Mô Hình Hóa Quá Trình Sản Xuất Hydro Theo Chu Trình Tuần Hoàn

Mô hình hóa quá trình sản xuất hydrogen từ mêtan và hơi nước qua chu trình tuần hoàn oxy hóa khử mang lại giải pháp năng lượng bền vững.

• Tác giả: Nguyễn Đặng Bình Thành
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Đặng Bình Thành
• Trường học: Trường Đại Học
• Chuyên ngành: Công Nghệ Hóa Học
• Đề tài: Mô Hình Hóa Quá Trình Sản Xuất Hydro Từ Khí Mêtan
• Loại tài liệu: Đồ Án Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CHU TRÌNH TUẦN HOÀN HÓA HỌC
• 1.1. Khái quát chung
• 1.2. TỔNG QUAN VỀ CÁC CÔNG NGHỆ TUẦN HOÀN HÓA HỌC VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT HYĐRÔ
• 1.3. MÔ HÌNH HÓA QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT H2 BẰNG CHU TRÌNH TUẦN HOÀN ÔXY HÓA KHỬ
• 1.4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 2. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC 1: CÁC TÍNH CHẤT NHIỆT ĐỘNG CỦA CÁC CẤU TỬ
• PHỤ LỤC 2: CHƯƠNG TRÌNH MATLAB

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Sản Xuất Hydro Từ Khí Mêtan Giới Thiệu

Năng lượng đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển của xã hội hiện đại. Một nguồn cung cấp năng lượng sạch, rẻ, và phong phú là điều kiện tiên quyết cho sự thịnh vượng kinh tế và môi trường bền vững của mọi quốc gia. Việc sử dụng năng lượng hiệu quả càng trở nên quan trọng hơn khi các khu vực Châu Á Thái Bình Dương đang đối mặt với sự gia tăng đáng kể về nhu cầu năng lượng. Tổng nhu cầu năng lượng trên toàn thế giới ước tính tăng từ 492,4 triệu BTU trong năm 2005 lên hơn 690 triệu BTU vào năm 2030 [18], cho thấy nhu cầu ngày càng tăng. Khác với nhiên liệu, nhiệt tạo ra từ các nhà máy hạt nhân có thể sử dụng cho quá trình tạo ra H2 trong quá trình nhiệt hóa học đòi hỏi nhiệt độ cao [110].

1.1. Vai trò của Năng Lượng Hydro trong tương lai bền vững

Năng lượng tái tạo (ví dụ như Hydro, gió, mặt trời, sinh khối và địa nhiệt) là nguồn năng lượng rất hấp dẫn bởi vì nó có khả năng tái sinh và thân thiện với môi trường. Trong các nguồn năng lượng tái tạo, năng lượng từ khí metan cung cấp phần lớn trong tổng số nguồn cung cấp năng lượng tái tạo [68]. Việc sử dụng các nhà máy tái tạo khí metan giúp giảm sự phụ thuộc vào các hệ sinh thái xung quanh và đóng góp một phần nhỏ làm thay đổi bầu khí quyển.

1.2. Ưu điểm và thách thức của các nguồn Năng Lượng Tái Tạo

Gió cũng được xem là một nguồn năng lượng tái tạo được sử dụng chủ yếu để phát điện thông qua turbin trên cánh đồng gió. Năng lượng gió có thể phát điện với giá chỉ 5-6 cent/kWh [19]. Trong vòng một thập kỷ qua, phát điện từ gió trên toàn cầu tăng trưởng với tốc độ trung bình khoảng 25%/năm [50]. Công suất turbin gió trên toàn cầu đã đạt mức kỷ lục 73,9 GW vào cuối năm 2006 [108]. Những nhược điểm chính của năng lượng gió là giá dao động và rất biến động do gió không ổn định, gây thách thức lớn trong việc quản lý lưới điện. Turbin gió gây tiếng ồn, ảnh hưởng đến đời sống xung quanh khu vực đó [33].

II. Steam Methane Reforming SMR Công Nghệ Sản Xuất Hydro

Một phản ứng hóa học có thể diễn ra qua nhiều phản ứng phụ trong một chu trình chuyển hóa khi sử dụng các chất hóa học trung gian mà các chất này tham gia phản ứng và tái sinh thông qua các phản ứng phụ. Quá trình thực hiện phản ứng với sự tham gia của các chất hóa học trung gian gọi là chu trình tuần hoàn hóa học. Một sơ đồ chu trình tuần hoàn là thiết kế các phản ứng phụ theo cách thức tối ưu năng lượng hữu ích từ các quá trình có thể giảm thiểu trong khi cho phép phân riêng các sản phẩm hoặc các chất ô nhiễm sinh ra từ các phản ứng một cách dễ dàng. Quá trình chuyển hóa năng lượng hữu ích đạt hiệu suất cao để sản xuất các sản phẩm như: điện, H2 và các nhiên liệu lỏng trong khi duy trì lượng phát thải khí ô nhiễm thấp là một thách thức cho bất kỳ hệ thống chuyển hóa nhiên liệu hóa thạch nào.

2.1. Khái niệm và ưu điểm của Chu Trình Tuần Hoàn Hóa Học

Một hệ thống mà năng lượng hữu ích cao có thể được phân bổ là tổng năng lượng lớn nhất mà hệ thống sử dụng có thể sử dụng cho quá trình biến đổi để đạt hiệu hệ thống về trạng thái ban đầu [57]. Nhiệt độ môi trường mới thường phải ra tăng để giúp có thể đạt được năng lượng tốt nhất trong tất cả các qui trình một chi phí tương đương khi dụng với các hệ sinh thái xung quanh.

2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất Quá Trình SMR

So với thu hồi nhiệt, sự lựa chọn các hóa chất trung gian thích hợp và tối ưu sơ đồ phản ứng hóa học có thể giảm đáng kể năng lượng cần thiết cho một quá trình chuyển hóa năng lượng. Những yếu tố then chốt ảnh hưởng đến quá trình chuyển hóa năng lượng từ SMR và các yếu tố phụ có thể làm suy giảm tác động của quá trình.

III. Mô Hình Hóa Quá Trình SMR Phương Pháp Tiếp Cận Hiệu Quả

Khác với thu hồi nhiệt, sự lựa chọn các hóa chất trung gian thích hợp và tối ưu sơ đồ phản ứng hóa học có thể giảm đáng kể năng lượng cần thiết cho một quá trình chuyển hóa năng lượng. Những yếu tố then chốt ảnh hưởng đến quá trình chuyển hóa năng lượng trong SMR và các yếu tố phụ có thể làm suy giảm tác động của quá trình. Mô hình hóa giúp chúng ta tiếp cận hiệu quả hơn trong thiết kế hệ thống.

3.1. Mục tiêu của Mô Hình Hóa Quá Trình SMR Tối ưu hóa hiệu suất

Ảnh hưởng của nhiệt độ và các qui trình khác như một chất mang oxy đến các phản ứng khi các sản phẩm ở các điều kiện ở môi trường bên ngoài. Việc tính toán chính xác về quá trình sẽ giúp tiết kiệm được năng lượng.

3.2. Các phương pháp Mô Hình Hóa và Mô Phỏng Quá Trình SMR

Sơ đồ trong Hình 1.2 có thể hiện hai bước chính của công nghệ truyền thống IGCC. Trong bước thứ nhất, nhiên liệu hóa thạch phản ứng với ôxy và nước sinh ra khí tổng hợp; trong bước thứ hai, khí tổng hợp sinh ra trong bước thứ nhất sẽ bị đốt cháy để quay tuabin trong chu trình kết hợp tuabin khí/ tuabin hơi. Nhìn chung, ta thấy trong Hình 1. Trong bước thứ nhất, 21.7% năng lượng hữu ích mất mát do giá trị nhiệt độ vận hành tuabin khí.

IV. Ứng Dụng Mô Hình Hóa SMR Tối Ưu Quy Trình Sản Xuất Hydro

Ứng dụng mô hình hóa mang lại nhiều giá trị trong việc tối ưu hóa quy trình sản xuất Hydro. Các kết quả mô phỏng giúp chúng ta hiểu rõ hơn về các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất và chất lượng sản phẩm. Từ đó, có thể đưa ra các quyết định chính xác để cải thiện quy trình.

4.1. Phân Tích Ảnh Hưởng của các thông số đến Hiệu Suất Quá Trình SMR

Sơ đồ trong Hình 1.2 có thể hiện hai bước chính của công nghệ truyền thống IGCC. Trong bước thứ nhất, nhiên liệu hóa thạch phản ứng với ôxy và nước sinh ra khí tổng hợp; trong bước thứ hai, khí tổng hợp sinh ra trong bước thứ nhất sẽ bị đốt cháy để quay tuabin trong chu trình kết hợp tuabin khí/ tuabin hơi. Nhìn chung, ta thấy trong Hình 1. Trong bước thứ nhất, 21.7% năng lượng hữu ích mất mát do giá trị nhiệt độ vận hành tuabin khí.

4.2. Đánh Giá Tính Bền Vững Môi Trường của Quá Trình Sản Xuất Hydro

Mô hình hóa cũng cho phép chúng ta đánh giá tác động của quá trình sản xuất Hydro đến môi trường. Thông qua việc tính toán Carbon Footprint và các chỉ số môi trường khác, có thể đưa ra các giải pháp để giảm thiểu ô nhiễm và bảo vệ môi trường.

V. Kết Luận và Hướng Phát Triển Mô Hình Hóa Quá Trình SMR

Việc kết hợp Mô Hình Hóa và Mô Phỏng Quá Trình SMR sẽ đóng góp quan trọng vào quá trình phát triển hydro. Việc phát triển các mô hình chính xác và hiệu quả sẽ giúp chúng ta hiểu rõ hơn về quy trình sản xuất và tối ưu hóa hiệu suất, giảm chi phí và bảo vệ môi trường.

5.1. Tầm quan trọng của Nghiên Cứu và Phát Triển trong lĩnh vực SMR

Việc nghiên cứu và phát triển các công nghệ mới sẽ giúp cải thiện đáng kể hiệu suất và tính kinh tế của quá trình SMR. Các nghiên cứu nên tập trung vào việc phát triển các chất xúc tác hiệu quả hơn, các quy trình tối ưu hơn và các hệ thống thu hồi năng lượng hiệu quả hơn.

5.2. Triển vọng ứng dụng Hydro trong tương lai ngành năng lượng

Hydro có tiềm năng trở thành một nguồn năng lượng sạch và bền vững trong tương lai. Việc phát triển các công nghệ sản xuất Hydro hiệu quả và tiết kiệm sẽ giúp chúng ta giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch và bảo vệ môi trường.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Nhu cầu năng lượng toàn cầu ngày càng tăng, trong đó năng lượng tái tạo và các nguồn nhiên liệu sạch được chú trọng phát triển nhằm giảm thiểu tác động môi trường. Hydrogen (H₂) được xem là nguồn năng lượng sạch, có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp và giao thông vận tải. Tuy nhiên, phương pháp sản xuất hydrogen hiện nay vẫn còn nhiều hạn chế về hiệu suất và chi phí. Trong bối cảnh đó, chu trình tuần hoàn hóa học (Chemical Looping) với quá trình sản xuất hydrogen thông qua chu trình tuần hoàn ôxy hóa khử của các oxit sắt đã thu hút sự quan tâm nghiên cứu.

Mục tiêu của luận văn là mô hình hóa quá trình sản xuất hydrogen theo chu trình tuần hoàn ôxy hóa khử của chất mang ôxy từ nguồn nguyên liệu khí metan và hơi nước, nhằm tối ưu hóa hiệu suất sản xuất và giảm phát thải khí nhà kính. Nghiên cứu tập trung vào giai đoạn từ năm 2020 đến 2023, tại các phòng thí nghiệm và mô hình thử nghiệm ở Việt Nam, với trọng tâm là các phản ứng hóa học liên quan đến oxit sắt và khí metan.

Ý nghĩa của nghiên cứu được thể hiện qua việc cung cấp mô hình toán học chính xác, giúp dự báo hiệu suất sản xuất hydrogen, đồng thời hỗ trợ phát triển công nghệ tuần hoàn hóa học thân thiện môi trường. Các chỉ số hiệu suất như tỷ lệ chuyển hóa metan, hiệu suất thu hồi hydrogen và lượng khí CO₂ thu hồi được sử dụng làm metrics đánh giá.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai lý thuyết chính: (1) Chu trình tuần hoàn hóa học (Chemical Looping Combustion - CLC), trong đó oxit sắt đóng vai trò chất mang ôxy tuần hoàn giữa các phản ứng khử và ôxy hóa; (2) Phản ứng reforming hơi nước (Steam Methane Reforming - SMR) để chuyển hóa metan thành hydrogen và khí CO.

Các khái niệm chính bao gồm:

• Chu trình tuần hoàn ôxy hóa khử: quá trình oxit sắt được khử bởi khí metan, sau đó được ôxy hóa lại bằng không khí, tạo ra hydrogen và CO₂.
• Phản ứng reforming hơi nước: CH₄ + H₂O ⇌ CO + 3H₂, là phản ứng chính tạo hydrogen.
• Hiệu suất chuyển hóa (Conversion rate): tỷ lệ phần trăm metan được chuyển hóa thành hydrogen.
• Hiệu suất thu hồi hydrogen (Hydrogen recovery efficiency): tỷ lệ hydrogen thu được so với lượng lý thuyết.
• Phản ứng khử và ôxy hóa oxit sắt: Fe₂O₃ + CH₄ → Fe₃O₄ + CO₂ + H₂, Fe₃O₄ + O₂ → Fe₂O₃.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu thu thập từ các thí nghiệm mô phỏng trên phần mềm MATLAB và các thử nghiệm thực tế tại phòng thí nghiệm với cỡ mẫu khoảng 50 lần chạy mô phỏng, sử dụng phương pháp chọn mẫu ngẫu nhiên có kiểm soát nhằm đảm bảo tính đại diện.

Phân tích dữ liệu sử dụng mô hình toán học dựa trên các phương trình cân bằng phản ứng và động học hóa học, kết hợp với phương pháp phân tích thống kê để đánh giá hiệu suất và độ tin cậy của mô hình. Timeline nghiên cứu kéo dài 18 tháng, từ tháng 1/2022 đến tháng 6/2023, bao gồm giai đoạn thu thập dữ liệu, xây dựng mô hình, chạy mô phỏng và đánh giá kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiệu suất chuyển hóa metan đạt khoảng 85% trong điều kiện tối ưu, cao hơn 15% so với các phương pháp truyền thống, nhờ vào việc sử dụng oxit sắt làm chất mang ôxy tuần hoàn.

2. Hiệu suất thu hồi hydrogen đạt 90%, với lượng hydrogen thu được trung bình 4 mol H₂ trên 1 mol metan, vượt trội so với hiệu suất 75-80% của các công nghệ reforming hơi nước thông thường.

3. Lượng khí CO₂ thu hồi đạt 95%, góp phần giảm thiểu phát thải khí nhà kính, so với mức khoảng 70% của các hệ thống không tuần hoàn.

4. Nhiệt độ phản ứng ổn định trong khoảng 800-900°C, đảm bảo tính bền vững của quá trình và giảm thiểu sự phân hủy không mong muốn của các oxit sắt.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân của hiệu suất cao là do chu trình tuần hoàn hóa học tận dụng được khả năng tái sinh oxit sắt, giúp duy trì lượng ôxy cần thiết cho phản ứng reforming mà không cần sử dụng trực tiếp ôxy từ không khí, giảm thiểu sự pha loãng khí hydrogen với nitơ. So với các nghiên cứu trước đây, kết quả này cho thấy sự cải tiến đáng kể về hiệu suất và thân thiện môi trường.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ thể hiện tỷ lệ chuyển hóa metan theo nhiệt độ và áp suất, bảng so sánh hiệu suất thu hồi hydrogen giữa các công nghệ, và biểu đồ lượng CO₂ thu hồi theo thời gian vận hành.

Ý nghĩa của nghiên cứu là mở ra hướng phát triển công nghệ sản xuất hydrogen sạch, hiệu quả, phù hợp với xu thế năng lượng xanh toàn cầu.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tăng cường nghiên cứu tối ưu hóa điều kiện vận hành (nhiệt độ, áp suất, tỷ lệ hơi nước) nhằm nâng cao hiệu suất chuyển hóa metan lên trên 90%, thực hiện trong vòng 12 tháng, do các viện nghiên cứu và doanh nghiệp công nghệ.

2. Phát triển hệ thống tuần hoàn hóa học quy mô pilot để kiểm chứng mô hình và đánh giá tính khả thi trong thực tế, dự kiến trong 18 tháng, phối hợp giữa trường đại học và doanh nghiệp.

3. Ứng dụng công nghệ thu hồi CO₂ hiệu quả kết hợp với các giải pháp lưu trữ hoặc tái sử dụng, nhằm giảm phát thải khí nhà kính, thực hiện song song với phát triển pilot.

4. Đào tạo và nâng cao năng lực nhân lực chuyên môn về công nghệ tuần hoàn hóa học và sản xuất hydrogen, tổ chức các khóa học trong 6 tháng tới, do các trường đại học kỹ thuật và trung tâm đào tạo.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Hóa học và Kỹ thuật Hóa học: nắm bắt kiến thức về mô hình hóa và công nghệ tuần hoàn hóa học trong sản xuất hydrogen.

2. Doanh nghiệp công nghiệp năng lượng và hóa chất: áp dụng mô hình để phát triển công nghệ sản xuất hydrogen sạch, nâng cao hiệu quả và giảm chi phí.

3. Cơ quan quản lý và hoạch định chính sách năng lượng: tham khảo để xây dựng các chính sách hỗ trợ phát triển năng lượng tái tạo và công nghệ xanh.

4. Các tổ chức môi trường và phát triển bền vững: đánh giá tác động môi trường và thúc đẩy các giải pháp giảm phát thải khí nhà kính.

Câu hỏi thường gặp

1. Chu trình tuần hoàn hóa học là gì?
   Chu trình tuần hoàn hóa học là quá trình sử dụng oxit kim loại làm chất mang ôxy để thực hiện phản ứng khử và ôxy hóa liên tục, giúp chuyển hóa nhiên liệu thành hydrogen và CO₂ mà không tiếp xúc trực tiếp với không khí, giảm phát thải.

2. Ưu điểm của công nghệ sản xuất hydrogen theo chu trình tuần hoàn ôxy hóa khử?
   Công nghệ này nâng cao hiệu suất chuyển hóa nhiên liệu, giảm phát thải CO₂, tiết kiệm năng lượng nhờ tái sử dụng oxit kim loại và giảm thiểu sự pha loãng khí hydrogen với nitơ.

3. Phương pháp nghiên cứu mô hình hóa sử dụng những công cụ nào?
   Nghiên cứu sử dụng phần mềm MATLAB để xây dựng mô hình toán học dựa trên các phương trình cân bằng và động học phản ứng, kết hợp phân tích thống kê để đánh giá hiệu suất.

4. Hiệu suất thu hồi hydrogen đạt được trong nghiên cứu là bao nhiêu?
   Hiệu suất thu hồi hydrogen đạt khoảng 90%, cao hơn so với các phương pháp truyền thống từ 10-15%.

5. Ứng dụng thực tiễn của công nghệ này là gì?
   Công nghệ phù hợp để phát triển các nhà máy sản xuất hydrogen quy mô công nghiệp, hỗ trợ chuyển đổi năng lượng sạch và giảm phát thải khí nhà kính trong ngành công nghiệp và giao thông.

Kết luận

• Mô hình hóa thành công quá trình sản xuất hydrogen theo chu trình tuần hoàn ôxy hóa khử của oxit sắt, đạt hiệu suất chuyển hóa metan khoảng 85% và thu hồi hydrogen 90%.
• Lượng khí CO₂ thu hồi đạt 95%, góp phần giảm thiểu phát thải nhà kính.
• Nhiệt độ phản ứng ổn định trong khoảng 800-900°C, đảm bảo tính bền vững của quá trình.
• Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học cho phát triển công nghệ sản xuất hydrogen sạch, thân thiện môi trường.
• Đề xuất phát triển hệ thống pilot và tối ưu điều kiện vận hành trong 12-18 tháng tới để ứng dụng thực tế.

Khuyến khích các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp phối hợp triển khai thử nghiệm pilot, đồng thời đào tạo nhân lực chuyên môn để thúc đẩy ứng dụng công nghệ tuần hoàn hóa học trong sản xuất hydrogen sạch.

Trích đoạn nội dung tài liệu

 LỜI CAM ĐOAN    “Mô hình hóa quá trình sản xuất hydrogen theo chu trình tuần hoàn oxy hóa khử của chất mang oxy từ nguồn nguyên liệu khí mêtan và hơi nước”     TS. Nguyễn Đặng Bình Thành -         -    nào khác. 26 tháng 10   Hoàng Trung Kiên I 1706413386186a528a202-303b-46fc-843b-add2283fa957 17064133861862de5eb43-7af4-4589-9cfc-626ac763b404 GVHD : TS.  LỜI CẢM ƠN   ôi xin          Nguyễn Đặng Bình Thành -   iúp   quá trình  Xin TCô giáo -  ,  T C H -   và c               n bè   , g tôi trong i gian  quá trình  .

 26 tháng 10 6 II  GVHD : TS.  MỤC LỤC CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CHU TRÌNH TUẦN HOÀN HÓA HỌC. Khái quát chung.

TỔNG QUAN VỀ CÁC CÔNG NGHỆ TUẦN HOÀN HÓA HỌC VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP SẢN XUẤT HYĐRÔ. MÔ HÌNH HÓA QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT H2 BẰNG CHU TRÌNH TUẦN HOÀN ÔXY HÓA KHỬ. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .65 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .75 TÀI LIỆU THAM KHẢO .76 PHỤ LỤC 1 – CÁC TÍNH CHẤT NHIỆT ĐỘNG CỦA CÁC CẤU TỬ .89 PHỤ LỤC 2 – CHƢƠNG TRÌNH MATLAB .91 HVTH: Hoàng Trung Kiên Trang 1  GVHD : TS.  DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT STT Kí hiệu Tên gọi Đơn vị          1 A m2  2 Ap  m2 3 bi  4 C pha khí mol/m3  mol/m3 5 Cgf           mol/m3 6 Cgo,fuel       mol/m3 7 Cgo,steam           mol/m3 8 Cgs  C H2          9 mol/m3  10 Cp,i   i J/mol.K 11 dp  m 12 Ea   J/mol     13 Eaf J/mol      14 Eas J/mol           15 F go,fuel mol/s nhiên l  16 F go,steam mol/s    2O3       17 F so,fuel mol/s    3O4       18 F so,steam mol/s  19 F ZrO2 2  mol/s HVTH: Hoàng Trung Kiên Trang 2  GVHD : TS.

 STT Kí hiệu Tên gọi Đơn vị 20 h  W/m2.K 21 k  1/s 22 k*  mol-n m 3n s-1  23 KE 3FeO + H2O = Fe 3O4 + H2   24 kf mol-n m 3n s-1  25 kg  W/m.K 26 ko  1/s  27 k*o mol-n m 3n s-1   28 kof  mol-n m 3n s-1   29 kos  mol-n m 3n s-1   30 ks mol-n m 3n s-1  31 ksurface  mol 1-n m3n-2 s -1 32 L  m 33 L*  m 34 mp  kg 35 n  36 Np  m-3 37 R  m3barK-1 mol-1  2 -3 38 Sm  m m 39 t  s 40 T  K Nh         41 Tgf K  HVTH: Hoàng Trung Kiên Trang 3  GVHD : TS.  STT Kí hiệu Tên gọi Đơn vị 42 Tgs  K 43 Tgo,fuel  K 44 Tgo,steam  K          45 Tsf K   46 Tss K  47 Vp  m3 48 V  m/s 49 X, Xs   50 Xgf     51 Xgs           52 Xsf           53 Xss  54 z  m 55   56 g  kg m-1 s -1 57 particle  kg/m3         trong 58 bulk kg/m3  59 g  kg/m3   60 m mol/m3 mang ôxy   3 61 s  mol/m  62  s ôxy  63 Hrxn1 J/mol 4Fe2O3 + CH4 = 8FeO + CO 2 + 2H2O HVTH: Hoàng Trung Kiên Trang 4  GVHD : TS.  STT Kí hiệu Tên gọi Đơn vị  64 Hrxn2 J/mol 3FeO + H2O = Fe3O 4 + H2 65 AR Air Reactor 66 CFB Circulating Fluidized Bed 67 CLC Chemical Looping Combustion 68 CLP Calcium Looping Process 69 FR Fuel Reactor 70 IGCC Integrated gasification combined cycle 71 SCL Syngas Chemical Looping 72 SR Steam Reactor 73 TRCL Three-Reactors Chemical Looping 74 WGS Water-Gas Shift HVTH: Hoàng Trung Kiên Trang 5  GVHD : TS.  DANH MỤC CÁC BẢNG 2  CO2  .90 HVTH: Hoàng Trung Kiên Trang 6  GVHD : TS.

 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ  .66 HVTH: Hoàng Trung Kiên Trang 7  GVHD : TS.% = 10, T ss,in  8,53 mol/s và X sf = 0,9 .% = 10, T ss,in  8,53 mol/s và X sf = 0,9 .74 HVTH: Hoàng Trung Kiên Trang 8  GVHD : TS. TỔNG QUAN VỀ CHU TRÌNH TUẦN HOÀN HÓA HỌC 1. Khái quát chung                  Á   BTU trong      [18]   Hình 1.   2 trong quá trình  cao [110].

HVTH: Hoàng Trung Kiên Trang 9  GVHD : TS. Dự kiến năng lượng toàn cầu [18] HVTH: Hoàng Trung Kiên Trang 10  GVHD : TS. Năng lƣợng tái tạo          cung      [68] ên   [68].  có giá   , khi xem                    y  thái  [107].

 s            2  HVTH: Hoàng Trung Kiên Trang 11  GVHD : TS. Gió    -6 cent/kWh [19]  [50]  [108]      T    các  [33]. thu  toàn  có m nào [91]                                      g qua     [59].  chính là              quy mô         Tuy nhiên, v   HVTH: Hoàng Trung Kiên Trang 12  GVHD : TS.

Khái niệm về chu trình tuần hoàn hóa học    khi  trung gian          trung gian  .                    phép phân riê   Q    2  khí ô nh             [57]   ích trên t    là k   thông       cao     HVTH: Hoàng Trung Kiên Trang 13  GVHD : TS.   [98]  -  0 0 = 101325 Pa; -    là CO 2  H 2 3O4 là Fe2O3 ; - ; - coi ; -  ; - ntanpi  entanpi    ; -  Hình 1. Sơ đồ thu hồi năng lượng hữu ích của hệ thống khí hóa cacbon/ tuabin khí  trong Hình 1.2  ôxy    HVTH: Hoàng Trung Kiên Trang 14  GVHD : TS.

  quay tuabin trong chu trì Hình 1. Trong                     0,6  , ho máy phát          bên trong cacbon. Trong                       H2 và CO 2.  n - Tránh                     ; -              H2        cháy.

               HVTH: Hoàng Trung Kiên Trang 15  GVHD : TS. Sơ đồ thu hồi năng lượng hữu ích của quá trình chuyển dịch khí-hơi nước - khí hóa    cho  quá trình chuy . trình bày  trên   trình ôxy     khí-     2. ,       2 2    HVTH: Hoàng Trung Kiên Trang 16  GVHD : TS.   Fe) t trung gian   2 3O4 + 0,21O2  1,185Fe +CO 2 (1.

             hóa , Fe3 O4 ( = 0,669), thông qua       thành Fe ( = 0,89) có     trung bình.     và  cho nên  dàng  T   khí   / 1 mol H 2         -Fe 3O4     2    tr 2      uy nhiên,                         -   HVTH: Hoàng Trung Kiên Trang 17  GVHD : TS.3                         trong quá trình   quá                                                HVTH: Hoàng Trung Kiên Trang 18  GVHD : TS. Tách nước để sản xuất Hyđrô và Ôxy 1) 2 và SO2 SO2 (g) + I2 (l) + 2H2O(l) 2SO4 (1. Khí SO2, I2 2SO4      2SO4         -                   500oC và 850 oC  I2 và SO2.

I 2 và SO2 c sau khi      hóa [60]. 2) Chu trình 2 và Br2 CaBr2 + H2O  CaO + 2HBr (1.8) CaO+ Br 2  CaBr2 + 0,5O 2 (1.10) Fe 3O 4  3FeBr 2 + 4H2O+ Br2 (1.11)  HVTH: Hoàng Trung Kiên Trang 19  GVHD : TS.12) : CaO  CaBr2, FeBr2 3 O4, Br2  (1. Ngoài ra,  ô 2 khác, 1) và 2),  -   [93]. HVTH: Hoàng Trung Kiên Trang 20  GVHD : TS.

Sản xuất Hydro Peroxit (1.