Xem mẫu
- BÀI TIỂU LUẬN Khí hoá than
Trường………………..
Khoa………………
TIỂU LUẬN
KHÍ HÓA THAN
Trang1 of 67
- BÀI TIỂU LUẬN Khí hoá than
M Ụ C LỤ C
LỜI NÓI ĐẦU ............................................................................................................... 4
Lý do chọn đề tài............................................................................................................ 4
Ý nghĩa thực tiễn ............................................................................................................ 6
CHƯƠNG I .................................................................................................................... 7
TỔNG QUAN VỀ HÓA KHÍ THAN ............................................................................ 7
1.1. Lịch sử phát triển của ngành khí hóa than .............................................................. 7
1.1.1.Khí hoá than trên thế giới. .................................................................................... 7
1.1.2. Hiện trạng sử dụng công nghệ hóa khí than của một số quốc gia trên thế giới . 11
1.1.2.1. Khí hóa than ở Trung Quốc ............................................................................ 11
1.1.2.2. Khí hóa than ở Nam Phi ............................................................................... 13
1.1.2.3. Khí hóa than ở Ấn Độ ................................................................................... 13
1.1.2.4. Khí hóa than ở Mỹ ........................................................................................ 14
1.2. Hóa khí than tại Việt Nam .................................................................................... 15
1.2.1. Tình hình nhiên liệu sử dụng tại Việt Nam........................................................ 15
Tỷ lệ chi phí nhiên liệu so vơi than .............................................................................. 16
Hình 1.1: So sánh chi phí nhiên liệu ............................................................................ 16
1.2.2. Ứng dụng công nghệ hóa khí than tại Việt Nam ........................................... 17
1.3. Các vấn đề môi trường liên quan đến than và tầm quan trọng của hóa ................ 18
khí than......................................................................................................................... 18
1.3.1. Các vấn đề môi trường liên quan đến than ........................................................ 18
1.3.1.1. Ảnh hưởng của việc khai thác than ............................................................. 18
1.3.1.2. Ảnh hưởng của việc đốt than ....................................................................... 18
1.3.2. Tầm quan trọng của hóa khí than ....................................................................... 19
1.3.2.1. Về mặt lợi ích kinh tế...................................................................................... 19
1. Giảm chi phí nhiên liệu. ......................................................................................... 20
2. Giảm chi phí quạt, điện........................................................................................... 20
C3H8+ 5O2 = 3CO2 + 4H2O ......................................................................................... 21
C4H10 +2/3 O2 = 4CO2 + 5H2O .................................................................................... 21
1.3.2.2. Về mặt môi trường ........................................................................................ 21
V ktCO2 =0,01.(CO+CO2+CH4) [m3 /m3] {Công thức I.20/[7]}................................. 21
1.4. Một số quy trình khí hóa khí than được áp dụng trên thế giới hiện nay ....... 22
1.4.1. Khí hóa than ở áp suất khí quyển (ACG) ...................................................... 22
1.4.2. Quy trình Koppers Totzek .............................................................................. 23
1.4.3. Quy trình của Shell .......................................................................................... 23
1.4.4. Quy trình Texaco ............................................................................................. 24
CHƯƠNG II................................................................................................................. 24
CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH .................................................................. 24
HÓA KHÍ THAN......................................................................................................... 24
2.1. Cơ sở lý thuyết của quá trình khí hóa than ........................................................... 24
2.1.1. Quá trình khí hóa nhiên liệu (tầng cố định) .................................................. 25
Trang2 of 67
- BÀI TIỂU LUẬN Khí hoá than
2CO → CO2 + C .......................................................................................................... 27
2CO → CO2 + C .......................................................................................................... 27
2.1.2. Các loại khí than .............................................................................................. 27
2.1.2.1. Quá trình tạo khí than khô .......................................................................... 27
2.1.2.1.1. Bản chất của quá trình .............................................................................. 27
2.1.2.1.2. Thành phần của khí than khô ................................................................... 28
2.1.2.1.3. Một số đặc điểm của quá trình sản xuất khí than khô ........................... 28
2.1.2.1.4. Lĩnh vực sử dụng khí than khô ................................................................. 29
2.1.2.2. Quá trình tạo khí than ướt dùng hơi nước ................................................. 29
2.1.2.2.1. Bản chất của quá trình .............................................................................. 29
a. Phương pháp gián đoạn......................................................................................... 30
C + O2 = CO2 + 94.250 kcal/kmol ............................................................................... 30
C + H2O → H2 + CO - Q ............................................................................................. 30
b. Phương pháp liên tục............................................................................................. 30
Hình 2.2 : Sơ đồ chế tạo khí than ướt theo phương pháp liên tục ............................... 33
2.1.2.2.2. Thành phần khí than ướt từ than antraxit .............................................. 34
2.1.2.2.3. Một số đặc điểm của quá trình sản xuất khí than ướt ............................ 34
2.1.2.2.4. Lĩnh vực sử dụng khí than ướt ................................................................. 35
CO + H2O CO2 + H2 + Q ........................................................................ 35
2.1.2.3. Sản xuất khí than ướt dùng hơi nước và oxy ............................................. 36
2.1.2.3.1. Bản chất của quá trình .............................................................................. 36
2.1.2.3.2. Các phương pháp sản xuất và ứng dụng của khí than ướt ........................... 37
1. Phương pháp tháo xỉ rắn .......................................................................................... 37
2. Phương pháp tháo xỉ lỏng ..................................................................................... 38
4. Phương pháp dùng áp suất cao (p = 20 atm),tháo xỉ rắn ................................... 39
a. Ưu điểm của phương pháp .................................................................................... 39
b. Nhược điểm của phương pháp ............................................................................. 40
2.1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình khí hóa than ............................................. 41
2.1.3.1. Ảnh hưởng của áp suất.................................................................................... 41
2.1.3.3. Ảnh hưởng của nhiên liệu ............................................................................... 43
2.1.3.3.1. Độ ẩm của nhiên liệu ................................................................................... 43
2.1.3.3.2. Ảnh hưởng của nhựa than ........................................................................ 45
2.1.3.3.3. Ảnh hưởng của tro xỉ ................................................................................. 45
2.1.3.3.4. Ảnh hưởng của sản phẩm chưng khô ...................................................... 46
2.1.3.3.5. Ảnh hưởng của kích thước hạt than......................................................... 46
2.2. Các kiểu công nghệ khí hóa than ....................................................................... 47
Hình 2.7: Biến thiên nhiệt độ và thành phần khí theo chiều cao lò ............................. 49
Hình 2.8: Quá trình khí hóa thuận do bức xạ và dẫn nhiệt. ......................................... 51
c. Ảnh hưởng của quá trình bán cốc (nhiệt phân than) đối với quá trình khí hóa thuận
...................................................................................................................................... 52
2.2.1.1.3. Khí hóa liên hợp ......................................................................................... 52
2.2.1.2. Giới thiệu cấu trúc một số lò khí hóa kiểu tầng cố định............................ 53
2.2.1.3. Ưu nhược điểm của quá trình khí hóa tầng cố định .................................. 54
2.2.2. Khí hóa than kiểu tầng sôi ( đường kính cục than từ 0 - 10 mm ) ............... 55
2.2.2.1. Nguyên lý khí hóa than kiểu tầng sôi............................................................ 56
4 × g × yt × d
Wtới hạn = m/s ........................................................................................... 56
3 × C × yk
2.2.2.2. Giới thiệu cấu trúc một số lò khí hóa kiểu tầng sôi...................................... 57
Hình 2.12 : Lò lớp sôi Winkler không có vỉ phân phối khí ......................................... 58
Trang3 of 67
- BÀI TIỂU LUẬN Khí hoá than
2.2.2.3. Ưu nhược điểm của quá trình khí hóa than kiểu tầng sôi ........................... 58
a. Ưu điểm ................................................................................................................... 58
b. Nhược điểm ............................................................................................................ 59
2.2.3.1.Nguyên lý khí hóa than dòng lôi cuốn ........................................................... 60
2.2.3.2. Giới thiệu cấu trúc mốt số lò khí hóa kiểu dòng lôi cuốn ............................ 61
Hình 2.16 : Cấu tạo lò Shell - Coppers làm việc ở áp suất cao.................................... 62
2.2.3.3. Ưu nhược điểm của quá trình khí hóa dòng lôi cuốn ................................ 64
CHƯƠNG III ............................................................................................................... 64
HỆ THỐNG KHÍ HÓA THAN TẦNG CỐ ................................................................. 64
ĐỊNH KIỂU NGƯỢC CHIỀU .................................................................................... 64
3.1. Sơ đồ nguyên lý hệ thống hóa khí than ................................................................. 64
KẾT LUẬN .................................................................................................................. 67
LỜI NÓI ĐẦU
Lý do chọn đề tài
Năng lượng trong thế kỹ XXI đang là vấn đề nóng hổi trên toàn cầu.
Khi nguồn nhiên liệu dầu và khí đốt dự báo sẽ cạn kiệt trong vòng 50 đến
60 năm tới, dẫn đến giá dầu, khí ngày một tăng cao và do đó nó làm cho
nhiều ngành sản xuất phụ thuộc nhiều vào nguồn nhiên liệu này phải lao
đao đặc biệt là ở những quốc gia nhập khẩu dầu, khí.
Các nguồn năng lượng tái tạo như : năng lượng mặt trời, năng
lượng gió, địa nhiệt, năng lượng biển… trong những năm gần đây người
ta đã nghiên cứu ứng dụng khá nhiều, nhưng hiệu suất của các thiết bị
này còn rất thấp, chưa thể đáp ứng được nhu cầu sử dụng năng lượng
hiện nay.
Trong khi đó nguồn nhiên liệu hoá thạch than đá với trữ lượng còn
rất lớn và phân bố rộng khắp trên toàn cầu. Vì vậy, để giải quyết vấn đề
năng lượng hiện nay và vài trăm năm tới thì việc sử dụng than đá vẩn là
giải pháp có ưu thế nhất.
Nhưng vấn đề là nguồn nhiên liệu này nếu sử dụng theo lối truyền
thống thì nó phát thải rất lớn điều này là không thể được trong thời đại
ngày này.
Trang4 of 67
- BÀI TIỂU LUẬN Khí hoá than
Trong những năm gần đây, người ta đã ứng dụng nhiều phương
pháp đốt và chuyển nhiên liệu than thành các dạng nhiên liệu khác rất có
hiệu quả, nó giảm thiểu được nguồn khí thải gây ô nhiểm môi trường,
như chuyển than đá thành nhiên liệu lỏng, rửa than...và đặc biệt là khí
hoá than đá.
Khí hoá than đá là một phương pháp để chuyển than đá thành khí
đốt hoặc dùng làm nguyên liệu tổng hợp hóa chất. Phương pháp này đã
được ứng dụng nhiều trong những năm gần đầy.
Đặc biệt ở Việt Nam với việc phát hiện ra mỏ than dưới lòng đồng
bằng Sông Hồng với trữ lượng rất lớn gần 210 tỉ tấn sẽ là một nguồn tài
nguyên khổng lồ cho ngành năng lượng và các ngành công nghiệp
khác.Tuy nhiên điều khó khăn ở đây là mỏ than này nằm sâu dưới lòng
đất và có cấu tạo địa chất không ổn định, lớp đất đá và vách trụ rất mềm
nên không thể khai thác theo phương pháp thông thường như hầm lò và
lộ thiên. Vì vậy việc thăm dò địa chất bổ sung nghiên cứu công nghệ phục
vụ phát triển bể than đồng bằng Sông Hồng đang là những trọng tâm
hoạt động của công ty năng lượng Sông Hồng (SHE) . SHE đang chủ
động triển khai hợp tác nghiên cứu, chuyển giao công nghệ hóa khí than
ngầm (UCG) với các đối tác Trung Quốc, NhậtÚc, Mỹ.
Trang5 of 67
- BÀI TIỂU LUẬN Khí hoá than
Chính vì vậy chúng ta cần phải nghiên cứu ứng dụng và làm chủ
được công nghệ này cho việc khai thác bể than đồng bằng Sông Hồng
một cách có hiệu quả thì đây sẽ là một tiềm năng vô cùng to lớn với nước
ta. Đảm bảo chiến lược an ninh năng lượng của đất nước. Nhận thức
được vấn đề, bản thân đã quyết định đi sâu vào lĩnh vực này với mục đích
tìm hiểu rõ hơn về công nghệ hóa khí than cũng như khả năng ứng dụng
công nghệ này ở Việt Nam.
Ý nghĩa thực tiễn
Đề tài có thể chỉ rõ hiệu quả của việc sử dụng hóa khí than để
chuyển than đá thành nhiên liệu khí, nhằm sử dụng hiệu quả nguồn than
đá còn dồi dào hiện nay mà không gây ô nhiễm môi trường lớn như việc
đốt than trực tiếp cũng như lợi ích kinh tế mà nó mang lại. Qua đó giúp
chúng ta thấy được tầm quan trọng của công nghệ hóa khí than trong quá
trình phát triển của mỗi quốc gia nói chung và Việt Nam nói riêng.
Trang6 of 67
- BÀI TIỂU LUẬN Khí hoá than
CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ HÓA KHÍ THAN
1.1. Lịch sử phát triển của ngành khí hóa than
1.1.1.Khí hoá than trên thế giới.
Công nghệ hoá khí than là công nghệ sản xuất khí đốt, khi oxy hoá
khối hữu cơ trong than không hoàn toàn. Công nghệ hoá khí than đã có
một lịch sử lâu đời từng trải qua những thời kì phát triển và suy giảm. Khí
đốt từ than đã thu được lần đầu tiên vào năm 1792 ở Merdok nước Anh,
lúc đó khí đốt được xem là sản phẩm đi kèm khi sản xuất "dầu trong" từ
than. Vào những năm 50 của thế kỷ XIX, đã có các nhà máy sản xuất khí
từ than trong các thành phố lớn và vừa ở các nước châu Âu và bắc Mỹ đi
vào hoạt động để cung cấp khí đốt cho dân thành phố dùng cho các mục
đích sưởi ấm, sinh hoạt và chiếu sáng. Lúc này, chính là thời kỳ "thế kỷ
vàng" của công nghệ hoá khí than.
Đến đầu năm 1960, khai thác dầu mỏ ở cận đông và tây Xibir với
giá rẻ hơn khí sản xuất từ than, đã làm cho ngành công nghiệp hoá khí
than gần như bị loại bỏ, chỉ còn lại một ít vùng hiếm hoi như các nhà máy
hoá khí than ở Nam Phi do vùng này bị cấm mua dầu mỏ và vùng này đã
trở thành vùng công nghiệp hoá khí than đầu tiên của thế giới tồn tại cùng
dầu mỏ. Nhưng đến năm 1972, cuộc "khủng hoảng năng lượng thế giới
bùng nổ", giá dầu mỏ đột nhiên tăng vọt từ 5 -7 USD/thùng lên 24USD/
thùng.
Cuộc khủng hoảng lần này đã mang đến cho thế giới một bài học
hết sức quan trọng về tài nguyên năng lượng, đó là sự hạn chế về trữ
lượng và sự phân bố không đồng đều của nguyên liệu cacbua hydro và
khả năng cạn kiệt của chúng. Trong khi trữ lượng của các khoáng sản rắn
cháy như các loại than, đá phiến chứa dầu, cát bitum… lại phân bố khá
đồng đều, trữ lượng khá phong phú với thời gian cạn kiệt của chúng được
Trang7 of 67
- BÀI TIỂU LUẬN Khí hoá than
đánh giá là còn tới nhiều trăm năm nữa. Chính cuộc khủng hoảng đó đã
có tác dụng lớn, làm cho ý thức tiết kiệm năng lượng của loài người được
nâng cao thêm. Sau cuộc khủng hoảng đó, các nước có nhiều than, ít than
và không có dầu mỏ đã bắt đầu phát triển công nghệ chế biến than từ
những đống than cũ còn lưu lại từ trước theo công nghệ hoá khí than.
Trong thời kỳ 1970-1980, các nhà khoa học đã dự đoán là than sẽ
trở lại thời kỳ thứ hai của "thế kỷ vàng" và khả năng cạn kiệt của dầu mỏ
không còn xa nữa. Chính những dự đoán đó đã dấy lên những công trình
nghiên cứu quá trình công nghệ mới về chế biến than.
Những công trình nghiên cứu đầu tiên đã thu được sản phẩm nhiên
liệu lỏng từ than bằng các phương pháp trực tiếp và gián tiếp ở các nước
Mỹ, Đức, Anh, Nhật Bản, Liên Xô cũ …đã bắt đầu xây dựng chương
trình công nghệ chế biến than qui mô nhà nước. Đã có hàng trăm hãng có
tên tuổi trên thế giới tham gia trực tiếp vào lĩnh vực này.Tính đến năm
1980, đã có hàng chục loại thiết bị và các xưởng hướng dẫn chế biến than
theo công nghệ hoá khí, hoá lỏng và nhiệt phân đã lần lượt ra đời.
Hóa khí than được phát triển mạnh mẽ nhất vào những năm 1990
để sản xuất năng lượng bằng phương pháp sử dụng chu kỳ nhị phân gồm
khí cháy được sử dụng cho tuốc bin khí, còn lại sản phẩm đốt được sử
dụng cho tuốc bin hơi. Nhà máy điện đầu tiên có qui mô thương mại bằng
khí hoá chu kỳ trong là ở Cool water bang California Mỹ với công suất
100 MW (60 tấn than/giờ) được xây dựng từ năm 1983. Nhà máy sử dụng
máy sinh khí Texaco cấp nhiên liệu ở dạng huyền phù than. Đến năm
1993, đã có tới 18 nhà máy điện hoạt động theo phương pháp hoá khí chu
kỳ trong sử dụng nhiên liệu rắn với công suất của mỗi nhà máy từ 60-
300MW của các nước trên thế giới được đưa vào sử dụng. Tổng công
suất của thiết bị hoá khí than của thế giới đến năm 1995 đã lên tới trên
30000 MW.h và đến năm 2002 là gần 50000 MW.h, dự đoán năm 2004
sẽ lên đến trên 60000 MW.h.
Trang8 of 67
- BÀI TIỂU LUẬN Khí hoá than
Công nghệ hoá khí than của thế giới đã phát triển một cách nhanh
chóng, trong đó xu hướng chung là đi theo phương pháp hoá khí than chu
kỳ trong là phương pháp đảm bảo tính an toàn cho sinh thái,do khí than
đã được làm sạch sơ bộ, lượng các chất khí có hại như: SO2, NOx… và
các hạt bụi rắn đã giảm bớt. Ngoài ra, hoá khí than do sử dụng chu kỳ nhị
phân nên hệ số có ích của nhà máy điện tăng lên, nhờ đó mà giảm được
tiêu hao nhiệt riêng. Nhà máy điện hoá khí than chu kỳ trong với nhiên
liệu rắn lại có giới hạn chất ô nhiễm thấp hơn. Vì vậy, hiện nay, hoá khí
than chu kỳ trong được xem là hướng phát triển có triển vọng nhất trong
ngành năng lượng. Từ năm 1970 đến nay, các nước trên thế giới đã sản
xuất được 3 loại lò sinh khí để hoá khí than có công suất tính theo than là
100 tấn/giờ ở qui mô công nghiệp, đó là:
- Lò sinh khí hoá khí than theo lớp. Tổng số lò sản xuất được cho
đến nay là 930 lò, trong đó có hơn 160 lò sinh khí kiểu "Lurgi" .
- Lò sinh khí tầng sôi kiểu Vinklera. Tổng số lò đã được sản xuất
là 40lò.
- Lò sinh khí than cám kiểu Kopperxa-Totxeka. Tổng số lò đã
được đưa vào sử dụng là 50 lò .
Đức là nước đã có công lớn trong nghiên cứu phát triển công nghệ
chế biến than, trong đó có công nghệ hoá khí than. Nghiên cứu và phân
tích các công trình công nghệ hoá khí than cho thấy, lò sinh khí có triển
vọng nhất là loại lò sinh khí đã thực hiện được các nguyên lý công nghệ
sau:
- Sử dụng lò phản ứng nhiệt tự động một tầng.
- Sử dụng nhiên liệu có độ hạt bé, thường là từ 100 micron trở
xuống.
- Sử dụng áp suất cao, thường là 3 MPa. Kinh nghiệm cho thấy,
nếu tăng áp suất lên cao hơn sẽ không đạt hiệu quả, đồng thời sẽ dẫn đến
làm cho cấu tạo lò thêm phức tạp và giảm độ tin cậy.
Trang9 of 67
- BÀI TIỂU LUẬN Khí hoá than
Nhiệt độ hoá khí trong khoảng 1500 ÷22000C là thích hợp nhất,
với nhiệt độ đó sẽ đảm bảo được độ bền vật liệu chế tạo và đủ để xỉ lỏng
tách ra
Lò sinh khí để hoá khí bằng than cám là loại lò có công suất dự trữ
lớn, ít kồng kềnh và đơn giản trong chế tạo. Nhưng loại lò này có nhược
điểm là hệ số tác dụng có ích của hoá khí thấp, thường là chỉ đạt được
trong khoảng 70-72%, trong khi các lò khác đạt tới 80%. Để khắc phục
nhược điểm này, đã có nhiều cơ quan nghiên cứu của nhiều nước tiến
hành theo các hướng khác nhau, trong đó có Đức đã nghiên cứu hạ nhiệt
độ đưa vào thiết bị xuống 1000 ÷11000 C, Pháp cũng đã nghiên cứu hạn
chế nhiệt độ làm mềm xỉ hoá ... nhưng đều không nâng được hệ số tác
dụng có ích của hoá khí than.
Trong thời kỳ 1990-1992, Viện Katekhii về than của Nga đã
nghiên cứu lò sinh khí kiểu mới đạt được hệ số tác dụng có ích của hoá
khí than lên tới 77 ÷ 80 %, nhưng vẫn đảm bảo được năng suất của thiết
bị không bị giảm xuống, đó là lò sinh khí "Katek". Lò sinh khí "Katek" đã
loại bỏ được giải pháp cổ truyền là bảo vệ thành lò không bị xỉ bám. Lò
phản ứng được thực hiện ở dạng ngăn, mỗi ngăn có vỏ bọc sinh hàn và
nước đi vào thiết bị theo phương tiếp tuyến để bảo vệ thành lò. Hạt xỉ
nóng chảy khi rơi vào lớp ranh giới cạnh thành lò phản ứng sẽ được làm
nguội ở nhiệt độ dưới nhiệt độ làm mềm và rắn, lại không bám được vào
thành lò. Giải pháp công nghệ của lò "Katek" đã cho phép chuyển pha "xỉ
lỏng sang xỉ rắn" làm cho phần khoáng của than không bám được vào
thành lò phản ứng. Nhờ giải pháp này mà chi phí Oxy đã giảm xuống từ
16 – 25 % và đã tăng hệ số tác dụng có ích của hoá khí than lên đến 77 ÷
80 %. Chi phí nước của lò là 20 ÷ 100 kg/tấn than phụ thuộc vào công
suất lò sinh khí.
Trang10 of 67
- BÀI TIỂU LUẬN Khí hoá than
1.1.2. Hiện trạng sử dụng công nghệ hóa khí than của một số
quốc gia trên thế giới
1.1.2.1. Khí hóa than ở Trung Quốc
Trung 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 phát triển nguồn năng lượng sạch hơn khác thì
Trung Quốc vẫn sẽ là nước ngày càng tăng mức tiêu thụ than, đặc biệt
vào các lĩnh vực sản xuất hóa chất và điện năng. Vấn đề mà Trung 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 NH3 lỏng sản
xuất tại Trung Quốc vào khoảng 21,289 triệu tấn. Trước đó, trong những
năm 1970 - 1980, Trung Quốc đã xây dựng 16 nhà máy sản xuất NH3,
mỗi nhà máy có công suất 1000 tấn NH3/ ngày.
Trong số các nhà máy đó có 4 nhà máy đi từ than do Công ty
Lurgi thiết kế với công suất 900 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... đa số các nhà máy này vẫn sử dụng các lò khí hóa kiểu cũ
(LURGI) với kích cỡ φ2745, φ3000 vàφ3600 để khí hóa than. Trong
số các nhà máy này có một số nhà máy đang sử dụng lò khí hóa than theo
công nghệ TEXACO, như là các nhà máy ở Lỗ Nam, Ngô Kinh...
Trong vài năm gần đây, Công ty Shell Global Solution và Sinopec
của Trung Quốc đã tiến hành một số dự án liên doanh 50 - 50, sử dụng
công nghệ khí hóa than theo công nghệ 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.
Trang11 of 67
- BÀI TIỂU LUẬN Khí hoá than
Nhà máy sẽ sử dụng nguyên liệu than thay thế cho Naphtha để sản
xuất khí tổng hợp phục vụ ngành sản xuất 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 than tương 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 bản quyền công nghệ khí hóa than cho một số
nhà máy khác nữa ở Trung Quốc, như nhà máy ở Yingcheng công 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 đang được 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 sau khi chuyển sử dụng nguồn nguyên liệu đắt tiền naphtha
sang nguyên liệu than khai thác tại các địa phương. Công nghệ tiên tiến
hiện nay cũng giúp Trung Quốc giảm phụ thuộc vào nhập khẩu các loại
than đắt tiền.
Trung Quốc hiện rất đang quan tâm tới Công nghệ CCGI - sản
xuất điện - đạm của SHELL. Các nhà máy điện dự kiến đưa vào vận hành
năm 2007 - 2008 ở Trung Quốc sử dụng công nghệ của SHELL gồm có:
- Nhà máy CCGI Yantai công suất 3000 tấn than/ ngày tại Yantai.
- Nhà máy sử dụng than cốc và than cám dự kiến sản xuất điện, sẽ
hoạt động vào năm 2008.
Đài Loan cũng dự định cho vận hành nhà máy điện trên cơ sở khí
hóa than theo Công nghệ SHELL đặt tại Changbin, sử dụng 2000 tấn
than/ ngày, cho công suất 250 MW 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
φ2.000 sử dụng than cục khí hóa, sản xuất NH3, NH4 NO3 và khoảng 40
Trang12 of 67
- BÀI TIỂU LUẬN Khí hoá than
nhà máy cỡ trung bình, sử dụng loại lò φ 3000 ÷ 6000 với tổng công
suất 100.000 tấn NH3/ ngày).
Trung Quốc hiện đã hiện đại hóa (tự động hóa) công nghệ sản xuất
NH3 từ khâu khí hóa than đến tổng hợp NH3, điển hình là các nhà máy ở
Ngô Kinh, An Hóa ... 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 và mặt khác trong điều
hành phải tuân thủ nghiêm ngặt quy trình thao tác.
1.1.2.2. Khí hóa than ở Nam Phi
Nam Phi có những trữ lượng than lớn, từ loại than antraxit chất
lượng rất cao đến loại than bitum chất lượng thấp (hàm lượng tro cao).
Than bitum này được sử dụng như nguồn cung cấp nhiệt năng cho các
nhà máy nhiệt điện và cung cấp cacbon cho các nhà máy hóa chất. Sản
lượng amoniac hiện nay của Nam Phi đạt 627000 tấn/năm, chủ yếu dựa
trên công nghệ khí hóa than.
1.1.2.3. Khí hóa than ở Ấn Độ
Khả 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 đã dịch chuyển từ nguyên liệu rắn (than) và khí
lò cốc trong thập niên 1960 sang nguyên liệu 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 sử
dụng khí thiên nhiên hoặc naphtha, còn các cơ sở phân bón sử dụng
nguyên liệu than dần dần bị đóng cửa. Nhưng có những thời gian nguồn
cung khí thiên nhiên rất eo hẹp do bị cạnh tranh bởi nhu cầu từ các nhà
máy phát điện. Lượng khí thiên nhiên cần cho một nhà máy sản xuất urê
công suất 2200 tấn /ngày tương đương lượng khí cần cho một nhà máy
nhiệt điện 250 MW. Ấn Độ đã cố gắng giải quyết vấn đề nguyên liệu
bằng nhiều cách khác nhau, từ nhập khẩu khí thiên nhiên hóa lỏng (LNG)
Trang13 of 67
- BÀI TIỂU LUẬN Khí hoá than
đến xây dựng các hệ thống đường ống vận chuyển quy mô lớn. Người ta
cho rằng việc sử dụng những trữ lượng than lớn của Ấn Độ cho sản xuất
amoniac và urê có thể sẽ góp phần giải quyết bài toán này.
1.1.2.4. Khí hóa than ở Mỹ
Hiện nay than chiếm khoảng 52% nguồn nhiên liệu cho các nhà
máy điện của Mỹ. Nhưng dự báo tỷ lệ này sẽ giảm dần trong 20 năm tới,
xuống còn khoảng 45%. Cũng như ở Ấn Độ, việc sử dụng ngày càng
nhiều khí thiên nhiên cho mục đích phát điện ở Mỹ đã đẩy giá khí lên
cao, khiến cho ngành công nghiệp hóa chất không muốn tiếp tục trông
cậy vào nguồn nguyên liệu này nữa. Trong thập niên 1990, nhiều nhà
máy sản xuất amoniac và urê theo công nghệ khí hóa than ở Mỹ đã chết
yểu, kể cả nhà máy COGA Industries tại Ilinois, 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 khí hóa
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 những kế hoạch xây dựng các nhà máy amoniăc theo
công nghệ khí hóa than. Đồng thời các quy định 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
Industries đã 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 than sạch". đó là sự phát
triển có thể mở đường cho sự xuất hiện các nhà máy tổng hợp, vừa sản
xuất điện vừa sản xuất các hóa chất đi từ khí tổng hợp như amoniăc và
Trang14 of 67
- BÀI TIỂU LUẬN Khí hoá than
metanol. Động lực này là một hiện tượng rất đáng quan tâm, vì cho đến
nay trên thế giới người ta vẫn coi sản 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 có thể sẽ tạo
ra bước đột phá quan trọng trên toàn thế giới cho sản xuất amoniăc đi từ
nguyên liệu than.
1.2. Hóa khí than tại Việt Nam
1.2.1. Tình hình nhiên liệu sử dụng tại Việt Nam
Trước đây, khi các loại nhiên liệu nhập ngoại (xăng, dầu…) có giá
còn thấp thì phần nhiều chúng ta sử dụng các loại nhiên liệu nhập ngoại
đó. Hiện nay, với việc tăng giá nhiên liệu dầu trên thế giới, sức ép về chi
phí nhiên liệu của các cơ sở sản xuất đang tăng mạnh và các cơ sở sản
xuất đang có xu hướng thay thế các nhiên liệu nhập ngoại bằng các nguồn
nhiên liệu sẳn có trong nước và nhất là các nhiên liệu rẻ tiền.
Một trong những nguồn nhiên liệu sẵn có đó thì than đá đang được
xem là nguồn nhiên liệu mang tính chiến lược của quốc gia. Bảng dưới
đây sẽ cho chúng ta một cái nhìn tổng quan về chi phí than đá so với các
loại nhiên liêụ khác.
Bảng 1.1: So sánh một số nhiên liệu và giá thành sản xuất nhiệt
[13]
Trang15 of 67
- BÀI TIỂU LUẬN Khí hoá than
Tỷ lệ chi phí nhiên liệu so vơi than
Hình 1.1: So sánh chi phí nhiên liệu
Từ bảng và đồ thị cho chúng ta thấy:
+ Khi chuyển từ dùng Gas sang dùng dầu FO thì chi phí còn 71,9
%
+ Khi chuyển từ dùng Gas sang dùng dầu DO thì chi phí còn 52,3
%
Trang16 of 67
- BÀI TIỂU LUẬN Khí hoá than
+ Khi chuyển từ dùng Gas sang sử dụng than đá thì chi phí còn
18,3%
+ Khi chuyển từ dùng Gas sang dùng than cám thì chi phí còn
10,9%
* Tóm lại nếu sử dụng một cách hiệu quả các loại nhiên liệu hoá
thạch trong nước thì giảm được rất nhiều chi phí cho các cơ sở sản xuất.
1.2.2. Ứng dụng công nghệ hóa khí than tại Việt Nam
Như vậy với trữ lượng than lớn, để có thể sử dụng một cách hiệu
quả nguồn năng lượng hoá thạch này sao cho vừa có lợi ích về kinh thế,
vừa có lợi ích về môi trường thì ứng dụng công nghệ khí hoá than là yếu
tố cần thiết và khẩn trương.
Hiện nay, rầt nhiều cơ sở sản xuất trong nước đang hướng tới công
nghệ này trong chiến lược giảm thiểu chi phí năng lượng. Tuy nhiên hầu
như ở Việt Nam chưa có một đơn vị nào nghiên cứu và chế tạo thiết bị
này nên đã có một số cơ sở nhập thiết bị từ Trung quốc. Mặc dù thiết bị
nhập ngoại tương đối đắt tiền ( 1.5 tỷ VND với công suất nhiệt 2224000
kj/h, trọng lượng thiết bị 15tấn) nhưng vẫn chưa phù hợp với điều kiện
Việt Nam. Thiết nghĩ nhà nước nên khuyến khích các nhà khoa học đi sâu
vào lĩnh vực này để có thể tư vấn cho các nhà sản xuất trong nước ứng
dụng công nghệ này một cách hiệu quả nhất.
Với đặc tính than ở Việt Nam như vậy thì chúng ta có thể ứng
dụng công nghệ khí hoá than tầng cố định và tầng sôi ở áp suất bình
thường là phù hợp nhất.
Ưu điểm của hai loại này là: đơn giản, dễ chế tạo, hiệu suất cũng
tương đối lớn, nằm trong khả năng của chúng ta.
Trang17 of 67
- BÀI TIỂU LUẬN Khí hoá than
1.3. Các vấn đề môi trường liên quan đến than và tầm quan
trọng của hóa
khí than
1.3.1. Các vấn đề môi trường liên quan đến than
1.3.1.1. Ảnh hưởng của việc khai thác than
Có hai dạng mỏ than cơ bản là vỉa than lộ thiên trên bề mặt (sâu <
30m) và hầm mỏ than nằm sâu trong lòng đất.
Việc khai thác các vỉa than trên mặt (surface - mining) có những
ưu điểm so với khai thác dưới các hầm mỏ (subsurface - underground
mining) như ít tốn kém hơn, an toàn hơn cho người thợ mỏ và nói chung,
nó cho phép khai thác than triệt để hơn. Tuy nhiên, khai thác trên bề mặt
lại gây ra vấn đề môi trường như nó "xóa sổ" hoàn toàn thảm thực vật và
lớp đất mặt, làm gia tăng xói mòn đất cũng như làm mất đi nơi trú ngụ
của nhiều sinh vật. Hơn nữa, nước thoát ra từ những mỏ này chứa axit và
các khoáng độc, gây ô nhiễm nước, ô nhiễm đất…
Việc khai thác than dưới các hầm mỏ sâu trong lòng đất lại khá
nguy hiểm, xác suất rủi ro cao. Ở Mỹ, trong suốt thế kỷ 20 đã có hơn
90.000 người thợ mỏ chết vì các tai nạn hầm mỏ, và thường các công
nhân hầm mỏ đều có nguy cơ cao về bệnh ung thư và nám phổi.
1.3.1.2. Ảnh hưởng của việc đốt than
Hạn chế lớn nhất của việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch nói chung
và than nói riêng là nó gây ra ô nhiễm không khí do sự phát thải CO2,
SO2, NOx... Tính trên một đơn vị nhiệt lượng phát ra thì đốt than thải ra
nhiều chất ô nhiễm hơn các nhiên liệu hóa thạch khác (dầu, khí…). Chính
vì vậy, việc đốt than đã gián tiếp góp phần vào quá trình biến đổi khí hậu
làm suy thoái môi trường toàn cầu mà nổi bật là hiện tượng hiệu ứng nhà
kính và mưa axit.
Trang18 of 67
- BÀI TIỂU LUẬN Khí hoá than
* Hiệu ứng nhà kính: Chúng ta biết rằng, bức xạ mặt trời là bức xạ
sóng ngắn (năng lượng lớn) nên nó dễ dàng xuyên các lớp khí CO2 và
tầng ozon để chiếu xuống trái đất. Ngược lại, bức xạ nhiệt từ mặt đất phát
vào vũ trụ là bước sóng dài (yếu hơn), nên nó bị hấp thụ (không xuyên
qua được) bởi CO2 và hơi nước trong khí quyển. Cân bằng CO2 được
duy trì nhờ sự hấp thụ của thực vật và hòa tan trong nước biển đại dương.
Như vậy, với một mức nào đó, lượng CO2 trong khí quyển là cần
thiết cho sự ổn định nhiệt trên trái đất cũng như cho quá trình quang hợp
của thực vật. Tuy nhiên, ngày nay, con người đã thải CO2 vào khí quyển
vượt quá mức cân bằng bình thường của nó. Chỉ riêng đốt than đá, mỗi
năm đã thải vào khí quyển 2,5 .1013 tấn CO2. Điều này dẫn đến sự gia
tăng nhiệt độ trên trái đất. Người ta ước tính nếu nồng độ CO2 trong khí
quyển tăng lên gấp đôi thì nhiệt độ trung bình bề mặt trái đất sẽ tăng lên
3,6 0C. Sự nóng lên toàn cầu này sẽ làm tan băng ở hai cực, dâng mực
nước biển, ngập lụt những vùng ven biển. Nó có thể gây ra bão lụt ở một
số vùng và hạn hán ở những vùng khác. Những sự biến đổi bất thường
này của khí hậu vẫn chưa thể lường hết được.
Than, nhất là than bitum, chứa: S, N. Khi đốt, chúng thải vào khí
quyển các lưu huỳnh oxit, nitơ oxit... Các oxit này tạo nên và tác dụng
với hơi nước trong khí quyển làm cho mưa rơi xuống.
1.3.2. Tầm quan trọng của hóa khí than
1.3.2.1. Về mặt lợi ích kinh tế
Ở đây ta xem xét một ví dụ điển hình khi thay nhiên liệu khí hóa
lỏng (LPG) và khí than (KT).
Bảng 1.3: Thông số đặc trưng của khí hoá lỏng (LPG) và khí than
(KT). [13]
Trang19 of 67
- BÀI TIỂU LUẬN Khí hoá than
1. Giảm chi phí nhiên liệu.
Giả sử công suất nhiệt cần cung cấp là 350.000kcal/h ↔
1.463.000kj/h thì:
Lượng khí hoá lỏng cần dùng:
MLPG = 1463000 ÷ 45000 = 32,5 [kg / h]
Lượng khí than (KT) cần dùng:
Mkt = 1463000 ÷ 4407 = 332 [kg / h]
Như vậy về giá trị nhiệt thì: 1kg (LPG) ↔ 10,2 (KT)
Ví dụ cụ thể: Công ty kết cấu thép VNECCO.SSM KCN Hoà
Khánh trong năm 2006 sử dụng hết 150.000 kg LPG tương ứng số tiền:
1.500.000.000 ( 1 tỷ năm trăm triệu đồng). Nếu công ty sử dụng khí than
thay thế LPG thì lượng tiền tiết kiệm được là:
1.500.000.000 * 49% = 735.000.000 (đồng)
Với chi phí tiết kiệm được dùng đầu tư ban đầu vào hệ thống khí
hoá than
( khoảng 1 tỉ đồng) thì từ năm thứ 2 trở đi công ty có thể thu nhập
một khoản tiền lớn hơn so với khi dùng LPG.
2. Giảm chi phí quạt, điện
Trang20 of 67
nguon tai.lieu . vn
