I. Giới thiệu và bối cảnh nghiên cứu
Nghiên cứu này tập trung vào thiết bị hóa khí trấu tại Việt Nam, nhằm phân tích ảnh hưởng của thông số công nghệ đến sản phẩm khí và sản phẩm than. Trong bối cảnh biến đổi khí hậu và cạn kiệt nguồn năng lượng hóa thạch, việc tìm kiếm các nguồn năng lượng thay thế như sinh khối trở nên cấp thiết. Trấu Việt Nam là nguồn sinh khối dồi dào, nhưng việc khai thác hiệu quả đòi hỏi công nghệ phù hợp như hóa khí. Quá trình này chuyển đổi sinh khối rắn thành khí tổng hợp (syngas) và than sinh học, mang lại tiềm năng lớn trong sản xuất năng lượng và nông nghiệp.
1.1. Vấn đề nghiên cứu
Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ như nhiệt độ và hệ số không khí cấp (ER) đến chất lượng và hiệu suất của sản phẩm khí và sản phẩm than trong thiết bị hóa khí trấu là trọng tâm của luận án. Các thông số này ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất hóa khí và chất lượng than sinh học, từ đó quyết định tính khả thi kinh tế và kỹ thuật của hệ thống.
1.2. Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu chính là xác định các thông số tối ưu để tối đa hóa sản xuất khí từ trấu và sản xuất than từ trấu. Nghiên cứu cũng nhằm xây dựng mô hình toán học dự đoán thành phần khí tổng hợp và lượng than sinh học, đồng thời kiểm chứng tính chính xác của mô hình thông qua thực nghiệm.
II. Phương pháp và quy trình nghiên cứu
Nghiên cứu sử dụng phương pháp kết hợp lý thuyết và thực nghiệm. Quy trình hóa khí được mô hình hóa bằng hệ phương trình phi tuyến tính, giải bằng ngôn ngữ lập trình Python. Thực nghiệm được tiến hành trên thiết bị hóa khí trấu kiểu dòng khí đi xuống, với các thông số được điều chỉnh để đánh giá ảnh hưởng đến sản phẩm khí và sản phẩm than.
2.1. Mô hình toán học
Mô hình toán học bao gồm các phương trình cân bằng khối lượng và năng lượng, cùng với các phương trình cân bằng phản ứng tạo khí CH4 và chuyển H2O. Hệ phương trình được giải bằng phương pháp Newton-Raphson, dự đoán thành phần khí tổng hợp và lượng than sinh học dựa trên nhiệt độ và hệ số không khí cấp.
2.2. Thực nghiệm và kiểm chứng
Thực nghiệm được thực hiện để kiểm chứng mô hình toán học. Kết quả cho thấy sự tương đồng giữa mô hình và thực nghiệm, với độ lệch chuẩn RMSE nhỏ. Các phương trình hồi quy được xây dựng để dự đoán thể tích khí H2, CO, CH4 và khối lượng than sinh học dựa trên nhiệt độ và hệ số không khí cấp.
III. Kết quả và ứng dụng
Nghiên cứu đã xác định được các thông số tối ưu cho thiết bị hóa khí trấu, bao gồm nhiệt độ vùng khử T2 = 745°C và hệ số không khí cấp ER = 0.29. Các thông số này giúp tối đa hóa hiệu suất hóa khí và chất lượng than sinh học. Than sinh học được đánh giá có tiềm năng lớn trong nông nghiệp, giúp cải thiện sự phát triển của cây trồng.
3.1. Ứng dụng trong sản xuất năng lượng
Kết quả nghiên cứu cho thấy sản xuất khí từ trấu có thể đạt hiệu suất cao với các thông số tối ưu. Khí tổng hợp có thể được sử dụng làm nhiên liệu thay thế, góp phần giảm phụ thuộc vào năng lượng hóa thạch.
3.2. Ứng dụng trong nông nghiệp
Than sinh học từ quá trình hóa khí có chất lượng cao, phù hợp để cải tạo đất và tăng năng suất cây trồng. Thực nghiệm cho thấy sự phát triển của cây bắp được cải thiện đáng kể khi sử dụng than sinh học.
