Người ta cho rằng trong tương lai không xa, khi nguồn dầu mỏcạn kiệt,
người tiêu dùng sẽquay sang những nguồn cung cấp mới. Nếu cơsởhạtầng
sản xuất được chuẩn bịngay từbây giờ, thì có thểngăn chặn được sựsụp đổ
trên diện rộng mà người ta dự đoán là sẽxảy ra vào cuối kỷnguyên dầu mỏ.
Theo tài liệu thống kê vềnăng lượng thếgiới của BP (BP Statistical
Review of World Energy), năm 1985 trữlượng dầu còn lại có thểkhai thác về
mặt kinh tếlà 770 tỷthùng. Vào năm 2005, tức là sau 20 năm tiêu thụ, con số
này lại được đánh giá là 1.200 tỷthùng. Song dầu mỏvẫn là một nguồn năng
lượng có hạn, và với tốc độtiêu thụnhưhiện nay, người ta cho rằng chúng ta
sẽcạn nguồn tài nguyên này trong vòng 40 năm nữa. Hơn nữa, phần lớn
nguồn dầu mỏlại tập trung ởmột sốít vùng bất ổn định trên thếgiới (ví dụ:
Trung Đông 62%, Arập Xê út 22%), có thểbịngừng cung cấp bất kỳlúc nào
do các cuộc xung đột và các hoạt động không thuận lợi của các Chính phủ.
Những lo ngại này đang tác động đến giá dầu trên thếgiới.
Trong tình hình đó, những nguồn nhiên liệu hoá thạch phi truyền thống
sẽlà một giải pháp đầy tiềm năng. Nếu tất cảnhững nguồn năng lượng phi
truyền thống của thếgiới được biến đổi thành dầu nhờcông nghệhiện đại, thì
người ta sẽcó một lượng dầu ước 8.800 tỷthùng. Với tốc độtiêu thụ30 tỷ
thùng/năm, thì sốlượng trên sẽ đủdùng trong vòng 300 năm hoặc hơn nữa.
Những lớp cát và đá chứa dầu, nhất là ởmỏAthabasca ởAlberta
(Canada) và vành đai Orinoco (Venezuela), là những nguồn năng lượng mới,
lớn, có khảnăng tạo ra 6.600 tỷthùng dầu, song sốhiện tại có thểkhai thác
vềphương diện kinh tếchỉvào khoảng 10-20% con sốtrên.
44 trang |
Chia sẻ: lvbuiluyen | Lượt xem: 2148 | Lượt tải: 5
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Chuyển hóa và sử dụng than, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
3
chuyÓn hãa vµ sö dông than
hµ néi - 2008
3
I. MỞ ĐẦU
Người ta cho rằng trong tương lai không xa, khi nguồn dầu mỏ cạn kiệt,
người tiêu dùng sẽ quay sang những nguồn cung cấp mới. Nếu cơ sở hạ tầng
sản xuất được chuẩn bị ngay từ bây giờ, thì có thể ngăn chặn được sự sụp đổ
trên diện rộng mà người ta dự đoán là sẽ xảy ra vào cuối kỷ nguyên dầu mỏ.
Theo tài liệu thống kê về năng lượng thế giới của BP (BP Statistical
Review of World Energy), năm 1985 trữ lượng dầu còn lại có thể khai thác về
mặt kinh tế là 770 tỷ thùng. Vào năm 2005, tức là sau 20 năm tiêu thụ, con số
này lại được đánh giá là 1.200 tỷ thùng. Song dầu mỏ vẫn là một nguồn năng
lượng có hạn, và với tốc độ tiêu thụ như hiện nay, người ta cho rằng chúng ta
sẽ cạn nguồn tài nguyên này trong vòng 40 năm nữa. Hơn nữa, phần lớn
nguồn dầu mỏ lại tập trung ở một số ít vùng bất ổn định trên thế giới (ví dụ:
Trung Đông 62%, Arập Xê út 22%), có thể bị ngừng cung cấp bất kỳ lúc nào
do các cuộc xung đột và các hoạt động không thuận lợi của các Chính phủ.
Những lo ngại này đang tác động đến giá dầu trên thế giới.
Trong tình hình đó, những nguồn nhiên liệu hoá thạch phi truyền thống
sẽ là một giải pháp đầy tiềm năng. Nếu tất cả những nguồn năng lượng phi
truyền thống của thế giới được biến đổi thành dầu nhờ công nghệ hiện đại, thì
người ta sẽ có một lượng dầu ước 8.800 tỷ thùng. Với tốc độ tiêu thụ 30 tỷ
thùng/năm, thì số lượng trên sẽ đủ dùng trong vòng 300 năm hoặc hơn nữa.
Những lớp cát và đá chứa dầu, nhất là ở mỏ Athabasca ở Alberta
(Canada) và vành đai Orinoco (Venezuela), là những nguồn năng lượng mới,
lớn, có khả năng tạo ra 6.600 tỷ thùng dầu, song số hiện tại có thể khai thác
về phương diện kinh tế chỉ vào khoảng 10-20% con số trên.
Nếu khám phá được nguồn dự trữ dầu mới và có những công nghệ mới
để khai thác triệt để hơn nữa nguồn dầu đang có thì thời điểm khủng hoảng
dầu mỏ có thể được đẩy lùi thêm. Tuy nhiên việc cạn nguồn nguyên liệu dầu
mỏ là một thực tế đang đến rất gần.
Việc sản xuất nhiên liệu/hóa chất từ khí tổng hợp (CO + H2) đang
nhận được sự quan tâm ngày càng tăng bởi vì nguồn dầu mỏ đang dần cạn
kiệt và giá dầu thô luôn biến động. Các nhiên liệu, đặc biệt là diesel, thu
được từ quá trình chuyển hóa khí tổng hợp thông qua phản ứng tổng hợp
Fischer-Tropsch (F-T) (tên của hai kỹ sư người Đức, Franz Fisher và Hans
Tropsch đã sáng chế ra quá trình này vào năm 1920 để sản xuất dầu thô từ
than và khí đốt), đã được thừa nhận là có chất lượng rất cao. Nhiên liệu này
4
sẽ tham gia tích cực vào việc bảo vệ môi trường và tăng hiệu quả năng
lượng trong lĩnh vực vận tải khi các động cơ diesel hiện đại được áp dụng
đại trà trong phương tiện vận tải. Công nghệ F-T phát triển trong những
năm gần đây có tính khả thi đủ để xây dựng các khu liên hợp qui mô lớn.
Dưới quan điểm xem xét dài hạn về khả năng phát triển quá trình chuyển
hóa than thành chất lỏng, cần phải xem xét nhiều hướng đi. Đây là những
hướng đi có khả năng quyết định tính khả thi của tất cả các loại dự án trong
lĩnh vực này. Nhìn chung, các hướng đi phải có các điểm chung là:
1. Hiệu quả về mặt sinh năng lượng nhiệt
2. Giá thành chấp nhận được
3. Ưu điểm về môi trường
Các vấn đề này đã được giải quyết tốt bằng cách sử dụng những con
đường chuyển hóa than thành chất lỏng đa thế hệ. Trong số những con đường
khác nhau, về nguyên tắc, quá trình sản xuất đồng thời nhiên liệu lỏng và điện
hiện đang chiếm ưu thế. Hiệu quả của quá trình tăng lên là do sự cân bằng
năng lượng tốt hơn trong phương thức đồng sản xuất còn ưu điểm bảo vệ môi
trường là do công nghệ loại sự ô nhiễm dễ dàng được áp dụng. Các quá trình
mới nhất sẽ đảm bảo giải pháp tốt hơn để bảo vệ môi trường.
II. TÌNH HÌNH CHUYỂN HÓA, SỬ DỤNG THAN TRONG LĨNH VỰC
PHÁT NĂNG LƯỢNG VÀ HÓA CHẤT
Theo dự tính của các chuyên gia, cùng với sự tăng dân số, việc tiêu thụ
năng lượng trên toàn cầu có thể tăng thêm 27% trong vòng 15 năm tới (Hình
1). Mức tiêu thụ năng lượng ngày càng gia tăng phần lớn là ở các nước đang
phát triển. Tương tự, sự phân bố nhu cầu về điện theo nguồn năng lượng cũng
không ngừng tăng lên và dự tính đến năm 2020 nhu cầu về điện trên thế giới
tương đương với khoảng 5,5 tỷ tấn dầu, đến năm 2030 là tương đương 6,5 tỷ
tấn dầu (Hình 2).
Từ thế kỷ trước và cho đến những năm 2030, than và khí tự nhiên vẫn là
những nguồn nguyên liệu chiếm tỷ trọng lớn nhất trong số các nguồn nguyên
liệu sản xuất điện bao gồm: than, khí tự nhiên, dầu mỏ, năng lượng hạt nhân
và năng lượng tái tạo.
Hình 1: Sự tăng nhu cầu sử dụng năng lượng trên thế giới
Hình 2: Phân bố nhu cầu điện theo nguồn năng lượng trên thế giới
Theo đánh giá của BP trong báo cáo BP Statistical Review 2004, tính
đến năm 2003, trữ lượng than trên toàn thế giới là 984 tỷ tấn (50% than
antraxit và 50% than nâu) và có thể khai thác trong 192 năm nữa (Hình 3).
Mỹ, Cộng đồng các quốc gia độc lập và Trung Quốc là các quốc gia có trữ
lượng than lớn nhất thế giới (chiếm trên 50% trữ lượng than thế giới). Các
quốc gia khác như Ấn Độ, Úc, Nam Phi có trữ lượng than tương ứng là 90, 90
và 50 tỷ tấn.
5
Hình 3: Trữ lượng than thế giới và tỷ l trữ lượng/khai thác ( năm 2003) ệ
Việc dùng than để sản xuất các nhiên liệu giao thông vận tải đã xuất hiện
ở Đức đầu thập kỷ 20. Các nhiên liệu này đã được sử dụng ở qui mô lớn để
đương đầu với những thời kỳ thiếu dầu mỏ, đầu tiên là ở Đức trong Chiến
tranh Thế giới thứ II rồi ở Nam Phi bắt đầu từ năm 1955 trong thời kỳ cấm
vận dưới chế độ phân biệt chủng tộc (Apartheid).
Là một nước giàu than, nghèo dầu mỏ, Chính phủ Trung Quốc, các viện
nghiên cứu và các doanh nghiệp của nước này đang nỗ lực nhằm biến các
nguồn tài nguyên than giàu có của mình thành năng lượng sạch bằng cách sử
dụng công nghệ than sạch. Năm 2003, Trung Quốc thành lập Cục Năng lượng
thuộc Hội đồng Cải cách và Phát triển Quốc gia để tập trung vào giải pháp an
ninh năng lượng đồng thời lập kế hoạch và quản lý khả năng cung cấp năng
lượng và sự phát triển công nghiệp liên quan tới năng lượng. Như một giải
pháp để khắc phục nguồn năng lượng dầu mỏ nghèo nàn, Trung Quốc đã đầu
tư rất mạnh cho các công nghệ hóa lỏng than với mục tiêu là tăng nguồn
nhiên liệu lỏng được sản xuất từ nguồn than dồi dào ở Trung Quốc. Viện
trưởng Viện hóa than (ICC) thuộc Viện Hàn lâm khoa học Trung Quốc (CAS)
cho biết, việc sản xuất sản phẩm đa dạng từ than chính là tương lai phát triển
công nghệ than sạch của Trung Quốc.
Hiện tại ở Trung Quốc, những nỗ lực để sản xuất nhiên liệu lỏng phục vụ
cho giao thông vận tải ở quy mô lớn dựa trên việc sử dụng quá trình khí hoá
6
7
ề
than đang diễn ra mạnh mẽ. Ví dụ, Công ty than lớn nhất Trung Quốc,
Shenhua, có kế hoạch khởi động nhà máy biến than thành nhiên liệu lỏng đầu
tiên của Trung Quốc vào năm 2007 hoặc đầu năm 2008. Đây là một dự án
tham vọng nhất thế giới trong lĩnh vực này kể từ sau Thế chiến II. Shenhua dự
định vận hành 8 nhà máy hoá lỏng than vào năm 2020 với sản lượng tổng
cộng trên 30 triệu tấn dầu tổng hợp /năm, đủ để thay thế trên 10% lượng xăng
dầu nhập khẩu của Trung Quốc như đã dự báo. Các nhà máy hóa lỏng than
này sẽ áp dụng công nghệ hóa lỏng than trực tiếp (DCL – Direct Coal
Liquefaction) và hóa lỏng than gián tiếp (ICL – Indirect Coal Liquifaction)
(Hình 4). Nhà máy SH-1 sử dụng công nghệ hóa lỏng than DCL dựa trên cơ
sở công nghệ của Mỹ được cải tiến từ các công nghệ được phát triển ở Nhật,
Đức và của chính tập đoàn Shenhua. Với 850 triệu USD cho dây chuyền sản
xuất đầu tiên, tập đoàn này hy vọng sản xuất 830 nghìn tấn dầu/năm vào năm
2007 (tương đương 20 nghìn thùng xăng và diesel siêu sạch, hàm lượng lưu
huỳnh thấp mỗi ngày) (Bảng 1 và Hình 5). Hai dây chuyền nữa sẽ được xây
dựng trong pha I và 7 dây chuyền sẽ được xây dựng trong pha II của Dự án
với chi phí đầu tư tổng trên 5 tỷ USD.
Năm 2004, chính phủ Trung Quốc giao cho Shenhua chịu trách nhiệm
phát triển nhà máy hóa lỏng than theo công nghệ ICL ở tỉnh Sơn Tây và giao
cho tập đoàn khai thác than Ninh Hạ chịu trách nhiệm phát triển một nhà máy
hóa lỏng than khác ở vùng tự trị Ninh Hạ. Cả hai nhà máy sẽ sử dụng công
nghệ hóa lỏng than ICL của Sasol đã được phát triển ở Nam Phi. Như vậy các
dự án này bao gồm cả việc sản xuất nhiên liệu tổng hợp và sản xuất các sản
phẩm hóa chất.
Bảng 1: Phân bố sản phẩm và sản lượng của dây chuy n hóa lỏng than
trực tiếp của nhà máy Shenhua
Sản phẩm Sản lượng (tấn /năm)
LPG 70. 000
Naphta 320. 900
Diesel 620. 800
Ammoniăc lỏng 11. 500
Lưu huỳnh 40. 600
Phenol 3. 500
Tổng 1.067. 300
Hình 4: Công nghệ chuyển hóa than thành nhiên liệu lỏng
Hình 5: Toàn cảnh nhà máy hóa lỏng than Shenhua – Trung Quốc
8
Tại Trung Quốc có một số dự án chuyển hoá than thành hoá chất với quy
mô như ở Bảng 2.
Công nghệ chuyển hoá than thành hoá chất (kết hợp phát điện) như mô
tả ở Hình 6
Hình 6: Sơ đồ dây chuyền chuyển hóa than thành hóa chất
Bảng 2: Qui mô một số dự án chuyển hóa than thành hóa ch t tại Trung Quốc ấ
Sản lượng (tấn /năm) Sản phẩm
Qui mô dự án Baotu Qui mô dự án Yulin
Metanol 1 800 000 3. 000. 000
Etylen 300 000 500. 000
Propylen 300 000 500. 000
Cùng với việc phát triển nhiên liệu tổng hợp và hoá chất từ than, Trung
Quốc rất quan tâm đến vấn đề sản xuất điện từ than. Tập đoàn Hoa Năng, nhà
sản xuất điện dùng nhiên liệu than lớn nhất Trung Quốc, đã liên kết với các
nhà phân phối điện toàn cầu và các công ty than để thiết kế, xây dựng nhà
máy điện chạy than “không có khí thải” đầu tiên trên thế giới.
Trung Quốc là một trong những quốc gia tiêu thụ than lớn nhất thế giới
với dự đoán lên tới 2,9 tỷ tấn vào năm 2020.
Trong 15 năm tới, Chính phủ Trung Quốc sẽ ưu tiên việc sử dụng năng
lượng một cách hiệu quả, sạch và tiết kiệm cũng như tạo ra nhiều sản phẩm từ
than. Trung Quốc cũng dự định phát triển một kỹ thuật giảm thiểu khí cacbon
9
đioxit ( CO2) phát sinh trong quá trình sử dụng than, tiến tới đạt mức phát thải
gần bằng 0. Hiện tại, công nghệ phát triển than sạch của Trung Quốc chưa đạt
được mức độ thế giới. Các chuyên gia dự đoán rằng, Trung Quốc có thể phát
triển công nghệ khí hóa than bằng chính công nghệ của mình trong 5 năm tới.
Sản phẩm khí hóa này rẻ hơn 50% so với những sản phẩm cùng loại trên thị
trường quốc tế.
Tại Mỹ, từ tháng 2/2003 Tổng thống George Bush đã công bố dự án
FutureGen với nội dung là triển khai và xây dựng một mẫu nhà máy có khả
năng sản xuất điện và hydro từ than đá.
Nhà máy sẽ sử dụng công nghệ chu trình hỗn hợp khí hoá than (IGCC)
để phát ra công suất 275 MW, với đặc tính ưu việt là hầu như không ô nhiễm
và thu giữ chất thải CO2, thay thế cho kiểu đốt than truyền thống (Hình 7).
Hình 7: Sơ đồ nguyên lý nhà máy sản xuất điện và hydro từ than đá
thuộc dự án FutureGen
Hydro sản xuất từ các nhà máy FutureGen sẽ được sử dụng ngay để cấp
nhiên liệu cho các tổ máy phát điện hoặc pin nhiên liệu, hoặc để cấp nhiên liệu
cho ôtô và xe tải thế hệ mới, chấm dứt sự phụ thuộc của Mỹ vào dầu mỏ.
FutureGen, lần đầu tiên sẽ tích hợp một chuỗi các công nghệ tiên tiến về
thu giữ hoặc ngăn ngừa tạo thành các chất ô nhiễm hoặc chất thải khác vốn là
10
11
mối quan ngại của Mỹ nếu phải xây dựng các nhà máy điện chạy than trong
tương lai. Các chất ô nhiễm không khí sẽ biến thành sản phẩm thương mại có
giá trị, và tới 90% CO2 tạo ra từ phản ứng đốt cháy than sẽ được thu giữ. Kết
quả thực tiễn tại nhà máy này sẽ là cơ sở cho việc áp dụng những công nghệ
tiên tiến hơn, có khả năng thu giữ 100% khí nhà kính.
Năm 2006, đã có 12 địa điểm thuộc 7 bang nước Mỹ được đề xuất làm
nơi sẽ triển khai thiết kế và xây dựng nhà máy theo nguyên mẫu này. Yêu cầu
đề ra là phải có mặt bằng trên 200 acre (khoảng trên 0,8 km2), khả năng tiếp
cận tốt với nguồn than, đường dây truyền tải, nguồn nhân lực có kỹ thuật.
Theo kế hoạch đề ra, nguyên mẫu nhà máy FutureGen sẽ bắt đầu hoạt động
vào năm 2012.
Ngoài ra, trong thời gian qua, không quân Mỹ đã tiến hành nhiều
chuyến bay thử nghiệm nhiên liệu tổng hợp theo phương pháp F-T (FT Fuel).
Kết quả từ những chuyến bay này đã mang lại hy vọng mới cho ngành hàng
không trong bối canh giá dầu ngày càng leo thang cùng với nguy cơ cạn kiệt
dầu mỏ sắp cận kề. Các nhà khoa học đang nỗ lực hoàn thiện công nghệ sản
xuất quy mô lớn để đến năm 2016 “FT fuel" sẽ thay thế được 50% lượng tiêu
thụ nhiên liệu của không quân Mỹ và đến nãm 2025 chiếm 75% lượng nhiên
liệu của toàn ngành hàng không nước này.
Các thử nghiệm chạy động cơ với tỷ lệ pha trộn 50/50 giữa nhiên liệu
tổng hợp với nhiên liệu truyền thống dẫn đến những chuyến bay hoàn toàn
bằng nhiên liệu mới, vận hành an toàn trong trong điều kiện - 43 độ, đạt mọi
chỉ số về kỹ thuật như khi dùng nhiên liệu thông thường mà không cần có sự
cải tiến về động cơ đã khẳng định thành công của việc ứng dụng nhiên liệu
mới cho ngành hàng không. Ngoài ra, do con người kiểm soát quá trình tổng
hợp nên nhiên liệu tổng hợp ít gây ô nhiễm môi trường hơn so với các loại
nhiên liệu có nguồn gốc dầu mỏ, như giảm được 50% lượng khí thải, đặc biệt
giảm tối đa hàm lượng lưu huỳnh trong khí thải.
Kevin Mulnerin, Phó Chủ tịch của lntegrated Concepts & Research
Corp's Advanced Vehicle Technologies, công ty trúng thầu kiểm định chất
lượng nhiên liệu này, cho biết: "Thử nghiệm này chứng tỏ loại nhiên liệu siêu
sạch này rất có khả năng trở thành một nguồn nhiên liệu dân dụng lẫn quân
sự" . Điều này càng có ý nghĩa hơn khi số lượng máy bay sẽ gấp đôi trong
vòng hai mươi năm tới và những yêu cầu bảo đảm về khí thải động cơ gây
hiệu ứng nhà kính ngày càng gắt gao hơn .
12
Như vậy với giá chỉ khoảng 20 USD cho một thùng nhiên liệu tổng hợp
cộng với sự bảo đảm hơn về môi trường, chắc chắn đây sẽ là sự lựa chọn quan
trọng cho ngành hàng không thế giới trong thời gian tới. Các chuyên gia của
Hiệp hội vận tải hàng không quốc tế (IATA) hết sức quan tâm đến vấn đề này
và đều có chung nhận định: "Rất khả thi và mang lại hiệu quả cao".
Đến nay trong lĩnh vực đầu tư nghiên cứu chuyển hoá than, có thể thấy
trong việc xây dựng các nhà máy chuyển hoá than Trung Quốc đã vượt Mỹ,
nơi công nghệ khí hoá than vẫn đang trong giai đoạn khôi phục lại. Các
chương trình trình diễn công nghệ theo hướng này đã được mở ra ở Mỹ sau
cuộc khủng hoảng dầu mỏ hồi thập kỷ 70 của Thế kỷ trước, nhưng bị bỏ rơi
khi giá dầu và khí đốt tụt xuống hồi thập kỷ 80. Sự kiện này khiến cho nhiều
người cho rằng công nghệ này là không đủ tin cậy. Trái lại, ở Trung Quốc,
xăng dầu không bao giờ rẻ và than luôn luôn giữ vai trò hàng đầu của mình.
III. CÔNG NGHỆ CHUYỂN HOÁ THAN
III.1. Công nghệ khí hoá than
Công nghệ có tính then chốt trong các quy trình chuyển hoá than là quá
trình khí hóa. Đây là các quá trình chuyển than dạng rắn sang dạng khí. Có 2
dạng công nghệ khí hoá than là khí hoá khô và khí hoá ướt. Trong khí hoá
ướt, ngoài không khí người ta còn bổ sung cả nước (hoặc hơi nước) vào lò khí
hoá và khí nhận được gọi là khí tổng hợp (syngas). Hiện có một số công nghệ
khí hoá than được áp dụng:
- Quy trình khí hóa than đá ở áp suất khí quyển (ACG)
Đây là quy trình được sử dụng trong đa số các nhà máy khí hóa than kiểu
cũ, cỡ nhỏ của Trung Quốc từ những năm 1950. Thiết bị khí hóa sử dụng than
cục có kích thước 25-27 mm và độ bền nhiệt tốt, như antraxit hay cốc, để đảm
bảo lượng hyđrocacbon thấp trong khí than. Thiết bị hoạt động ở áp suất khí
quyển và than được khí hóa bằng không khí và hơi nước trong tầng cố định.
Nhiệt sinh ra từ phản ứng tỏa nhiệt giữa than và không khí được lưu giữ trong
tầng phản ứng để cung cấp nhiệt cho phản ứng giữa than và hơi nước, đó là
giai đoạn mấu chốt trong quá trình khí hóa.
Khí hóa than ở áp suất khí quyển là một quá trình ổn định và sử dụng
không khí ở áp suất khí quyển, không cần công đoạn tách khí, trang thiết bị
tương đối rẻ - (rẻ hơn khoảng 30% so với những quá trình khác tính theo tấn
sản phẩm). Tuy nhiên, tiêu hao năng lượng cao, khoảng 57 GJ/ tấn amoniăc và
13
quá trình cũng thải ra nhiều cacbon monoxit và hyđro sunfua, nên cần công
đoạn xử lý khí đuôi. Quy trình này không thích hợp với các dây chuyền công
suất lớn.
- Quy trình Koppers Totzek
Đây là quy trình được sử dụng trong những nhà máy ở Nam Phi, Ấn Độ
và Trung Quốc. Trong thiết bị khí hóa, than được nghiền thành hạt mịn và cấp
cho lò đốt. Oxy được dẫn vào trực tiếp từ phía trước của thiết bị khí hóa và
cùng với lượng nhỏ hơi nước, hỗn hợp đi vào vùng phản ứng qua miệng của
lò đốt với tốc độ cao. Nhiệt độ ở giữa ngọn lửa có thể đạt 2.000oC. Khí tổng
hợp đi ra qua đỉnh của thiết bị sinh khí ở nhiệt độ 1500 - 1600oC và qua nồi
hơi để tận dụng nhiệt thải. Phần lớn tro thải ra khỏi thiết bị phản ứng ở dạng
lỏng và được hóa rắn thành hạt nhờ làm nguội nhanh bằng nước.
- Quy trình Texaco
Quy tr×nh khÝ hãa cña Texaco (Texaco Gasification Process - TGP) ®·
®−îc th−¬ng m¹i hãa thành công tõ h¬n 40 n¨m nay. Quy trình này có nhiệt
độ khí hoá đến trên 1300 oC và sử dụng than cám (dưới dạng bùn) đưa vào lò
và xỉ ra lò ở dạng nóng chảy. Chất lượng than nguyên liệu cho công nghệ cần
chọn lọc. Quy trình Texaco đạt thành công lớn ở Trung Quốc thay thế cho
quy trình khí hóa than ở áp suất khí quyển (ACG) và được áp dụng trong
hàng loạt nhà máy điện, phân đạm của nước này trong thời gian qua.
- Quy trình Shell
Đây được coi là một công nghệ khí hóa than hiện đại và có nhiều ưu
điểm. Trong quy trình Shell, than bột khô được sử dụng làm nguyên liệu khí
hoá được phun vào lò bằng không khí nén. Hơi nước được bổ sung trong quá
trình khí hoá. Quy trình Shell có nhiệt độ khí hoá rất cao (đến 1500-1600oC),
xỉ ra lò ở dạng nóng chảy và có thể làm việc tốt ở phổ khá rộng về chất lượng
than, kể cả đối với một số loại than chất lượng không cao (nhiệt lượng thấp,
nhiều xỉ, nhiệt độ chảy của xỉ cao). Quy trình này đang được dùng ở Hà Lan
trong tổ hợp khí hóa than và phát điện 250 MW. Trung Quốc cũng đã xây
dựng và vận hành một số nhà máy sản xuất phân đạm urê ở Hồ Nam, Hồ Bắc,
An Huy v.v..., trong đó phần khí hóa than áp dụng công nghệ của Shell với
công suất khí hóa 1000 - 2000 tấn than/ ngày và đi vào hoạt động từ năm
2005. Nhà máy phân đạm từ than của Việt Nam tại Ninh Bình (công suất 560
nghìn tấn urê/năm) đang được đầu tư xây dựng cũng sẽ thực hiện khí hoá than
theo công nghệ Shell.
- Qui trình Sasol – Lurgi
Qui tr×nh c«ng nghÖ Sasol-Lurgi sö dông thiết bị khí hóa với tầng cố định
(như công nghệ ACG), ®¸y kh« của Lurgi hiện được sử dụng nhiều nhất. HiÖn
t¹i, qui tr×nh nµy ®−îc ph¸t triÓn ë Sasol Nam phi vµ tiªu thô kho¶ng 30 triÖu
tÊn than/n¨m. Qui tr×nh Sasol-Lurgi s¶n xuÊt 150 ngh×n thïng nhiªn liÖu vµ
hãa chÊt mçi ngµy. Quá trình khí hóa được thực hiện bằng hơi nước và oxy.
Than di chuyển xuống phía dưới rất chậm, còn xØ th× được tháo ra qua đáy
(thường dạng ghi quay)(Hình 8). Nhiệt độ khí hóa tương đối thấp so với các
quy trình khác. Trong khí thu được có những tạp chất như phenol và
hydrocacbon. Hàm lượng metan trong khí có thể lên đến khoảng 10%. Chính
vì thế khí không đủ sạch.
Hình 8: Sơ đồ thiết bị phản ứng khí hóa Sasol - Lurgi
- Các khía cạnh kinh tế của quá trình khí hóa
Một trong những nhược điểm của công nghệ khí hóa than so với
refoming metan bằng hơi nước là vốn đầu tư tương đối cao và tiêu thụ năng
lượng gần gấp đôi. Nhưng mặt khác, quá trình khí hóa dễ nâng công suất hơn
so với refoming bằng hơi nước. So với nhà máy 2000 tấn/ngày, đầu tư cho
nhà máy 5000 tấn/ngày có thể giảm 30% (tính theo tấn sản phẩm). Tuy nhiên,
vấn đề mấu chốt vẫn là giá nguyên liệu. Ví dụ, theo số liệu của Ấn Độ, giá
nguyên liệu năm 2002 như sau: khí - 4 USD/ Mbtu, napta - 120 USD/ Mbtu
và than - 10 USD/ Mbtu. Như vậy, một nhà máy amoniăc từ than cũng có khả
năng cạnh tranh. Một khi giá khí thiên nhiên tiếp tục tăng, thì than