đề tài khí hóa than

ĐỀ TÀI

Khí hóa than

MỤC LỤC

1. GIỚI THIỆU CHUNG...................................................................................8

2. NGUYÊN LÝ CHUNG VỀ CÁC KIỂU CÔNG NGHỆ KHÍ

HÓA THAN...........................................................................................................10

2.1. Khí hóa than tầng cố định (đường kính cục than 10 ￾￾ 100

mm).............................................................................................................................11

2.1.1. Quá trình khí hóa thuận.......................................................................11

C + CO2 = 2CO  Q1.......................................................................................13

C + H2O = CO + H2  Q2 ............................................................................13

2.1.2. Quá trình khí hóa nghịch.....................................................................14

2.1.3. Khí hóa liên hợp.......................................................................................15

2.1.4. Ưu nhược điểm của các quá trình khí hóa tầng cố định........16

2.2. Khí hóa than tầng sôi (Đường kính cục than từ 0 - 10mm).........18

2.2.1. Đặt vấn đề....................................................................................................18

2.2.2. Tốc độ gió trong khí hóa dạng tầng sôi..........................................18

4g . ￾T . d .................................................................................................................19

3 . C . ￾khí ..............................................................................................................

2.2.3. Đặc điểm và ưu điểm của quy trình khí hóa tầng sôi ..................20

2.2.4. Nhược điểm của quy trình khí hóa tầng sôi.................................21

2.2.5. Sơ đồ khí hóa tầng sôi kiểu Winkler................................................21

2.3. Khí hóa than dạng dòng cuốn (than cám, than bụi đường kính 0

- 2mm).......................................................................................................................23

2.4. Tóm tắt về ba phương pháp khí hóa than......................................25

3. SẢN XUẤT KHÍ THAN KHÔ VÀ KHÍ THAN ƯỚT..................29

3.1. Sản xuất sản phẩm khí than khô ........................................................29

CO2 + C = 2CO  41,965 kcal/kmol.................................................................30

3.2. Sản xuất khí than ướt dùng hơi nước...............................................32

3.2.1. Bản chất của quá trình..........................................................................32

C + H2O ￾￾ H2 + CO - Q .................................................................................33

Sự biến đổi thành phần khí than ướt theo thời gian thổi gió lạnh .......34

3.2.2. Ưu nhược điểm của quá trình khí hóa gián đoạn dùng hơi

nước ...........................................................................................................................38

3.3.1. Phương pháp tháo xỉ rắn .....................................................................41

3.3.2. Phương pháp tháo xỉ lỏng ...................................................................

3.3.3. Phương pháp dùng áp suất cao (p = 20 atm), tháo xỉ rắn ....44

3.3.4. Phương pháp khí hóa than dưới áp lực, tháo xỉ lỏng.......................46

4. GIỚI THIỆU MỘT VÀI KIỂU LÒ KHÍ HÓA THAN CẢI

TIẾN..........................................................................................................................46

5. HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ KHÍ HÓA THAN

TRÊN THẾ GIỚI................................................................................................ 49

5.1. Công nghệ khí hóa than kiểu tầng cố định:...........................................49

5.2. Công nghệ khí hóa than kiểu tầng sôi ở nhiệt độ cao

Winkler (HTW).....................................................................................................50

5.3. Công nghệ khí hóa than kiểu dòng cuốn............................................50

5.4 Tình hình ứng dụng các kiểu lò khí hóa than ở một số hãng .....51

6. KHÍ HÓA THAN Ở CÁC NƯỚC.................................................. 53

6.1. Áp dụng công nghệ khí hóa than trong sản xuất amoniăc.........53

Hiện nay phần lớn sản lượng amoniăc và urê trên thế giới được sản

xuất từ nguyên liệu khí thiên nhiên. Về mặt lý thuyết, mọi nguyên liệu

hydrocacbon đều có thể sử dụng được, với điều kiện chúng có thể được

oxi hóa thành khí tổng hợp (CO + H2). Ví dụ, do thiếu khí thiên

nhiên Ấn độ đã sử dụng nhiều naphtha để chế tạo khí tổng hợp. Tuy

nhiên, vì giá khí thiên nhiên (kể cả naphtha) tăng mạnh, nên ngày nay

người ta càng quan tâm đến việc đi tìm nguồn nguyên liệu thay thế

khác để sản xuất amoniăc................................................................... 53

6.2. Khí hóa than ở Trung Quốc....................................................................54

6.3. Khí hóa than ở Nam Phi...........................................................................57

6.4. Khí hóa than ở Ấn độ.................................................................................58

6.5. Khí hóa than ở Mỹ ......................................................................................58

7. CÔNG NGHỆ KHÍ HÓA THAN CỦA SHELL VÀ TEXACO ..60

7.1. Công nghệ Shell: ..........................................................................................60

7.2. Công nghệ TEXACO..................................................................................63

8. THÔNG SỐ KỸ THUẬT MỘT SỐ LOẠI THAN VIỆT NAM

THÍCH HỢP VỚI CÔNG NGHỆ KHÍ HÓA..........................................67

9. PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ KINH TẾ CỦA CÔNG NGHỆ SẢN

XUẤT URÊ TỪ THAN.....................................................................................74

Khí hóa than là phương pháp toàn diện và sạch nhất để chuyển hóa than,

một nguồn nguyên liệu rẻ tiền và sẵn có với trữ lượng khổng lồ ở nhiều

nơi trên thế giới, hoặc các vật 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 hiện đại, than được tiếp xúc với không khí (hoặc

oxy) và hơi nước ở áp suất và nhiệt độ cao được kiểm soát chặt chẽ.

Trong những điều kiện đó, các phân tử cacbon trong than sẽ tham 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 liệu để sản xuất nhiều sản phẩm hoá chất quan trọng như

amoniăc, phân urê, các sản phẩm hữu 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. Ví dụ, lưu huỳnh trong than có thể được

chuyển thành dạng H2ÂS và được thu giữ hoặc chuyển hóa thành lưu

huỳnh thương phẩm. Tương tự, nitơ có trong khí than sẽ được chuyển

hóa thành amoniăc và chất này có thể được dùng để sản xuất phân bón

hoặc các hoá chất khác.

Nhìn chung, khả năng sản xuất một cách hiệu quả điện năng, hyđro

và các nguyên liệu hoá chất khác, cũng như khả năng cắt giảm khí

gây ô nhiễm, đang làm cho 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 liệu dầu khí

có xu hướng dao động mạnh trước những biến động kinh tế, chính trị

trên thế giới 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 tạo thành khí tổng hợp dùng trong công

nghệ hoá học. Do có thể sử dụng các loại than có chất lượng thấp để

sản xuất khí than có giá trị công nghiệp nên khí hóa than sẽ mở ra một

triển vọng tốt cho các vùng than chất lượng thấp để phát triển công

nghiệp. đặc biệt ở các tỉnh phía Bắc nơi có nhiều than cám, than

bụi (ë Quảng Ninh) cũng như tại các vùng than 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 công nghệ khí hóa than, trong đó ưu tiên trình bày về nghiên

cứu và sản xuất khí than dùng cho tổng hợp hoá học với mục đích sản

xuất phân bón. Trong tài liệu sẽ trình bày một số vấn đề lý thuyết của