Xem mẫu
- §iÒu khiÓn vµ khèng chÕ lß t¹o khÝ
ebook@free4vn.org
--------------------------------------------------------------------------------------------
Ch¬ng I : t×m hiÓu qu¸ tr×nh c«ng nghÖ lß t¹o khÝ
I_1: S¬ lîc vÒ c«ng nghÖ s¶n xuÊt ph©n ®¹m .
Qu¸ tr×nh s¶n xuÊt ph©n ®¹m t¹i nhµ m¸y ph©n ®¹m vµ ho¸ chÊt Hµ B¾c ®îc
vÏ trªn h×nh I_1 . Tr¶i qua rÊt nhiÒu c«ng ®o¹n phøc t¹p , nhng cã thÓ chia ra
thµnh c¸c kh©u chÝnh sau :
Than , kh«ng khÝ vµ h¬i níc ®îc ®a vµo t¹o khÝ . T¹i lß t¹o khÝ cã c¸c ph¶n
øng hãa häc phøc t¹p ®Ó t¹o ra khÝ than . KhÝ than khi ra khái lß t¹o khÝ cã thµnh
phÇn gåm nhiÒu lo¹i khÝ kh¸c nhau nh : CO,CO2,N2,NH4,H2S … (thµnhphÇn cña
khÝ than phô thuéc chñ yÕu vµo nhiªn liÖu s¶n xuÊt khÝ than) . KhÝ than sau khi sinh
ra ë lß t¹o khÝ ®îc ®a vµo c¸c kh©u tinh chÕ ®Ó t¸ch ra c¸c s¶n phÈm nh :
N2,H2,CO,CO2 …Sau ®ã N2 vµ H2 ®îc ®a vµo kh©u hîp thµnh ®Ó s¶n xuÊt
amoniac(NH3) ,cßn CO,CO2 ®îc ®a vµo kh©u s¶n xuÊt CO . Cuèi cïng NH3 vµ
CO sinh ra ®îc ®a vµo kh©u s¶n xuÊt ®¹m ®Ó t¹o ra ®¹m lµ NH2-CO-NH2 .
Tõ qu¸ tr×nh tæng thÓ ®Ó s¶n xuÊt ph©n ®¹m ta thÊy lµ t¹o khÝ lµ mét kh©u rÊt
quan träng trong c¶ d©y chuyÒn s¶n xuÊt ph©n ®¹m . KhÝ than sinh ra ë lß t¹o khÝ lµ
nguyªn liÖu ®a vµo c¸c kh©u tiÕp theo do ®ã thµnh phÇn khÝ than t¹o ra ë lß t¹o khÝ
sÏ quyÕt ®Þnh chÊt lîng s¶n phÈm vµ hiÖu xuÊt s¶n xuÊt cña c¶ qu¸ tr×nh s¶n xuÊt
ph©n ®¹m cña nhµ m¸y .
I_2: Qu¸ tr×nh khÝ ho¸ than vµ nh÷ng ¶nh hëng cña nhiªn liÖu tíi qu¸
tr×nh khÝ ho¸ .
1. qu¸ tr×nh khÝ ho¸ than .
qu¸ tr×nh khÝ ho¸ than ®îc tiÕn hµnh trong lß khÝ ho¸ than (gäi lµ lß t¹o khÝ) .
Lß nµy lµ lß ®øng do Trung Quèc l¾p ®Æt tõ nh÷ng n¨m 70 , bao gåm c¸c bé phËn
sau :
1 : Bé phËn n¹p than
2 : Chu«ng ch¾n
3 : Z«n sÊy
4 : Z«n chng kh«
------------------------------------------------------------------------------------------- 3
T.g: Phan ViÖt Cêng
- §iÒu khiÓn vµ khèng chÕ lß t¹o khÝ
ebook@free4vn.org
--------------------------------------------------------------------------------------------
5 : Z«n khö
6 : Z«n «xy hãa
7 : Khu vùc xØ
8 : Mòi giã
I : §êng giã vµo
II : §êng khÝ ra
III : §êng nhiªn liÖu
PhÝa trªn lß lµ bé phËn n¹p than vµo , phÝa díi cã c¸c bé phËn chøa níc ®Ó
th¶i tro xØ vµ thùc hiÖn sù khÝ ho¸ than . T¸c nh©n khÝ ho¸ nh kh«ng khÝ vµ h¬i
níc qu¸ nhiÖt cã thÓ ®i qua mòi giã ë phÝa díi , cßn nhiªn liÖu d¹ng khÝ t¹o thµnh
lóc ®ã sÏ theo ®êng èng phÝa trªn ®i ra ngoµi . Theo chiÒu tõ trªn xuèng : nhiªn
liÖu r¾n (ë ®©y lµ than Antraxit Hßn Gai) lÇn lît ®îc sÊy kh« , khö , oxy ho¸ vµ
cuèi cïng t¹o thµnh xØ than . Vµ do ®ã còng theo chiÒu cao ngêi ta ph©n lß khÝ ho¸
than thµnh c¸c z«n : sÊy , chng kh« , khö , oxy ho¸ vµ xØ . Ta cã thÓ gép z«n sÊy
vµ z«n chng kh« gäi lµ z«n chuÈn bÞ , cßn z«n khö vµ z«n oxy ho¸ gäi lµ z«n khÝ
ho¸ . Sù ph©n bè c¸c z«n ®îc m« t¶ b»ng h×nh vÏ I_2 .
2. Nguyªn lý cña qu¸ tr×nh khÝ ho¸ than .
Dßng khÝ tõ díi lªn qua z«n chuÈn bÞ lµm cho nhiªn liÖu ®îc ®èt nãng lªn
vµ h¬i níc trong ®ã ®îc t¸ch ra . Khi ®èt nãng kho¶ng 250 ¸ 350oC nhiªn liÖu
®îc chng kh« , t¹i ®©y c¸c s¶n phÈm d¹ng khÝ vµ h¬i níc t¹o thµnh oxit cacbon
(CO) , hi®ro(H2) , cacbua hi®ro nÆng (chñ yÕu lµ ªtylen) , hi®rosunfua (H2S) ,
amoniac(NH3) , nhùa than . Nhiªn liÖu cµng nhiÒu chÊt bèc th× s¶n phÈm chng kh«
cµng nhiÒu . Thµnh phÇn cña s¶n phÈm chng kh« phô thuéc vµo lo¹i nhiªn liÖu vµ
dao ®éng trong kho¶ng réng . S¶n phÈm chng kh« cµng nhiÒu th× chÊt liÖu khÝ
than cµng t¨ng .
Sau khi t¸ch chÊt bèc hoµn toµn , nhiªn liÖu ë d¹ng cèc . Than cèc nµy ®îc
nung ®á ®i vµo z«n khÝ ho¸ . T¹i z«n nµy , ph¶n øng ho¸ häc phøc t¹p x¶y ra gi÷a
cèc nung ®á vµ c¸c t¸c nh©n khÝ ho¸ nh kh«ng khÝ vµ níc . VÝ dô nÕu cho t¸c
nh©n khÝ ho¸ than theo ®êng tõ díi lªn trªn th× kh«ng khÝ sÏ t¸c dông víi than
cèc t¹o thµnh khÝ cacbonic (CO2) , ®ång thêi h¬i níc còng t¸c dông víi cacbon ®Ó
t¹o thµnh cacbonic vµ hi®ro .
Nh÷ng khÝ CO vµ H2 t¹o nªn l¹i tiÕp tôc ch¸y ®Ó t¹o ra khÝa CO2 vµ H2O v×
m«i trêng khÝ tån t¹i ë d¹ng oxy ho¸ . Cµng lªn phÝa trªn lîng khÝ oxy cµng
------------------------------------------------------------------------------------------- 4
T.g: Phan ViÖt Cêng
- §iÒu khiÓn vµ khèng chÕ lß t¹o khÝ
ebook@free4vn.org
--------------------------------------------------------------------------------------------
gi¶m, m«i trêng cña dßng khÝ kh«ng cßn oxy . ChÝnh v× thÕ theo chiÒu cao hµm
lîng CO vµ H2O t¸c dông víi cacbon nung ®á t¹o ra CO vµ H2 . Nh vËy ë z«n
khö hµm lîng CO vµ H2 kh¸ cao . C¸c ph¶n øng oxy ho¸ ®Òu to¶ nhiÖt , nhiÖt nµy
sÏ cung cÊp cho ph¶n øng khö vµ ®èt nãng cèc .
Nhiªn liÖu cµng Èm cµng chøa nhiÒu chÊt bèc th× thêi gian nhiªn liÖu lu l¹i ë
z«n khÝ ho¸ cµng l©u . NghÜa lµ tèc ®é ph¶n øng trong z«n khö phô thuéc rÊt nhiÒu
vµo møc ®é chuÈn bÞ nhiªn liÖu . ë ®©y cÇn ph¶i duy tr× nhiÖt ®é ë z«n khÝ ho¸
kho¶ng 1000oC v× ë nhiÖt ®é nµy hÇu hÕt khÝ CO2 ®Òu bÞ khö thµnh oxitcacbon
(CO) . NhiÖt ®é cµng cao ph¶n øng khö tiÕn hµnh cµng thuËn lîi . Nh vËy khÝ than
nhËn ®îc lµ do s¶n phÈm c¸c ph¶n øng x¶y ra ë z«n khÝ ho¸ vµ c¸c khÝ nhËn ®îc
tõ z«n chng kh« . Thµnh phÇn cña khÝ than khi ra khái z«n khÝ ho¸ còng cã sù
thay ®æi . Mét sè khÝ CO vµ H2 cã tham ,/gia ph¶n øng t¹o ra c¸c s¶n phÈm ë d¹ng
láng vµ CH4 .
Trong c¸c ph¶n øng cã ph¶n øng thu nhiÖt vµ ph¶n øng to¶ nhiÖt , song nÕu
yªu cÇu s¶n xuÊt NH3 th× khÝ t¹o ra ph¶i cã yªu cÇu vÒ tû lÖ nh sau :
( CO + H2 ) : N2 = 3 : 1
Do vËy ph¶n øng oxy ho¸ (to¶ nhiÖt) vµ ph¶n øng khö (thu nhÖt) lµ kh«ng c©n
®èi . §Ó ®¸p øng nhu cÇu trªn ngêi ta sö dông hai gi¶i ph¸p sau ®©y :
- Dïng kh«ng khÝ giµu oxy vµ h¬i níc ®i vµo lß khÝ ho¸ than . Lîng oxy
giµu sao cho nhiÖt to¶ ra b»ng nhiÖt thu vµo cña ph¶n øng :
H2O + C .
- Dïng ph¬ng ph¸p chÕ khÝ gi¸n ®o¹n theo chu khú 5 bíc (hiÖn nay nhµ
m¸y ph©n ®¹m vµ ho¸ chÊt Hµ B¾c ®ang sö dông ph¬ng ph¸p nµy) .
Trong ®ã gi÷a c¸c giai ®o¹n chÕ khÝ than Èm cã giai ®o¹n thæi giã lµm
t¨ng nhiÖt ®é cho tÇng nhiªn liÖu .
3. Nh÷ng ¶nh hëng cña nhiªn liÖu tíi qu¸ tr×nh khÝ ho¸ .
3.1 §é Èm cña nhiªn liÖu .
NÕu ®é Èm cña nhiªn liÖu cao th× ch¼ng nh÷ng tiªu tèn nhiÖt vµo qu¸ tr×nh bèc
h¬i Èm vµ ®èt nãng h¬i Èm ®Õn nhiÖt ®é khÝ lµm gi¶m chÊt lîng khÝ than . §iÒu ®ã
dÉn ®Õn ph¶i tæ chøc líp nhiªn liÖu cã chiÒu cao thÝch hîp hoÆc thay ®æi chÕ ®é khÝ
ho¸ .
3.2 ¶nh hëng cña nhùa than .
------------------------------------------------------------------------------------------- 5
T.g: Phan ViÖt Cêng
- §iÒu khiÓn vµ khèng chÕ lß t¹o khÝ
ebook@free4vn.org
--------------------------------------------------------------------------------------------
Nhùa than tån t¹i ë d¹ng láng hoÆc h¬i vµ cã ¶nh hëng ®Õn chÊt lîng khÝ
than ë nh÷ng møc ®é kh¸c nhau . V× nhiÖt sinh ra cña nhùa than kh¸ cao (tíi
31400KJ/KG) , v× vËy nÕu nã n»m ë d¹ng h¬i th× chÊt lîng khÝ than t¨ng lªn nhiÒu
.NÕu cã mét ®iÒu kiÖn nµo ®ã (®é Èm hoÆc chiÒu cao líp than kh«ng ®îc tæ chøc
hîp lý) th× than t¸ch ra ë d¹ng láng . Trong trêng hîp nµy chÊt lîng gi¶m xuèng
vµ qu¸ tr×nh khÝ ho¸ than gÆp nhiÒu khã kh¨n v× do nhùa than t¸ch ra trong lß lµ kÕt
dÝnh c¸c líp nhiªn liÖu . NÕu nhùa than t¸ch ra ë ®êng èng dÉn sÏ g©y ¸ch t¾c t¹i
®ã . §Æc biÖt víi van ba ng¶ nÕu bÞ kÑt , t¾c th× rÊt nguy hiÓm . ChÝnh v× vËy ph¶i cã
thiÕt bÞ t¸ch nhùa than ra khái khÝ than .
3.3 ¶nh hëng cña tro xØ .
ë vïng díi lß tro xØ cã thÓ nãng ®á v× nhiÖt ®é mµ nã tiÕp xóc kh¸ cao . NÕu
nhiÖt ®é nãng ch¶y cña xØ than thÊp th× nã sÏ kÕt dÝnh thµnh m¶ng lín lµm c¶n trë
qu¸ tr×nh khÝ ho¸ vµ lß bÞ bÞt kÝn mét phÇn hay hÇu hÕt . Lóc ®ã giã sÏ tËp trung ®i
vµo nh÷ng vïng cha bÞ kÕt dÝnh xØ . §iÒu nµy dÉn ®Õn t¸c nh©n hãa vît qu¸ n¨ng
lîng b×nh thêng ë vïng nµy dÉn ®Õn hµm lîng CO2 vµ N2 cña khÝ than t¨ng lªn .
NÕu qu¸ tr×nh tiÕp diÔn l©u th× nhiÖt ®é t¹i vïng ®ã sÏ t¨ng do kÕt qu¶ cña ph¶n øng
to¶ nhiÖt , lµm cho nhiÖt ®é xØ tiÕp tôc t¨ng dÉn ®Õn tª liÖt qu¸ tr×nh khÝ ho¸ than vµ
kÐo theo lµm gi¶m nghiªm träng chÊt lîng khÝ than . Ngoµi ra ®Ó ph¸ xØ ph¶i tèn
nhiÒu n¨ng lîng cho ghi quay ph¸ xØ . §Ó h¹n chÕ hiÖn tîng kÕt t¶ng ta ph¶i tèi
u ho¸ vïng khÝ ho¸ than , ®iÒu chØnh nhiÖt ®é vµ mùc níc vá kÐt thÝch hîp chèng
l¹i sù kÕt dÝnh khi cÇn thiÕt.
3.4 ¶nh hëng cña s¶n phÈm chng kh« .
Tïy tõng lo¹i nhiªn liÖu mµ s¶n lîng , s¶n phÈm chng kh« thu ®îc ë møc
®é kh¸c nhau . NÕu s¶n phÈm chng kh« cµng cao chÊt lîngkhÝ than cµng t¨ng .
3.5 ¶nh hëng cña kÝch thíc vµ h¹t cèc .
KÝch thíc h¹t than vµ h¹t cèc ®ãng vai trß ®¸ng kÓ trong qu¸ tr×nh khÝ ho¸
than , nÕu kÝch thíc h¹t nhá th× tæng diÖn tÝch tiÕp xóc bÒ mÆt cña chóng víi t¸c
nh©n khÝ ho¸ t¨ng lªn , tèc ®é ph¶n øng t¨ng . Tuy nhiªn nÕu kÝch thíc h¹t qu¸
nhá hoÆc ®é bÒn c¬ häc kÐm dÉn ®Õn vì vôn th× søc c¶n thuû lùc t¨ng , dÔ g©y bÝ
t¾c lß c¶n trë qu¸ tr×nh khÝ ho¸ . Bëi vËy ta ph¶i chän than , tuyÓn chän kÝch thíc
hîp lý .
------------------------------------------------------------------------------------------- 6
T.g: Phan ViÖt Cêng
- §iÒu khiÓn vµ khèng chÕ lß t¹o khÝ
ebook@free4vn.org
--------------------------------------------------------------------------------------------
I_3: C«ng nghÖ s¶n xuÊt khÝ than t¹i lß t¹o khÝ cña c«ng ty ph©n ®¹m vµ ho¸
chÊt Hµ B¾c .
1. HÖ thèng thiÕt bÞ .
HÖ thèng thiÕt bÞ chÝnh cña qu¸ tr×nh chÕ t¹o khÝ than cña lß t¹o khÝ ®îc x©y
dùng nh h×nh I_3 . Víi mét c«ng ®o¹n bao gåm :
- Lß khÝ ho¸ than .
- Lß ®èt .
- Lß h¬i nhiÖt thõa .
- èng khãi .
- Mét hÖ thèng dÉn h¬i níc qu¸ nhiÖt (0,8at) .
Kh«ng khÝ cã ¸p xuÊt P = 2000mmH2O vµ hçn hîp cña chóng còng nh c¸c
èng dÉn khÝ than nèi gi÷a 5 bé phËn kÓ trªn víi nhau ®Õn tói röa phong råi ®Õn kÐt
khÝ . Qu¸ tr×nh ®iÒu khiÓn chÕ khÝ thùc hiÖn qua 5 giai ®o¹n do hÖ thèng ®iÒu khiÓn
(c¬ khÝ thuû lùc víi hÖ thèng dÇu cao ¸p) ®¶m nhiÖm . HÖ thèng ®iÒu khiÓn cã
nhiÖm vô ®iÒu khiÓn hÖ thèng cao ¸p (hoÆc níc cao ¸p) ®ãng më van c«ng nghÖ
theo ch¬ng tr×nh .
2. C«ng nghÖ chÕ khÝ than Èm .
KhÝ than Èm dïng lµm khÝ nguyªn liÖu tæng hîp amoniac (NH3) . Qu¸ tr×nh
chÕ khÝ ®ßi hái rÊt nhiÒu yªu cÇu vÒ c©n b»ng nhiÖt gi÷a ph¶n øng thu nhiÖt vµ ph¶n
øng to¶ nhiÖt (nh ®· nãi ë trªn) . ChÝnh v× vËy ®Ó ®¸p øng c¸c yªu cÇu ®ã qu¸ tr×nh
chÕ khÝ than ®îc chia thµnh 5 giai ®o¹n sau :
- Giai ®o¹n thæi giã .
- Giai ®o¹n thæi lªn chÕ khÝ lÇn 1 .
- Giai ®o¹n thæi xuèng .
- Giai ®o¹n thæi lªn lÇn 2 .
- Giai ®o¹n thæi s¹ch .
2.1 Giai ®o¹n thæi giã .
Nh ta ®· nãi ë trªn , theo yªu cÇu s¶n xuÊt amoniac NH3 th× khÝ t¹o ra ph¶i cã
tû lÖ (CO + H2) : N2 = 3 : 1 nªn tû lÖ ph¶n øng to¶ nhiÖt vµ thu nhiÖt trong qu¸ tr×nh
khÝ ho¸ kh«ng c©n b»ng . §iÒu nµy dÉn ®Õn ph¶i cã mét giai ®o¹n chÕ khÝ than kh«
nh»m t¨ng nhiÖt ®é cho tÇng nhiªn liÖu .
------------------------------------------------------------------------------------------- 7
T.g: Phan ViÖt Cêng
nguon tai.lieu . vn