Nghiên cứu công nghệ khí hoá than bằng mô hình vật lý ứng dụng cho các nhà máy sản xuất gạch ceramic

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
-------------------o0o--------------------

NGHIÊN CỨU CƠNG NGHỆ KHÍ HỐ THAN BẰNG
MƠ HÌNH VẬT LÝ ỨNG DỤNG CHO CÁC NHÀ MÁY
SẢN XUẤT GẠCH CERAMIC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
NGÀNH: CƠNG NGHỆ HĨA HỌC

HỌC VIÊN: PHẠM QUỐC TUẤN

HÀ NỘI - 2007


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
-------------------o0o--------------------

NGHIÊN CỨU CƠNG NGHỆ KHÍ HỐ THAN BẰNG
MƠ HÌNH VẬT LÝ ỨNG DỤNG CHO CÁC NHÀ MÁY
SẢN XUẤT GẠCH CERAMIC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
NGÀNH: CƠNG NGHỆ HĨA HỌC

HỌC VIÊN

: PHẠM QUỐC TUẤN

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

: GS. TSKH NGUYỄN MINH TUYỂN

HÀ NỘI - 2007


MỤC LỤC
Nội dung

1.1
1.1.1
1.1.2
1.1.3
1.1.4
1.1.5
1.1.6
1.1.7
1.1.8
1.2
1.2.1
1.2.2
1.2.3
1.2.4
1.2.5
1.3
1.3.1
1.3.2
1.3.3
1.3.4

1.3.5

Mở đầu
Chương I: Tổng quan q trình khí hóa than trong cơng nghệ
sản xuất gạch ceramic
Dùng than đá để hố khí
Các ngun tố tạo thành than đá và tính chất của nó
Các tính chất hố lý thường dùng để phân tích than đá
Đặc trưng của các loại than
Nguyên tắc lựa chọn than để hố khí.
Các loại than khác nhau có thể hỗn hợp cho vào lị hố khí được khơng
Phân tích than cơng nghiệp và ảnh hưởng của nó đối với q
trình hố khí
Tính kết dính của than ảnh hưởng đối với kết cấu lị phát sinh
khí than
Cường độ cơ học của than, tính ổn định nhiệt có quan hệ đối
với q trình hố khí
Lị phát sinh khí than- với than hóa khí
Q trình khí hóa của lị phát sinh khí than ở tầng áp lực cố
định
Tầng chuẩn bị trong lị phát sinh khí than
Phương trình nhiệt hóa học của một số phản ứng chủ yếu
trong quá trình hóa khí
Những thành phần cơ bản trong khí than
Chỉ tiêu mơi trường của lị khí hố
Các thơng số kỹ thuật và lưu trình cơng nghệ trạm khí than
Vận chuyển và sử dụng khí than
Phương pháp thao tác lị khí than nguội chuyển sang chế độ
dự bị nhiệt
Đưa lò dự bị nhiệt vào sản xuất

Phương pháp thao tác lị khí than nguội khi cần dừng lị
Phân biệt chất lượng khí than màu sắc ngọn lửa

Trang
1
3
3
3
4
4
6
7
8
13
14
17
17
18
20
21
23
26
26
27
27
28
28


29

1.4
1.4.1

Những nguyên nhân làm cho hàm lượng khí CO trong khí
than tăng-giảm
Nguyên nhân làm tăng hoặc giảm hàm lượng khí CO2 trong
khí than ở lị phát sinh
Những ngun nhân làm tăng hoặc giảm hàm lượng khí
Hyđrơ (H2) trong khí than
Ngun nhân làm tăng hoặc giảm hàm lượng khí Mêtan
(CH4) trong khí than
Ngun nhân nào làm tăng hàm lượng khí ơxi trong khí than
Hàm lượng nước trong khí than tăng lên do các nguyên nhân
sau
Căn cứ vào số liệu phân tích thành phần khí than để thao tác
điều chỉnh lị
Những thơng số chủ yếu hiển thị trên hệ thống đồng hồ đo
lường ở lị phát sinh khí than
Các sự cố thường gặp và cách xử lý trong q trình vận hành
lị phát sinh khí than
Các thơng số kỹ thuật và lưu trình cơng nghệ trạm khí than
Giải thích các danh từ:

1.4.2

Lưu trình cơng nghệ trạm khí than.

40

1.4.3

Điều chỉnh các thơng số

41
42

2.7

Chương 2: Phương pháp nghiên cứu triển khai cơng nghệ khí
hố than.
Sự phát triển của phương pháp triển khai công nghệ
Các lọai mơ hình và mối quan hệ của chúng
Ngun tắc xác định bản chất hệ thống cơng nghệ hóa học
Khái niệm về đồng dạng
Các bước xây dựng mơ hình vật lý
Đặc điểm của công ty sản xuất gạch ceramic Tiền Phong –
Vĩnh Phúc, thuộc Prime Group
Nghiên cứu phương pháp khí hố than nguội 2 giai đoạn

59

3.1

Chương 3: Xây dựng mơ hình vật lý khí hố than nguội hai
giai đoạn
Các yếu tố ảnh hưởng lên quá trình

1.3.6
1.3.7

1.3.8
1.3.9
1.3.10
1.3.11
1.3.12
1.3.13
1.3.14

2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6

30
30
31
32
32
33
34
35
38
38

42
42
45
49

50
56
57

59


3.2
3.3
3.4
3.5

Lập các chuẩn số
Thiết lập mơ hình vật lý mơ tả q trình khí hố than bằng
cơng nghệ khí hố nguội 2 lần
Xác định tham số của mơ hình
Nhận xét
Kết luận
Tài liệu tham khảo
Các phụ lục

61
73
73
76


Đại học Bách khoa Hà Nội

Hướng dẫn: GS.TSKH Nguyễn Minh Tuyển

MỞ ĐẦU
Cùng với sự phát triển của xã hội, với quá trình mở cửa kinh tế xã hội,
nền kinh tế Việt Nam đã và đang đạt được những kết quả đáng khích lệ. Đặc
biệt khi đất nước ta đã hội nhập vào WTO, đòi hỏi trong giai đoạn hiện nay q
trình cơng nghiệp hố, hiện đại hố đất nước càng cấp thiết hơn bao giờ hết. Để
phát triển một nền công nghiệp của một đất nước, năng lượng là một động lực
quan trọng cho sự phát triển cơng nghiệp đó là điện và nhiệt.
Nhiệt năng được tạo ra trong tự nhiên và trong phương pháp nhân tạo
bằng nhiều cách chuyển đổi. Trong đó có việc chuyển đổi nhiên liệu dạng rắn
thành nhiệt năng bằng cách đốt trực tiếp hoặc biến đổi thành dạng khí rồi đem
đốt, tuỳ theo yêu cầu công nghệ của từng lĩnh vực công nghiệp sử dụng.
Ngày nay trên thế giới có nhiều phương pháp khí hố than thành nhiên
liệu dạng khí “Ga khí than”. Trạm khí hố than nguội 1 đoạn, trạm khí hố than
nguội 2 đoạn, khí hố than nóng, hồ than nước, than cám và lị than xích.
Đặc biệt luật mơi trường nước ta được ban hành, do vậy các doanh
nghiệp lựa chọn công nghệ khí hố than phải đảm bảo yếu tố kinh tế nhưng
phải đạt điều kiện yếu tố môi trường.
Sau khi có luật mơi trường ban hành, cùng với các cơ quan chức năng
quản lý và bảo vệ môi trường đã thi hành những chính sách nghiêm túc nên các
doanh nghiệp đã có ý thức cao khi lựa chọn cơng nghệ khí hố than nhằm đảm
bảo mơi trường đạt tiêu chuẩn cho phép TCVN 5067 – 1995; 5293 – 1995;
5937 – 1995.
Trước tình hình đó, những người làm cơng tác kỹ thuật, cán bộ quản lý
môi trường, cán bộ lãnh đạo cần thống nhất chung đưa ra một giải pháp hữu
hiệu đảm bảo mức độ khí thải cho phép theo tiêu chuẩn mơi trường đặc biệt là
nồng độ bụi và khí CO. Có như vậy mới duy trì và phát triển ngành cơng nghệ
khí hố than đem lại lợi ích kinh tế cho đất nước và tính khả thi của luật mơi
trường.
Mơ hình vật lý cơng nghệ khí hố than

thuật

1

Luận văn thc s k
Học viên: Phạm Quốc

Tuấn


Đại học Bách khoa Hà Nội

Hướng dẫn: GS.TSKH Nguyễn Minh Tuyển

Mục đích đặt ra của luận vằm trong nội dung cụ thể như sau:
“ Nghiên cứu cơng nghệ khí hố than bằng mơ hình vật lý ứng dụng cho
các cơng ty sản xuất gạch ceramic”.
Nội dung nghiên cứu chính của luận văn gồm:
Mở đầu
Chương 1: Tổng quan về quá trình khí hố than và xử lý
Chương 2: Phương pháp nghiên cứu khí hố than nguội 2 giai đoạn
Chương 3 : Xây dựng mơ hình vật lý khí hố than nguội 2 giai đoạn.
Kết luận
Tài liệu tham khảo

Mơ hình vật lý cơng nghệ khí hố than
thuật

2

Luận văn thạc sĩ kỹ
Häc viªn: Ph¹m Quèc

TuÊn


Đại học Bách khoa Hà Nội

Hướng dẫn: GS.TSKH Nguyễn Minh Tuyển

Chương I
Tổng quan q trình khí hóa than
Trong cơng nghệ sản xuất gạch ceramic
1. 1. Than đá để hố khí
1.1.1 - Các nguyên tố tạo thành than đá và tính chất của nó:
1.1.1.1. Than đá: là loại hợp chất hỗn hợp các chất vô cơ và các chất hữu cơ,
thành phần chủ yếu của than đá là:
Các bon, hyđrô, ôxi, lưu huỳnh, phốt pho..v..v..Đồng thời trong than cịn
có nhiều kim loại như silíc, nhơm, sắt, muối khống magiê, canxi, kali,
giécmani..v..v.. Đại đa số các chất liệu liên kể trên đây tồn tại ở trạng thái hợp
chất hóa học, cũng có khi tồn tại ở dạng đơn chất.
1.1.1.2. Tính chất của than đá:
1) Tính chất vật lý của than.
Than thường dùng tính chất vật lý nhất gồm có mấy phương diện sau:
- Độ hạt của than ( kích cỡ viên than)
- Tỷ trọng thật, tỷ trọng khối.
- Độ xốp và tỷ lệ diện tích bề mặt.
- Cường độ cơ học, cường độ vỡ (độ giòn). Độ chịu mài mòn và cường độ
nén.
- Tính ổn định nhiệt.

- Tính kết dính.
- Tính nóng chảy, phân huỷ tro, độ dính của tro (tính đóng xỉ).
2) Tính chất hố học của than.
- Tính ơxy hố.
- Tính hồn ngun
- Hoạt tính phản ứng.
Mơ hình vật lý cơng nghệ khí hố than
thuật

3

Luận văn thạc sĩ kỹ
Häc viªn: Ph¹m Quèc

TuÊn


Đại học Bách khoa Hà Nội

Hướng dẫn: GS.TSKH Nguyễn Minh Tuyển

Để xác định tính chất các mục trên, chúng ta có thể dùng phương pháp vật
lý và hố học để kiểm nghiệm.

1.1.2 - Các tính chất hố lý thường dùng để phân tích than đá:
- Phương pháp phân tích thể tích: hay dùng chủ yếu phân tích các ngun
tố có trong than như: Hyđrơ, Cácbon, ơxi, lưu huỳnh có chứa trong than.
- Phương pháp khối lượng: phân tích các đặc tính của than, phần trăm
nước, thành phần các bon cố định, hàm lượng lưu huỳnh, hắc- ín.
- Xác định lượng phát nhiệt: Xác định bằng đồng hồ đo nhiệt trị, hoặc

thơng qua phân tích cơng nghiệp, phân tích ngun tố tiến hành tính
tốn, tính ra số liệu.
- Phân tích qua sàng tuyển: Để phân chia độ hạt của than.
- Xác định tỷ trọng thật, tỷ trọng ước lượng qua phòng thực nghiệm, xác
định tỷ trọng xếp đống (đo khối).
- Xác định thành phần tro: Chủ yếu xác định hàm lượng ôxít silíc, ôxit
nhôm, ôxit canxi, ôxit sắt, ôxit magiê chứa trong tro xỉ.
- Xác định lớp chất keo: Nội dung chủ yếu là xác định trị số co ngót và độ
dày lớp chất keo.
- Xác định hệ số giãn nở tự do của than.
- Xác định điểm nóng chảy của xỉ: Để xác định nhiệt độ lưu hoá, nhiệt độ
bán cầu, nhiệt độ mềm hoá, nhiệt độ bắt đầu biến dạng của than.
- Xác định độ dính của tro điểm nóng chảy và tính đóng xỉ: Để biết được
tính năng khi tro xỉ ở trạng thái chảy loãng và tốc độ đóng xỉ.
- Xác định hoạt tính phản ứng: Để tính tốn ra % khí CO khi phản ứng
cháy hoặc tỷ lệ hoàn nguyên khi phản ứng cháy.
- Xác định điểm cháy: Biết được nhiệt độ bốc cháy của than xác định mức
độ ơxi hố các loại than.
- Xác định tỷ lệ ngậm xít (phần sét cháy kẹp trong than).
Mơ hình vật lý cơng nghệ khí hố than
thuật

4

Luận văn thạc s k
Học viên: Phạm Quốc

Tuấn

Đại học Bách khoa Hà Nội

Hướng dẫn: GS.TSKH Nguyễn Minh Tuyển

1.1.3 Đặc trưng của các loại than.
Người ta có thể căn cứ vào niên đại của thành phần chứa trong than để
phân chia thành các loại than khác nhau:
Than lâu năm thường có độ bốc thấp, than non thường có độ bốc cao. Độ
dày lớp keo thì than non và than lâu năm thấp, than trung niên cao.
Đặc trưng mỗi loại than này như sau:
1) Than khơng khói: Đây là một loại than đá đã hình thành có niên đại khá lâu,
nên tỷ trọng thật của nó tương đối lớn từ 1,4-1,9. Nó có bề mặt óng ánh, hàm
lượng các bon cố định cao, độ bốc thấp 6-10%, tương đối cứng, tính ổn định về
nhiệt kém, hoạt tính phản ứng thấp. Trong cơng nghiệp khí hố thường dùng
làm ngun liệu hỗn hợp cho lị phát sinh khí than và nồi hơi. Cường độ hố
khí của loại than này khơng cao, khi đốt có khói vàng (tức là sản sinh ra vật
chất bốc) tương đối ít.
2) Than nghèo: Tức là loại than phần trăm độ bốc thấp dưới 20%. Loại than
này có niên đại khá lâu, sau khi thu nhiệt nó khơng sinh ra keo, có thể dùng làm
ngun liệu hố khí thấp. Trong mơi trường cường độ khí hóa trung bình, có
thể là ngun liệu gốc.
3) Than cốc: Than cốc là than dùng làm nguyên liệu chủ yếu để luyện cốc. Sau
khi thu nhiệt nó có khả năng sản sinh ra một loại keo có tính ổn định nhiệt cao,
tạo ra than cốc có cường độ cao, nhưng loại than này khơng thích hợp dùng cho
hố khí, bởi vì khi cho vào lị thì tầng chưng sẽ kết dính lại trong lò, độ bốc lớn
tới 30%, chiều dày lớp keo tới 8-25mm.
4) Than béo (than mỡ): Than mỡ có chiều dày lớp keo lên tới 26-37mm, than
này cũng là than nguyên liệu dùng để luyện cốc, độ bốc của loại than này từ 2637%, than này khơng dùng hố khí.
5) Than khí: Than khí có độ bốc rất cao 30-37%, độ dày lớp keo rất lớn từ 525mm, cho nên trong lị luyện cốc nó sinh ra lượng khí than khá lớn vì thế

Mơ hình vật lý cơng nghệ khí hoỏ than
thut

5

Lun vn thc s k
Học viên: Phạm Quốc

Tuấn


Đại học Bách khoa Hà Nội

Hướng dẫn: GS.TSKH Nguyễn Minh Tuyển

người ta gọi là than khí. Nó là loại than được dùng phối hợp để luyện cốc, nếu
dùng riêng nó hố khí thì khơng tốt vì cacbon cố định của nó thấp.
6) Than dính kết yếu: Than này chiều dày lớp chất keo mỏng (dưới 9mm), độ
bốc cao >20-37%: nó thích hợp dùng để hố khí.
7) Than khơng dính kết: Nó là loại than đá non, có thể dùng làm ngun liệu
hố khí, cường độ cơ học tương đối kém, thuỷ phần cao.
8) Than có ngọn lửa dài: Than này có độ bốc cao >37%, dùng làm ngun liệu
hố khí tốt, nhưng hàm lượng hắc-ín cao.
9) Than nâu: Than nâu là loại than non, hố khí kém, màu sắc của nó khơng
hồn tồn sáng rõ, chỉ là màu nâu nên gọi là than nâu, độ bốc than nâu cao
>40%, thuỷ phần cao, tính ổn định nhiệt kém, hàm lượng hắc-ín cao, hiệu suất
sinh khí thấp, ít được dùng làm nguyên liệu hố khí.
 Chín loại than cơ bản nói trên tựu chung: lại có thể chia thành ba loại than
chính như sau:

1). Than khơng khói: than cốc, than grafít.
2). Than có khói bao gồm: Than gầy, than nghèo, than cốc, than mỡ, than khí,
than dính kết yếu, than khơng dính kết và than có ngọn lửa dài.
3). Than nâu: Tất cả các loại than kể trên đều là những khoáng vật trầm tích, do
biến đổi các thực vật cao cấp hàng triệu năm mà chuyển hoá thành than.
1.1.4 Nguyên tắc lựa chọn than để hố khí.
Dựa vào ngun cầu của chất lượng tiêu chuẩn than dùng cho lị phát
sinh khí than- Qua thực tế sử dụng đã đúc rút ra mười tiêu chuẩn sau đây để
làm cơ sở lựa chọn than làm ngun liệu hố khí trong lị phát sinh khí than
như sau:
Nếu than dùng hố khí khơng thoả mãn một trong các chỉ tiêu sau đây thì
tất nhiên khơng nên cho vào lị hố khí, nếu ta cứ dùng thì việc hố khí sẽ kém
hiệu quả, chấtl ượng khí sẽ thấp, lượng than tiêu hao lớn, dễ dẫn đến sự cố cho
lị và hệ thống thiết bị tĩnh hố.
Mơ hình vật lý cơng nghệ khí hố than
thuật

6

Luận văn thạc s k
Học viên: Phạm Quốc

Tuấn


Đại học Bách khoa Hà Nội

Hướng dẫn: GS.TSKH Nguyễn Minh Tuyển

Đối với than dùng làm ngun liệu hố khí thì tầng cố định phải là:

1) Điểm nóng chảy của xỉ phải cao thì mới nâng cao được nhiệt độ của tầng ơxi
hố và mới đạt được tính ổn định cho lị, đồng thời mới nâng cao tốc độ phản
ứng hố khí và bảo đảm tính hồn ngun trong q trình phản ứng hố khí.
Điểm nóng chảy của xỉ phải từ 12500C trở lên.
2) Tính kết dính của than: Nếu ta xác định được độ bốc của than thì ta sẽ biết
được đặc trưng thiêu kết xỉ của than, phải lựa chọn than có đặc trưng thiêu kết
xỉ ở mức số 3 để đảm bảo cho tầng chưng không bị kết dính trong lị.
3) Chọn than có độ tro thấp, độ tro thấp tức là phần trăm cácbon cố định cao thì
sản lượng khí than cao.
4) Chọn than có độ bốc thích hợp, trong sản xuất khí than nguội khi dùng than
nguyên liệu là than khói, ta nên chọn than có độ bốc vừa phải khoảng 22-30%.
Nếu độ tro cao, độ bốc cao thì cácbon cố định của nó sẽ thấp.
5) Tình trạng bên ngồi của than, than có màu sáng đen, ít ngậm xít.
6) Than có kết cấu từng cục, có độ hạt đồng đều, nếu là than khói phải dùng cỡ
hạt 25-100mm, khi dùng than khơng khói ta nên dùng cỡ hạt từ 13-75mm.
Không nên dùng cỡ hạt trên 75mm đối với than khơng khói.
7) Than có hàm lượng lưu huỳnh thấp.
8) Chọn than có thuỷ phần càng thấp càng tốt.
9) Chọn than có phần trăm cácbon cố định cao.
10) Chọn than có cường độ chịu va đập cao (khó dịn vỡ).
1.1.5 Khả năng hỗn hợp các loại than khác nhau để cho vào lị hố khí
Như trên ta đã biết mỗi loại than có tính năng hố khí khác nhau, nhất là
điểm nóng chảy của xỉ, tính kết dính và hoạt tính phản ứng cũng khác. Độ dày
khống chế tầng liệu, nhiệt độ than ra lò, nhiệt độ bão hồ và cường độ hố khí.
Cho nên ta đem các loại than có tính năng khác nhau để trộn vào lị hố khí thì
ta khó xác định được các thơng số kỹ thuật để thao tác lị bởi vì:

Mơ hình vật lý cơng nghệ khí hố than
thuật

7

Luận văn thạc s k
Học viên: Phạm Quốc

Tuấn


Đại học Bách khoa Hà Nội

Hướng dẫn: GS.TSKH Nguyễn Minh Tuyển

- Nếu than có tính kết dính mạnh thì khơng nên thao tác để tầng liệu dày,
ngược lại nếu than kém kết dính hoặc khơng có tính kết dính thì ta thao tác để
tầng liệu dày lên. Mục đích tránh hiện tượng tầng chưng bị kết dính tạo cho trở
lực lưu thơng của phản ứng hố khí trong lị lớn lên làm giảm sản lượng khí
than. Nếu để tầng liệu nóng, nhiệt độ ra lị khí than cao thì chất lượng khí than
sẽ giảm xuống.
- Hoạt tính phản ứng hố khí của loại than tốt thì cuối cùng chỉ cịn than
có hoạt tính hố khí kém, sau khi thải xỉ ra hãy cịn rất nhiều các bon cố định
khơng được hố khí theo mầm tro ra ngồi lẫn với xỉ, tăng chỉ tiêu tiêu hao
than.
- Điểm nóng chảy xỉ các loại than khác nhau làm cho quá trình thao tác
ảnh hưởng tới sự hoạt động bình thường của lị. Chỉ khi có hai loại than có
cùng tính năng hố khí giống nhau mới có thể hỗn hợp để cho vào lị hố khí,
nhưng phải có một tỷ lệ nhất định, đồng thời với tỷ lệ đó ta phải tính ra một
thơng số thao tác thích hợp. Khơng cho phép dùng than khói trộn với than
khơng khói để cho vào lị hố khí.
ở bảng 1-1 là Tiêu chuẩn than dùng khí hố ở lị phát sinh khí than
Bảng 1-1

Chỉ tiêu
Cấp bậc độ hạt

Than khơng khói
1

13-25

Lị W- G

2

25-50

Thể

3

50-75

dùng cấp

Than khói
13-25
25-50:(30-60)
50-100

6-13
Cấp bậc độ tro

1

<15

<15

(khơ kiệt)

2

15-18

15-18

3

18-22

18~22

<10

>27

< 2,dùng thiết bị

<1,0

% độ bốc (có thể cháy hết)
% lưu huỳnh

Mơ hình vật lý cơng nghệ khí hố than
thut

8

Lun vn thc s k
Học viên: Phạm Quốc

Tuấn


Đại học Bách khoa Hà Nội

Hướng dẫn: GS.TSKH Nguyễn Minh Tuyển

khử lưu huỳnh
Điểm nóng chảy của tro

T.2C>12500C

Chiều dày lớp keo (Y)mm

>12000C
Có thiết bị khuấy <18,
khơng có thiết bị khuấy <8

Cường độ cơ học %

>60

>60

Tính ổn định nhiệt %

>65

/

Hàm lượng than cám %

10-13

8-10

Có xít lẫn vào %

2-2,5

2-2,5

% nước (thuỷ phân)

<15

<15

1.1.6 Các chỉ tiêu phân tích than cơng nghiệp và ảnh hưởng của nó đối với
q trình hố khí
Các loại than ngồi đặc trưng bên ngồi khác than ra thì tính năng cơng

nghệ của nó cũng có những sự khác biệt khá lớn, để sử dụng tài nguyên than
một cách hợp lý, hiệu quả. Chúng ta thường dùng phương pháp phân tích cơng
nghiệp. Phân tích than cơng nghiệp thơng thường có bốn chỉ tiêu: độ tro, độ bốc
và các bon cố định. Bốn chỉ tiêu này ảnh hưởng lớn tới hiệu quả hố khí của
than thể hiện như sau:
1) Thuỷ phần (%nước chứa trong than).
Thuỷ phần của than thông thường tồn tại ở ba trạng thái:
- Nước ngoài ngấm vào do than để ngoài mưa, tuyết.
- Nước do than hút vào do các khe hở của bản thân trong than
- Nước do các mao dẫn hút vào từ khơng khí.
Thơng thường nói thuỷ phần của than là nói thuỷ phần thực nghiệm tức
là làm thí nghiệm dưới trạng thái sấy khơ bằng khơng khí ở nhiệt độ 105 0C, gia
nhiệt trong phạm vi một tiếng đồng hồ, ta đo được phần trăm nước thốt ra bao
nhiêu. Nước thu được ở đây có quan hệ với thời gian hình thành của than dài
Mơ hình vật lý cơng nghệ khí hố than
thuật

9

Luận văn thạc s k
Học viên: Phạm Quốc

Tuấn


Đại học Bách khoa Hà Nội

Hướng dẫn: GS.TSKH Nguyễn Minh Tuyển

hay ngắn. Than bùn, than nâu thuỷ phần từ 10-30%: than khói và than khơng

khói thuỷ phần chỉ khoảng 5%.
Thuỷ phần trong than không những bất lợi khi vận chuyển, nghiền sàng
mà còn ảnh hưởng trực tiếp tới trị số phát nhiệt của than trong q trình phản
ứng hố khí nó cịn mất đi một đại lượng nhiệt lớn, làm giảm nhiệt độ khí than,
thậm chí nó cịn làm giảm nhiệt độ tầng hồn ngun, làm cho chất lượng khí
than kém đi, hàm lượng khí CO2 tăng lên. Nếu dùng than khói để hố khí thì
hắc-in tầng chưng sẽ đọng bám, vì tầng liệu nhiệt độ thấp làm cho quá trình hố
khí kém, chất lượng khí giảm. Do đó u cầu than đưa vào hố khí người ta
quy định thuỷ phần không quá 8% về mùa mưa.
2) Độ tro:
Độ tro của than là chỉ tất cả các vật chất có thể đốt cháy ở một nhiệt độ
nhất định (trên dưới 8000C), sau khi cháy còn lại tro. Độ tro của than chủ yếu là
do các thành phần hoá như: SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO, MgO, TiO2…
Một số khoáng vật này là do q trình đốt cháy mà hình thành. Nó khác
với thực trạng khống vật có chứa ở trong than khi chưa cháy. Khi chaý nó
được từ từ phân giải và thốt nước. Trạng th phân bố số lượng, chủng loại của
tro phụ thuộc vào vị trí ở mỗi vỉa than, trong cùng một vỉa than mà độ tro cũng
phân bố không đều.
Độ tro của mỗi loại than cũng khác nhau nhiều, thấp độ 5%, cao có thể
tới 30%. Hàm lượng tro trong than cao sẽ làm giảm tương đối thành phần kiểu
dáng trong than. Độ tro càng cao thì nhiệt trị của than càng thấp, nó cản trở sự
tiếp xúc cacbon với chất hóa khí vừa tốn nhiệt. Nó làm cho than hạ thấp khả
năng trao đổi nhiệt cho nên yêu cầu độ tro trong than chỉ nên ở mức dưới 20%.
Ngồi ra xét về phương diện nóng chảy xỉ độ tro quyết định sự ổn định
khi vận hành lò.
ảnh hưởng độ tro trong than đối với việc hố khí: Để nghiên cứu việc
ảnh hưởng độ tro của than đối với việc hố khí. Như trên ta đã nói thành phần
Mơ hình vật lý cơng nghệ khí hố than
thuật

10

Luận văn thc s k
Học viên: Phạm Quốc

Tuấn


Đại học Bách khoa Hà Nội

Hướng dẫn: GS.TSKH Nguyễn Minh Tuyển

chính tạo nên tro trong than- độ tro của than là tên gọi chung của vật hỗn hợp ở
thể đặc, khống vật cịn lại khi đã được đốt cháy hồn tồn các thành phần có
thể cháy chứa trong than. Nguồn gốc của nó có thể chia thành hai loại:
- Một loại là do q trình hình thành than, nó đã ngấm vào các chất khơng
thuần, ngồi ra cịn có thêm các tạp chất độc lập lẫn vào trong than hoặc trong
quá trình khai thác như đất đá ta gọi là tro tự do. Điểm nóng chảy của tro xỉ chủ
yếu được quyết định bởi tỷ lệ cấu thành tro trong than.
Điểm nóng chảy các thành phần như bảng 1.2. Từ bảng 1.2 ta có thể thấy
than có nhiều nguyên tố như: Sắt, Kali, Natri, thì xỉ dễ nóng chảy hơn là than
có chứa nhiều: Silic, nhơm, canxi, magiê

Bảng 1.2
Thành phần

SiO2

Al2O3

CaO

MgO

Fe2O3

FeO

K2O+Na2O

1625

2050

2570

2800

1580

1030

8001000

Điểm chảy
0

C

Trong thực tế sản xuất có thể dựa vào màu sắc của tro xỉ có thể sơ bộ

phân biệt được độ nóng chảy của xỉ cao hay thấp, xỉ có màu đỏ cam tức có
nhiều ơxít sắt, xỉ có màu đỏ rực điểm nóng chảy thấp, xỉ có màu đỏ tím điểm
nóng chảy sẽ cao.
Điểm nóng chảy của xỉ có ảnh hưởng trực tiếp tới q trình hố khí, q
trình đóng xỉ của than. Khi dùng than hố khí chúng ta mong muốn tầng ơxi
hóa, tầng hồn ngun nhiệt độ cao để cho phản ứng hố khí triệt để, để độ
phân giải hơi nước cao lên. Nhưng điểm nóng chảy của xỉ sẽ làm hạn chế tầng
ơxi hố. Khi nhiệt độ trong lị cao làm cho xỉ chảy lỗng ra, đóng thành tảng
cứng làm giảm q trình thúc đẩy phản ứng hố khí. Để đề phịng và giảm nhẹ
Mơ hình vật lý cơng nghệ khí hố than
thuật

11

Luận văn thạc sĩ k
Học viên: Phạm Quốc

Tuấn


Đại học Bách khoa Hà Nội

Hướng dẫn: GS.TSKH Nguyễn Minh Tuyển

tình trạng đóng xỉ chỉ có cách điều chỉnh nhiệt độ hơi bão hoà tức là cho hơi
nước vào nhiều hơn để hạ thấp nhiệt độ tầng ơxi hố.
3) Độ bốc của than:
Để xác định độ bốc của than người ta đem than sấy khơ trong phịng thực
nghiệm trong điều kiện cách ly khơng khí, gia nhiệt tới nhiệt độ 8500C thì than
sẽ bốc lên các khí thể như: hyđrơ, mêtan, hyđrơcacbon, butan, hắc-ín và hơi

nước. Hàm lượng độ bốc phụ thuộc vào từng loại than dao động từ 5 40%.
Nói chung, than non như than nâu, thì độ bốc cao, than lâu năm độ bốc thấp.
Độ bốc của than có ảnh hưởng tới nhiệt trị phát ra của khí than vì mêtan và
hyđrơcacbon có trong than nhiệt trị cao. Khí hố khí than có độ bốc cao khi vào
vùng hố khí, % lị khí hố sẽ có tính phản ứng tốt. Khi sử dụng khí than nóng,
hắc-ín trong than bốc lên trực tiếp theo khí than vào đốt cháy làm tăng nhiệt trị
khí than. Khi dùng khí than nguội ta phải có thiết bị khử hắc-ín. Phân loại các
hàm lượng trong độ bốc như hàm lượng cơ học nó sẽ làm cho nước gội rửa ô
nhiễm ảnh hưởng tới môi trường.
4) Cácbon cố định:
Các bon cố định trong than tức là chỉ vật chất có thể cháy được chứa
trong than.
Hàm lượng các bon cố định chịu sự ảnh hưởng mấy loại cấu trúc phân tử
nói trên. Thơng thường than có hàm lượng các bon cố định cao, các bon là
thành phần tham gia phản ứng hố khí chủ yếu, nó ở tầng ơxi hố tạo thành khí
CO và CO2, đồng thời phóng thích đại lượng nhiệt có ảnh hưởng lớn đối với
hiệu suất sản sinh ra khí than, phân tích xác định nguyên tố các bon là xem hàm
lượng các bon có trong than tạo thành phần chính trong khí than.
 Các bon: là thành phần chính của than, các bon tồn tại ở trong than dưới
trạng thái kết hợp trở thành vật hố hợp hữu cơ có quan hệ với niên đại hình
thành than; Than già các bon cao và ngược lại, phạm vi giao động từ 5098%.

Mô hình vật lý cơng nghệ khí hố than
thuật

12

Luận văn thạc s k
Học viên: Phạm Quốc

Tuấn


Đại học Bách khoa Hà Nội

Hướng dẫn: GS.TSKH Nguyễn Minh Tuyển

Các bon trong than khi đốt cháy nó sẽ liên kết với ơxi trong khơng khí tạo
thành CO2 sẽ toả nhiệt.
 Hyđrô: Hyđrô cũng là nguyên tố chủ yếu tạo thành vật chất cơ học có
trong than. Hàm lượng của nó tuỳ thuộc mức độ tăng giảm của q trình hố
than, nó thường khơng q 6,5%, khi đốt cháy thì hyđrơ kết hợp với ơxi trong
khơng khí tạo thành nước và phát nhiệt.
 Ơxi: Hàm lượng ơxi có trong than giao động khá lớn, mức độ hố than
càng lâu thì ôxi càng thấp. Hàm lượng ôxi trong than bùn có thể đạt tới trên
30%. Ôxi cao sẽ tạo ra nước phân giải nhiệt lớn, tạo ra phênol và các hợp chất
chứa ơxi. ở một góc độ khác ta có thể nói; Hàm lượng ơxi phụ thuộc vào độ
bốc của than, hàm lượng ôxi cao làm cho than dễ tự cháy gây khó khăn cho
việc tồn trữ, vận chuyển.
 Nitơ: Hàm lượng nitơ chúa trong than nói chung là khơng cao, chỉ
khoảng dưới 2%, nó khơng liên quan đến nhiệt trị của than, nhưng trong q
trình gia nhiệt nó sẽ tạo thành amơniac (NH3) và một số chất hố hợp có chứa
nitơ.
 Lưu hùynh: Lưu huỳnh chứa trong than là tạp chất độc hại nhất, trong
quá trình hình thành than khác nhau hàm lượng lưu huỳnh sẽ khác nhau. Thông
thường lưu huỳnh chứa trong than chỉ khoảng 0,53%. Lưu huỳnh trong than
tồn tại dưới những dạng sau:
Vật chất hoá hợp lưu huỳnh, muối sunphát lưu huỳnh và lưu huỳnh hữu cơ
có chứa tạp chất cao phân tử, trong đó đại bộ phận lưu huỳnh nhiều nhất dưới
dạng quặng sắt chứa trong than. Khi đốt cháy nó có thể trở thành thể khí như

SO2,SO3 bay ra nó làm ăn mịn thiết bị, đường ống, ơ nhiễm khơng khí. Trong
cơng nghệ hố khí lưu huỳnh có trong khí than dưới dạng H 2S với tỷ lệ lớn, còn
lại nằm trong tro xỉ. H2S sẽ làm cho thiết bị, đường ống bị ăn mòn nghiêm
trọng. Trong q trình gột rửa khí than cịn một số dưới dạng H2SO4 đi vào
nước làm bào mòn hệ thống gột rửa. Than dùng hố khí cần hạn chế lượng lưu
Mơ hình vật lý cơng nghệ khí hố than
thuật

13

Luận vn thc s k
Học viên: Phạm Quốc

Tuấn


Đại học Bách khoa Hà Nội

Hướng dẫn: GS.TSKH Nguyễn Minh Tuyển

huỳnh khơng vượt q 1,5%. Nếu than hố khí có lưu huỳnh cao ta phải thêm
thiết bị khử lưu huỳnh (H2S) trong khí than.
Trên đây chúng ta đã giới thiệu tóm tắt những ngun tố chính tạo ra than.
Đây là những thành phần chủ yếu trong than. Bước đầu chúng ta đã hiểu được
những vấn đề kết cấu cơ bản của than.
Tóm lại than là một loại khống vật có cấu trúc phức tạp và đa dạng, nhiều
nguyên tố tạo nên, nó cịn là một thể hố hợp hưũ cơ cao phân tử, cấu trúc
không đồng đều.
Qua nghiên cứu ta có thể nói: Kết cấu cơ bản của than là kết cấu đơn
nguyên lập thể xếp hàng, do đó làm cho tính chất cơ học của than trở nên cứng,

có cường độ cơ học tương đối cao.
1.1.7 ảnh hưởng tính kết dính của than đến kết cấu lị phát sinh khí than.
1) Khái niệm tính kết dính của than:
Tính kết dính của than là than sau khi thu nhiệt, cách ly với khơng khí bản
thân nó có khả năng dính kết lại với nhau hoặc nó khơng có năng lực kết dính
vật chất lại với nhau, rồi từ từ tạo thành tính chất thiêu kết thành cục.
Trong q trình gia nhiệt trước 2000C than bị hấp thụ nhiệt mà khơng
phóng thích các khí thể như ơxi, mêtan và cacbonic tách khỏi nước. Khi tới
2500C than bắt đầu phân giải kết cấu cơ học đồng thời chiết suất các loại chất
keo dính lại nở trương lên.
Khi nhiệt độ tới 5506000C chất keo bắt đầu đông lại ta gọi là bán thiêu
kết.
Khi nhiệt độ lên đến 7000C bán thiêu kết sẽ nhiệt phân giải bước nữa và
phóng thích các khí thể.
Khi lên tới 10000C nhiệt phân giải sẽ dừng lại, thể tích của nó cũng ngót
dần dần tạo thành các vết nứt và tạo thành các lỗ khí của cácbon thiêu kết.
Có một số than trong tầng chưng khí tới 4004500C sẽ phát sinh hiện
tượng chảy loãng, sau khi các thành phần bốc khơng cịn nữa nó sẽ thành cục
Mơ hình vật lý cơng nghệ khí hố than
thuật

14

Luận văn thạc sĩ kỹ
Häc viên: Phạm Quốc

Tuấn


Đại học Bách khoa Hà Nội

Hướng dẫn: GS.TSKH Nguyễn Minh Tuyển

cứng, có nhiều lỗ rỗ gọi là than cốc. Loại than này được gọi là loại than có tính
kết dính.
Có một số loại than trong điều kiện này không phát sinh hiện tượng chảy
lỗng, thành phần bốc phóng suất tạo thành xỉ cứng loại than đó gọi là than
khơng có tính kết dính, nhưng mức độ kết dính từng loại trong đó khác nhau.
2) Có hai phương pháp biểu thị tính kết dính:
Biểu thị bằng số học từ (1) cho đến (8), nói chung trong điều kiện bình
thường chỉ số kết dính của than từ số (1) đến số (4) mới có khả năng hố khí
trong lị phát sinh được.
Ngồi ra còn dùng chiều dày lớp keo (trị số Y) để biểu thị. Trị số Y của
than nhỏ hơn 12mm thì dễ hố khí, nếu trị số Y từ 1216mm thì cơng nghệ
hố khí tương đối khó.
Trị số Y trên 29mm khơng thể dùng hố khí được, nếu dùng than có trị số
Y cao để hố khí thì khi thiết kế lị phải có thêm thiết bị phá kết dính than bằng
cách lắp thêm máy khuấy đối với tầng than để cho vật liệu thơng thống.
1.1.8 ảnh hưởng của cường độ cơ học của than và tính ổn định nhiệt đến
q trình hố khí
1) Cường độ cơ học của than: là chỉ khả năng chống lại lực tác động vỡ của
nó, tức là mức độ dịn vỡ của than khó hay dễ. Nhiên liệu cho lị phát sinh khí
than u cầu có cường độ cơ học cao, để chịu được một tỷ lệ bị phá vỡ trong
quá trình vận chuyển ít nhất. Nếu cường độ cơ học của than mà kém, qua quá
trình vận chuyển dễ bị vỡ vụn làm cho tỷ lệ cám lớn, hiệu suất sử dụng hoá khí
sẽ giảm.
Ngồi ra trong q trình hố khí, than cịn chịu lực nén của lớp nhiên liệu
ở trên xuống làm cho sự thơng thống tầng liệu kém khơng có lợi cho hố khí.
Cường độ cơ học của than thường được xác định bằng phương pháp tang
quay hoặc bằng phương pháp cho rơi tự do.

Mơ hình vật lý cơng nghệ khí hoỏ than
thut

15

Lun vn thc s k
Học viên: Phạm Quốc

Tuấn


Đại học Bách khoa Hà Nội

Hướng dẫn: GS.TSKH Nguyễn Minh Tuyển

+ Phương pháp quay bằng tang quay: Là ta đem than phân loại qua sàng để có
được một độ hạt nhất định từ 13100mm rồi cho vào tang kiểu trống được làm
bằng thép (gang) có đường kính cỡ 100, cho quay với tốc độ 25 vòng/phút,
quay trong vòng 4 phút. Sau 100 vòng ta dừng lại, lấy than ra dùng sàng có mắt
sàng 13x13mm để sàng. Ta tính tỷ lệ phần trăm sót sàng cịn lại là bao nhiêu thì
chính nó biểu thị cường độ cơ học của than.
+ Phương pháp thử nghiệm rơi tự do: Là đem mẫu than thử có độ hạt từ
60100mm lấy độ 25kg hoặc 10 viên ta cho rơi tự do từ độ cao 2m, ba lần như
thế (cho rơi trên một tấm gang đúc). Tỷ lệ phần trăm thu được của viên than
lớn hơn 25mm là bao nhiêu so với chất lượng nguyên mẫu là biểu thị cường độ
cơ học của than.
2) Tính ổn định nhiệt của than: hay gọi là cường độ nhiệt nó chỉ khi than
ở nhiệt độ cao có dễ bị phá vỡ tính chất của nó khơng?
Tính ổn định nhiệt của than mạnh hay yếu sẽ ảnh hưởng trực tiếp tới q

trình hố khí. Than có tính ổn định nhiệt kém, dưới tác dụng của nhiệt độ cao
trong lò làm cho than bị nứt vỡ tạo thành than cám, làm cho trở lực tầng liệu
cao lên, dịng khí phân bố khơng đồng đều, làm cho điều kiện hố khí khó
khăn.
 Tính ổn định nhiệt của than chủ yếu do mấy nguyên nhân sau đây:
- Khi nhiên liệu hấp thụ nhiệt, thuỷ phân của nó bị bốc hơi và giải phóng ra
thành phần bốc mà dẫn đến nứt vỡ kết cấu.
- Cacbonat trong than qua quá trình hấp thụ nhiệt phân giải thành CO2 dẫn
tới nứt vỡ.
- Khi nhiên liệu hấp thụ nhiệt nhiệt độ bên trong và bên ngoài bản thân nó
khác nhau lớn, do hệ số giãn nở của nó khác nhau, bởi sự hình thành vật chất
của nó cũng khác nhau phát sinh co kéo nứt vỡ.
- Than khói và than khơng khói có tính ổn định nhiệt khác nhau.

Mơ hình vật lý cơng nghệ khí hố than
thuật

16

Luận vn thc s k
Học viên: Phạm Quốc

Tuấn


Đại học Bách khoa Hà Nội

Hướng dẫn: GS.TSKH Nguyễn Minh Tuyển

+ Than khơng khói có kết cấu chặt chẽ hơn, hàm lượng cacbon cố định cao, nó

giịn, thuỷ phần, độ bốc thấp, bởi vậy với than khói hệ số truyền dẫn nhiệt thấp.
+ Phương pháp xác định tính ổn định nhiệt của than là: than cho vào lị nung
yếm khí tới nhiệt độ 8000C sau thời gian 20 phút sau đưa ra ngoài làm nguội.
Sau khi nguội ta cho vào tang quay có đường kính 200. Quay với tốc độ 50
vịng/phút. Cho quay trong thời gian 5 phút sau đó dùng sàng có mắt sàng
25x25mm để sàng tính được tỷ lệ sót sàng. Tính được tỷ lệ sót sàng đó chính là
biểu thị tính ổn định nhiệt của than.
1.2 Lị phát sinh khí than với than khí hóa
1.2.1 Q trình khí hóa của lị phát sinh khí than ở tầng áp lực cố định.
Hóa khí ở lị phát sinh khí than ở tầng áp lực được thực hiện ở hai điều
kiện đặc định dưới đây:
* Một là: Q trình hóa khí được thể hiện dưới áp lực cơng tác, khoảng
3  8kPa, cho nên nó được coi là tiệm cận với áp suất khí quyển người ta gọi là
“Thường áp”.
* Hai là: Tầng liệu được nạp vào lị, q trình hóa khí tầng liệu cần duy trì
một độ cao nhất định, đó chính là tầng cố định. Tầng cố định này chỉ là tương
đối, mà trên thực tế độ dày của tầng cố định là do động thái nạp than và khử tro
để duy trì. Tức là trong quá trình hóa khí, khi phía dưới lị thải xỉ ra, phía trên
lị nạp than vào để duy trì cố định tương đối tầng liệu. Từ góc độ của động thái
đó mà xem xét thì tầng liệu “thực” nó di động từ trên xuống, cho nên tầng “cố
định hóa khí” cũng gọi là tầng “di động hóa khí”.
* ở tầng cố định hóa khí có các phản ứng hóa học chủ yếu:
- Phản ứng giữa hơi nước, ơxi trong khơng khí (chất hóa khí) với cacbon
trong than.
- Phản ứng giữa các loại khí thể sinh ra trong lị với chất hóa khí.
- Phản ứng phân giải nhiệt của than.
Mơ hình vật lý cơng nghệ khí hố than
thuật

17

Luận văn thạc sĩ kỹ
Häc viªn: Ph¹m Quèc

TuÊn


Đại học Bách khoa Hà Nội

Hướng dẫn: GS.TSKH Nguyễn Minh Tuyển

Ba loại phản ứng này được thực hiện lần lượt trong các tầng khác nhau của lò,
thứ tự các tầng được phân chia như sau:
1) Tầng chuẩn bị:
- Lớp sấy khô: ở đây thủy phần trong than được khử.
- Lớp chưng khô, hay gọi là lớp phân giải, than sau khi qua lớp phân giải
nhiệt, các thành phần bốc có trong than với một bộ phận khí thể thốt ra.
2) Tầng hóa khí:
- Lớp hồn ngun, ở đây tiếp tục xảy ra phản ứng giữa cácbon với hơi nước:
phản ứng giữa các bon với CO2, nó sẽ thành thành phần chính của khí than đó
là khí CO và khí H2.
- Lớp ơxi hóa: ở đây xảy ra phản ứng giữa cacbon trong than với ơxi tạo
thành CO và khí CO2.
3) Tầng tro:
ở tầng này có tác dụng dự bị nhiệt chất khí hóa, và tro xỉ nguội dần bảo vệ ghi
lị.
4) Tầng khơng:
Tầng này có một lượng khí nhỏ tạo thành bởi phản ứng hóa khí của chất
khí hóa. Tổng chiều dày của tầng liệu trong lị thì tầng hóa khí sẽ quyết định
chất lượng và sản lượng khí than là chủ yếu.

1.2.2 Tầng chuẩn bị trong lò phát sinh khí than:
Tầng sấy và tầng chưng khơ trong lị chính là đem than sấy chưng khơ để
cốc hóa chuẩn bị ngun liệu cho phản ứng khí hóa, khi ở tầng khí hóa ta gọi
chung hai tầng này là tầng chuẩn bị:
1) Sấy than: Sấy than trong lị phát sinh khí than theo nguyên lý “hơ lửa” khi
than được cho vào lò ở phần trên cùng tầng liệu than được giữ ở nhiệt độ cố
định, ở đây nó được truyền nhiệt bức xạ và truyền nhiệt đối lưu của khí nóng
nâng nhiệt lên. Phía dưới do nhiệt bức xạ truyền nhiệt của than nóng được thâm
nhập vào tầng liệu. Nhiệt độ dần được nâng lên từ 100-1500C, khu vực nhiệt độ
Mô hình vật lý cơng nghệ khí hố than
thuật

18

Luận văn thạc s k
Học viên: Phạm Quốc

Tuấn


Đại học Bách khoa Hà Nội

Hướng dẫn: GS.TSKH Nguyễn Minh Tuyển

này được gọi là đoạn sấy khô ở giai đoạn này đại bộ phận nước chứa trong than
đều hóa thành hơi nước thốt ra ngồi trộn vào khí than nóng. Trong quá trình
phân giải nước than sẽ hết nước hoặc chỉ cịn một lượng nhỏ nước kết tủa.
Q trình sấy than sẽ hút nhiệt cho nên than nạp vào để hóa khí khơng được
thủy phần q cao, để tránh tổn thất nhiệt khi sấy làm cho nhiệt độ tầng phản
ứng sẽ tụt xuống thấp.

2) Tầng chưng khô: ở trong tầng này than được gia nhiệt trong khí than
nóng có tính hồn ngun (Hàm lượng khí ơxi trong than lúc này cực
thấp chủ yếu là khí CO và khí H2 chiếm 40-44% khí N2 và CO2 chiếm
55-56%. ở trạng thái gia nhiệt cách ly khơng khí có tính hồn ngun
như trong buồng cốc hóa ở lị luyện cốc.
Khi nhiệt độ ở mức 2000C sẽ có khí thể như CO2, CH4 và N2… được giải
phóng thốt ra, ở nhiệt độ từ 200-4000C thì kết cấu đại phân tử cacbon bắt đầu
thu nhiệt mà phân giải, do liên tục được hấp thụ nhiệt làm cho lực hấp dẫn của
nó giảm nhiều, thốt khỏi đại phân tử. Trong quá trình lần lượt được phân giải
đó các thành phần bốc trong than tạo ra nhiều khí thể trong đó đáng kể là: Khí
mêtan (CH4), khí Hyđrô (H2); và các cácbon hyđrô khác (CnHm), đồng thời sản
sinh ra hắc ín. Khi vượt quá 5000C dần dần hắc ín sản sinh ra sẽ giảm xuống,
nhường chỗ cho các khí thể khác như CH4, H2, N2 và các vật chất khí thể khác.
Tới 1000 – 11000C lúc này than đã qua chưng kết, trở thành than cốc khơng
cịn giai đoạn phóng thích các khí thể nữa, cho nên thành phần bốc còn lại
trong than cốc là cực thấp, lượng vật chất do phân giải sản sinh ra của than cốc
cực ít. Thơng thường lúc than đem đi hóa khí thì 1kg than “tiêu chuẩn” sẽ sản
sinh ra được 3m3 khí than “tiêu chuẩn” trong lúc đó thì khí thể ở giai đoạn
chưng khô chỉ là 0,2 – 0,3m3. Đối với than khơng khói thì càng ít, cho nên sản
lượng khí than cịn phụ thuộc vào các thành phần khí chủ yếu thu được như khí
CO và H2 sản sinh ra trong tầng hóa khí.
3) Tầng tro xỉ
Mơ hình vật lý cơng nghệ khí hố than
thuật

19

Luận văn thạc sĩ k
Học viên: Phạm Quốc

Tuấn


Đại học Bách khoa Hà Nội

Hướng dẫn: GS.TSKH Nguyễn Minh Tuyển

Tầng cho xỉ là tầng cuối cùng của tầng liệu, chất hóa khí than đưa vào lị
trước tiên sẽ tiếp xúc với tầng tro xỉ. Từ tầng tro xỉ đến vùng q độ của tầng
ơxi hóa nó khơng có giới hạn phân chia rõ ràng, tầng tro xỉ dày thì làm giảm
tổng chiều dày của tầng hóa khí, đẩy tầng hóa khí lên cao. Do q trình di động
tầng liệu sau khi cháy nhanh lên q trình chuyển hóa thành xỉ vẫn cịn có khả
năng tạo ra khí CO2 vì hàm lượng cacbon trong xỉ cịn rất ít nên phản ứng giữa
cacbon với CO2 là không đáng kể, và lại nhiệt độ ở tầng này xuống thấp phản
ứng xảy ra khó khăn, nên tác dụng chính tầng này là trao đổi nhiệt với tầng hóa
khí, dự bị nhiệt cho chất hóa khí và bảo vệ đáy lị (ghi lị).
4) Tầng khơng (tầng trên cùng của lị)
Tầng khơng nằm trên cùng tầng liệu, nó là tầng khơng gian lưu thơng của
các khí thể sau khi đã được thốt ra trong tầng hóa khí. Nhiệt độ tầng khơng độ
khoảng 5000C, lúc này tác dụng tương hỗ giữa hơi nước được phân giải với các
thành phần khí trong khí than như:CO2, CO, và H2 tương đối ít. Nhưng nếu
q trình hóa khí khơng bình thường như tầng liệu xuất hiện hốc gió lệch lị tạo
cho thành phần ơxi trong chất hóa khí khơng được phản ứng tiêu hao hết trong
tầng ơxi hóa mà sinh ra phản ứng đốt cháy ơxi với các khí thể như CH4, CO, H2
trong khí than. Tầng khơng chỉ có tác dụng là dựa vào nó xác định độ dày tầng
liệu (tầng không thấp chứng tỏ tầng liệu dày và ngược lại).
1.2.3 Phương trình nhiệt hóa học của một số phản ứng chủ yếu trong q
trình hóa khí
Q trình hóa khí của than được thực hiện qua các phản ứng hấp thụ nhiệt
và giải phóng nhiệt.

Phương trình hấp thụ nhiệt và giải phóng nhiệt của nó gọi là phương trình
nhiệt hóa học.
- Nếu vế bên phải của phương trình nhiệt hóa học là +  H hoặc + Q tức
là phản ứng đó thuộc loại phản ứng giải phóngnhiệt. Với ơxi trong tầng hóa khí
xảy ra phản ứng ơxi hóa.
Mơ hình vật lý cơng nghệ khí hố than
thuật

20

Luận văn thc s k
Học viên: Phạm Quốc

Tuấn