm của q trình sản xuất khí than ướt
Lị khí hóa than dùng gió hơi nước có hiệu suất khí háo thực tế η đạt 50 –
60%. Như vậy, nếu tính tổng số mất mát do than phải thải qua quá trình
cháy (để cấp nhiệt cho phản ứng khử) theo xỉ và thất thốt ra mơi trường
xung quanh (khoảng 5%) thì cứ 100 kg nguyên liệu chỉ còn 50 – 60 kg than
tham gia phản ứng C + H2O để sản xuất khí than ướt.
Đây chính là nhược điểm lớn nhất của phương pháp sản xuất khí than ướt
theo phương pháp gián đoạn.
2.1.4.3 Ứng dụng của khí than ướt
Khí than ướt chủ yếu sử dụng để tổng hợp hóa học. Vì là ngun liệu chứa
nhiều H2 nên khí than ướt được dùng để tổng hợp NH3 hoặc làm nhiên liệu.

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Tiến Được- 20174564

Page 18


Đồ án chuyên ngành QTTB- Máy hóa chất

Thiết bị lọc bụi tĩnh điện

Nhược điểm của phương pháp làm việc gián đoạn là hiệu suất thấp, nhiệt
độ và thành phần khí thay đổi theo thời gian, dễ gây hỗn hợp nổ trong lò và
đường ống.
Phương pháp tầng cố định sản xuất khí than ướt gián đoạn địi hỏi chất
lượng ngun liệu cao cấp như than cốc, bán cốc hay antraxit có độ bền
nhiệt cao, kích thước hạt lớn. Sở dĩ địi hỏi nguyên liệu cao cấp như vậy vì
nhiệt độ trong lị thay đổi rất đột ngột, từ pha nóng sang pha lạnh và ngược
lại. Vì vậy nếu ngun liệu khơng có độ bền nhiệt cao sẽ bị võ vụn dưới tác
dụng của sự thay đổi nhiệt độ đột ngột. Ngoài ra, phương pháp sản xuất khí
than ướt gián đoạn cần tốc độ gió cao nên phản dùng kích thước hạt lớn.
Chính vì vậy nên với kích thước hạt nhỏ hơn 35 – 50 mm thì khơng thể
dùng được. Do có nhược điểm như vậy nên giá thành cảu sản phẩm khí
than ướt sản xuất theo phương pháp tầng cố định gián đoạn tương đối cao.
Tuy tồn tại những nhược điểm trên nhưng phương pháp này vẫn được sử
dụng rất phổ biến trong cơng nghiệp, vì đây là phương pháp có dây chuyền
sản xuất đơn giản, thiết bị rẻ tiền, dễ thiết kế thi công và vận hành không
phức tạp. Ở nước ta sản phẩm khí than ướt được sử dụng để sản xuất
phân bón tại Cơng ty Phân đạm và Hóa chất Hà Bắc.
2.1.5 Qúa trình tạo khí than ướt dùng hơi nước và oxy
Đây là phương pháp sản xuất mà gió đi vào là hỗn hợp của oxy và hơi
nước.

Sở dĩ trong công nghiệp đi đến phương pháp sản xuất này là do:
- Nhiệt cháy cảu sản phẩm khí lẫn (chứa nhiều nito khi dùng khơng khí để
khí hóa) không cao, 1200 – 1400 kcal/m3, và không đáp ứng được trong
một số trường hợp cần nhiệt độ cao. Nếu dùng khí lẫn để đốt trong sinh
hoạt thì khơng đạt yêu cầu kinh tế vì phải vận chuyển một lượng lớn nito
trong đường ống. Trong trường hợp này dùng khí than ướt thì thể tích khí
giảm đi nhiều.
- Nếu khí sản phẩm dùng để tổng hợp hóa học mà khơng cần dùng nito thì
khơng nên dung khí lẫn vì việc loại bỏ nito ra khỏi hỗn hợp khí là một vấn đề
rất khó khăn.
Các phản ứng chủ yếu xảy ra trong q trình khí hóa với gió gồm hơi nước
và oxy là:
𝐶 + 𝑂2 = 2𝐶𝑂 + 𝑄
𝐶 + 𝐻2 𝑂 = 𝐶𝑂 + 𝐻2 + 𝑄

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Tiến Được- 20174564

Page 19


Đồ án chuyên ngành QTTB- Máy hóa chất

Thiết bị lọc bụi tĩnh điện

2.2 Sản xuất khí than ướt phục vụ sản xuất phân đạm trong nhà máy
phân đạm Hà Bắc
2.2.1 Cương vị lị tạo khí 651
- Nhiệm vụ: sản xuất khí than ẩm thoả mãn điều kiện:
(CO + H2)/N2 = 3,1  3,2.
Bất kỳ một phương pháp tổng hợp NH3 nào cũng phải đi từ N2 &

H2. Để giải quyết nguồn ngun liệu nói trên có thể chế khí hỗn hợp
hoặc chế riêng N2&H2.
Khí hỗn hợp để tổng hợp NH3 có thể được sản xuất từ than, khí
thiên nhiên hoặc dầu mỏ. Tại Cơng ty phân đạm và hố chất Hà Bắc
nguồn nguyên liệu để sản xuất khí hỗn hợp là than cục. Cơng ty sử
dụng phương pháp khí hố than bằng lị khí hố tầng cố định, sử dụng
tác nhân khí hố là khơng khí và hơi nước thổi vào tầng ngun liệu cố
định để khí hố than. Mục đích của việc thơng khơng khí vào lị là dùng
O2 trong khơng khí đốt cháy C trong nhiên liệu, nhằm nâng cao nhiệt
độ tầng nhiên liệu, cung cấp nhiệt lượng cho phản ứng thu nhiệt giữa
hơi nước và cacbon, đồng thời cung cấp lượng N2 cho giai đoạn tổng
hợp NH3.
2.2.2 Lưu trình cơng nghệ
2.2.2.1 Vận chuyển và cung cấp ngun liệu
Nguyên liệu đầu vào là than cục, được phân làm 3 loại:
Loại 1: d = 40 - 100 mm
Loại 2: d = 25 – 40 mm
Loại 3: d = 12 – 25 mm
Mỗi loại than được phân bố cho các lị khác nhau để có thể áp dụng các
điều kiện cơng nghệ thích hợp của lị khí hóa cho từng cỡ hạt than.
Than được đưa vào lò qua Bunke. Hiện tại nhà máy đang sử dụng 10 lị khí
hóa, mỗi lò sử dụng hết 50 tấn than/ ngày.
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Tiến Được- 20174564

Page 20


Đồ án chuyên ngành QTTB- Máy hóa chất

Thiết bị lọc bụi tĩnh điện

Sở dĩ có sự phân loại cỡ than như trên là để đảm bảo quá trình cháy của
than là đồng đều, cũng như thuận lợi cho quá trình khống chế nhiệt độ cho
từng lò.

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Tiến Được- 20174564

Page 21


Đồ án chuyên ngành QTTB- Máy hóa chất

Thiết bị lọc bụi tĩnh điện

2.2.2.2 Thuyết minh lưu trình cơng nghệ
Thổi gió: Khơng khí ngồi trời được quạt hút đưa vào ống khơng khí
chung qua van tấm chắn để cho quạt cấp khơng khí vào đáy lị khí
hố, qua tầng than có nhiệt độ cao xảy ra phản ứng toả nhiệt. Khí thổi
gió đi ra từ đỉnh lị khí hố theo đường xiên sang lị đốt. Trong khí thổi
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Tiến Được- 20174564

Page 22


Đồ án chuyên ngành QTTB- Máy hóa chất

Thiết bị lọc bụi tĩnh điện

gió cịn một lượng CO, người ta đưa thêm một lượng khơng khí lần 2
vào lị để đốt cháy khí CO trong lị nhằm mục đích thu hồi nhiệt và

tránh ơ nhiễm mơi trường. Nhiệt được tích luỹ trong gạch tích nhiệt của
lị đốt, khí tiếp tục đi sang lị hơi nhiệt thừa, khí đi trong ống chùm của
của lò hơi nhiệt thừa truyền nhiệt cho nước đi ngoài ống để sản xuất
hơi nước 5at. Sau khi đi ra từ đáy nồi hơi nhiệt thừa qua van ống khói
phóng khơng ra ngồi.
Thổi lên lần 1: Hỗn hợp hơi nước 5at và khơng khí qua van hơi nước
và khơng khí vào đường ống thổi lên, vào đáy lị khí hố qua tầng than
(sau bước thổi gió, tầng nhiên liệu có nhiệt độ rất cao ) xảy ra phản
ứng chế khí. Khí than ẩm sinh thành qua cửa đỉnh lị sang đáy lị đốt
rồi sang lị hơi nhiệt thừa. Khí nguội ra từ đáy nồi hơi nhiệt thừa, lúc
này van ống khói đóng, khí qua van 3 ngả vào thuỷ phong túi rửa. Sau
đó khí ra đường ống khí than chung qua tháp rửa làm lạnh. Khí than đi
từ dưới lên, nước tuần hoàn đi từ trên xuống làm lạnh khí than và giảm
một phần bụi. Cuối cùng khí tiếp tục qua van thuỷ phong về két khí rồi
qua lọc điện để tiếp tục sang cơng đoạn tinh chế khí. Bụi lắng trong lò
đốt đi vào thuỷ phong đáy lò. Tại đây, bụi bị dòng nước cuốn theo ra
khỏi thiết bị thuỷ phong cùng với bùn thải ở thuỷ phong túi rửa cũng
như ở tháp rửa tập trung vào 2 bể lắng rồi đưa về hồ môi trường.
Thổi xuống: Hỗn hợp hơi nước và khơng khí qua bộ van hơi nước và
khơng khí thổi xuống đi vào đỉnh lị đốt lấy nhiệt, theo đường xiên sang
đỉnh khí hố qua tầng than có nhiệt độ cao. Khí than ẩm sinh thành đi
ra từ đáy lò qua van 3 ngả ở vị trí thổi xuống, qua túi rửa ra đường ống
khí than chung và sang tháp rửa rồi về két khí. Trong giai đoạn chế
khí, nếu như hơi nước và khơng khí chỉ đi qua tầng nhiên liệu từ dưới
lên trên thì do nhiệt độ chất khí hố tương đối thấp và phản ứng khí
hố thu lượng nhiệt lớn, sẽ làm nhiệt độ nhiên liệu ở phần dưới tầng
khí hố tụt xuống, thậm chí có thể làm tắt lị. Vì vậy tầng khí hố sẽ
mỏng đi, cịn phần trên tầng nhiên liệu khơng ngừng được khí than
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Tiến Được- 20174564

Page 23