chuyển hóa sử dụng than

LINK DOWNLOAD MIỄN PHÍ TÀI LIỆU "chuyển hóa sử dụng than": http://123doc.vn/document/1048914-chuyen-hoa-su-dung-than.htm

Hỡnh 3: Tr lng than th gii v t l tr lng/khai thỏc ( nm 2003)
Vic dựng than sn xut cỏc nhiờn liu giao thụng vn ti ó xut hin
c u thp k 20. Cỏc nhiờn liu ny ó c s dng qui mụ ln
ng u vi nhng thi k thiu du m, u tiờn l c trong Chin
tranh Th gii th II ri Nam Phi bt u t nm 1955 trong thi k cm
vn d
i ch phõn bit chng tc (Apartheid).
L mt nc giu than, nghốo du m, Chớnh ph Trung Quc, cỏc vin
nghiờn cu v cỏc doanh nghip ca nc ny ang n lc nhm bin cỏc
ngun ti nguyờn than giu cú ca mỡnh thnh nng lng sch bng cỏch s
dng cụng ngh than sch. Nm 2003, Trung Quc thnh lp Cc Nng lng
thuc Hi ng Ci cỏch v Phỏt trin Quc gia tp trung vo gii phỏp an
ninh n
ng lng ng thi lp k hoch v qun lý kh nng cung cp nng
lng v s phỏt trin cụng nghip liờn quan ti nng lng. Nh mt gii
phỏp khc phc ngun nng lng du m nghốo nn, Trung Quc ó u
t rt mnh cho cỏc cụng ngh húa lng than vi mc tiờu l tng ngun
nhiờn liu lng c sn xut t ngun than d
i do Trung Quc. Vin
trng Vin húa than (ICC) thuc Vin Hn lõm khoa hc Trung Quc (CAS)
cho bit, vic sn xut sn phm a dng t than chớnh l tng lai phỏt trin
cụng ngh than sch ca Trung Quc.
Hin ti Trung Quc, nhng n lc sn xut nhiờn liu lng phc v
cho giao thụng vn ti quy mụ ln da trờn vic s dng quỏ trỡnh khớ hoỏ
6
7

than ang din ra mnh m. Vớ d, Cụng ty than ln nht Trung Quc,
Shenhua, cú k hoch khi ng nh mỏy bin than thnh nhiờn liu lng u
tiờn ca Trung Quc vo nm 2007 hoc u nm 2008. õy l mt d ỏn
tham vng nht th gii trong lnh vc ny k t sau Th chin II. Shenhua d
nh vn hnh 8 nh mỏy hoỏ lng than vo nm 2020 vi sn lng tng
cng trờn 30 triu tn du t
ng hp /nm, thay th trờn 10% lng xng
du nhp khu ca Trung Quc nh ó d bỏo. Cỏc nh mỏy húa lng than
ny s ỏp dng cụng ngh húa lng than trc tip (DCL Direct Coal
Liquefaction) v húa lng than giỏn tip (ICL Indirect Coal Liquifaction)
(Hỡnh 4). Nh mỏy SH-1 s dng cụng ngh húa lng than DCL da trờn c
s cụng ngh ca M c ci tin t cỏc cụng ngh c phỏt trin Nht,
c v ca chớnh tp on Shenhua. V
i 850 triu USD cho dõy chuyn sn
xut u tiờn, tp on ny hy vng sn xut 830 nghỡn tn du/nm vo nm
2007 (tng ng 20 nghỡn thựng xng v diesel siờu sch, hm lng lu
hunh thp mi ngy) (Bng 1 v Hỡnh 5). Hai dõy chuyn na s c xõy
dng trong pha I v 7 dõy chuyn s c xõy dng trong pha II ca D ỏn
vi chi phớ u t tng trờn 5 t USD.
Nm 2004, chớnh ph Trung Quc giao cho Shenhua chu trỏch nhim
phỏt trin nh mỏy húa l
ng than theo cụng ngh ICL tnh Sn Tõy v giao
cho tp on khai thỏc than Ninh H chu trỏch nhim phỏt trin mt nh mỏy
húa lng than khỏc vựng t tr Ninh H. C hai nh mỏy s s dng cụng
ngh húa lng than ICL ca Sasol ó c phỏt trin Nam Phi. Nh vy cỏc
d ỏn ny bao gm c vic sn xut nhiờn liu tng hp v sn xut cỏc sn
phm húa cht.
Bng 1: Phõn b sn phm v sn lng ca dõy chuy n húa lng than
trc tip ca nh mỏy Shenhua
Sn phm Sn lng (tn /nm)
LPG 70. 000
Naphta 320. 900
Diesel 620. 800
Ammonic lng 11. 500
Lu hunh 40. 600
Phenol 3. 500
Tng 1.067. 300


Hỡnh 4: Cụng ngh chuyn húa than thnh nhiờn liu lng


Hỡnh 5: Ton cnh nh mỏy húa lng than Shenhua Trung Quc
8
Ti Trung Quc cú mt s d ỏn chuyn hoỏ than thnh hoỏ cht vi quy
mụ nh Bng 2.
Cụng ngh chuyn hoỏ than thnh hoỏ cht (kt hp phỏt in) nh mụ
t Hỡnh 6

Hỡnh 6: S dõy chuyn chuyn húa than thnh húa cht
Bng 2: Qui mụ mt s d ỏn chuyn húa than thnh húa ch t ti Trung Quc
Sn lng (tn /nm) Sn phm
Qui mụ d ỏn Baotu Qui mụ d ỏn Yulin
Metanol 1 800 000 3. 000. 000
Etylen 300 000 500. 000
Propylen 300 000 500. 000
Cựng vi vic phỏt trin nhiờn liu tng hp v hoỏ cht t than, Trung
Quc rt quan tõm n vn sn xut in t than. Tp on Hoa Nng, nh
sn xut in dựng nhiờn liu than ln nht Trung Quc, ó liờn kt vi cỏc
nh phõn phi in ton cu v cỏc cụng ty than thit k, xõy dng nh
mỏy in chy than khụng cú khớ thi u tiờn trờn th gii.
Trung Qu
c l mt trong nhng quc gia tiờu th than ln nht th gii
vi d oỏn lờn ti 2,9 t tn vo nm 2020
.
Trong 15 nm ti, Chớnh ph Trung Quc s u tiờn vic s dng nng
lng mt cỏch hiu qu, sch v tit kim cng nh to ra nhiu sn phm t
than. Trung Quc cng d nh phỏt trin mt k thut gim thiu khớ cacbon
9
ioxit ( CO
2
) phỏt sinh trong quỏ trỡnh s dng than, tin ti t mc phỏt thi
gn bng 0. Hin ti, cụng ngh phỏt trin than sch ca Trung Quc cha t
c mc th gii. Cỏc chuyờn gia d oỏn rng, Trung Quc cú th phỏt
trin cụng ngh khớ húa than bng chớnh cụng ngh ca mỡnh trong 5 nm ti.
Sn phm khớ húa ny r hn 50% so vi nhng sn phm cựng loi trờn th
trng quc t.
Ti M, t thỏng 2/2003 Tng thng George Bush ó cụng b d ỏn
FutureGen vi ni dung l trin khai v xõy dng mt mu nh mỏy cú kh
nng sn xut in v hydro t than ỏ.
Nh mỏy s s dng cụng ngh chu trỡnh hn hp khớ hoỏ than (IGCC)
phỏt ra cụng sut 275 MW, vi c tớnh u vit l hu nh khụng ụ nhim
v thu gi cht thi CO
2
, thay th cho kiu t than truyn thng (Hỡnh 7).

Hỡnh 7: S nguyờn lý nh mỏy sn xut in v hydro t than ỏ
thuc d ỏn FutureGen
Hydro sn xut t cỏc nh mỏy FutureGen s c s dng ngay cp
nhiờn liu cho cỏc t mỏy phỏt in hoc pin nhiờn liu, hoc cp nhiờn liu
cho ụtụ v xe ti th h mi, chm dt s ph thuc ca M vo du m.
FutureGen, ln u tiờn s tớch hp mt chui cỏc cụng ngh tiờn tin v
thu gi hoc ngn nga to thnh cỏc cht ụ nhim ho
c cht thi khỏc vn l
10
11
mi quan ngi ca M nu phi xõy dng cỏc nh mỏy in chy than trong
tng lai. Cỏc cht ụ nhim khụng khớ s bin thnh sn phm thng mi cú
giỏ tr, v ti 90% CO
2
to ra t phn ng t chỏy than s c thu gi. Kt
qu thc tin ti nh mỏy ny s l c s cho vic ỏp dng nhng cụng ngh
tiờn tin hn, cú kh nng thu gi 100% khớ nh kớnh.
Nm 2006, ó cú 12 a im thuc 7 bang nc M c xut lm
ni s trin khai thit k v xõy dng nh mỏy theo nguyờn mu ny. Yờu cu
ra l phi cú mt bng trờn 200 acre (kho
ng trờn 0,8 km
2
), kh nng tip
cn tt vi ngun than, ng dõy truyn ti, ngun nhõn lc cú k thut.
Theo k hoch ra, nguyờn mu nh mỏy FutureGen s bt u hot ng
vo nm 2012.
Ngoi ra, trong thi gian qua, khụng quõn M ó tin hnh nhiu
chuyn bay th nghim nhiờn liu tng hp theo phng phỏp F-T (FT Fuel).
Kt qu t nhng chuyn bay ny ó mang li hy vng mi cho ngnh hng
khụng trong bi canh giỏ du ngy cng leo thang cựng vi nguy c cn kit
du m sp cn k. Cỏc nh khoa hc ang n lc hon thin cụng ngh sn
xut quy mụ ln n nm 2016 FT fuel" s thay th c 50% l
ng tiờu
th nhiờn liu ca khụng quõn M v n nóm 2025 chim 75% lng nhiờn
liu ca ton ngnh hng khụng nc ny.
Cỏc th nghim chy ng c vi t l pha trn 50/50 gia nhiờn liu
tng hp vi nhiờn liu truyn thng dn n nhng chuyn bay hon ton
bng nhiờn liu mi, vn hnh an ton trong trong iu kin - 43 , t mi
ch s v k thut nh
khi dựng nhiờn liu thụng thng m khụng cn cú s
ci tin v ng c ó khng nh thnh cụng ca vic ng dng nhiờn liu
mi cho ngnh hng khụng. Ngoi ra, do con ngi kim soỏt quỏ trỡnh tng
hp nờn nhiờn liu tng hp ớt gõy ụ nhim mụi trng hn so vi cỏc loi
nhiờn liu cú ngun gc du m, nh gim c 50% lng khớ thi, c bit
gim ti a hm lng lu hu
nh trong khớ thi.
Kevin Mulnerin, Phú Ch tch ca lntegrated Concepts & Research
Corp's Advanced Vehicle Technologies, cụng ty trỳng thu kim nh cht
lng nhiờn liu ny, cho bit: "Th nghim ny chng t loi nhiờn liu siờu
sch ny rt cú kh nng tr thnh mt ngun nhiờn liu dõn dng ln quõn
s" . iu ny cng cú ý ngha hn khi s lng mỏy bay s gp ụi trong
vũng hai mi nm ti v nhng yờu cu bo m v khớ thi
ng c gõy
hiu ng nh kớnh ngy cng gt gao hn .
12
Nh vy vi giỏ ch khong 20 USD cho mt thựng nhiờn liu tng hp
cng vi s bo m hn v mụi trng, chc chn õy s l s la chn quan
trng cho ngnh hng khụng th gii trong thi gian ti. Cỏc chuyờn gia ca
Hip hi vn ti hng khụng quc t (IATA) ht sc quan tõm n vn ny
v u cú chung nhn nh: "Rt kh thi v mang li hiu qu
cao".
n nay trong lnh vc u t nghiờn cu chuyn hoỏ than, cú th thy
trong vic xõy dng cỏc nh mỏy chuyn hoỏ than Trung Quc ó vt M,
ni cụng ngh khớ hoỏ than vn ang trong giai on khụi phc li. Cỏc
chng trỡnh trỡnh din cụng ngh theo hng ny ó c m ra M sau
cuc khng hong du m hi thp k 70 ca Th k trc, nhng b b
ri
khi giỏ du v khớ t tt xung hi thp k 80. S kin ny khin cho nhiu
ngi cho rng cụng ngh ny l khụng tin cy. Trỏi li, Trung Quc,
xng du khụng bao gi r v than luụn luụn gi vai trũ hng u ca mỡnh.
III. CễNG NGH CHUYN HO THAN
III.1. Cụng ngh khớ hoỏ than
Cụng ngh cú tớnh then cht trong cỏc quy trỡnh chuyn hoỏ than l quỏ
trỡnh khớ húa. õy l cỏc quỏ trỡnh chuyn than dng rn sang dng khớ. Cú 2
dng cụng ngh khớ hoỏ than l khớ hoỏ khụ v khớ hoỏ t. Trong khớ hoỏ
t, ngoi khụng khớ ngi ta cũn b sung c n
c (hoc hi nc) vo lũ khớ
hoỏ v khớ nhn c gi l khớ tng hp (syngas). Hin cú mt s cụng ngh
khớ hoỏ than c ỏp dng:

- Quy trỡnh khớ húa than ỏ ỏp sut khớ quyn (ACG)
õy l quy trỡnh c s dng trong a s cỏc nh mỏy khớ húa than kiu
c, c nh ca Trung Quc t nhng nm 1950. Thit b khớ húa s dng than
cc cú kớch thc 25-27 mm v bn nhit tt, nh antraxit hay cc, m
bo lng hyrocacbon thp trong khớ than. Thit b hot ng ỏp sut khớ
quyn v than c khớ húa bng khụng khớ v hi nc trong tng c nh.
Nhit sinh ra t
phn ng ta nhit gia than v khụng khớ c lu gi trong
tng phn ng cung cp nhit cho phn ng gia than v hi nc, ú l
giai on mu cht trong quỏ trỡnh khớ húa.
Khớ húa than ỏp sut khớ quyn l mt quỏ trỡnh n nh v s dng
khụng khớ ỏp sut khớ quyn, khụng cn cụng on tỏch khớ, trang thit b
tng i r - (r hn khong 30% so vi nh
ng quỏ trỡnh khỏc tớnh theo tn
sn phm). Tuy nhiờn, tiờu hao nng lng cao, khong 57 GJ/ tn amonic v
13
quỏ trỡnh cng thi ra nhiu cacbon monoxit v hyro sunfua, nờn cn cụng
on x lý khớ uụi. Quy trỡnh ny khụng thớch hp vi cỏc dõy chuyn cụng
sut ln.
- Quy trỡnh Koppers Totzek
õy l quy trỡnh c s dng trong nhng nh mỏy Nam Phi, n
v Trung Quc. Trong thit b khớ húa, than c nghin thnh ht mn v cp
cho lũ t. Oxy c dn vo trc tip t phớa trc ca thit b khớ húa v
cựng vi lng nh hi nc, hn hp i vo vựng phn ng qua ming ca
lũ t vi tc cao. Nhit gia ngn la cú th
t 2.000
o
C. Khớ tng
hp i ra qua nh ca thit b sinh khớ nhit 1500 - 1600
o
C v qua ni
hi tn dng nhit thi. Phn ln tro thi ra khi thit b phn ng dng
lng v c húa rn thnh ht nh lm ngui nhanh bng nc.
- Quy trỡnh Texaco
Quy trình khí hóa của Texaco (Texaco Gasification Process - TGP) đã
đợc thơng mại hóa thnh cụng từ hơn 40 năm nay. Quy trỡnh ny cú nhit
khớ hoỏ n trờn 1300
o
C v s dng than cỏm (di dng bựn) a vo lũ
v x ra lũ dng núng chy. Cht lng than nguyờn liu cho cụng ngh cn
chn lc. Quy trỡnh Texaco t thnh cụng ln Trung Quc thay th cho
quy trỡnh khớ húa than ỏp sut khớ quyn (ACG) v c ỏp dng trong
hng lot nh mỏy in, phõn m ca nc ny trong thi gian qua.
- Quy trỡnh Shell
õy c coi l mt cụng ngh khớ húa than hin i v cú nhiu u
im. Trong quy trỡnh Shell, than bt khụ c s dng lm nguyờn liu khớ
hoỏ c phun vo lũ bng khụng khớ nộn. Hi nc c b sung trong quỏ
trỡnh khớ hoỏ. Quy trỡnh Shell cú nhit khớ hoỏ rt cao (n 1500-1600
o
C),
x ra lũ dng núng chy v cú th lm vic tt ph khỏ rng v cht lng
than, k c i vi mt s loi than cht lng khụng cao (nhit lng thp,
nhiu x, nhit chy ca x cao). Quy trỡnh ny ang c dựng H Lan
trong t hp khớ húa than v phỏt in 250 MW. Trung Quc cng ó xõy
dng v vn hnh mt s nh mỏy sn xu
t phõn m urờ H Nam, H Bc,
An Huy v.v , trong ú phn khớ húa than ỏp dng cụng ngh ca Shell vi
cụng sut khớ húa 1000 - 2000 tn than/ ngy v i vo hot ng t nm
2005. Nh mỏy phõn m t than ca Vit Nam ti Ninh Bỡnh (cụng sut 560
nghỡn tn urờ/nm) ang c u t xõy dng cng s thc hin khớ hoỏ than
theo cụng ngh Shell.
- Qui trỡnh Sasol Lurgi
Qui trình công nghệ Sasol-Lurgi sử dụng thit b khớ húa vi tng c nh
(nh cụng ngh ACG), đáy khô ca Lurgi hin c s dng nhiu nht. Hiện
tại, qui trình này đợc phát triển ở Sasol Nam phi và tiêu thụ khoảng 30 triệu
tấn than/năm. Qui trình Sasol-Lurgi sản xuất 150 nghìn thùng nhiên liệu và
hóa chất mỗi ngày. Quỏ trỡnh khớ húa c thc hin bng hi nc v oxy.
Than di chuyn xung phớa di rt chm, cũn xỉ thì c thỏo ra qua ỏy
(thng dng ghi quay)(Hỡnh 8). Nhit khớ húa tng i thp so vi cỏc
quy trỡnh khỏc. Trong khớ thu c cú nhng t
p cht nh phenol v
hydrocacbon. Hm lng metan trong khớ cú th lờn n khong 10%. Chớnh
vỡ th khớ khụng sch.

Hỡnh 8: S thit b phn ng khớ húa Sasol - Lurgi
- Cỏc khớa cnh kinh t ca quỏ trỡnh khớ húa
Mt trong nhng nhc im ca cụng ngh khớ húa than so vi
refoming metan bng hi nc l vn u t tng i cao v tiờu th nng
lng gn gp ụi. Nhng mt khỏc, quỏ trỡnh khớ húa d nõng cụng sut hn
so vi refoming bng hi nc. So vi nh mỏy 2000 tn/ngy, u t cho
nh mỏy 5000 tn/ngy cú th gim 30% (tớnh theo tn sn phm). Tuy nhiờn,
vn mu cht vn l giỏ nguyờn liu. Vớ d
, theo s liu ca n , giỏ
nguyờn liu nm 2002 nh sau: khớ - 4 USD/ Mbtu, napta - 120 USD/ Mbtu
v than - 10 USD/ Mbtu. Nh vy, mt nh mỏy amonic t than cng cú kh
nng cnh tranh. Mt khi giỏ khớ thiờn nhiờn tip tc tng, thỡ than ỏ l s
14
15
la chn cho nhng nc ớt khớ thiờn nhiờn m cú ngun than ỏ phong phỳ
nh Trung Quc v n .
III.2. Chuyn hoỏ than thnh nhiờn liu tng hp
Quỏ trỡnh sn xut nhiờn liu tng hp bao gm nhiu gian on:
1. Sn xut syngas t quỏ trỡnh khớ húa hoc quỏ trỡnh cracking vi s
tham gia ca hi nc nh ó trỡnh by phn trờn. Quỏ trỡnh khớ húa cú th
s dng mi loi nguyờn liu cha cacbon (trong ú cú than ỏ) v hydro.
Trong khi quỏ trỡnh cracking (khớ hoỏ) vi s
tham gia ca hi nc, ngi ta
s nhn c syngas gm cacbon monoxit (CO), hyro (H
2
), cacbon ioxit
(CO
2
), nit (N
2
), hi nc, cỏc hyrocacbon v mt s tp cht khỏc. Ngoi
than dựng lm nguyờn liu khớ hoỏ, ngi ta thng s dng cỏc nguyờn liu
khỏc nh khớ t nhiờn, LPG, naphta hoc thm chớ c etanol.
2. Chuyn syngas thnh mt dng sỏp nh phn ng F-T. Syngas c
a vo mt lũ phn ng, ti ú, hydro v cacbon monoxit phn ng vi nhau
di tỏc dng ca mt cht xỳc tỏc cha st v to ra sn phm dng sỏp cha
cỏc hydrocacbon (bao gm c
xng v diesel).
3.Ch bin sõu dng sỏp ny nh cỏc quỏ trỡnh hyrocracking kt hp
vi isome húa thu c LPG, naphta v diesel.
Diesel thu c bng phng phỏp ny cú cht lng rt tt: khụng cha
lu hunh, cỏc cht thm (benzen, toluen) v quỏ trỡnh chỏy ca nú trong
ng c thi ra rt ớt mui, ng thi ch s cetan ca loi nhiờn liu ny rt
cao.
im yu duy nht ca nhiờn liu ny l t trng thp, vỡ vy ng
i ta
thng phi trn ln vi cỏc loi nhiờn liu khỏc.
Da theo cỏc nghiờn cu ca cỏc nh khoa hc trờn th gii, cỏc nhiờn
liu diesel tng hp hin ti ó c xem l rt thớch hp cho cỏc ng c
diesel hin hnh. Hin nay rt nhiu nhúm nghiờn cu trờn th gii lm vic
trong lnh vc chuyn húa than (khớ t nhiờn, sinh khi) thnh nhiờn liu lng
ang tỡm cỏch gim giỏ thnh ca nhng loi nhiờn liu tng hp ny.
S chung ca quỏ trỡnh cụng ngh hoỏ lng than v sn xut nhiờn
liu tng hp c trỡnh by ti Hỡnh 9.