Thiết kế hệ thống thiết bị khí hóa sinh khối năng suất nhỏ phục vụ nhu cầu cung cấp năng lượng cho nông nghiệp nông thôn

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐH BKHN

SVTH:TRẦN QUANG HUY
MSSV:20061405 Lớp HD2- K51 
-
1
-

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN.................................................................................................................3

LỜI NÓI ĐẦU .................................................................................................................4

U
PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ SINH KHỐI....................................................................6

1.1 Các khái niệm cơ bản về sinh khối......................................................................6

1.1.1 Sinh khối là gì ?................................................................................................6

1.1.2. Nguồn năng lượng từ sinh khối.......................................................................6

1.2. Vai trò của sinh khối............................................................................................7

1.2.1. Lợi ích .............................................................................................................8

1.2.2. Khó khăn .........................................................................................................9

1.3. Thành phần và tính chất hóa học của sinh khối.............................................10

1.4. Tiềm năng sinh khối của Việt Nam..................................................................12

1.5. Hiện trạng sử dụng sinh khối của Việt Nam...................................................14

PHẦN II : CƠ SỞ HÓA HỌC CỦA QUÁ TRÌNH KHÍ HÓA SINH KHỐI.........15

2.1. Giới thiệu quá trình khí hóa sinh khối ............................................................15

2.2. Cơ chế phản ứng của các phản ứng chính trong quá trình khí hóa sinh khối
....................................................................................................................................16

2.2.1. Cơ chế phản ứng C + H
2
O.............................................................................16

2.2.2 Cơ chế phản ứng của C + CO
2
: ......................................................................18

2.3. Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình khí hóa sinh khối. .................................20

2.3.1 Ảnh hưởng của áp suất...................................................................................20

2.3.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ. ................................................................................21

2.3.3. Ảnh hưởng của nguyên liệu ..........................................................................21

2.3.4. Ảnh hưởng của nhựa. ....................................................................................22

2.3.5. Ảnh hưởng của tro.........................................................................................22

2.3.6. Ảnh hưởng của kích thước hạt sinh khối ......................................................23

‘.......................................................................................................................................23

PHẦN 3: CÔNG NGHỆ KHÍ HÓA SINH KHỐI.....................................................24

3.1. Giới thiệu Công nghệ khí hóa tầng cố định: ...................................................24

3.2. Giới thiệu Công nghệ khí hóa tầng sôi: ...........................................................27

PHẦN IV: THIẾT KẾ DÂY TRUYỀN KHÍ HÓA SINH KHỐI............................30

4.1. Đánh giá và lựa cho công nghệ khí hóa sinh khối...........................................30

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐH BKHN

SVTH:TRẦN QUANG HUY
MSSV:20061405 Lớp HD2- K51 
-
2
-
4.2. Sơ đồ dây chuyền công nghệ.............................................................................31

4.3. Lựa chọn và tính toán các thông số công nghệ ...............................................32

4.4. Tính toán thiết bị khí hóa .................................................................................35

4.4.1. Thời gian khí hóa ..........................................................................................35

4.4.2. Cân bằng vật chất trong thiết bị khí hóa .......................................................38

4.4.3. Cân bằng năng lượng.....................................................................................40

4.5. Tổng kết số liệu tính toán..................................................................................43

4.6. Tính toán Cyclone và thiết bị rửa ....................................................................45

4.6.1. Tính toán thiết kế Cyclone ............................................................................45

4.6.2. Tính toán thiết bị rửa.....................................................................................47

4.7. Lựa chọn thiết bị phụ trợ.................................................................................48

4.8. Chí phí cho dây chuyền .....................................................................................49

A. Diện tích toàn phần của các thiết bị trong hệ thống khí hóa sinh khối ..............49

B. Tổng số các thiết bị phụ trợ, các van khí, cút nối và đường ống dẫn khí...........54

4.9.Sơ đồ mặt bằng dây chuyền...............................................................................56

PHẦN V: KẾT LUẬN .................................................................................................58

TÀI LIỆU THAM KHẢO ...........................................................................................59

PHỤ LỤC......................................................................................................................60

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐH BKHN

SVTH:TRẦN QUANG HUY
MSSV:20061405 Lớp HD2- K51 
-
3
-





LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp vừa qua, em xin bày tỏ lòng biết ơn

sâu sắc tới thầy giáo hướng dẫn: TS.Văn Đình Sơn Thọ. Người đã tận tình giúp
đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho em trong suốt quá trình thực hiện đề tài.
Em xin bày tỏ lòng biết ơn tới các thầy cô giáo trong bộ môn Công Nghệ
Hữu Cơ- Hóa Dầu – Viện Kĩ Thuật Hóa Học – Trường Đại Học Bách Khoa Hà
Nội đã trang bị cho em những kiến thức bổ ích trong suốt quá trình học tập
nghiên cứu để hoàn thành tốt bản đồ án này.
Em cũng xin trân trọng cảm ơn các cán bộ phòng thí nghiệm thuộc bộ
môn Công Nghệ Hữu Cơ- Hóa Dầu đã đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho em trong
quá trình thực hiện đồ án.
Cuối cùng em xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình, người
thân, bạn bè đã động viên, giúp đỡ và tạo điều kiện để em hoàn thành đồ án.
Tuy nhiên, do điều kiện nghiên cứu còn hạn chế, kiến thức còn chưa sâu,
kinh nghiệm chưa có cùng với thời gian có hạn nên đồ án này không tránh khỏi
nhiều thiếu sót. Mong các thầy cô giáo, các bạn đồng nghiệp cùng các bạn đọc
thông cảm , giúp đỡ em để bản đồ án được hoàn thiện hơn.
Hà Nội, Ngày 02 Tháng 06 Năm 2011
SVTH: Trần Quang Huy.





ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐH BKHN

SVTH:TRẦN QUANG HUY
MSSV:20061405 Lớp HD2- K51 
-
4
-

LỜI NÓI ĐẦU
Với sự gia tăng nhu cầu sử dụng năng lượng và các áp lực môi trường
gây ra do phát thải khí nhà kính từ việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch, năng lượng
sinh khối hiện nay được coi là một nguồn năng lượng tái tạo là giải pháp thay thế
cho năng lượng hóa thạch.
Sinh khối (biomas) chứa năng lượng hóa học, nguồn năng lượng từ mặt
trời tích lũy trong thực vật qua quá trình quang hợp. Sinh khối là các phế phẩm
từ nông nghiệp (rơm rạ, bã mía, vỏ, xơ bắp …v.v), phế phẩm lâm nghiệp (lá khô,
vụn gỗ …v.v), giấy vụn, metan từ các bãi chôn lấp, trạm xử lý nước thải, phân từ
các trang trại chăn nuôi gia súc và gia cầm. Nhiên liệu sinh khối (NLSK) có thể
ở dạng rắn, lỏng, khí … được đốt để phóng thích năng lượng. Sinh khối, đặc biệt
là gỗ, than gỗ cung cấp phần năng lượng đáng kể trên thế giới. Ít nhất một nửa
dân số thế giới dựa trên nguồn năng lượng chính từ sinh khối. Con người đã sử
dụng chúng để sưởi ấm và nấu ăn cách đây hàng ngàn năm. Sinh khối cũng có
thể chuyển thành dạng nhiên liệu lỏng như metanol, etanol dùng trong các động
cơ đốt trong, hay thành dạng khí sinh học (biogas) ứng dụng cho nhu cầu năng
lượng ở quy mô gia đình.
Có thể nói việc sử dụng hiệu quả năng lượng sinh khối đang là vấn đề rất
được quan tâm trên thế giới nhằm giảm một phần sức ép về sử dụng nhiên liệu,
phát triển nguồn năng lượng sạch và thiết thực cho tương lai.
Cũng như nhiều quốc gia khác, việc sử dụng năng lượng gió, năng lượng
mặt trời, gas sinh học đang được áp dụng tại Việt Nam nhưng sản lượng còn
thấp và quy mô không lớn. Bên cạnh đó Việt Nam có một tiềm năng NLSK rất
lớn đó là những sản phẩm thừa trong quá trình chế biến nông lâm sản như rơm
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐH BKHN

SVTH:TRẦN QUANG HUY
MSSV:20061405 Lớp HD2- K51 
-
5
-
rạ, trấu, mùn cưa, bã mía …v.v. và một số chất thải nông nghiệp khác nhưng
cũng chưa được khai thác đúng với tiềm năng của nó. Và để tận dụng các nguồn
nguyên liệu đó ,trong đồ án này em xin đề xuất ý tưởng “ Thiết kế hệ thống thiết
bị khí hóa sinh khối năng suất nhỏ phục vụ nhu cầu cung cấp năng lượng cho
nông nghiệp nông thôn” với mục tiêu giúp bà con nông dân… ở khu vực nông
thôn có thể ứng dụng trong thực tiễn.
Đồ án bao gồm những nội dung chính như sau:
Phần I : Tổng quan về sinh khối
Phần II : Cơ sở hóa học của quá trình khí hóa sinh khối
Phần III : Công nghệ khí hóa sinh khối
Phần IV : Thiết kế dây chuyển khí hóa sinh khối
Phần V : Kết Luận











ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐH BKHN

SVTH:TRẦN QUANG HUY
MSSV:20061405 Lớp HD2- K51 
-
6
-


PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ SINH KHỐI

1.1 Các khái niệm cơ bản về sinh khối
1.1.1 Sinh khối là gì ?
Sinh khối là vật liệu hữu cơ có nguồn gốc từ sinh vật có khả năng tái tạo
ngoại trừ nguồn nguyên liệu hóa thạch. Trong sản xuất năng lượng và ngành
công nghiệp, sinh khối đề cập đến ở đây là nguyên liệu có nguồn gốc từ sinh vật
sống mà có thể sử dụng làm nhiên liệu hay cho sản xuất công nghiệp. Thông
thường sinh khối là phần chất cây trưởng thành sử dụng như là nhiên liệu sinh
học, bao gồm cả phần chất thực vật và động vật được dùng để sản xuất sợi, tạo
than đá hay dầu mỏ. Sinh khối không phải là vật liệu hữu cơ được tạo bởi quá
trình địa chất tạo than đá hay dầu mỏ.
Trong thời kỳ sơ khai, sinh khối là nguồn năng lượng chính cho con
người đến tận thế kỷ 19. Sang thế kỷ 20, năng lượng sinh khối được thay thế dần
bằng dầu và than đá, xa hơn nữa là khí và năng lượng nguyên tử. Câu trả lời cho
lý do hiện nay năng lượng sinh khối đang được quan tâm chính là đặc tính của
sinh khối: sinh khối có khẳ năng tái tạo, dự trữ trong nhiều nguồn sẵn có, có khả
năng lưu trữ và thay thế dầu.
1.1.2. Nguồn năng lượng từ sinh khối
Năng lượng sinh khối (hay năng lượng từ vật liệu hữu cơ) có thể sản xuất
tại chỗ, có ở khắp nơi, tương đối rẻ và là nguồn tài nguyên tái tạo.
Năng lượng sinh khối ( NLSK) khác các dạng năng lượng tái sinh khác:
Một là: không giống năng lượng gió và sóng, năng lượng sinh khối có thể kiểm

soát được. Hai là: cùng một lúc năng lượng sinh khối vừa cung cấp nhiệt, vừa
sản xuất điện năng. NLSK có hai dạng chính: Thứ nhất: Các loại phế thải nông
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐH BKHN

SVTH:TRẦN QUANG HUY
MSSV:20061405 Lớp HD2- K51 
-
7
-
nghiệp dạng hạt nhỏ, thí dụ trấu, vỏ hạt điều, vỏ đậu phộng, rơm rạ, …v.v. Thứ
hai: Sinh khối gỗ: có thể thu hoạch từ các khu vực trồng cây, thí dụ gỗ cây cao
su, cây điều, cây bắp, …v.v.
NLSK có thể biến chất thải, phế phẩm của ngành nông, lâm nghiệp thành
nhiệt và năng lượng. Ngoài ra năng lượng sinh khối có thể đóng góp đáng kể vào
mục tiêu chống thay đổi khí hậu do ưu điểm sinh khối là một loại chất đốt sạch
hơn so với các loại nhiên liệu hóa thạch do không chứa lưu huỳnh, chu trình cố
định CO
2
ngắn. Ngoài ra các loại sinh khối có thể dự trữ, cung cấp loại nhiên
liệu khô, đồng nhất và chất lượng ổn định.
NLSK có thể cung cấp cả nhiệt lẫn điện. Khí hóa sinh khối là gì? Đó là
một quá trình hóa học, chuyển hóa các loại nhiên liệu dạng rắn thành một hỗn
hợp khí đốt, gọi là khí “gas” (CO + H
2
+ CH
4
). Khí hóa bao gồm việc đốt không
cháy hết NLSK. Có bốn quá trình khác nhau xảy ra trong lò khí hóa, gồm: sấy
khô, nhiệt phân, đốt cháy và biến đổi thành khí.
Khi biến đổi sinh khối thành khí (gas) thì quá trình có hiệu suất cao, có

thể ứng dụng với một dãy công suất rộng (một vài trăm kW), có thể sử dụng cho
các thiết bị nhiệt và sản xuất điện, vốn đầu tư ban đầu và chi phí sản xuất điện
thấp. Đồng thời quá trình biến đổi sinh khối thành khí cho phép điều khiển quy
trình tốt hơn, đốt sạch hơn trong các thiết bị sử dụng khí, loại bỏ tất cả ô nhiễm
liên quan đến sử dụng sinh khối.
1.2. Vai trò của sinh khối
Hiện nay, trên qui mô toàn cầu NLSK là nguồn năng lượng lớn thứ tư,
chiếm tới 14 - 15 % tổng năng lượng tiêu thụ. Ở các nước phát triển sinh khối
thường là nguồn năng lượng lớn nhất, đóng góp khoảng 35% tổng số năng
lượng. Từ sinh khối, có thể sản xuất ra nhiên liệu khí cũng như nhiên liệu lỏng
làm chất đốt hay nhiên liệu cho động cơ. Vì vậy lợi ích của nguồn năng lượng
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐH BKHN

SVTH:TRẦN QUANG HUY
MSSV:20061405 Lớp HD2- K51 
-
8
-
sinh khối là rất to lớn nhưng bên cạnh đó chúng ta cũng cần phải lưu ý những
khó khăn khi sử dụng NLSK.
1.2.1. Lợi ích
¾ Lợi ích kinh tế
- Phát triển nông thôn là một trong những lợi ích chính của việc phát
triển năng lượng sinh khối, 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.
Ta có thể đánh giá lợi ích kinh tế của việc sử dụng năng lượng sinh khối

thông qua bảng sau:


Bảng 1. Nguồn năng lượng từ NLSK so với các nguồn năng lượng tái sinh
khác [7]

Năng lượng phát Mặt trời Gió Sinh khối
Tổng đầu tư (triệu USD)
1,830 12,700 6,300
Quy mô nhà máy(Kw)
1,000,00
0
10,000,000 10,000,000
Tỷ lệ hoạt động hàng năm(%)
12 20 70
Công suất điện phát hàng năm(M kw/h)
1,100 17,500 61,300
Đơn vị đầu tư (USD/ KW)
1.66 0.72 0.10

¾ Lợi ích môi trường: đây là một nguồn năng lượng khá hấp dẫn với
nhiều ích lợi to lớn cho môi trường.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐH BKHN

SVTH:TRẦN QUANG HUY
MSSV:20061405 Lớp HD2- K51 
-
9
-
- 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 lượng 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 nhờ trồng cây
xanh hấp thụ chúng. Vì vậy NLSK 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 NLSK làm giảm sự thay đổi khí hậu bất lợi, giảm
hiện tượng mưa axit, giảm sức ép về bãi chôn lấp …v.v.
1.2.2. Khó khăn
¾ So với nhiên liêu hóa thạch thì mật độ năng lượng/đơn vị sinh khối là
thấp
¾ Khó sử dụng, đặc biệt là nguồn từ thực phẩm
¾ Quá trình chuyển đổi năng lượng phức tạp
¾ 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
Có thể thấy so sánh về hiệu quả đầu tư cũng như hiệu suất năng lượng thì
nguồn NLSK là nguồn nhiên liệu mang lại lợi ích rất cao. NLSK có nhiều dạng,
và những lợi ích kể trên chủ yếu tập trung vào những dạng sinh khối mang tính
tái sinh, tận dụng từ phế phẩm nông lâm nghiệp.
Tuy nhiên việc phát triển năng lượng sinh khối ở nước ta hiện nay vẫn
chưa được khai thác triệt để, nhiều dự án vẫn chưa triển khai do còn gặp nhiều
khó khăn về công nghệ, về phân bố nguồn nguyên liệu, về nguồn vốn hỗ trợ đầu
tư của nhà nước…v.v.

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐH BKHN

SVTH:TRẦN QUANG HUY
MSSV:20061405 Lớp HD2- K51 
-
10
-
1.3. Thành phần và tính chất hóa học của sinh khối
Các nguyên liệu sinh khối bao gồm gỗ, cành cây nhỏ, rễ, vỏ cây, bã
mía, rơm rạ, trấu, lá cây, phân động vật , phế phẩm nông lâm nghiệp, rác thải
sinh hoạt … v.v.
Thành phần hóa học của NLSK chủ yếu gồm ba thành phần là :
¾ Lignin: chiếm 15%-25%. Công thức hóa học (C
10
H
12
O
4
)
n
. Nó có cấu
trúc phức của các aromatic, nó chống lại được các quá trình chuyển hóa hóa học
sinh khối, để chuyển hóa nó cần nhiệt độ cao.
¾ Hemicellulose: chiếm 23%-32%, công thức hóa học [C
5
(H
2
O)
4
]

n
, là
polyme của các phân tử đường 5 cacbon, 6 cacbon. Nó là thành phần dễ bị
depolyme hóa, đường 5 cacbon khó biến đổi hơn do năng lượng liên kết của nó
lớn hơn đường 6 cacbon.
¾ Cellulose: chiếm 38%-50%, công thức hóa học [C
6
(H
2
O)
5
]
n
, là polyme
của glucoza, nhạy với sự tấn công của enzym, glucoza là thành phần dễ biến đổi.
Bảng 2. Thành phần hóa học của một số loại rơm từ cây nông nghiệp
Loại Lignin
(%)
Cellulose
(C6-fractinon, %)
Hemicellulose
(C5- fraction, %)
Tro
(%)
Lúa
12 36 25 27
Lúa mạch
14 34 25 27
Lúa mì
17 40 28 15

Lúa mạch đen
19 38 30 13
Ngũ cốc
17 38 32 13

Nhiên liệu sinh khối có một vài tính chất hóa học thuận lợi cho các quá
trình chuyển hóa nhưng so với các dạng nhiên liệu nền tảng là cacbon thì NLSK
có hàm lượng tro thấp và khả năng phản ứng cao. Tuy nhiên, độ ẩm cao luôn có
xu hướng tạo nhựa và hàm lượng tro dẫn đến điểm nóng chảy chất rắn thấp khi
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐH BKHN

SVTH:TRẦN QUANG HUY
MSSV:20061405 Lớp HD2- K51 
-
11
-
mà hiện tại nhiệt là thách thức đối với một số phương pháp chuyển hóa. Một số
NLSK có hàm lượng nitơ và clo cao. Sự kết hợp của kiềm và clo có thể tạo hợp
chất gây ăn mòn thiết bị chuyển hóa. Hàm lượng nitơ cao làm tăng khả năng
hình thành oxit nitơ, nhưng hàm lượng lưu huỳnh lại thấp hơn nhiều loại nhiên
liệu khác như than thì làm giảm khă năng tạo lưu huỳnh trong quá trình chuyển
đổi.
Ngoài các thành phần chính, NLSK vẫn còn phần nhỏ các thành phần
khác như khoáng (là thành phần tạo nên tro của nó). Gỗ là loại NLSK chính cho
các quá trình chế biến. Thành phần khoáng của gỗ nhỏ hơn 1% khối lượng trên
nguyên liệu khô và chủ yếu là thành phần hữu cơ. Thành phần chủ yếu hình
thành tro là các kim loại kiềm và kiềm thổ, chúng chiếm hơn 80% chất vô cơ
trong gỗ. Các kim loại khác tồn tại trong gỗ như muối của oxanat và cacbonat
hoặc các ion kim loại bị liên kết chặt với nhóm cacboxyl hoặc cacbohydrat. Còn
nguyên tố P và Si có chủ yếu trong công thức este nhưng Si cũng ở dạng SiO

2
,
xem bảng 3:
Bảng 3. Thành phần các nguyên tố của gỗ

Nguyên tố Thành phần (%)
Cacbon
50,7-53,1
Hydro
59,7-60,3
Oxi
40,4-43,2
Nitơ
0,04-0,2
Lưu huỳnh
0,006-0,012
Natri
0,015-0,021
Clo
0,007-0,023
Silic
0,001-0,0046
Nhôm
0,0003-0,0035
Sắt
0,0013-0,0039
Mangie
0,007-0,025
Canxi
0,038-0,092

Photpho
0,0045-0,0105
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐH BKHN


Nhiên liệu sinh khối chứa năng lượng trong các liên kết hóa học trong
các thành phần của nó giống như cacbonhydrat. Thành phần oxi trong NLSK cao
hơn trong nhiên liệu hóa thạch nên về cơ bản năng lượng của nó thấp hơn nhiên
liệu hóa thạch. Năng lượng sử dụng tối đa theo lý thuyết từ NLSK là năng lượng
hóa học của nó. Với một dạng nhiên liệu phức tạp, đa dạng và nhiều cấu trúc liên
kết như sinh khối thì năng lượng của nó có thể được đặc trưng qua thành phần
nguyên tố có trong nó. Bảng 4 dưới là thành phần các nguyên tố của các loại
NLSK (cây bạch dương, rơm từ các cây ngũ cốc, bã mía, tảo nâu,than củi, trấu,
rơm lúa).

Bảng 4. Thành phần các nguyên tố một số loại nhiên liệu sinh khối [1]
Thành phần nguyên tố(%)
Loại
C H O N S Tro
Nhiệt trị (MJ/kg)
Bạch
dương
49 6 43 0 0 1 19.2
Ngũ cốc
44 6 43 1 0 6 18.2
Mía
45 5 40 0 0 10 17.8
Tảo nâu
28 4 24 5 1 42 10.9
Than củi

80.3 3.1 11.3 0.2 0 3.4 31.02
Trấu
38.5 5.7 39.8 0.5 0 15.5 15.3
Rơm
39.2 5.1 35.8 0.6 0.1 19.2 15.8

1.4. Tiềm năng sinh khối của Việt Nam
SVTH:TRẦN QUANG HUY
MSSV:20061405 Lớp HD2- K51 
-
12
-
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐH BKHN

SVTH:TRẦN QUANG HUY
MSSV:20061405 Lớp HD2- K51 
-
13
-
Nguồn sinh khối chủ yếu gồm gỗ và phụ phẩm cây trồng. Tiềm năng các
nguồn này theo đánh giá của Viện Năng lượng được trình bày ở các bảng sau:


Bảng 5. Tiềm năng sinh khối gỗ năng lượng [6]

Nguồn cung
cấp
Tiềm
năng

(triệu
tấn)

Quy dầu
tương
đương
(triệu tấn)

Tỷ
lệ

(%)

Rừng tự
nhiên

6,842

2,390

27,2

Rừng
trồng

3,718

1,300

14,8

Đất không
rừng

3,850

1,350

15,4

Cây trồng phân
tán

6,050

2,120

24,1

Cây công nghiệp và ăn
quả

2,400

0,840

9,6

Phế liệu
gỗ

1,649

0,580

6,6

TỔNG

25,090

8,780

100,0



Bảng 6. Tiềm năng sinh khối phụ phẩm nông nghiệp [6]
Nguồn cung
cấp
Tiềm năng
(triệu tấn)

Quy dầu
tương

đương (triệu
tấn)

Tỷ

lệ

(%)

Rơm
rạ

32,52

7,30

60,4

Trấu

6,50 2,16 17,9
Bã
mía

4,45

0,82

6,8

Các loại
khác

9,00 1,80 14,9
TỔNG

53,43

12,08

100,0



Từ các bảng trên ta thấy, tiềm năng SK là rất lớn. Theo báo cáo của Hội
Công nghiệp sinh khối Châu Âu, SK có thể đảm bảo tới 15% nhu cầu năng
lượng của các nước công nghiệp vào năm 2020. Hiện tại nguồn này mới chỉ đạt
1% nhu cầu. Sinh khối có thể cung cấp năng lượng cho 100 triệu hộ gia đình
tương đương với công suất có thể thay thế 400 nhà máy điện truyền thống lớn.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐH BKHN

Lợi thế của NLSK là có thể dự trữ và sử dụng khi cần, chúng luôn có tính ổn
định và là nguồn năng lượng có thể tái tạo.
Giá thành của NLSK luôn rẻ hơn các loại nhiên liệu khác,ví dụ : sử dụng
2-4 kg chất thải sinh khối tương đương 1 kg than, trong đó giá của 1 kg chất thải
sinh khối chỉ bằng 5-10% giá 1 kg than. Nếu sản xuất điện năng từ sinh khối thì
giá thành điện cũng giảm từ 10-30% so với nguồn nguyên liệu hóa thạch. Ở
nước ta, nếu tận dụng triệt để nguồn NLSK từ rơm rạ, bã mía thì ước tính cũng
sản xuất được khoảng 605.000.000 KW điện trong một năm.
1.5. Hiện trạng sử dụng sinh khối của Việt Nam
Trong tổng tiêu thụ năng lượng toàn quốc, NLSK vẫn chiếm tỷ lệ lớn, tới
trên một nửa. Mặc dù giá trị tuyệt đối vẫn không ngừng tăng nhưng tỷ lệ giảm
dần do năng lượng thương mại tăng nhanh hơn.
Bảng tiếp theo cho thấy các lĩnh vực sử dụng sinh khối hiện nay.
Bảng 7. Sử dụng sinh khối theo lĩnh

vực

Năng lượng cuối
cùng
Tổng tiêu
thụ

(koe)
Tỷ
lệ

(%)

Bếp
đun

10667

76,2

Lò
nung

903

6,5



Nhiệt

Lò
đốt

2053

14,7

Điện
Đồng
phát

377

2,7

Tổng

14000

100,0

Bảng trên cho thấy trên ba phần tư sinh khối hiện được sử dụng phục vụ
đun nấu gia đình với các bếp đun cổ truyền hiệu suất thấp. Bếp cải tiến tuy đã
được nghiên cứu thành công nhưng chưa được ứng dụng rộng rãi mà chỉ có một
vài dự án nhỏ, lẻ tẻ ở một số địa phương.
SVTH:TRẦN QUANG HUY
MSSV:20061405 Lớp HD2- K51 
-
14

-
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐH BKHN

SVTH:TRẦN QUANG HUY
MSSV:20061405 Lớp HD2- K51 
-
15
-
Một phần tư sinh khối còn lại được sử dụng trong sản xuất:
- Sản xuất vật liệu xây dựng, gốm sứ hầu hết dùng các lò tự thiết kế theo
kinh nghiệm, đốt bằng củi hoặc trấu, chủ yếu ở phía Nam.
- Sản xuất đường, tận dụng bã mía để đồng phát nhiệt và điện ở tất cả 43
nhà máy đường trong cả nước với trang thiết bị nhập từ nước ngoài.
- Sấy lúa và các nông sản: hiện ở Đồng bằng Cửu long có hàng vạn máy
sấy đang hoạt động. Những máy sấy này do nhiều cơ sở trong nước sản xuất và
có thể dùng trấu làm nhiên liệu. Riêng dự án Sau thu hoạch do Đan Mạch tài trợ
triển khai từ 2001 đã có mục tiêu lắp đặt 7000 máy sấy.
- Công nghệ cacbon hoá sinh khối sản xuất than củi được ứng dụng ở
một số địa phương phía Nam nhưng theo công nghệ truyền thống, hiệu suất thấp.
- Một số công nghệ khác như đóng bánh sinh khối, khí hoá trấu hiện ở
giai đoạn nghiên cứu, thử nghiệm.



PHẦN II : CƠ SỞ HÓA HỌC CỦA QUÁ TRÌNH KHÍ
HÓA SINH KHỐI
2.1. Giới thiệu quá trình khí hóa sinh khối
Khí hóa sinh khối là quá trình dùng oxy (hoặc không khí, hoặc không
khí giàu oxy, hoặc oxy thuần, hơi nước hoặc hydro, nói chung gọi là chất khí
hóa) phản ứng với sinh khối ở nhiệt độ cao chuyển nhiên liệu từ dạng rắn sang

dạng nhiên liệu khí. Nhiên liệu này được gọi chung là khí sinh khối với thành
phần cháy được chủ yếu là CO,H
2
,CH
4
...dùng làm nhiên liệu khí dân dụng,
trong công nghiệp hoặc sử dụng làm nguyên liệu cho tổng hợp NH
3
,tổng hợp
CH
3
OH…
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐH BKHN

SVTH:TRẦN QUANG HUY
MSSV:20061405 Lớp HD2- K51 
-
16
-
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, H
2
và CH
4
. Hỗn hợp khí sản phẩm chứa CO + H
2

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
↔ 2CO (2)
- C + H
2
O ↔ CO + H
2
(3)
- C + 2H
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
¾ Chất lượng của nguồn nguyên liệu.
¾ 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
2.2. Cơ chế phản ứng của các phản ứng chính trong quá trình khí hóa sinh
khối
2.2.1. Cơ chế phản ứng C + H
2
O
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐH BKHN

SVTH:TRẦN QUANG HUY
MSSV:20061405 Lớp HD2- K51 
-
17
-
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
> 800
0
C. 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
:
- 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 CO

2
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:
¾ 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
¾ 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

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐH BKHN

SVTH:TRẦN QUANG HUY
MSSV:20061405 Lớp HD2- K51 
-
18

-
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.
¾ 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:
¾ Giai đoạn 1: Hấp thụ hơi nước trên bề mặt sinh khối theo phản ứng:
- C + H
2
O ↔ C + ( H
2
O )
hphu

¾ Giai đoạn 2 : Tạo phức chất bề mặt theo phản ứng:
- C + ( H
2
O )
hphu
↔C
x
O
y
+ (H
2
)

hphu

¾ Giai đoạn 3 : Phân hủy phức chất hoạt động bề mặt C
x
O
y
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.
¾ 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
.
2.2.2 Cơ chế phản ứng của C + CO
2
:
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐH BKHN

SVTH:TRẦN QUANG HUY
MSSV:20061405 Lớp HD2- K51 
-
19
-
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
> 800
0
C , nếu ở nhiệt độ t
0
< 800
0
C tốc độ phản ứng rất
bé không đáng kể.
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:

¾ Giai đoạn 1 : Hấp thụ CO
2
trên bề mặt sinh khối theo phản ứng sau:
- C + CO
2
↔ (CO
2
)
hphu
+ C
¾ 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 .
¾ 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:
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐH BKHN

SVTH:TRẦN QUANG HUY

MSSV:20061405 Lớp HD2- K51 
-
20
-
- 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
.
¾ Giai đoạn 4 : Nhả (CO)
hphu
theo phản ứng:
- (CO)
hphu
↔ gC + CO
Như vậy bậc của phản ứng C + CO
2
thay đổi từ 0 → 1 tủy theo điều
kiện tiến hành phản ứng.
2.3. Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình khí hóa sinh khối.
2.3.1 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

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐH BKHN

SVTH:TRẦN QUANG HUY
MSSV:20061405 Lớp HD2- K51 
-
21
-
mà ta chọn một giá trị áp suất nhất định tương ứng với mỗi kiểu công nghệ hóa
khí sinh khối thích hợp.
2.3.2 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 1300
0
C. 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
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.
2.3.3. 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.


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐH BKHN

SVTH:TRẦN QUANG HUY
MSSV:20061405 Lớp HD2- K51 
-
22
-
2.3.4. 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).
2.3.5. Ảnh hưởng của tro.
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
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐH BKHN

SVTH:TRẦN QUANG HUY
MSSV:20061405 Lớp HD2- K51 
-
23
-
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.
2.3.6. 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.




‘
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐH BKHN

PHẦN 3: CÔNG NGHỆ KHÍ HÓA SINH KHỐI

Trên thế giới hiện nay, có hai công nghệ khí hóa sinh khối chính là:
¾ Công nghệ khí hóa tầng cố định:
¾ Công nghệ khí hóa tầng sôi:
Các công nghệ khí hóa này đều được áp dụng rộng rãi trong công nghiệp,
tuy nhiên mỗi công nghệ có những đặc điểm riêng về mặt yêu cầu về nguyên
liệu.

3.1. Giới thiệu Công nghệ khí hóa tầng cố định:

Công nghệ này nguyên liệu được nạp vào từ trên đỉnh lò xuống phía
dưới, gió (không khí, hơi nước...) đi vào lò từ đáy lò còn sản phẩm khí đi ra ở
cửa lò phía trên hoặc dưới. Như vậy gió và nguyên liệu đi ngược chiều nhau.

Quá trình có một số đặc điểm sau :
SVTH:TRẦN QUANG HUY
MSSV:20061405 Lớp HD2- K51 
-
24
-
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐH BKHN

SVTH:TRẦN QUANG HUY
MSSV:20061405 Lớp HD2- K51 
-
25
-
- Phân chia chiều cao lò thành từng vùng phản ứng, vùng nọ kế tiếp vùng
kia. Dưới cùng là vùng xỉ (7), tiếp đó là vùng cháy (6), vùng khử (vùng tạo ra
sản phẩm khí hóa) (5), vùng bán cốc (4), vùng sấy (3) và trên đó là tầng không
đỉnh lò.
- Do có sự phân bố các vùng phản ứng như vậy nên nếu đi từ dưới lên thì
vùng cháy có nhiệt độ cao nhất, tiếp đó là vùng khử có nhiệt độ thấp hơn do có
các phản ứng thu nhiệt, vùng bán cốc có nhiệt độ thấp hơn nữa và tiếp đó là vùng
sấy có nhiệt độ càng thấp hơn nữa do phải tiêu tốn nhiệt vào quá trình bốc hơi
nước.
Có thể tóm tắt nhiệt độ các vùng như sau:
t
o
vùng cháy > t

o
vùng khử > t
o
vùng bán cốc > t
o
vùng sấy
- Như vậy nhiệt lượng vùng cháy đã phân phối cho các vùng khác để
thực hiện quá trình khí hóa. Sự truyền nhiệt từ vùng nhiệt độ cao đến vùng nhiệt
độ thấp chủ yếu bằng con đường đối lưu, còn bằng các con đường khác (như
bức xạ và dẫn nhiệt) thì ít.
- Khi đi từ trên xuống dưới, trọng lượng và kích thước hạt sinh khối giảm
dần vì sinh khối đã tham gia vào các phản ứng phân huỷ nhiệt (bán cốc), phản
ứng khử, phản ứng cháy. Hàm lượng cacbon còn lại trong xỉ còn lại tương đối ít.
Tại vùng xỉ, hàm lượng tác nhân O
2
và H
2
O lại cao do gió vào từ đáy lò và
chuyển động ngược chiều với sinh khối.
- Khi xem xét quá trình khí hóa theo chiều cao lò, ta thấy gió đi từ ghi
lò (đáy lò đồng thời là vùng xỉ lò), tiếp theo vùng cháy, vùng khử... và cuối cùng
là đến tầng không đỉnh lò.
Vùng xỉ: Vùng này chủ yếu là chứa xỉ để chuẩn bị đưa ra khỏi lò, nhiệt
độ ở đây tương đối thấp, tuy nhiên oxy cũng có phản ứng với phần sinh khố còn