THAN SẠCH VÀ KHÍ HÓA THAN
PHAN 3. PHAN 3. THAN NHAN TAO - THAN SINH HOC LAM TỪ ROM RA
1. Sự ra đời của than nhân tạo
Than là một loại nhiên liệu hóa thạch thường thấy nhất, than sử đụng trong gia đình đã trải qua những diễn biến từ than nắm (than bòn) cho đến than tổ ong.
132
near 0 E2 tk. sitchen
NĂNG LƯỢNG MỚI Mới đầu, than đốt trong lò là đạng than viên, về sau, người ta gia công bột than để vo thành những hòn than có hình dạng giống như quả bóng bàn và gọi đó là than hòn; sau nữa người ta gia công bột than thành những viên hình trụ, đồng thời đục thành một số lỗ ở bên trong hình trụ và gọi đó là than tổ ong, như vậy có thể tăng điện tích bể mặt của than, làm cho than được đốt triệt để hơn, giảm thiểu lãng phí nguyên liệu.
Than tổ ong là loại than hòn hình trụ tròn có dạng giống như một tổ ong được làm từ than đen, chất liệu của nó vẫn là than.
Than trong tự nhiên là loại than được hình thành từ
xác thực vật sau khi trải qua
những tác dụng hóa học sinh vật và tác dụng hóa học vật lý phức tạp. Vào
thời đại cổ sinh cách đây
khoảng hơn 200 triệu năm Hình 3.7. Than tổ ong.
về trước, do chuyển động
của vô Trái Đất làm cho cây cối thực vật bị chìm xuống ao hồ và bị đất đá
de lấp, xác của những cây cối thực vật này trải qua tác dụng của áp suất
và địa nhiệt trong suốt một thời gian dai, dan dần biến hóa thành than đá
ngày nay.
Mặc dù than hòn và than tổ ong đều đã qua gia công, nhưng nó vẫn không phải là than nhân tạo đúng nghĩa. Sự xuất hiện của than sinh học làm từ rơm rạ mới đánh đấu sự ra đời của than nhân tạo.
Than sinh học làm từ rơm rạ không chỉ có bể ngoài màu đen giống như than viên, mà tính chất của nó cũng giống than, nó là loại “than” được chế tạo trong một thời gian rất ngắn, trong khi than trong tự nhiên cẩn phải trải qua vài triệu năm thậm chí vài tỷ năm mới hình thành.
133
Những nghiên cứu liên quan của Cơ quan năng lượng quốc tế cho thấy, rơm rạ là một nguồn năng lượng tốt, có tính chất là sạch và có thể tái tạo. Do rơm rạ sau khi được phơi khô rồi nén thành bánh có nồng độ tăng lên rất nhiều, mỗi một mét khối nặng lên đến hơn một tấn, nó giống như những chiếc bánh quy nén, nhìn thì có vẻ nhỏ, nhưng năng lượng chứa bên trong lại rất lớn. Nhiệt lượng phát ra từ mỗi kilogram rơm rạ có thể đạt 90% nhiệt lượng của than phổ thông, hoàn toàn có thể thay thế than đá thiên nhiên và trở thành nhiên liệu sinh hoạt và dùng trong công nghiệp.
2. Triển vọng rộng lớn của than sinh học làm từ rdm rạ
Than sinh học làm từ rơm rạ là loại than thành hình có thể làm cho rơm rạ được tận dụng một cách triệt để và hiệu quả, loại than này có những đặc điểm như sau:
"Thứ nhất, rơm rạ là một loại năng lượng sạch, cháy tốt, ít khói, khí
thai sulfur dioxyde cũng ít, ngang hàng với những nhiên liệu thông thường, hơn nữa còn có thể giảm thiểu ô nhiễm môi trường.
Thứ hai, than sinh học làm từ rơm rạ là một loại năng lượng có thể tái tạo, nguyên liệu chủ yếu của nó là rdm ra và than chất lượng xấu, tất cả những nhiên liệu sinh khối như rơm rạ, lá cây, củi khô, mùn cưa, cô khô...
đều có thể trở thành than sinh học, những nguyên liệu này nơi đâu cũng có, không bao giờ cạn kiệt, hơn nữa đều được tận dụng từ phế liệu, giá rẻ, đễ kiếm, đúng là biến cái vứt đi thành cái đáng giá.
Thứ ba là, kỹ thuật chế tạo than sinh học làm từ rơm rạ không có những yêu cầu quá cao, giá thành thấp. Khi than sinh học thành hình không cần phải tăng nhiệt độ, không cẩn thêm chất kết dính, vừa tiết kiệm năng lượng, lại có lợi cho việc hạ giá thành sản phẩm. Giá thành nguyên liệu của than sinh học làm từ rơm rạ gần như bằng 0; đầu tư thiết bị kỹ thuật không
nhiều, thao tác đơn giản thuận tiện, chỉ cần là những lực lượng lao động nhàn rỗi ở nông thôn qua một lớp huấn luyện đơn giản là có thể thao tác, do đó giá thành nhân lực rất thấp. Than sinh học thành hình có tính chịu nước tốt, bảo quản và vận chuyển thuận tiện.
134
ee
>
NĂNG LƯỢNG MỚI Thứ tư là, phạm vi ứng dụng của than sinh học làm từ rơm rạ rất rộng. Than sinh học dạng viên hay dạng hạt đều rất thuận tiện trong sử đụng, phù hợp dùng cho các nhà máy ở nông thôn, hay trong sinh hoạt gia đình ở nông thôn; hiệu quả chảy rất tốt, nấu cơm, sưởi ấm, tắm rửa đểu cần đến, đặc biệt, đây là nhu yếu phẩm đối với những trạm phát điện bằng năng lượng sinh khối; than sinh học làm từ rơm rạ có tính cháy tốt, sử dụng thuận tiện, mục đích sử dụng cũng giống như than hòn hay than tổ ong thông thường, có thể làm nhiên liệu sinh hoạt trong gia đình.
Thứ năm là, than sinh học làm từ rơm rạ có hiệu quả trong việc bảo vệ môi trường và hiệu quả kinh tế, biến rơm rạ và những thứ bỏ đi thành những thứ đáng giá, vừa tăng thêm thu nhập cho nông dân, vừa bảo vệ môi trường, hơn nữa còn có thể được khuyến khích rất lớn từ chính sách quốc gia. Vì vậy, sản xuất than sinh học dạng viên và dạng hạt đều không có rủi ro, lợi nhuận lớn, đương nhiên sẽ thu được kết quả tốt.
Cùng với sự ra đời của kỹ thuật và thiết bị sản xuất than sinh học
dạng viên và dang hat, than sinh học đã có những phương pháp chuyển hóa và tận dụng rất tốt, đo đó tất yếu sẽ có một triển vọng và thị phan rong lớn.
... Bạn có biết?
Than sinh học làm từ rom ra
Than sinh học làm từ rdm rạ là loại than nhân tạo được chế tạo bằng sức ngồi, nghiên nhiing thit bé di nhu rom ra, co dai, min cua..., sau db dé
chúng lên men triệt để, tiếp tục dùng máy để tiền thành viên, sau đó phơi khô đuối nắng và gió, khi ấy sản phẩm này sẽ trở thành những bánh than bể mặt có màu đen. Đó chính là than sinh học làm từ rơm rạ.
Chế tạo than sinh học từ rơm rạ có thể tận dụng loại máy gặt tổng hợp, tiến hành làm sạch và cắt lúa ở trên ruộng, tồi tiếp tục nghiên dập ra thành hình và nén thành dạng viên, sau đó có thể dùng để chế tạo than sinh học từ
PHẦN 4. KỸ THUẬT KHÍ HÓA THAN
Than đốt, dù là tiến hành xử lý như thế nào đi nữa, tiến hành làm
sạch trước khi đốt, hay xử lý làm sạch trong khi đốt hoặc sau khi đốt thì ít
hay nhiều cũng sẽ thải ra những khí độc hại và chất ô nhiễm, từ đó dẫn đến ô nhiễm môi trưởng.
Muốn than đá trở thành một thứ nắng lượng sạch, thì biện pháp hữu hiệu nhất chính là tiến hành khí hóa than, để thứ nhiên liệu “đá màu đen”
ấy trở thành thứ khí than có thể đốt. Kỹ thuật khí hóa than trải qua hơn 100 năm phát triển, từ lò khí hóa than đơn (một đoạn) thời ban đầu cho đến lò khí hóa than đôi (hai đoạn) thời bây giờ, kỹ thuật khí hóa than đã phát triển chín muổi và đã trở thành một kỹ thuật công nghệ có đến hàng trăm kiểu loại.
1. Lò sản suất khí than
Một ngày nắm 1856, Siemens nhận được bằng sáng chế buồng giữ nhiệt, buồng giữ nhiệt này là một loại lò sử dụng than bánh để sản xuất khí than.
Nhưng ông chưa hài lòng với bằng sáng chế buồng giữ nhiệt này, ông tiếp tục cố
| gắng, đến năm 1864, ông đùng buồng
| giữ nhiệt vào lò bức xạ luyện thép, gọi
| là lò luyện thép Siemens, hay còn gọi là lò đáy bằng.
Phát minh của Siemens đối với
lò luyện thép có một ý nghĩa vô cùng
to lớn, trên nền táng của lò luyện thép Hình 3.8. Martin - người phát minh ra lé Siemens Martin.
Siemens, đã xuất hiện phương pháp
Cũng trong năm 1964, một người Pháp tên là Martin đã tận dùng
| | |
|
| |
luyén thép 16 day bang.
ngọn lửa luyện thép trong buồng giữ nhiệt, ông cho thép phế thải, gang vào
136
—_ ằ È —_______—.-
NĂNG LƯỢNG MỚI trong buồng giữ nhiệt và luyện thành thép lỏng thành công, từ đó phát triển thành phương pháp luyện thép lò bằng. Chính vì vậy, cách luyện thép này còn được gọi là phương pháp luyện thép lò đáy bang. Ở một số nước châu Âu còn gọi lò luyện thép Siemens là lò Siemens Martin, hay lò Martin.
Phương pháp luyện thép lò đáy bằng có thể tận dụng thép phế thải với số lượng lớn, đồng thời yêu cầu đối với thành phần nước thép không nghiêm ngặt như lò quay, có thể sử dụng gang thông thường để luyện thép;
ngoài ra, lò đáy bằng có thể
luyện nhiều loại thép khác
nhau, chất lượng tương đối _ Hình 3.9. Lò luyện thép đáy bằng đầu tiên
tốt. Do đó, sau khi phương của Trung Quấc.
pháp luyện thép lò đáy bằng
ra đời đã được sử dụng rộng rãi ở nhiều nước, trở thành phương pháp luyện thép chủ yếu trên thế giới.
Năm 1890, Cục chế tạo Giang Nam Trung Quốc đã chế tạo ra một lò luyện thép đầu tiên của nước này. Sau khi nước Cộng hòa nhân dân Trung Hoa được thành lập, Trung Quốc đã tiến hành sửa chữa, cải tạo lò đáy bằng trước đây đồng thời chế tạo lò đáy bằng mới cỡ lớn và cỡ vừa.
2. Những diéu tuyệt diệu của khí hóa than
Khí hóa than là một quá trình bỏ than vào một thiết bị đặc biệt, để những chất hữu cơ trong than và không khí hoặc oxy của chất khí hóa xảy ra hàng loạt những phản ứng hóa học trong một điều kiện nhiệt độ và áp suất nhất định, từ đó chuyển hóa than từ dạng rắn sang dạng khi đốt và những khí có thể đốt khác như carbonic, khí nitơ...
Khí hóa than cần phải có đủ ba điều kiện sau: Đó là lò khí hóa, chất khí hóa và cung cấp nhiệt lượng, không thể thiếu bất cứ điểu kiện nào
137
trong ba điểu kiện này. Quá trình khí hóa than tức là một quá trình kỹ thuật tiến bành gia công nhiệt hóa đối với than đá, nguyên liệu của nó là
than hoặc than cốc, chất khí hóa chủ yếu là oxy, không khí, khí hơi nước,
sau đó trong điểu kiện nhiệt độ cao, áp suất cao thông qua phản ứng hóa học để chuyển hóa một bộ phận có thể đốt cháy của than hoặc than cốc thành loại khí có tính đốt cháy.
Khí có thể đốt có được khi tiến hành khí hóa than gọi là khí
than, khí than làm nguyên liệu sử dụng trong công nghiệp hóa chất
thường được gọi là khí tổng hợp. Khí than
Khí tổng hợp ngoài nguyên liệu ——
là than đá, còn có thể sử dụng những nguyên liệu khác như
khí thiên nhiên, chất hợp thành
dau nặng... Thiết bị dùng để tiến _ Hơi nước không Tro hành khí hóa than gọi là lò đốt hoặc khíoxy
khí than hoặc lò khí hóa.
Than
Lò đốt khí than là quá Hình 3.10. Nguyên lý của quá trình
trình cho than nhiên liệu ở thể khi hóa than.
rắn hoặc than cốc vào, trải qua
quá trình gia công bằng nhiệt khí, tức là dùng oxy hoặc hợp chất oxyde thông qua than nhiên liệu dạng rắn hoặc than cốc nhiệt độ cao, trong đó những khí có tác dụng oxy hóa như không khí, khí hơi nước... được gọi là chất khí hóa, còn lại khí hỗn hợp có chứa oxy, carbonic và khí metan được gọi là khí than,
Khí than có thể chia làm ba loại, chất khí hóa chủ yếu là không khí
thì gọi là khí than không khi, chất khí hóa chủ yếu là khí hơi nước thì gọi
là khí than nước, chất khí hóa vừa là không khí vừa là hơi nước thì gọi là khí than hỗn hợp.
Khí hóa than bao gồm hàng loạt biến đối vật lý, hóa học, chia làm
bốn giai đoạn hong khô, nhiệt phân, khí hóa và đốt. Hong khô thuộc biến
138
—°PỲỄƑ=—=ễ-—
NĂNG LƯỢNG MỚI đổi vật lý, cùng với sự gia tăng của nhiệt độ, thành phần nước ở trong than sẽ chịu nhiệt và bốc hơi. Những giai đoạn khác thuộc biến đổi hóa học, đốt cũng có thể cơi là một phần của khí hóa.
Than sau khi hong khô trong lò khí hóa, cùng với sự gia tăng thêm nữa của nhiệt độ, thành phần than sẽ xảy ra phản ứng nhiệt phân giải, sinh ra một lượng lớn chất bốc hơi, bao gồm khí than chưng khô, đầu hắc (hắc ín) và nước nhiệt phân...: đồng thời, than bán cốc hình thành sau khi nhiệt phân than sẽ xảy ra phân ứng hóa học với chất khí hóa trong lò khí hóa ở điểu kiện nhiệt độ cao hơn nữa, sinh ra carbon oxyde, khí hydro, metan và sản phẩm dạng khí mà thành phần chủ yếu là carbonic, khí nitơ, hydro sulfur, nước..., tức là khí thô.
3. Công nghệ khí hóa than
Các thiết bị khí hóa than không giống nhau nhưng nguyên lý khí hóa than đều như nhau, déu la hàng loạt các thay đổi vật lý, thay đổi hóa học của than trong lò luyện khí than, bao gồm các công đoạn hong khô, nhiệt phân, khí hóa và đốt. Thế nhưng, phương pháp và kỹ thuật, công nghệ khí hóa than thì lại rất nhiều loại.
Dựa vào đặc trưng công trình hóa học của thiết bị sản xuất, thì công nghệ khí hóa than có những loại như sau:
Một là phương pháp khí hóa tầng cố định (ủxed bed), cũng được gọi là phương pháp khí hóa di động, nguyên liệu thường là than bánh hoặc than cốc, nguyên liệu sẽ được đưa vào từ đỉnh của lò khí hóa than, còn chất khí hóa được đưa vào từ đáy lò. Áp suất tăng lên của luồng khí lưu động làm
cho cdc hạt rắn nằm ở trạng thỏi tương đối no cae ỉ trạng thai HONE CO! inh 3.11. Lo khi hộa than.
cố định, độ cao của tầng giá về cơ bản cũng
139
không thay đối, vì thế được gọi là phương pháp khí hóa tầng cố định. Kỹ
thuật khí hóa tầng cố định đơn giản, đáng tin cậy, quá tình khí hóa toàn
vẹn, làm cho nhiệt lượng được tận dụng hợp lý, do đó mà có hiệu quả nhiệt
tương đối cao.
Thứ hai là phương pháp khí hóa lớp long tầng sôi (fluid-bed), còn gọi là phương pháp khí hóa tầng sôi, nguyên liệu khí hóa là than dạng hạt
nhỏ, dưới tác dụng từ dưới lên trên của chất khí hóa, những hạt than nhỏ
này duy trì một trạng thái chuyển động trôi nổi và sôi liên tục không nghỉ
và không có trật tự, đồng thời nhanh chóng tiến hành hòa trộn vào nhau.
và trao đổi nhiệt. Phương pháp khí hóa tầng sôi có thể trực tiếp dùng than vụn hạt nhỏ làm nguyên liệu, cũng có thể dùng than chất lượng xấu nhiều tro bụi làm nguyên liệu, phương pháp khí hóa tầng sôi được phổ biến và phát triển rất nhanh chóng,
Thứ ba là phương pháp khí hóa dòng cuốn, nguyên liệu gồm hai loại,
là than lỏng và bột than khô, than lỏng được làm từ bột than, sau đó được bơm vào lò khí hóa; còn than bột khô sẽ được bỏ vào lò khí hóa cùng với chất khi hóa, tiến hành khí hóa trong điều kiện nhiệt độ cao, cặn bã còn lại sẽ được thải ra ngoài bằng dang xỉ. Trong lè khi hóa, những hạt than mịn sẽ được đưa vào lò phản ứng bảng vời đặc biệt, sau đó sẽ bốc cháy rất nhanh, trực tiếp sinh ra ngọn lửa phản ứng, còn phán ứng khí hóa nhiệt phân, đốt và hút nhiệt thì hầu như đều xảy ra cùng một lúc. Đặc điểm của phương pháp khí hóa dòng cuốn là nhiệt độ phản ứng của lò khí hóa cao, bán kính của những hạt nguyên liệu nhỏ, thời gian đừng lại trong lò khí hóa ngắn. Phương pháp này thường được tiến hành trong điều kiện áp suất cao và oxy tỉnh khiết.
Khí hóa than là một bộ phận cấu thành quan trọng của kỹ thuật than sạch, kỹ thuật này chuyển hóa than giá rẻ thành khí than sạch, vừa có thể đùng trong sản xuất các sản phẩm công nghiệp hóa chất, cũng có thể dùng ở những trạm phát điện trực tiếp hoặc gián tiếp bằng nguyên liệu than, hay những lĩnh vực sản xuất đa ngành mà nền tảng là than khí hóa.
140