Thông tin tài liệu
1 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Năng lượng và mơi trường là vấn đề có tác động, ảnh hưởng không nhỏ đến tất lĩnh vực, bao gồm: kinh tế, trị, văn hóa, an ninh, xã hội … tất quốc gia giới Đặc biệt, tình hình nguồn lượng hóa thạch cạn kiệt và biến đổi khí hậu trái đất trở thành hiểm họa đới với loài người vấn đề nêu càng trở thành mối quan tâm hàng đầu giới Tiết kiệm lượng và giảm thiểu ô nhiễm môi trường ln là mục tiêu nghiên cứu chính, song hành cùngquá trình phát triển kinh tế - xã hội đất nước Song song với việc hoàn thiện hệ thống sử dụng để nâng cao hiệu suất nhiệt, giảm tiêu hao nhiên liệu, giảm thiểu ô nhiễm môi trường chương trình nghiên cứu tìm kiếm nguồn lượng sạch, lượng tái sinh và nâng cao hiệu sử dụng nguồn lượng này là việc cần thiết Trong nguồn nhiên liệu thay thế, khí sinh học (Biogas) là nguồn lượng tái tạo có tiềm lớn và khuyến khích phát triển Việt Nam Việc sản xuất biogas phương pháp phân hủy kị khí từ chất thải hữu là giải pháp mang lại lợi ích nhiều mặt, vừa tận thu nguyên liệu phục vụ tái sản xuất, giảm thể tích chất thải cần chơn lấp, đồng thời khí biogas thu dùng làm nhiên liệu, chạy máy phát điện Thành phần chủ yếu biogas là khí metan (CH4) khí cacbonic (CO2), ngồi cịn có tạp chất khác khí hydro sulfua (H2S), nước (H2O), khí amoniac (NH3), Chất lượng khí biogas phụ thuộc vào hàm lượng CH4 hỗn hợp biogas và độ tinh khiết hỗn hợp khí Nếu khí biogas lọc tạp chất, chúng nhận nhiên liệu có tính chất tương tự khí thiên nhiên (biomethane) Việc chuyển đổi biogas thành biomethane nói chung bao gồm hai bước chính: q trình làm để loại bỏ thành phần ô nhiễm như: H2S, H2O, NH3, … trình nâng cấp để tăng giá trị nhiệt đáp ứng cho phát điện Sử dụng biogas làm nhiên liệu cho phép giải đồng thời vấn đề ô nhiễm sản xuất biogas và thay nhiên liệu truyền thống Tại Việt Nam, 10 năm trở lại đã có nhiều nghiên cứu và ứng dụng thực tế thu khí biogas q trình phân hủy kị khí nước thải, phân gia súc, gia cầm, dùng để đun nấu và chạy máy phát điện quy mơ hộ gia đình và trang trại.Tuy nhiên, đầu công suất phát điện mức thấp, thiết bị tách lọc khí chưa đạt hiệu cao, dẫn đến thiết bị hay gặp cớ và bị ăn mịn, nhanh hỏng, từ ảnh hưởng đến công suất phát điện Việc kết hợp với đối tác Đài Loan việc xử lý bùn thải phương pháp lên men kị khí, sinh khí biogas với hiệu suất cao, xây dựng quy trình lọc khí biogas triệt để, tạo nguồn khí biogas chất lượng để chạy máy phát điện với công suất lớn không mang ý nghĩa kinh tế - môi trường - xã hội mà tạo bước ngoặt quan trọng lĩnh vực khoa học công nghệ nước nhà, tạo phát triển bền vững, thân thiện môi trường bối cảnh ô nhiễm toàn cầu mức báo động và biến đổi khí hậu đã, và mang lại hậu khơn lường cho người dân Trên sở đó, phạm vi luận văn tốt nghiệp, tác giả đề xuất đề tài: “Nghiên cứu kỹ thuật làm khí sinh học phương pháp sử dụng dung dịch hấp thụ Ba(OH)2” nhằm đánh giá hiệu trình làm thành phần khí CO2 H2S hỗn hợp khí biogas kỹ tḥt quay ly tâm tớc độ cao sử dụng dung dịch hấp thụ Ba(OH)2 Thông qua kết nghiên cứu, lựa chọn thông số tối ưu vận hành để đảm bảo hiệu làm khí cao Mục tiêu nghiên cứu a Mục tiêu chung: Làm khí sinh học giúp cải thiện chất lượng khí sinh học phát sinh, tận thu và đưa vào sử dụng làm nhiên liệu cho động phát điện phục vụ hoạt động sản xuất - Góp phần giảm thiểu khới lượng sử dụng nhiên liệu hóa thạch dùng làm chất đốt nhà máy - Tận dụng chất thải để chuyển hóa thành lượng phục vụ đời sống sinh hoạt, sản xuất và cải thiện chất lượng môi trường b Mục tiêu cụ thể: Nghiên cứu, lựa chọn yếu tớ thích hợp cho q trình làm biogas phương pháp sử dụng thiết bị làm là máy ly tâm tâm tốc độ cao HGRPB với dung dịch hấp thụ Ba(OH)2 nhằm nâng cao hiệu suất phát điện và phục vụ định hướng ứng dựng quy mô phát điện công nghiệp đơn vị Đối tượng phạm vi nghiên cứu 3.1 Đối tượng nghiên cứu - Khí sinh học (biogas) sinh từ hệ thớng phân hủy bùn yếm khí - Hệ thí nghiệm làm khí Phạm vi nghiên cứu - Trong giới hạn luận văn, phạm vi nghiên cứu xác định: + Khí biogas sinh từ hệ thớng phân hủy yếm khí bùn thải công suất tối đa 80 m3/ngđ Nhà máy bia Sài Gịn- Đắk Lắk, thuộc cơng ty Cổ phần Bia Sài Gịn – Miền Trung + Các thơng sớ q trình làm khí biogas: nồng độ dung dịch hấp thụ (CBa(OH)2); tốc độ quay thiết bị HGRPB (); tớc độ dịng khí biogas (QG) và tớc độ dòng dung dịch (QL) + Độ bão hòa dung dịch hấp thụ q trình làm khí biogas theo thời gian - Thời gian nghiên cứu: tháng 10/2018 đến tháng 2/2020 - Địa điểm tiến hành thí nghiệm: mơ hình thí nghiệm khn viên Nhà máy bia Sài Gịn- Đắk Lắk, thuộc cơng ty Cổ phần Bia Sài Gịn – Miền Trung, địa chỉ: sớ 01 Nguyễn Văn Linh, thành phố Buôn Ma Thuột, tỉnh Đắk Lắk Nghiên cứu làm biogas kỹ thuật ly tâm tốc độ cao HGRPB sử dụng dung dịch Ba(OH)2 quy mô 80 m3 và hệ thống xử lý nước thải cơng suất 600 m3/ngđ để cung cấp khí biogas cho máy phát điện 20 kWh Phương pháp nghiên cứu: - Phương pháp thực nghiệm - Phương pháp lấy mẫu - Phương pháp phân tích - Phương pháp kế thừa - Phương pháp tính tốn Ý nghĩa khoa học đề tài: Kết đề tài là thành công việc ứng dụng khoa học vào thực tiễn, đặc biệt cơng nghệ làm khí thiết bị làm khí sinh học, làm tăng khả ứng dụng thiết bị này vào thực tiễn với thông số vận hành hợp lý, đem lại hiệu xử lý cao CHƯƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH PHÂN HỦY KỊ KHÍ THU HỒI KHÍ SINH HỌC Ngày nay, hệ thớng phân hủy kị khí sử dụng rộng rãi để xử lý chất thải rắn, bao gồm chất thải nông nghiệp, phân động vật, bùn từ trạm xử lý nước thải và chất thải thị Ước tính hàng triệu hệ thớng phân hủy kị khí xây dựng toàn giới Hệ thống phân hủy kị khí sử dụng hiệu xử lý chất thải nông nghiệp, công nghiệp thực phẩm và nước giải khát, nước phát triển và phát triển Trong hệ thớng kị khí, hầu hết chất hữu bị phân hủy sinh học có chất thải chuyển đổi thành khí sinh học (70 ÷ 90%), từ pha lỏng và bể phản ứng dạng khí Chỉ phần nhỏ chất thải hữu chuyển đổi thành sinh khối vi sinh vật (5 ÷ 15%), sau tạo thành bùn thừa hệ thớng, bùn này đặc Chất thải khơng chuyển hóa thành khí sinh học vào sinh khới khỏi hệ thống xử lý là chất thải không bị phân hủy (10 ÷ 30%) Kết nghiên cứu Lettinga (1995) đã nhấn mạnh cần thiết phải thực hệ thống bảo vệ môi trường kết hợp, để làm hài hoà việc xử lý nước thải, thu hồi và tái sử dụng sản phẩm phụ Cách tiếp cận này đặc biệt phù hợp với nước phát triển, nơi có nhiều vấn đề nghiêm trọng mơi trường, tình trạng thiếu nhân lực và lượng và thường là không đủ khả sản xuất lương thực Do đó, phân hủy kị khí trở thành giải pháp thích hợp để xử lý nước thải và thu hồi sản phẩm phụ, minh họa Hình 1.1 Hình 1.1 Quá trình phân hủy kị khí Chất thải hữu phức tạp Cacbohydrat, protein, chất béo Thủy phân Phân tử hữu hòa tan Đường, amino axit, axit béo Axit hóa Axit béo dễ bay Acetat hóa Axit acetic H2, CO2 Methane hóa CH4 + CO2 Hình 1.2 Sơ đồ q trình phân hủy kị khí chất thải hữu Giai đoạn 1: Thủy phân Dưới tác dụng enzym hydrolaza vi sinh vật tiết ra, chất hữu có phân tử lượng lớn protein, lipit, hydrocacbon … bị phân hủy thành chất hữu có phân tử lượng nhỏ và phần lớn dễ tan nước đường, amino axit, axit béo, axit hữu … phản ứng (1); (2); (3); (4) và (5) thể dưới đây: (1) Hợp chất cao phân tử + H2O → Hợp chất thấp phân tử + H2 (2) Lipids → Axit béo (3) Polysaccharide → Monosaccharide (4) Protein → Amino axit (5) Axit nucleic → Purine + Pyrimidin Giai đoạn 2: Axit hóa Các sản phẩm trình thủy phân vi sinh vật hấp thụ và chuyển hóa Các axit hữu có phân tử lượng nhỏ, rượu và chất trung tính khác hình thành trình lên men đường, phân giải axit và khử amin Ngoài sớ khí tạo thành CO2, H2S, H2, NH3 và lượng nhỏ CH4, nước thải giàu protein cịn sinh khí độc mercaptan, scatol, indol … Trong trình lên men axit hữu cơ, axit amin khử amin khử thủy phân để tạo NH3 NH4+, phần vi sinh vật sử dụng để tạo sinh khới, phần cịn lại thường tồn dưới dạng NH4+ Thành phần và tính chất sản phẩm giai đoạn này phụ thuộc nhiều vào chất chất ô nhiễm, điều kiện môi trường và tác nhân sinh học Thành phần sản phẩm giai đoạn này ảnh hưởng đến giai đoạn Các phản ứng xảy giai đoạn này bao gồm phản ứng (6) và (7) (6) C6H12O6 + 2H2 → 2CH3CH2COOH + 2H2O (7) C6H12O6 → 2CH3CH2OH + 2CO2 Giai đoạn 3: Acetat hóa Các sản phẩm lên men axit béo, axit lactic … bước chuyển hóa đến axetic Các phản ứng xảy giai đoạn này bao gồm phản ứng (8); (9); (10) và (11) (8) CH3CH2COO- + 3H2O → CH3COO- + H+ + HCO3- + 3H2 (9) C6H12O6 + 2H2O → 2CH3COOH + 2CO2 + 4H2 (10) CH3CH2OH + 2H2O → CH3COO- + 2H2 + H+ (11) 2HCO3- + 4H2 + H+ → CH3COO- + 4H2O Giai đoạn 4: Metan hóa Đây là giai đoạn cuối và là giai đoạn quan trọng toàn q trình xử lý yếm khí đặc biệt là điều kiện xử lý có thu khí biogas Các sản phẩm thu từ giai đoạn trước khí hóa nhờ vi khuẩn methane hóa gọi chung là Methanogens Các vi sinh vật này có đặc tính chung là hoạt động mơi trường yếm khí nghiêm ngặt Tớc độ sinh trưởng và phát triển chúng chậm nhiều so với chủng vi sinh vật khác.Các phản ứng xảy giai đoạn này bao gồm phản ứng (12); (13); (14); (15); (16) (17) (12) 2CH3CH2OH + CO2 → 2CH3COOH + CH4 (13) CH3COOH → CH4 + CO2 (14) CH3OH → CH4 + H2O (15) CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O (16) CH3COO- + SO42- + H+ → 2HCO3 + H2S (17) CH3COO- + NO- + H2O + H+ → 2HCO3 + NH4+ Như vậy sản phẩm cuối nhận chu trình phân hủy kị khí chất thải hữu là biogas với thành phần khí CH4 CO2 Biogas sử dụng để sản xuất điện năng, nấu nướng, sưởi ấm, đun nước nóng hay cấp nhiệt Trong sử dụng thơng thường, 1m3 biogas tương đương: Thắp sáng bóng đèn có công suất 60 -100 W giờ; nấu bữa ăn cho gia đình -6 người; thay 0,7 kg xăng dầu; chạy động mã lực giờ; Sản xuất 1,25 kWh điện động nhiệt Chất thải hữu từ nguồn khác sử dụng để sản xuất biogas Q trình sử dụng biogas làm nhiên liệu khơng làm tăng CO2 bầu khí quyền Thành phần và tính chất khí sinh học thu sau q trình phân hủy kị khí chất thải hữu trình bày Bảng 1.1 Bảng 1.1 Thành phần và tính chất khí sinh học Thành phần Tỉ lệ theo thể tích Methane (CH4) 55 - 70% Carbon dioxide (CO2) 30 - 45% Hơi nước - 5% Ammonia (NH3) - 0,05% Hydrogen Sulphide (H2S) - 0,5% Nitrogen (N2) - 5% Giá trị lượng 6,0 - 6,5 kWh/m3 Nhiên liệu tương đương 0,60 - 0,65 lít dầu/m3 biogas Giới hạn nổ - 12% biogas khơng khí Nhiệt độ đánh lửa 650 – 750°C Áp suất tới hạn 75 - 89 bar Nhiệt độ tới hạn -82,5°C Mật độ chuẩn 1,2 kg/m3 Mùi Trứng thới Trọng lượng phân tử 16,043 kg/kmol Khí sinh học (biogas) là hỗn hợp sớ loại khí khác tạo phân hủy hợp chất hữu mơi trường yếm khí với tham gia nhóm vi khuẩn sản sinh mêtan (methanogen) vi sinh vật phân hủy yếm khí Khí biogas sản xuất từ nguyên liệu thô rác thải nông nghiệp, phân, rác đô thị, nguyên liệu thực vật, nước thải, chất thải xanh chất thải thực phẩm Khí sinh học chủ yếu là thành phần khí mêtan (CH4), cacbon dioxide (CO2), hydrogen sulphide (H2S), độ ẩm và siloxan 10 Khí sinh học là nguồn lượng tái tạo có giá trị, khai thác trực tiếp làm nhiên liệu làm nguyên liệu thô để sản xuất khí tổng hợp hydro Hàm lượng và chất lượng biogas thường phụ thuộc vào nhiều yếu tố điều kiện lên men yếm khí, nguồn chất để chuyển hóa, vi sinh vật tham gia vào trình… Do đó, tùy thuộc vào điều kiện cụ thể mà hàm lượng và thành phần khí sinh học có đặc trưng riêng, khí sinh học tạo trình xử lý nước thải sinh hoạt thường chứa 55÷65% mêtan, 35÷45% CO2, nitơ < 1%, nhiên phân hủy với ngun liệu có nguồn gớc là hữu hàm lượng CH4 60÷70%, 30÷40% CO2 và nitơ < 1%, biogas từ q trình chơn lấp rác lại có hàm lượng mêtan nhỏ 45÷55%, 5÷15% nitơ và sớ thành phần tạp chất khác 1.2 SỰ CẦN THIẾT PHẢI LÀM SẠCH KHÍ SINH HỌC (KHÍ BIOGAS) Trong hỗn hợp khí sinh học tạo từ q trình phân giải yếm khí ngồi Mêtan (CH4) cacbondioxit (CO2) là thành phần chính, thường chứa lượng đáng kể chất không mong muốn (các tạp chất) hydrogen sulfide (H2S), amoniac (NH3) và khí siloxan … Sự tồn và sớ lượng tạp chất này phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu sinh khí sinh học (bùn thải, phế thải nông nghiệp, bãi chôn lấp rác sinh hoạt, trình lên men kị khí sản xuất phân bón ) Sự có mặt tạp chất này là vấn đề lớn gây bất lợi cho thiết bị chuyển đổi nhiệt xúc tác nhiệt khí biogas (ví dụ gây ăn mịn, xói mịn, gây lỗi); đồng thời chúng sản sinh ra khí phát thải có hại đới với mơi trường Do đó, cần phải tinh chế làm khí sinh học trước đưa vào sử dụng công đoạn Tác hại tạp chất điển sau: 1.2.1 Hydrogen sulphide (H2S) Hydrogen sulphide (H2S) là chất khí khơng màu, độc và dễ cháy H2S có mùi trứng thối và mùi hôi dễ phát nồng độ nằm giới hạn bé (0,05 - 500 ppm) H2S hòa tan nước tạo thành axit yếu Khi cháy H2S 76 HCO2 (%) 50.00% 69.42% 100% 93.71% 77.85% 81.51% 97.80% 87.30% 81.51% 79.19% 77.85% Hiệu suất loại bỏ % 80% 69.42% 60% 50.00% CO2 40% H2S 20% 0% 600 900 1200 1500 Tốc độ quay thiết bị (rpm) Hình 3.3 Ảnh hưởng tớc độ quay thiết bị HGRPB đến hiệu suất loại bỏ H2S, CO2 Từ đồ thị Hình 3.3 ta thấy hiệu suất loại bỏ H2S CO2 tăng dần tăng tốc độ quay thiết bị HGRPB từ 600 - 1200 rpm Kết này là tăng tốc độ quay thiết bị dung dịch lỏng càng tạo màng mỏng hay giọt nhỏ để q trình chuyển khới pha khí và pha lỏng triệt để và trình hấp thụ diễn hoàn toàn Cụ thể tốc độ quay thiết bị tăng từ 600 ÷ 1200 rpm hiệu suất loại bỏ H2S CO2 tăng nhanh tương ứng từ 79,19÷93,71% 50÷77,85% Tuy nhiên, với tớc độ quay q lớn (1500 rpm) hiệu suất tăng lên khơng đáng kể, hiệu suất đạt 81,5 % đối với CO2 97,8% đối với H2S Xu hướng này tương tự Gou và cộng hiệu loại bỏ H2S nhận tối ưu đạt 99,8% tốc độ quay thiết bị là 1100 vòng/phút và cao so với kết nghiên cứu Chu và cộng tớc độ quay thiết bị là 1200 vịng/phút việc loại bỏ CO2 77 Do đó, với hiệu loại bỏ thí nghiệm này, chọn tớc độ quay thiết bị là 1200 rpm cho thí nghiệm 3.4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA TỐC ĐỘ DỊNG KHÍ ĐẾN HIỆU SUẤT LOẠI BỎ H2S VÀ CO2 Với giá trị nồng độ Ba(OH)2 là 0,01 M và tốc độ quay thiết bị HGRPB là 1200 rpm đã lựa chọn Thí nghiệm này thực điều kiện tớc độ dịng khí là 2,5; 5,0; 7,5; 10 lít/phút Ta có kết sau: Kết thử nghiệm ảnh tốc độ dịng khí đến hiệu suất loại bỏ H2S CO2 Thí nghiệm Thơng số ban đầu [H2S] (ppm) 3567 [CO2] (%) 27.3 Thông số cố định Lưu lượng chất lỏng QL(lít/phút) 0,25 (15 lít/h) Nồng độ Ba(OH)2(M) 0.01 (Lựa chọn giá trị từ Thí nghiệm 1) Tớc độ quay (vịng/phút) 1200 (Lựa chọn giá trị từ Thí nghiệm 2) Thơng số khảo sát Lưu lượng khí biogas QG (lít/phút) 2,5; 5; 7,5; 10 Thơng sớ theo dõi CCO2, CH2S Kết quả Lưu lượng khí biogas QG (lít/phút) [H2S] (ppm) 2.5 7.5 10 166 202 270 320 78 154 211 302 387 170 270 280 345 Tb CH2S % 163.33 227.67 284.00 350.67 HH2S (%) 95.42% 93.62% 92.04% 90.17% [CO2] (%) 6.5 7.5 8.8 10.7 5.8 6.9 7.3 11.6 6.2 7.2 9.5 9.5 6.17 7.20 8.53 10.60 77.41% 73.63% 68.74% 61.17% Tb CCO2 ppm HCO2 (%) Kết nghiên cứu ảnh hưởng tớc độ dịng khí vào hiệu suất tách H 2S, CO2 Hình 3.4 95.42% Hiệu suất loại bỏ % 100% 80% 93.62% 92.04% 90.17% 77.41% 73.63% 68.74% 61.17% 60% H2S 40% CO2 20% 0% 2.5 7.5 10 Tốc độ khí (l/phút) Hình 3.4 Ảnh hưởng tớc độ dịng khí đến hiệu suất loại bỏ H2S, CO2 Từ đồ thị biểu diễn Hình 3.4 ta thấy hiệu suất loại bỏ H2S CO2 giảm dần tớc độ khí tăng dần điều kiện tớc độ dịng chất lỏng và tốc độ quay thiết bị xác định Điều này giải thích là tăng tớc độ dịng khí cung cấp lượng lớn hàm lượng H2S, CO2 và làm giảm thời gian tiếp xúc khí và lỏng, dẫn tới việc loại bỏ H 2S, CO2bị hạn chế tớc độ dịng khí cao và nồng độ chất lỏng định Cụ thể tăng tớc độ khí từ 79 2,5 - 10 (lít/phút) hiệu suất loại bỏ H2S, CO2 giảm tương ứng từ 95,42 xuống 90,17% và từ 77,41 xuống 61,17% và giảm cách nhanh xuống 90,17% đối với H2S 61,17% đối với CO2 So sánh với liệu phát Chu và cộng cho thấy xu hướng giá trị thử nghiệm, hiệu suất loại bỏ SO2 đạt 98% sử dụng dung dịch hấp thụ Na2SO3 Như vậy để loại bỏ H2S, CO2 biogas thiết bị HGRPB ta chọn tớc độ khí vào thiết bị là 2,5 (lít/phút) 3.5 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA TỐC ĐỘ DÒNG DUNG DỊCH ĐẾN HIỆU SUẤT LOẠI BỎ H2S VÀ CO2 Với điều kiện thí nghiệm thu là nồng độ dung dịch hấp thụ Ba(OH)2 là 0,01 M, tốc độ quay thiết bị HGRPB là 1200 rpm, tốc độ khí QG 2,5 lít/phút,tiếp tục thực thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng tớc độ dịng dung dịc Thí nghiệm thực điều kiện tớc độ dòng dung dịch là 3,0; 5,0; 7,5 và 15 l/h (tương đương 0,05; 0,083; 0,125; 0,25 lít/phút) Kết thực sau: Kết thử nghiệm ảnh tốc độ dòng dung dịch đến hiệu suất loại bỏ H2S CO2 Thí nghiệm Thơng số ban đầu [H2S] (ppm) 3567 [CO2] (%) 27.3 Thông số cố định Nồng độ Ba(OH)2(M) 0.01 (Lựa chọn giá trị từ Thí nghiệm 1) Tớc độ quay (vịng/phút) 1200 (Lựa chọn giá trị từ Thí nghiệm 2) Lưu lượng biogas QG (lít/phút) 2,5 (Lựa chọn giá trị từ Thí nghiệm 3) Thơng số khảo sát Lưu lượng khí chất lỏng QL(lít/h) 3; 5; 7,5; 15 tương ứng (0.05; 0.083; 0.125; 80 0.25; 2.5 lít/phút) Tương ứng tỉ lệ QG/QL 50, 30, 20, 10 Thông số theo dõi CCO2, CH2S Kết quả Lưu lượng chất lỏng QL (lít/phút) [H2S] (ppm) 0.05 0.083 0.125 0.25 71.2 69 81.2 114.2 68 65 89.3 109.8 63 62 78.4 98.7 Tb CH2S % 67.40 65.33 82.97 107.57 HH2S (%) 98.11% 98.17% 97.67% 96.98% [CO2] (%) 6.4 3.9 4.2 4.3 6.2 3.5 3.9 3.7 5.9 2.9 3.7 3.5 6.17 3.43 3.93 3.83 77.41% 87.42% 85.59% 85.96% Tb CCO2 ppm HCO2 (%) Kết nghiên cứu ảnh hưởng tớc độ dịng dung dịch vào hiệu suất tách H2S, CO2 thể Hình 3.5 81 100% Hiệu suất loại bỏ % 98.11% 80% 98.17% 97.67% 87.42% 85.59% 96.98% 85.96% 77.41% 60% H2S 40% CO2 20% 0% 0.05 0.083 0.125 0.25 Tốc độ lỏng (l/phút) Hình 3.5 Ảnh hưởng tớc độ dịng dung dịch đến hiệu suất loại bỏH2S, CO2 Từ kết Hình 3.5 ta thấy hiệu suất loại bỏ H2S CO2 tăng dần tốc độ dung dịch hấp thụ tăng dần điều kiện dịng khí và tớc độ quay thiết bị xác định Điều này giải thích là tăng lưu lượng dung dịch hấp thụ khoảng thời gian tương tác với thể tích khí lượng dung dịch qua nhiều cho hiệu cao Như vậy chứng tỏ tớc độ dung dịch càng cao càng có lợi cho q trình làm biogas Cụ thể với tớc độ chất lỏng là 0,05 lít/phút hiệu suất loại bỏ H 2S sau làm đạt hiệu suất là 98,11 %, tiếp tục tăng tốc độ chất lỏng từ 0,083 -0,25 lít/phút nồng độ H2S sau làm là giảm dần 96,98%.Từ đồ thị Hình 3.4 cho thấy tăng tớc độ dịng dung dịch từ 0,05 -0,083 lít/phút hiệu suất loại bỏ CO2 tăng nhanh từ 77,41 - 87,42% tương ứng Khi tiếp tục tăng tớc độ dung dịch hiệu suất này thay đổi khơng kể, có xu hướng giảm dần So sánh với kết nghiên cứu Viện Công nghệ môi trường, kết tương tự thu tác giả nghiên cứu tối ưu thiết bị HGRPB cách khảo sát lưu lượng dịng khí vào từ QG = 2,5 l/p với lưu lượng dòng dung dịch hấp thụ là KOH từ QG = 0.05 -0.25 l/p cho kết tương tự 82 Trong nghiên cứu này nghiên cứu tới ưu hóa thiết bị nghiên cứu tốc độ quay thiết bị từ 600 - 1500 rpm Do vậy để tối ưu hiệu suất loại bỏ và tiết kiệm dung dịch ta chọn tớc độ dung dịch hấp thụ phù hợp là 0,083 (lít/phút) 3.6 KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ ĐỘ BÃO HÒA CỦA DUNG DỊCH HẤP THỤ Ba(OH)2 THEO THỜI GIAN Để đánh giá mức độ bão hòa dung dịch hấp thụ Ba(OH)2 theo thời gian, thí nghiệm thực điều kiện phù hợp đã lựa chọn là nồng độ dung dịch hấp thụ Ba(OH)2 là 0,01 M (pH = 12) và tốc độ quay thiết bị HGRPB là 1200 rpm, tớc độ khí QG là 2,5 lít/phút, tớc độ dung dịch 0,083 (lít/phút) Với độ biến thiên thời gian cách 10 phút lần đo đến dung dịch hấp thụ trở nên bão hòa trung hòa hoàn toàn (pH = – 8) Kết thực sau: Kết thử nghiệm đánh giá độ bão hòa dung dịch hấp thụ theo thời gian Thí nghiệm Thơng số cố định Nồng độ Ba(OH)2(M) 0.01 (Lựa chọn giá trị từ Thí nghiệm 1) Tớc độ quay (vịng/phút) 1200 (Lựa chọn giá trị từ Thí nghiệm 2) Lưu lượng biogas QG (lít/phút) 2,5 (Lựa chọn giá trị từ Thí nghiệm 3) Lưu lượng khí chất lỏng QL tương ứng 0.083 lít/phút (Lựa chọn giá trị (lít/h) từ Thí nghiệm 4) Thông số khảo sát Thời gian hấp thụ (phút) Thông số theo dõi 0, 10, 20, 30, 40, 50…… pH dung dịch Kết biến đổi pH dung dịch theo thời gian thể Hình 3.6 83 Trung bình [H2S] (ppm) 3487 2975 3294 3252 [CO2] (%) 29.2 25.7 26.4 27.1 pH_a pH_b pH_c pH 10 11.5 11.4 11.2 11.37 20 10.9 10.3 10.6 10.6 30 10.3 9.8 10.5 10.2 40 9.5 9.6 9.7 9.6 50 8.8 9.3 9.3 9.13 60 7.4 8.8 8.4 8.2 70 6.9 8.6 8.2 7.9 80 7.2 7.1 7.15 90 6.86 Tgian bão hòa pH (phút) 14 13 12 11 10 11.37 6.86 10.6 10.2 9.6 9.13 8.2 10 20 30 40 50 60 7.9 70 7.15 80 6.86 90 100 Thời gian (phút) Hình 3.5 Độ bão hòa dung dịch hấp thụ theo thời gian 84 Khi trình hấp thụ diễn theo thời gian nồng độ H2S, CO2 liên tục tích lũy dòng dung dịch, đồng thời nồng độ dung dịch giảm dần theo thời gian Cụ thể đồ thị Hình 3.6 cho thấy với nồng độ ban đầu dung dịch hấp thụ Ba(OH)2 là 12 sau khoảng thời gian là 80 phút dung dịch hấp thụ có pH trung tính pH = 7,15 Kết cho thấy độ bão hòa dung dịch phụ thuộc vào nồng độ chất ô nhiễm, nồng độ ô nhiễm càng cao thời gian bão hịa dung dịch càng ngắn Tác giả thực với nhiều thí nghiệm và theo phương pháp tính tốn trung bình nhận thấy thời gian đạt độ bão hòa dung dịch Ba(OH)2 khoảng 80 phút 85 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Từ kết thu thí nghiệm trên, đã thiết lập thơng sớ vận hành thích hợp cho thiết bị, đem lại hiệu làm cao nhất, đảm bảo chất lượng khí biogas phục vụ cho nhu cầu phát điện, kết sau: - Với nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ dung dịch hấp thụ Ba(OH)2 đến hiệu suất loại bỏ H2S CO2: Lựa chọn nồng độ dung dịch hấp thụ Ba(OH)2 thiết bị HGRPB là 0,01 M cho thí nghiệm - Với nghiên cứu ảnh hưởng tốc độ quay thiết bị HGRPB: Để tối ưu mặt lượng và hiệu suất loại bỏ ta chọn tớc độ quay thiết bị là 1200 rpm cho thí nghiệm - Với nghiên cứu ảnh hưởng tớc độ khí: Để loại bỏ H2S, CO2 biogas thiết bị HGRPB ta chọn tớc độ khí vào thiết bị là 2,5 (lít/phút) - Với nghiên cứu ảnh hưởng tốc độ dung dịch: Để tối ưu hiệu suất loại bỏ và tiết kiệm dung dịch ta chọn tớc độ dung dịch hấp thụ phù hợp là 0,083 (l/p), tương ứng với tỷ lệ QG/QL 30 - Đánh giá độ bão hòa dung dịch hấp thụ Ba(OH)2 theo thời gian: Sau đã xác định thông số thích hợp cho q trình làm khí bao gồm: CBa(OH)2 0,01 M (pH = 12), tốc độ quay thiết bị HGRPB là 1200 rpm, tớc độ khí QG là 2,5 lít/phút, tớc độ dung dịch 0,083 (lít/phút), nghiên cứu đã xác định thời gian đạt độ bão hòa dung dịch Ba(OH)2 80 phút KIẾN NGHỊ - Sử dụng hóa chất Ba(OH)2 và thơng sớ vận hành thích hợp để xử lý khí thải sinh học có tính chất nhiễm tương tự để đạt độ tinh khiết cao, với hàm lượng H2S < 50 ppm, đáp ứng yêu cầu cấp cho máy phát 86 - Tiếp tục thử nghiệm hóa chất khác và tìm kiếm thơng sớ vận hành phù hợp nhằm đa dạng hóa chất xử lý khí biogas - Đề tài nên nhân rộng hệ thống xử lý nước thải nhà máy sản xuất bia nhằm ứng dụng công nghệ xử lý khí sinh học vào thực tiễn và giảm thiểu ô nhiễm môi trường 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO Khan Imran Ullah, Mohd Hafiz Dzarfan Othman, Haslenda Hashim, Takeshi Matsuura, AF Ismail, et al, 2017, Biogas as a renewable energy fuel– A review of biogas upgrading, utilisation and storage, Energy Conversion and Management, 150:277-94 Bộ sách tham khảo Đỗ Văn Mạnh (chủ biên), Trịnh Văn Tuyên, Lê Xuân Thanh Thảo, Lê Minh Tuấn, Trần Thị Liên, Nguyễn Tuấn Minh, Kỹ thuật tiền xử lý bùn, phân hủy yếm khí, làm khí Biogas và phát điện Nhà Xuất khoa học tự nhiên và công nghệ Wonglertarak Watcharapol, Boonchai Wichitsathian, 2014, Alkaline pretreatment of waste activated sludge in anaerobic digestion, J Clean Ener Technol, 2:118-21 Mao Chunlan, Yongzhong Feng, Xiaojiao Wang, Guangxin Ren, 2015, Review on research achievements of biogas from anaerobic digestion, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 45:540-55 Lee Tsung-Han, Sheng-Rung Huang, Chiun-Hsun Chen, 2013, The experimental study on biogas power generation enhanced by using waste heat to preheat inlet gases, Renewable energy, 50:342-7 Ryckebosch E., M Drouillon, H Vervaeren, 2011, Techniques for transformation of biogas to biomethane, Biomass and Bioenergy, 35:1633-45 Lettinga G, POLL HULSHOFF, 1995, Anaerobic reactor technology: reactor and process design, International Course on anaerobic treatment, Wageningen Agricultural University/IHE Delft, Wageningen, 17:28 Gauli Bibesh, 2018, Commissioning of Biogas Reactor Helsinki Metropolia University of Applied Sciences Deublein Dieter, Angelika Steinhauser, 2011, Biogas from waste and renewable resources: an introduction John Wiley & Sons 10 Persson M., Jonsson, O., Wellinger, A., 2007, Biogas upgrading to vehicle fuel standards and grid., EA Bioenerg., 1–32 11 Bailón Allegue L., Hinge, J., 2014, Biogas upgrading Evaluation of methods for H2S removal, Danish Technological Centre, Copenhagen:1–31 88 12 Huertas J.I., Giraldo, N., Izquierdo, S., 2011, Removal of H2S and CO2 from biogas by amine absorption, Mass Transfer in Chemical Engineering Processes, 307 13 Bauer Fredric, Tobias Persson, Christian Hulteberg, Daniel Tamm, 2013, Biogas upgrading – technology overview, comparison and perspectives for the future, Biofuels, Bioproducts and Biorefining, 7:499-511 14 Schiavon D.C., Cardoso, F.H., Frare, L.M., Gimenes, M.L., Pereira, N.C., 2014, Purification of biogas for energy use, 37: 643–8 15 Ga Bùi Văn, 2008, Sử dụng biogas để chạy động diesel cỡ nhỏ, Đại học Đà Nẵng, 16 Nguyễn Thành Thuận, 2011, Nghiên cứu cải tiến cơng nghệ đốt khí biogas lị dầu truyền nhiệt 17 Nguyễn Cơng Thắng, 2012, Nghiên cứu sử dụng nhiên liệu Biogas nén cho xe tải nhẹ 18 Qian Zhi, Qi Chen, Ignacio E Grossmann, 2017, Optimal synthesis of rotating packed bed reactor, Computers & Chemical Engineering, 105:15260 19 Lu X., P Xie, D B Ingham, L Ma, M Pourkashanian, 2018, A porous media model for CFD simulations of gas-liquid two-phase flow in rotating packed beds, Chemical Engineering Science, 189:123-34 20 C Ramshaw, 1995, The Incentive for Process Intensification, Proceedings of 1st International Conference of Process Intensification for Chemical Industry 1995 21 Trương Thị Hòa Đỗ Văn Mạnh , cộng sự, 2019, Báo cáo tổng kết đề tài thuộc Nhiệm vụ Nghị định thư: "Nghiên cứu phát triển cơng nghệ thích ứng xử lý bùn hữu thu khí sinh học phát điện", Viện Công nghệ môi trường, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam 22 Emami-Meibodi Majid, Mojtaba Soleimani, Soheil Bani-Najarian, 2018, Toward enhancement of rotating packed bed (RPB) reactor for CaCO nanoparticle synthesis, International Nano Letters, 8:189-99 23 Tippayawong N, P Thanompongchart, 2010, Biogas quality upgrade by simultaneous removal of CO2 and H2S in a packed column reactor, Energy, 35:4531-5 89 24 Guo Kai, Jiawu Wen, Ying Zhao, Yu Wang, Zhenzhen Zhang, et al, 2014, Optimal packing of a rotating packed bed for H2S removal, Environmental science & technology, 48:6844-9 25 Chu Guang-Wen, Jia Fei, Yong Cai, Ya-zhao Liu, Yue Gao, et al, 2018, Removal of SO2 with sodium sulfite solution in a rotating packed bed, Industrial & Engineering Chemistry Research, 57:2329-35 90 PHỤ LỤC KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM ... phạm vi ḷn văn tớt nghiệp, tác giả đề xuất đề tài: ? ?Nghiên cứu kỹ thuật làm khí sinh học phương pháp sử dụng dung dịch hấp thụ Ba(OH)2” nhằm đánh giá hiệu q trình làm thành phần khí CO2 H2S... vi nghiên cứu 3.1 Đối tượng nghiên cứu - Khí sinh học (biogas) sinh từ hệ thớng phân hủy bùn yếm khí - Hệ thí nghiệm làm khí Phạm vi nghiên cứu - Trong giới hạn luận văn, phạm vi nghiên cứu. .. m3/ngđ để cung cấp khí biogas cho máy phát điện 20 kWh Phương pháp nghiên cứu: - Phương pháp thực nghiệm - Phương pháp lấy mẫu - Phương pháp phân tích - Phương pháp kế thừa - Phương pháp tính tốn
Ngày đăng: 15/01/2023, 14:46
Xem thêm:
