Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa tại Việt Nam thúc đẩy nhu cầu tiêu thụ năng lượng tăng trưởng liên tục, đặt ra thách thức lớn khi các nguồn nhiên liệu hóa thạch truyền thống (than đá, dầu mỏ, khí đốt) đang dần cạn kiệt và gây ra phát thải khí nhà kính làm biến đổi khí hậu toàn cầu. Song song với áp lực an ninh năng lượng, áp lực môi trường từ chất thải rắn sinh hoạt và phụ phẩm nông - lâm nghiệp ngày càng gia tăng:

  • Áp lực từ rác thải sinh hoạt: Theo thống kê của Vụ Năng lượng tái tạo (Tổng cục Năng lượng - Bộ Công Thương), Việt Nam phát sinh gần 35.000 tấn chất thải rắn sinh hoạt đô thị và 34.000 tấn rác thải nông thôn mỗi ngày. Khu vực nông thôn (với hơn 60 triệu dân, chiếm hơn 73% dân số) phát sinh trên 13 triệu tấn rác/năm nhưng tỷ lệ thu gom mới đạt 40%, tỷ lệ tái chế dưới 4%. Phương thức xử lý chủ yếu hiện nay vẫn là chôn lấp (chỉ khoảng 20% bãi chôn lấp hợp vệ sinh), gây ô nhiễm nguồn nước ngầm, đất và không khí.
  • Tiềm năng phụ phẩm nông - lâm nghiệp: Hằng năm, Việt Nam có khoảng 80 triệu tấn phụ phẩm nông nghiệp (Đồng bằng sông Cửu Long chiếm khoảng 50%, Đồng bằng sông Hồng chiếm 15%). Trong đó, sản lượng trấu thu gom riêng tại Đồng bằng sông Cửu Long đạt 1,4 – 1,6 triệu tấn; lượng bã mía chiếm 10 – 15% tổng sản lượng mía; khu vực Tây Bắc phát sinh 55.000 – 60.000 tấn mùn cưa từ chế biến gỗ. Tiềm năng sinh khối gỗ đạt 27 – 31 triệu tấn/năm (khả năng khai thác sản xuất năng lượng đạt 25 triệu tấn/năm). Đặc biệt, diện tích rừng trồng keo đạt gần 1 triệu hecta, sản lượng dăm gỗ xuất khẩu đạt 6,97 triệu tấn (năm 2014), tương đương tiềm năng sản xuất 3,25 tỷ MWh điện năng qua công nghệ khí hóa.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đồ án được xác định cụ thể:

  1. Tìm hiểu tổng quan về nhiên liệu tái chế từ rác (RDF), phụ phẩm sinh khối (biomass) và công nghệ khí hóa sản xuất khí tổng hợp (syngas).
  2. Nghiên cứu nguyên lý, kết cấu lò khí hóa và sự ảnh hưởng của các điều kiện đầu vào (loại nhiên liệu, độ ẩm, kích thước hạt, hệ số tương đương không khí ER, nhiệt độ, tốc độ cấp gió) đến quá trình phân hủy nhiệt và thành phần của khí syngas.
  3. Khảo sát thực nghiệm trên mô hình lò khí hóa tầng cố định thuận chiều (downdraft fixed-bed gasifier), kiểm nghiệm thực tế quá trình sinh khí và đánh giá khả năng ứng dụng khí syngas cung cấp cho động cơ đốt trong phát điện quy mô nhỏ.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Nguồn nhiên liệu sinh khối đầu vào (viên nén biomass, mùn cưa, dăm gỗ keo, phụ phẩm nông nghiệp) và dòng khí nhiên liệu đầu ra (khí syngas với các thành phần chính là CO, $\text{H}_2$, $\text{CH}_4$, $\text{CO}_2$, $\text{N}_2$).
  • Phạm vi nghiên cứu: Khảo sát trên hệ thống lò khí hóa sinh khối kiểu thuận chiều – tầng cố định quy mô nhỏ (công suất dưới 1 MW) phục vụ phát điện phân tán cho hộ gia đình và cơ sở chế biến nông lâm sản tại Việt Nam; dữ liệu thực nghiệm ghi nhận tại Khoa Cơ khí, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật – Đại học Đà Nẵng (năm học 2021 – 2022).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và mô hình nhiệt hóa học

Đồ án xây dựng trên cơ sở các lý thuyết chuyển hóa nhiệt hóa học sinh khối thành nhiên liệu (Biomass to Fuel - B2F):

  • Bản chất quá trình khí hóa: Là quá trình oxy hóa không hoàn toàn nhiên liệu rắn trong điều kiện thiếu oxy ở nhiệt độ từ 800°C – 1.000°C để tạo thành hỗn hợp khí cháy (chủ yếu là $\text{CO}$ và $\text{H}_2$).
  • Mô hình động học 4 vùng phản ứng trong lò tầng cố định thuận chiều:
    1. Vùng sấy (Drying): Nhiệt độ tách ẩm sơ bộ từ sinh khối: $$\text{C}_x\text{H}_y\text{O}_z \cdot n\text{H}_2\text{O} \xrightarrow{t^\circ} \text{C}_x\text{H}_y\text{O}_z + n\text{H}_2\text{O} \quad (\Delta H < 0)$$
    2. Vùng nhiệt phân (Pyrolysis): Tách chất bốc không có oxy ở nhiệt độ cao, tạo than cốc, khí và hơi hắc ín (tar): $$\text{C}_x\text{H}_y\text{O}_z \xrightarrow{t^\circ} \text{C} + \text{CO} + \text{H}_2 + \text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O} + \text{Tạp chất} \quad (\Delta H < 0)$$
    3. Vùng đốt cháy / oxy hóa (Combustion): Cung cấp nhiệt lượng duy trì chu trình: $$2\text{C} + \text{O}_2 \rightarrow 2\text{CO} \quad (+110.700\text{ kJ/kmol})$$ $$\text{C} + \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 \quad (+283.000\text{ kJ/kmol})$$ $$2\text{CO} + \text{O}_2 \rightarrow 2\text{CO}_2 \quad (+393.790\text{ kJ/kmol})$$
    4. Vùng sinh khí / hoàn nguyên (Gasification / Reduction): Dòng khí $\text{CO}_2$ và $\text{H}_2\text{O}$ đi qua lớp than nóng đỏ để khử thành khí cháy: $$\text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O} + 2\text{C} \xrightarrow{t^\circ} 3\text{CO} + \text{H}_2$$

Phương pháp nghiên cứu

  • Phương pháp lý luận, tổng quan tài liệu: Tổng hợp số liệu thống kê từ Tổng cục Thống kê, Vụ Năng lượng tái tạo - Bộ Công Thương; phân tích các công trình nghiên cứu trên thế giới và tại Việt Nam (mô hình hóa động lực học động cơ xăng của Đại học Alabama, Đại học Hokkaido; mô phỏng AVL BOOST trên động cơ diesel Mitsubishi S3L2 của TS. Bùi Văn Chinh; các nghiên cứu của Ajay, Juan Daniel Martínez, R. Uma, Felipe Centeno, Bibhuti).
  • Phương pháp thực nghiệm kỹ thuật: Chế tạo và vận hành mô hình thực nghiệm lò khí hóa thuận chiều tầng cố định sử dụng nhiên liệu viên nén biomass/mùn cưa; đo đạc nhiệt độ phân bố các vùng phản ứng theo tốc độ gió cấp vào; khảo sát lượng hắc ín ngưng tụ dưới đáy lò; thử nghiệm khả năng duy trì ngọn lửa khí syngas tại các ngưỡng nhiệt độ 400°C và 600°C; hiệu chỉnh hệ số tỷ lệ không khí (ER) và xác định năng suất hóa khí theo khối lượng nhiên liệu nạp.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan đề tài

Chương này phân tích thực trạng rác thải sinh hoạt, phụ phẩm nông - lâm nghiệp tại Việt Nam cùng các giải pháp xử lý hiện nay:

  • Các giải pháp xử lý chất thải rắn hiện hữu:
    • Chôn lấp: Sử dụng màng chống thấm HDPE và thu gom nước rỉ rác; nhược điểm là tốn diện tích, chỉ 20% bãi hợp vệ sinh.
    • Sản xuất compost (phân hữu cơ vi sinh): Quy trình 3 giai đoạn kết hợp vi sinh vật kỵ khí; nhược điểm là chất lượng không đồng đều, thời gian ủ dài.
    • Đốt trực tiếp phát điện: Mô hình nhà máy đốt rác phát điện Cần Thơ (vận hành cuối năm 2018, xử lý 400 – 430 tấn rác/ngày, phát hơn 170.000 kWh điện/ngày).
    • Sản xuất Biogas và viên nén RDF: Phân tích cấu trúc viên nén sinh khối làm tăng khối lượng riêng, giảm thể tích vận chuyển và giảm phát thải khí nhà kính.
  • Tiềm năng sinh khối tại Việt Nam: Thống kê tiềm năng các nguồn biomass chính và hệ số phế thải đối với cây trồng nông nghiệp.
Loại cây trồng / Nguồn sinh khối Hệ số phế thải / Tiềm năng Quy dầu tương đương (triệu toe) Tỷ lệ (%)
Lúa (Rơm rạ) 0,75 – 2,51 (32,52 triệu tấn) 7,30 60,4
Trấu — (6,50 triệu tấn) 2,16 17,9
Bã mía 0,20 – 0,25 (4,45 triệu tấn) 0,82 6,8
Phụ phẩm nông nghiệp khác — (9,00 triệu tấn) 1,80 14,9
Ngô 0,55 – 1,30 — —
Đậu tương 1,10 – 2,60 — —
Gỗ (Rừng tự nhiên, rừng trồng, phế liệu) 25,09 triệu tấn 8,78 100,0
  • Khái quát công nghệ syngas và ứng dụng cho động cơ đốt trong:
    • Định nghĩa syngas (hỗn hợp khí nhiên liệu có nhiệt trị bằng khoảng một nửa khí tự nhiên, sản phẩm phụ tạo biochar sạch).
    • Ứng dụng trong chu trình hỗn hợp IGCC, pin nhiên liệu MCFC, PEMFC và chạy động cơ đốt trong.
    • Phân tích việc ứng dụng syngas trên động cơ xăng (nghiên cứu của Ajay với hệ thống hòa trộn ống venturi trên máy phát điện 5,5 kW) và động cơ diesel lưỡng nhiên liệu (nghiên cứu mô phỏng động cơ Mitsubishi S3L2 qua AVL BOOST của TS. Bùi Văn Chinh; nghiên cứu của Bibhuti cho thấy tăng tỷ lệ $\text{H}_2/\text{CO}$ lên 50:50 cải thiện đáng kể quá trình cháy và hiệu suất nhiệt).
    • Khảo sát các nhà máy khí hóa quy mô nhỏ điển hình: Nhà máy Gosaba (Tây Bengal, Ấn Độ - 5 tổ máy 100 kW, chạy củi tiêu thụ 0,822 kg/kWh và diesel 0,135 l/kWh, thay thế 59% diesel); hệ thống TERI (Ấn Độ); hệ thống 2 cấp tách biệt buồng nhiệt phân - khí hóa tại Đan Mạch; hệ thống nhiều cấp tại Thái Lan (giảm tar xuống 28 $\text{mg/m}^3$).

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương này đi sâu vào nguyên lý nhiệt hóa học và công nghệ thiết bị lò khí hóa:

  • Phân loại công nghệ khí hóa:
    • Khí hóa tầng cố định (Fixed bed): Gồm kiểu ngược chiều (updraft - hiệu suất nhiệt cao, ít xỉ nhưng tar rất cao), kiểu thuận chiều (downdraft - khí đi qua tầng than nóng giúp cracking hắc ín, khí sạch, phù hợp động cơ đốt trong), kiểu hỗn hợp/dòng cắt nhau (crossdraft - kết cấu gọn nhưng trở lực lớn, dễ đóng xỉ).
    • Khí hóa tầng sôi (Fluidized bed): Gồm tầng sôi tĩnh và tầng sôi tuần hoàn, sử dụng hạt kích thước 0,5 – 3 mm, nhiệt độ buồng đốt đồng đều nhưng khó điều khiển ở giai đoạn khởi động/kết thúc và giới hạn nhiệt độ dưới 1.150°C để tránh chảy xỉ.
  • Lý do lựa chọn kiểu lò: Lựa chọn lò khí hóa tầng cố định thuận chiều do tạo hàm lượng hắc ín thấp nhất, cấu tạo đơn giản, chi phí đầu tư thấp, phù hợp với quy mô nhỏ dưới 1 MW phục vụ nông thôn.
  • Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình khí hóa sinh khối: Phân tích ảnh hưởng của kích thước hạt (dăm gỗ quy chuẩn 3x5x0,5 cm), độ ẩm nguyên liệu, hệ số tỷ lệ không khí tương đương (ER), giản đồ nhiệt độ phân bố trong lò, thành phần hóa học sinh khối, tốc độ gia nhiệt, môi chất truyền nhiệt và áp suất buồng phản ứng.

Chương 3: Khảo sát thực nghiệm và đánh giá

Chương này trình bày toàn bộ quy trình lắp đặt, vận hành thử nghiệm và phân tích kết quả trên mô hình thực tế:

  • Hệ thống thực nghiệm: Gồm thân lò khí hóa tầng cố định thuận chiều bọc bảo ôn, phễu nạp liệu có nắp kín, van cấp gió chính, quạt hút khí syngas, buồng thu gom tro xỉ và cửa xả hắc ín ngưng tụ dưới đáy lò.
  • Quy trình vận hành:
    1. Chuẩn bị nhiên liệu mùn cưa/viên nén biomass với khối lượng xác định.
    2. Nạp viên nén mồi cháy vào vùng oxy hóa qua cửa đánh lửa, khởi động quạt hút để mồi lửa tạo nhiệt độ ban đầu.
    3. Mở hoàn toàn van nạp gió chính và van quạt hút, đổ đầy nhiên liệu vào thân lò rồi đóng kín nắp nạp liệu.
    4. Duy trì phản ứng cháy - nhiệt phân, quan sát nhiệt độ buồng đốt và đo đạc lưu lượng khí thoát ra.
  • Kiểm tra và xử lý hắc ín: Quan sát quá trình ngưng tụ hắc ín lỏng dưới nắp đáy lò sau chu trình phản ứng để đánh giá mức độ cracking nhiệt của tầng than.
  • Khảo sát chế độ cháy của khí syngas: Đánh giá màu sắc và tính ổn định của ngọn lửa mồi syngas ở các dải nhiệt độ phản ứng khác nhau trong lò (khí bắt đầu cháy ở 400°C và cháy ổn định, ngọn lửa xanh rõ nét ở 600°C).

Thiết kế và triển khai

Hệ thống khí hóa sinh khối thực nghiệm được thiết kế và chế tạo theo cấu hình tầng cố định thuận chiều với các đặc tính kỹ thuật:

  • Cấu tạo thiết bị: Thân lò dạng hình trụ đứng nhiều tầng, bố trí vùng sấy ở phần trên cùng nhận nhiệt đối lưu; vùng nhiệt phân ở giữa; vùng cháy (oxy hóa) có cửa cấp gió và đường mồi lửa cưỡng bức; vùng thu hẹp (throat/tầng nén) gom than nóng đỏ tạo tầng sinh khí; phía dưới cùng là vỉ ghi đỡ tro xỉ, nắp đáy thu gom hắc ín ngưng tụ và ống hút khí syngas ra ngoài.
  • Nguyên lý phối hợp dòng: Nhiên liệu nạp từ trên đỉnh đi xuống cùng chiều với dòng không khí nạp từ vùng cháy. Dòng khí và hơi chất bốc (hắc ín, axít, hơi nước) sinh ra từ vùng nhiệt phân bắt buộc phải đi xuyên qua lớp than nóng đỏ ở nhiệt độ cao của vùng sinh khí, tại đây các hợp chất hữu cơ phân tử lớn bị bẻ gãy (cracking) thành các khí không ngưng ($\text{CO}$, $\text{H}_2$, $\text{CH}_4$), làm giảm tối đa hàm lượng tar trong khí thành phẩm.
  • Quy trình kiểm thử ngọn lửa syngas:
    • Tại nhiệt độ lò đạt 400°C: Khí thoát ra bắt đầu có khả năng bắt cháy khi mồi lửa tại đầu vòi xả, tuy nhiên ngọn lửa còn lẫn khói và hơi ẩm chưa phân hủy hết.
    • Tại nhiệt độ lò đạt 600°C: Phản ứng khử cacbon và cracking hắc ín diễn ra triệt để hơn, khí syngas thoát ra cháy liên tục, ngọn lửa sáng đều và có màu xanh đặc trưng của quá trình oxy hóa $\text{CO}$ và $\text{H}_2$.

Kết quả và đóng góp

Kết quả chính từ nghiên cứu và thực nghiệm

  1. Làm rõ bức tranh năng lượng và phụ phẩm: Xác lập cơ sở dữ liệu về tiềm năng sinh khối tại Việt Nam với tổng nguồn năng lượng sinh khối có thể khai thác đạt khoảng 100 triệu tấn/năm, bao gồm 53,43 triệu tấn phụ phẩm nông nghiệp (tương đương 12,08 triệu toe) và 25,09 triệu tấn sinh khối gỗ (tương đương 8,78 triệu toe).
  2. Xác định công nghệ phù hợp: Chứng minh công nghệ lò khí hóa tầng cố định thuận chiều là phương án tối ưu về mặt kinh tế - kỹ thuật cho quy mô phát điện phân tán nhỏ tại nông thôn Việt Nam nhờ khả năng tự khử hắc ín trong lòng lớp than nóng.
  3. Kết quả thực nghiệm vận hành lò:
    • Đã chế tạo và vận hành thành công mô hình lò khí hóa tầng cố định thuận chiều với nhiên liệu viên nén sinh khối/mùn cưa.
    • Xác định được mối quan hệ giữa nhiệt độ lò và chất lượng khí syngas: nhiệt độ phản ứng tối thiểu để khí syngas bắt cháy là 400°C và đạt chất lượng cháy ổn định ở 600°C.
    • Thu gom và kiểm soát được lượng hắc ín ngưng tụ dưới đáy lò, giảm thiểu nguy cơ tắc nghẽn đường ống dẫn khí.

Đóng góp của đề tài

  • Tổng hợp có hệ thống các nghiên cứu ứng dụng khí syngas làm nhiên liệu thay thế trên động cơ xăng (hòa trộn venturi) và động cơ diesel (chế độ lưỡng nhiên liệu dual-fuel), cung cấp cơ sở cho việc hoán cải máy phát điện cỡ nhỏ.
  • Cung cấp mô hình thiết kế thực nghiệm lò khí hóa biomass thuận chiều có khả năng ứng dụng thực tế cho các cơ sở chế biến gỗ, xay xát lúa gạo và hộ gia đình nông thôn nhằm tự cấp điện, nhiệt tại chỗ.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế:
    • Hệ thống thực nghiệm vận hành theo mẻ, quá trình nạp nhiên liệu và gạt xỉ chưa được cơ khí hóa/tự động hóa hoàn toàn, đòi hỏi thao tác thủ công.
    • Đồ án chưa trang bị thiết bị phân tích sắc ký khí chuyên dụng (Gas Chromatography) để đo lường định lượng chính xác phần trăm thể tích từng thành phần khí ($\text{H}_2$, $\text{CO}$, $\text{CH}_4$, $\text{CO}_2$, $\text{N}_2$) và nhiệt trị cụ thể của dòng khí theo từng giây vận hành.
    • Chưa kết nối trực tiếp dòng khí syngas sau lọc vào đường nạp của động cơ đốt trong để đo đạc công suất kéo tải thực tế và phân tích phát thải động cơ trên bệ thử.
  • Hướng nghiên cứu tiếp:
    • Nghiên cứu thiết kế hệ thống cấp liệu liên tục kiểu trục vít và cơ cấu gạt tro xỉ tự động.
    • Hoàn thiện cụm hệ thống làm mát và tháp lọc sạch hắc ín đa cấp nhằm đáp ứng tiêu chuẩn nạp khí sạch cho động cơ đốt trong.
    • Thử nghiệm kết nối khí syngas với động cơ đốt trong (động cơ xăng hoặc diesel lưỡng nhiên liệu) kéo máy phát điện để đánh giá suất tiêu hao nhiên liệu và các thành phần phát thải ($\text{CO}$, $\text{NO}_x$, $\text{HC}$, độ khói).

Giá trị tham khảo

Tài liệu đồ án mang lại giá trị tham khảo chuyên môn cho:

  • Sinh viên và học viên ngành Kỹ thuật Ô tô, Kỹ thuật Nhiệt, Năng lượng tái tạo và Cơ khí chế tạo: Nắm vững cấu tạo nguyên lý của các kiểu lò khí hóa sinh khối (thuận chiều, ngược chiều, tầng sôi) và các phản ứng nhiệt hóa học tương ứng.
  • Cán bộ kỹ thuật và người nghiên cứu về nhiên liệu thay thế cho động cơ đốt trong: Tham khảo các phương án hoán cải hệ thống cung cấp nhiên liệu (hòa trộn venturi cho động cơ xăng, phun mồi diesel cho động cơ lưỡng nhiên liệu) cùng các kết quả nghiên cứu quốc tế và mô phỏng AVL BOOST.
  • Các cơ sở sản xuất, chế biến nông - lâm nghiệp (nhà máy xay xát trấu, xưởng chế biến gỗ keo, bã mía): Tham khảo mô hình tận dụng phụ phẩm rắn làm viên nén RDF hoặc khí hóa trực tiếp để cấp nhiệt sấy và phát điện tự dùng.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao đồ án lựa chọn công nghệ lò khí hóa tầng cố định thuận chiều (downdraft) thay vì ngược chiều (updraft) hay tầng sôi?
Trả lời: Do mục tiêu của đề tài là hướng tới việc sản xuất khí syngas làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong quy mô nhỏ. Lò khí hóa thuận chiều có đặc điểm là dòng khí sản phẩm bắt buộc phải đi qua vùng than nóng đỏ ở đáy lò, giúp phân hủy nhiệt (cracking) phần lớn hắc ín (tar) thành khí không ngưng, cho ra sản phẩm khí sạch hơn nhiều so với lò ngược chiều, đồng thời có kết cấu đơn giản và chi phí thấp hơn lò tầng sôi.

2. Tiềm năng năng lượng từ nguồn gỗ keo tại Việt Nam được tác giả tính toán như thế nào?
Trả lời: Theo số liệu trong văn bản, quy hoạch diện tích trồng keo ở Việt Nam đến năm 2020 xét đến 2025 đạt gần 1 triệu hecta (tập trung tại Duyên hải miền Trung, Trung tâm Bắc Bộ và Tây Bắc). Năm 2014, lượng dăm gỗ keo xuất khẩu đạt 6,97 triệu tấn. Tổng sản lượng gỗ keo tương đương với lượng điện sản xuất được ước tính khoảng 3,25 tỷ MWh điện năng qua công nghệ khí hóa sinh khối.

3. Khí syngas được ứng dụng cho động cơ đốt trong theo những nguyên lý nào theo tổng quan của đồ án?
Trả lời: Khí syngas được ứng dụng qua hai phương thức chính:

  • Đối với động cơ xăng: Sử dụng bộ trộn venturi để cấp hỗn hợp syngas - không khí vào bộ chế hòa khí hoặc đường nạp, động cơ có thể vận hành 100% syngas hoặc lưỡng nhiên liệu.
  • Đối với động cơ diesel: Sử dụng chế độ lưỡng nhiên liệu (dual-fuel) bằng cách hòa trộn syngas vào đường nạp khí và phun một lượng nhỏ nhiên liệu diesel vào buồng cháy để tự bốc cháy kích nổ hỗn hợp.

4. Dấu hiệu nhận biết quá trình sinh khí đạt yêu cầu trong thử nghiệm thực tế của nhóm tác giả là gì?
Trả lời: Trong quá trình đốt thử nghiệm ngọn lửa mồi tại đầu vòi thoát khí, ở nhiệt độ lò đạt 400°C khí đã bắt đầu cháy nhưng chưa hoàn toàn ổn định; khi nhiệt độ vùng phản ứng trong lò đạt 600°C, khí syngas cháy liên tục, ngọn lửa duy trì ổn định và phát ra màu xanh đặc trưng.

5. Bốn giai đoạn nhiệt hóa học diễn ra tuần tự trong lò khí hóa thuận chiều là gì?
Trả lời: Bốn giai đoạn gồm: (1) Sấy khô (tách ẩm khỏi sinh khối bằng nhiệt đối lưu); (2) Nhiệt phân (phân hủy nhiệt trong điều kiện không có oxy tạo than, khí và hắc ín); (3) Đốt cháy / Oxy hóa (phản ứng với oxy không khí sinh nhiệt duy trì lò); (4) Sinh khí / Hoàn nguyên (khí $\text{CO}_2$ và $\text{H}_2\text{O}$ phản ứng với lớp than nóng đỏ tạo thành hỗn hợp khí cháy $\text{CO}$ và $\text{H}_2$).


Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Lê Ngọc Thiện và Trần Xuân Toàn đã hệ thống hóa toàn diện cơ sở lý thuyết về tiềm năng sinh khối và công nghệ khí hóa sản xuất syngas tại Việt Nam. Thông qua việc phân tích động học các phản ứng nhiệt hóa và lựa chọn kiểu lò khí hóa tầng cố định thuận chiều, nhóm tác giả đã chế tạo và vận hành thành công mô hình thực nghiệm, chứng minh khả năng sinh khí syngas cháy ổn định ở nhiệt độ 600°C từ viên nén biomass và mùn cưa. Nghiên cứu là tài liệu tham khảo kỹ thuật hữu ích, mở ra hướng ứng dụng thực tế trong việc tận dụng phụ phẩm nông - lâm nghiệp để phát điện phân tán và cung cấp nhiên liệu thay thế cho động cơ đốt trong.