CÔNG NGHỆ KHÍ HÓA SINH KHỐI ĐỂ SẢN XUẤT ĐIỆN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA VŨNG TÀU
KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH
HÓA DẦU
ĐỀ TÀI:
CÔNG NGHỆ KHÍ HÓA SINH KHỐI
ĐỂ SẢN XUẤT ĐIỆN
GVHD :
SVTH :

LỚP :DH11H1
KHÓA :2011-2015
Vũng Tàu, tháng 5 năm 2014
KHOA HÓA HỌC & CNTP Độc lập-Tự do-Hạnh phúc
000
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN
CHUYÊN NGÀNH HÓA DẦU
Họ và tên sinh viên:
Ngành :Công nghệ kỹ thuật hóa học-chuyên ngành hóa dầu
1.TÊN ĐỀ TÀI
Công nghệ khí hóa để sản xuất điện
2. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG
 Nhiệm vụ:
 Nội dung:
Vũng Tàu, ngày tháng năm 2014
GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN
(Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên)
LỜI CẢM ƠN

Đồ án này được thực hiện nhờ sự hướng dẫn trực tiếp của cô Đặng Thị Hà

cùng các thầy cô Khoa hóa học & CNTP trường ĐH Bà Rịa-Vũng Tàu.
Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn cô Đặng Thị Hà và các thầy cô khác
cùng tất cả bạn bè đã giúp đỡ nhóm trong quá trình thực hiện đồ án!
NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN


















Xác nhận của GVHD
Chữ ký
MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN
1.1 TỔNG QUAN KHÍ HÓA - BIOMASS
1.1.1 Năng lượng sinh khối
1.1.2 Ứng dụng của năng lượng sinh khối

1.1.3 Khí hóa sinh khối
1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU, PHÁT TRIỂN TRONG VÀ NGOÀI
NƯỚC
1.2.1 Trong nước
1.2.2 Ngoài nước
1.3 CƠ SỞ LÝ HÓA
1.3.1.Giới thiệu
1.3.2: Cơ chế phản ứng của các phản ứng chính trong quá trình khí
hóa sinh khối.
1.4. Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình khí hóa sinh khối.
CHƯƠNG 2
CÔNG NGHỆ PHÁT ĐIỆN SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG
KHÍ HÓA - BIOMASS
2.1. CƠ SỞ CÔNG NGHỆ.
2.1.1. Công nghệ đốt trực tiếp và lò hơi (Direct-fired, Conventional
Steam Boiler)
2.1.2 Phương pháp đốt liên kết.
2.1.3. Tiêu hóa yếm khí (Anaerobic Digestion)
2.1.4 Khí hóa sinh khối.
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH HÓA DẦU GVHD: ĐẶNG THỊ HÀ
LỜI MỞ ĐẦU

Hiện nay chúng ta đang sống trong một thế giới luôn chứa đầy những bất ổn:
Về môi trường: Do tốc độ phát triển như vũ bão của các ngành công nghiệp và
việc khai thác sử dụng nguồn năng lượng từ nhiên liệu hóa thạch tưởng như không
bao giờ cạn kiệt như dầu, than đá, v v Đã làm cho môi trường sống của chúng ta
ngày càng ô nhiễm trầm trọng.
Tuy nhiên, con người đã dần nhận thức được rằng một ngày nào đó nguồn
nhiên liệu hóa thạch kia sẽ cạn kiệt và lúc đó ta sẽ phải lấy năng lượng từ các nguồn
nhiên liệu khác để thay thế.

Đó chính là năng lượng tái tạo (như là năng lượng gió, năng lượng mặt trời,
Biomass .v.v.) mà thiên nhiên đã ban cho con người. Và một trong những vấn đề đó
sẽ được nói tới ở đây, Đó là một cách để tận dụng năng lượng từ nguyên liệu sinh
khối. Trong đồ án này, chúng em sẽ làm về “ Công nghệ khí hóa sinh khối để sản
xuất điện” có thể ứng dụng trong thực tiễn.
Đồ án bao gồm những nội dung chính sau:
>> Tổng quan về sinh khối
>> Cơ sở hóa học của quá trình khí hóa sinh khối
>> Công nghệ khí hóa sinh khối để sản xuất điện
>> Thiết kế dây chuyển khí hóa sinh khối để sản xuất điện
>> Kết Luận
TRANG 6
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH HÓA DẦU GVHD: ĐẶNG THỊ HÀ
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1 TỔNG QUAN KHÍ HÓA - BIOMASS
1.1.1 Năng lượng sinh khối
Sinh khối là vật liệu hữu cơ có nguồn gốc từ sinh vật có khả năng tái tạo (như
gỗ, thực vật, … ) ngoại trừ nguồn nguyên liệu hóa thạch (dầu mỏ, than đá,… ).
Với đặc tính của nó: có khả năng tái tạo, dự trữ trong nhiều nguồn sẵn có, có
khả năng lưu trữ và thay thế dầu nên nó đang được đặt sự quan tâm rất lớn,
nhất là hiện nay khi nguồn nguyên liệu hóa thạch ngày càng cạn kiệt.
 Ưu điểm từ năng lượng sinh khối:
Lợi ích kinh tế :
-Phát triển nông thôn là một trong những lợi ích chính của việc phát triển
NLSK, tạo thêm công ăn việc làm cho người lao động (sản xuất, thu hoạch )
-Thúc đẩy sự phát triển công nghiệp năng lượng, công nghiệp sản xuất
các thiết bị chuyển hóa năng lượng.v.v
-Giảm sự phụ thuộc vào dầu, than, đa dạng hóa nguồn cung cấp nhiên
liệu.

Lợi ích môi trường :
Đây là một nguồn năng lượng khá hấp dẫn với nhiều ích lợi to lớn cho
môi trường:
- Năng lượng sinh khối có thể tái sinh được.
- Năng lượng sinh khối tận dụng chất thải làm nhiên liệu. Do đó nó vừa
làm giảm lượng rác vừa biến chất thải thành sản phẩm hữu ích.
- Đốt sinh khối cũng thải ra CO
2
nhưng mức S và tro thấp hơn đáng kể so
với việc đốt than bitum. Ta cũng có thể cân bằng lượng CO
2
thải vào khí quyển
TRANG 7
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH HÓA DẦU GVHD: ĐẶNG THỊ HÀ
nhờ trồng cây xanh hấp thụ chúng. Vì vậy, sinh khối lại được tái tạo thay thế
cho sinh khối đã sử dụng nên cuối cùng không làm tăng CO
2
trong khí quyển.
- Như vậy, phát triển năng lượng sinh khối làm giảm sự thay đổi khí hậu bất
lợi, giảm hiện tượng mưa axit, giảm sức ép về bãi chôn lấp v v
 Khó khăn
- Việc đốt sinh khối theo công nghệ cũ sinh ra các hạt bụi lơ lửng gây ô
nhiễm. Ô nhiễm không khí là một trong những nguyên nhân gây bệnh
tật và tử vong.
- Nếu tập trung vào nguồn sinh khối gỗ thì gây tác động tiêu cực đến
môi trường, phá rừng, xói mòn đất, sa mạc hóa, và những hậu quả
nghiêm trọng khác.

1.1.2 Ứng dụng của năng lượng sinh khối
Chuyển đổi nhiệt hóa: đốt nhiệt, khí hóa và nhiệt phân.

Chuyển đổi sinh hóa: phân hủy yếm khí và lên men.
a. Sản xuất nhiệt truyền thống
Nhiệt lượng từ việc đốt sinh khối được sử dụng để đốt sưởi ấm, để nấu
chín thức ăn, để đun nước tạo hơi,
b. Nhiên liệu sinh khối
Sinh khối dạng rắn có thể được chuyển đổi thành nhiên liệu lỏng. Ba
dạng nhiên liệu phổ biến sản xuất từ sinh khối là methanol, ethanol, và
biodiesel. Pha nhiên liệu sinh học vào các sản phẩm dầu khí sẽ gia tăng hiệu
suất đốt của nhiên liệu và từ đó giảm ô nhiễm không khí.
c. Sản xuất điện từ năng lượng sinh khối
Cho đến ngày nay, có khá nhiều kỹ thuật chuyển sinh khối thành điện
năng. Các công nghệ phổ biến nhất bao gồm: đốt trực tiếp hoặc tạo hơi
nước thông thường, nhiệt phân, đốt kết hợp cofiring, khí hóa, tiêu yếm
khí, sản xuất điện từ khí thải bãi chôn lấp rác.
1.1.3 Khí hóa sinh khối
TRANG 8
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH HÓA DẦU GVHD: ĐẶNG THỊ HÀ
Khí hóa hay còn gọi sản xuất điện từ khí là việc chuyển đổi nguyên liệu
rắn hoặc lỏng thành nhiên liệu khí hữu ích và thuận tiện cho việc đốt cháy để
giải phóng năng lượng.
Trong quá trình khí hóa , vật liệu được gia nhiệt đến một nhiệt độ cao → dẫn
đến thay đổi tính chất vật lý và hóa học → tạo ra các sản phẩm cháy dễ bay
hơi (CO, H
2
và CH
4
) và các chất thải như tro, hắc ín.
1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU, PHÁT TRIỂN TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC
1.2.1 Trong nước
Ðất nước ta có điều kiện tự nhiên thuận lợi như nóng ẩm, mưa nhiều, đất

đai phì nhiêu… nên sinh khối phát triển rất nhanh. Do vậy, nguồn phụ phẩm từ
nông, lâm nghiệp phong phú, liên tục gia tăng. Tuy nhiên, những nguồn phụ
phẩm đó lại đang bị coi là rác thải tự nhiên, đang bị lãng phí, nguy hiểm hơn
lại trở thành nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường như tình trạng đốt rừng,
rơm rạ, mùn cưa ở miền Bắc hoặc đổ trấu xuống sông, kênh rạch ở Ðồng bằng
sông Cửu Long… NLSK nằm trong trong chu trình tuần hoàn ngắn, được các
tổ chức về phát triển bền vững và môi trường khuyến khích sử dụng. Tận dụng
được nguồn nhiên liệu này sẽ đồng thời cung cấp năng lượng cho phát triển
kinh tế và đảm bảo bảo vệ môi trường.
Tiềm năng về NLSK của Việt Nam được đánh giá là rất đa dạng và có trữ
lượng khá lớn.
Bảng 2- Tiềm năng năng lượng biomass từ phụ phẩm nông nghiệp(12/2012)
Nguồn
Tiềm năng(triệu tấn)
Quy dầu
t
ương
Tỷ l
ệ
(%)
Rơm rạ
32,52
7,3
60,4
Trấu
6,50
2,16
17,9
Bã mía
4,45

0,82
6,8
Các loại khác
9,00
1,8
14,9
TỔNG
53,43 12,08 100,0
TRANG 9
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH HÓA DẦU GVHD: ĐẶNG THỊ HÀ
Ngày 13/3/2014, dự án JICA do Trường Đại học Bách khoa TP. HCM và
Viện Khoa học Công nghiệp - Đại học Tokyo thực hiện trong 5 năm (2009
- 2014) với mục tiêu nghiên cứu và phát triển các công nghệ chế biến
biomass (phế phụ phẩm nông nghiệp) thành năng lượng như biogas (phục vụ
cho công nghiệp, chất đốt gia đình), bioethanol (làm nhiên liệu động cơ,
chất đốt công nghiệp) đồng thời kết hợp giải quyết các vấn đề về môi
trường và xây dựng xã Thái Mỹ trở thành “Thị trấn sinh khối” (Biomass
Town) đầu tiên tại Việt Nam.
Nguồn sinh khối chủ yếu của nước ta gồm gỗ và phụ phẩm cây trồng,
trong đó gồm rừng tự nhiên, rừng trồng, cây trồng phân tán, cây công nghiệp
và cây ăn quả, phế phẩm gỗ công nghiệp.
Bảng 1-Tiềm năng năng lượng biomass từ gỗ(12/2012)
Nguồn
Tiềm năng
(triệu tấn)
Quy dầu tương
đương(triệu toe)
Tỷ l
ệ
(%)

Rừng tự nhiên
6,8
2,39
27,2
Rừng trồng
3,7
1,30
14,8
Đất không rừng
3,8
1,35
15,4
Cây trồng phân tán
6,0
2,12
24,1
Cây công nghiệp và ăn quả
2,4
0,8
9,6
Phế liệu gỗ
1,6
0,58
6,6
TỔNG
25,090
8,78
100
Tuy nhiên lĩnh vực nghiên cứu về khí hóa trong nước còn nhiều hạn chế, chỉ giới
hạn trong phạm vi hẹp như làm bếp tại nhà, làm máy phát điện công suất nhỏ chưa

có hướng phát triển theo qui mô cao hơn.
Các công nghệ hiện nay trên thế giới và Việt Nam đang sử dụng:
Một số nhà máy điện Biomass tại Việt Nam:
- Dự án xây dựng nhà máy điện sinh học Biomass tại khu Rừng Xanh, thị
trấn Phong Châu, huyện Phù Ninh, tỉnh Phú Thọ đã được cấp giấy chứng
nhận đầu tư với tổng mức đầu tư 1.160 tỷ đồng, công suất 40MW, dự kiến
đến năm 2018 nhà máy sẽ hoàn thành và đi vào hoạt động với sản lượng điện
TRANG 10
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH HÓA DẦU GVHD: ĐẶNG THỊ HÀ
là 331,5 triệu KWh/năm. Nhà máy hoạt động sẽ tạo điều kiện cho các hộ gia
đình nông thôn bán phế thải hữu cơ nông nghiệp và rác thải sinh hoạt nông
thôn cho nhà máy như: rơm, rạ, thân cây ngô, sắn, đỗ, lạc hoa, cây củi sau
khai thác rừng
- Tập đoàn tập đoàn Doosan (Hàn Quốc) đã chuẩn bị thủ tục để đầu tư xây
dựng nhà máy nhiệt điện sinh khối (Biomass) tại khu công nghiệp Minh
Hưng - Hàn Quốc (huyện Chơn Thành) có công suất thiết kế 19 MW, cung
cấp hơi nước 70m
3
/h. Dự án có vốn đầu tư 70 triệu USD. Nguyên liệu thô
cung cấp cho nhà máy hoạt động chủ yếu từ thực vật ngành nông - lâm
nghiệp. Tập đoàn sẽ hoàn tất thủ tục pháp lý và dự án có thể hoàn thành vào
năm 2015.
1.2.2 Ngoài nước
Trong những năm gần đây, sự quan tâm phát triển các công nghệ NLSK
đã tăng mạnh trên toàn cầu để thay thế các nguồn năng lượng hóa thạch. Ngay
cả những nước phát triển như Mỹ cũng đã có những chính sách để thay thế dần
nguồn năng lượng hóa thạch. Nguyên nhân là do các nguồn năng lượng hóa
thạch đang cạn kiệt dần và chi phí cho nhiên liệu này ngày càng tăng cao. Nếu
với tốc độ tiêu thụ năng lượng hiện tại thì trữ lượng dầu của thế giới được dự
báo sẽ cạn kiệt trước năm 2050 và các nguồn năng lượng này còn là một trong

những nguyên nhân chính gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng
Cá nhà máy điện sinh khối trên thế giới: Nhà máy điện sinh khối Alholmens,
Phần Lan công suất 240 MW điện cộng với 160 MW nhiệt. Mỹ là nước sản
xuất điện biomass lớn nhất thế giới, có hơn 350 nhà máy điện sinh học, sản
xuất trên 7.500MW điện mỗi năm. Những nhà máy này sử dụng chất thải từ
nhà máy giấy, nhà máy cưa, sản phẩm phụ nông nghiệp, cành lá từ các vườn
cây ăn quả Năng lượng biomass chiếm 4% tổng năng lượng được tiêu thụ ở
Mỹ và 45% năng lượng tái sinh.
TRANG 11
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH HÓA DẦU GVHD: ĐẶNG THỊ HÀ
Ở Nhật Bản, Chính phủ đã ban hành Chiến lược năng lượng sinh khối từ năm
2003 và hiện nay đang tích cực thực hiện Dự án phát triển các đô thị sinh khối
(biomass town). Đến đầu năm 2011, Nhật Bản đã có 286 thị trấn sinh khối trải
dài khắp đất nước.
Tại Hàn Quốc, năng lượng sinh học đang được tích cực nghiên cứu, phát triển
ở đất nước này với mục tiêu đến năm 2030 năng lượng tái tạo sẽ đạt 11%,
trong đó năng lượng từ sinh khối sẽ đạt 7,12%.
Còn ở Trung Quốc đã có Luật năng lượng tái tạo và hiện nay đã có hơn 80 nhà
máy điện sản xuất từ sinh khối với công suất đến 50MW/nhà máy. Tiềm năng
là có thể đạt được 30GW điện từ loại hình năng lượng này. Các nhà máy điện
sinh khối thường có công suất bé dưới 10MW.
Tuy nhiên cũng có nhiều nhà máy điện sinh khối công suất lớn trên thế giới
như:
- Nhà máy điện sinh khối COLMAC ở Mecca, California, Mỹ công suất 47
MW.
- Nhà máy điện Teesdies vương quốc Anh, công suất 295 MW được xây
dựng và dự kiến bắt đầu hoạt động thương mại vào cuối năm nay.
- Nhà máy điện sinh khối chuyên dụng Alholmens (Phần Lan), công suất 240
MW điện cộng với 160 MW nhiệt.
- Nhà máy điện biomass công suất 50MW ở California, sử dụng phụ phẩm

gỗ từ các nhà máy cưa lân cận.
- Nhà máy điện sinh khối công suất 44 MW tại Steven's Croft ở Scotland.
1.3 CƠ SỞ LÝ HÓA
1.3.1.Giới thiệu
Khí hóa sinh khối là quá trình tổng cộng của các phản ứng đồng thể và
dị thể của sinh khối. Tùy thuộc vào mục đích của quá trình khí hóa, có thể
nhận được sản phẩm khí chứa CO, H2 và CH4. Hỗn hợp khí sản phẩm chứa
TRANG 12
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH HÓA DẦU GVHD: ĐẶNG THỊ HÀ
CO + H2 có các tỷ lệ khác nhau giữa các cấu tử có thể được dùng cho các quá
trình tổng hợp hóa học.
- C + O
2
↔ CO
2
(1)
- C + CO
2
↔ 2 CO (2)
- C + H
2
O ↔ CO + H
2
(3)
- C + 2 H
2
↔ CH
4
(4)
- CO + 3H

2
↔ CH
4
+ H
2
O (5)
- CO + H
2
O ↔ CO
2
+ H
2
(6)
Các phản ứng đồng thể (5-6) và dị thể (1-4) xảy ra kèm theo sự thay
đổi mạnh năng lượng của hệ thống. Các số liệu về hằng số cân bằng và entanpi
của hệ thống các phản ứng quan trọng thường được dẫn ra trong các sổ tay hóa
lý. Lựa chọn công nghệ khí hóa sinh khối dựa vào nhiều thông số quan trọng:
+ Chất lượng của nguồn nguyên liệu.
+ Sản phẩm chính của công nghệ.
Mỗi loại sinh khối có thể sử dụng làm nguyên liệu cho nhiều phương
pháp khí hóa sinh khối khác nhau. Tùy thuộc kích cỡ của sinh khối mà có thể
lựa chọn các công nghệ khí hóa. Công nghệ khí hóa phổ biến hiện nay là: khí
hóa tầng cố định và khí hóa tầng sôi.
1.3.2: Cơ chế phản ứng của các phản ứng chính trong quá trình khí hóa
sinh khối.
1.3.2.1 Cơ chế phản ứng C + H
2
O
Cùng là phản ứng dị thể và thu nhiệt mạnh cho nên các đặc điểm của phản ứng
C + CO

2
đều đúng với phản ứng C + H
2
O. Phản ứng chỉ có tiến hành với vận
tốc tương đối lớn nên t
0
> 8000C. Nhưng phản ứng giữa C và hơi nước phức
tạp hơn phản ứng C + CO
2
vì phản ứng C + H
2
O có thể xảy ra theo 2 chiều
hướng khác nhau sinh ra CO và CO
2
:
TRANG 13
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH HÓA DẦU GVHD: ĐẶNG THỊ HÀ
- C + H
2
O = CO + H
2
– Q
1
- C + 2H
2
O = CO + 2H
2
– Q
2

Nếu trong gió có chứa nhiều hơi nước thì ngoài sản phẩm CO và CO2 ra còn
có khả năng tiến hành phản ứng sau:
- CO + H
2
O = CO
2
+ H
2
+ Q
Vấn đề cơ bản khi xét cơ chế phản ứng C + H
2
O là xem xét CO là sản phẩm
bậc nhất; CO
2
là sản phẩm bậc nhất hay cả CO và CO
2
đều là sản phẩm bậc
nhất tạo thành đồng thời cùng 1 lúc.
Vì vậy đối với phản ứng này cũng tồn tại 3 giả thiết khác nhau:
+ Giả thiết 1 : Cho rằng sản phẩm bậc nhất chỉ là CO
2
, nghĩa là khi cho C và
hơi nước tác dụng với nhau thì tiến hành phản ứng:
- C + 2H
2
O = CO + 2 H
2
– Q
Còn sự có mặt của CO trong sản phẩm phản ứng giải thích bằng phản ứng bậc
2 như sau:

- CO
2
+ C = 2 CO - Q
+ Giả thiết 2 : Cho rằng cả CO và CO
2
là sản phẩm bậc nhất và chúng tạo
thành đồng thời cùng lúc; Phản ứng tiến hành như sau:
- C + H
2
O = CO + H
2
– Q
1
- C + 2H
2
O = CO
2
+ 2 H
2
– Q
2
Đây là giả thiết đến nay được nhiều nhà nghiên cứu thừa nhận nhất.
Trong 2 loại giả thiết trên, chúng ta chỉ viết phương trình phản ứng đối với
phản ứng tổng cộng, không đi vào các giai đoạn trung gian của chúng.
+ Giả thiết 3 : Gần đây có một số giả thiết mới cho rằng chỉ CO là sản phẩm
bậc nhất, còn CO
2
là sản phẩm bậc 2. Giả thiết này giải thích được khá nhiều
trường hợp thực nghiệm nên cũng được nhiều nhà nghiên cứu ủng hộ.
Cơ chế của chúng được tiến hành qua các giai đoạn sau:

TRANG 14
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH HÓA DẦU GVHD: ĐẶNG THỊ HÀ
>> Giai đoạn 1: Hấp thụ hơi nước trên bề mặt sinh khối theo phản ứng:
- C + H
2
O ↔ C + ( H
2
O ) hphu
>> Giai đoạn 2 : Tạo phức chất bề mặt theo phản ứng:
- C + ( H
2
O ) hphu ↔CxOy + (H
2
)hphu
>> Giai đoạn 3 : Phân hủy phức chất hoạt động bề mặt CxOy với sự tham gia
của hơi nước từ không khí.
- C
x
O
y
+ H
2
O = (CO)hphu + H
2

Đây là phản ứng bậc 1 đối với hơi nước và sự phân hủy phức chất có sự tham
gia của phân tử hơi nước.
Phản ứng tiến hành trong điều kiện nhiệt độ thấp và nồng độ của hơi nước
tương đối cao.
>> Giai đoạn 4 : Nhả (CO)hphu và (H

2
)hphu trên bề mặt sinh khối ra ngoài
dòng khí theo phản ứng:
- (CO)hphu ↔ CO.
- (H
2
)hphu ↔ H
2
.
1.3.2.2 Cơ chế phản ứng của C + CO
2
:
Phản ứng C + CO
2
và C + H
2
O trong vùng khử là 2 phản ứng quan trọng nhất
để tạo ra các cấu tử có ích trong khí hóa sinh khối là CO và H
2
.
Khi nghiên cứu cơ chế phản ứng này ta cũng sẽ gặp một số khó khăn vì đây
cũng là phản ứng dị thể tiến hành qua nhiều giai đoạn trung gian, và phản ứng
thu nhiệt nhiều nên rất khó giữ cho nhiệt độ phản ứng không đổi, nghĩa là khó
giữ được sự đẳng nhiệt của phản ứng.
Vì phản ứng thu nhiệt mạnh nên đặc điểm của nó là phản ứng chỉ tiến hành ở
nhiệt độ cao t
0
> 8000C , nếu ở nhiệt độ t
0
< 8000C tốc độ phản ứng rất bé

không đáng kể.
TRANG 15
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH HÓA DẦU GVHD: ĐẶNG THỊ HÀ
Giữ cho nhiệt độ phản ứng C + CO
2
không đổi khó hơn là trường hợp đối với
phản ứng C + O
2
vì trong trường hợp phản ứng cháy, muốn lấy nhiệt ra ngoài
người ta có thể dùng nito thổi qua. Còn đối với phản ứng thu nhiệt C + CO
2
trong phòng thí nghiệm thì thường dùng phương pháp đốt ngoài, lò đốt bằng
phương pháp điện và nhiệt được truyền từ thành ngoài của lò vào tâm của ống
đựng sinh khối. Nhưng vì sinh khối là 1 chất dẫn nhiệt xấu nên lượng nhiệt
truyền từ thành vào bao giờ cũng thấp hơn lượng nhiệt cần thiết cho phản ứng.
Theo Tru-kha-nop cơ chế phản ứng C + CO
2
tiến hành qua các giai đoạn sau:
>> Giai đoạn 1 : Hấp thụ CO
2
trên bề mặt sinh khối theo phản ứng sau:
- C + CO
2
↔ (CO
2
)hphu + C
>> Giai đoạn 2 : Tạo hợp chất trung gian hoạt động bề mặt:
- (CO
2
)hphu + C ↔ C

x
O
y
- C
x
O
y
–là hợp chất trung gian hoạt động bề mặt .
>> Giai đoạn 3 : Phân hủy hợp chất bề mặt dưới tác dụng của nhiệt độ:
Ở nhiệt độ cao chúng sẽ tự phân hủy theo phản ứng sau:
- C
x
O
y
→ n(CO)hphu + pC
Đó là phản ứng bậc 0 đối với CO
2
vì khi phân hủy không cần có sự tham gia
của CO
2
vào phản ứng.
Ở nhiệt độ thấp thì sự phân hủy hợp chất bề mặt có thể tiến hành theo sơ đồ
sau với sự tham gia của CO
2
của dòng khí.
- C
x
O
y
+ CO

2
→ m(CO)hphu + pC
Đó là phản ứng bậc 1 đối với CO
2
vì sự phân hủy của hợp chất bề mặt có sự
tham gia của 1 phân tử khí CO
2
.
>> Giai đoạn 4 : Nhả (CO)hphu theo phản ứng:
- (CO)hphu ↔ gC + CO
TRANG 16
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH HÓA DẦU GVHD: ĐẶNG THỊ HÀ
Như vậy bậc của phản ứng C + CO
2
thay đổi từ 0 → 1 tủy theo điều kiện tiến
hành phản ứng.
1.4. Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình khí hóa sinh khối.
1.4.1 Ảnh hưởng của áp suất
Quá trình khí hóa xảy ra ở áp suất nhất định. Thực tế thì để quá trình hóa
khí hoạt động thì áp suất tối thiểu phải là 10bar và có thể đạt đến 100bar. Ở áp
suất cao cực độ, như việc tổng hợp amoniăc ( 130 – 150bar ) hay như quá trình
hóa khí ở áp suất 70 – 100bar trở lên thì không thực tế cho yêu cầu thiết bị. Ở
áp suất quá cao thì kích thước thiết bị sẽ lớn cũng như việc lựa chọn vật liệu
làm lò hóa khí trở nên khó khăn dẫn đến chi phí kinh tế sẽ rất cao.
Vì vậy việc lựa chọn áp suất cho quá trình hóa khí là tùy thuộc vào yêu cầu
của quá trình hay thiết bị và mục đích sử dụng cuối cùng sao cho chi phí đầu
tư là thấp nhất. Mỗi giá trị áp suất nhất định thì thành phần khí tổng hợp sẽ
thay đổi khác nhau.Như vậy tùy thuộc vào sản phẩm khí ra theo yêu cầu cần
sử dụng mà ta chọn một giá trị áp suất nhất định tương ứng với mỗi kiểu công
nghệ hóa khí sinh khối thích hợp.

1.4.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ.
Nhiệt độ của quá trình hóa khí nhìn chung được lựa chọn trên cơ sở của trạng
thái tro(trạng thái dưới điểm mềm của tro và trên điểm nóng chảy của xỉ).
Đối với sinh khối điểm nóng chảy của tro rất cao, đó là sự thuận lợi để thêm
chất khí hóa vào sinh khối để giảm nhiệt độ nóng chảy của tro xuống. Hóa khí
ở nhiệt độ cao sẽ làm tăng lượng oxy tiêu thụ của quá trình và sẽ giảm toàn
diện hiệu suất của quá trình hóa khí. Vì vậy trong quá trình hóa khí ta luôn
đảm bảo nhiệt độ trong lò không được vượt quá giá trị cho phép.
Các quá trình hóa khí hiện đại đều hoạt động ở áp suất 30bar và nhiệt độ trên
13000C. Ở điều kiện như vậy có tác dụng làm tăng giá trị sản xuất khí tổng
hợp với thành phần mêtan giảm xuống. Trong trường hợp này thì nhiệt
TRANG 17
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH HÓA DẦU GVHD: ĐẶNG THỊ HÀ
độ cao là cần thiết, đồng thời để hóa khí thuận lợi hơn người ta còn sử dụng
thêm chất xúc tác trong quá quá trình trình phản ứng.
1.4.3. Ảnh hưởng của nguyên liệu
Các loại nguyên liệu có độ ẩm cao như củi gỗ, mía, ngô, than bùn muốn
chuyển chúng thành nhiên liệu khí bằng quá trình khí hóa thường phải thực
hiện sấy sơ bộ tách ẩm. Nếu độ ẩm của nguyên liệu tăng cao thì chẳng những
tiêu tốn nhiệt vào quá trình bốc hơi ẩm và đốt nóng hơi ẩm đến nhiệt độ khí
mà còn làm giảm chất lượng khí. Về mặt công nghệ khí hóa người ta lại phải
tổ chức lớp nguyên liệu có chiều cao thích hợp hoặc thay đổi chế độ khí hóa.
Đó cũng là nguyên nhân làm tăng giá thành cho một đơn vị nhiên liệu chuẩn
1.4.4. Ảnh hưởng của nhựa.
Nhựa có thể đạt tới 7 ÷ 8% nếu ta khí hóa củi gỗ, bạch đàn, than non, than
bùn…Với các nhiên liệu rắn khác nhựa có hàm lượng thấp hơn. Nhựa có thể
tồn tại ở dạng lỏng hoặc hơi và ảnh hưởng tới chất lượng khí với mức độ khác
nhau. Nhiệt sinh của nhựa khá cao (tới 31400kj/kg), vì vậy nếu nó nằm ở dạng
hơi thì chất lượng khí tăng lên nhiều. Điều đó cũng giải thích tại sao khí sinh
ra từ than non có chất lượng cao hơn khí than sinh ra từ than già như antraxit

hay các loại sinh khối.
Tuy nhiên, vì điều kiện nào đó (độ ẩm nguyên liệu hoặc chiều cao lớp nguyên
liệu tổ chức không hợp lý) thì nhựa tách ra ở dạng lỏng. Trong trường hợp này
chất lượng của khí giảm xuống và quá trình khí hóa gặp khó khăn do nhựa
tách ra ở trong lò làm dính kết các lớp nguyên liệu, cản trở sự lưu thông khí và
sự dịch chuyển nguyên liệu. Nếu nhựa tách ra trên đường dẫn khí hoặc ở vị trí
các van trên đường dẫn sẽ gây tắc tai các vị trí trên đường dẫn. Để khắc phục
điều đó khi bố trí vận chuyển khí đi tới nơi sử dụng hoặc két chứa, người ta
phải dùng thiết bị đặc biệt để tách nó ra khỏi khí biomass (gọi là thiết bị làm
sạch khí).
1.4.5. Ảnh hưởng của tro.
TRANG 18
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH HÓA DẦU GVHD: ĐẶNG THỊ HÀ
Tro được tách ra trong quá trình khí hóa được chuyển xuống phần dưới của lò.
Tại vùng này tro có thể nóng lên vì nhiệt độ mà nó tiếp xúc khá cao. Nếu nhiêt
độ chảy của tro xỉ thấp, nó sẽ kết thành tảng xỉ lớn cản trở quá trình khí hóa và
lò bị bịt kín một phần hay hầu hết. Khi hiện tượng kết tảng xỉ xẩy ra, gió sẽ tập
trung vào những vùng chưa bị dính kết xỉ, nghĩa là sự phân bố gió hay tác
nhân khí hóa sẽ tập trung vào vùng này, kết quả làm cho tác nhân khí hóa vượt
quá mức bình thường, vì vậy hàm lượng CO
2
và N
2
của khí sẽ tăng lên. Mặt
khác nếu quá trình tiếp diễn lâu tại các vị trí đó, nhiệt độ tai đây sẽ tăng nhanh
bởi nhiệt tỏa ra do các phản ứng tỏa nhiệt làm cho tro xỉ tiếp tục bị dính kết lại
dẫn tới sự tắc lò làm ngừng quá trình khí hóa và làm chất lượng khí giảm
xuống nghiêm trọng.
Để tránh sự kết dính tro xỉ, người ta phải kịp thời phát hiện và dùng các biện
pháp sau để xử lý:

- Dùng choòng phá các tảng xỉ.
- Dùng các áo nước bao quanh thân lò để chống sự kêt dính tro xỉ vào thành
lò.
- Dùng ghi quay để phá các tảng tro xỉ tạo thành.
Nếu phải khí hóa loại nhiên liệu dễ cháy, người ta có thể dùng phương pháp
thải xỉ dạng lỏng để tránh các hiện tượng trên.
1.4.6. Ảnh hưởng của kích thước hạt sinh khối
Kích thước nguyên liệu biomass có vai trò đáng kể trong quá trình khí hóa. Ta
biết rằng nếu kích thước các hạt nhỏ thì tổng diện tích tiếp xúc của các hạt với
tác nhân khí hóa tăng lên do đó độ hoạt tính tăng lên, tốc độ phản ứng trong
quá trình khí hóa tăng. Tuy nhiên nếu kích thước hạt quá nhỏ thì sức cản thủy
lực tăng, dễ gây tắc lò làm cản trở quá trình khí hóa. Vì vậy, việc tạo ra kích
thước hợp lý để cho quá trình khí hóa tiến hành thuận lợi cũng có ý nghĩa
quyết định. Chính vì vậy cần xử lý nguyên liệu đầu vào bằng quá trình ép viên
nguyên liệu.
TRANG 19
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH HÓA DẦU GVHD: ĐẶNG THỊ HÀ
CHƯƠNG 2
CÔNG NGHỆ PHÁT ĐIỆN SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG
KHÍ HÓA - BIOMASS
2.1. CƠ SỞ CÔNG NGHỆ.
Cho đến ngày nay, có khá nhiều kỹ thuật chuyển sinh khối thành điện năng.
Các công nghệ phổ biến nhất bao gồm: đốt trực tiếp hoặc tạo hơi nước thông
thường (direct-fired or conventional steam approach), đốt kết hợp co-firing,
khí hóa (biomass gasification), tiêu yếm khí (anaerobic digestion)….
2.1.1. Công nghệ đốt trực tiếp và lò hơi (Direct-fired, Conventional Steam
Boiler)
là công nghệ đốt các nguyên liệu để trực tiếp tạo ra nhiệt năng. Nguyên liệu
đốt là rất đa dạng như gỗ, rác thải, rơm rạ, và khí sinh học. Nhiệt tạo ra có thể
được sử dụng để sưởi ấm không gian (ví dụ, hệ thống sưởi của các tòa nhà), để

nấu ăn và cũng có thể được sử dụng để đun sôi nước, tạo ra hơi nước sử dụng
cho chạy tua bin phát điện.
Đây là 2 phương pháp tạo điện từ sinh khối rất phổ biến và được vận dụng ở
hầu hết các nhà máy điện năng lượng sinh khối. Cả 2 dạng hệ thống này đều
đốt trực tiếp các nguồn nguyên liệu sinh học (bioenergy-feedstock) để tạo hơi
nước dùng quay turbin máy phát điện. Hai phương pháp này được phân biệt ở
cấu trúc bên trong buồng đốt hoặc lò nung. Tại hệ thống đốt trực tiếp, sinh
khối được chuyển vào từ đáy buồng đốt và không khí được cung cấp tại đáy bệ
TRANG 20
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH HÓA DẦU GVHD: ĐẶNG THỊ HÀ
lò. Trong khi đó, ở phương pháp lò hơi thông thường, draft được chuyển vào
lò từ phía bên trên nhưng sinh khối vẫn được tải xuống phía dưới đáy lò. Các
hệ thống đốt trực tiếp truyền thống là hệ thống pile (sử dụng lò đốt song hành -
two-chamber combustion chamber) hoặc lò hơi stoker. Khí nóng sau đó được
chuyển qua turbine và quay cánh turbine, vận hành rotor máy phát điện.
Khi được sử dụng để đốt trực tiếp, sinh khối phải được hun khô, cắt thành
mảnh vụn, và ép thành bánh than (hay còn gọi là briquetting).
Một khi quá trình chuẩn bị được hoàn tất, sinh khối được đưa vào lò nung/lò
hơi để tạo nhiệt/hơi nước. Nhiệt tạo ra từ quá trình đun, ngoài việc cung cấp
cho turbin máy phát điện, còn có thể được sử dụng để điều nhiệt nhà máy và
các công trình xây dựng khác, tức là để khai thác tối đa hiệu suất. Nhà máy
dạng này còn được gọi là nhà máy liên hợp nhiệt-năng lượng (Combined Heat
Power – CHP), tức là tận dụng lẫn nhiệt và hơi nước để khai thác tối đa tiềm
năng năng lượng được tạo ra, tránh lãng phí năng lượng.
2.1.2 Phương pháp đốt liên kết.
Đốt liên kết, kết hợp sinh khối với than để tạo năng lượng, có lẽ là phương
pháp sử dụng tích hợp tốt nhất sinh khối vào hệ thống năng lượng dựa trên
nhiên liệu hóa thạch.
Trong quá trình đốt liên kết, sinh khối bắt nguồn từ gỗ và cây cỏ, có thể được
trộn một phần vào nguyên liệu cho nhà máy than thông thường. Trong quá

trình này, sinh khối có thể chiếm tỷ lệ 1%-15% tổng năng lượng của nhà máy
than. Trong các nhà máy dạng này, sinh khối cũng được đốt trực tiếp trong lò
nung, tương tự như than. Phương pháp đốt liên kết có một lợi thế kinh tế tương
đối rõ ràng, do kinh phí đầu tư chủ yếu chỉ là để trang bị một lò đốt liên kết
mới hoặc nâng cấp lò đốt hiện tại trong nhà máy nhiệt điện chạy bằng than, tức
là có chi phí thấp hơn nhiều so với xây dựng một nhà máy điện sinh khối.
Công nghệ đốt liên kết đem lại nhiều tác động tích cực đến môi trường, bao
gồm việc giảm tỷ lệ khí NOx và SOx, khói công nghiệp, mưa axít, và ô nhiễm
TRANG 21
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH HÓA DẦU GVHD: ĐẶNG THỊ HÀ
tầng ozone. Ngoài ra, việc đốt liên kết sinh khối-than cũng giúp giảm đáng kể
lượng khí thải CO2. Tuy rằng pp đốt liên kết không có lợi thế gì hơn về mặt
môi trường so với các phương pháp "thuần túy sinh học" khác (vốn giảm tỷ lệ
khí thải độc hại xuống đến gần zero), nhưng nó lại có mặt khả thi rất lớn vì
kỹ thuật hỗ trợ cho phương pháp này là tương đối đơn giản và hầu như có sẵn,
do đó việc áp dụng có thể được thực hiện tức thời. Nói cách khác, phương
pháp đốt liên kết có thể được xem là một lựa chọn tuyệt vời cho việc thúc đẩy
tiến tới sử dụng rộng rãi năng lượng hoàn nguyên. Phương pháp đốt liên kết
hiện đang được chú ý quan tâm đặc biệt tại các quốc gia như Đan Mạch, Hà
Lan và Hoa Kỳ.
TRANG 22
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH HÓA DẦU GVHD: ĐẶNG THỊ HÀ
Lợi ích của công nghệ đồng đốt cofiring than đá + Biomass:
+ Giảm ô nhiễm môi trường do giảm lượng khí thải CO
2
, SO
x
và NO
x
+ Đem lại hiệu quả kinh tế do giá thành nguyên liệu biomass rẻ hơn than đá.

+ Công nghệ này cho phép sử dụng nhiều nguồn nguyên liệu khác nhau nên
một thiết bịcó sẵn, cũng có thểsửdụng nguồn nguyên liệu biomass mới mà
không cần phải thay đổi dây chuyền thiết bị, do vậy tiết kiệm chi phí thiết kế
chế tạo thiết bị phát điện.
2.1.3. Tiêu hóa yếm khí (Anaerobic Digestion)
Đây là quá trình sinh học trong đó khí methane được thải ra từ sự phân hủy các
vật chất hữu cơ của các vi sinh vật trong môi trường không có oxy. Khí
methane này có thể được thu hồi và sử dụng để tạo ra năng lượng. Quá trình
tiêu hóa yếm khí sử dụng các chất thải sinh học như phân hữu cơ và các chất
thải rắn đô thị. Phân hoặc chất thải được đóng gói và phân hủy bởi vi sinh vật
và nước. Quá trình này thải ra khí mê tan trong gói, và khí này được dẫn vào
một gói chứa khí khác. Từ đó, khí methane đươc dùng để cung cấp năng lượng
cho turbine và tạo ra điện.
Ở mức độ phân tử, thủy phân chuyển hóa các chất hữu cơ thành đường và
amino acid. Quá trình lên men các vật chất này sinh ra các acid chất béo dễ
bay hơi. Các acid chất béo này sau đó tạo thành hydrogen, CO2, và acetate
trong quá trình Acidogenesis. Cuối cùng, quá trình methanogenesis sản xuất
các khí sinh học, hỗn hợp này gồm có 55-70% khí methane, 25-35 % CO2 và
các chất vi lượng như nitrogen và hydrogen sulfide. Trong môi trường yếm
khí, khí mê tan có thể được thu hồi và sử dụng nhằm cung cấp năng lượng cho
turbine khí hoặc thậm chí các pin nhiên liệu.
Sự sinh trưởng của vi sinh vật và sản xuất khí sinh học là rất chậm ở nhiệt độ
bình thường. Quá trình phân hủy yếm khí thường xảy ra một cách tự nhiên khi
nồng độ của các vất chất hữu cơ ẩm cao trong môi trường không có oxy,
thường là ở đáy ao hồ, đầm lầy, bãi than bùn, ruột động vật và các khu vực
TRANG 23
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH HÓA DẦU GVHD: ĐẶNG THỊ HÀ
yếm khí của các bãi chôn lấp. Năng suất cúa quá trình này phụ thuộc vào thành
phần và khả năng có thề phân hủy được của các nguyên liêu chất thải. Tuy
nhiên, tốc độ của quá trình này phụ thuộc vào mật độ của các vi sinh vật, các

điều kiện sinh trưởng của chúng và nhiệt độ của quá trình lên men.
Khi được sử dùng như một quá trình xử lý chất thải, tốc độ phân hủy tăng khá
cao trong khoảng nhiệt độ 20-40 độ C. Đối với các chất thải rắn đô thị, tốc độ
phân hủy có thể được tăng cao ở nhiệt độ cao hơn như 50-60 độ C.
Các vi sinh vật phân hủy yếm khí được bán trên thị trường với các giá khá
cạnh tranh, chúng được dùng trong các trang trại mặc dù ở quy mô nhỏ. Việc
sử dụng methane bằng cách này có thể giúp giảm thiểu các mùi hôi thối và
ngăn chặn chúng phát tán vào không khí, làm tăng các khí nhà kính và gây ra
sương mù.
2.1.4 Khí hóa sinh khối.
Là quá trình đốt cháy nguồn nguyên liệu biomass trong môi trường thiếu ôxi
để sản sinh ra các chất khí dễ cháy bao gồm Carbon monoxide (CO), hydro
(H2) và một phần khí metan (CH4). Hỗn hợp này được gọi là hỗn hợp khí
cháy (tài liệu nước ngoài thường viết là producer gas- sinh khí).
Sinh khối dạng rắn có thể được chuyển thành dạng khí, được gọi là khí tổng
hợp (syngas). Khí này có thể cung cấp cho các turbine chu kỳ liên hợp
CCGT hoặc các kỹ thuật chuyển đổi khác nhưng các nhà máy nhiệt chạy
than.
TRANG 24
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH HÓA DẦU GVHD: ĐẶNG THỊ HÀ
Cho đến nay, quá trình khí hóa vẫn chưa được ứng dụng rộng trong thực tế mà
chỉ vẫn đang ở giai đoạn thử nghiệm kỹ thuật. Các lò chuyển đổi sinh khối rắn
thành khí đốt nóng sinh khối ở một môi trường mà tại đó sinh khối rắn phân
hủy chuyển thành khí dễ cháy. Quá trình này có thuận lợi hơn so với việc đốt
trực tiếp. Khí sinh học có thể được làm sạch và lọc để phân loại và tách các
hợp chất hóa học có thể có hại. Sản phẩm khí có thể được dùng ở các máy phát
điện hiệu suất cao (dạng CCGT) – như liên hợp turbine khí và hơi – để sản
xuất điện năng. Hiệu suất của những hệ thống dạng này có thể lên đến 60%.
TRANG 25