Đề xuất nhằm nâng cao trình độ công nghệ khí hóa than

Thread Content

Đề xuất nhằm nâng cao trình độ công nghệ khí hóa than
Tác giả/Nguồn: Kỹ sư trưởng của Công ty Cổ phần Kỹ thuật Hóa học Trung Quốc – Wang Shoujian
Ngày tháng: 03/08/2016
Số lần xem: 17

Mặc dù công nghệ khí hóa than dạng bột, công nghệ khí hóa than dạng hỗn hợp nước và than, cùng công nghệ khí hóa than dưới áp suất đã được nghiên cứu, ứng dụng và cải tiến trong khoảng 15 năm, 30 năm và 40 năm lần lượt, và trình độ công nghệ của chúng đã đạt mức khá cao. Tuy nhiên, việc khí hóa than vẫn là quy trình đòi hỏi chi phí đầu tư lớn nhất và tiêu thụ năng lượng nhiều nhất trong các dự án công nghiệp từ than; đồng thời, cũng gây ra nhiều vấn đề nhất. Dựa trên những đặc điểm riêng của công nghệ khí hóa than và các vấn đề phát sinh trong quá trình vận hành, công nghệ này vẫn còn nhiều tiềm năng để được cải tiến và nâng cao. Nâng cao hơn nữa mức độ tự chủ trong sản xuất, đồng thời giảm chi phí đầu tư vào các thiết bị. So với các công nghệ khí hóa do Shell, GSP, GE và Corning cung cấp, thì chi phí đầu tư cho các công nghệ khí hóa tương tự ở trong nước lại cao hơn nhiều. Nguyên nhân chính là: thứ nhất, chi phí phần mềm rất cao (phí bằng sáng chế + phí PDP + phí dịch vụ kỹ thuật); thứ hai, cần phải mua các thiết bị có bằng sáng chế hoặc các thiết bị quan trọng; thứ ba, việc thiết kế các quy trình và hệ thống điều khiển khá phức tạp hoặc không hợp lý, cũng là một nguyên nhân khiến chi phí đầu tư tăng cao. Do đó, khi nhập khẩu công nghệ khí hóa từ nước ngoài, chúng ta cần giảm bớt việc mua các thiết bị có bằng sáng chế hoặc các thiết bị then chốt (tức là những thiết bị do nhà sản xuất cụ thể cung cấp), đồng thời tối ưu hóa quy trình và công tác kiểm soát, nhằm giảm chi phí đầu tư. Tăng áp suất trong quá trình khí hóa, đồng thời tăng lượng than đưa vào mỗi lò nung. Xét về các phương pháp khí hóa hiện có, ngoại trừ phương pháp khí hóa bằng hỗn hợp nước và than – nơi mà áp suất được nâng lên 6,5–8,7 MPa – thì các phương pháp khí hóa khác đều có áp suất trong khoảng 1,0–4,0 MPa. Điều này không chỉ khiến thiết bị phải lớn hơn, chi phí đầu tư tăng lên, mà còn là nguyên nhân chính dẫn đến mức tiêu thụ năng lượng cao trong các dự án công nghiệp chế biến than. Do đó, áp suất khí hóa vẫn còn khả năng được nâng cao. Ví dụ, công ty Lurgi đã nâng áp suất khí hóa trong quy trình MK+ gasification lên mức 6,0 MPa (tuy nhiên quy trình này vẫn chưa được áp dụng trên quy mô công nghiệp). Khả năng gas hóa của mỗi lò cũng khá thấp; đây chính là nguyên nhân khiến chi phí đầu tư vào các dự án công nghiệp chế biến than tăng cao và diện tích sử dụng cũng lớn. Hiện nay, ngoại trừ quy trình gas hóa bằng khí bột của Shell và quy trình gas hóa bằng hỗn hợp nước và than với nhiều vòi phun, nơi mà lượng than có thể được xử lý trong mỗi lò lên tới 3000 tấn/ngày, thì các quy trình gas hóa khác chỉ có thể xử lý từ 1000 đến 2200 tấn/ngày mà thôi. Một số quy trình có thể xử lý được 3000 tấn/ngày, nhưng vẫn chưa được áp dụng trong thực tế công nghiệp. Giảm tổng chi phí đầu tư và nâng cao hiệu suất hoạt động. Xét về các dự án hóa chất từ than đang được vận hành hoặc đang trong quá trình xây dựng hiện nay, có vẻ như việc chuyển đổi than thành khí đã rơi vào một vòng luẩn quẩn: hoặc là chi phí đầu tư vào các thiết bị cao, hiệu suất hoạt động cũng cao; hoặc ngược lại, chi phí đầu tư thấp thì hiệu suất hoạt động cũng thấp. Ví dụ, hệ thống khí hóa của SHELL được trang bị bộ làm mát khí tổng hợp, có thể tạo ra hơi nước ở áp suất trung bình 5,2 MPa; năng lượng thu được từ hơi nước này khá cao, nhưng chi phí đầu tư cũng khá lớn ； Ví dụ, các công nghệ khí hóa như GSP, lò khí hóa dùng nhiệt từ không gian vũ trụ, Colin… có chi phí đầu tư thấp hơn so với công nghệ khí hóa của Shell. Tuy nhiên, các lò này tạo ra hơi nước ngưng tụ ở áp suất thấp, nên giá trị năng lượng của hơi nước này khá thấp và khó được tận dụng. Khí có nhiệt độ cao 1350°C sau khi đi qua lò khí hóa sẽ được làm lạnh ngay lập tức, khiến khí chứa nhiều hơi nước. Điều này phù hợp với các dự án hóa chất từ than yêu cầu quá trình chuyển hóa CO sâu (ví dụ: dự án sản xuất amoniac). Nhưng đối với các dự án hóa chất từ than không yêu cầu quá trình chuyển hóa sâu (sản xuất khí từ than, dầu từ than), việc có quá nhiều hơi nước trong khí không chỉ làm giảm giá trị năng lượng mà còn gây lãng phí năng lượng. Ngoài ra, cần phải sử dụng thêm các bộ trao đổi nhiệt và bộ phân ly để thu hồi năng lượng, điều này khiến quy trình trở nên phức tạp hơn, tăng chi phí đầu tư ； Quá trình khí hóa hỗn hợp nước và than gần như luôn sử dụng phương pháp làm lạnh nhanh; cũng tồn tại vấn đề này ； Khí hóa than dưới áp suất cao và quá trình chuyển đổi CO cũng tạo ra lượng lớn hơi nước bão hòa ở áp suất thấp, nên khó có thể tận dụng được. Do đó, việc lựa chọn quy trình khí hóa than cần được xem xét trong bối cảnh tổng thể của dự án hóa chất từ than. Mục tiêu là vừa giảm chi phí đầu tư, vừa nâng cao hiệu suất hoạt động, nhằm giúp dự án hoạt động một cách hợp lý và hiệu quả. Giảm mức tiêu thụ năng lượng và nước: Các dự án chế biến than là những dự án có mức tiêu thụ năng lượng và nước cao. Do đó, việc giảm mức tiêu thụ này là điều cần thiết. Ngoài ra, vẫn còn nhiều khả năng để cải thiện quy trình chuyển hóa than thành khí gas. Ví dụ, trong quy trình khí hóa của Shell, người ta sử dụng khí tuần hoàn được nén để làm mát khí tổng hợp xuống khoảng 900°C. Việc này gây ra lãng phí năng lượng. Liệu có thể sử dụng các chất trung gian hoặc phương pháp khác để đạt được hiệu quả làm mát và loại bỏ bụi hay không? Hiện đã có các công ty kỹ thuật trong nước đang cố gắng cải tiến phương pháp này ； Quy trình khí hóa của Shell sử dụng phương pháp loại bỏ bụi khô, điều này đòi hỏi lượng khí thổi lớn, gây tăng chi phí tiêu thụ nhiên liệu; vì vậy cũng có thể xem xét việc cải tiến quy trình này. Hiện nay, các dự án hóa chất từ than quy mô lớn thường xem xét việc kết hợp nhiều phương pháp khác nhau để chuyển hóa than thành khí, nhằm giải quyết vấn đề về tỷ lệ giữa than bột và than vụn trong nguyên liệu đầu vào. Có thể cân nhắc việc sử dụng các phương pháp kết hợp, nhằm xử lý các vấn đề khác nhau phát sinh từ từng phương pháp chuyển hóa than thành khí. Ví dụ, trong các dự án sản xuất khí tự nhiên từ than quy mô lớn ngày nay, phương pháp kết hợp giữa quá trình gas hóa than dưới áp suất cao và quá trình gas hóa trong lò khí được sử dụng phổ biến. Nếu áp dụng phương pháp kết hợp này, nước thải có chứa chất độc hại từ quá trình gas hóa than dưới áp suất cao có thể được sử dụng để tạo ra hỗn hợp than nước trong quá trình gas hóa. Điều này không chỉ giúp tiết kiệm nước, mà còn giảm chi phí xử lý nước thải và giảm ô nhiễm môi trường. Tối ưu hóa hệ thống xử lý nước thải tro, giảm lượng bụi thoát ra. Hiện nay, một số thiết bị khí hóa than có lượng bụi trong khí gas khá cao, điều này gây ra tình trạng tắc nghẽn các bộ trao đổi nhiệt trong thiết bị chuyển hóa CO, cũng như làm mất hiệu quả hoạt động của chất xúc tác ở phần trên của lò chuyển hóa. Ngoài ra, còn có vấn đề về lượng nước thải lớn và lượng nước thải tro được tái sử dụng cũng khá lớn. Do đó, cần tiếp tục nghiên cứu để tối ưu hóa quy trình rửa khí gas và quy trình tái sử dụng nước thải tro.