Phát triển công nghệ và những quan điểm mới về khí hoá than

Tuy nhiên đến đầu những  năm 60, lĩnh vực chế biến này bắt đầu xuống dốc. Nguyên nhân của tình hình đó là việc khai thác được các mỏ dầu với giá rẻ ở vùng Cận Đông và Tây Xibiri.

Khủng hoảng năng lượng năm 1972 đã buộc mọi người nhớ đến khí hoá than. Các công trình nghiên cứu triển khai những công nghệ mới bắt đầu được tăng cường.

Sang thập kỷ 90, công nghệ khí hoá than trong chu trình để sản xuất điện năng phát triển rất mạnh, với việc áp dụng chu trình hỗn hợp, trong đó khí nhiên liệu được sử dụng trong tuabin khí, còn các sản phẩm cháy được dùng để sản xuất hơi cho tuabin hơi. Nhà máy điện thương mại đầu tiên với công nghệ khí hoá trong chu trình là nhà máy Cool Water (bang California), được xây dựng năm 1983. Nhà máy được trang bị thiết bị khí hoá Texaco. Nhiên liệu được cung cấp ở dạng huyền phù nước than. Từ sau năm 1993, đã có 18 nhà máy điện sử dụng công nghệ khí hoá nhiên liệu rắn trong chu trình, công suất từ 60 đến 300 MW, được đưa vào vận hành ở các nước khác nhau. Ngoài ra, các thiết bị khí hoá thế hệ mới được nghiên cứu triển khai trong khuôn khổ các chương trình sản xuất nhiên liệu lỏng tổng hợp cũng được áp dụng rộng rãi. Các số liệu về tiêu thụ khí từ than cho thấy việc khí hoá than trên thế giới có xu hướng tăng mạnh (xem Bảng 1).

Hai lý do chính giải thích vì sao các chuyên gia thuộc các nước phát triển đặc biệt quan tâm tới khí hoá than trong chu trình:

- Nhà máy nhiệt điện (NMNĐ) với khí hoá than trong chu trình ít nguy hiểm hơn theo quan điểm sinh thái (nhờ làm sạch khí sơ bộ, giảm được các phát thải SO_x, NO_x và bụi).

- Sử dụng chu trình hỗn hợp cho phép tăng đáng kể hiệu suất của NMNĐ và do đó giảm được suất tiêu hao nhiên liệu.

Dưới dây là các số liệu đặc trưng về phát thải và hiệu suất của NMNĐ khí hoá than trong chu trình và NMNĐ đốt than truyền thống.

Cần lưu ý rằng suất đầu tư khi sử dụng khí hoá than trong chu trình là khoảng 1500 USD/kW (trong tương lai sẽ hạ xuống còn 1000-1200 USD/kW), trong khi đó con số đối với NMNĐ đốt than truyền thống là 800-900 USD/kW. Rõ ràng là việc xây dựng NMNĐ khí hoá than trong chu trình sẽ hấp dẫn hơn đối với những vùng mà những quy định về môi trường sinh thái nghiêm ngặt hơn, hoặc phải sử dụng nhiên liệu đắt tiền. Những điều kiện đó đặc trưng cho các nước phát triển. Ngày nay khí hoá nhiên liệu rắn trong chu trình được xem là một trong những phương hướng triển vọng nhất trong ngành năng lượng.

Ngành công nghiệp hoá chất và năng lượng hiện đại đang yêu cầu các thiết bị khí hoá với công suất đơn vị từ 100 tấn than một giờ trở lên. Vào đầu những năm 70 thế kỷ XX, đã có ba kiểu thiết bị khí hoá quy mô công nghiệp được sử dụng: Kiểu lớp, kiểu than bột và kiểu tàng sôi Winkler.

Trong nửa đầu của thế kỷ XX, Đức đứng ở vị trí dẫn đầu trong việc triển khai các công nghệ khí hoá than. Điều đó được giải thích rằng nước Đức không có dầu mỏ nhưng lại có trữ lượng than rất lớn. Trong đại chiến thế giới lần thứ hai, Đức đã sản xuất được từ than 5,5 triệu tấn nhiên liệu dùng cho động cơ (với việc sử dụng các sản phẩm lỏng của quá trình nhiệt phân, hoá lỏng than trực tiếp và gián tiếp).

Qua phân tích đặc điểm kết cấu và nguyên lý hoạt động của các thiết bị khí hoá hiện đại sử dụng trong công nghiệp (hiện nay có trên 10 loại kết cấu thiết bị khí hoá) có thể xác định những giải pháp kỹ thuật chủ yếu được sử dụng trong các thiết bị khí hoá.

Năm 1926, Fritz Winkler (Tập đoàn BASF, Đức) đã chế tạo thiết bị khí hoá kiểu tầng sôi. Công nghệ này là cơ sở của một số quá trình khí hoá hiện đại như HTW (Hoch - Temperatur Winkler) và KRW (Kellogg-Rust-Westinghouse),...

Năm 1932, hãng Lurgy (Đức) lần đầu tiên đã sử dụng áp suất tăng cao để tăng nhanh quá trình khí hoá. Công nghệ này được sử dụng hầu như trong tất cả các thiết bị khí hoá công nghiệp hiện đại.

Vào những năm 1944-1945, Hendrich Koppers và Fredric Totsek (Đức) đã nghiên cứu triển khai thiết bị khí hoá than bột với thải xỉ lỏng. Thiết bị công nghiệp đầu tiên kiểu này được chế tạo năm 1952 ở Phần Lan. Cũng nguyên lý khí hoá này đã được áp dụng trong các thiết bị khí hoá Destec, Shell, Prenflo, được thiết kế trên cơ sở thiết bị khí hoá của Koppers-Totsek, trong thiết bị Texaco,... Việc thải xỉ ở dạng chảy lỏng được thực hiện trong thiết bị khí hoá kiểu tầng sôi BGL (British Gas-Lurgy) được thiết kế trên cơ sở thiết bị khí hoá của Lurgy.

Vào những năm 50 của thế kỷ trước, các chuyên gia của hãng Texaco (Mỹ) đã chế tạo thiết bị khí hoá để chế biến cặn dầu nặng. Trên 160 thiết bị kiểu đó đã được chế tạo. Vào những năm 70, xuất hiện các thiết bị Texaco cải tiến để khí hoá huyền phù nước than. Nguyên lý cấp than kiểu đó cũng đã được áp dụng trong thiết bị khí hoá của Destec.

Thực tiễn áp dụng các công nghệ khí hoá than quy mô công nghiệp cho thấy triển vọng hơn cả là thiết bị khí hoá mà trong đó sử dụng:

- Lò phản ứng tự nhiệt một cấp;

- Nhiên liệu mịn (thông thường dưới 100 micron);

- Áp suất tăng cao (trong phần lớn trường hợp là 3 MPa, nếu tăng áp suất lên cao hơn, kết cấu sẽ phức tạp và độ tin cậy giảm);

- Khí hoá ở nhiệt độ cao 1773-2473 K (giới hạn trên bị hạn chế bởi độ chịu nhiệt của vật liệu kết cấu, giới hạn dưới bị hạn chế bởi nhiệt độ thải xỉ lỏng bình thường).

Các thiết bị khí hoá than bột khác với kiểu đốt theo lớp và kiểu tầng sôi là ở chỗ vẫn còn có thể tăng công suất đơn vị của thiết bị , bởi vì chúng không cồng kềnh và dễ chế tạo. Nhược điểm chính của thiết bị khí hoá than bột là hiệu suất khí hoá thấp: 70-72%, trong khi đó thiết bị khí hoá kiểu lớp của Lurgy đạt hiệu suất tới 80%.

(Nguồn: KHCNĐ)