CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1 1 Thực trạng ô nhiễm môi trường Thực trạng ô nhiễm môi trường hiện nay đang nằm trong tình trạng báo động nhận được sự quan tâm của toàn thể cộng đồng Theo thống kê trên.
CHƯƠNG : TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Thực trạng ô nhiễm môi trường Thực trạng ô nhiễm môi trường nằm tình trạng báo động nhận quan tâm toàn thể cộng đồng Theo thống kê toàn giới, số lượng ngưới mắc bệnh liên quan đến vấn đề ô nhiễm mơi trường nhiều khơng có dấu hiệu dừng lại, đặc biệt đô thị lớn, nước công nghiệp phát triển Gây hủy hại không gian sống, ảnh hưởng đến sức khỏe người 1.1.1 Tình trạng ô nhiễm môi trường sử dụng nhiên liệu hóa thạch Nhiên liệu hóa thạch dùng để nguồn nhiên liệu tự nhiên hình thành từ thực vật phân hủy sinh vật khác, bị chôn vùi bên lớp trầm tích đá hàng thiên nhiên kỷ Những nhiên liệu tái tạo này, bao gồm than, dầu khí đốt tự nhiên Nhiên liệu hóa thạch sử dụng nhiều kỷ để tạo lượng, có nhiều hậu liên quan đến việc sử dụng chúng 1.1.2 Nhiên liệu hóa thạch gây nhiễm mơi trường Nếu bạn qua khu cơng nghiệp với cột khói cao đến tận trời, bạn tận mắt chứng kiến ô nhiễm nhiên liệu hóa thạch! Nhiên liệu hóa thạch cần đốt cháy để giải phóng lượng tích trữ đó, đồng thời tạo cacbon dioxide chất nhiễm khác bơm vào khơng khí Các chất độc hại dẫn đến tác động bất lợi cho bầu khí quyển, tạo nên hiệu ứng nhà kính hiệu ứng nóng lên tồn cầu Cụ thể : Sulfur dioxide kim loại nặng dẫn đến hậu nghiêm trọng mưa axit tổn thương đường hô hấp người Các chất ô nhiễm từ việc đốt nhiên liệu hóa thạch có liên quan đến bệnh ung thư hen suyễn Nhiên liệu hóa thạch góp phần vào thay đổi khí hậu đóng góp trực tiếp từ hạt đưa vào khí nhiên liệu hóa thạch bị đốt cháy Các hợp chất CO2 CH4 xâm nhập vào bầu khí quyển, dẫn đến gia tăng nhiệt độ trung bình tồn cầu kể từ năm 1900, gây hậu môi trường sống tự nhiên bị phá hủy, mực nước biển dâng Hình 1.1 Ơ nhiễm mơi trường từ khí thải nhà máy sử dụng nhiên liệu hóa thạch 1.1.3 Hậu nhiên liệu hóa thạch mơi trường 1.1.3.1 Mưa axit Mưa axit hình thành phản ứng hóa học lưu huỳnh điơxít ơxít nitơ trộn với nước, ơxy hóa chất khác có nhiều khí Các chất nhiễm chủ yếu tạo nhà máy điện đốt nhiên liệu hóa thạch Mưa axit vấn đề nghiêm trọng làm hư hại cối, hồ, sông, kiến trúc, tượng, hoa màu động vật hoang dã Hình 1.2 Sự hình thành mưa axit từ khí thải cơng nghiệp 1.1.3.2 Sự nóng lên tồn cầu Sự nóng lên tồn cầu hay cịn gọi biến đổi khí hậu bị số người phủ nhận, khoa học ủng hộ điều cách rõ ràng Nguyên nhân thải khí nhà kính vào bầu khí Việc đốt cháy nhiên liệu hóa thạch tạo lượng lớn khí cacbonic nguyên nhân góp phần lớn vào vấn đề ngày gia tăng mà giới phải đối mặt Việc đốt than cho đóng góp 44% lượng khí thải carbon dioxide giới Trên giới, riêng xăng cho nguyên nhân phần ba lượng khí thải carbon Mặc dù than đá dầu thơ, khí đốt tự nhiên nguyên nhân tạo khoảng 20% lượng khí thải carbon 1.2 Phương pháp xử lý chất thải rắn 1.2.1 Thu khí bãi chơn lấp Các hoạt động sinh học bãi chôn lấp làm phát sinh khí q trình phân huỷ hợp chất hữu chất thải vi sinh vật Khi chất thải cịn mới, chứa nhiều khơng khí - khoảng 30% khoảng trống chất thải nén - trình phân hủy diễn điều kiện hiếu khí Sản phẩm chúng CO2, H2O hợp chất hữu ay có mùi khó chịu Đó gọi pha hiếu khí hay acetogenic (pha axit), có nhiều hợp chất hữu tương tự axit axetic Hình 1.3 Bãi chơn lấp rác sinh học Tại điểm kết thúc pha acetogenic, hầu hết lượng khí bị lẫn chất thải sử dụng hết pha hiếu khí khơng thể tiếp tục Q trình phân huỷ kỵ khí, methanogenesis (pha metan) xảy ra, phân hủy hợp chất hữu bay hơi, sản phẩm từ pha acetogensis Những sản phẩm pha metan (CH4), cacbon dioxit (CO2), nước (H2O) oxy (O2) Khí CH4 CO2 ngồi Nước oxy quay trở lại cung cấp cho trình phân huỷ, pha acetogenesis lại tiếp tục tạo sản phẩm cho pha methanogenesis Bảng 1.1 thể thành phần tính chất khí bãi chơn lấp Bảng 1.1 Thơng tin thành phần tính chất khí bãi chơn lấp STT Tính chất Đơn vị Giá trị CH4 % thể tích 40-60 CO2 % thể tích 2-5 O2 % thể tích 0,1-1,0 Mercaptan, hợp chất chứa lưu huỳnh % thể tích 0-1,0 NH3 % thể tích 0,1-1,0 H2 % thể tích 0-0,2 CO % thể tích 0-0,2 Các khí khác % thể tích 0,01-0,6 Nhiệt độ 10 Tỷ trọng F 100-120 - 1,02-1,6 o Cả trình acetogenesis methanogenesis phụ thuộc vào có mặt nước chất thải Khơng có trình phân huỷ diễn chất thải giữ khô Một số nghiên cứu methanogenesis diễn nhanh chất thải bị ướt không bị ngập nước Tuy nhiên vấn đề chưa kiểm chứng Khí bãi chơn lấp xuyên suốt lớp chất thải, nơi có diện chất hữu Quá trình phân huỷ ln bắt đầu pha acetogenesis sau chuyển sang pha methanogenesis Khí bãi chơn lấp khơng sinh chịu áp lực Nếu chất thải chứa q nhiều nước chúng khơng thể di chuyển dễ dàng đƣợc Đó lý tốc độ sinh khí tăng lên nước rỉ bơm khỏi chất thải ngập nước Hình 1.4 Sơ đồ giếng thu khí bãi chơn lấp Khí bãi chôn lấp thu thập thông qua giếng thu khoan xuyên đến đáy chất thải, bịt kín bề mặt, để khí di chuyển vào hệ thống thu khí (Hình 1.4 thể sơ đồ giếng thu khí bãi chơn lấp) 1.2.2 Ủ kỵ khí rác thải Khác với phương pháp trên, phương pháp củ động việc tạo ra, thu hồi sử dụng khí metan từ lên men rác Một ưu điểm phương pháp hạn chế đáng kể diện tich đất chôn, rác đầu vào phân loại tách riêng phần tái chế phần khó phân hủy, để lại phân hữu dễ phân hủy sinh học Những chất sau xử lý thể tích khối lượng giảm đáng kể so với rác ban đầu Nguyên lý ản phương pháp sau : rác thải sau thu gom cho vào máy nghiền để nghiền nhỏ Rác sau nghiền đưa qua máy phân loại để loại bỏ thành phần đất, đá chất khó phân hủy vướng lại Tiếp theo, rác đưa vào để ổn định, phối trộn với nước theo tỷ lệ thích hợp để tạo thành bùn nhão Bùn bơm vào bể ủ kỵ khí để phân hủy Bể thủy phân lắp thêm cánh khuấy để tăng mức độ xáo trộn, giúp phản ứng diễn nhanh hiệu hơn, vận hành điều kiện pH, nhiệt độ, thời gian thích hợp Kết trình thủy phân tạo biogas bùn sau phân hủy Biogas sử dụng làm nhiên liệu bùn đƣợc đem tách lấy nước, sấy khô chôn lấp tái chế 1.2.3 Đốt rác phát điện Nếu phương pháp ủ kỵ khí áp dụng cho chất thải có khả phân hủy sinh học, phương pháp đốt rác phát điện không kén chọn loại rác thải Điều mà phương pháp kén chọn nhiệt độ độ ẩm rác thải Chất thải áp dụng đƣợc phương pháo cần thiết phải có nhiệt trị cao độ ẩm thấp Nguyên lý phương pháp sau : rác thải sau thu gom đưa vào lò đốt Tại lò đốt, với bổ sung phụ trợ nhiên liệu, chất thải đốt qua cấp để đạt nhiệt đô cao 1000oc nhằm xử lý hợp chất độc hại Dịng khí nóng khỏi đốt dẫn theo đường ống đến bên nồi để sản xuất làm quay tua bin phát điện Dịng khí nóng tiếp tục dẫn qua trao đổi nhiệt tháp giải nhiệt trước xử lý hệ thống lọc túi vải xúc tác khử NOx, SOx Khí thải sau xử lý đạt yêu cầu quạt thổi gió thổi ống khói, thải mơi trường bên ngồi 1.3 Tổng quan nhiên liệu RDF 1.3.1 Thành phần chất thải sinh học Thành phần lý, hoá học chất thải rắn đô thị khác tuỳ thuộc vào địa phương, vào mùa khí hậu, vào điều kiện kinh tế nhiều yếu tố khác Bảng 1.2 Định nghĩa thành phần CTRSH Thành phần Định nghĩa Ví dụ 1.Các chất cháy a Giấy b Hàng dệt c Thực phẩm d Cỏ, gỗ củi, ơm rạ Các vật liệu làm từ giấy bột giấy Các túi giấy, mảnh bìa, giấy vệ sinh… Có nguồn gốc từ sợi Các chất thải từ đồ ăn thực phẩm Các vật liệu sản phẩm chế tạo từ gỗ, tre, rơm… Vải, len, nilon… Cọng rau, vỏ quả, thân cây, lỗi ngô… Đồ dùng gỗ b àn, ghế, đồ chơi, vỏ dừa… Phim cuộn, túi chất dẻo, chai, lọ Chất dẻo, đầu vịi, dây điện… Bóng, giày, ví , băng cao su… e Chất dẻo Các vật liệu ản phẩm chế tạo từ chất dẻo f Da cao su Các vật liệu sản phẩm chế tạo từ da cao su Các chất không cháy a Các kim loại sắt Các vật liệu sản phẩm chế tạo từ sắt mà dễ bị nam châm hút Vỏ hộp, dây điện, hàng rào, dao, nắp lọ… b Các kim loại phi sắt c Thuỷ tinh d.Đá sành sứ Các vật liệu không bị nam Vỏ nhơm, giấy ao gói, đồ châm hút Các vật liệu sản phẩm đựng… Chai lọ, đồ đựng thuỷ đƣợc chế tạo từ thuỷ tinh Bất kỳ loại vật liệu khơng tinh, óng đèn… cháy khác ngồi kim loại Vỏ chai,ốc, xương, gạch, đá, gốm… thuỷ tinh Tất vật liệu khác không phân loại bảng Loại Các chất hỗn hợp chia thành hai Đá cuội, cát, đất, tóc… phần: kí ch thước lớn 5mm loại nhỏ mm Bảng 1.3 Các loại chất thải đặc trưng từ nguồn thải sinh hoạt Nguồn thải Thành phần chất thải Chất thải thực phẩm, giấy, carton, nhựa, vải, cao su, Khu dân cư thương mại rác vườn, gỗ, loại khác: tã lót, khăn vệ sinh,…, nhơm, kim loại chứa sắt Chất thải thể tích lớn, đồ điện gia dụng, hàng hoá Chất thải đặc biệt (white goods), rác vườn thu gom riêng, pin, dầu, lốp Chất thải từ viện nghiên cứu, xe, chất thải nguy hại Giống trình bày mục chất thải khu dân cư công sở khu thương mại Rửa đường hẻm phố: Bụi, rác, xác động vật, xe máy hỏng, cỏ, mẫu thừa, gốc gây, ống kim Chất thải từ dịch vụ loại nhựa cũ Chất thải thực phẩm, giấy báo, carton, giấy loại hỗn hợp, chai nước giải khát, can sữa nước uống, nhựa hỗn hợp, vải, giẻ rách,… 1.3.2 Thành phần nhiên liệu RDF Bảng 1.4 Khối lượng thành phần nhiên liệu RDF Thành phần Ký hiệu ĐVT Dữ liệu tính tốn Độ ẩm Wp % 10,37 Tro Ap % 18,42 Cacbon Cp % 39,3 Hydro Hp % 5,01 Nitơ Np % 0,98 Lƣu huỳnh Sp % 0,12 Oxy Op % 25,8 Nhiệt trị thấp làm việc (Q) kcal/kg 3685,86 STT 1.4 Tổng quan nhiên liệu syngas 1.4.1 Khái quát chung 1.4.1.1 Khái niệm Syngas hỗn hợp khí thành phần nhiên liệu bao gồm CO, H CH4, ngồi cịn có CO2, nước, N2 hydro cácbon cao phân tử (tar) Syngas dùng để sản xuất amoniac methanol biến đổi qua chu trình Fischer-Tropsch để sản xuất loại nhiên liệu tổng hợp Syngas dễ cháy nên sử dụng loại nhiên liệu thay cho ĐCĐT 1.4.1.2 Ứng dụng a Đối với ĐCĐT Khi sử dụng khí Syngas làm nhiên liệu giúp giảm phát thải đến 20% lượng CO, 30% lượng NOx, 70% SOx so với nhiên liệu từ dầu b Trong đốt cháy sinh nhiệt Giá thành đầu tư thấp áp dụng dễ dàng quy mơ nhỏ, hộ gia đình Tuy nhiên nhược điểm lớn phương pháp hiệu suất nhiệt thấp, không tận dụng hiệu nguồn nhiệt nhiên liệu dẫn đến lãng phí, hiệu kinh tế thấp c Trong cơng nghiệp hóa chất + Sản xuất Methanol: Đây chất quan trọng ngành cơng nghiệp hóa chất để sản xuất dung môi phần cho sản xuất nhiên liệu thay xăng sinh học + Sản xuất Amoniac: Cơ sở để sản xuất phân bón nitơ, bao gồm phân bón amoni, nitrat urê Các loại phân đóng vai trị quan trọng ngành nông nghiệp + Sản xuất Hydro: Sử dụng ngành cơng nghiệp nhà máy lọc dầu để trích xuất diesel xăng dầu từ dầu thơ Là loại khí có nhiệt trị khối lượng cao cháy không gây phát thải thành phần độc hại HC CO loại nhiên liệu có nguồn gốc hóa thạch nên sử dụng rộng rãi nước phát triển Hình 1.5 Ứng dụng Syngas 1.4.1.3 Sản xuất Khí hố q trình biến đổi nhiệt hóa nguyên liệu sinh khối nhiệt độ cao (khoảng từ 600÷13000oC) thành nhiên liệu cách cung cấp lượng hạn chế ô xy nguyên chất, ô xy khơng khí nước Trong q trình sản xuất Syngas, nguyên liệu đầu vào sấy tới nhiệt độ cao, sản phẩm trình chất khí tạo thành phần chất rắn cịn lại khơng phản ứng Lượng khí tạo phụ thuộc vào nhiệt độ tính chất nguồn nguyên liệu nhiệt độ mà phản ứng xảy Các phản ứng ban đầu xảy có mặt xy cho sản phẩm có khí CO CO Các phản ứng xảy nhanh kèm theo tỏa nhiệt tiền đề để tạo phản ứng Quá trình khí hóa ngun liệu rắn xảy nhiệt độ lớn 600°C, tạo khí chất tar dạng nhựa đường Các phản ứng hóa học ban đầu ảnh hưởng trực tiếp đến q trình khí hóa định đến thành phần chất khí cuối tạo thành Những phản ứng thứ cấp xảy nhiệt độ lớn 600°C với điều kiện áp suất thích hợp giúp cho phân hủy tro tạo bon chất khí [1] Khí hố ngun liệu sinh khối khơng khí tạo nhiên liệu có nhiệt trị thấp, chứa khoảng 50% N2 Khí hố sinh khối xy ngun chất nước tạo khí sản phẩm có nhiệt trị trung bình Để phản ứng xảy hồn tồn kg sinh khối theo tính tốn lý thuyết cần khoảng 4,5 kg khơng khí, theo nghiên cứu phản ứng khí hóa lượng khơng khí cần thiết khoảng 0,25 lần lượng khí tiêu chuẩn Tức thơng thường để khí hóa kg sinh khối cần khoảng 1,15 kg khơng khí 1.4.2 Tính chất hóa lý Tính chất vật lý hóa học Syngas phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu sản xuất, công nghệ sản xuất đặt biệt thành phần khí đơn chất cấu tạo nên Bảng 1.1 thể tính chất lý hóa khí thành phần Syngas Bảng 1.5 Tính chất lý hóa H2, CO CH4 TT Thông số H2 CO CH4 Nhiệt trị thấp (MJ/kg) 121 10,2 50,2 Tỷ lệ khơng khí-nhiên liệu lý thuyết 34,4 2,46 17,2 Nhiệt độ cháy lớn atm (K) 2378 2384 2223 Giới hạn bốc cháy (nhạt/đậm) 0,01/7,17 0,34/6,8 0,54/1,69 Tốc độ lan tràn màng lửa (cm/giây) 270 45 35 1.4.3 Các loại nguyên liệu để sản xuất khí tổng hợp Syngas + Than đá + Nguyên liệu từ dầu mỏ + Sinh khối + Gỗ rác thải Từ vật liệu này, nguyên liệu thô chuẩn bị Nguyên liệu đưa vào thiết bị khí hóa dạng khơ bùn Trong thiết bị khí hóa, ngun liệu thơ phản ứng môi trường thiếu oxy với nước áp suất nhiệt độ cao Khí tổng hợp kết bao gồm 85% carbon monoxide hydro lượng nhỏ methane carbon dioxide 1.4.4 Các ưu nhược điểm a Ưu điểm + Ưu điểm Syngas so với nhiên liệu đốt trực tiếp sản xuất từ nguồn nguyên liệu có giá trị thấp tái tạo + Syngas sử dụng để sinh nhiệt, chuyển đổi thành điện nhiên liệu cho động đốt + Trong năm tới, giữ vai trị để bổ sung nhu cầu lượng giới Sử dụng cơng nghệ tiên tiến tua bin khí pin nhiên liệu với Syngas tạo từ kết q trình khí hóa hiệu suất cao + Trong hệ thống khí hóa đồng phát nhiệt - điện, chất gây nhiễm khói SOx, NOx loại bỏ hiệu quả, kết lượng phát thải ô nhiễm thấp nhiều + Hơn nữa, nhiên liệu lỏng, khí tạo dễ dàng cho q trình xử lý, vận chuyển sử dụng làm nhiên liệu cho vận tải Sản phẩm khí đầu phù hợp làm nhiên liệu cho hầu hết loại ĐCĐT Hiện nay, nhiều sở sản xuất chế biến nông sản lại cần nhiều lượng nhiệt mà phải sử dụng loại nhiên liệu khơng có khả tái tạo than đá, số nhiên liệu phải nhập từ nước dầu FO, DO, nhiên liệu khí Như vậy, rác thải sử dụng để chuyển đổi thành lượng theo công nghệ khơng khắc phục thiếu hụt nguồn nhiên liệu mà giải vấn đề nhiễm mơi trường, ngồi cịn góp phần đem lại hiệu kinh tế cho doanh nghiệp b Nhược điểm Nhược điểm Syngas chủ yếu vấn đề cơng nghệ khí hóa, Việt Nam cơng nghệ có từ năm 1975 đất nước giải phóng, thời điểm nước khan xăng dầu Bên cạnh kỹ thuật khí hóa lúc cịn sơ khai, đặc biệt cơng nghệ lọc xử lý khí Syngas chưa đạt yêu cầu làm ảnh hưởng tới trình làm việc ĐCĐT Một số nghiên cứu tác giả Bùi Thành Trung Viện Chế tạo máy nông nghiệp Bộ Công thương tiến hành nghiên cứu mẫu thiết bị khí hóa viên sinh khối để nâng cao hiệu sử dụng lượng từ viên ép sinh khối, tồn nhược điểm khả sinh khí Syngas bị gián đoạn, chưa ổn định, cường độ khí Syngas hiệu suất nhiệt chưa cao, u cầu ngun liệu phải khơ Ngồi nhược điểm cơng nghệ khí hóa cịn vấp phải vấn đề khả lưu trữ, hóa lỏng Syngas, Syngas thường phải sử dụng sau khí hóa Các thành phần khí có Syngas có trọng mật độ lượng thấp nhiều so với nhiên liệu khác khí thiên nhiên xăng nên việc tích trữ vận chuyển để làm nhiên liệu cung cấp cho phương tiện vận tải gặp nhiều khó khăn chi phí cao 1.5 Các tạp chất syngas 1.5.1 Hydrogen sulphide H2S Hydrogen sulphide (H2S) chất khí khơng màu, độc, dễ cháy H2S có mùi trứng thối "rotten eggs" Mùi chúng phát nồng độ nằm giới hạn bé (0,05-500 ppm) H2S hòa tan nước tạo thành acid yếu Khi cháy H 2S sinh SO2, chất gây ăn mịn mạnh (sulphuric acid) gây nhiễm môi trường (mưa acid) H2S chất độc (tương đương với hydrogen cyanide) với giới hạn gây độc thấp (khoảng 10 ppm H2S) Khi hàm lượng H2S không khí đạt 1,2-2,8 mg/lít hay 0,1%, gây tử vong Khi hàm lượng đạt 0,6 mg/lít hay 0,05% gây chết người vịng 30 phút đến H2S thay đổi sắc tố máu đỏ Khi nhiễm H 2S, máu chuyển sang màu nâu hay màu xanh ô liu, cản trở vận chuyển oxygen từ phổi đến phận thể Khi hít phải H2S, nạn nhân bị chết "từ bên trong" Các triệu chứng nạn nhân nhiễm H2S nồng độ thấp gồm: buồn nơn, nơn mửa, khó thở, tím tái (đổi màu da), mê sảng co thắt, sau tê liệt hơ hấp ngừng tim Ở nồng độ cao hơn, nạn nhân bị tê liệt hô hấp ngừng tim Thậm chí nạn nhân nhiễm độc mà sống sót, hệ lụy lâu dài hệ thống thần kinh trung ương tim Khi H2S cháy với tỉ lệ khơng khí/syngas đúng, chúng biến thành lưu huỳnh : 2H2S+O2 2H2O+2S Khi oxy hỗn hợp thừa, phần hay toàn H 2S biến thành SO2 Ngay thành phần khơng khí/syngas hồn tồn, phận H 2S biến thành SO2: 2H2S+3O2 2H2O+2SO2 Do nói H2S góp phần làm tăng nhiệt trị syngas Vấn đề SO2 gặp nước sinh axit: SO2+H2O H2SO3 H2SO3 chất gây hại, nguy hại oxy tham gia vào phản ứng để hình thành H2SO4: 2H2SO3+O2 2H2SO4 Những phản ứng hồn tồn khơng mong muốn nên cần loại bỏ H 2S, đặc biệt sử dụng syngas làm nhiên liệu cho động đốt Trong trình sử dụng, diện khí H 2S syngas gây ăn mịn phận kim loại Sắt đối tượng bị cơng bề mặt, khơng phải ăn mịn lớn Các phận mạ kẽm bị ăn mòn bề mặt tương tự Các chi tiết chế tạo kim loại màu, chẳng hạn ổn áp áp lực, đồng hồ lưu lượng khí, van giá đỡ… bị ảnh hưởng nghiêm trọng nhiều Những vật liệu bị ăn mòn nhanh Sản phẩm trình cháy H2S SO2 kết hợp với nước sinh axit, gây ăn mòn phận động buồng đốt, hệ thống thải chi tiết tiếp xúc với khí thải khác Tác hại trầm trọng động khởi động thường xuyên, thời gian hoạt động ngắn nhiệt độ tương đối thấp bắt đầu khởi động sau dừng động Mặt khác sử dụng nhiên liệu có chứa lưu huỳnh, thời gian hai lần thay dầu bôi trơn động rút ngắn Do SO2 sản phẩm cháy nước hịa tan dầu bơi trơn nên dầu trở nên có tính axit bị biến chất, làm khả bơi trơn đơi ăn mịn chi tiết kim loại Trong điều kiện động sử dụng nhiên liệu có chứa lưu huỳnh hoạt động liên tục, khoảng thời gian hai lần thay dầu giảm 200 - 250 so với làm việc nhiên liệu không chứa lưu huỳnh 1.5.2 Carbonic Carbonic tạp chất độc, nhiên nồng độ cao gây nguy hại đến sức khỏe người Vì nặng khơng khí nên tích tụ nơi kín khí Nó làm giảm nhiệt trị nhiên liệu Để tăng giá trị lượng Syngas đơn vị thể tích lưu trữ, đặc biệt nén Syngas để làm nhiên liệu cho thiết bị vận chuyển, người ta phải lọc bỏ carbonic.Vì khí carbonic giúp động chống kích nổ nên ta khơng cần lọc carbonic 1.5.3 Ni tơ Đối với lị khí hóa sử dụng khơng khí Nitơ tạp chất khơng khí có đến 79% thể tích Nito Nitơ chất khí khơng màu, khơng mùi không độc hại nên ta không cần lọc Nitơ 1.5.4 Hạt rắn Trong trình sản xuất Syngas, hạt rắn từ tro bị theo dịng khí Hạt rắn gây mòn học piston, séc măng, xi lanh động Đối với lị hút xuống bụi từ tro có tỷ lệ cao lò hút lên Đây điểm cần ý thiết kế hệ thống lọc Syngas sử dụng cho động 1.6 1.7 Giới thiệu dây chuyền sản xuất RDF đốt tạo khí syngas Tình hình ngun cứu khí syngas động đốt Xu hướng sử dụng ĐCĐT từ trước đến đa dạng, khơng sử dụng cho phương tiện giao thông đường bộ, đường không, đường thủy mà sử dụng máy phát điện máy nơng nghiệp Sự gia tăng nhanh chóng số lượng phương tiện vận tải thiết bị động lực sử dụng ĐCĐT chạy nhiên liệu xăng diesel gây ô nhiễm môi trường trầm trọng gây nguy cạn kiệt nguồn nhiên liệu Chính vấn đề giảm tiêu hao nhiên liệu thành phần phát thải độc hại ĐCĐT thách thức lớn ngành công nghiệp động Cùng với phát triển thành công ngành khoa học khác, ngành công nghiệp ô tơ nói riêng ngành ĐCĐT nói chung thời gian qua đạt thành công đáng kể việc phát triển, ứng dụng nguồn nhiên liệu thay thân thiện với môi trường Các nhiên liệu thay thực góp phần cho việc tăng hiệu suất sử dụng nhiên liệu giảm đáng kể thành phần độc hại ĐCĐT Do vậy, việc nghiên cứu sử dụng nhiên liệu thay động để giảm ô nhiễm môi trường bù đắp phần nhiên liệu thiếu hụt tiếp tục đầu tư nghiên cứu 1.7.1 Trên giới 1.7.1.1 Sử dụng syngas cho động xăng Những nghiên cứu sử dụng Syngas cho ĐCĐT đưa trung tâm nghiên cứu: Trường Đại học Alabama Birmingham nước Anh Trường Đại học Hokkaido nước Nhật Bản Các nghiên cứu tập trung thực cho động xăng sử dụng lưỡng nhiên liệu Nhiên liệu sử dụng cho nghiên cứu nhiên liệu khí gas như: khí thiên nhiên di-methyl ether lượng nhỏ Syngas Các kết đạt từ nghiên cứu ảnh hưởng Syngas đến trình cháy động xăng thể thông qua mô hình hóa động lực học phân tích thành phần nhiệt động hỗn hợp khơng khí/nhiên liệu Kết nghiên cứu thể thành cơng việc mơ hình hóa q trình cháy sở mơ hình cháy vùng đa vùng Hỗn hợp H2 CO sử dụng cho động cháy cưỡng khả chống kích nổ tốt, nhiên tăng tỷ lệ cung cấp Syngas làm tăng nhiệt độ q trình cháy từ dẫn tới tăng phát thải NOx động xăng Ajay cộng nghiên cứu tính làm việc phát thải động xăng dẫn động máy phát điện chạy Syngas có nguồn gốc sinh khối Thực nghiệm tiến hành máy phát 5,5 kW hoán cải để vận hành với 100% Syngas, lượng Syngas sử dụng điều chỉnh cho đạt công suất tương đương sử dụng xăng Kết cho thấy phát thải CO NO x thấp hơn, CO2 tăng lên đáng kể chạy Syngas Động xăng dẫn động máy phát điện sửa đổi để chạy Syngas cách sử dụng hai ống khí venturi, để thiết lập dịng chảy Syngas từ bình chứa đến ống nạp khí, Syngas trộn với khơng khí Ống khí venturi tạo dịng chảy liên tục hỗn hợp khơng khí-Syngas tới chế hịa khí sau đến xy lanh động Để điều chỉnh dịng chảy Syngas từ bình chứa, điều chỉnh áp lực sử dụng Áp suất tối đa đầu vào đầu 12132 kNm 172 kNm2 Các thông số cơng suất động sản lượng điện đầu ra, hiệu suất thời gian chạy máy phát điện Syngas Phát thải gồm CO, CO 2, HC, NOx Kết nghiên cứu hiệu suất điện áp đầu Syngas tương tự chạy xăng Công suất động sử dụng Syngas thấp động chạy nhiên liệu xăng nhiệt trị Syngas 5,179 MJ/kg nhỏ nhiều so với nhiệt trị xăng 44,4 MJ kg Bên cạnh khối lượng riêng Syngas 1,7 kg/m3 thấp 423 lần khối lượng riêng xăng 720 kg/m3 [2] Hiệu suất đông dẫn động máy phát điện sử dụng xăng hay Syngas nằm khoảng 19,1÷11,4% Khi động chạy Syngas xăng cơng suất hiệu suất tăng dần từ 1÷3 sau giảm dần tới Hiệu suất động giảm nhiều tăng lưu lượng Syngas thay nhiều, đặc tính động máy phát điện sử dụng Syngas dẫn đến phát thải CO tăng Lượng phát thải CO tăng nhanh so với trường hợp động sử dụng đơn nhiên liệu chế độ Quá trình phát thải CO thành phần nhiên liệu Syngas có chứa khí thành phần khí CO cháy tạo thành khí CO2 Nồng độ phát thải HC 40 ppm cho trường hợp sử dụng Syngas, lượng khí HC Syngas nên khơng ảnh hưởng đáng kể Ở chế độ tải khác lượng phát thải NO x thấp 54÷84% sử dụng Syngas (31÷94 ppm) so với sử dụng xăng (166÷215 ppm) Phát thải NO x hình thành đốt cháy ô xy N nhiệt độ cao phản ứng riêng biệt từ trình đốt cháy chế Zeldovich Điều cho thấy phụ thuộc vào nhiệt độ NOx, lượng phát thải NOx sử dụng Syngas thấp nhiệt độ thấp xy lanh nhiệt trị Syngas thấp nên phản ứng O2 N2 1.7.1.2 Sử dụng Syngas cho động diesel Động diesel sử dụng nhiên liệu diesel truyền thống có ưu điểm hiệu suất cao suất tiêu hao nhiên liệu thấp so với động xăng Tuy nhiên, động diesel có nhược điểm phát thải khói bụi (phát thải rắn) cao Đã có nhiều cơng trình nghiên cứu sử dụng nhiên liệu Syngas cho động diesel; động diesel sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel/Syngas mức phát thải chất độc hại thấp lượng Syngas cịn thay nhiên liệu diesel truyền thống tận dụng tính ưu việt hiệu suất cao động Do Syngas có ưu điểm cháy nhanh, trị số ốc tan cao, chống kích nổ, nên cho phép động làm việc chế độ tải, tỉ số nén lớn nên dùng làm nhiêu liệu thay phần nhiên liệu sử dụng cho động diesel Giới hạn thành phần hỗn hợp để đảm bảo khả cháy tốt nên động làm việc với hỗn hợp loãng, α = ÷ 1.5, nên động chạy hỗn hợp ngèo để giảm NOx góp phần làm tăng tính kinh tế sử dụng cho động diesel Do đó, Syngas sử dụng để thay nhiên liệu diesel theo cách tạo hỗn hợp trước với khơng khí cịn nhiên liệu diesel phun mồi vào để khởi tạo trình cháy Syngas hòa trộn trạng thái lỏng với diesel bên động phun diesel vào động đốt cháy nhờ nhiên liệu diesel tự cháy Nghiên cứu Bibhuti cộng thực cho động diesel sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel/syngas với tỉ lệ H2/CO syngas khác Kết nguyên cứu thể ảnh hưởng nhiên liệu đến hiệu suất nhiệt có ích động chế độ tải khác Ở chế độ tải nhỏ tính làm việc q trình cháy ảnh hưởng lượng CO Syngas, đồng thời chế độ lượng nhiên liệu diesel phun vào động nên q trình cháy nghèo chất lượng cháy Tuy nhiên chế độ tải phận, hiệu suất nhiệt có ích động tăng lên lưỡng nhiên liệu diesel/syngas với tỉ lệ H2/CO khác Kết cho thấy, tăng tỉ lệ H Syngas làm tăng hiệu suất nhiệt động cơ, tượng tốc độ cháy H lớn cải thiện q trình cháy Do syngas có tỉ lệ khí thành phần H tích lớn nhiều so với khơng khí nên cung cấp Syngas vào đường nạp chiếm chỗ khơng khí nạp dẫn tới hệ số nạp bị giảm trường hợp sử dụng lưỡng nhiên liệu Kết cho thấy chế độ tải định hệ số nạp ứng với tỉ lệ H 2/CO 50:50 nhỏ so với hai trường hợp cịn lại Bên cạnh nghiên cứu Bibhuti đánh giá thành phần phát thải độc hại với mẫu Syngas có tỷ lệ H2/CO khác nhau, ứng vơi 100% H2, 75% H2 50% H2 Hàm lượng phát thải CO động tăng mạnh so với trường hợp sử dụng Syngas với 100% H2 q trình xy hóa khơng hoàn toàn CO nhiên liệu Syngas Đối với trường hợp sử dụng Syngas có chứa hàm lượng CO, phát thải CO nhạy cảm với tải trọng động Ở chế độ tải thấp, phát thải CO tăng mạnh Ở chế độ 20% tải, phát thải CO 82 106 ppm 75 50% H Syngas so với trường hợp 100% H2 12 ppm Với trường hợp Syngas khơng có chứa CO, phát thải CO nhỏ tất chế độ tải Đối với trường hợp động hỗn hợp đồng nhất, tăng tải hàm lượng CO tăng lên thiếu ô xy cung cấp cho trình cháy Tuy nhiên, nghiên cứu này, tăng tải phát thải CO tăng nhiên liệu chứa tỷ lệ CO định trình cháy muộn Hàm lượng CO lớn 68.213 247 ppm với trường hợp tương ứng 100.75 50% H2 Syngas Diễn biến phát thải độc hại HC theo tải trọng ứng với tỷ lệ H 2/CO khác Syngas Ở chế độ tải nhỏ, trình cháy nên phát thải độc hại HC cao Khi tăng tải nhiệt độ trình cháy tăng lên q trình cháy kiệt nên phát thải HC giảm Ở chế độ hiệu suất cao nhất, phát thải HC đo 14, 36 45 ppm tương ứng với tỷ lệ H2/CO 100, 75 50% Khi chế độ tải lớn 80%, phát thải HC có xu hướng tăng lên q trình cháy khơng kiệt hỗn hợp đậm Nguyên nhân làm phát thải NOx giảm áp suất nhiệt độ cực đại bên xy lanh giảm xuống Mặt khác, động diesel chế độ cháy nghèo, phát thải NOx thấp Với nhiên liệu có tỷ lệ H 2/CO lớn, phát thải NOx cao chủ yếu nhiệt độ cháy H2 cao so với CO Ở chế độ tải trung bình lớn, trình cháy triệt để nên áp suất nhiệt độ xy lanh tăng lên dẫn tới tăng hàm lượng phát thải NOx Phát thải NOx cao trường hợp Syngas có 100% H 2, đến 75 50% tương ứng 220, 175 127 ppm Ở chế độ tải vừa nhỏ (từ 20 đến 40%), phát thải NOx giảm tất trường hợp hỗn hợp nhạt nên trình cháy dẫn tới áp suất nhiệt độ xy lanh giảm Với kết đạt từ nghiên cứu sử dụng nhiên liệu khí Syngas cho ĐCĐT trình bày thể rõ đặc tính ĐCĐT ảnh hưởng tỷ lệ Syngas thay nhiên liệu truyền thống chế độ làm việc động dẫn đến việc tăng công suất riêng hiệu suất giảm phát thải độc hại động diesel động xăng Chính mà ngày có nhiều đề tài cơng trình nghiên cứu sử dụng loại nhiên liệu thay cho ĐCĐT, góp phần cải thiện tính kinh tế, kỹ thuật động giảm thành phần phát thải độc hại đến mơi trường Trong đó, q trình nghiên cứu chuyển đổi động sử dụng nhiên liệu túy sang sử dụng lưỡng nhiên liệu (nhiên liệu truyền thống nhiên liệu khí) thơng số kết cấu động đường kính xy lanh, hành trình piston gần không thay đổi Tuy nhiên, q trình nghiên cứu cung cấp nhiên liệu khí cho động trình cháy động sử dụng lưỡng nhiên liệu phải có hướng nghiên cứu chuyên sâu nhằm tối ưu hóa hệ thống nạp, thải để đánh giá ảnh hưởng tỷ lệ nhiên liệu khí đến tính kỹ thuật phát thải động Do đó, coi nghiêu cứu mang tính khoa học thực tiễn cao xu hướng nghiên cứu nhiêu liệu thay sử dụng cho động đốt 1.7.2 Tại Việt Nam Các cơng trình đề tài nghiên cứu sử dụng nhiên liệu thay dạng khí cho ĐCĐT, kết đạt thành công đáng kể việc phát triển, ứng dụng nguồn nhiên liệu thay thân thiện với môi trường Những nghiên cứu sử dụng nhiên liệu thay cho động đốt có ý nghĩa lớn mặt khoa học có tính thực tiễn cao Tại Việt Nam giai đoạn 1980÷1984 Việt Nam có nghiên cứu sử dụng Syngas cho động xăng xe Ô tơ GAZ51 Bên cạnh có số nghiên cứu sử dụng Syngas tàu đánh cá ngư dân vùng biển Vũng Tàu xe chở khách tuyến Tp Gia Lai - Tp Hồ Chí Minh thông tin cụ thể nghiên cứu chưa có nguồn trích dẫn xác Đề tài nghiên cứu tác giả Vy Hữu Thành, Trường HVKT Quân sự, “Nghiên cứu việc sử dụng khí hóa từ than hoa than đá dùng cho động tơ” Nội dung đề tài sản xuất Syngas từ mẫu sinh khối 100% than đá, 100% than hoa, kết hợp than đá than hoa Quá trình sản xuất sử dụng Syngas thực trực tiếp xe Ô tô GAZ51, Syngas cung cấp vào đường nạp động cơ, sau đạt chế độ làm việc ổn định động ổn định hệ thống sản xuất Syngas Kết đề tài đánh giá khả thay nhiên liệu xăng chạy với Syngas sản xuất từ than hoa cơng suất động đạt khoảng 70÷75%, cịn với Syngas sản xuất từ than đá cơng suất động đạt khoảng từ 80÷85% Các kết theo tác giả mang tính định tính thời gian đất nước cịn khó khăn nên chưa có trang thiết bị đo công suất, đánh giá phát thải Mặt khác đề tài thực khoảng thời gian bị khủng hoảng nhiên liệu xăng diesel, sau đề tài bị chìm lắng chưa khai thác sử dụng triệt để Bên cạnh hàm lượng tar có Syngas làm ảnh hưởng tới trình nạp thải động GAZ51, nên phải thường xuyên bảo dưỡng định kỳ hệ thống này, cơng tác rà xu páp nạp thải Nhìn chung, đề tài nghiên cứu nước nhiên liệu thay sử dụng cho ĐCĐT cho thấy khả sản xuất sử dụng nhiên liệu khí thay phần nhiên liệu xăng, mặt khác nghiên cứu sử dụng Syngas cho động diesel Việt Nam cịn bị hạn chế Do vậy, đề tài nghiên cứu sử dụng Syngas sản xuất từ sinh khối cho động diesel máy phát điện cỡ nhỏ mang ý nghĩa thực tiễn khoa học cao 1.8 Kết luận ... thành SO2 Ngay thành phần khơng khí/syngas hồn tồn, phận H 2S biến thành SO2: 2H2S+3O2 2H2O+2SO2 Do nói H2S góp phần làm tăng nhiệt trị syngas Vấn đề SO2 gặp nước sinh axit: SO2+H2O H2SO3 H2SO3... sót, hệ lụy lâu dài hệ thống thần kinh trung ương tim Khi H2S cháy với tỉ lệ khơng khí/syngas đúng, chúng biến thành lưu huỳnh : 2H2S+O2 2H2O+2S Khi oxy hỗn hợp thừa, phần hay toàn H 2S biến... sử dụng Áp suất tối đa đầu vào đầu 121 32 kNm 1 72 kNm2 Các thông số cơng suất động sản lượng điện đầu ra, hiệu suất thời gian chạy máy phát điện Syngas Phát thải gồm CO, CO 2, HC, NOx Kết nghiên