Nghiên cứu ảnh hưởng thông số công nghệ đến sản phẩm khí và than trong thiết bị hóa khí trấu tại Việt Nam

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

TÓM TẮT

SUMMARY

MỤC LỤC

CÁC CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC HÌNH

DANH MỤC BẢNG

MỞ ĐẦU

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1. Giới thiệu đối tượng nghiên cứu và các khái niệm

1.2. Công nghệ hóa khí

1.3. Tổng quan về hệ thống hóa khí sinh khối

1.3.1. Một số hệ thống hóa khí sinh khối ở Việt Nam

1.3.2. Một số hệ thống hóa khí sinh khối của thế giới

1.4. Tổng quan về thông số công nghệ của hệ thống hóa khí

1.4.1. Cấu tạo hệ thống hóa khí

1.4.2. Ẩm độ nhiên liệu

1.4.3. Kích thước nhiên liệu

1.4.4. Nhiệt độ hệ thống

1.4.5. Hệ số không khí cấp ER

1.5. Than sinh học

1.5.1. Đặc tính của than sinh học

1.5.2. Phương pháp sản xuất than sinh học

1.5.3. Lợi ích của than sinh học trong nông nghiệp

1.6. Mô hình mô phỏng quá trình hóa khí

1.6.1. Mô hình động lực học lưu chất tính toán

1.6.2. Mô hình động học

1.6.3. Mô hình cân bằng nhiệt động lực học

1.7. Cơ sở lựa chọn hướng nghiên cứu

2. CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG, PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN

2.1. Đối tượng nghiên cứu

2.2. Phương pháp xác định các thông số lý hóa của trấu

2.2.1. Xác định khối lượng thể tích của trấu

2.3. Phân tích xác định các thành phần

2.4. Phân tích xác định các nguyên tố C, H, O, N và S

2.5. Xác định nhiệt trị của trấu

2.6. Xác định nhiệt trị của khí tổng hợp

2.7. Phương pháp xây dựng mô hình toán hóa khí trấu

2.8. Phương pháp giải hệ phương trình của mô hình toán

2.8.1. Phương pháp giải hệ phương trình theo Newton - Raphson

2.8.2. Ngôn ngữ lập trình giải hệ phương trình theo Newton - Raphson

2.8.3. Cấu trúc mã nguồn bằng ngôn ngữ lập trình Python

2.9. Phương pháp điều khiển thông số công nghệ và thu thập số liệu

2.9.1. Điều khiển lưu lượng không khí cấp

2.9.2. Điều khiển nhiệt độ vùng khử T2

2.9.3. Thu thập số liệu thành phần khí

2.9.4. Phân tích và so sánh hai tổ hợp số liệu

2.10. Phương tiện nghiên cứu

3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

3.1. Kết quả xác định các thông số lý hóa của trấu IR 50404

3.2. Xây dựng và giải mô hình toán hóa khí trấu

3.2.1. Mô hình hóa khí trấu

3.2.2. Xây dựng mô hình toán hóa khí trấu

3.2.3. Giải mô hình toán hóa khí trấu

3.3. Kết quả thực nghiệm hệ thống hóa khí trấu

3.3.1. Kết quả tính toán, thiết kế và chế tạo hệ thống hóa khí trấu

3.3.2. Thực nghiệm ảnh hưởng các thông số công nghệ đến sản phẩm hóa khí

3.4. Kết quả kiểm chứng mô hình toán và xây dựng phương trình hồi quy

3.4.1. Kiểm chứng mô hình toán

3.4.2. Xây dựng các phương trình hồi quy

3.5. Kết quả thực nghiệm xác định chế độ hóa khí trấu phù hợp

3.5.1. Phát biểu bài toán hộp đen

3.5.2. Xây dựng kế hoạch thực nghiệm bậc hai và lập ma trận thực nghiệm

3.5.3. Kết quả thực nghiệm và phân tích kết quả thực nghiệm

3.5.4. Xác định các thông số và chỉ tiêu phù hợp

3.6. Kết quả đánh giá sơ bộ chất lượng than sinh học

3.6.1. Tiêu chí đánh giá chất lượng than sinh học

3.6.2. Kết quả đánh giá than sinh học ở tiêu chí diện tích bề mặt riêng

3.6.3. Kết quả thí nghiệm tác động của than sinh học đến với cây trồng

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

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.

Luận án tiến sĩ kỹ thuật cơ khí: Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến sản phẩm khí và than trong thiết bị hóa khí trấu tại Việt Nam