1
1. GIỚI THIỆU CHUNG
1.1. Tính cấp thiết của đề tài
Hin nay, nhu cu s dng chn
 phc v nhu cu phát trin
kinh t         
ngu     u ht trm trng (khong
t Nam s tr c nhp kh
ng t 2015 [7]. H thng phân ph   m bo,
theo báo cáo ca B 09, hin nay t l
ph  i m t khong trên 97% dân s [119]. Các
ngung ngày càng cn ki, cùng v
v bo v ng. Sinh khc xem là ngu
ng có nhim: là nhiên liu giá rng l
hunh th, vic s dng sinh kh
ng phát thi CO
2
trong khí quyn [94]. Tuy nhiên, theo
kho sát các ngun sinh khc s dp lí,
vic s dng sinh kh cung cng ch yu vn là
t cháy trc ti cung cp nhit nên hiu sut thp và gây ô
nhing, theo báo cáo hin 59% sinh kh c s
dng là cho m   p nhi  u h  
(Sectral Energy: 2006). Công ngh khí hóa sinh kh 
i pháp hu hiu nht trong vic s dng
ngung sinh khi cho các nhu cu cung c
ng ch ng cao thay th c du m t. Tuy
nhiên, hc ín có trong sn ph     t trong

- Nghiên cu giúp thit k, ch to thit b khí hóa sinh khi có
ng hc ín thc tính vn hành nh, phù hp cho
sn xum chi phí nhp khu công ngh.
- Kt qu nghiên cu còn giúp ch ng tn dng
các ngun sinh khi sn có và r tin  Vit Nam.
- Kt qu nghiên cu còn giúp nâng cao hiu qu vn hành h
thng và s dng sinh khi cho các mng cht
n xupin nhiên liu, quá trình công
ngh nhit (lò nung thy tinh, gm s mt s nhiên
liu LPGt tin và ô nhing.
- Kt qu nghiên cu c u gii quyt mt s vn
 thc tin  Vit k, ch to và chuyn
giao mt h thng khí hóa sinh khi công sut 150 kW cho Vin
hóa hc công nghip Vit Nan thit k cho
công ty c phn thu Bc Ninh) mt h
thng khí hóa sinh kh tn dng ngun ph phm (cht thi)
t quá trình ch bin thuc lá (2012). (minh ch
3
1.5. Điểm mới của luận án
- Kt qu nghiên cu và thc nghic ti
ngun và kh a mt s loi sinh khi  Vit Nam.
- Ci tit kng thi ch tc mt
h thng khí hóa sinh khng hc ín thc tính
ng và c tính vn hành phù ht trong.
- Kt qu nghiên cu thc nghic ng
ca các yu t (ch  vu) trong quá
trình khí hóa vi các loi nhiên liu sinh khi  Vit Nam. Kt

 sn xut khí sn phm s dng cho m  
ng ch     n nay, hc ín là mt trong
nhng tn ti ln nh i hóa công ngh này. 
có nhiu tác gi quan tâm nghiên cu, vi sn xung
quy mô nh, vic x lí hc ín ch yu tp trung vào 
pháp phân hy nhitt s công trình công b 
- Jindrich Sulc và công s 53u phát
trin lò khí hóa sinh khi thành 2 bung riêng bit da trên ý
ng ci hc k thu
nghiên cu thc nghim vi nhiên liu là g, kt qu cho thy
ng hc ín ch còn khong 135 mg/kg g. Tuy nhiên t
s ER là 0,71 và nhit tr ca khí sn phm ch còn khong
3,15 MJ/m
3
.
- Luisa Burhenne và cng s 68ng
mt h thng khí hóa g nhiu ca cp gió, không có thót quy
mô phòng thí nghim vi công sut 50 u nh
ng ca nhi vùng phân hy hc ín, thí nghim cho thy
ng hc ín b ng bi nhi vùng phân hy và
chiu cao ca vùng này, kt qu cho thng hc ín có
th i 50 mg/m
3
và nhit tr ng t 4,5 - 5,5 MJ/m
3
.
- Bui Tuyen và cng s [102] mt trong nhu tiên
phát trin công ngh khí hóa sinh khi nhiu cp gió da trên ý
ng ci tin, thit b khí hóa ch còn
mt bung duy nhb kt cu bung khí

Các  x lí hc ín c chia thành hai nhóm
chính: (i) x lí hc ín trong quá trình khí hóa bng cách kh
hoc gim s hình thành hc ín; và (ii) x lí hc ín sau quá
trình khí hóa, [34]  tách hc ín trong khí sn phm.
2.2.1. Xử lí hắc ín trong quá trình khí hóa
Xut phát t      lí
hc ín tp trung vào viu kin vn hành ca lò,
  i công ngh (thun chiu, c chiu, BFB,
u chnh thit k lò (cp gió cp 2, khí hóa nhiu
cp, khí hóa nhiu bui tác nhân khí hóa hay v)
s dng cht xúc tác phù hp.
2.2.2. Xử lí hắc ín sau quá trình khí hóa
Loi b hc ín sau quá trình khí hóa ch yu s dng
c, ra, thm chí dùng cht xúc tác hoc
t, hp th khí sn phm sau khí hóa. [34].
2.3. Công nghệ khí hóa sinh khối trong sản xuất điện năng
2.3.1 Đặc điểm công nghệ khí hóa sinh khối trong sản xuất
điện năng quy mô nhỏ
   

 [20

tuy nhiên công su
6

        28     
20], tuy nhiên, công

hin [95]; vi) thit k c chiu vi khí sn phm
t lp char, hoc xúc tác  cp 2 do Pino thc hin
[85] và vii) tách quá trình nhit phân và khí hóa trong các
bung riêng bi c thc hin bi Brandt, Koch, Wang và
Anderseen [29, 62, 110].
Vic b sung ca c   c thc hi  
nhi bên trong lò phn c bit là  vùng khí hóa và
7
 phân hy hc ín  nhi cao, kt qu ng
hc ín trong khí sn phm còn khong 90 mg/m
3
. Thit k tun
hoàn khí nhi t cháy khí nhing hc ín
trong khí sn phm còn khong 350 mg/m
3
. Vi thit k tách
bit quá trình nhit phân và khí hóa  các bung khác nhau,
ng hc ín t khong 1 - 15 mg/m
3
. [19, 32, 79, 103]
3. CẢI TIẾN CÔNG NGHỆ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG
KHÍ HÓA SINH KHỐI
3.1. Những tồn tại của hệ thống thử nghiệm
Nghiên cu thc nghim trên mô hình h thng th nghim
cho thy, các vùng cháy bit lp, nhi không cao, ng b
ng nên vn hành kém nh, khó s dng các
loi sinh khc bii vi nhiên ling

nhing vùng khí hóa, nhing ca vùng cháy.
- Tính kim tra
3.3.2. Tính toán đường kính lò, đường kính ống cấp không
khí và thoát khí sản phẩm (Hình 3.4)
- ng kính thót; ng kính lò; ng kính
ng cp không khí vào lò; ng kính ng thoát khí sn phm.

Hình 3.4 Cấu tạo vùng thót lò
3.3.1.3. Tính toán chiều cao thiết bị và vị trí đặt miệng thổi gió
- Chiu cao vùng sy; Chiu cao các vùng nhit phân, khí hóa,
m; Phu nhiên liu; Chiu cao tng ca
lò; V t ming thi không khí.
Các bn v chi tit lò và thit b ph tr ca h thng khí hóa
sinh khc trình bày trong phn ph lc PL3.1 và PL3.2
3.3.2. Kết quả tính toán, thiết kế và phát triển lò khí hóa sinh
khối công suất nhiệt đến 2 MW

T lí thuyt tính toán  phn trên tác gi p bng tính và
xây dng các mu thit k lò công sut nhin 2 MW, kích
c chi tic trình bày trong bng 3.4.
4. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM QUÁ TRÌNH KHÍ
HÓA SINH KHỐI VỚI NGUỒN SINH KHỐI VIỆT NAM
9
4.2. Thiết lập hệ thống thiết bị đo lường và phân tích

Hình 3.7 Sơ đồ hệ thống đo lưu
lượng khí cấp vào lò










 

 (3.5)

- Hệ thống xác định độ chứa hắc ín:  ng hc ín
ta thit k h th cho sn pht b tách hc
ín 3.10 cha hc ín bng hc ín chia cho
ng khí sn phm.
4.3. Quá trình thí nghiệm
Hình 3.6 Thiết bị phân
tích thành phần khí sản
phẩm (GC/MS)
10
4.3.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cấp gió đến quá
trình khí hóa sinh khối
- Nhiên liệu sử dụng: trong nghiên cu này là than hoa
(charcoal) có thành phng 1.11 và 1.12.
- Phương pháp tiến hành và thông số thí nghiệm

(l/p)
T = f(G
1
, G
2
, G
3
,



);
V
g
= f(G
1
, G
2
, G
3
,



);
LHV
g
= f(G
1
, G

,



);
Hiu sut khí hóa:


= f(G
1
, G
2
, G
3
,



);
Th1
80
120
60
260
Th2
0
160
100
Th3
80

W = 11%; (Vi nhiên liu mu
g keo, ch  cp gió



=
     
ng là 400, 600, 400 l/p)
Gi  nhi : T =
f(W);
Thành phn khí sn
phm: V
g
= f(W);
11
Gk7
W = 16%; (Vi nhiên liu mu
g keo, ch  cp gió



=
     
ng là 400, 600, 400 l/p)
Nhit tr khí sn phm:
LHV
g

Vi nghiên cu này ta tii các loi nhiên liu
s dng trong thí nghim vu kin biên khác g
 c nhiên liu, ch  c
thc hin trên cùng mt h thng thí nghim.
Bảng 3.10 Thông số thí nghiệm và kết quả thí nghiệm
Mã thí
nghim
Thông s thí nghim
Kt qu thí nghim
Gk10
Nhiên liu là Woodchip g keo
(W = 17%; ch  cp gió




      
ng là 600, 400, 0 l/p)
Nhi: T = f(F
i
);
Thành phn khí sn
phm: V
g
= f(F
i
);
Nhit tr khí sn
phm: LHV
g


= 1000 l/p;
    ng là 600,
12
400, 0 l/p)


= f(F
i
);
4.4. Tính toán và xử lí số liệu thí nghiệm
Các kt qu thu thcc tính toán, x lí v
bng tng hp, bng ph lc PL 3.3. Các s liu gm: Lưu
lượng khí sản phẩm, nhiệt trị sản phẩm khí, hàm lượng hắc ín,
lượng nhiên liệu sinh khối tiêu hao, hiệu suất hệ thống khí hóa,
tính cân bằng các bon, tính tỷ số không khí tương đương ER.
4.5. Kết quả thí nghiệm và thảo luận
4.5.1. Ảnh hưởng của chế độ cấp gió tại các cửa cấp gió G
1
,
G
2
, G
3
đến quá trình khí hóa sinh khối
Kt qu thc nghim trong bng tng hp ph lc PL3.3.
4.5.1.1 Ảnh hưởng của chế độ cấp gió đến giản đồ nhiệt độ

nh trong khong nhi 600 - 1000
o
C, chiu cao vùng này
càng ln thì càng t u kin tt cho vic kh hc ín ngay
trong thit b khí hóa.
4.5.1.2. Ảnh hưởng của chế độ cấp gió đến thành phần khí
T hình 3.13 ta thi vi Th1 và Th2 vi



= 260
l/ph, vic cp gió G
1
 khí CO và gim CO
2
.
13
Hing này là do,  thí nghim Th1 ta cp gió  G
1
nên
vùng nhi c m rng tu kin cho phn ng
hoàn nguyên (R1) xy ra tng CO
2
sinh ra  vùng
cháy khí nhit phân (flaming pyrolysis) phn ng vi char nên

2

1
(G
1
= 0
l/ph) tng hc ín t giá tr ci (92,91 mg/m
3
).
Kt qu trên chng t vic cp gió nhiu cp giúp kh hc
ín tt  do u cao vùng nhi cao (500 - 1000
0
C)
da hc ín trong vùng kh hc ín, vi di
nhi ng hp và th cc kh (phân
hy nhit) gn ht, ngoài ra, vic cp gió nhiu cp còn giúp
ci thi ng hc quá trình kh h     
khuch tán ca hc ín vi char, và ci thin kh a
hc ín trong lò.
80-120-60 0-160-100 80-120-100 80-160-60 80-160-180 120-200-100
TN1 TN2 TN3 TN4 TN5 TN6
  
23.26
20.19
23.76
21.57
23.58
22.21
9.01
10.28
11.60
10.45

của độ ẩm
đến giản đồ
nhiệt độ
trong lò khí
hóa
 th hình 3.18 ta th 
lò gim  hu hng nhi cao trong lò b thu
hp, kh  hc ín kém. Ngoài ra vùng cháy chính có xu
ng dch chuyn xu    u này s d n
n tht nhit, gim hiu qu ca các phn ng kh ca
char (C-CO
2
; C-H
2
O) trong vùng khí hóa.
4.5.2.2. Ảnh hưởng của độ ẩm đến thành phần khí sản phẩm
80-120-60
0-160-100
80-120-100
80-160-60
80-160-180
120-200-100
TN1 TN2 TN3 TN4 TN5 TN6
  
20.05
92.91
19.51
20.03
37.69
35.93
Hình 3.19
Ảnh hưởng của
độ ẩm đến thành
phần khí sản
phẩm
 m trong nhiên li ng H
2
và
CO
2
ng giu
này phù hp v hóa hc và nhing hc ca các phn
ng xy ra trong thit b khí hóa. Do k m trong nhiên liu
c trong vùng s
 hay thoát ra khi
thit b, d    n ng và nh
ng trc tin nhi, và các phn ng hóa hc.
4.5.2.3. Ảnh hưởng của độ ẩm đến hàm lượng hắc ín
K   vi dn
nhi vùng cháy trong lò khí hóa gim, chiu cao vùng nhit
 cao b thu hp li. Phn ng phân hy và cháy hc ín kém
hiu qu, thc ín trong vùng phn ng gim dn
ng hc ín trong khí sn ph.
4.5.3. Ảnh hưởng của chủng loại nhiên liệu đến lượng hắc
ín trong quá trình khí hóa sinh khối
Kt qu thí nghic trình bày trong bng ph lc PL3.5.
Vi 4 loi nhiên liu thí nghim ta thu kin vn hành
ca than hoa là tt nhng hc ín là nh nhi 20

90
TN2-  TN7-  TN8 - 
75.54
33.41
31.55

16
nhiu do chiu dày vùng cháy ca g cao su tht,
kh hc ín kém hiu qu   ng cht bc ca
than hoa ít, nhi vùng cháy ca than hoa cao nht, nh,
b dày vùng nhi  cao tt, quá trình kh hc ín tt, nên
ng hc ín trong khí sn phm thp nht.
Vi g keo các quá trình phn ng din ra t
ng nhi trong lò rt tt (chiu cao vùng nhi cao
trên 800
0
C du kin rt tt
 kh hc ín th cp [18], nên mc dù vng cht bc khá
lng hc ín trong khí sn phm t khí hóa g keo
rt thp, có th s dng trc tit trong.

Hình 3.27
Ảnh hưởng
của chủng
loại nhiên
liệu đến
hàm lượng

Lõi ngô

18.93
40.98
64.63
102.31

17 Hình 3.35a So sánh profile nhiệt độ dọc thân lò giữa lò mới
phát triển và lò AIT

Hình 3.35b
So sánh giản
đồ nhiệt độ
dọc thân lò
giữa lò mới
phát triển và lò
cũ
- Khu vc ngay trên vùng thót do có s ci thin v ng
i nhit nên nhi u này tu
kin cho vic cháy khí nhit phân t vùng
cp gió c c gia nhi c nên nhi  vùng
        cao 900  1000 mm),
u này không nhng góp phn ci thin phn ng cháy khí
nhi mà còn ci thin cho quá trình nhit



Nhi (
0
C)
Lò mi phát trin t
(thí nghim Gk10)
Lò ca AIT- thái lan
18
- Khu vc thót lò quá trình cháy xy ra rt my nhi
vùng cháy lên khá cao, vi nhi này hhc ín cp 3
 b phân hy. S  y
là do kt cu thót ci thin v ng dn kh
i s thng nhi ca
vùng nhit phân phía trên.
- Khu vi thót nhi o ra
m       ng này là do 2 nguyên
nhân: i) s ci thin v i nhit và thng nhi
cao ca vùng cháy chính; ii) gió cp vào  vùng này tham gia
phn ng cháy tc ci thin) mà không
b cun ngay ra ngoài vì vy nhi ci thin rt rõ ràng.
4.5.4.2. Hàm lượng hắc ín
Kt qu thí nghim cho thng hc ín có gi
không nhiu, mc dù gi (profile) nhi c ci
thin rt nhiu là do i)  nhi trên kh  h
t ti gn ti hn ca nó vì vy vi 
ci thin c nhiu; ii) nhiên liu s dng là than hoa nên

/kg, và nhìn chung
là nhiên liu có thành phn các bon ho có
t sunh tính thì nhìn chung
nhiên liu ch l), tu
ng t sut sinh khí s ng hp than hoa
n phm th cp ca sinh khng các bon
rt cao nên t sun so vi các nhiên liu
còn li.

Hình 3.40
T sut sinh
khí ca mt
s loi sinh
khi
5. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM KHÍ HÓA SINH
KHỐI ĐỂ SẢN XUẤT ĐIỆN
5.1. Thiết lập hệ thống đo lường và phân tích
Ngoài nhng thit b  thng khí hóa sinh khi ta
phi b sung các thit b ng và phân tích cho h thng
 H th không khí, khí
sn phm n, và khói thi t ; H thng
  ng khí sn phm c     -
 chính xác 3% (hình 4.3); H th

Hình 4.3 Thiết bị
đo lưu lượng khí
sản phẩm cấp vào
động cơ

Hình 4.4 Thiết bị

liệu diesel tiêu hao

Hình 4.6 Thiết bị
phân tích thành
phần khí thải của
động cơ
tn (hình 4.4); H thng nhiên liu diesel tiêu hao
Model FC-   chính xác 1% (hình 4.5); H thng
phân tích khói thi c    AVL4000, vi cp
chính xác 1% (hình 4.6)
5.2. Trình tự thí nghiệm
5.2.1. Trình tự thí nghiệm với hệ thống khí hóa sinh khối
5.2.1.1. Hệ thống khí hóa sinh khối công suất 50 kW

Thí nghim tin hành vi h thng khí hóa công sut 50 kW
kt hp v máy phát ta s dng nhiên liu là than
hoa có thành phng 3.5, ch  cc la
chn t kt qu phn nghiên cu  mc 3.6.1, vi ch  thí
nghim Thng là 100  120
- 80 l/phút. Các thông s và mã thí nghim trong bng 4.2.
Bảng 4.2 Thông số thiết bị khí hóa sinh khối, khí sản phẩm cấp
vào động cơ ở chế độ thí nghiệm
Ch  thí
nghi phát
n

ng gió G
1
,
G

3
/h
Thành phn khí
sn phm
H
2
9,02%; CO
27,3%; CH
4
0,02%;
CO
2
6,86%; O
2

1,72%; N
2
55,1%.
H
2
16,13%; CO
18,78%; CH
4
1,59%;
CO
2
13,74%; O
2

0,16%; N