Lý thuyết về công nghệ khí hóa nhiên liệu rắn và hiệu quả ứng dụng công nghệ khí hóa than vì mục đích năng lượng tại Việt Nam

Bài báo này trình bày tóm tắt lý thuyết công nghệ khí hóa nhiên liệu rắn vì mục đích năng lượng, ưu nhược điểm của các kiểu thiết bị khí hóa và phạm vi ứng dụng công suất nhiệt. Nghiên cứu cũng đã đánh giá hiệu quả kinh tế và khả năng giảm thiểu phát thải khí gây ô nhiễm môi trường tại các cơ sở sản xuất công nghiệp vừa và nhỏ.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Lý thuyết về công nghệ khí hóa nhiên liệu rắn và hiệu quả ứng dụng công nghệ khí hóa than vì mục đích năng lượng tại Việt NamLÝ THUYẾT VỀ CÔNG NGHỆ KHÍ HÓA NHIÊN LIỆU RẮN VÀ HIỆU QUẢ ỨNG DỤNGCÔNG NGHỆ KHÍ HÓA THAN VÌ MỤC ĐÍCH NĂNG LƯỢNG TẠI VIỆT NAMĐỗ Văn Quân*, Vũ Văn HảiTrường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - ĐH Thái nguyênTÓM TẮTBài báo này trình bày tóm tắt lý thuyết công nghệ khí hóa nhiên liệu rắn vì mục đích năng lượng,ưu nhược điểm của các kiểu thiết bị khí hóa và phạm vi ứng dụng công suất nhiệt. Nghiên cứucũng đã đánh giá hiệu quả kinh tế và khả năng giảm thiểu phát thải khí gây ô nhiễm môi trường tạicác cơ sở sản xuất công nghiệp vừa và nhỏ, ví dụ nhà máy sản xuất gạch lát nền Việt-Ý tại SôngCông, Thái Nguyên khi thay thế các loại nhiên liệu đốt truyền thống bằng sản phẩm khí của quátrình khí hóa than.ĐẶT VẤN ĐỀViệc khai thác và sử dụng các nguồn nănglượng hóa thạch (than, dầu, khí thiên nhiên)từ những năm 50 của thế kỷ trước tại cácnước công nghiệp cũng như tại các quốc giađang phát triển đã đặt loài người đứng trướchai thách thức lớn: i) an ninh năng lượng và,ii) ô nhiễm môi trường.Ở Việt Nam, nguồn than có phẩm cấp cao dựbáo trong một khoảng thời gian mười đến haimươi năm nữa trữ lượng sẽ còn không đángkể. Trong khi đó, nhu cầu sử dụng than địaphương, chất lượng thấp (độ tro và hàm lượnglưu huỳnh cao), phụ phẩm nông nghiệp (trấu,bã mía) và các nguồn nhiên liệu rắn khác(mẩu gỗ củi, rác công nghiệp, phế thải đô thị,v.v) thay thế cho nguồn nhiên liệu chấtlượng cao và phải nhập khẩu đắt tiền (dầu,khí đốt), để sản xuất điện năng cung cấp lênlưới và phục vụ nhu cầu năng lượng tại chỗ,tăng khả năng cạnh tranh sản xuất hàng hóavà giảm ô nhiễm môi trường đang trở nênhết sức cấp thiết.Về công nghệ sử dụng nhiên liệu rắn, phươngpháp đốt trực tiếp có hiệu suất cháy ổn định,dễ làm chủ công nghệ. Tuy nhiên, các chấtthải SOx, NOx, CO2, CO, bụi từ quá trình cháytrực tiếp đã gây ra ô nhiễm nghiêm trọng chomôi trường xung quanh. Mặt khác, phươngpháp cháy trực tiếp không phù hợp với yêucầu của hộ tiêu thụ vừa và nhỏ có nhu cầu sửdụng đồng thời cả nhiệt lẫn điện.Xuất phát từ tình hình nêu trên, công tácnghiên cứu công nghệ khí hoá nhiên liệurắn, đánh giá hiệu quả sử dụng của côngnghệ này trong điều kiện thực tế của ViệtNam có ý nghĩa đặc biệt quan trọng, gópphần nâng cao năng lực cạnh tranh của côngnghiệp Việt Nam, cải thiện hiệu quả sửdụng các nguồn năng lượng sơ cấp, giảmthiểu ô nhiễm môi trường.CƠ SỞ LÝ THUYẾTLý thuyết khí hóaKhí hóa là quá trình biến đổi nhiên liệu rắn ởnhiệt độ cao thành nhiên liệu khí bằng cáchcung cấp một lượng hạn chế ôxy nguyên chấthoặc ôxy trong không khí và thường kết hợpvới hơi nước. Khí hóa than có nhiều ưu điểmnổi bật so với quá trình cháy trực tiếp. Khichuyển từ đốt nhiên liệu rắn sang nhiên liệukhí hóa thể tích giảm dẫn đến thiết bị gọnnhẹ, giá thành đầu tư giảm. Với cùng mộtkhối thiết bị sản xuất năng lượng bao gồmthiết bị khí hóa và hệ thống động cơ-máy néncó giá thành rẻ hơn nhiều so với hệ thống baogồm lò hơi, bình ngưng và động cơ hơinước...Vì vậy, hệ thống khí hóa là một lựachọn tối ưu cho những nơi ở xa trung tâm, điTel:Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyênhttp://www.lrc-tnu.edu.vn| 86Đỗ Văn Quân và csTạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆlại khó khăn. Tuy nhiên, nhược điểm chínhcủa thiết bị khí hóa là hiệu suất chuyển hóacacbon hiếm khi đạt 100%, và kết quả là mộtphần năng lượng hữu ích vẫn còn tồn tại trongthan cốc. Ngoài ra, với những ứng dụng củasản phẩm khí được làm lạnh nhiệt lượng củasản phẩm khí sẽ bị tổn thất trừ khi có một hệthống thu hồi được thiết kế và đưa vào sửdụng. Thành phần chính của nhiên liệu khítạo ra bao gồm CO, H2, CH4, ngoài ra còn cóCO2, hơi nước, N2, hợp chất hydrocacbon caophân tử như etan và một số chất gây ô nhiễmkhác như tro, hắc ín (tar)...Trong thiết bị khi hóa luôn xảy ra hai quátrình để tạo ra sản phẩm khí. Giai đoạn đầu làquá trình nhiệt phân để giải phóng chất bốc ởnhiệt độ dưới 600oC, phần còn lại của quátrình nhiệt phân gọi là than (charcoal), thànhphần chính là Cacbon cố định và tro. Giaiđoạn thứ hai là quá trình khí hóa, Cacbon cònlại sau quá trình nhiệt phân phản ứng với hơinước, hydro, hoặc cháy với oxy trong khôngkhí hoặc oxy nguyên chất tạo ra các sản phẩmkhí. Quá trình khí hóa với oxy trong khôngkhí tạo ra sản phẩm khí có hàm lượng Nitocao, nhiệt trị thấp.Khí hóa với oxy nguyên chất tạo ra sản phẩmkhí có chất lượng cao là hỗn hợp của Cacbonvà hydro, hầu như không có Nito. Khí hóa vớihơi nước được dùng phổ biến hơn gọi là quátrình “hoàn nguyên” tạo ra CO2 và H2. Điểnhình là phản ứng tỏa nhiệt giữa cacbon và oxyđể tạo ra nhiệt năng cho quá trình nhiệt phânvà khí hóa [1].74(12): 86 - 91- Trong vùng suy giảm, CO2 tạo ra trong vùngcháy bị khử bởi khí CO theo phản ứngBoudouard:CO2 + C = 2CO - 172,60 MJ (25oC, 1 at)- Trong vùng suy giảm còn xảy ra một phảnứng tạo H ...