Bài giảng Công nghệ chuyển hóa than - Phần 4: Thành phần hóa học của than và nhiên liệu rắn - Văn Đình Sơn Thọ

Nội dung text: Bài giảng Công nghệ chuyển hóa than - Phần 4: Thành phần hóa học của than và nhiên liệu rắn - Văn Đình Sơn Thọ

1. PHẦN 3: Thành phần hóa học của than và nhiên liệu rắn PGS.TS. Văn Đình Sơn Thọ Bộ môn Công nghệ hữu cơ – hóa dầu Khoa Công nghệ Hóa học Đại học Bách Khoa Hà Nội Email : thovds-petrochem@mail.hut.edu.vn thovds@yahoo.com Tel : 097.360.4372
2. • Thành phần thạch học • Thành phần nguyên tố • Thành phần kỹ thuật • Các tính chất vật lý
3. 3.1 Thành phần thạch học • Thành phần thạch học của than là một phương pháp quan trọng để thăm dò các vỉa than và đánh giá quá trình tạo than • Phương pháp này có ưu điểm hơn so với phương pháp phân tích hoá học là sạch sẽ, phân tích nhanh và dụng cụ và thiết bị đơn giản. • Nhược điểm của phương pháp là phụ thuộc vào kinh nghiệm của người đọc.
4. Có 8 dấu hiệu quan trọng nhất của mẫu than 1. Khối lượng riêng. 2. Các tính chất cơ lý : độ rắn, độ dòn, độ dẻo 3. Mầu sắc của than 4. Độ ánh (ánh, nửa ánh, mờ, nửa mờ, ánh kim, ánh nhựa, ánh gương, ánh mờ, ảnh tỏ). Độ ánh biến đổi có tính quy luật. Than biến tính thấp thì không có độ ánh, than biến tính cao thì độ ánh tăng.
5. 5. Cấu trúc : Phân biệt theo mặt phẳng vuông góc với các lớp : Đồng nhất, không đồng nhất, cấu trúc lớp 6. Vết vỡ : thường gặp ở dạng hạt, dạng sợi, vỏ sò 7. Vết nứt : Nội sinh ( do nguyên nhân bên trong quyết định) ,Ngoại sinh do ngoại lực gây nên (do biến động của vỏ trái đất). 8. Xác định các khoáng có trong than và chia làm 3 loại : Phân tán thô (quan sát thấy bằng mắt và có thể tách dễ dàng). Phân tán mịn (tồn tại những hạt mịn và khó tách, phải dùng phương pháp tuyển) Không thể nhìn thấy bằng mắt, khó tách.
6. Vàng Danh
7. Thái Bình
8. U minh thượng
9. Than được phân thành 4 loại lớn gọi là vĩ phần thạch học • Vitren (loại ánh) : Là một khối đồng nhất dòn và cứng, có ánh gương, màu đen. Vết vỡ có dạng vỏ sò. • Vitren có cấu tạo và cấu trúc đồng nhất và nằm thành từ dải và dễ dàng phân biệt với các vĩ phần khác. Có thể dùng dao tách ra thành từng mạnh vụ nhỏ. Vitren chứa ít chất khoáng (1-2%), có độ kết dính tố tvà là thành phần quý của than. • Duren : Cứng, dai, có ánh mờ . Cấu trúc dạng lớp và có cấu tạo chắc, khó tách ra khỏi than. Hàm lượng khoáng lớn hơn so với vitren là do đất khoáng mang vào trong quá trình tạo than. • Claren (nửa ánh) mọi dấu hiệu phân biệt nằm trung gian giữa hai loại trên. • Fugen (mờ, loại sợi). Độ rắn thấp và dễ vỡ vụn thành bột nếu dùng tay bóp. Vết vỡ có cấu trúc dạng sợi.
10. 3.2 Thành phần nguyên tố • Nguyên tố C • Nguyên tố H • Nguyên tố O • Nguyên tố N • Nguyên tố S ( hữu cơ và vô cơ) • Nguyên tố P • Các nguyên tố kim loại Al, Si, Fe, Na
11. Nguyên tố Cacbon • Là nguyên tố quan trọng nhất trong than, khi cháy tỏa ra một lượng nhiệt lượng lớn ( Q = 8140Kcal/KgC). • Cacbon nằm trong than dưới dạng liên kết do đó khả năng phản ứng kém. Trong quá trình nhiệt phân chỉ một lượng nhỏ cacbon thoát ra ở dạng hơi và khí. Chủ yếu cacbon còn lại ở sản phẩm rắn trong quá trình nhiệt phân. • Khi độ biến tính tăng thì hàm lượng cacbon tăng và hàm lượng Cthơm cũng tăng. • Phương pháp xác định hàm lượng cacbon : Cchung = Chữu cơ + Ckhoáng
12. Nguyên tố Hydro • Hydro là nguyên tố quan trọng trong than, khi cháy toả lượng nhiệt lớn ( Q=34.320Kcal/Kg). • Xác định hàm lượng hydro thường tiến hành song song với xác định hàm lượng cacbon. Khi thu được hơi nước đã bao gồm cả lượng ẩm của nhiên liệu cũng như muối kết tinh của các khoáng do vậy trong quá trình tính toán phải loại trừ muối kết tinh của khoáng Hchung = Hhữu cơ + Hkhoáng • Khi độ biến tính tăng thì hàm lượng hydro giảm dần.
13. Phân tích hàm lượng C và H - C và H trong các chất hữu cơ được xác định theo phương pháp Liegbig - ASTM Nguyên lý : Sản phẩm quá trình cháy là CO2 và nước.
14. Thiết bị - Ống đốt lên 900oC - CuO ( hạt) - Ống hấp phụ chứa MgClO4 và dung dịch KOK
15. Quy trình : • Mẫu : 0.2 to 0.3 g trên chén porcelain / platinum • Đốt nóng ống phản ứng lên nhiệt độ 400o - 900oC bằng oxy nguyên chất. • Sản phẩm quá trình cháy CO2 H2O hấp phụ trong ống hấp phụ • Cân mẫu và tính toán lượng C và H.
16. Khối lượng mẫu = W g Tăng khối lượng của ống MgClO2 = W1 g Tăng khối lượng của ống KOH = W2 g Khối lượng nước hình thành = W1 g Khối lượng CO2 hình thành = W2 g
17. Nitơ của than • Nitơ là nguyên tố duy nhất nằm ở phần hữu cơ của than. Khi cháy không toả nhiệt, khi nhiệt phân thoát ra dưới dạng NH3, piridin hoặc các chất xyan. • Hàm lượng nitơ trong than càng nhiều thì trong quá trình chế biến cũng sẽ càng nhiều. • Để xác định hàm lượng nitơ dùng biến tính Kendan (đối với loại than biến tính cao). - ASTM • Đối với than biến tính thấp phải dùng phương pháp Điuma. ASTM • Nitơ biến đổi không có quy luật theo độ biến tính.
18. Phương pháp Dumas • Cơ sở của phương pháp là tiến hành đốt nóng mẫu than ở 800oC với xúc tác CuO trong môi trường CO2. • C và H sẽ chuyển hóa thành CO2 và H2O. • Các khí NOx sẽ bị CuO khử thành N2 • Khi phản ứng kết thúc dùng CO2 đuổi hoàn toàn hỗn hợp khí ra bình hấp thụ KOH50%. Lượng khí không bị hấp thụ chính là nitơ. • Xác định thể tích nitơ thu được và tính toán ra hàm lượng nitơ có trong than.
19. • Khối lượng mẫu = W g • Thể tích khí N2 thu được = V1 • Áp suất = P mm Hg • Nhiệt độ : = T1 K
20. Phương pháp Kendan • Nguyên tắc là oxy hoá nitơ trong than bằng H2SO4 đậm đặc và MnO2 có xúc tác KI hoặc Hg. • Khi đó Nitơ sẽ biến thành NH3 và phản ứng với H2SO4 theo phản ứng NH3 + H2SO4 = (NH4) 2SO4 • Tiến hành chuẩn độ sản phẩm thu được sẽ biết hàm lượng nitơ có trong than
21. Lưu ý Phương pháp Kjeldahl xác định nhanh hơn phương pháp Dumas Chỉ áp dụng cho những hợp chất hữu cơ mà có thể chuyển hóa thành ammonium sulphate khi đốt nóng với axit sulphuric đậm đặc. Không áp dụng với hợp chất có chứa pyridine, quinoline và các hợp chất có chứa nhóm (-NO2) và diazo (-N = N-).
22. Quy trình thực hiện : • Hòa tách - Khối lượng mẫu : 0.3 to 0.5 g - Hòa tách với H2SO4, ( xúc tác K2SO4 và CuSO4) từ 3-4h. - Làm lạnh và chuyển sang bình chưng cất để thực hiên phản ứng hóa học với NaOH
23. - Ammonia hình thành hấp thụ với dung dịchHCl. -Chuẩn độ HCl chưa phản ứng sẽ xác định được lượng HCl đã phản ứng và tính được lượng N2.
24. Thiết bị Kjeldahl
25. Khối lượng mẫu : W g Thể tích axit cần trung hòa lượng NH3 thoát ra : V mL Nồng độ của axit : N V mL of N acid = V mL of NH3 NV milli equivalent of acid = NV milli equivalent of ammonia
26. Lưu huỳnh trong than • Lưu huỳnh dạng pyrit nằm trong than dạng tinh thể lập phương FeS2. • Lưu huỳnh sunfat (Ssul) chủ yếu là CaSO4 và có lẫn một chút FeSO4 và muối sunfat của các kim loại khác. Nguyên nhân là do các nguồn nước mang vào trong than hoặc do quá trình oxy hoá FeS2. • Lưu huỳnh hữu cơ (Shydrocacbon) chủ yếu nằm trong than dạng mecaptan hoặc thiofen. Nguồn gốc là do lưu huỳnh có sẵn trong thực vật ban đầu để lại khi tạo than. Stổng = Spyrit + Ssul + S hữu cơ
27. Lưu huỳnh trong than • Sự biến đổi hàm lượng S không phụ thuộc vào độ biến tính của than mà phụ thuộc vào điều kiện tạo than. • Để xác định cụ thể Ssul, Sspyrit và Shydrocacbon có những phương pháp phân tích tiêng. • Lưu huỳnh là nguyên tố có hại cho các quá trình sử dụng vì khi đốt tạo ra SO2, SO3 gây ăn mòn thiết bị và ô nhiễm môi trường. • Nếu trong than luyện cốc có nhiều S thì sẽ dẫn đến giảm chất lượng cốc, nếu than cho quá trình khí hoá thì S gây ra ngộ độc xúc tác.
28. TS = total sulfur; IS = inorganic sulfur; OS = organic sulfur; S2 = pyrite sulfur; S = sulfide sulfur; SO4 = sulfate sulfur; CS = combustible sulfur; FS = fixed sulfur
29. Phương pháp Eska • Nguyên tắc là đốt mẫu than ở nhiệt độ 800-850oC trộn với hỗn hợp Eska ( MgO : Na2CO3 = 2 :1) hoặc có thể sử dụng MnO2 thay thế MgO. • Chất oxy hoá này sẽ oxy hoá hợp chất lưu huỳnh thành SO2 hoặc SO3 và sau đó sẽ phản ứng với Na2CO3 tạo thành Na2SO4. SO3 + Na2CO3 Na2SO4 + CO2 • Kết tủa Na2SO4 bằng BaCl2 thu được BaSO4. Từ lượng BaSO4 sẽ tính được lượng S trong than. Na2SO4 + BaCl2 2NaCl + BaSO4
30. Phương pháp đốt o • đốt mẫu than trong dòng O2 ở nhiệt độ 1250 C để biến S thành SO2. • Tiến hành oxy hoá SO2 bằng H2O2 thành SO3 và hấp thụ SO3 trong nước. Chuẩn độ H2SO4 thu được sẽ tính ra hàm lượng S trong than. • Phương pháp này không chính xác bằng Eska vì khi đốt một phần S sẽ còn lại trong tro, bên cạnh đó trong than có Cl nên sẽ tạo thành HCl trong bình hấp thụ H2SO4 làm sai lệch kết quả.
31. Tỷ lệ H/C vs. O/C và phân loại than
32. 3.3 THÀNH PHẦN KỸ THUẬT • Trong than có hai phần : Phần hữu cơ, phần vô cơ. • Phần hữu cơ : đó là phần cơ bản nhất cuả than gồm các nguyên tố C, H, O, N, S. Phần hữu cơ là phần quan trọng nhất vì nó có khả năng cháy được và toả ra một lượng nhiệt lớn. • Phần vô cơ : là phần khoáng có chứa các muối cacbonat, silicat hoặc sufnua, sufnat và còn có các nguyên tố hiếm khác như Be, Br, Ge, Zr Phần vô cơ không có khả năng cháy và là phần vô ích của nhiên liệu. Khi cháy chúng biến thành tro
33. • Phần hữu cơ bao gồm toàn bộ C H O N và ký hiệu la (Organic) • Phần cháy gồm các nguyên tố C H O N S và ký hiệu là (Combustion ) • Phần khô là phần chất được cộng với hàm lượng tro ( ký hiệu Dry ) • Phần làm việc bao gồm toàn bộ cấu tử có trong than ở trạng thái ban đầu ( ký hiệu là As received ) Thành phần Ký hiệu C H O N S A W O Phần hữu cơ C + H + O + N = 100% C Phần cháy được C + H + O + N + S = 100% Dry Phần khô của nhiên liệu C + H + O + N + S + A = 100% As Phần làm việc của nhiên liệu recieved C + H + O + N + S + A + W = 100%
34. Thành phần kỹ thuật của than : - Độ tro (ash) - Hiệu suất chất bốc (Volatile), - Độ ẩm (water), - Hàm lượng lưu huỳnh S, - Nhiệt lượng. (Q) Dựa vào thành phần kỹ thuật có thể sơ bộ đánh giá về giá trị cuả than, biết được phương hướng sử dụng và phân loại than. Về mặt lý thuyết thì thành phần kỹ thuật của than có liên quan đến cấu trúc và độ biến tính của than.
35. Chú ý: Sự phân chia trên chỉ mang tính quy ước tuy nhiên có nhiều thiếu sót cụ thể như những nguyên tố tồn tại cả trong thành phần vô cơ và hữu cơ như C, O ( dạng muối CaCO3 ) S tồn tại ở nhiều dạng như S hữu cơ, pirit thì cháy được tuy nhiên muối sunfat thì không cháy được
36. ĐỘ ẨM Bất kỳ loại vật liệu nào cũng chứa môt hàm lượng ẩm nhất định. Độ ẩm hay hàm ẩm là lượng nước có trong than nằm ở nhiều hình thức khác nhau • Phần ẩm được hấp phụ trên bề mặt than • Phần ẩm ngưng tụ trong mao quản của than • Phần ẩm trộn lẫn cơ học với than • Phần ẩm do nước kết tinh của một số muối vô cơ trong khoáng • Phần ẩm liên kết
37. Ẩm là phần có hại trong than, nó làm giảm nhiệt cháy nên loại bỏ bớt trước khi sử dụng. Than khi mới khai thác để trong không khí thì ẩm sẽ thoát ra để đạt cân bằng với độ ẩm môi trường. Lượng ẩm này gọi là ẩm ngoại ( Wng). ẩm ngoại (ASTM D1421) . Than được làm khô như vậy gọi là than khô gió. Lượng ẩm còn lại tỏng than goi là ẩm nội. Tổng lượng ẩm nội (ASTM D3173) Nếu than được tách cả ẩm nội thì gọi là than khô tuyệt đối. Ẩmchung ( Wch = Wngoại + Wnội ) Để đơn giản cho việc phân tích than nói chung W được xác định trong điều kiện độ ẩm và nhiệt độ xác định ( nhiệt độ 30oC và độ ẩm 97%) gọi là độ ẩm phân tích Wa (Wch = Wngoại + Wa) •
38. Cách xác định độ ẩm trong than • Phương pháp trực tiếp : – Phương pháp trọng lượng : Sấy than ở 102-105oC trong dòng khí trơ rồi đẫn qua bình hấp thụ (ví dụ H2SO4) sự chệnh lệch nồng độ trước và sau chính là hàm ẩm trong than. – Phương pháp thể tích ( Dina Stac) : Cho vào than cân dung môi toluen hoặc xylen rồi đun trong thiết bị Dina Stac. (Chú ý dung môi có nhiệt độ cao hơn nước một chút). Hỗn hợp hơi của nước và dung môi sẽ ngưng ở sinh hàn ngược và chảy vảo ống đong thể tích. Dựa vào lượng nước sinh ra sẽ xác định được hàm ẩm của (hình vẽ)
39. Cách xác định độ ẩm trong than • Phương pháp gián tiếp : Sấy than ở 102-105oC trong 60phút. Cân lượng than trước và sau khi sấy, lượng chênh lệch này chính là hàm ẩm của than. Phương pháp này kém chính xác hơn biến tính trực tiếp vì khi sấy than có thể các muối cacbonat bị phân huỷ thành CO2 và H2O. • Quy luật biến đổi độ ẩm của than phụ thuộc vào độ biến tính của than. Khi độ biến tính tăng thì độ ẩm của than giảm.
40. HÀM LƯỢNG CHẤT BỐC • Chất bốc là tổng số khí thoát ra khi nung than ở nhiệt độ cao trong điều kiện không có không khí. • Trong điều kiện nhiệt độ cao thì phần không bền nhiệt sẽ thoát ra và phân huỷ thành các sản phẩm có phân tử lượng thấp hơn.
41. • Chất bốc là thông số quan trọng liên quan chặt chẽ đến quá trình biến tính than. Khi độ biến tính tăng thì cấu trúc than càng chặt chẽ, mạch nhánh giảm do đó hiệu suất chất bốc giảm. • Khi độ biến tính thấp, cấu trúc than không chặt chẽ, mạnh nhánh nhiều do đó hàm lượng chất bốc lớn. Độ biến tính tăng thì hàm lượng chất bốc giảm. • Dựa vào hàm lượng chất bốc sẽ quyết định phân loại và sử dụng than sau này
42. Xác định hàm lượng chất bốc • Nung mẫu than ở 900oC trong 7 phút bằng chén sứ kín trong môi trường khí trơ. Lượng chênh lệch mẫu trước và sau khi nung chính là lượng chất bốc thoát ra của than. (ASTM D3175) • Trong quá trình này có hàm lượng nước thoát ra do đó khi tính toán hàm lượng chất bốc phải trừ đi số liệu này. Ngoài hiện tượng thoát hơi nước còn có hiện tương khử cacbonnat của các khoáng. • Phần còn lại của than sau khi thoát chất bốc gọi là cặn rắn. Dựa vào tính chất của cặn rắn như độ ánh, độ tôặng, độ bền và hình dáng có thể kết luận sơ bộ về khả năng luyện cốc và kết dính của than.
43. Tro • Hàm lượng tro là hỗn hợp các khoáng chất còn lại sau khi đốt cháy hoàn toàn phần hữu cơ của than. • Hàm lượng tro trong than là thành phần có hại và cô ích. Khi thực hiện phản ứng cháy không tính ra nhiệt năng, tiêu hao năng lượng khi đốt. • Đối với một số loại than có nhiều tro thì phản tiến hành tuyển sơ bộ trước khi đốt. • Độ tro không phụ thuộc vào độ biến tính mà phụ thuộc vào nguồn gốc, sự hình thành và vỉa than cũng như các điều kiện khai thác và vận chuyển.
44. Tro Phân biệt tro nội và tro ngoại : • Tro nội : phần sẵn có trong thực vật ban đầu, nó liên kết chặt chẽ với than và khó tách ra bằng các phương pháp tuyển. • Tro ngoại : Do các khoàng chất bị nước cuốn lắng đọng lại khi hình thành vỉa than, hoặc do chất khoáng chảy theo các mạch nước ngầm chảy vào vỉa than hoặc bị lẫn trong quá trình khai thác và vận chuyển
45. Các chất khoáng có trong than bao gồm 3 thành phần chủ yếu sau: • Các loại silicat như aluminosilicat, đất sét, cao lanh, muscovic (thành phần chính là Al2O3, SiO2), Phần lớn nằm kèm theo vỉa than. Nguồn gốc là do quá trình ngưng đọng phù sa của sông, hồ đầm lầy trong khu vực vỉa than. • Loại sunfua : Chủ yếu là FeS2 nằm ở dạng pirit hoặc macaxit nằm trong than thành như hạt nhỏ hoặc là hạt lớn. Nó có liên kết chặt chẽ với than nên khó tách. • Muối cacbonat MgCO3, CaCO3, FeCO3 Ba loại khoáng trên chiếm 95-98% thành phần của than, tuy nhiên trong than còn lẫn thêm một ít muối NaCl, KBr và một số nguyên tố hiếm
46. Các xác định hàm lượng tro (ASTM D3174) Tiến hành nung mẫu than trong lò với nhiệt độ 800oC trong môi trường dư oxy. Toàn bộ phần hữu cơ của than sẽ cháy hết và còn lại là phần vô cơ. Tiến hành xác định phần còn lại thì đó chính là hàm lượng tro có trong than.
47. NHIỆT ĐỘ CHẢY MỀM CỦA TRO • Nhiệt độ chảy mềm và nhiệt độ chảy lỏng của tro là thông số rất quan trọng đối với công nghệ sử dụng than. • Phương pháp xác định nhiệt độ này theo ASTM D1875. Trong phương pháp đo có các thuật ngữ sau IDT ( innital deformation temperature), ST ( Softening temp.), HT ( hemispherical temp.) và FT (Fluid temp.) Nung khối tro hình nón 3 mặt trong lò điện và theo dõi quá trình xảy ra bằng chụp ảnh. Khi nhiệt độ bắt đầu biến dạng thì đỉnh hình nón cong xuống. Nhiệt độ chảy mềm của tro là toàn bộ khối tạo thành hình tròn và nhiệt độ chảy lỏng của tro khi tro chảy lỏng thành mặt phẳng.
48. NHIỆT ĐỘ CHẢY MỀM CỦA TRO • Thành phần hoá học của tro bao gồm các oxit SiO2, Al2O3, MgO, CaO, Fe2O3 và các nguyên tố hiếm khác. • Tỷ lệ các oxit trong tro ảnh hưởng lớn đến màu sắc cũng như nhiệt độ chảy mềm cuả tro. • Nhiệt độ chảy mềm là thông số quan trọng khi sử dụng than trong quá trình công nghiệp.
49. • Biểu thị độ mềm cuả tro dùng trị số SiO2 Al 2O3 MgO CaO FeO Fe O 2 3 ( tỷ lệ này càng nhỏ thì tro càng khó chảy mềm) • Loại tro dễ chảy mềm : to chảy mềm 1350oC
50. SiO2 Bước 1 : Phá hủy giải mẫu tro bằng natri cacbonat ở lớn hơn 900oC . Khi đó các hợp chất khó tan trong tro chuyển thành các hợp chất dễ tan như: Al2O3 + Na2CO3 → NaAlO2 + CO2 SiO2 + Na2CO3 → Na2SiO3 + CO2 MgSiO3 + Na2CO3 → MgCO3 + Na2SiO3 Al2O3.3 SiO2 + 4 Na2CO3 → 2 NaAlO2 + 3 NaSiO3 + 4 CO2 Fe2O3 + 3 Na2CO3 → Fe2(CO3)3 + 3 Na2O
51. Bước 2 : Sau đó hòa tan hỗn hợp bằng axit clohydric và đun sôi để hòa tan hoàn toàn các kim loại khó tan và đuổi hết CO2. Quá trình trung hòa này sẽ xảy ra như sau: NaAlO2 + 4 HCl → AlCl3 + NaCl + 2 H2O Fe2(CO3)3 + 6 HCl → 2FeCl3 + 3 CO2 + 3 H2O Na2SiO3 + 2 HCl → H2SiO3 + 2 NaCl MgCO3 + 2 HCl → MgCl2 + H2O + CO2 Na2CO3 + 2 HCl → 2 NaCl + H2O + CO2 Bước 3 : Ta được kết tủa axit silicilic dạng keo, lọc lấy kết tủa, đốt cân ta được H2SiO3 → SiO2 + H2O
52. Phổ phát xạ nguyên tử ICP • Nguyên lý của phương pháp: Để phân tích hàm lượng oxit kim loại hàm lượng nhỏ trong tro ta sử dụng phương pháp quang phổ phát xạ trên máy ICP. Các nguyên tố được cung cấp năng lượng và chuyển lên trạng thái bị kích thích, sau đó chúng được chuyển về trạng thái cơ bản và phát ra bức xạ điện từ. • Phương pháp phân tích quang phổ phát xạ nguyên tử dựa trên nguyên tắc đo cường độ vạch phổ phát xạ của các nguyên tố có trong mẫu nghiên cứu khi bị kích thích bằng nguồn năng lượng cao. Cường độ bức xạ ( còn gọi là cường độ vạch phổ) phụ thuộc vào hàm lượng các nguyên tố chứa trong mẫu. Chúng được ghi lại bằng các máy đo chuyên dụng, sau khi được khuyếch đại và xử lý. Biết được cường độ vạch phổ là có thể xác định được hàm lượng nguyên tố cần phân tích.
53. NHIỆT CHÁY • Nhi ệt cháy hay nhiệt lượng của than là nhiệt lượng toả ra khi đốt cháy hoàn toàn một đơn vị trọng lượng ( đơn vị Kcal/lg hoặc Cal/g). • Nhiệt lượng là thông số quan trọng. Dựa vào Q có thể biết sơ bộ đánh giá chất lượng của than, tính toán nhiệt lượng quá trình sản xuất. Nhiệt lượng của than biến đổi có quy luật theo độ biến tính và nhiệt lượng được sử dụng là thông số để phân loại than
54. Xác định nhiệt cháy của than bằng phương pháp trực tiếp • Đốt cháy mẫu than trong bom nhiệt lượng trong môi trường oxy ở P = 25-40atm. • Than cháy hoàn toàn và toả ra 1 lượng nhiệt và làm nóng khối nước xung quanh. • Dựa vào sự thay đổi nhiệt độ của nước có thể tính ra nhiệt cháy của than. Nhiệt lượng này goi là a Q bom.
55. • Tuy nhiên trong thực tế quá trình đốt than khác với đốt trong bom. • Khi đốt trong bom N2 sẽ tạo ra NH3 ( khi đốt trong là thi N2 không phản ứng). Khi NH3 hấp thụ trong nước sẽ toả ra nhiệt do đó sẽ làm sai số phép đo. • Trong bom S bị oxy hoá hoàn toàn thành SO3, tuy nhiên thực tế là SO2. Vậy nhiệt cháy thực tế sẽ nhỏ hơn khi đo a bằng biến tính bom. ( Qthực tế < Q bom). a • Nếu Q bom có sự hiệu chỉnh đến nhiệt tạo thành và nhiệt hoà tan của H2SO4 và HNO3 thì ta thu được nhiệt cháy a thực tế hay nhiệt cháy cao (Q cao).
56. a a • Ta có Q cao = Q bom –(1,43C + 22,5Sb) Cal/g C là số mmol HNO3 tạo thành Sb là % S có trong bom oxy hoá thành H2SO4. • Trong các lò đốt có nhiệt độ cao sẽ làm thoát hơi nước, lượng nước này sẽ bốc hơi như vậy cũng cần một lượng nhiệt để hâm nóng và làm bốc hơi nước có trong than cũng như hơi nước tạo ra khi than cháy, do đó nhiệt hữu ích (Qhi) hoặc goi là Qth (LHV) sẽ thấp hơn (HHV) Qcao
57. • Lượng nước tạo ra khi nhiên liệu cháy trong bom là (W + 9H)% • ( 9 là tính toán the phương trình cháy H2 + 1/2O2 = H2O, H2O/H2 = 9) • trong đó W là hàm ẩm và H là thành phần của hydro có trong than. • Nhiệt nung nóng 1kg nước từ 25oC đến 100oC là 75Kcal/kg, ẩn nhiệt hóa hơi của nước là 538,7Kcal/Kg. • Lượng nhiệt để đun nóng và bốc hơi 1kg nước là 613,7Kcal/Kg. ( có thể coi lượng nhiệt cần thíêt để biến hàm ẩm trong than thành hơi của 1kg than có độ ẩm 1% 6,137 Kcal) a a a • Qthấp = Q cao – 6 ,137( W – 9H ) Kcal/kg
58. Tính nhiệt cháy bằng tính toán • Dựa vào thành phần nguyên tố của than cũng như nhiệt cháy của từng nguyên tố ta có thể tính được nhiệt cháy của nhiên liệu. Phương pháp này không được chính xác vì nhiệt cháy của chất hữu cơ còn phụ thuộc vào dạng liên kết giữa các nguyên tố với nhau. • Công thức tính toán của Medeleep Qthấp = 81C + 300H – 26(O - S) – 6(W + 9H) Kcal/kg • Công thức tính toán của hiệp hội kỹ sư Đức Qthấp = 80,8C + 201(H – O/8) +25S - 6,09W • Dulong HHV(MJ/kg) = 33.86C + 144.4(H-O/8) + 9.428S
59. Comparison of proximate and ultimate analysis with carbonization assay C, H, O, N, S = elements; T = tar; W* = decomposition water; G* = carbonization gas; VM = volatile matter
60. 3.4Các tính chất khác • Chỉ số trương ( free swelling index) • Chỉ số Roga • Chỉ số Hagi • Tính chất nhiệt của than
61. Trọng lượng riêng • Trọng lượng riêng thực • Trọng lượng riêng biểu kiến • Trọng lượng riêng rót
62. Trọng lượng riêng của than là trọng lượng của 1 đơn vị thể tích. a Công thức tính : d V d : Trọng lượng riêng (g/cm3) a : Trọng lượng của mẫu than (g) V : Thể tích của mẫu than Do V than như thế nào ?
63. Trọng lượng riêng thực (dth) • Là trọng lượng riêng thực của than mà không kể đến phần không khí bên trong mao quản của than. • Để xác định dth dùng phương pháp pinomet với chất lỏng là rượu, nước. • dth của than không phụ thuộc vào độ biến tính mà dao động trong phạm vi nhất định vì chịu ảnh hưởng của nhiều nhân tố như độ biến tính, thành phần thạch học, hàm lượng tro, hàm lượng ẩm
64. Trọng lượng riêng biểu kiến (dbk) : • Là trọng lượng riêng của than kể cả phần không khí và phần khoáng chiếm trong các mao quản và khe nứt của than • Còn gọi là trọng riêng thể tích. Trọng lượng riêng rót của than (dr) • Trọng lượng riêng rót còn gọi là trọng lượng riêng đổ là trọng lượng của một đơn vị thể tích thô ( có cỡ hạt bất kỳ) trong trạng thái rót tự nhiên. • Liên quan đến tính toán kích thước kho bãi, thiết kế là cốc • Phụ thuộc vào nhiều yếu tố như dth dbk, kích thước, thành phần cỡ hạt, độ ẩm của than.
65. Nguyên liệu khác
66. 1. Than 2. Petro coke 3. Oil sand 4. Đá dầu 5. Biomass thực vật, Biomass động vật 6. Chất thải sinh hoạt 7. Nhựa cao su phế thải