Nghiên cứu thiết kế hệ thống hóa khí than phục vụ thí nghiệm

Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010
159
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG
HÓA KHÍ THAN PHỤC VỤ THÍ NGHIỆM
THE RESEARCH OF DESIGNING COAL GASIFICATION SYSTEM
FOR EXPERIMENTS

SVTH: Trần Việt Hưng, Nguyễn Văn Đức
Lớp 05N1, Khoa CN Nhiệt Điện Lạnh, Trường Đại học Bách khoa
GVHD: TS.Trần Thanh Sơn
Khoa CN Nhiệt Điện Lạnh, Trường Đại học Bách khoa

TÓM TẮT
Việc sử dụng than ở nước ta chưa được hiệu quả và gây ô nhiểm môi trường. Hóa khi
than là một phương pháp giúp sử dụng than hiệu quả hơn và giảm thiểu tối đa ô nhiểm môi
trường. Mục đích của bài báo này là thiết kế một thiết bị hóa khí để thí nghiệm. Nhằm phục vụ cho
việc nghiên cứu sử dụng than sau này
ABSTRACT
Using coal in our coutry lacks of effect and influences environment badly. Coal gasification
is a method which helps us using coal much more effective and reducing pollution. The aim of this
report is design a device which gasifies coal in laboratory, furthermore. It help us research of using
coal in future.
1. Đặt vấn đề
Năng lượng và môi trường trong thế kỷ XXI đang là vấn đề cấp bách hàng đầu do
nhu cầu khai thác và sử dụng nhiên liệu cùng với phát khí thải gia tăng chóng mặt, các
nguồn năng lượng mới như: Gió, mặt trời, địa nhiệt… đã được nghiên cứu chế tạo nhưng
hiệu suất thấp, chi phí lớn nên vẫn chưa đáp ứng được nhu cầu hiện nay, trong khi nguồn
nhiên liệu hóa thạch: Than đá với trữ lượng rất lớn… là một giải pháp thay thế hiệu quả.
Tuy nhiên việc sử dụng nguồn tài nguyên này sao cho hợp lý là vấn đề được đặt ra.
Hóa khí than là phương pháp chuyển than đá thành khí đốt chứa ít chất độc hại
hoặc dùng làm tổng hợp hóa chất, phân bón, giảm thiểu khí thải độc hại ra môi trường gây

hiệu ứng nhà kính và là một giải pháp tiết kiệm hiệu quả cho các doanh nghiệp.
2. Nội dung
2.1. Các kiểu khí hóa than
2.1.1. Hóa khí than tầng cố định
Lò hóa khí kiểu này chia chiều cao lò thành từng vùng phản ứng, vùng này kế tiếp
vùng kìa. 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. Phương
pháp hóa khí than tầng cố định cho phép sản xuất khí than có chứa nhiều hydrocacbon nên
sản phẩm khí có nhiệt cháy cao rất có lợi khi dùng vào mục đích làm khí đốt.
Tuyn tp Bỏo cỏo Hi ngh Sinh viờn Nghiờn cu Khoa hc ln th 7 i hc Nng nm 2010
160
2.1.2. Húa khớ than kiu tng sụi
Than cỏm v than bi cú kớch thc khỏ nh ng kớnh t 0
.
kiu húa khớ ny giú i cựng vi nhiờn liu theo mt hng ỏy lũ. Nhiờn liu sụi l lng
bờn trong lũ, ti õy cựng vi nhit v ỏp sut thớch hp cỏc khớ t c to ra.
2.1.3. Húa khớ than kiu lụi cun
Khi than cỏm cú kớch thc rt nh ng kớnh t 0
phỏp húa khớ than kiu dũng lụi cun. Phng phỏp húa khớ ny nhit cao t hiu
sut nhn khớ tng hp cao do lỳc ú tt c cỏc cht hu c ca than chuyn húa thnh
CO2, CO, H2, H2O. Vỡ vy khi lm lnh khớ khụng cn cú cụng on tỏch cỏc cht nha
than, du, bezen, phenolNh ú quỏ trỡnh lm sch n gin.
2.2.
2.2.1. Cu to ca lũ húa khớ thc nghim
Lũ húa khớ tng c nh kiu ngc chiu, chiu cao tng th ca lũ l 982mm,
ng kớnh trong ca lũ l 200mm, ng kớnh ngoi tng th l 532mm, chiu cao ca
vựng t than l 600mm. Cỏc b phn chớnh ca lũ l 01 lp bụng thy tinh, 02 qut cp
giú, 03 xiclon, 4 ỏo khớ, cỏc ca o nhit v ỏp sut, 06 np lũ, 07 ghi lũ, 08 ca thi x
(xem hỡnh 1).

1
5
4
3
6
7
8
2
TT
Chuù Thờch
1
2
3
4
5
6
7
8
Lồùp bọng thuớy tinh
Quaỷt gioù cao aùp
Xyclon
Lồùp aùo khờ
ng tờn hióỷu nhióỷt õọỹ
Nừp loỡ
Ghi loỡ
Cổớa thaới xố

Hỡnh 1: Cu to Lũ húa khớ tng c nh kiu ngc chiu
2.3. Quy trỡnh thc nghim húa khớ than
.

2.3.1. Chun b than

. Ta chn than cc cú ng kớnh trung bỡnh 25mm
v lng than cho 1 m l 6 kg.
2.3.2. Chun b húa khớ

Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010
161
: Không khí tự nhiên, không khí đã được gia nhiệt,
ôxy công nghiệp, hỗn hợp hơi nước và không khí đã gia nhiệt, hỗn hợp hơi nước và ôxy
công nghiệp.
Để mồi , ta sắp ở trên ghi 1 lớp củi
mỏng và s . Khi mồi cháy than, nắp lò được mở để
thoáng khí và quạt gió bật.
.

hí hóa sau khi ra khỏi xyclon được đốt trực tiếp ngay nhằm tránh
gây ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng sức khỏe tới người xung quanh.
3. Kết quả thực nghiệm
3.1. Thành phần của khí than khô
Bảng 1: Thành phần của khí than khô
Than Thành phần khí, %V Nhiệt cháy,
kcal/N.m
3

CO H
2
CH
4
CO

2
N
2

Than cốc 32,2 0,5 - 1,5 65,8 996
Than nâu 29,0 4,0 2,0 5,0 60,0 1159
3.2. Thành phần của khí than ướt
Bảng 2: Thành phần khí than ướt từ than antraxit
Thành phần CO
2
H
2
S CO H
2
O
2
N
2
Q
thấp,
kcal/m
3

%V 6,5 0,3 37 50 0,2 6 2490
Đặc trưng cho điều kiện nhiệt độ của lò là cường độ thổi không khí và hơi nước
trên toàn bộ tiết diện ngang của lò. Trong các lò sản xuất khí than ướt gián đoạn, vận tốc
không khí thổi 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 tốc hơi nước thường là 0,2 0,25 m/s, có khi tới
0,3 m/s.
Các phản ứng phân huỷ 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 huỷ hơi nước giảm xuống rất
nhanh, phẩm chất khí ngày càng xấu đi. Sự thay đổi này có thể thấy rõ trong bảng 3.
Bảng 3: Sự biến đổi thành phần khí than ướt theo thời gian thổi gió lạnh.
Các cấu tử
Thành phần trong khí than ướt (%V) sau khi bắt đầu
thổi gió lạnh được:
2 phút 4 phút 6 phút
CO
2
3,0 5,3 8,5
CO 45,6 39,5 34,2
Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010
162
H
2
45,0 51,2 53
CH
4
0,1 0,1 0,1
O
2
0,4 0,3 0,1
N
2
5,9 3,6 4,1
Bảng 4: Thành phần khí than khi nồng độ ôxy trong gió khô thay đổi
Thành phần khí,
% thể tích
Nồng độ oxy trong gió khô, %
20 30 50 70

CO
2
6 13,2 15,4 17,4
CO 26 18,8 34,0 35,2
H
2
13 23,9 31,7 37,5
CH
4
0,5 0,5 0,5 0,5
N
2
54,5 33,6 18,4 9,4
Q
thấp
1160 1540 1900 2080
Bảng 4 cho thấy khi tăng nồng độ oxy trong gió thì nồng độ CO
2
, H
2
và CO trong
khí sản phẩm tăng, nồng độ N
2
giảm, nhiệt cháy tăng. Do khống chế được tỷ lệ O
2
, N
2
,
H
2

O trong gió nên có thể điều chỉnh được nhiệt độ lò khí hóa theo ý muốn. Phương pháp
này cho phép dùng các loại than có nhiệt độ chảy mềm của tro khác nhau, đồng thời cho
phép dùng cả các loại than có độ biến tính thấp, cường độ khí hóa tương đối cao. Sản phẩm
khí than ướt sản xuất bằng phương pháp này có thể dùng để tổng hợp NH
3
, CH
3
OH, dùng
để đốt các lò công nghiệp, hoặc để làm khí đốt dân dụng.
4. Kết luận
Kết quả thu được là một nguồn nhiên liệu khí sạch bụi với .
Khí sản phẩm đốt cháy có nhiệt trị cao, hiệu suất sinh khí tương đối lớn, thiết bị vận hành
đơn giản, ổn định và an toàn, có thể đạt được khí sản phẩm có chất lượng khí khác nhau
theo ý muốn. Kết quả này sẽ tạo tiền đề cho quá trình nghiên cứu mục đích sử dụng khí
hóa sau này.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Bùi Hải, Dương Đức Hồng, Hà Mạnh Thư (1999). Thiết Bị Trao Đổi Nhiệt, Nhà xuất
bản khoa học và kĩ thuật Hà Nội.
[2] Nguyễn Sĩ Mão (1999). Lý Thuyết Và Thiết Bị Cháy, Nhà xuất bản khoa học và kĩ
thuật Hà Nội.
[3] Trương Duy Nghĩa, Nguyễn Sĩ Mão (1974). Thiết Bị Lò Hơi, Nhà xuất bản khoa học
và kĩ thuật Hà Nội
Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010
163
[4] PGS.TS Bùi Hải – PGS.TS Trần Thế Sơn (2001). Bài Tập Truyền Nhiệt – Nhiệt Động
Và Kĩ Thuật Lạnh, Nhà xuất bản khoa học và kĩ thuật Hà Nội
[5] PGS.TS Đặng Quốc Phú, PGS.TS Trần Thế Sơn, PGS.TS Trần Văn Phú (1999).
Truyền Nhiệt, Nhà xuất bản giáo dục.

[6] Nguyễn Bin, Đỗ Văn Đài, Long Thanh Hùng, Đinh Văn Huỳnh, Nguyễn Trọng
Khuông, Phạm Văn Thơm, Phạm Xuân Toàn, Trần Xoa (1999). Sổ Tay Quá Trình Và
Thiết Bị Công Nghệ Hóa Chất – Tập 1, Nhà xuất bản khoa học và kĩ thuật Hà Nội.
[7] Nguyễn Thanh Quang (ĐHBK – Đà Nẵng) – Đặng Thế Hùng (Công ty TNHH
Trường Quang II). “Nghiên Cứu Chế Tạo Hệ Thống Hóa Khí Than Tầng Cố Định
Ngược Chiều”. Tạp Chí Khoa Học Và Công Nghệ Nhiệt Số 77
[8] Gasification Technology- Technical Issues in the Design of Gasifiers-1999