intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu phát triển hệ thống khí hóa sinh khối theo công nghệ downdraft

Chia sẻ: Nguyễn Thành Chung | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:104

Thêm vào BST
Báo xấu
128
lượt xem 25
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu phát triển hệ thống khí hóa sinh khối theo công nghệ downdraft với mục đích làm chủ được công nghệ khí hóa sinh khối; xem xét sự ảnh hưởng của các yếu tố: Chế độ vận hành, nhiên liệu; phát triển, nâng cấp công suất hệ thống khí hóa;...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu phát triển hệ thống khí hóa sinh khối theo công nghệ downdraft

  1. Đồ án tốt nghiệp LỜI CẢM ƠN Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp vừa qua, em xin bày tỏ lòng cảm ơn   sâu sắc tới thầy hướng dẫn: PGS.TS Văn Đình Sơn Thọ  người đã tận tình giúp  đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho em trong suốt quá trình thực hiện đồ án. Em xin bày tỏ  lòng biết  ơn tới các thầy cô giáo trong bộ  môn Công nghệ  hữu cơ  hóa dầu­Viện kỹ thuật Hóa học­Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã   trang bị  cho em những kiến thức bổ ích trong suốt quá trình học tập nghiên cứu   để hoàn thành tốt đồ án này. Em cũng xin chân trọng cảm  ơn thầy Nguyễn Tiến Cương và các anh chị  trong xưởng Thiết Bị  Áp Lực trường Đại học BKHN đã giúp đỡ  và tạo điều  kiện cho em trong quá trình thực hiện đồ án. Cuối cùng em xin được bày tỏ  lòng cảm  ơn sâu sắc tới gia đình, người   thân, nhóm đề  tài khí hóa, bạn bè đã động viên, giúp đỡ  và tạo điều kiện để  em  hoàn thành đồ án này. Do điều kiện nghiên cứu còn hạn chế, kiến thức còn chưa sâu, thời gian  có hạn nên đồ  án này không tránh khỏi nhiều thiếu sót, em kính mong thầy cô  góp ý giúp đỡ để bản đồ án được hoàn thiện hơn.                                                               Hà Nội, ngày 03 tháng 07 năm 2013       SVTH: Lê Tuấn Linh SVTH : Lê Tuấn Linh Hóa Dầu K53­QN Trang: 1
  2. Đồ án tốt nghiệp MỤC LỤC  LỜI CẢM ƠN                                                                                                                                      ..................................................................................................................................      1  MỤC LỤC                                                                                                                                            ........................................................................................................................................      2  DANH MỤC CÁC BẢNG                                                                                                                    ................................................................................................................      3  DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT                                                                            ........................................................................      4  LỜI NÓI ĐẦU                                                                                                                                      ..................................................................................................................................      5  PHẦN 1: TỔNG QUAN                                                                                                                       ...................................................................................................................      7  I. Tổng quan về nhiên liệu sinh khối                                                                                                   ...............................................................................................      7  I.1. Nhiên liệu sinh khối [1]                                                                                                              ..........................................................................................................      7  I.1.1.  Năng lượng từ sinh khối                                                                                                    ................................................................................................      7  I.1.2. Vai trò của nhiên liệu sinh khối                                                                                          ......................................................................................      8  I.2. Thành phần và tính chất hóa học của nguyên liệu sinh khối [12]                                           .......................................       10  I.2.1. Thành phần hoá học                                                                                                          ......................................................................................................       10  I.2.2. Thành phần nguyên tố hóa học                                                                                         .....................................................................................       12  I.3. Tiềm năng sinh khối của Việt Nam [10]                                                                                 .............................................................................       13  I.4. Hiện trạng sử dụng sinh khối của Việt Nam [8]                                                                    ................................................................       14  II. Tổng quan về công nghệ khí hóa                                                                                                   ...............................................................................................       16  II.1. Lý thuyết về quá trình                                                                                                             .........................................................................................................       16  II.2. Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình khí hóa sinh khôí                                                           .......................................................       17  II.3. Công nghệ khí hóa tầng cố định                                                                                             .........................................................................................       19  II.3.1. Phân loại khí hóa tầng cố định [9]                                                                                  ..............................................................................       19  II.3.2. Ưu nhược điểm và những tồn tại của công nghệ khí hóa sinh khối                              ..........................       23  II.4. Hiện trạng sử dụng công nghệ khí hóa sinh khối ở Việt Nam [9]                                        ....................................       24  PHẦN 2: HỆ THỐNG KHÍ HÓA SINH KHỐI CÔNG SUẤT 8 kg/h                                                ............................................       25  I. Hệ thống khí hóa                                                                                                                             .........................................................................................................................       25  I.2. Nguyên lý làm việc của hệ thống.                                                                                           .......................................................................................       32  II. Quá trình thí nghiệm và phương pháp xử lý số liệu thực nghiệm                                                ............................................       34  II.1. Trình tự thí nghiệm                                                                                                                 ............................................................................................................       34  II.1.1. Chuẩn bị nhiên liệu                                                                                                         .....................................................................................................       34  II.1.2. Thông gió và kiểm tra hệ thống                                                                                       ...................................................................................       35  II.1.3. Khởi động hệ thống                                                                                                         .....................................................................................................       35  II.1.4. Vận hành hệ thống và thu thập số liệu                                                                           .......................................................................       35  II.1.5. Ngừng thí nghiệm                                                                                                            ........................................................................................................       36  II.2. Hệ thống thiết bị đo lường và phân tích                                                                                 ............................................................................       36  II.2.1. Đo áp suất                                                                                                                        ....................................................................................................................       36 SVTH : Lê Tuấn Linh Hóa Dầu K53­QN Trang: 2
  3. Đồ án tốt nghiệp  II.2.2. Đo nhiệt độ                                                                                                                      ..................................................................................................................       37  II.2.3. Đo lưu lượng không khí                                                                                                   ...............................................................................................       38  II.2.4. Phân tích thành phần sản phẩm khí                                                                                ............................................................................       38  II.2.5. Đo tar                                                                                                                               ...........................................................................................................................       38  II.3. Phương pháp phân tích tính toán và xử lí số liệu                                                                   ...............................................................       40  II.3.1. Công thức tính toán                                                                                                          ......................................................................................................       40  I.3.2. Phương pháp xử lý số liệu thực nghiệm                                                                          ......................................................................       44  III.2. Kết quả thí nghiệm với nhiên liệu viên nén mùn cưa                                                          ......................................................       65  III.2.1. Thí nghiệm 7                                                                                                                   ...............................................................................................................       65  III.2.2. Thí nghiệm 8                                                                                                                   ...............................................................................................................       68  III. 3. Bảng tổng hợp kết quả chạy thực nghiệm                                                                         .....................................................................       71  I.1. Sơ đồ hệ thống                                                                                                                         .....................................................................................................................       73   I.2. Nguyên lý làm việc của hệ thống.                                                                                          ......................................................................................       75  II. Kết quả và thảo luận                                                                                                                 .............................................................................................................       77  II.1. Kết quả chạy thí nghiệm với nhiên liệu than hoa                                                                  ..............................................................       77  II.1.1. Thí nghiệm 9                                                                                                                    ................................................................................................................       77  II.1.2. Thí nghiệm 10                                                                                                                  ..............................................................................................................       80  II.1.3. Thí nghiệm 11                                                                                                                  ..............................................................................................................       82  II.2. Kết quả chạy thí nghiệm với nhiên liệu viên nén mùn cưa                                                   ...............................................       86  II.2.1. Thí nghiệm 12                                                                                                                  ..............................................................................................................       86  II.2. Thí nghiệm 13                                                                                                                     .................................................................................................................       90  II.3. Kết quả chạy thí nghiệm với nhiên liệu vỏ trấu.                                                                  ..............................................................       93  II.4. Bảng tổng hợp kết quả chạy thực nghiệm của hệ thống 30kg/h                                         .....................................       97  II.5. Kết quả tính toán cho một số mô hình khí hóa downdraft                                                      ..................................................       98  KẾT LUẬN                                                                                                                                       ...................................................................................................................................       102  TÀI LIỆU THAM KHẢO                                                                                                                 .............................................................................................................       103 DANH MỤC CÁC BẢNG  Bảng 1.1: Nguồn năng lượng NLSK so với các nguồn năng lượng tái sinh khác                               ...........................      8  Hình 1.1. Công thức hóa học của xenlulozo                                                                                       ...................................................................................       11  Hình 1.2. Các monome của Lignin.                                                                                                    ................................................................................................       11    Với lợi thế  một quốc gia nông nghiệp, Việt Nam có nguồn sinh khối lớn và đa dạng từ  lúa,    ngô, mía, sắn, lạc, bã cà phê, võ hạt điều...                                                                                       ...................................................................................       13  Bảng 1.2: Sử dụng sinh khối theo năng lượng sử dụng cuối cùng                                                   ...............................................       14 SVTH : Lê Tuấn Linh Hóa Dầu K53­QN Trang: 3
  4. Đồ án tốt nghiệp  Bảng 1.3: Một số ưu, nhược điểm của các loại lò KHSK lớp chặt                                                 .............................................       22  Bảng 1.4: Các lĩnh vực sử dụng sinh khối hiện nay                                                                          ......................................................................       24  Bảng 2.1: Đặc tính kỹ thuật của các mẫu sinh khối                                                                         .....................................................................       34  Bảng 2.2: Thành phần hóa học của các mẫu sinh khối                                                                     .................................................................       35  Bảng 2.3: Bảng tổng hợp kết quả chạy thực nghiệm hệ thống 8 kg/h                                            ........................................       71  Bảng 3.1: Bảng tổng hợp kết quả chạy thực nghiệm hệ thống 30kg/h                                           .......................................       97  Bảng 3.2: Kết quả tính toán với SV = 0,7 m/s                                                                                   ...............................................................................       98  Bảng 3.3: Kết quả tính toán khi SV = 0,6 m/s                                                                                   ...............................................................................       98  Bảng 3.4: Sự phụ công suất thiết bị vào SV khi Dt không đổi                                                       ...................................................       100  Hình 3.5: Mối quan hệ giữa SV và công suất thiết bị khi Dt =300mm.                                          ......................................       100  Bảng 3.5: Mối quan hệ giữa SV và công suất thiết bị khi Dt =500mm                                          ......................................       101 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ­ ad: Các số liệu phân tích trên lượng khô nhận được ­ W: Hàm ẩm của sinh khối ­ A: Hàm lượng tro của sinh khối ­ V: Hàm lượng chất bốc của sinh khối ­ FC: Hàm lượng cacbon cố định của sinh khối SVTH : Lê Tuấn Linh Hóa Dầu K53­QN Trang: 4
  5. Đồ án tốt nghiệp LỜI NÓI ĐẦU An ninh năng lượng đang là vấn đề cấp thiết với tất cả các nước trên thế  giới bao gồm cả  những nước phát triển và nước đang phát triển do các nguồn   năng lượng hóa thạch đang ngày càng cạn kiệt và trở lên đắt đỏ. Vì vậy việc tìm  kiếm các nguồn năng lượng mới và sử  dụng các nguồn năng lượng tái tạo đang  được đặc biệt chú trọng. Sinh khối là một nguồn năng lượng tái tạo có khả năng   đáp  ứng được những vấn đề  thời sự  trên. Thế  giới đang quan tâm tìm cách sử  dụng năng lượng sinh khối một cách có hiệu quả, trong đó công nghệ  khí hóa   sinh khối là một công nghệ mang lại hiệu quả cao.  Ở  Việt Nam công nghệ  khí hóa sinh khối vẫn còn khá mới mẻ. Việc sử  dụng công nghệ  khí hóa sinh khối hiện nay chỉ  dừng lại  ở  lĩnh vực cung cấp   nhiệt cho công nghiệp quy mô nhỏ và các hộ gia đình như: Thiết bị khí hóa trấu  để cung cấp nhiệt cho nung gốm sứ  ở Đồng Tháp, An Giang và bếp khí hóa sinh   khối hộ  gia đình do các doanh nghiệp chép mẫu hoặc nhập khẩu chủ  yếu từ  Trung Quốc vì vậy khi sử dụng hiệu suất chưa cao, làm việc chưa ổn định. Vì vậy em chọn đồ án “Nghiên cứu phát triển hệ thống khí hóa sinh khối  theo công nghệ downdraft” với mục đích:  ­  Làm chủ được công nghệ khí hóa sinh khối. ­  Xem xét sự ảnh hưởng của các yếu tố: Chế độ vận hành, nhiên liệu. ­ Phát triển, nâng cấp công suất hệ thống khí hóa. ­ Tận dụng tối đa và hiệu quả nguồn sinh khối dồi dào, trữ lượng lớn ở các vùng  nông thôn và miền núi đang không được sử dụng đúng giá trị thực và lãng phí để  sản xuất khí tổng hợp cung cấp cho Tổng hợp Hữu cơ ­ Hóa dầu, bên cạnh đó là   sản xuất điện năng quy mô nhỏ nhờ nhiệt của của quá trình khí hóa sinh khối.  ­ Cung cấp điện năng tại chỗ  cho một thôn, một xã, một khu vực, dựa vào trữ  lượng sinh khối sẵn có tại nơi đó. Giải quyết vấn đề  thiếu điện năng vào cho   những nơi này, đảm bảo điện năng cả về nhu cầu lẫn kinh tế đem lại.  ­ Bên cạnh đó còn giải quyết vấn đề  xử  lý môi trường do nhiều nơi không sử  dụng đúng cách mà còn thải xuống sông ngòi hoặc đốt gây ô nhiểm không khí.  Khí hóa sinh khối góp phần bảo vệ môi trường tốt đẹp hơn. SVTH : Lê Tuấn Linh Hóa Dầu K53­QN Trang: 5
  6. Đồ án tốt nghiệp Đồ án của em được chia làm 3 phần chính: PHẦN 1: TỔNG QUAN Giới thiệu một cách tổng quan về nguyên liệu sinh khối, năng lượng sinh   khối, tiềm năng sinh khối và hiện trạng sử  dụng sinh khối  ở  Việt Nam. Giới   thiệu chung về khí hóa sinh khối tầng cố định, các kiểu  khí hóa tầng cố định, ưu  nhược điểm của từng công nghệ, hiện trạng sử dụng công nghệ  khí hóa ở  Việt   Nam. PHẦN 2: HỆ THỐNG KHÍ HÓA SINH KHỐI CÔNG SUẤT 8 kg/h Giới thiệu về sơ đồ công nghệ và nguyên lý làm việc của hệ thống. Trình  bày phương pháp thí nghiệm và xử lý số liệu thực nghiệm. Đánh giá một số kết   quả đã đạt được. PHẦN 3: HỆ THỐNG KHÍ HÓA SINH KHỐI CÔNG SUẤT 30 kg/h Giới thiệu về  sơ đồ  công nghệ  và nguyên lý làm việc. Đánh giá kết quả  thí nghiệm, tính toán nâng công suất thiết bị, xây dựng mối quan hệ giữa hệ số  SV, đường kính thoát với công suất thiết bị. SVTH : Lê Tuấn Linh Hóa Dầu K53­QN Trang: 6
  7. Đồ án tốt nghiệp PHẦN 1: TỔNG QUAN I. Tổng quan về nhiên liệu sinh khối I.1. Nhiên liệu sinh khối [1] Sinh khối là vật liệu hữu cơ có nguồn gốc từ sinh vật có khả năng tái tạo.  Trong  sản xuất năng lượng và công nghiệp, sinh khối được đề cập đến ở đây là   nguyên liệu có nguồn gốc từ sinh vật sống mà có thể sử dụng làm nhiên liệu hay  cho sản xuất công nghiệp. Thông thường sinh khối là phần chất cây trưởng thành  sử dụng như là nhiên liệu sinh học bao gồm cả phần chất thực vật và động vật  được dùng để sản xuất sợi, tạo than đá hay dầu mỏ.  Trong thời kì sơ  khai, sinh khối nguồn nguyên liệu chính cho con người mãi  đến tận thế kỉ 19. Sang thế kỉ 20, năng lượng sinh khối được thay thế dần bằng   dầu và than đá, xa hơn nữa là khí và năng lượng nguyên tử. Câu trả lời cho lý do  hiện nay năng lượng sinh khối đang được quan tâm là đặc tính của sinh khối: Có   khả  năng tái tạo, dự  trữ  trong nhiều nguồn có sẵn, có khả  năng lưu trữ  và thay  thế dầu. I.1.1.  Năng lượng từ sinh khối       Năng lượng sinh khối ( hay năng lượng từ  vật liệu hữu cơ  ) có thể  sản  xuất tại chỗ, có  ở  khắp nơi, tương đối rẻ  và nguyên liệu tài   nguyên tái tạo.   Năng lượng sinh khối ( NLSK ) khác các dạng năng lượng tái tạo khác.  Một là:  Không giống năng lượng gió và sóng, năng lượng sinh khối có thể  kiểm soát  được.  Hai là: Cùng một lúc năng lượng sinh khối vừa cung cấp nhiệt, vừa sản   xuất điện năng.  Sinh khối có hai dạng chính: Thứ nhất: Các loại phế thải nông nghiệp của  ngành lương thực thí dụ: Trấu, vỏ hạt điều, vỏ  đậu phộng, rơm rạ, …v.v. Thứ  hai: Sinh khối gỗ: Có thể thu hoạch từ các khu vực trồng cây, thí dụ: Gỗ cây cao  su, cây điều, cây keo, bạch đàn …v.v.        NLSK có thể biến chất thải, phế phẩm của ngành nông, lâm nghiệp thành  nhiệt và năng lượng. Ngoài ra, năng lượng sinh khối có thể đóng góp đáng kể vào   mục tiêu chống thay đổi khí hậu do ưu điểm sinh khối là một loại chất đốt sạch   SVTH : Lê Tuấn Linh Hóa Dầu K53­QN Trang: 7
  8. Đồ án tốt nghiệp hơn so với các loại nhiên liệu hóa thạch do không chứa lưu huỳnh, chu trình cố  định CO2 ngắn. Ngoài ra, các loại sinh khối có thể  dự  trữ, cung cấp loại nhiên  liệu khô, đồng nhất và chất lượng ổn định. I.1.2. Vai trò của nhiên liệu sinh khối             Hiện nay, trên qui mô toàn cầu NLSK là nguồn năng lượng lớn thứ  tư,   chiếm tới 14­15 % tổng năng lượng tiêu thụ.  Ở  các nước phát triển, sinh khối   thường   là   nguồn   năng   lượng   lớn   nhất,   đóng   góp   khoảng   35%   tổng   số   năng   lượng. Từ sinh khối, có thể  sản xuất ra nhiên liệu khí cũng như  nhiên liệu lỏng   làm chất đốt hay nhiên liệu cho động cơ. Vì vậy, lợi ích của nguồn năng lượng  sinh khối là rất to lớn nhưng bên cạnh đó chúng ta cũng cần phải lưu ý những   khó khăn khi sử dụng NLSK.  Lợi ích  Lợi ích kinh tế  Phát triển nông thôn là một trong những lợi ích chính của việc phát triển năng  lượng sinh khối, tạo thêm công ăn việc làm cho người lao động (sản xuất, thu  hoạch…). Thúc đẩy sự phát triển công nghiệp năng lượng, công nghiệp sản xuất các thiết   bị chuyển hóa năng lượng, …v.v. Giảm sự phụ thuộc vào dầu, than, đa dạng hóa nguồn cung cấp nhiên liệu.   Ta có thể đánh giá lợi ích kinh tế của việc sử dụng năng lượng sinh khối thông  qua   bảng sau: Bảng 1.1: Nguồn năng lượng NLSK so với các nguồn năng lượng tái sinh khác Năng lượng phát Mặt trời Gió Sinh khối Tổng đầu tư (triệu USD) 1.830 12.700 6.300 Quy mô nhà máy(Kw) 1.000.000 10.000.000 10.000.000 Tỷ lệ hoạt động hàng năm(%) 12 20 70 Công suất điện phát hàng năm(Mkw/h) 1.100 17.500 6.300 Đơn vị đầu tư (USD/ KW) 1.66 0.72 0.10 SVTH : Lê Tuấn Linh Hóa Dầu K53­QN Trang: 8
  9. Đồ án tốt nghiệp  Lợi ích môi trường: Đây là một nguồn năng lượng khá hấp dẫn với nhiều   ích lợi to lớn cho môi trường.  ­ Năng lượng sinh khối có thể tái sinh được.  ­ Năng lượng sinh khối tận dụng chất thải làm nhiên liệu, do đó, nó vừa làm  giảm lượng rác vừa biến chất thải thành sản phẩm hữu ích. Đốt sinh khối   cũng thải ra CO2 nhưng lượng S và tro thấp hơn đáng kể so với việc đốt than   bitum. Ta cũng có thể cân bằng lượng CO2 thải vào khí quyển nhờ trồng cây  xanh hấp thụ chúng. Vì vậy, NLSK lại được tái tạo thay thế cho sinh khối đã  sử dụng nên cuối cùng không làm tăng CO2 trong khí quyển.    Như  vậy, phát triển NLSK làm giảm sự  thay đổi khí hậu bất lợi, giảm hiện   tượng mưa axit, giảm sức ép về bãi chôn lấp …v.v.  Khó khăn  So với nhiên liêu hóa thạch thì mật độ năng lượng/đơn vị sinh khối là thấp.   Khó sử dụng, đặc biệt là nguồn từ thực phẩm.   Quá trình chuyển đổi năng lượng phức tạp.  Nếu tập trung vào nguồn sinh khối gỗ  thì gây tác động tiêu cực đến môi  trường, phá rừng, xói mòn đất, sa mạc hóa, và những hậu quả  nghiêm  trọng khác.        Có thể thấy, so sánh về hiệu quả đầu tư cũng như hiệu suất năng lượng thì  nguồn NLSK là nguồn nhiên liệu mang lại lợi ích rất cao. NLSK có nhiều dạng,  và những lợi ích kể trên chủ yếu tập trung vào những dạng sinh khối mang tính   tái sinh, tận dụng từ phế phẩm nông lâm nghiệp.      Tuy nhiên, việc phát triển năng lượng sinh khối ở nước ta hiện nay vẫn chưa   được khai thác triệt để, nhiều dự án vẫn chưa triển khai do còn gặp nhiều khó   khăn về công nghệ, về phân bố nguồn nguyên liệu, về nguồn vốn hỗ trợ đầu tư  của nhà nước…v.v. SVTH : Lê Tuấn Linh Hóa Dầu K53­QN Trang: 9
  10. Đồ án tốt nghiệp I.2. Thành phần và tính chất hóa học của nguyên liệu sinh khối [12]        Các nguyên liệu sinh khối bao gồm gỗ, cành cây nhỏ, rễ, vỏ cây, bã mía, rơm   rạ, trấu, ngô, lá cây, phân động vật, phế  phẩm nông lâm nghiệp, rác thải sinh  hoạt… I.2.1. Thành phần hoá học Thành phần hoá học của SK chủ  yếu bao gồm: Nước, các polyme, các hợp   chất trích ly, các hợp chất vô cơ. Hơi ẩm chính là nước tự do có trong SK và thay đổi theo điều kiện bảo quản   cũng như điều kiện môi trường (nhiệt độ, độ  ẩm không khí...). Trong điều kiện   khô tương đối, thì hàm lượng  ẩm trong SK chiếm khoảng từ  vài đến hơn 10%  về khối lượng. Các polyme trong SK chủ  yếu là xenlulozo, hemixenlulozo, lignin. Xenlulozo,  lignin   và   hemixenlulozo   thường   liên   kết   với   nhau   hình   thành   nên   polymer  lignoxenlulozo. Xenlulozo: Xenlulozo là một dạng polysaccarit có trong hầu hết các loại thực vật. Tuỳ  thuộc vào môi trường sống, tuổi của cây, mỗi loài thực vật có hàm lượng   xenlulozo khác nhau, thường chiếm xấp xỉ 40­ 50% khối lượng biomass.  Xenlulozo có cấu trúc mạch thẳng, không phân nhánh được tạo thành từ các  mắt xích cơ bản vòng sáu cạnh β­D­glucopyzanozo.  Các dị vòng được nối với nhau bằng liên kết β­1,4 glucozit. Công thức phân  tử của xenlulozo là: (C6H10O5)n hay [C6H7O2(OH)3]n  trong đó n có thể nằm  trong khoảng từ 5000­ 14000.  Lượng phân tử của xenlulozo nằm trong khoảng 300.000­500.000 .  Xenlulozo có cấu trúc tinh thể nên bền nhiệt.  Phản ứng nhiệt phân xenlulozo xảy ra ở khoảng 240­350 0C . SVTH : Lê Tuấn Linh Hóa Dầu K53­QN Trang: 10
  11. Đồ án tốt nghiệp Hình 1.1. Công thức hóa học của xenlulozo Hemixenlulozo: Hemixenlulozo   chiếm   khoảng   10­30%   thành   phần   trong   SK,   nó   là   một  polyme   của   5   loại   đường   khác   nhau:   đường   5   cacbon   (xylozo   và  arabinozo), đường 6 cacbon (galactonzo, glucozo, mannozo).  Hầu hết các đơn vị cấu trúc của hemixenlulozo là xylan (polyme của xylo). Hemixenlulozo có khối lượng phân tử nhỏ hơn xenlulozo.  Đối lập với xelulozo có cấu trúc tinh thể  và bền thuỷ  nhiệt, hemixenlulozo  ở  dạng vô định hình kém bền. Nó dễ  dàng bị  thuỷ  phân trong dung dich  axit hoặc bazơ.  Sự  phân hủy hemixenlulozo xảy ra  ở  nhiệt độ  thấp hơn so với xenlulozo.   Hemixenlulozo bị nhiệt phân ở 200­2600C.  So   với   xenlulozo,   khi   nhiệt   phân   hemixenlulozo   tạo   nhiều   khí,   ít   nhựa   đường, ít than hơn. Trong suốt quá trình nhiệt phân SK, hemixenlulozo bị  deaxetyl tạo ra một lượng lớn axit axetic.  Lignin: Lignin là polyme hữu cơ  chủ  yếu trên trái đất chỉ  sau xenlulozo, chiếm   khoảng 16­25% khối lượng SK.  Lignin là nhựa liên kết ngang vô định hình nên không có cấu trúc xác định.  Thông thường, lignin sẽ bị nhiệt phân trong khoảng nhiệt độ từ 280­5500C.  Nhiệt phân lignin thường tạo ra phenol và thu được nhiều than hơn so với  nhiệt phân xenlulozo. p – Coumaryl      Coniferyl              Sinapyl Hình 1.2. Các monome của Lignin. SVTH : Lê Tuấn Linh Hóa Dầu K53­QN Trang: 11
  12. Đồ án tốt nghiệp  Các hợp chất trích ly là các hợp chất hữu cơ không có cấu trúc mạch như chất   béo,   sáp,   ankaloit,   protein,   phenolic,   đường   đơn  giản,   pectin,   chất   nhầy,   chất   gôm, nhựa thông, tepen, glicozit, tinh bột, saponin, dầu. Nó có thể  được tách ra  nhờ một số dung môi phân cực (như nước, metylen clorua hoặc rượu), hoặc các   dung môi không phân cực (như toluene hoặc hexan).   Ngoài các thành phần chính, nguyên liệu sinh khối vẫn còn phần nhỏ  các khác   như  khoáng ( là thành phần tạo nên tro của nó). Các hợp chất vô cơ  chủ  yếu là   các hợp chất của Si, Na, K, Mg … chúng tồn tại trong than nhiệt phân. I.2.2. Thành phần nguyên tố hóa học         Trong SK, C và O là hai nguyên tố chiếm đa phần khoảng trên 35% cho mỗi   nguyên tố. Hàm lượng của chúng phụ  thuộc vào bản chất SK được sử  dụng.   Ngoài ra, hàm lượng O còn phụ thuộc vào hàm lượng ẩm trong SK. Tiếp theo là  H chỉ chiếm 5­ 7%, các nguyên tố N, S, Cl chiếm nhỏ hơn 1%. Các nguyên tố vi   lượng chiếm hàm nhỏ.              Thành phần C chiếm chủ yếu trong SK, số liệu này chứng tỏ SK được   hình thành chủ  yếu từ  các hợp chất hữu cơ. Hàm lượng N không đáng kể  nên   trong thành phần khí sinh ra sẽ ít hợp chất NxOy, là các khí độc hại gây ô nhiễm  môi trường. Đặc biệt, trong SK đều không tìm thấy lưu huỳnh. Đó là một  ưu  điểm của SK khi được sử dụng làm nguyên liệu. Do đó, thành phần khí sau phản   ứng không chứa các khí SOx gây ô nhiễm môi trường. SVTH : Lê Tuấn Linh Hóa Dầu K53­QN Trang: 12
  13. Đồ án tốt nghiệp I.3. Tiềm năng sinh khối của Việt Nam [10]   Với lợi thế một quốc gia nông nghiệp, Việt Nam có nguồn sinh khối lớn và đa  dạng từ lúa, ngô, mía, sắn, lạc, bã cà phê, võ hạt điều... Hình 1.3: Tiềm năng sinh khối các tỉnh miền Bắc SVTH : Lê Tuấn Linh Hóa Dầu K53­QN Trang: 13
  14. Đồ án tốt nghiệp Hình 1.4: Tiềm năng sinh khối các tỉnh miền Trung và miền Nam  Qua đồ thị hình 1.4 và 1.5 ta thấy Việt Nam có tiềm năng sinh khối rất dồi dào.  Các tỉnh dồi dào về phụ phẩm lạc như: Bắc Giang, Thanh Hóa, Tây Ninh, Nghệ  An. Các tỉnh dồi dào về phụ  phẩm sắn như: Sơn La, Thanh Hóa, Tây Ninh, Gia  Lai. Các tỉnh dồi dào về phụ phẩm mía như: Thanh Hóa, Tây Ninh, Nghệ An, Sóc   Trăng. Các tỉnh dồi dào về  phụ  phẩm ngô như: Hà Tây, Thanh Hóa, Đắc Lắc.  Các tỉnh dồi dào về  phụ  phẩm lúa như: Thái Bình, Bắc Giang, Thanh Hóa, An   Giang, Đồng Tháp, Long An. I.4. Hiện trạng sử dụng sinh khối của Việt Nam [8]             Hiện nay, trên quy mô toàn cầu NLSK là nguồn cung cấp năng lượng thứ  tư, chiếm tới 14­15 % tổng năng lượng tiêu thụ. Ở các nước phát triển, NLSK là  nguồn năng lượng lớn nhất, đóng góp khoảng 35% tổng số năng lượng. Bảng 1.2: Sử dụng sinh khối theo năng lượng sử dụng cuối cùng Năng lượng cuối cùng Tổng tiêu thụ Tỷ lệ (%) Bếp đun 10667 76,2 Nhiệt Lò nung 903 6,5 Lò đốt 2053 14,7 SVTH : Lê Tuấn Linh Hóa Dầu K53­QN Trang: 14
  15. Đồ án tốt nghiệp Điện Đồng phát 377 2,7 Tổng 14000 100,0  Bảng 1.2 cho thấy trên ba phần tư  sinh khối hiện được sử  dụng phục vụ  đun   nấu gia đình với các bếp đun cổ truyền hiệu suất thấp. Bếp cải tiến tuy đã được  nghiên cứu thành công nhưng chưa được ứng dụng rộng rãi mà chỉ có một vài dự  án nhỏ ở một số địa phương. Một phần tư còn lại được sử dụng trong sản xuất: Sản xuất vật liệu xây dựng, gốm sứ  hầu hết dùng các lò tự  thiết kế  theo   kinh nghiệm, đốt bằng củi hoặc trấu, chủ yếu ở phía Nam. Sản xuất đường, tận dụng bã mía để  đồng phát nhiệt và điện ở  tất cả  43   nhà máy đường trong cả nước với trang thiết bị nhập từ nước ngoài. Sấy lúa và các nông sản: Các nhà máy sấy do nhiều cơ sở trong nước sản   xuất và có thể dùng trấu làm nhiên liệu. Công nghệ cacbon hóa sinh khối sản xuất than củi được ứng dụng ở một số  địa phương phía Nam nhưng theo công nghệ truyền thống, hiệu suất thấp. Một số công nghệ khác như đóng bánh sinh khối, khí hóa trấu hiện ở giai đoạn  nghiên cứu, thử nghiệm.            Việt Nam là nước nông nghiệp, nguồn nguyên liệu sinh khối từ phế phẩm   trong sản xuất nông nghiệp rất dồi dào. Tuy nhiên, hiện nay phế  phẩm nông   nghiệp không còn được sử  dụng nhiều trong chăn nuôi do xu hướng sử  dụng  thức ăn chăn nuôi công nghiệp đang diễn ra mạnh mẽ. Hơn nữa, việc sử  dụng   phụ phẩm theo cách thức truyền thống cho việc đun nấu không còn nữa. Do vậy,   người dân sau khi thu hoạch sản phẩm chính, phần còn lại ( phụ  phẩm ) được   thải bỏ tại đồng ruộng, chất đống rồi đốt. Việc đốt phụ phẩm này không những  gây ô nhiễm môi trường do phát thải vào không khí nhiều khí độc hại mà còn  lãng phí tài nguyên. SVTH : Lê Tuấn Linh Hóa Dầu K53­QN Trang: 15
  16. Đồ án tốt nghiệp II. Tổng quan về công nghệ khí hóa II.1. Lý thuyết về quá trình Khí hóa sinh khối là quá trình dùng oxy (hoặc không khí, hoặc không khí giàu  oxy, hoặc oxy đơn thuần, hơi nước hoặc hydro, nói chung gọi là chất khí hóa)  phản ứng với sinh khối ở nhiệt độ cao chuyển nhiên liệu từ dạng rắn sang dạng   nhiên liệu khí. Nhiên liệu này được gọi chung là khí sinh khối với thành phần  cháy được chủ  yếu là CO, H2, CH4… dùng làm nhiên liệu khí dân dụng, trong   công   nghiệp   hoặc   sử   dụng   làm   nguyên   liệu   cho   tổng   hợp   NH 3,   tổng   hợp  CH3OH... [1] Phương trình phản ứng tổng quát cho quá trình khí hóa sinh khối như sau:  [9] CxHyOzNt (sinh khối) + O2 (21% trong không khí) + N2 (79% trong không khí)  + H2O (hơi nước có thể có)   →     CH4 + CO + CO2 + O2 + N2 + H2 + H2O (Hơi  nước không phản ứng) + C (char) + tar Dưới đây là các phản ứng hoá học chủ yếu xảy ra trong quá trình khí hoá. Trong vùng nhiệt phân: CxHyOzNt (sinh khối)   →   char + tar + khí (CO2, CO, H2O, H2, CH4, CnHm)  (1) Phản ứng hoá học dị thể xảy ra trong vùng cháy (oxi hóa) giữa ôxy trong  không khí cấp với cácbon ở nhiệt độ cao:     C + O2   ↔  CO2 + 393,80 MJ/kg mol (ở 25oC, 1 at)      (2) 2C + O2  ↔  2CO + 246 MJ/kg mol (ở 25oC, 1 at)  (3) Không khí đưa vào có chứa ôxy, hơi nước và các khí trơ như nitơ và agon.  Các khí trơ nói chung có thể coi như không phản ứng với các thành phần của  nhiên liệu.  Trong vùng khử, CO2 tạo ra trong vùng cháy bị khử bởi khí CO theo phản  ứng hoàn nguyên ở nhiệt độ trên 9000C: C + CO2  ↔ 2CO ­ 172,60 MJ/kg mol (ở 25oC, 1 at)    (4) Trong vùng khử còn xảy ra một phản ứng tạo H2 như sau:   C + H2O  ↔  H2 + CO ­ 131,40 MJ/kg mol (ở 25oC, 1 at) (5)  SVTH : Lê Tuấn Linh Hóa Dầu K53­QN Trang: 16
  17. Đồ án tốt nghiệp CO + H2O ↔  CO2 + H2 + 41,20 MJ/kg mol (ở 25oC, 1 at)   (6) Và khi nhiệt độ khoảng 500­6000C trong vùng khử còn xảy ra phản ứng tạo  H2 như sau: C + 2H2O  ↔ 2H2 + CO2 – 88,00 MJ/kg mol (ở 25oC, 1 at) (7) Khí mêtan cũng được tạo ra trong thiết bị hoá khí giữa char và H2 theo phản  ứng: C + 2H2  ↔ CH4 + 75,00 MJ/kg mol  (ở 25oC, 1 at)     (8)  Các phản ứng đồng thể 6 và dị thể  (2÷5) xảy ra kèm theo sự thay đổi mạnh năng   lượng của hệ thống. Các số  liệu về  hằng số  cân bằng và entanpi của hệ  thống   các phản ứng quan trọng thường được dẫn ra trong các sổ tay hóa lý. II.2. Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình khí hóa sinh khôí Anh h ̉ ưởng của nhiệt độ:  Nhiệt  độ  của  quá  trình  khí  hóa  được  lựa  chọn  trên  cơ  sở  của  trạng thái  tro  (trạng  thái  dưới  điểm  mềm  của  tro  và  trên  điểm  nóng  chảy  của  xỉ).  Đối  với  sinh khôí  điểm  nóng  chảy của  tro  rất  cao,  đó  là  sự  thuận  lợi  để  thêm  chất  khí  ́ để giảm nhiệt độ nóng chảy của tro xuống. Khí hóa ở nhiệt  hóa vào sinh khôi  độ  cao sẽ làm tăng  lượng oxy tiêu thụ của quá trình và sẽ giảm toàn diện hiệu  suất của quá trình hóa khí. Vì vậy trong quá trình hóa khí ta luôn đảm bảo nhiệt  độ trong lò không được vượt quá giá trị cho phép. Ảnh hưởng độ ẩm của nguyên liệu: Độ ẩm nhiên liệu càng cao thì hiệu quả quá trình khí hóa sinh khối càng thấp vì   vậy sấy sinh khối thu thập từ  các nguồn sơ  cấp là cần thiết để  có được một   phạm vi độ   ẩm mong muốn cho các quá trình khí hóa. Sấy là một quá trình tốn  kém năng lượng mà có thể làm giảm hiệu quả sử dụng năng lượng tổng thể của   quá trình. Tuy nhiên, trong trường hợp khí hóa, nhiệt thải có thể  được sử  dụng  để làm giảm độ ẩm của sinh khối do đó sẽ làm tăng hiệu quả tổng thể của quá  trình này. Tuy nhiên, đối với sinh khối nguyên khai có độ   ẩm thấp (dưới 10%)   giai đoạn sấy có thể không cần thiết. [12] Ảnh hưởng của tar: SVTH : Lê Tuấn Linh Hóa Dầu K53­QN Trang: 17
  18. Đồ án tốt nghiệp Tar có thể đạt tới 20 ­ 30% nếu ta khí hóa củi gô, bach đan, than ̃ ̣ ̀  non, than  bùn… Với các nhiên liệu rắn khác tar có hàm lượng thấp hơn. Tar có thể tồn tại  ở  dạng lỏng hoặc hơi và  ảnh hưởng tới chất lượng khí với mức độ  khác nhau.  Nhiệt sinh của tar khá cao (tới 31.400kJ/kg), vì vậy nếu nó nằm ở dạng hơi thì  chất lượng khí tăng lên nhiều.  Tuy  nhiên,  vì  điều  kiện  nào  đó  (độ  ẩm  nguyên  liệu  hoặc  chiều  cao  lớp  nguyên  liệu sắp xếp  không  hợp  lý)  thì  tar  tách  ra  ở  dạng  lỏng.  Trong  trường  hợp này chất lượng của khí giảm xuống và quá trình khí hóa gặp khó khăn do tar  tách ra ở trong lò làm dính kết các lớp nguyên liệu, cản trở sự lưu thông khí và  sự  dịch  chuyển nguyên  liệu.  Nếu  tar  tách  ra  trên  đường  dẫn  khí  hoặc  ở  vị  trí  các van trên đường dẫn sẽ gây tắc tại các vị trí trên đường dẫn.  Ảnh hưởng của tro: Nếu  nhiêt  độ  chảy  của  tro  xỉ  thấp,  nó  sẽ  kết  thành  tảng  xỉ  lớn  cản  trở  quá  trình  khí  hóa  và  lò  bị  bịt  kín một  phần  hay  hầu  hết.  Khi  hiện  tượng  kết  tảng xỉ xảy ra, gió sẽ tập trung vào những vùng chưa bị dính kết xỉ, nghĩa là sự  phân bố gió hay tác nhân khí hóa sẽ tập trung vào vùng  này,  kết  quả  làm cho  tác  nhân  khí  hóa  vượt  quá  mức  bình  thường,  vì  vậy  hàm lượng CO2 và N2 của khí  sẽ  tăng lên. Mặt khác nếu quá trình tiếp diễn lâu  tại các vị  trí  đó,  nhiệt độ  tại  đây sẽ tăng nhanh bởi nhiệt tỏa ra do các phản  ứng tỏa nhiệt làm cho tro xỉ tiếp  tục  bị  dính  kết  lại  dẫn  tới  sự  tắt  lò  làm  ngừng  quá  trình  khí  hóa  và  làm  chất  lượng khí giảm xuống nghiêm trọng. Nếu nhiệt độ  chảy mềm của tro quá cao dẫn tới tốn nhiệt cấp cho quá   trình đốt nóng tro gây giảm hiệu suất làm việc của thiết bị. Ảnh hưởng của kích thước hat sinh khôi: ̣ ́ Kích thước nguyên liêu biomass có vai trò ̣   đáng  kể  trong  quá  trình  khí  hóa.  Nếu kích thước các hạt nhỏ thì tổng diện tích tiếp xúc của các hạt với tác  nhân khí  hóa  tăng  lên  do  đó  độ  hoạt  tính  tăng  lên, tốc  độ  phản  ứng  trong  quá  trình  khí  hóa tăng. Tuy nhiên nếu  kích thước hạt quá  nhỏ  thì sức  cản  thủy  lực  tăng, dễ gây tắc lò làm cản trở quá trình khí hóa. Nếu kích thước hạt quá to thì  SVTH : Lê Tuấn Linh Hóa Dầu K53­QN Trang: 18
  19. Đồ án tốt nghiệp quá trình khí hoá có thể xảy ra không hoàn toàn. Vì vậy, việc tạo ra kích thước  hợp lý để cho quá trình khí hóa tiến hành thuận lợi cũng có ý nghĩa quyết định. Ảnh hưởng của hệ số tỷ lệ không khí và tốc độ khí trên mặt cắt ngang của  lò: Với sự  gia tăng của hệ  số  không khí thừa sẽ  làm quá trình cháy tốt hơn,  nhiệt độ  vùng cháy cao hơn dẫn đến hiệu quả  quá trình khí hóa sinh khối tốt   hơn, tuy nhiên đến một giá trị nào đó sự gia tăng của hệ số không khí thừa sẽ làm  cho quá trình cháy hoàn toàn xảy ra và giảm thời gian lưu của không khí trong lò,   kết quả là hiệu quả quá trình khí hóa lại giảm đi. Wang nhận thấy rằng với mức   tăng hệ  số  không khí thừa từ  0,16 đến 0,26, nhiệt độ  vùng cháy tăng dẫn đến   tăng hiệu quả khí hóa từ  57% đến 74%, tăng hàm lượng H2 từ  8,5% đến 13,9%,  và sự gia tăng khí CO từ 12,3% đến 14%.  Tốc độ tác nhân khí hóa trên mặt cắt ngang (SV) cũng ảnh hưởng đến hiệu  quả  quá trình khí hóa sinh khối, Yamazaki cho rằng đối với lò khí hóa thuận  chiều ở cùng điều kiện như nhau nếu SV bằng 0,7m/s thì lượng tar sẽ nhiều hơn   so với SV bằng 0,4m/s [11]. Tốc độ  không khí trên mặt cắt ngang tối  ưu được  xác định trong khoảng từ 0,4 đến 0,6 m/s [12] II.3. Công nghệ khí hóa tầng cố định II.3.1. Phân loại khí hóa tầng cố định [9] Lò khí hóa sinh khối theo công nghệ khí hóa tấng cố định được chia làm ba loại  theo chiều di chuyển của sản phẩm khí đầu ra: ­ Lò khí hóa ngược chiều (updraft): chiều di chuyển của sản phẩm khí đầu ra  ngược với chiều di chuyển của nhiên liệu.   ­ Lò khí hóa thuận chiều (downdraft): chiều di chuyển của sản phẩm khí đầu ra  cùng với chiều di chuyển của nhiên liệu.   ­ Lò khí hóa dòng chéo nhau (crossdraft): chiều di chuyển của sản phẩm khí đầu  ra cắt ngang vuông góc với chiều di chuyển của nhiên liệu. SVTH : Lê Tuấn Linh Hóa Dầu K53­QN Trang: 19
  20. Đồ án tốt nghiệp Hình 1.4: Khí hóa thuận chiều  Hình 1.5: Khí hóa ngược  Hình 1.6: Khí hóa dòng cắt  (downdraft) chiều (updraft) ngang (crossdraft) SVTH : Lê Tuấn Linh Hóa Dầu K53­QN Trang: 20
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

TL.01: Bộ Tiểu Luận Triết Học
207 tài liệu
1474 lượt tải
THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2