khi hóa than

5/9/2018 khi hóa than - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/khi-hoa-than 1/29

Khí hóa than

Khí hóa than là phương pháp toàn diện và sạch nhất để chuyển hóa than, một nguồnnguyên liệu rẻ tiền và sẵn có với trữ lượng khổng lồ ở nhiều nơi trên thế giới, hoặc cácvật liệu có chứa cacbon (kể cả sinh khối, rác thải sinh hoạt và phế thải công nghiệp)thành các nguyên liệu hoá chất quan trọng như CO, H2, và các dạng năng lượng như nhiệt

năng, điện năng.Khác với việc đốt than trực tiếp, công nghệ khí hóa chuyển hóa than - thực tế là

nguyên liệu cacbon - thành các thành phần hoá chất cơ bản. Trong thiết bị khí hóa hiệnđại, than được tiếp xúc với không khí (hoặc oxy) và hơi nước ở áp suất và nhiệt độ caođược kiểm soát chặt chẽ. Trong những điều kiện đó, các phân tử cacbon trong than sẽtham gia các phản ứng hoá học tạo ra hỗn hợp CO, H2 và các khí thành phần khác.

Hydro và các loại khí khác có trong khí than có thể được sử dụng làm nguyên liệuđể sản xuất nhiều sản phẩm hoá chất quan trọng như amoniăc, phân urê, các sản phẩmhữu cơ,... hoặc dùng làm nhiên liệu cho các tuabin phát điện. Khí hóa than cũng là

phương pháp tốt nhất để sản xuất nhiên liệu hydro sạch cho xe ôtô của tương lai và cho

pin nhiên liệu dùng để phát điện.Công nghệ khí hóa than còn mang lại ích lợi lớn về mặt môi trường trong việc sử

dụng than, nhờ khả năng làm sạch đến 99% các tạp chất gây ô nhiễm trong khí than. Vídụ, lưu huỳnh trong than có thể được chuyển thành dạng H2ÂS và được thu giữ hoặcchuyển hóa thành lưu huỳnh thương phẩm. Tương tự, nitơ có trong khí than sẽ đượcchuyển hóa thành amoniăc và chất này có thể được dùng để sản xuất phân bón hoặc cáchoá chất khác.

Nhìn chung, khả năng sản xuất một cách hiệu quả điện năng, hyđro và cácnguyên liệu hoá chất khác, cũng như khả năng cắt giảm khí gây ô nhiễm, đang làmcho công nghệ khí hóa than trở thành một trong những công nghệ hứa hẹn nhất cho

các ngành năng lượng và hoá chất của tương lai, nhất là khi giá các nguồn nguyên liệudầu khí có xu hướng dao động mạnh trước những biến động kinh tế, chính trị trên thếgiới và ngày càng trở nên khan hiếm hơn.Bằng cách khí hoá than có thể chuyển hoá được các loại nhiên liệu rắn chất lượng thấp,chứa nhiều ẩm, tro, nhiệt cháy thấp thành nhiên liệu thể khí có chất lượng cao hoặc tạothành khí tổng hợp dùng trong công nghệ hoá học. Do có thể sử dụng các loại than cóchất lượng thấp để sản xuất khí than có giá trị công nghiệp nên khí hóa than sẽ mở ra mộttriển vọng tốt cho các vùng than chất lượng thấp để phát triển công nghiệp. đặc biệt ở cáctỉnh phía Bắc nơi có nhiều than cám, than bụi (Ã« Quảng Ninh) cũng như tại các vùngthan nhỏ khác ở Tây Bắc chúng ta cũng cần nghiên cứu trữ lượng để có thể đưa vào sản

xuất.Tập tài liệu về khí hoá than này trình bày tóm tắt những vấn đề chủ yếu nhất của côngnghệ khí hóa than, trong đó ưu tiên trình bày về nghiên cứu và sản xuất khí than dùng chotổng hợp hoá học với mục đích sản xuất phân bón. Trong tài liệu sẽ trình bày một số vấnđề lý thuyết của quá trình khí hoá, công nghệ sản xuất khí tổng hợp ở áp suất cao, là côngnghệ hiện đang được dùng nhiều trên thế giới.

1. GIỚI THIỆU CHUNG



Khí hóa than là quá trình tổng cộng của các phản ứng đồng thể và dị thể củanhiên liệu rắn chứa cacbon. Phụ thuộc vào mục đích của quá trình khí hóa, có thểnhận được sản phẩm khí chứa CO, H2 và CH4. Hỗn hợp khí sản phẩm chứa CO +H2 có các tỷ lệ khác nhau giữa các cấu tử có thể được dùng cho các quá trình tổng hợphóa học.

Nếu coi trong than chỉ chủ yếu chứa cacbon và không tính đến các thành phầnkhác như N, S và khí trơ thì quá trình khí hóa được coi như gồm các phản ứng sau:

C + O2 Â® CO2 (1)C + CO2 Â® 2CO (2)C + H2O Â® CO + H2 (3)C + 2H2 Â® CH4 (4)

Tất cả những phản ứng để tạo ra các sản phẩm khí nêu trên đều là các phản ứngdị thể.

CO2 là sản phẩm khí bậc nhất có thể tiếp tục tương tác với cacbon có trong vùng phản ứng. đồng thời với quá trình trên là quá trình chuyển hóa đồng thể các sản phẩm

khí bậc nhất tạo thành trong các quá trình đầu tiên.CO + 3H2 Â® CH4 + H2O (5)CO + H2O Â® CO2 + H2 (6)

Như vậy các quá trình xảy ra trong quá trình khí hóa than được mô tả đầy đủ bằng các phương trình phản ứng từ (1) đến (6).Các phản ứng đồng thể (5-6) và dị thể (1-4) xảy ra kèm theo sự thay đổi mạnh nănglượng của hệ thống. Các số liệu về hằng số cân bằng và entanpi của hệ thống các phảnứng quan trọng thường được dẫn ra trong các sổ tay hóa lý.

Trên cơ sở các hàm nhiệt động, có thể tính toán lý thuyết được thành phần cân bằng của các khí trong quá trình khí hóa phụ thuộc vào nhiệt độ. Thường các tính toán

dựa trên các điều kiện lý tưởng, song thực tế lại không đạt được các điều kiện đó.Trong lò phản ứng có nhiều phản ứng xảy ra. Vì vậy cần tính thành phần của cáckhí ở trạng thái cân bằng đối với mỗi phương pháp sản xuất và trên cơ sở đó có thể sosánh ưu, nhược điểm của mỗi phương pháp khí hóa theo thành phần của sản phẩm.

2. NGUYÊN LÝ CHUNG VỀ CÁC KIỂU CÔNG NGHỆ KHÍ HÓA THANKhi sản xuất khí than, người ta phải cân nhắc hai yếu tố:

a) Thể loại và chất lượng than sử dụng làm nguyên liệu khí hóa. b) Mục tiêu sử dụng các sản phẩm khí thu được.

Mỗi loại than có thể sử dụng làm nguyên liệu cho nhiều phương pháp khí hóathan khác nhau. Tùy thuộc kích cỡ của than đưa vào lò khí hóa mà có thể áp dụng một

trong ba kiểu công nghệ khí hóa phổ biến hiện nay là: khí hóa than tầng cố định; khíhóa than tầng sôi và khí hóa than dòng cuốn.- Than cục to, đường kính 10 - 100mm: thích hợp kiểu công nghệ khí hóa than

tầng cố định.- Than cục nhỏ, đường kính 0 - 10mm: thích hợp công nghệ khí hóa than tầng

sôi.- Than cám, đường kính 0 - 2mm: thích hợp công nghệ khí hóa than dòng cuốn

(khô và ướt).



Cả ba công nghệ khí hóa than nói trên đều có thể cho ra các sản phẩm khí, đó là: khí thankhô; khí lẫn; khí than ướt; khí than giàu oxy, v.v... Ngược lại, một phương pháp khí hóanhất định cũng có thể khí hóa được nhiều loại than khác nhau, ví dụ phương pháp khí hóatầng cố định có thể dùng các loại nhiên liệu khác nhau như than gỗ, gỗ, than nâu, thanantraxit, v.v...

Dưới đây là các kiểu công nghệ khí hóa than.2.1. Khí hóa than tầng cố định (đường kính cục than 10 Â¸ 100 mm)2.1.1. Quá trình khí hóa thuận

Theo phương pháp này thì than 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. Nhưvậy gió và than đi ngược chiều nhau. Quá trình có một số đặc điểm sau (hình 1):a) Phân chia chiều cao lò thành từng vùng phản ứng, vùng nọ kế tiếp vùng kia. Dưới cùnglà 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 than (3) và trên đó là tầng không đỉnh lò.

b) 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 hơnnữa do phải tiêu tốn nhiệt vào quá trình bốc hơi nước.Có thể tóm tắt nhiệt độ các vùng như sau:to vùng cháy > to vùng khử > to vùng bán cốc > to vùng sấy

Như vậy nhiệt lượng vùng cháy đã phân phối cho các vùng khác để thực hiện quátrình khí hóa.

Sự truyền nhiệt từ vùng nhiệt độ cao đến vùng nhiệt độ thấp chủ yếu bằng conđường đối lưu, còn bằng các con đường khác (như bức xạ và dẫn nhiệt) thì ít quantrọng hơn.

c) Khi đi từ trên xuống dưới, trọng lượng và kích thước hạt than giảm dần vì thanđã tham gia vào các phản ứng phân huỷ nhiệt (bán cốc), phản ứng khử, phản ứngcháy. Hàm lượng cacbon còn lại trong xỉ còn lại tương đối ít. Tại vùng xỉ, hàm lượngtác nhân O2 và H2O lại cao do gió vào từ đáy lò và chuyển động ngược chiều vớithan.

Khi xem xét quá trình khí hóa theo chiều cao lò, ta thấy:Bắt đầu 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 than còn lại trong xỉ còn

nóng nên hàm lượng oxy giảm đi chút ít. Ở vùng này chủ yếu không khí được gianhiệt để đi tiếp vào vùng cháy.*Vùng cháy: Trong vùng cháy xảy ra phản ứng C + O2 Â® CO + CO2; CO vừa tạo

ra lại phản ứng tiếp với oxy tự do của gió để tạo ra CO2 (2CO + O2 Â® 2CO2). Trongvùng này nhiệt toả ra mạnh, lượng nhiệt này dùng để cung cấp cho các phản ứng trongvùng khử và các vùng khác.

*Vùng khử : Trong vùng này CO2 và hơi nước đi từ vùng cháy vào có thể gây racác phản ứng sau:



C + CO2 = 2CO - Q1

C + H2O = CO + H2 - Q2

C + 2H2O = CO2 + 2H2 - Q3

Đây là 3 phản ứng quan trọng nhất ở vùng khử vì chính 3 phản ứng này tạo racác khí có thể hoặc dùng làm khí đốt hoặc dùng làm nguyên liệu cho công nghiệp tổng

hợp hóa học (CO và H2) trong sản xuất phân đạm và các hóa chất khác...* Vùng bán cốc (nhiệt phân): Khí ra khỏi vùng khử có nhiệt độ thấp hơn vùng

khử do nhiệt phải cấp cho các phản ứng khử. Nhiệt của khí (nhiệt độ khoảng500 Â¸ 700oC) được cung cấp cho than ở vùng bán cốc. Nếu than dùng cho khí hóa làthan biến tính thấp (như than nâu, than bùn...) thì khi bị bán cốc hóa, các sản phẩm

phân huỷ của than chứa nhiều hydrocacbon và khí CO2... Kết quả là khí sản phẩmkhông chỉ chứa CO, H2, CO2 mà còn có cả các hợp chất hữu cơ khác và sản phẩm khínày chỉ thuận lợi khi dùng làm nhiên liệu chứ không thuận lợi cho các quá trình tổnghợp hóa học.

Nếu than dùng cho quá trình khí hóa là than antraxit thì sẽ cho sản phẩm khí CO,

H2 có độ tinh khiết cao, thuận lợi cho quá trình tổng hợp hóa học.2.1.2. Quá trình khí hóa nghịch

Quá trình khí hóa nghịch được tiến hành trong các lò khí hóa, ở đó than đổ từ trên đỉnh lòxuống dưới, gió cũng đi từ phía trên của lò và đi cùng chiều với than xuống phía dưới.Sản phẩm khí của quá trình khí hóa thoát ra ở phía đáy lò (hình 2).

Do khí hóa thực hiện trong các điều kiện như vậy nên chúng có các đặc điểmsau:

a/ Phân bố lại các khu vực trong lò ngược với quá trình khí hóa thuận (như phầntrên đã trình bày):

Theo đường gió vào, từ trên xuống dưới bao gồm các vùng sau:

Vùng sấy khô Â® Vùng bán cốc Â® Vùng cháy Â® Vùng khử Â® Vùng tro vàxỉ.Than bị nhiệt phân, sau đó cháy ngay và đi tiếp vào vùng khử. Sản phẩm của quá

trình nhiệt phân ở vùng bán cốc không thoát ra ngoài mà tiếp tục đi qua vùng cháy,vùng khử và vùng tro xỉ rồi mới thoát ra ngoài cùng với khí than.

b) Hình thức trao đổi nhiệt trong lò khí hóa nghịchTrong lò khí hóa nghịch, vùng có nhiệt độ cao nhất là vùng cháy, nó có xu hướng

trao đổi nhiệt với các khu vực xung quanh. Nhiệt truyền cho vùng khử chủ yếu do quátrình đối lưu, còn nhiệt truyền lên phía trên (vùng cốc hóa) chủ yếu là do bức xạ vàdẫn nhiệt.

c) Ảnh hưởng của quá trình bán cốc (nhiệt phân than) đối với quá trình khí hóanghịchTrong lò khí hóa nghịch, sản phẩm của quá trình nhiệt phân (bán cốc) thoát ra

phải đi qua khu vực cháy, ở đó có dư oxy và nhiệt độ cao nên đại bộ phận khí và chấtlỏng nhiệt phân bị cháy và bị phân hủy tiếp, nên sản phẩm của quá trình khí hóanghịch chủ yếu chỉ có CO, H2, H2O, và một lượng nhỏ các loại nhựa, hydrocacbon...Hàm lượng nhựa trong quá trình khí hóa nghịch là thấp, không quá 0,3 Â¸ 0,5 g/m 3,trong khi khí sản xuất theo quá trình khí hóa thuận có hàm lượng nhựa cao, đến



30 Â¸ 40 g/m3. Sản phẩm khí từ quá trình khí hóa nghịch có chất lượng tốt hơn từ quátrình khí hóa thuận nên khí đó có thể dùng để chạy các động cơ đốt trong hoặc chế

biến hóa học.2.1.3. Khí hóa liên hợpQuá trình khí hóa liên hợp là quá trình kết hợp phương pháp khí hóa thuận và

phương pháp khí hóa nghịch trên cùng một thiết bị.Than đi từ đỉnh lò xuống, gió cũng đi từ trên xuống cùng chiều với than tạo điều

kiện cho quá trình khí hóa nghịch. Trong quá trình này than đi qua vùng sấy 1, vùng bán cốc 2, vùng cháy 3, vùng khử 4 (Â®ây là vùng tạo sản phẩm khí), sau đó sản phẩm khí ra ngoài theo ống II. đồng thời gió cũng đưa vào theo hướng từ dưới lên, điqua vùng xỉ 7, đến vùng cháy 6 và vùng khử 5. Ở đây sản phẩm khí được tạo thành vàcũng đi ra ở cửa II cùng với sản phẩm khí của quá trình khí hóa nghịch.

Ưu nhược điểm của phương pháp khí hóa liên hợp: Quá trình khí hóa nghịch cóưu điểm là trong sản phẩm có hàm lượng nhựa rất bé, nhưng khuyết điểm là có một

phần than chưa tham gia hoàn toàn vào các phản ứng khí hóa đã bị thải đi. Quá trình

khí hóa thuận có ưu điểm là than tham gia hoàn toàn vào các phản ứng cháy và khử.Quá trình khí hóa liên hợp khắc phục được nhược điểm của cả hai quá trình khí

hóa. Song khó khăn lớn nhất của phương pháp liên hợp này là nếu vận tốc gió đưa từdưới lên quá lớn chúng sẽ có khả năng thừa oxy, thoát lên trên gây cháy các sản phẩmkhí CO, H2. Nếu vận tốc gió quá bé, lượng than còn lại trong tro xỉ lại tăng lên.

Do vậy tuy phương pháp khí hóa liên hợp tuy có ưu điểm nhưng được dùng rấthạn chế, chỉ được dùng để sản xuất khí chạy động cơ từ những loại than có độ tro caovà than bùn.

2.1.4. Ưu nhược điểm của các quá trình khí hóa tầng cố định Nhờ sắp xếp các vùng phản ứng trong lò, vùng nọ kế tiếp vùng kia, nên nhiệt độ

trong lò giảm dần từ dưới lên trên, than càng đi xuống dưới càng nóng.Phương pháp khí hóa tầng cố định, nhất là phương pháp khí hóa nghịch hoặc liênhợp, có ưu điểm là có thể sử dụng được tất cả các loại nhiên liệu ban đầu khác nhau(về độ ẩm và độ tro) mà không ảnh hưởng nhiều đến chất lượng khí than. Than đi từ

vùng sấy qua vùng bán cốc nên ẩm và chất bốc đã thoát hết, do vậy khi đến vùng khửvà vùng cháy than vẫn giữ được nhiệt độ cần thiết cho các phản ứng khử và phản ứngcháy, vì thế chất lượng khí sản phẩm ở đây vẫn tốt.

Chính vì vậy phương pháp này cho phép khí hóa được tất cả các loại than, từthan non đến than già, kể cả loại đá dầu có hàm lượng tro cao (đến khoảng 50% tro)và củi gỗ, (có độ ẩm đến 30%). Phương pháp không dùng được đối với các loại than

cám và than bụi.Phương pháp khí hóa tầng cố định cho phép sản xuất khí than có chứa nhiềuhydrocacbon, vì vậy khí sản phẩm có nhiệt cháy cao, rất có lợi khi dùng vào mục đíchlàm khí đốt.

Mất mát cacbon theo xỉ than ở phương pháp này tương đối ít, vì theo chiềuchuyển động của than từ trên xuống dưới thì nồng độ các tác nhân khí như O2, H2Otăng lên còn nồng độ cacbon trong pha rắn giảm dần. Nhược điểm của phương pháp



này là mất mát nhiệt theo xỉ khá nhiều vì vùng tro xỉ tiếp xúc trực tiếp với vùng cháy,là vùng có nhiệt độ cao, do đó hiệu suất nhiệt của quá trình không cao.

2.2. Khí hóa than tầng sôi (Đường kính cục than từ 0 - 10mm)2.2.1. Đặt vấn đềTrong khai thác than ở các mỏ, khối lượng than cám và than bụi khá nhiều, có

thể tới 50% tổng số lượng than khai thác. Vì vậy việc áp dụng các công nghệ thíchhợp để sử dụng các loại than có kích thước hạt nhỏ là rất cần thiết.Than cám và than bụi có kích thước hạt khá nhỏ 0 - 10mm và 0 - 2mm, nếu xếp các loạithan này vào lò khí hóa thì trở lực của lớp than sẽ khá lớn. Vì vậy nếu khí hóa ở dạngchặt tầng cố định thì phải dùng tốc độ gió lớn mới khắc phục được trở lực đó để đảm bảocho lò có năng suất nhất định. Nhưng nếu tăng tốc độ gió sẽ không tránh khỏi có một sốhạt than "sôi" lên, một số hạt có kích thước nhỏ hơn lại bay lơ lửng trong khí hoặc bay rangoài lò phản ứng. Như vậy chế độ khí hóa kiểu tầng cố định không còn giữ nguyên chếđộ hoạt động. Do vậy đối với các loại than cám, than bụi phải áp dụng phương pháp khíhóa khác, đó là phương pháp khí hóa than theo phương pháp tầng sôi và dạng dòng cuốn.

2.2.2. Tốc độ gió trong khí hóa dạng tầng sôi- Xét vận tốc gió trong lò phản ứng:

Nếu tốc độ gió còn nhỏ thì than trong lò còn ở dạng lèn chặt. Nhưng nếu tăngdần tốc độ gió lên thì than đang ở trạng thái lèn chặt dần dần biến thành trạng tháichuyển động và khi

tốc độ gió đạt tới một giá trị nhất định thì than sẽ ở trạng thái "sôi" (hiện tượngsôi của các hạt rắn trong dòng khí).

Tốc độ gió (Wgió) lúc bấy giờ gọi là tốc độ sôi (Wsôi).Vì vậy khi Wgió = Wsôi thì phương pháp khí hóa gọi là khí hóa tầng sôi.Tiếp tục tăng vận tốc gió tới giới hạn nhất định sẽ đạt được trạng thái cân bằng giữa lực

đẩy của gió và trọng lực của than. Tốc độ gió lúc đó được gọi là tốc độ tới hạn, được xácđịnh theo công thức:4g . gT . d

Wtới hạn = ; m/giây3 . C . gkhí

gT : Trọng lượng riêng của thangkhí : Trọng lượng riêng của khíd : Kích thước hạt thanC : Hệ số phụ thuộc vào hình dạng của hạt than

và phụ thuộc vào R e

Nếu Wgió > Wtới hạn thì than sẽ bay ra ngoài lò theo khí. Vì vậy Wgió không cho phép vượt quá Wtới hạn. Như vậy than có kích thước d lớn thì Wtới hạn cũng càng lớn.- Khí hóa tầng sôi thường dùng kích thước hạt 0,5 - 3mm.2.2.3. Đặc điểm và ưu điểm của quy trình khí hóa tầng sôi- Than liên tục chuyển vào lò khí hóa.- Than được đảo trộn trong lớp sôi nên quá trình truyền nhiệt rất cao, điều đó làm

cho sự phân bố nhiệt độ đồng đều theo chiều cao lò.- Cấu tạo lò đơn giản, vốn đầu tư thấp.



- Khi thổi gió vào lò, các hạt lớn sẽ tập trung ở đáy lò. Các hạt nhỏ ở phía trên vàdễ dàng bay ra ngoài lò theo gió. để làm giảm lượng bụi than bay theo gió ra ngoàingười ta đưa than gió bậc 2 ở khoảng giữa lò để tăng cường quá trình khí hóa. Nhưnggió bậc 1 thổi từ dưới đáy lò lên vẫn là chủ yếu .

- Khi khí hóa tầng sôi, nhiên liệu và gió đi cùng một hướng từ dưới đáy lò, như

vậy than được tiếp xúc ngay với vùng có nhiệt độ cao. Quá trình sấy, bán cốc cùngxẩy ra trong vùng này. Lượng chất bốc sinh ra gặp oxy trong gió sẽ cháy hết thànhCO2 và H2O, một phần nhỏ khác bị nhiệt phân. Vì vậy khí sản phẩm ra khỏi đỉnh lòkhông có các sản phẩm lỏng, không có các loại hyđrocacbon nên khí ra sạch, dùngcho tổng hợp hóa học rất có lợi.

- Vì khí hóa tầng sôi nên các hạt than luôn chuyển động và trong lò không córanh giới rõ rệt giữa các vùng phản ứng (như vùng cháy, vùng khử, vùng nhiệt phân...trong khí hóa tầng cố định) và nhiệt độ trung bình của lò giảm xuống. Vì đặc điểm nàynên nhiệt độ của lò trong phương pháp khí hóa tầng sôi chỉ đạt từ 900 đến 1000oC.

2.2.4. Nhược điểm của quy trình khí hóa tầng sôi

để nâng cao nhiệt độ lò, có thể dùng thêm oxy và hơi nước vào gió, tuy thế cũngkhông thể nâng nhiệt độ phản ứng cao quá 1150oC, nhiệt độ có thể làm chẩy xỉ. Donhiệt độ lò không nâng cao được nên các loại than già, than antraxit có tốc độ phảnứng của C với các tác nhân khí không đủ lớn thì không thích hợp cho quá trình khíhóa tầng sôi. Phương pháp khí hóa tầng sôi dùng than có độ biến tính thấp như thannâu, than bùn hoặc một vài loại than đá có đặc tính thích hợp.

- Các loại than biến tính thấp và các loại than có tính chẩy dẻo, khi nâng caonhiệt độ chúng bị bết lại và tạo thành các cục to nên không thể dùng cho khí hóa tầngsôi.

2.2.5. Sơ đồ khí hóa tầng sôi kiểu Winkler

đây là phương pháp khí hóa than dạng tầng sôi. Diện tích tiết diện cắt ngang củalò đến 25m2, chiều cao lò 22 mét, năng suất lò đạt đến 3000 m2 khí/ 1 m2. giờ.Hiện nay người ta đã xây dựng tổ hợp lò đến 100.000 m3/

giờ.Than được nghiền, sấy, nhưng không cần sàng. Than đem khí hóa có thể là than

nâu, than đá, than cốc sản xuất từ than nâu hoặc bán cốc với độ tro có thể tới 40% vàhàm lượng than bụi cao.

Than được đưa vào lò nhờ vít tải ở phần đáy lò 2. Tro của than phải có nhiệt độnóng chảy cao hơn nhiệt độ của lò khí hóa và được thải ra ở đáy lò. Khí tổng hợpđược lấy ra ở phía trên lò. Quá trình khí hóa được tiếp diễn đến phần trên của lò. Khí

tổng hợp ra khỏi lò đi vào thiết bị 3 để thu hồi nhiệt và tách bụi than, sau đó tiếp tụcchuyền sang thiết bị xyclon 5 để tách bụi và đi vào thiết bị ngưng tụ, làm lạnh 6,chuyển qua thiết bị 7 để loại các hạt nước.

Mức độ khí hóa than đạt đến 90%, hệ số tác dụng hữu ích 82%. Thành phần khínhận được trong lò Winkler như sau (% thể tích):

CO . . . 30 - 50 (48,2)H2 . . . 35 - 46 (35,2)CO2 . . . 13 - 25 (13,8)



CH4 . . . 1 - 2 (1,8) N2 . . . 0,5 - 1,5 (0,9)

(Các số liệu trong ngoặc là giá trị trung bình) Nhiệt cháy của khí Qthấp = 12.300 Kjun/m3

Ưu điểm của phương pháp Winkler là điều kiện sản xuất không khắt khe, có thể

dùng than có nhiều tro, có thể điều chỉnh linh hoạt khối lượng khí sản phẩm. Nhượcđiểm của phương pháp này là nhiệt độ của quá trình khí hóa không cao ở áp suất khíquyển, khi nâng cao thêm áp lực thì bụi bay ra theo khí tổng hợp, do vậy phải thựchiện thêm quá trình làm sạch khí.

2.3. Khí hóa than dạng dòng cuốn (than cám, than bụi đường kính 0 - 2mm)Dưới đây nêu một phương pháp khí hóa than dạng dòng cuốn kiểu Koppers -

Totzek:Phương pháp này được trình bày trên hình 6. Theo phương pháp này thì nguyên

liệu có thể là than hoặc nguyên liệu chứa cacbon thể rắn hoặc lỏng. Người ta khí hóathan bằng oxy và hơi nước ở áp suất khí quyển. Quy trình này đã có thời gian được

coi như là phương pháp điển hình để khí hóa than dạng dòng cuốn (bụi). đến nhữngnăm 1970 trên thế giới đã có 37 lò khí hóa kiểu này được xây dựng.

Than nguyên liệu, có thể có độ tro < 40%, được nghiền mịn đến kích thước <0,1mm, độ ẩm không quá 6 - 8% đối với than nâu, 1 - 2% với than đá. Sấy và nghiềnđược thực hiện cùng một công đoạn.

Lò khí hóa là thiết bị tròn nằm ngang (hình 6), phía trong được lót bằng vật liệuchịu nhiệt. Vòi phun để chuyển nhiên liệu, oxy, hơi nước (còn gọi là đầu khí hóa)được bố trí đối diện nhau.

Than bụi được chuyển vào bunke nạp liệu 1, 3 nhờ dòng khí nitơ, từ đó được vítsoắn chuyến vào vòi phun cùng với oxy và hơi nước. Tỷ lệ giữa oxy, than bụi và hơi

nước sao cho nhiệt lò cao hơn nhiệt độ chảy lỏng của tro, từ 1500 - 1600o

C. Khí hóatrong điều kiện như thế đạt được mức chuyển hóa cacbon cao. Khí sản phẩm tạo thànhcó hàm lượng cacbon oxyt (CO) rất cao. Than khi vào lò trước hết tác dụng với oxyđể tạo nhiệt độ cao cho các phản ứng khử khác. Hơi nước khi khí hóa cho 1m3 oxy là~ 0,05kg đối với than nâu, và 0,5kg đối với than đá.

Hiện nay phương pháp khí hóa dạng dòng cuốn (bụi) kiểu Koppers - Totzek được dùng để sản xuất khí tổng hợp amiac. Phương pháp khí hóa ở nhiệt độ cao đạthiệu suất nhận khí tổng hợp cao, do khi đó tất cả các chất hữu cơ của than chuyển hóathành CO2, CO, H2, H2O. Do đó khi làm lạnh khí không cần có công đoạn tách cácchất nhựa, dầu, benzen, phenol... Nhờ đó quá trình làm sạch khí nói chung đơn giản.

Lò khí hóa có trang bị vỏ áo để làm lạnh tường lò.Quá trình khí hóa này tiêu thụ oxy là 0,39 - 0,45 m3/1m3 hỗn hợp CO + H2. Hiệusuất của quá trình khí hóa tính theo tỉ số của nhiệt cháy hỗn hợp khí sản phẩm CO +H2 cho nhiệt cháy của than là 72%.

Thành phần khí theo quá trình sản xuất khí dạng dòng cuốn (bụi) kiểu Koppers -Totzek:

CO . . . 57,2 (57,2)H2 . . . 30,7



CO2 . . . 10,5CH4 . . . 0,1

N2 . . . 1,2H2S + COS . . . 0,3

Nhiệt cháy của khí Q = 11,2 Kjun/m3

Phương pháp khí hóa dạng dòng cuốn kiểu Koppers - Totzek có nhiều ưu điểmnhưng cũng còn phải cải tiến thêm để nâng cao cường độ quá trình khí hóa, do đóngười ta đã cải tiến bằng cách khí hóa ở áp suất cao 20 - 30atm, tháo xỉ lỏng. Nhờ thếmà cường độ của quá trình khí hóa đạt đến 18900 m3 khí tổng hợp/ giờ.

Các phương pháp khí hóa dạng dòng cuốn của hãng TEXACO và SHELL theohướng trên đã được mô tả ở phần sau.

Hiện tại các phương pháp khí hóa than dạng dòng cuốn, áp suất cao, nhiệt độcao, gió dùng oxy và hơi nước, tháo xỉ lỏng được dùng nhiều trên thế giới để nhận khítổng hợp.

2.4. Tóm tắt về ba phương pháp khí hóa than

Có thể hệ thống hóa các phương pháp khí hóa trên cơ sở các nguyên lý khácnhau. Ví dụ căn cứ vào trạng thái của nhiên liệu (than) trong lò phản ứng khí hóa thìngười ta có thể phân chia phương pháp khí hóa than thành 3 dạng:

a- Khí hóa tầng cố định. b- Khí hóa tầng sôi (lớp sôi...).c- Khí hóa dạng dòng cuốn (bụi).

Ngoài ra còn có các hệ thống phân loại khác dựa trên cơ sở của các phương phápcấp nhiệt khác nhau trong lò khí hóa. Trong trường hợp đó người ta chia thành

phương pháp tự cấp nhiệt nghĩa là nhiệt cần thiết để cấp cho các phản ứng khử tạo khísản phẩm bằng cách đốt một phần than với oxy của tác nhân khí. Và phương pháp cấp

nhiệt từ ngoài, nghĩa là nhiệt cần cho quá trình khí hóa được chuyển từ ngoài đến nhờ chất tải nhiệt dạng rắn hay dạng khí. Ngoài ra ở một số nước khác (như Mỹ) người takhông căn cứ theo các khái niệm trên mà chia theo phương pháp đa bậc... mà các tàiliệu của chúng ta ít nói đến.

Nguyên lý của các phương pháp khí hóa than đã được nói đến ở phần trên, ở đâychỉ tóm tắt một số ưu nhược điểm của ba phương pháp đó.

Trên hình 7a, ta thấy đồ thị phía trái mô tả đường cong nhiệt độ của lò khí hóa. Nhiệt độ cao nhất của lò là ở vùng oxy hóa (phần chấm dây). Phần chấm đen biểu thịthan đưa vào, lúc mới đưa than vào than chưa có phản ứng gì nên khối lượng than ítthay đổi nhưng càng về phía dưới lò thì khối lượng than càng giảm dần, phần chấm

đen càng thu hẹp lại. Sự mất mát than chủ yếu theo tro, thường là khoảng 5%. Tácnhân khí đưa vào lúc đầu rất nhiều nhưng sau khi vào lò giảm dần và chuyển thànhkhí tổng hợp.

Theo hình vẽ a, mô tả cụ thể các diễn biến xảy ra trong lò khí hóa cho thấy khithan mới cấp vào ở phía đỉnh lò đã chịu tác động của nhiệt độ cao, do vậy than bị mấtẩm và các tạp chất bị nhiệt phân thành các loại hyđrocacbon, dầu, nhựa, phenol... cònthan thì chuyển thành bán cốc. Các khí và lỏng đó làm ô nhiễm sản phẩm khí (nếu khídùng cho tổng hợp hóa học) nhưng lại tốt làm khí nhiên liệu. Như vậy nếu sản xuất



khí dùng cho tổng hợp hóa học cần phải chọn loại than già, như antraxit Quảng Ninhcó thành phần chất bốc ít nên không gây tạp nhiễm cho khí tổng hợp. Nếu dùng thancó độ biến tính thấp như than mỡ, than non, than bùn thì khí sản phẩm bị tạp nhiễm,gây nhiều khó khăn cho quá trình làm sạch khí tổng hợp.

Hình 7b, mô tả các diễn biến xảy ra trong lò khí hóa tầng sôi. Ta thấy nhiệt độ

trong lò đồng đều từ đỉnh lò xuống đến đáy lò. Nếu than được liên tục cấp vào lò khíhóa, nhờ có lớp sôi nên đảm bảo có sự truyền nhiệt tốt, đồng đều trong toàn bộ lò nênrất dễ dàng điều khiển nhiệt độ, cấu trúc lò đơn giản, vốn đầu tư thấp. Nhược điểmcủa phương pháp khí hóa tầng sôi là có một số hạt than dưới tác dụng chuyển độngxoáy của tác nhân khí đưa vào chưa kịp phản ứng và bị cuốn theo gió ra ngoài lò, làmmất mát cacbon theo tro ở phía trên đỉnh lò. Theo phương pháp này lượng mất cacbontheo khí tổng hợp có thể đến 10 - 20%, mất mát theo tro xỉ khoảng 5%. Than dùng chokhí hóa tầng sôi thuận lợi nhất là than nâu hoặc than đá loại có khả năng phản ứngcao. Than bùn nói chung không nên dùng khí hóa mà chỉ để chế biến phân bón hoặcsản xuất than hoạt tính...

Hình 7c, mô tả quá trình khí hóa than dạng dòng cuốn (bụi). Theo phương phápnày thì trong quá trình khí hóa, than, tác nhân khí hóa và khí sản phẩm đi cùng mộthướng.

Nhiên liệu cấp vào lò đồng hành với oxy và hơi nước do vậy ban đầu than phảnứng ngay với oxy tạo nhiệt độ cao. Nhờ có nhiệt độ cao mà các phản ứng thu nhiệt củaquá trình khí hóa xảy ra (chủ yếu là phản ứng chuyển hóa cabon và hơi nước thànhCO và hyđro). Cần phải giữ nhiệt độ ở mức cực đại, sao cho nhiên liệu cháy mạnhtrong vài giây, tạo điều kiện cho các phản ứng tạo khí sản phẩm tiếp theo, đồng thờinhiệt độ đó cần phải lớn hơn nhiệt độ nóng chảy của tro xỉ để có thể tháo xỉ dạnglỏng.

Phương pháp khí hóa dạng dòng cuốn có nhiều ưu điểm hơn so với khí hóa tầngcố định:1/ Than cám, than bụi có giá thành rẻ so với than cục.2/ Có thể sử dụng nhiều loại than, kể cả than có tính kết dính cao.3/ Sản phẩm khí không chứa sản phẩm phụ như (nhựa, dầu, phenol, axit béo...)

nên không cần thiết phải làm tinh chế.4/ Có thể thay thế than bằng các nhiên liệu hyđrocacbon lỏng hay khí.

Nếu khí hóa ở áp lực cao thì càng tăng được năng suất lò vì năng suất của lò khíhóa tăng lên tỷ lệ với tăng áp suất. Do nhiệt độ lò phản ứng cao nên phải làm lạnhtường phía trong của lò để khỏi bị quá nhiệt. Thường làm lạnh bằng vỏ áo nước hay

ống nước xếp cạnh tường lò.Trên hình 7c, ta thấy trên đồ thị phía trái, khi than, oxy và hơi nước mới đượccấp vào chúng phản ứng với nhau mạnh và làm nhiệt độ lò phản ứng tăng cao, thườngtừ 1500 - 1600oC. Sau đó lên phía trên đỉnh của lò, nhiệt độ dần dần giảm xuống doxẩy ra các phản ứng khử tạo sản phẩm khí. Tỷ lệ than mất mát theo bụi trong dòng khílà 5%. Ngoài ra xỉ lỏng tháo ra ngoài được tạo thành hạt, có thể dùng cho công nghiệpxi măng...



Qua hình 7, ta thấy phương pháp khí hóa theo dạng dòng cuốn có nhiều ưu điểm,khí có thể dùng cho mục đích dân dụng hoặc cho tổng hợp hóa học. Phương pháp nàyđược dùng nhiều ở Mỹ. Cấu tạo thiết bị hiện đã được cải tiến và có thể đáp ứng đượcnhu cầu sản xuất khí tổng hợp cho công nghiệp sản xuất amoniac và ure dùng chonông nghiệp.

3. SẢN XUẤT KHÍ THAN KHÔ VÀ KHÍ THAN ƯỚT3.1. Sản xuất sản phẩm khí than khôKhí than khô được sản xuất bằng cách dùng không khí làm tác nhân khí hóa than

theo quá trình thuận. Phản ứng đặc trưng chủ yếu là:Trong khu vực cháy:

C + O2 = CO2 + 94.250 kcal/kmol Nitơ của không khí không tham gia phản ứng.Trong khu vực khử:

CO2 + C = 2CO - 41,965 kcal/kmolDo than dùng trong khí hóa ngoài C còn có chứa H, O, N, S, v.v... đồng thời khả

năng khử CO2 thành CO không bao giờ thực hiện được hoàn toàn, vì vậy trong thành phần khí than ngoài CO, N2 còn có H2, CH4, H2S... và các sản phẩm của quá trình báncốc hóa ở khu cực bán cốc.

- Thành phần của khí than khô:Dưới đây là thành phần khí than khô đi từ than cốc và than nâu.

Than Thành phần khí, %V Nhiệt cháy,kcal/N.m3CO H2 CH4 CO2 N2

ThancốcThan

nâu

32,229,0

0,54,0

-2,0

1,55,0

66,860,0

9961159

- Một số đặc điểm của quá trình khí hóa:Đặc trưng lớn nhất của quá trình sản xuất khí than khô là nhiệt độ trong các khu

vực đều cao, đặc biệt là trong khu vực cháy nhiệt độ có thể lên đến 1000 Â¸ 1700oC.Trong điều kiện như vậy tro xỉ đều bị chảy lỏng, các lớp lót trong lò bị ăn mòn rấtmạnh vì xỉ lỏng và nóng có tác dụng rất mạnh với các vật liệu chịu lửa. Do vậy, vậtliệu lót lò thường phải là các loại cao cấp, như gạch nhịu lửa manhêzit. Tháo xỉ ở dạnglỏng.

Khí than khô có nhiều nhược điểm, chủ yếu là khả năng sinh nhiệt thấp, tổnghàm lượng CO, H2 thấp. Tổn thất nhiệt trong quá trình sản xuất cao do nhiệt độ của

sản phẩm khí ra khỏi lò khá cao (800 Â¸ 900oC), hiệu suất khí thấp. Trong lò khí hóa,nhiệt độ ở khu vực cháy rất cao nên vật liệu lót lò chóng bị hư hỏng, phải sửa chữathường xuyên và phải sử dụng vật liệu đắt tiền. Tuy vậy cũng có một số ưu điểm. Donhiệt độ lò rất cao nên cho phép tháo xỉ lỏng và do đó có thể dùng những loại nhiênliệu nhiều tro, nhất là tro có nhiệt độ chảy mềm thấp, để khí hóa. Có thể cho vào thancác vật liệu có khả năng làm giảm nhiệt độ chảy lỏng của tro (như CaO).



Do nhiệt độ trong lò cao nên có cường độ khí hóa cao và vấn đề về tách tro, xỉkhông bị hạn chế như ở các phương pháp khác.

- Lĩnh vực sử dụng của khí than khô:Do thành phần khí than khô có hàm lượng CO và H2 thấp, nên giá trị sử dụng và

giá trị kinh tế thấp. Trong trường hợp với khí có hàm lượng H 2 thấp và CO cao hơn thì

có thể ứng dụng để tổng hợp hóa học.3.2. Sản xuất khí than ướt dùng hơi nước3.2.1. Bản chất của quá trìnhKhí than ướt sản xuất bằng cách dùng hơi nước để làm tác nhân khí hóa. Phản

ứng tạo thành khí than ướt là phản ứng thu nhiệt:C + H2O = CO + H2 - 31.690 kcal/kmol

C + 2H2O = CO2 + 2H2 - 21.420 kcal/kmolDo phản ứng khí hóa bằng hơi nước là phản ứng thu nhiệt mạnh nên hơi nước

đưa vào lò cần phải có nhiệt độ cao. để thực hiện điều đó, có thể sử dụng các biện pháp sau:

a) Phương pháp gián đoạn: Nung nóng các lớp than trong lò bằng cách đưakhông khí vào lò trước để thực hiện phản ứng cháy, làm cho lớp than bị nóng đỏ lên,có nhiệt độ cao, sau đó mới đưa hơi nước vào để thực hiện phản ứng khí hóa.

Khi đưa không khí vào, trong lò xảy ra phản ứng cháy toả nhiệt mạnh:C + O2 = CO2 + 94.250 kcal/kmol

2C + O2 = 2CO + 52.285 kcal/kmolLúc này nhiệt độ lò sẽ cao, nhiệt được giữ lại ở trong các lớp than của lò. Ngừng đưakhông khí, đồng thời chuyển hơi nước vào lò lúc lò đang có nhiệt độ cao. Phản ứng khíhóa than với hơi nước sẽ xảy ra:C + H2O Â® H2 + CO - Q

Sản phẩm khí lúc này chứa chủ yếu CO và H2, đồng thời nhiệt được tích lũy từtrước sẽ bị tiêu hao dần làm cho nhiệt độ trong lò hạ xuống, tốc độ phân hủy hơi nướcgiảm dần. Lúc này phải đình chỉ việc đưa hơi nước vào lò và lại tiếp tục tiến hành đưakhông khí vào lò để duy trì phản ứng cháy, toả nhiệt cung cấp nhiệt cho quá trình khíhóa tiếp theo. Các quá trình này phải tiến hành gián đoạn và lặp lại theo những chu kỳnhất định với các tác nhân không khí - hơi nước - không khí, ...

b) Phương pháp liên tục: Không cần nung nóng các lớp than trong lò trước màtiến hành đưa ngay hỗn hợp hơi nước và chất gia nhiệt dạng khí có nhiệt độ cao1100 Â¸ 1150oC vào lò và nhờ nhiệt lượng của nó mà có được nhiệt lượng cần thiếtcho phản ứng khí hóa thu nhiệt. Quá trình sản xuất theo phương pháp này tiến hành

liên tục.Trong số hai phương pháp trên, phương pháp sản xuất gián đoạn theo chu kỳkhông khí - hơi nước - không khí được dùng phổ biến hơn cả. Các phương pháp sảnxuất liên tục cho sản phẩm khí tốt nhưng áp dụng hạn chế vì phức tạp, đắt tiền và giáthành cao.

Cần chú ý là nếu tăng cao nhiệt độ của lớp than bằng cách tăng cường quá trìnhcháy khi thổi gió vào lò thì đồng thời với phản ứng oxy hóa tăng nhanh lại kèm theo

phản ứng khử CO2 thành CO cũng tăng nhanh, kết quả là làm nhiệt độ của lớp than



nguội đi và đồng thời cũng gây tổn thất cacbon. Hiệu suất tổng cộng của quá trình khíhóa đạt đến một giá trị cực đại chỉ trong những điều kiện nhiệt độ thích hợp nào đóchứ không phải nhiệt độ càng cao càng tốt.

Đặc trưng cho điều kiện nhiệt độ của lò là cường độ thổi không khí và hơi nướctrên toàn bộ tiết diện ngang của lò. Trong các lò sản xuất khí than ướt gián đoạn,

đường kính trong của lòng lò từ từ 3 đến 3,6 m, vận tốc không khí thổi vào hợp lýnhất khi khí hóa than antraxit thường là 0,7 Â¸ 0,8 m/s, khi dùng than cốc cao cấpthường là 1,5 m/s. Vận tốc hơi nước thường là 0,2 Â¸ 0,25 m/s, có khi tới 0,3 m/s.

Các phản ứng phân huỷ hơi nước là phản ứng thu nhiệt nên nhiệt độ của các lớpthan trong lò ngày càng giảm đi và do đó mức độ phân huỷ hơi nước giảm xuống rấtnhanh, phẩm chất khí ngày càng xấu đi. Sự thay đổi này có thể thấy rõ trong bảngdưới đây.Sự biến đổi thành phần khí than ướt theo thời gian thổi gió lạnh

Các cấu tửThành phần trong khí than ướt (%V) sau khi bắt đầuthổi gió lạnh được:

2 phút 4 phút 6 phútCO2 3,0 5,3 8,5CO 45,6 39,5 34,2H2 45,0 51,2 53CH4 0,1 0,1 0,1O2 0,4 0,3 0,1

N2 5,9 3,6 4,1Để khắc phục sự dao động về thành phần khí sản phẩm, xu hướng chung là rút ngắn thờigian các pha đến mức có thể và thay đổi luân phiên giữa hai pha rất nhanh.

Mặt khác để sử dụng toàn bộ nhiệt tích trữ trong các lớp than của lò, người ta

thường thổi gió lạnh vào theo kiểu: gió lạnh vào từ dưới lên rồi lại cho từ trên xuống.Tất cả các pha như vậy tạo thành một chu trình, mỗi chu trình bao gồm các pha nhưsau:

Pha 1: thổi không khí từ dưới lên với mục đích để tạo nhiệt trong các lớp than.Khí thoát ra có thành phần gần như không khí, sẽ được thải ra hoặc sử dụng vào mụcđích khác.

Pha 2: thổi hơi nước từ dưới lên để đuổi các sản phẩm trong pha 1 còn lưu lạitrong lò, ngăn ngừa ảnh hưởng làm bẩn hơi nước của pha sau. Thời gian cho pha nàyrất ngắn.

Pha 3: thổi hơi nước từ dưới lên để tạo sản phẩm khí than ướt. Sản phẩm được

dẫn vào bể chứa khí để sử dụng. Pha 4: thổi hơi nước từ trên xuống nhằm tạo thêm sản phẩm khí than ướt, tậndụng nhiệt còn tích lại trong các lớp trên của lò. Sản phẩm cũng được dẫn vào bể chứađể sử dụng. Pha 5: thổi hơi nước từ dưới lên nhằm tạo thêm sản phẩm khí than ướt của pha trước, thuvào bể chứa và còn để tạo điều kiện an toàn cho pha sau. Sản phẩm cũng được dẫn vào bểchứa để sử dụng.



Pha 6 : thổi không khí từ dưới lên để đẩy hết khí than ướt còn lưu lại phía trêncủa lò. Sản phẩm vét này cũng được đưa vào bể chứa để sử dụng.

Qua từng pha như vậy, thành phần khí sản phẩm cũng thay đổi liên tục (xem bảng dưới).Sự thay đổi thành phần khí ở các pha.

Thành phần khí (% V) Pha 3 Pha 4 Pha 5CO2 6,97 5,17 8,84H2S 0,43 0,43 0,43O2 0,20 0,20 0,20CO 38,38 39,31 34,53H2 49,31 50,39 50,31CH4 0,64 0,54 0,70

N2 4,07 3,36 4,99Việc thay đổi liên tục các pha này có thể được thực hiện bằng tay hoặc tự động. Khi

điều khiển bằng tay chỉ cần 4 pha, bỏ pha 2 và pha 4. Tổng số thời gian cần thiết cho một

chu trình khi điều khiển bằng tay có thể cần đến 9Â¸ 12 phút, nếu điều khiển bằng phương pháp nửa tự động có thể cần 5 Â¸ 7 phút, còn khi điều khiển tự động chỉ cần 3 Â¸ 4 phút.

3.2.2. Ưu nhược điểm của quá trình khí hóa gián đoạn dùng hơi nướcLò khí hóa than dùng gió hơi nước có hiệu suất khí hóa thực tế h đạt 50 Â¸ 60%.

Như vậy nếu tính tổng số mất mát do than phải qua quá trình cháy (để cấp nhiệtcho phản ứng khử) theo xỉ và thất thoát ra môi trường xung quanh (khoảng 5%) thì cứ100 kg nguyên liệu chỉ còn 50 Â¸ 60 kg than tham gia phản ứng C + H 2O để sản xuấtkhí than ướt sản phẩm.

Đây chính là nhược điểm lớn nhất của phương pháp sản xuất khí than ướt theo phương pháp gián đoạn.

Ứng dụng của sản phẩm khí than ướt:Khí than ướt chủ yếu để tổng hợp hóa học. Vì là nguyên liệu có nhiều H2 nên khí

than ướt được dùng để tổng hợp NH3, hoặc làm nhiên liệu. để tiến hành tổng hợp NH3 phải loại bỏ CO theo phương pháp dùng nước hấp thu ở 20 atm.Có thể loại trừ CO theo phản ứng chuyển hóa:xúc tácCO + H2O Â® CO2 + H2 + QCr 2O3 + Fe2O3

Ngoài ra khí than ướt cũng là loại nhiên liệu khí cao cấp. Nhược điểm của phương pháp là làm việc gián đoạn là hiệu suất thấp (h =

50 Â¸ 60%), nhiệt độ và thành phần khí thay đổi theo thời gian, dễ gây hỗn hợp nổtrong lò và đường ống.Phương pháp tầng cố định sản xuất khí than ướt gián đoạn đòi hỏi chất lượng

nguyên liệu cao cấp như than cốc, bán cốc hay antraxit có độ bền nhiệt cao, kíchthước hạt lớn. Sở dĩ đòi hỏi nguyên liệu cao cấp như vậy vì nhiệt độ trong lò thay đổirất đột ngột, từ pha nóng sang pha lạnh và ngược lại. Vì vậy nếu nguyên liệu không cóđộ bền nhiệt cao sẽ bị vỡ vụn dưới tác dụng của sự thay đổi đột ngột nhiệt độ. Ngoàira phương pháp sản xuất khí than ướt gián đoạn cần tốc độ gió cao nên phải dùng than



kích thước hạt lớn. Chính vì vậy mà hạt than với kích thước hạt nhỏ hơn 35 Â¸ 50 mmkhông thể dùng được.

Do nhược điểm trên nên giá thành của sản phẩm khí than ướt sản xuất theo phương pháp tầng cố định gián đoạn tương đối cao.

Tuy có những nhược điểm trên nhưng phương pháp này vẫn được sử dụng rất

phổ biến trong công nghiệp, vì đây là phương pháp có dây chuyền sản xuất đơn giản,thiết bị rẻ tiền, dễ thiết kế thi công và vận hành không phức tạp. Ở nước ta sản phẩmkhí than ướt được dùng để sản xuất phân bón tại Công ty Phân đạm và Hóa chất HàBắc.

Thí dụ về thành phần khí than ướt sản xuất theo phương pháp gián đoạn từ thanantraxit.Thành phần CO2 H2S CO H2 O2 N2 Qthấp , kcal/m3

%V 6,5 0,3 37 50 0,2 6 24903.3. Sản xuất sản phẩm khí than ướt dùng hơi nước và oxyĐó là phương pháp sản xuất mà gió là hỗn hợp của oxy và hơi nước.

Sở dĩ trong công nghiệp đi đến phương pháp sản xuất này vì hai lý do:- Nhiệt cháy của sản phẩm khí lẫn (chứa nhiều nitơ khi dùng không khí để khí

hóa) không cao, 1200 Â¸ 1400 kcal/m3 và không đáp ứng được trong một số trườnghợp cần nhiệt độ cao. Nếu dùng khí lẫn để đốt trong sinh hoạt thì không đạt yêu cầukinh tế vì phải vận chuyển một lượng lớn nitơ theo đường ống. Trong trường hợp nàydùng khí than ướt thì thể tích khí giảm đi nhiều.

- Nếu khí sản phẩm để tổng hợp hóa học mà không cần dùng nitơ thì không nêndùng khí lẫn vì việc loại bỏ nitơ ra khỏi hỗn hợp khí là một vấn đề rất khó khăn.

Các phản ứng chủ yếu xảy ra trong quá trình khí hóa với gió gồm hơi nước vàoxy là:

C + O2 = 2CO + 52285 kcal/k mol CC + H2O = CO + H2 - 31690 kcal/k mol C

Lượng oxy cần là 0,1 m3 O2 /kg C hoặc 0,38 kg O2/kg C3.3.1. Phương pháp tháo xỉ rắnĐể sản xuất khí than ướt theo phương pháp này, người ta có thể dùng lò của

phương pháp khí hóa tầng cố định như đã mô tả bên trên. Tác nhân khí hóa là hơinước có pha thêm oxy kỹ thuật. Xỉ thải ra dưới dạng rắn.Trong một số trường hợp do yêu cầu về thành phần hỗn hợp khí dùng cho công nghiệp vàcũng có thể do tiết kiệm oxy kỹ thuật, người ta có thể pha trộn thêm không khí để điềuchỉnh thành phần khí cũng như các yêu cầu sản xuất khác. Bảng dưới đây trình bày thí dụ

về thành phần khí sản phẩm phụ thuộc vào nồng độ oxy cấp (dùng than cốc làm nguyênliệu).Thành phần khí,% thể tích

Nồng độ oxy trong gió khô, %20 30 50 70

CO2 6 13,2 15,4 17,4CO 26 18,8 34,0 35,2H2 13 23,9 31,7 37,5



CH4 0,5 0,5 0,5 0,5 N2 54,5 33,6 18,4 9,4Qthấp 1160 1540 1900 2080

Bảng trên cho thấy khi tăng nồng độ oxy trong gió thì nồng độ CO2, H2 và COtrong khí sản phẩm tăng, nồng độ N2 giảm, nhiệt cháy tăng. Do khống chế được tỷ lệ

O2, N2, H2O trong gió nên có thể điều chỉnh được nhiệt độ lò khí hóa theo ý muốn.Phương pháp này cho phép dùng các loại than có nhiệt độ chảy mềm của tro khácnhau, đồng thời cho phép dùng cả các loại than có độ biến tính thấp, cường độ khí hóatương đối cao. Sản phẩm khí than ướt sản xuất bằng phương pháp này có thể dùng đểtổng hợp NH3, CH3OH, dùng để đốt các lò công nghiệp, hoặc để làm khí đốt dândụng.

3.3.2. Phương pháp tháo xỉ lỏng Đây cũng là phương pháp khí hóa thuộc phương pháp tầng cố định song xỉ được

tháo ra dưới dạng lỏng. Gió cấp vào lò gồm hơi nước và oxy (hoặc hơi nước oxy +không khí).

Sơ đồ lò khí hóa tháo xỉ lỏng được trình bày trên hình 8. Gió cấp được đưa vàolò theo các lỗ ở chu vi đáy lò. đáy lò có lỗ tháo xỉ ra ngoài. Lỗ tháo xỉ lỏng không cóghi. Do gió có lẫn oxy nên nhiệt độ của quá trình khí hóa có thể rất cao, đạt tới1600 Â¸ 1700oC.

Phương pháp tháo xỉ lỏng cho phép sử dụng các loại than có nhiệt độ nóng chảycủa tro thấp và có hàm lượng tro cao. Phương pháp này cho phép sử dụng than có kíchthước hạt nhỏ (d Â³ 5 mm) vì cường độ khí hóa rất lớn.

Dưới đây là bảng so sánh thành phần khí sản phẩm của hai phương pháp tháo xỉlỏng và rắn, nguyên liệu là than đá bán cốc.Thành phần khí, %V Tháo xỉ lỏng Tháo xỉ rắn

CO2 1 20,2CO 66,2 32,8H2 31,0 44,1CH4 0,60 1,1

N2 1,20 1,8 Nhiệt cháy, kcal/m3 2350 22,4Lượng O2, m3/kg than 0,219 0,219Lượng H2O, kg/kg than 0,197 0,863

Qua bảng số liệu trên ta thấy tháo xỉ rắn phải dùng nhiều hơi nước hơn để hạnchế kết khối xỉ trong lò, vì thừa nhiều hơi nước nên tạo điều kiện tiến hành phản ứng

CO + H2O = CO2 + H2 + Q . Vì vậy tháo xỉ rắn khí chứa nhiều CO2 , H2 hơn tháo xỉlỏng. Lượng hơi nước dùng trong phương pháp tháo xỉ lỏng ít hơn phương pháp tháoxỉ rắn 4 lần, như vậy tiết kiệm được hơi nước.

3.3.3. Phương pháp dùng áp suất cao (p = 20 atm), tháo xỉ rắnđiều kiện kỹ thuật của phương pháp này là p = 20 atm, nhiệt độ lò phản ứng

900 Â¸ 1000oC, gió là oxy kỹ thuật + hơi nước, than để khí hóa có thể là than biến tínhthấp.



Việc tăng áp suất lò phản ứng làm tăng cường độ khí hóa. Thí dụ dùng than nâu để khíhóa:Áp suất 1 atm 20 atmCường độ khí hóa 200 Â¸ 250 kg/m2.giờ 1000 kg/m2.giờ

a) Ưu điểm của phương pháp:Sản xuất dùng áp suất cao làm tăng cường độ khí hóa của lò lên 4 Â¸ 5 lần. Do phản ứngthực hiện ở nhiệt độ thấp (900 Â¸ 1000oC) nên không bị kết xỉ trong lò điều này cho

phép dùng các loại than có nhiệt độ chảy mềm của tro thấp. Tuy dùng than chất lượngthấp nhưng có thể cho sản phẩm khí có nhiệt cháy cao từ 3200 Â¸ 4000 kcal/m 3. Ở cácnhà máy sản xuất khí theo phương pháp áp suất cao, lượng oxy dùng để khí hóa 1 kg thanít hơn dùng để khí hóa ở áp suất thường từ 2 Â¸ 3 lần.

b) Nhược điểm của phương pháp:Thiết bị phải chịu được áp suất cao dẫn đến vốn đầu tư cao.Trong phương pháp khí hóa ở áp suất cao với gió chứa oxy hơi nước và tháo xỉ rắn

thì khí sản phẩm còn chứa nhiều CH4 và các loại hydrocacbon khác. Nếu muốn sử dụng

khí này làm nguyên liệu tổng hợp hóa học cần phải thêm công đoạn tinh chế, chủ yếu đểgiảm các loại hyđrocacbon.

Dưới đây là thí dụ về thành phần khí sản phẩm được sản xuất theo phương pháp ápsuất cao dùng gió chứa hơi nước - oxy, than nâu làm nguyên liệu khí hóa:Khí này thuận lợi dùng làm khí đốt cho công nghiệp và sinh hoạt.

3.3.4. Phương pháp khí hóa than dưới áp lực, tháo xỉ lỏngđây là phương pháp khí hóa than dưới dạng bùn, áp suất cao 20 - 30 atm, tháo xỉ

lỏng (công nghệ Texaco, Mỹ) .Bản chất phương pháp: bụi than được trộn với nước theo tỷ lệ 40/60 (hoặc

60/40) trong lượng thành dạng bùn. Hỗn hợp bùn được đưa vào thiết bị bay hơi ở áp

suất 20 - 30 atm, nhiệt độ tương ứng là 370 Â¸ 540oC. Hơi nước kéo theo bụi than vàolò khí hóa. Khí oxy kỹ thuật được đưa vào lò và quá trình khí hóa xảy ra. Xỉ tháo ra ở dạng lỏng, nhiệt độ lò 1600 Â¸ 1700oC.

Khí thu được có thành phần: CO2 = 10 Â¸ 25%; CO + H2 = 74 Â¸ 89%; CH4 Â»1%

Tiêu hao oxy là 350 m3 cho 1000 m3 khí sản phẩm. Hệ số tác dụng hữu ích80 Â¸ 90%. Cường độ khí hóa 4800 kg/m2.giờ.

Các phương pháp khí hóa than theo công nghệ Shell, Preflo... cũng là những phương pháp khí hóa dưới áp lực và tháo xỉ lỏng nhưng có khác phương pháp đã môtả về một số điều kiện kỹ thuật công nghệ, đặc biệt là cách nạp than nguyên liệu.

Trong các phương pháp này than nạp vào lò ở dạng bụi khô.4. GIỚI THIỆU MỘT VÀI KIỂU LÒ KHÍ HÓA THAN CẢI TIẾNCác loại lò khí hóa than luôn được cải tiến nhằm đáp ứng kịp thời yêu cầu phát

triển công nghiệp.Trước đây người ta có thể dùng các loại lò khí hóa hơi nước ghi quay để sản xuất

khí than dùng trong công nghiệp tổng hợp hóa học. Theo công nghệ này liệu than phảidùng là than cục có chất lượng cao như than cốc hoặc than antraxit có cỡ hạt lớn(25 Â¸ 50 mm). Nhưng ngày nay nguồn nguyên liệu than như vậy trên thế giới ngày



càng hiếm, do vậy cần phải tận dụng các loại than có phẩm chất thấp hơn: than cám,than bụi hoặc các loại than có hàm lượng tro cao (40 Â¸ 50%) làm nguyên liệu khíhóa để sản xuất khí tổng hợp. Người ta đã hướng đến các loại lò tháo xỉ lỏng, áp suấtcao, tác nhân khí hóa là oxy + hơi nước. Những loại lò này cho năng suất cao và tậndụng được than chất lượng thấp.

Dưới đây là một vài kiểu lò điển hình được cải tiến (có thiết kế vỏ áo nước) đểsản xuất khí than dùng cho công nghiệp năng lượng và công nghiệp tổng hợp hóa họcđang áp dụng ở nhiều nơi trên thế giới.Lò khí hóa có ghi quay (a, b) có cấu trúc đơn giản dùng để khí hóa các loại than cụcantraxit, các loại than đã bán cốc hóa. Riêng kiểu lò (b) có thể khí hóa bụi than có tínhkết dính do có bố trí thêm cánh khuấy làm lạnh bằng nước. Các kiểu lò này có đườngkính đến 5 m, chiều cao lớp than 1,3 Â¸ 1,8 m, sản xuất liên tục; gió gồm hơi nước +không khí, có thể được tăng cường bằng oxy.

Để sản xuất sản phẩm khí than ướt, người ta cho lò làm việc theo từng chu kỳ.Lúc đầu cho không khí qua lò để đốt cháy than, tạo nhiệt và hình thành lớp than nóng

đỏ, sau đó chuyển hơi nước qua để nhận khí than ướt. Khí than ướt có thể chứa đến40% CO và 50% H2. Kiểu lò (a) phải dùng loại than có độ bền nhiệt cao, kích thướchạt lớn 25 Â¸ 30 mm. Kiểu lò này không thể khí hóa loại than cám hoặc than bụi.

Kiểu lò (b) có ghi quay và cánh khuấy, có thể khí hóa loại than có tính kết dính.đó là một loại lò cải tiến của hãng Kellog. Kiểu lò này có thể dùng để sản xuất khítổng hợp khi khí hóa than với gió là oxy + hơi nước. Kiểu lò này tương tự như kiểu lòcủa hãng Wellmann - Galusha. đường kính lò có thể đến 3 m.

Kiểu lò (c) không có ghi, tháo xỉ lỏng. Lò có dáng hình trụ thẳng đứng, phíadưới hình côn và phần cuối cùng thẳng đứng để chứa xỉ lỏng. Phần đỉnh lò có xâygạch lót, phần hình côn có vỏ áo nước. Phía ngoài vỏ lò có thể làm lạnh bằng cách

tưới nước. Tác nhân gió gồm hỗn hợp hơi nước với oxy hay không khí đã sấy nóng.Các tác nhân khí được trộn đều qua vòi phun bố trí đồng đều, phun lên bề mặt xỉ. Xỉlỏng được thoát ra ngoài qua lỗ tháo xỉ. Lò này có thể khí hóa than cục và than cốc, sửdụng gió oxy + hơi nước, năng suất lò có thể đạt đến 15.000 m3/giờ. Khí sản phẩm cóthể dùng để tổng hợp hóa học. Tiêu hao 0,25 m 3 oxy và 0,3 kg hơi nước trên 1m 3 khísản phẩm.* Kiểu lò dùng than dạng bụi khô, hoạt động ở áp suất cao (lò khí hóa dòng cuốn -Công nghệ Shell, Preflo, GSP).

Lò phản ứng áp suất cao, gió là oxy + hơi nước, tháo xỉ lỏng, than nạp dạng bụikhô.

- Ưu điểm: Lò này là có thể khí hóa những loại than biến tính các dạng (từ biếntính thấp đến cao), antraxit, than cốc, than bụi. Các loại than này có thể có hàm lượngtro cao (đến 30 Â¸ 35%). Hiệu suất chuyển hóa khí cao, dễ dàng điều chỉnh thành

phần khí để phù hợp yêu cầu.Lò dùng nước làm nguội vỏ. Vỏ trong,

ngoài bằng thép chịu nhiệt và chịu áp suất.Tro xỉ chảy trên thành thép tạo thành mộtlớp màng bảo vệ cho thép khỏi bị ăn mòn nên



lò không cần lót gạch chịu lửa bên trong. Tuổithọ cao.

- Nhược điểm: Vốn đầu tư lớn.5. HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ KHÍ HÓA THAN TRÊN THẾ GIỚI5.1. Công nghệ khí hóa than kiểu tầng cố định:

Đây là công nghệ khí hóa than điển hình của các hãng Lurgi và Bristish Gas/Lurgi(BGL). Công nghệ này sử dụng lò khí hóa đáy khô hay kiểu ghi quay Lurgi và áp suấtđang được áp rụng rộng khắp toàn cầu. Hiện có tới 90% lượng than được khí hóa trên thếgiới được thực hiện theo kiểu lò này. Nhiều nước như Ấn độ, Nam Phi, Mỹ, Trung Quốc,v.v... đang áp dụng công nghệ này để sản xuất phân bón.

Riêng Ấn độ là nơi có nguồn than hàm lượng tro Ak cao rất phù hợp với công nghệcủa hãng Lurgi - hãng làm ăn lâu đời tại Ấn độ. Trụ sở của Lurgi đặt tại Frankfurt - đức(cho tới năm 2000, hãng này đã tổ chức kỷ niệm 35 năm làm việc với Ấn độ với số nhânviên lên tới 4.000 người). Hiện nay, có hơn 40 nhà máy sử dụng công nghệ khí hóa thanLurgi đang hoạt động tại Ấn độ, cung cấp khí tổng hợp phục vụ chương trình điện - đạm

- Hóa chất của nước này. Riêng loại lò của hãng British Gas/ Lurgi (BGL), lò khí hóatầng cố định có ghi quay hoạt động theo cơ chế ngược dòng nguyên liệu và gió khôngkhí (hoặc oxy), có thể sử dụng các loại than có độ tro cao (30%). Than cám, than đóng

bánh có độ tro khác nhau, thành phần hóa học khác nhau cũng có thể sử dụng ở kiểu lòBGL này.

5.2. Công nghệ khí hóa than kiểu tầng sôi ở nhiệt độ cao Winkler (HTW)Theo công nghệ này than được khí hóa ở lò áp suất 13 Bar, nguyên lý của công

nghệ này là sử dụng lò kiểu thùng khuấy, tác nhân khí hóa là ôxy hoặc không khí. Thanđược chuyển hóa gần như hoàn toàn thành CO, năng suất của lò khí hóa này có thể đạt720 tấn than/ngày.

5.3. Công nghệ khí hóa than kiểu dòng cuốnKhí hóa than dòng cuốn tương tự như khí hóa than tầng sôi ở nhiệt độ cao. Theocông nghệ này người ta phải tăng áp ở cửa vào lò dòng cuốn. Trong quá trình khí hóa ápsuất tăng lên.

Hiện có 5 dạng công nghệ khí hóa than kiểu dòng cuốn đang được sử dụng rộng rãi,đó là công nghệ của các hãng DOW, TEXACO, GSP, PREFLO, SHELL. Mỗi công nghệcó các đặc trưng và yêu cầu riêng về nguyên liệu và các chế độ vận hành. Phương phápnạp liệu kiểu vữa than trong công nghệ của DOW - TEXACO với sự xoay chiều củadòng vữa khác nhau (công nghệ DOW vữa được phun từ dưới lên còn công nghệTEXACO vữa phun từ trên xuống). Công nghệ mà 3 hãng còn lại (GSP, PREFLO,

SHELL) áp dụng là dùng nguyên liệu bột than nghiền khô và các chiều của dòng than cấpvào cũng khác nhau (công nghệ PREFLO và SHELL dòng nguyên liệu đi từ dưới lêncòn GSP nguyên liệu đi từ trên xuống.

Hiện TEXACO là hãng có phạm vi ứng dụng nhiều nhất (hình 12) và đang có tới 4khu vực hoạt động tại Mỹ, đức, Nhật và Nam Phi, công suất mỗi nhà máy cỡ 1000 tấnthan/ ngày trên cơ sở sử dụng công nghệ làm lạnh khí tổng hợp thu được bằng khí. Trong5 năm qua, TEXACO chiếm tới 75% thị phần toàn cầu.

5.4 Tình hình ứng dụng các kiểu lò khí hóa than ở một số hãng



5.5 Công nghệ CCGI (cycle combined gasification integrated - chu trình tích hợp khí hóaliên hoàn) áp dụng cho nhà máy điện - đạm

Ngày nay dù công nghệ chế tạo khí tổng hợp đi từ khí thiên nhiên và khí đồng hành đang phát triển, song do giá dầu, khí tăng lên trong thập niên 80 - 90 nên nhiều nước côngnghiệp trên thế giới đã chú ý hoàn thiện công nghệ sản xuất khí tổng hợp từ than. Công

nghệ CCGI kết hợp sản xuất khí tổng hợp phục vụ ngành hóa chất lẫn phát điện là mộtcông nghệ tiên tiến, đảm bảo môi trường đang hết sức được quan tâm ở nhiều nước.

Nhà máy sử dụng công nghệ CCGI có thể đạt được hiệu suất sử dụng than trên45%, khử tới hơn 99% SO2 và có lượng NOx phát tán thấp, dưới 50ppm.

Mỹ là nước đi đầu trong việc thực hiện các dự án CCGI, còn khu vực châu âu vàCanađa hiện cũng đã bắt tay thực hiện.Hầu hết các dự án về CCGI sử dụng lò khí hóa dòng cuốn (sử dụng công nghệ củaTexaco, Dow, Shell). Tuy nhiên trong chương trình công nghệ than sạch, Bộ Năng lượngMỹ đã lựa chọn hai dự án: một sử dụng công nghệ cuả hãng Kellog và một sử dụng côngnghệ U - gas phù hợp với than có độ tro cao (giống như loại than ở Ấn độ và Trung

Quốc). Công nghệ khí hóa than sử dụng lò tầng sôi đang được đưa vào ứng dụng tại Châuâu. Vào những năm cuối 1990. tại Italia đã có ba nhà máy áp dụng CCGI sử dụng thancốc dầu mỏ làm nguyên liệu đã đi vào hoạt động.

Về mặt kinh tế, điện sản sinh ra từ loại nhà máy sử dụng công nghệ này có giá caohơn, song lại giảm được ô nhiễm môi trường đến mức tối thiểu và kết hợp sản xuất cáchóa loại hóa chất khác, kể cả phân đạm urê.

Lò khí hóa dòng cuốn phù hợp với độ tro thấp của than nguyên liệu ứng dụng trongcông nghệ CCGI, còn lò khí hóa tầng sôi phù hợp với độ tro trong than cao.

6. KHÍ HÓA THAN Ở CÁC NƯỚC6.1. Áp dụng công nghệ khí hóa than trong sản xuất amoniăc

Hiện nay phần lớn sản lượng amoniăc và urê trên thế giới được sản xuất từ nguyênliệu khí thiên nhiên. Về mặt lý thuyết, mọi nguyên liệu hydrocacbon đều có thể sử dụngđược, với điều kiện chúng có thể được oxi hóa thành khí tổng hợp (CO + H2). Ví dụ, dothiếu khí thiên nhiên Ấn độ đã sử dụng nhiều naphtha để chế tạo khí tổng hợp. Tuynhiên, vì giá khí thiên nhiên (kể cả naphtha) tăng mạnh, nên ngày nay người ta càngquan tâm đến việc đi tìm nguồn nguyên liệu thay thế khác để sản xuất amoniăc.

Theo con số thống kê, phân bổ công suất amoniăc trên thế giới theo dạng nguyênliệu đầu vào hiện tại như sau:

- Khí thiên nhiên: 71,1 %- Naphtha, LPG, khí thu hồi từ lọc dầu: 5,6 %

- Dầu nhiên liệu, các bã lỏng: 3,7 %- Than cốc, than, khí lò cốc: 19,0 %- Các nguyên liệu khác: 0,6 %

Hiện có 3 quy trình chính để sản xuất khí tổng hợp phục vụ sản xuất amoniăc (với tỷ lệhàm lượng yêu cầu là H2 : N2= 1 : 3), đó là:

- Reforming khí thiên nhiên hoặc hydrocacbon nhẹ bằng hơi nước.- Oxy hóa các hydrocacbon nặng.- Oxy hóa than (bằng các quá trình khí hóa).



Do than ở dạng rắn đòi hỏi phải được xử lý nhiều trước khi có thể sử dụng như nguyênliệu cho quá trình khí hóa nên thường phải đầu tư thêm một nhà máy riêng để cung cấpoxy và tất cả những yếu tố đó có thể làm tăng mạnh chi phí của dây chuyền sản xuất.

Người ta tính rằng giá thành một nhà máy amoniăc đi từ than có thể cao gấp 3 - 4 lần nhàmáy đi từ khí thiên nhiên với cùng sản lượng amoniăc. Chi phí vận hành, bảo dưỡng nói

chung cũng cao hơn và tiêu thụ năng lượng cho một tấn sản phẩm cũng lớn hơn.6.2. Khí hóa than ở Trung QuốcTrung Quốc là nước có mức tiêu thụ than chiếm 1/3 tổng lượng than toàn cầu và

than tham gia vào hơn 70% nguồn năng lượng của quốc gia này. Ngay cả khi có sự pháttriển nguồn năng lượng sạch hơn khác thì Trung Quốc vẫn sẽ là nước ngày càng tăngmức tiêu thụ than, đặc biệt vào các lĩnh vực sản xuất hóa chất và điện năng. Vấn đề màTrung Quốc đang quan tâm là sử dụng than có hiệu quả hơn và ít tác hại môi trường hơn.

Cho đến những năm 90 của thế kỷ trước tổng lượng NH 3 lỏng sản xuất tại TrungQuốc vào khoảng 21,289 triệu tấn. Trước đó, trong những năm 1970 - 1980, Trung Quốcđã xây dựng 16 nhà máy sản xuất NH3, mỗi nhà máy có công suất 1000 tấn NHÂ3/ ngày.

Trong số các nhà máy đó có 4 nhà máy đi từ than do Công ty Lurgi thiết kế với công suất900 tấn NH3/ ngày, sản phẩm thu được là DAP, đặt tại Lucheng, Shanxi.

Hiện nay các nhà máy sản xuất NH3 đi từ than điển hình ở Trung Quốc là Hóa chất Ngô Kinh, Liễu Hóa, Hà Trì, An Hóa, Lỗ Nam, Thạch Gia Trang,v.v... đa số các nhà máynày vẫn sử dụng các lò khí hóa kiểu cũ (LURGI) với kích cỡ f2.745, f3.000 và f3.600 đểkhí hóa than. Trong số các nhà máy này có một số nhà máy đang sử dụng lò khí hóa thantheo công nghệ TEXACO, như là các nhà máy ở Lỗ Nam, Ngô Kinh, v.v...

Trong vài năm gần đây, Công ty Shell Global Solution và Sinopec của Trung Quốcđã tiến hành một số dự án liên doanh, 50 - 50, sử dụng công nghệ khí hóa than theo côngnghệ SHELL để sản xuất phân bón. Nhà máy SINOPEC/ SHELL công suất than 2000

tấn/ ngày đặt tại Dongting - Hunan, cách Đông Nam Thượng Hải 900km. Nhà máy sẽ sửdụng nguyên liệu than thay thế cho Naphtha để sản xuất khí tổng hợp phục vụ ngành sảnxuất phân bón. Vào năm 2004 nhà máy trị giá 140 triệu USD này sẽ đi vào vận hành.

SINOPEC và SHELL cũng sẽ cho vận hành hai nhà máy sản xuất phân bón từ thantương tự đặt tại Hồ Bắc (công suất 2000 tấn than/ ngày) và An Huy (1500 tấn than/ngày), dự kiến vận hành vào năm 2005. Công ty SHELL còn cung cấp licent công nghệkhí hóa than cho một số nhà máy khác nữa ở Trung Quốc, như nhà máy ở Yingchengcông suất 900 tấn than/ ngày và ở Lan Châu công suất 1200 tấn/ ngày để sản xuất phân

bón. Một liên doanh SINOPEC và SHELL nữa trị giá 136 triệu USD tại Yueyang đangđược xây dựng có công suất 2000 tấn than/ ngày.

Các nhà máy sản xuất đạm từ than ở Trung Quốc sẽ giảm được chi phí đáng kể saukhi chuyển sử dụng nguồn nguyên liệu đắt tiền naphtha sang nguyên liệu than khai tháctại các địa phương. Công nghệ tiên tiến hiện nay cũng giúp Trung Quốc giảm phụ thuộcvào nhập khẩu các loại than đắt tiền.

Trung Quốc hiện rất đang quan tâm tới Công nghệ CCGI - sản xuất điện - đạm củaSHELL. Các nhà máy điện dự kiến đưa vào vận hành năm 2007 - 2008 ở Trung Quốc sửdụng công nghệ của SHELL gồm có:

- Nhà máy CCGI Yantai công suất 3000 tấn than/ ngày tại Yantai.



- Nhà máy sử dụng than cốc + than cám dự kiến sản xuất điện, sẽ hoạt động vàonăm 2008.

đài Loan cũng dự định cho vận hành nhà máy điện trên cơ sở khí hóa than theoCông nghệ SHELL đặt tại Changbin, sử dụng 2000 tấn than/ ngày, cho công suất 250MW vào năm 2007.

Nói tóm lại, Trung Quốc là nước hiện có nhiều nhà máy sản xuất phân bón từ than(có khoảng 60 nhà máy đạm từ than cỡ nhỏ dùng lò f2.000, sử dụng than cục khí hóa,sản xuất NH3, NH4 NO3 và khoảng 40 nhà máy cỡ trung bình, sử dụng loại lò f3.000- f6.000, tổng công suất 100.000 tấn NH3/ ngày).

Trung Quốc hiện đã hiện đại hóa (tự động hóa) công nghệ sản xuất NH3 từ khâukhí hóa than đến tổng hợp NH3, điển hình là các nhà máy ở Ngô Kinh, An Hóa, v.v...điều quan trọng để tự động hóa là nguồn cung cấp than phải ổn định về chất lượng, thiết

bị sử dụng phải có độ tin cậy cao, hệ thống điều khiển phải có độ chính xác lớn, bền vàmặt khác trong điều hành phải tuân thủ nghiêm ngặt quy trình thao tác.

6.3. Khí hóa than ở Nam Phi

Nam Phi có những trữ lượng than lớn, từ loại than antraxit chất lượng rất cao đến loạithan bitum chất lượng thấp (hàm lượng tro cao). Than bitum này được sử dụng nhưnguồn cung cấp nhiệt năng cho các nhà máy nhiệt điện và cung cấp cacbon cho các nhàmáy hóa chất. Sản lượng amoniăc hiện nay của Nam Phi đạt 627.000 tấn/năm, chủ yếudựa trên công nghệ khí hóa than.

6.4. Khí hóa than ở Ấn độKhả năng sẵn có để khai thác sử dụng là yếu tố cơ bản chi phối việc lựa chọn

nguyên liệu cho ngành sản xuất phân bón của Ấn độ. Xu hướng nguyên liệu tại đây đãdịch chuyển từ nguyên liệu rắn (than) và khí lò cốc trong thập niên 1960 sang nguyênliệu lỏng (naphtha và dầu nhiên liệu) trong thập niên 1970, rồi đến khí thiên nhiên vào

thập niên 1980. Nói chung, trong những năm qua các công ty Ấn độ thường ưu tiên sửdụng khí thiên nhiên hoặc naphtha, còn các cơ sở phân bón sử dụng nguyên liệu than dầndần bị đóng cửa. Nhưng có những thời gian nguồn cung khí thiên nhiên rất eo hẹp do bịcạnh tranh bởi nhu cầu từ các nhà máy phát điện. Lượng khí thiên nhiên cần cho một nhàmáy sản xuất urê công suất 2200 tấn /ngày tương đương lượng khí cần cho một nhà máynhiệt điện 250 MW. Ấn độ đã cố gắng giải quyết vấn đề nguyên liệu bằng nhiều cáchkhác nhau, từ nhập khẩu khí thiên nhiên hóa lỏng (LNG) đến xây dựng các hệ thốngđường ống vận chuyển quy mô lớn. Người ta cho rằng việc sử dụng những trữ lượng thanlớn của Ấn độ cho sản xuất amoniăc và urê có thể sẽ góp phần giải quyết bài toán này.

6.5. Khí hóa than ở Mỹ

Hiện nay than chiếm khoảng 52% nguồn nhiên liệu cho các nhà máy điện của Mỹ. Nhưngdự báo tỷ lệ này sẽ giảm dần trong 20 năm tới, xuống còn khoảng 45%. Cũng như ở Ấnđộ, việc sử dụng ngày càng nhiều khí thiên nhiên cho mục đích phát điện ở Mỹ đã đẩygiá khí lên cao, khiến cho ngành công nghiệp hóa chất không muốn tiếp tục trông cậy vàonguồn nguyên liệu này nữa. Trong thập niên 1990, nhiều nhà máy sản xuất amoniăc vàurê theo công nghệ khí hóa than ở Mỹ đã chết yểu, kể cả nhà máy COGA Industries tạiIlinois, là nhà máy sử dụng than có hàm lượng lưu huỳnh cao để sản xuất 900.000 tấn



urê/năm. Vào thời điểm đó, chỉ còn duy nhất một nhà máy vận hành theo công nghệ khíhóa than, đó là một nhà máy tại Dakota.

Nhưng đến năm 2000, khi giá khí thiên nhiên lên đến đỉnh cao, người ta đã trở lại nhữngkế hoạch xây dựng các nhà máy amoniăc theo công nghệ khí hóa than. đồng thời, các quyđịnh mới về phát tán khí thải đã tạo ra động lực mới cho công nghệ này, vì than khí hóa

được coi như nguồn năng lượng tương đối sạch. Năm 2001, Công ty Farmland Industriesđã bắt đầu xây dựng nhà máy khí hóa than gần cơ sở sản xuất amoniăc của mình tại Enid,Oklahoma. Các nhà sản xuất khác cũng cân nhắc đến việc làm theo công ty này.Chính phủ Mỹ đang khuyến khích áp dụng công nghệ khí hóa than như một phương

pháp giảm thiểu mức độ ô nhiễm môi trường của các nhà máy nhiệt điện đốt than. Chính phủ nước này đã phân bổ 2 tỷ USD cho chương trình nghiên cứu gọi là "Công nghệ thansạch". đó là sự phát triển có thể mở đường cho sự xuất hiện các nhà máy tổng hợp, vừasản xuất điện vừa sản xuất các hóa chất đi từ khí tổng hợp như amoniăc và metanol. độnglực này là một hiện tượng rất đáng quan tâm, vì cho đến nay trên thế giới người ta vẫn coisản xuất amoniăc đi từ than là một công nghệ cũ và không hiệu quả, đó cũng là lý do vì

sao các nước không phát triển mạnh công nghệ này. Nhưng các động lực mới từ Mỹ cóthể sẽ tạo ra bước đột phá quan trọng trên toàn thế giới cho sản xuất amoniăc đi từnguyên liệu than.7. CÔNG NGHỆ KHÍ HÓA THAN CỦA SHELL VÀ TEXACO

7.1. Công nghệ Shell:Là công nghệ dựa trên thiết kế tạo xỉ nhiệt độ cao, áp suất dòng cao, dòng cuốn và

nạp than khô.Công nghệ này có thể sử dụng nhiều loại than khác nhau, từ than bitum tới than

linhit. Công nghệ này đảm bảo về mặt môi trường và sản xuất ra khí sản phẩm có độthuần trung bình và cao làm nhiên liệu sản xuất điện năng. Công nghệ và thiết bị khí hóa

than loại này có thể đưa vào ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp kể cả côngnghiệp lọc dầu và hóa dầu.Than qua nghiền và nạp vào một máy nghiền phễu. Khi than được nghiền thì đồng

thời nó cũng được sấy khô, than đã nghiền và sấy khô xong sẽ được đưa sang bộ phận khíhóa qua hệ thống băng tải.

Ôxy cần cho bước khí hóa (nồng độ 95%) sẽ do phân xưởng phân ly không khícung cấp. độ tinh khiết của oxy được sử dụng dựa vào yêu cầu của từng dự án. Nitơ của

phân xưởng phân ly không khí nói trên sẽ được nén và cung cấp dưới dạng N2 thấp vàcao áp để dùng ngay cho phân xưởng khí hóa và các công đoạn khác.Than nghiền, oxy (và nếu cần thì cả hơi nước) sẽ được nạp vào lò khí hóa qua 2 vòi đối

xứng nhau.Lò khí hóa gồm một vỏ chịu áp suất bên ngoài và phần bên trong, là buồng khíhóa, được bọc lót màng nước làm lạnh. Nhiệt độ thành lò khí hóa bên trong được điềuchỉnh bằng nước tuần hoàn qua vách màng để sinh ra hơi bão hòa, vách màng bao bọcvùng khí hóa, có hai lối thoát ra ngoài. Một lối ở dưới đáy lò được dùng để tháo xỉ,còn lối kia cho phép khí khô nóng và tro bay thoát ra ngoài từ trên đỉnh lò.

Hầu hết chất khoáng có trong than nạp sẽ ra khỏi vùng khí hóa dưới dạng xỉnóng chảy. Dòng xỉ lỏng tự chảy xuống qua màng vách vào ngăn chứa đầy nước ở đáy



lò khí hóa, đảm bảo an toàn cho nhiệt độ cao của lò (trên 1500oC). Hiệu quả chuyểnhóa cacbon cao (trên 99%), nhiệt độ cao sẽ ngăn cản sự có mặt của các chất hữu cơ trong khí tổng hợp thô thu được (ngoài metan). Lớp bọc lót ngăn tác động của xỉnóng chảy, làm giảm tối thiểu tổn thất nhiệt cho lò và làm tăng hiệu suất hoạt độngcủa lò trong khi đó lại hạ thấp mức CO2 trong khí sản phẩm sinh ra.

Người ta có thể bổ sung thêm vào than nạp các chất trợ dung để điều chỉnh nhiệt độ nóngchảy của dòng xỉ trong lò phù hợp với nhiệt độ thao tác. Vì xỉ lỏng được tiếp xúc với bểnước, nên sẽ bị đông cứng lại và tạo ra các hạt như thủy tinh. Các hạt xỉ này rơi vào bìnhgóp đặt ở đáy bể xỉ và được chuyển sang phễu thải. Số lượng tro bay có chứa trong khíthô thu được khi rời khỏi thiết bị làm lạnh khí tổng hợp sẽ đưọc khử hết khỏi khí bằngxyclon. Tro bay thu hồi có thể được tuần hoàn trở lại lò khí hóa qua hệ thống nạp than.Khí tổng hợp sau đó đi đến hệ thống rửa, ở đây các hạt rắn còn lại và các tạp chất hòa tantrong nước được loại hết và sau đó khí đi tới hệ thống xử lý.

* Ưu điểm công nghệ SHELL:- Sử dụng nguyên liệu than có hàm lượng tro cao và nhiệt độ nóng chảy của tro

cao.- Thiết bị khí hóa kiểu thành màng bao (không sử dụng vật liệu chịu lửa) có tuổi

thọ rất cao ( > 25 năm).- Thiết bị làm lạnh khí tổng hợp gọn nhẹ.- Vòi đốt than bền (tuổi thọ > 2 năm)- Tro nhẹ được loại dưới dạng khô (thiết bị lọc tách tro nhẹ).- Xử lý nước đơn giản.* Nhược điểm:- đầu tư cao.- Lượng H2 thu được thấp hơn so với các công nghệ khác.

7.2. Công nghệ TEXACOTrong bất kỳ công nghệ khí hóa dưới áp suất cao nào, yếu tố quan trọng chủ yếulà nạp đúng tỷ lệ nguyên liệu vào lò. Trong công nghệ khí hóa than TEXACO cần tạomột hỗn hợp vữa bơm được dễ dàng đưa vào lò phản ứng. Công nghệ TEXACO làcông nghệ vận hành đơn giản và đã trải qua thực tế.

Các bước của công nghệ khí hóa than TEXACO như sau:- Than được nghiền mịn với nước đến cỡ hạt 0,1mm trong máy nghiền nước,

tránh tạp bẩn (vữa than được trộn đều trong thiết bị trộn dòng, hàm lượng than 70%)và sau đó nạp vào lò khí hóa bằng các bơm cao áp; oxy được đưa vào lò đốt. Do một

phần than bị đốt cháy nên nhiệt độ lò đạt được trên 1300oC. Tại nhiệt độ cao quá trình

khí hóa xảy ra với tốc độ nhanh (theo công nghệ dòng cuốn) và thời gian lưu chỉtrong vài giây. Vì nhiệt độ cao hơn nhiệt độ nóng chảy của tro nên tro cũng thànhdạng lỏng. Khí sản phẩm sau khi rời khỏi lò khí hóa sẽ được xử lý theo nhiều cáchkhác nhau.

- Làm lạnh khí: đầu tiên khí lò nóng được làm lạnh trực tiếp bằng cách cho tiếpxúc với nước trong một thiết bị đặt ở dưới đáy lò khí hóa. Kiểu làm lạnh trực tiếp nàythường được gọi là "phơi". Trong quá trình làm lạnh, khí trở thành bão hòa hơi nước.



Xỉ nóng chảy có chứa khí được tạo thành cục trong bể nước và được loại qua phễu tro.Sau khi tách các tạp chất còn lại khí được dẫn đến thiết bị chuyển hóa CO.- Thu hồi nước thải: để sử dụng năng lượng có hiệu quả cần thu hồi nhiệt từ nước làmlạnh. Người ta đã phát triển thành công hệ thống thu hồi nhiệt thừa và đã qua thử nghiệmtại nhà máy ở Oberhansen (Đức).

Công nghệ khí hóa than cám, thải xỉ lỏng, đã được Công ty TEXACO áp dụng từhơn 30 năm qua.

Năm 1978 lần đầu tiên Tây đức đã xây dựng lò thực nghiệm 150 tấn/ ngày sảnxuất khí tổng hợp từ than mỡ.

Năm 1984, Nhật Bản đã xây dựng 3 lò khí hóa than công suất 500 tấn than/ ngàyđể tạo khí tổng hợp và tiếp tục sản xuất NH 3 bằng than nhập khẩu của Trung Quốc,Canađa, ôxtrâylia và Nam Phi. Áp suất khi cho phản ứng khí hóa là 4MPa. Với thancủa ôxtrâylia, thành phần sản phẩm khí là H 2 - 35,7%, CO - 41,8%, CO2 - 20,6%, N2 -0,5%, H2S - 1,4%, CH4 - 50ppm. Hiệu suất chuyển hóa đạt 98,5 - 99,5%. Gạch chịulửa trong lò khí hóa sử dụng liên tục hai năm mới phải thay một lần.

Năm 1984, một nhà máy ở Mỹ đã sử dụng 7 lò, công suất mỗi lò 150 tấn than/ngày, sản xuất khí đốt để chạy tuabin khí. Nhiệt độ khí hóa than ở đây là 1204 -1538oC, áp suất khí hóa 4MPa, sản xuất có hiệu quả tốt.

* Ưu điểm công nghệ của TEXACO như sau:- Nhà máy đơn giản.- Nước có thể được cấp trực tiếp vào lò phản ứng cùng vữa than nên không cần phải cungcấp thêm hơi nước.- Than nạp vào lò phản ứng dạng vữa bơm đơn giản.

đường ống dẫn vữa nối trực tiếp liên hoàn vào lò phản ứng.- Khí hóa được tất cả các loại than, ngay cả than có độ nóng chảy của tro khá cao

và hàm lượng tro của than lớn. Than cốc và cặn dầu của quá trình hyđro hóa đều cóthể sử dụng được.- Do nhiệt độ khí hóa cao nên khí sản phẩm không chứa các tạp hữu cơ và hàm

lượng metan lại thấp.- Chuyển hóa than đạt gần 100%.- Nhiệt độ khí hóa có thể phù hợp với các thiết bị chế biến xuôi dòng, áp suất khí

hóa tối đa là 80 bar.- Hệ thống thu hồi nhiệt hiệu quả cao.

- Các hợp chất khoáng trong than được thu hồi dưới dạng xỉ và có thể tái sử dụng vàonhiều mục đích khác nhau, tránh được hiện tượng ô nhiễm môi trường.

- Đầu tư chung là thấp.* Nhược điểm:- Độ nóng chảy xỉ khá cao, tiêu hao nhiều oxy.- Nhiệt độ phản ứng cao đòi hỏi vật liệu lót lò dạng cao cấp đắt tiền.So sánh các thông số kỹ thuật của 2 công nghệ SHELL và TEXACO:

Thành phần điển hình của sản phẩmkhí theo công nghệ SHELL

Thành phần điển hình của sản phẩmkhí theo công nghệ TEXACO

(CO + H2) > 90% CO 54%



H2 26,7%CO 63,3%CO2 < 2%CH4 - 0,0H2S - 1,3

N2 - 4,1Hiệu suất chuyển hóa cacbon >

99%Hiệu suất khí lạnh 80 - 83%

H2 34%CO2 11%

N2 0,6%CH4 0,01 - 0,1H2S 0,3

Thành phần than nguyên liệuđộ tro 0,5 - 35,0Lưu huỳnh 0,3 - 5,2Hyđro 3,6 - 5,3

Nitơ 1,1 - 1,7Clo 0,01 -

0,41Oxy 0,1 -

16,4Cacbon 56,4 -

88,7 Nhiệt độ nóng chảy tro 1090 -

1500

Thành phần than nguyên liệuđộ tro 6 - 28%Lưu huỳnh 0,6 - 3,9Chất bốc 16 - 42

Nhiệt độ nóng chảy xỉ 1280 -1450oC

Sản lượng khí than củathan khô (độ tro 10%) 1850 m3/tấnTiêu hao O2

(than độ tro 10%) 0,6 3m3/kg

8. THÔNG SỐ KỸ THUẬT MỘT SỐ LOẠI THAN VIỆT NAM THÍCH HỢP VỚICÔNG NGHỆ KHÍ HÓA

Kết quả phân tích chất lượng than cho thấy than cám Việt Nam cả hai loại 4A và 4B

nói chung (xem bảng thành phần) đều là antraxit, mức độ than hóa tương đối sâu, điểmnóng chảy của tro tương đối cao (than cám HG: T3 1250 - 1380oC; MK: T3 1310 -1400oC; VD: T3 1350 - 1400oC), nếu tạo vữa than để khí hóa tăng áp (công nghệTEXACO) phải bổ sung chất trợ dung. Trên cơ sở này có thể căn cứ vào kết quả trộn thửđể đánh giá sơ bộ tính năng khí hóa và các chỉ tiêu khí hóa.

Các số liệu thử nghiệm (thực hiện tại Công ty Phân đạm và Hóa chất Hà Bắc thôngqua thẩm định của Vụ KHCN - Bộ Công nghiệp, bộ phận kỹ thuật - công nghệ TrungQuốc) cho kết quả như sau:Loạithan

Mã phẩm

Cỡ hạt

mm

Độ tro khô,Ak,%

Độ ẩm toàn phần

Wtp%

Chất bốc khô

Vk%

Lưuhuỳnh

Sk%

Trị số toả nhiệttoàn phần khô,

Qk gr Cal/g

Trung bình

Giớihạn

Trung bình

Giớihạn

Trung bình

Trung bình

Giớihạn

Khôngnhỏ hơn

Cám4AHG

HG09A

0 - 15 20 18,01 -22

8 12 6,5 0,6 0,8 6500



Cám4AMK

MK 09A

0 - 15 20 18 - 22 8 12 5 0,7 1,0 6100

Cám4AVD

VD09A

0 â€“15

18 15,01 -20

8,5 13 3,5 0,9 1,5 6100

Cám4BHG

HG09B

0 - 15 24 20,01 -26

8 12 6,5 0,6 0,8 6050

Cám4BMK

MK 09B

0 - 15 24 22,01 -26

8 12 5,0 0,7 1,0 5800

Cám4BVD

VD09B

0 - 15 18 15,01 -20

8,5 13 3,5 0,9 1,5 6100

A- Vật liệu vào lò (Công nghệ TEXACO)

STT Hạng mục đơn vị Than cám 4 hỗn hợp Than cám 4A1 Lượng than khô vào lò t/h 26,448 26,8042 Nồng độ vữa than ướt (wt) % 66 Â¸ 68 65 Â¸ 673 Lượng chất phụ gia kg/h 132 804 Lượng chất trợ dung kg/h 714 1.2925 Lượng O2 vào lò Nm3/h 18.787 18.0646 Độ thuần O2 % 94,6 99,6

B- Điều kiện khí hóa (Công nghệ TEXACO)STT Hạng mục đơn vị Than cám 4 hỗn hợp Than cám 4A1 Nhiệt độ khí hóa oC 1.400 Â¸ 1.450 1.400 Â¸ 1.4502 Áp suất khí hóa MPa 4,0 4,03 Tỷ số nguyên tử O2/C atmon/atmon 0,94 0,9594 Tỷ số O2/ than Nm3/kg 0,708 0,671

C- Ước tính thành phần khí than ra lò khí hóa (Công nghệ TEXACO)STT Hạng mục đơn vị Than cám 4 hỗn hợp Than cám 4A1 CO % 52,10 46,282 H2 % 28,16 33,04

3 CO2 % 19,10 20,094 O2 % 0 05 N2 + Ar % 0,37 0,486 CH4 % 0,01 0,017 H2S % 0,24 0,108 COS % 0,02 0,019 H2O % 9,53 12,77



D- Ước tính chỉ tiêu khí hóa chủ yếu (Công nghệ TEXACO)STT Hạng mục đơn vị Than cám 4 Than cám 4A1 Hiệu suất chuyển hóa của cácbon % 97,15 96,882 Hiệu suất khí hóa than % 74,28 72,743 Hàm lượng khí (CO + H2) % 80,26 70,324 Hiệu suất chế khí Nm3/ kg 2,06 2,065 Hiệu suất phân giải hơi nước % 65,67 55,31

Kết quả thử nghiệm tại Hà Bắc cho thấy:- Kết quả phân tích chất lượng than cho thấy: cả hai loại than cám 4 của Việt Nam

đều là loại than antraxit, mức độ than hóa tương đối sâu. đặc điểm 2 loại than này là xỉ cóđiểm nóng chảy cao, hàm lượng tro trung bình, hàm lượng S rất thấp, lượng tỏa nhiệttrung bình cao, nếu sử dụng công nghệ khí hóa áp suất cao, vữa than ướt (công nghệTEXACO) đều phải thêm chất trợ dung.

- Cả hai loại than trên dùng chất trợ dung hệ CaO đều có thể hạ thấp điểm nóngchảy của tro có hiệu quả. Kết quả thí nghiệm cho thấy khi dùng chất trợ dung làCaCO3 thì đối với loại than 4 hỗn hợp thì khối lượng chất trợ dung CaO/A = 7 Â¸ 10%,đối với than 4A thì khối lượng chất trợ dung CaO/A = 10 Â¸ 15% đều có thể hạ điểmnóng chảy xuống dưới 1.3 00oC, làm cho thao tác khí hóa thuận lợi.- Kết quả thí nghiệm chế vữa than cho thấy: đối với than cám 4 hỗn hợp thì độ mịn củathan < 0,076mm chiếm từ 66Â¸ 70%, chọn phụ gia vữa than là F - Mg, khối lượng là0,5% (gốc than khô), trong thí nghiệm nồng độ vữa đạt cao nhất là 71%. Dự tính khi ứngdụng vào sản xuất công nghiệp khí hóa, nồng độ vữa sẽ đạt 66 Â¸ 68%, chọn chất phụ giavữa than là CMN-3, khối lượng là 0,3% (gốc than khô), trong phòng thí nghiệm nồng độvữa đạt 68%.9. PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ KINH TẾ CỦA CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT URÊ TỪ THANTrong điều kiện thế giới hiện nay, giá dầu thô dao động ở mức 28 Â¸ 30 USD/ thùng, dẫntới giá của khí đồng hành, khí thiên nhiên tăng, việc sử dụng than làm nguyên liệu sảnxuất điện - đạm có ý nghĩa kinh tế rất lớn. Theo các tài liệu của Dự án đạm Phú Mỹ phụcvụ lập luận chứng khả thi thì giá khí đốt tại thời điểm từ 1,5 Â¸ 1,8 USD/mmBTU, chođến năm 2004 giá khí đốt thế giới đã ở mức 3 Â¸ 4 USD/mmBTU. Như vậy, hiện nayviệc khí hóa than để sản xuất khí tổng hợp phục vụ cho việc sản xuất điện - đạm là có ưuthế, đó là chưa kể sản phẩm khí của quá trình khí hóa than có thể dùng cho nhiều mụcđích khác nhau. Mặt khác công nghệ CCGI tạo ra hiệu quả khí hóa cao, đảm bảo môitrường (nồng độ CO2 nhỏ, độ phát xạ ít, chi phí phát điện thấp, vì có thể dùng turbin khí

để phát điện trước khi sử dụng nhà máy đạm). Với giá dầu khí cao như hiện nay thì giáthành urê sẽ ở mức cao, khoảng 170 Â¸ 180 USD/ tấn, trong khi đó giá thành của urê sảnxuất từ than có thể thấp hơn 180 USD/ tấn. Như vậy việc sản xuất urê từ than có lợi hơntừ khí và các nguồn khác.

Một trong những vấn đề trở ngại cho đầu tư sản xuất phân đạm từ than là chi phíđầu tư tương đối cao, khoảng gấp đôi (tính theo mỗi tấn công suất lắp đặt) so với côngnghệ reforming khí tự nhiên bằng hơi nước. Hiệu quả sử dụng nhiên liệu của công nghệ



khí hóa than cũng thấp hơn công nghệ reforming. Trong khi một nhà máy reformingmetan hiện đại, sử dụng hơi nước, có mức tiêu thụ năng lượng khoảng 27 mm BTU/tấn,thì mức tiêu thụ này ở nhà máy khí hóa than là khoảng 45 mm BTU/tấn, khiến cho lợi thếvề giá nguyên liệu rẻ của công nghệ khí hóa than bị giảm đi.

Tuy nhiên, công nghệ khí hóa có thể được mở rộng tăng công suất dễ hơn nhiều so

với công nghệ reforming bằng hơi nước. Nếu nâng công suất nhà máy khí hóa than từ2000 tấn/ngày lên 5000 tấn/ngày thì chi phí đầu tư có thể giảm 30%.

Documents

khi hóa than