Nhiệt phân là gì?

Nhiệt phân là sự phân hủy nhiệt xảy ra trong điều kiện không có oxy. Đây cũng là bước đầu tiên trong quá trình đốt cháy và khí hóa, sau đó nó được thực hiện bằng quá trình oxy hóa toàn bộ hoặc một phần các sản phẩm sơ cấp. Nhiệt độ quá trình thấp hơn và thời gian lưu trú hơi lâu hơn có lợi cho việc sản xuất than củi. Nhiệt độ cao và thời gian cư trú lâu hơn làm tăng sự chuyển đổi sinh khối thành khí và nhiệt độ vừa phải và thời gian lưu trú hơi ngắn là tối ưu để sản xuất chất lỏng. Sự phân bố sản phẩm thu được từ các phương thức khác nhau của quá trình nhiệt phân được tóm tắt trong bảng dưới đây. Nhiệt phân nhanh để sản xuất chất lỏng đang được quan tâm đặc biệt hiện nay vì chất lỏng có thể vận chuyển và lưu trữ.

Trong những điều kiện khác nhau, quá trình nhiệt phân cho ra các sản phẩm khác nhau. Bảng dưới đây là kết quả thu được từ phương thức nhiệt phân gỗ.

Cách thức	Điều kiện Wt%	Chất lỏng	Char	Khí ga
Nhanh	~ 500 ^o C, thời gian lưu trú hơi nóng ngắn ~ 1 s	75%	12%	13%
Trung gian	~ 500 ^o C, thời gian lưu giữ hơi nóng ~ 10-30 giây	50%	25%	25%
Chậm – Sự thỏa mãn	~ 290 ^o C, thời gian lưu trữ chất rắn ~ 30 phút	–	82% rắn	18%
Chậm – Cacbon hóa	~ 400 ^o C, thời gian lưu giữ hơi lâu giờ -> ngày	30%	35%	35%
Khí hóa	~ 800 ^o C	5%	10%	85%

Quá trình nhiệt phân nhanh xảy ra trong thời gian vài giây hoặc ít hơn. Vì vậy, không chỉ động học phản ứng hóa học mà các quá trình truyền nhiệt và khối lượng, cũng như các hiện tượng chuyển pha đều đóng vai trò quan trọng. Vấn đề quan trọng là đưa hạt sinh khối phản ứng đến nhiệt độ quy trình tối ưu và giảm thiểu sự tiếp xúc của nó với nhiệt độ trung gian (thấp hơn) có lợi cho sự hình thành than củi. Một cách có thể đạt được mục tiêu này là sử dụng các hạt nhỏ, ví dụ như trong các quá trình tầng sôi được mô tả ở phần sau. Một khả năng khác là chỉ truyền nhiệt rất nhanh đến bề mặt hạt tiếp xúc với nguồn nhiệt, được áp dụng trong các quá trình mài mòn.

Trong quá trình nhiệt phân nhanh, sinh khối phân hủy để tạo ra phần lớn là hơi và sol khí và một số than củi. Sau khi làm mát và ngưng tụ, một chất lỏng di động màu nâu sẫm được hình thành có giá trị gia nhiệt chỉ bằng một nửa so với dầu nhiên liệu thông thường. Mặc dù nó có liên quan đến các quy trình nhiệt phân truyền thống để sản xuất than củi, nhưng nhiệt phân nhanh là một quy trình tiên tiến, với các thông số được kiểm soát cẩn thận để mang lại sản lượng cao của chất lỏng. Các tính năng thiết yếu của quá trình nhiệt phân nhanh để sản xuất chất lỏng là:

Tốc độ gia nhiệt và truyền nhiệt rất cao tại bề mặt phản ứng, thường yêu cầu thức ăn sinh khối nghiền mịn;
Nhiệt độ phản ứng nhiệt phân được kiểm soát cẩn thận khoảng 500 ^o C và nhiệt độ pha hơi 400-450 ^o C;
Thời gian lưu trú hơi ngắn thường dưới 2 giây; ^o
Làm lạnh nhanh hơi nhiệt phân để tạo ra sản phẩm dầu sinh học.

Sản phẩm chính, dầu sinh học, thu được với sản lượng lên đến 75% trọng lượng trên cơ sở thức ăn khô, cùng với than và khí phụ được sử dụng trong quy trình để cung cấp các yêu cầu về nhiệt của quy trình, do đó không có dòng thải nào khác hơn khí thải và tro. Quá trình nhiệt phân nhanh bao gồm làm khô thức ăn chăn nuôi đến thường ít hơn 10% nước để giảm thiểu nước trong dầu lỏng của sản phẩm (mặc dù có thể chấp nhận được đến 15%), nghiền thức ăn chăn nuôi (khoảng 2 mm trong trường hợp chất lỏng lò phản ứng tầng) để tạo ra các hạt đủ nhỏ để đảm bảo phản ứng xảy ra nhanh chóng, phản ứng nhiệt phân, tách chất rắn (than), làm nguội và thu sản phẩm lỏng (dầu sinh học). Hầu như bất kỳ dạng sinh khối nào cũng có thể được coi là nhiệt phân nhanh. Mặc dù hầu hết các công việc được thực hiện trên gỗ do tính nhất quán và khả năng so sánh giữa các thử nghiệm,

Trung tâm của quá trình nhiệt phân nhanh là lò phản ứng. Mặc dù nó có thể chỉ chiếm tối đa khoảng 10-15% tổng chi phí vốn của một hệ thống tích hợp, hầu hết các nghiên cứu và phát triển đều tập trung vào lò phản ứng, mặc dù hiện nay người ta đang ngày càng chú ý đến việc kiểm soát và cải thiện chất lượng chất lỏng bao gồm cải thiện việc thu gom. các hệ thống. Phần còn lại của quá trình bao gồm tiếp nhận, lưu trữ và xử lý sinh khối, làm khô và nghiền sinh khối, thu thập, bảo quản sản phẩm và nâng cấp, nếu có liên quan.

Trong quá trình nhiệt phân, các chất dễ bay hơi được giải phóng ở nhiệt độ làm việc từ 150 đến 900 ° C. Các khí thoát ra có thể dùng làm nhiên liệu để duy trì quá trình nhiệt phân mà không cần sử dụng thêm một lượng lớn năng lượng.

Quá trình nhiệt phân có thể được thực hiện trong lò phản ứng hoặc lò đốt. Ví dụ, trong lò phản ứng tầng sôi, các dòng chất thải được phân tách theo 2 bước do nồng độ oxy khác nhau ở 2 vùng trong lò phản ứng. ‘Phần giường’ bao gồm một khối cát, nơi diễn ra quá trình làm khô, nhiệt phân và khí hóa. Bộ phận này hoạt động trong điều kiện oxy thấp để chuyển hóa các phần tử hữu cơ trong chất thải thành khí.

Trong ‘phần tự do’ của lò phản ứng, không khí được bổ sung thứ cấp dẫn đến cháy thêm. Phần này được ghi kích thước sao cho ít nhất 2 giây được đảm bảo cho thời gian lưu giữ khí ở nhiệt độ 825 °C hoặc cao hơn. Năng lượng từ khói lò có thể được thu hồi trong bộ thu hồi nhiệt. Khí thải được làm sạch bằng cách phun vôi tôi phản ứng, có thể kết hợp với than hoạt tính, để cố định kim loại nặng và dioxin. Các sản phẩm và hạt phản ứng sau đó được lọc bằng bộ lọc sợi gốm hiệu quả cao. Khí được làm sạch sau đó được thổi vào khí quyển.

Các loại lò phản ứng và kỹ thuật nhiệt phân khác bao gồm: