9.1 Sản xuất khí than
9.1.1 Ứng dụng khí than
Khí hóa than là chuyển phần hữu cơ của than thành nhiên liệu khí
Sản phẩm là CO và H2 dùng để tổng hợp hữu cơ hoặc đốt
Khí hóa than có nhiều ưu điểm
9.1.2 Cơ sở hóa lý sản xuất khí than
Oxy hóa không hoàn toàn than thành khí
Các phản ứng
C + O2 = CO2
2C + O2 = 2CO
C + H2O(hơi) = CO + H2
C + 2H2O(hơi) = CO2 + 2H2
Sản phẩm mới sinh ra lại tiếp tục
C + CO2 = 2CO
C + 2H2 = CH4
Phản ứng phụ
O2 + 2CO = 2CO2
O2 + 2H2 = 2H2O
H2O + CO = CO2 + H2
Phản ứng của sản phẩm
2CO + 2H2 → CH4 + CO2
CO + 3H2 → CH4 + H2O
9.1.3 Các phương pháp khí hóa than
nHóa khí than khô
Thổi không khí vào lò khí hóa
Sản phẩm 37,4% CO; 64,5% Nitơ; argon 0,8%
Phương pháp này năng suất thấp
nHóa khí than ướt
Phương pháp gián đoạn
Giai đoạn 1: giống như khí hóa than khô, nhiệt độ 15000C
Giai đoạn 2: tiếp tục thổi hơi nước nhiệt độ xuống 10000C
Phương pháp liên tục
Dùng hơi nước uá nhiệt, nhiệt độ 1100 – 12000C
Sản phẩm H2: 35 – 45%; CO: 20 – 21%; N2: 0,8%; CO2: 25 – 30%; CH4: 8 – 10%
nHóa khí than ẩm
Thổi vào lò hơi nước lẫn không khí
Sản phẩm CO: 27%; H2: 13,5%; N2: 52,6%; CH4: 0,5% dùng để tổng hợp amoniac
9.1.4 Thiết bị khí hóa than
Kiểu hình chuông
Đường kính 3,5m; cao 4,5m
Lò có 3 phần: nạp than, thân lò, thải xỉ
9.2 Kỹ thuật luyện than cốc
9.2.1 Khái niệm về than cốc
Than cốc là nguyên liệu giàu cacbon 96,5 – 97,5%
Nguyên liệu để luyện kim, phân lân nung chảy, sản xuất khí than
Khí cốc hóa để sản xuất amoniac, metylic, etylic, benzen, toluen, dược phẩm, thuốc trừ sâu…
Cốc hóa là chưng khô than đá không có không khí ở 900 – 10500C
Đốt nóng đến 2500C uá trình sấy, hơi ẩm các khí thoát ra
3000C hơi nước và H2S tạo thành do nhiệt phân, các chất hữu cơ bay hơi → khối than rắn chắc lại thành bán cốc xốp
7000C trở lên các khí và nhựa bốc hơi bán cốc thành cốc rắn
Nung cốc kết thúc ở 900 – 10000C hợp chất hữu cơ bị phân hủy thêm gọi là than hóa hợp chất bay hơi
9.2.2 Kỹ thuật luyện cốc
Nguyên liệu
Than có độ ẩm 6 – 8%
Hàm lượng P còn trong than cốc 0,01%
Hàm lượng S trong cốc dùng cho lò cao 1,7 – 1,75%
Hàm lượng chất khí (chất bốc) ~ 25%
Cỡ hạt 1 – 3mm hoặc 6 – 8mm
Cấu tạo và vận chuyển của lò cốc
Là lò đốt tổng hợp, buồng nằm ngang, rãnh thẳng
Buồng cốc có kích thước: rộng 0,4; dài 13 – 14m; cao 4 – 4,5m
Áp suất buồng cốc lớn hơn áp suất buồng khí uyển
Chu kỳ cốc hóa phụ thuộc vào nhiệt độ, chất lượng than
Thường thời gian cốc hóa là 14 – 36 giờ
9.2.3 Kỹ thuật bán cốc hóa
Bán cốc hóa là nhiệt phân nhiên liệu rắn ở nhiệt độ trung bình 500 – 6000C
Sản phẩm là bán cốc và nhiên liệu lỏng hoặc khí
Bán cốc hóa than đá
Vừa sản xuất than bán cốc vừa sản xuất khí than có CO, H2, N2 làm nguyên liệu cho các sản phẩm hóa chất
Bán cốc hóa than nâu
Sản phẩm có hàm lượng cacbon 84 – 89%, H2 2 – 4%, chất bốc 13 – 16%
Làm nhiên liệu địa phương, nguyên liệu hóa khí, phối liệu cốc hóa
Bán cốc hóa than bùn
Bán cốc hóa có tạp chất S và P dùng làm chất khử, than hoạt tính → khí hóa làm nguyên liệu cho các sản phẩm
Bán cốc hóa đá dầu
Bán cốc chứa nhiều tro hàm lượng cacbon chiếm 10%
Dùng để làm vật liệu xây dựng
Khí hóa sản xuất nhiên liệu khí, lỏng các dung môi
9.2.4 uá trình chế biến khí cốc
Hỗn hợp từ phòng cốc hóa ra gọi là khí cốc cấp 1
Bao gồm:
Nhựa 80 – 130 g/cm3
Amoniac 8 – 13 g/cm3
Hydrocacbon thơm 30 – 40 g/cm3
Hydrobenzen 6 – 25 g/cm3
Hợp chất xianua 0,5 – 1,5 g/cm3
Hơi nước 250 – 430 g/cm3
Bụi than 15 – 35%
Làm lạnh khí cốc
Đầu tiên được làm lạnh từ 700 – 8000C xuống 80 – 850C bằng tưới trực tiếp
Các chất nhựa và cơ học được ngưng tụ ở đây
Nhựa làm lạnh tiếp đến 20 – 300C
Khí tiếp tục được tách ra ở lọc điện
Khí còn lại là hydro 54 – 59%, metan 23 – 28%
Khí dùng làm nguyên liệu cho các sản phẩm hóa học hoặc khí đốt
Thu hồi NH3
Nước trên nhựa có NH3 hòa tan và các tạp chất
Đun nóng và dùng vôi để giải phóng NH3
Hấp phụ bằng axit H2SO4 để làm phân bón
Thu hồi phenol
Phần lỏng còn lại sau khi thu hồi NH3 còn chứa 2g/l phenol
Cất lôi cuốn trong tháp đệm
Thu hồi bằng xút 10%, tái sinh bằng CO2
C6H5OH + NaOH → C6H5ONa + H2O
C6H5ONa + CO2 + H2O → NaHCO3 + C6H5OH
Thu hồi benzen và các sản phẩm hữu cơ khác
Khí cốc sau tách NH3 đưa vào hấp thụ bằng dầu hấp thụ
Dầu hấp thụ chứa benzen lấy ra ở đáy tháp
Gia nhiệt rồi vào tháp chưng lấy benzen dạng thô
Sản phẩm nhựa than đá có đến 300 chất khác nhau
Cốc hóa 1 tấn than thu được 700 – 800kg cốc; 20 – 40kg nhựa; 2 – 4kg amoniac; 8 – 12kg benzen; 280 – 340kg khí cốc thứ cấp