ISSN 1859 1531 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 11(84) 2014, QUYỂN 2 55 NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ BIOGAS TRƯỚC KHI ĐỐT TRONG CÁC LÒ TRUYỀN NHIỆT Ở CÁC NHÀ MÁY TINH BỘT SẮN RESEARCH[.]
ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 11(84).2014, QUYỂN 55 NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ BIOGAS TRƯỚC KHI ĐỐT TRONG CÁC LÒ TRUYỀN NHIỆT Ở CÁC NHÀ MÁY TINH BỘT SẮN RESEARCH OF PRETREATMENT METHODS FOR BIOGAS BEFORE COMBUSTING IN THE HEAT TRANSFER BURNER FOR STARCH TAPIOCA FACTORIES Trần Văn Vang1, Nguyễn Thành Thuận2, Phan Quí Trà3 Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng; Email: bkmt69@gmail.com Trường Cao đẳng Lương thực - Thực phẩm Đà Nẵng; Email: nguyenthanhthuans@gmail.com.vn Trường Cao đẳng Công nghệ, Đại học Đà Nẵng; Email: pqtra@dct.udn.vn Tóm tắt - Bài báo trình bày kết nghiên cứu xử lý Biogas sản xuất từ nước thải trình sản xuất tinh bột sắn nhà máy tinh bột sắn phương pháp học kết hợp phương pháp hóa học Nghiên cứu tính tốn, thiết kế chế tạo mơ hình thiết bị xử lý Biogas cho dịng liên tục với lưu lượng lớn Kết thực nghiệm ứng dụng điều kiện thực tế Nhà máy, nhờ đó, độ xác tính tốn, thiết kế hệ thống xử lý kiểm nghiệm Dòng Biogas sau xử lý qua hệ thống tăng chất lượng, đáp ứng yêu cầu nhiên liệu đốt nhà máy, giảm ô nhiễm môi trường gây khí thải, đồng thời góp phần tiết kiệm chi phí sản xuất, giảm giá thành sản phẩm nhà máy Abstract - This article presents the results of the research on processing biogas produced from waste water of the production of cassava starch in starch plants by mechanical methods and chemical methods This study calculated, designed and fabricated a model of biogas treatment equipment for continuous flow with huge capacity The experimental results are applied in real conditions of factory, thus, the accuracy of the calculations and the design of the treatment system were tested The processed biogas flow through this system has better quality and meets the requirements of fuel of the factory It also reduces pollution caused by emissions, production costs and cost of products Từ khóa - biogas; chất thải; tinh bột sắn; phương pháp học; phương pháp hóa học Key words - Biogas; waste; cassava starch; mechanical method; chemical method Đặt vấn đề Tiết kiệm lượng chống ô nhiễm môi trường chủ đề quan tâm khơng nước ta mà tồn giới Vấn đề sử dụng lượng giảm ô nhiễm môi trường nhiều nhà nghiên cứu quan tâm Các nhà máy tinh bột sắn, nơi tiêu thụ nhiều nhiên liệu nơi xả nhiều chất thải gây ô nhiễm môi trường Năng lượng sử dụng việc sấy tinh bột sắn chủ yếu than đá Sử dụng than đá thải nhiều xỉ, bụi than điơxít cacbon Đồng thời q trình xử lý sắn thải lượng nước thải khổng lồ gây ô nhiễm môi trường [1] Để tiết kiệm chi phí sản xuất, giảm nhiễm mơi trường, số nhà máy tinh bột sắn sử dụng phương pháp sản xuất Biogas từ nguồn nước thải nhà máy Nguồn biogas làm nhiên liệu thay cho than đá lò truyền nhiệt Nhà máy Tuy nhiên, trình đốt Biogas lò truyền nhiệt thường gặp vấn đề sau: + Nhiệt trị Biogas mức thấp Biogas chứa hàm lượng nước nhiều Điều ảnh hưởng đến chế độ cháy + Q trình ăn mịn thiết bị xảy nhanh Biogas có chứa khí H2S + Lượng Biogas sinh khơng làm q trình cháy bị gián đoạn Do vậy, việc xử lý Biogas trước đốt có ý nghĩa đặc biệt quan trọng Phương pháp xử lý Biogas Việc xử lý Biogas phải trải qua ba giai đoạn: giai đoạn tách nước, giai đoạn khử H2S giai đoạn tích trữ Q trình xử lý Biogas mơ tả Hình Hình Sơ đồ hệ thống xử lý Biogas Trong đó: Hầm sinh khí Biogas Quạt hút khí Biogas vào hệ thống xử lý Thiết bị tách nước Thiết bị khử H2S Quạt đẩy khí Biogas vào bình chứa Bình chứa khí Biogas Van chống cháy ngược Lò truyền nhiệt - Nguyên lý hoạt động hệ thống: Biogas từ hầm sinh khí quạt đẩy vào thiết bị tách nước Thiết bị tách nước có nhiệm vụ làm giảm hàm lượng nước có Biogas Sau khỏi thiết bị tách nước, Biogas tách phần nước tiếp tục vào thiết bị khử H2S Biogas sau xử lý tách nước khử H2S quạt nén đẩy vào bình chứa Biogas Mục đích bình chứa ổn định áp suất khí vào buồng đốt thơng qua van điều áp - Cấu tạo hoạt động thiết bị tách nước: Để giảm chi phí đơn giản cho trình vận hành, thiết bị tách nước sử dụng bình kín có Trần Văn Vang, Nguyễn Thành Thuận, Phan Quí Trà 56 gắn nhiều thép đặt so le Nguyên lý cấu tạo thiết bị tách nước thể Hình [2, 3] Biogas Hàm lượng nước Biogas (qua thiết bị đo) trước sau tách nước trình bày Hình Như sau tách nước, hàm lượng nước Biogas giảm đáng kể Hàm lượng nước giảm làm cho hàm lượng methal tăng lên nhiệt trị Biogas tăng lên [5] Các thép Biogas vào Hình Cấu tạo thiết bị tách nước Dịng Biogas có chứa hàm lượng nước chuyển động qua thiết bị với vận tốc lớn tác dụng quạt thổi Dịng hỗn hợp khí va đập vào chắn kim loại Các giọt nước lẫn Biogas va đập vào lắng xuống đáy bình Dịng Biogas tách bớt nước tiếp tục chuyển động khỏi bình tách nước Lượng nước định kỳ xả Biogas sau tách nước đưa vào thiết bị khử H2S Hình Đồ thị so sánh hàm lượng nước có Biogas trước sau (màu cam) xử lý - So sánh thành phần H2S Biogas trước sau xử lý: Thành phần H2S trước sau sử dụng thiết bị khử H2S trình bày Hình - Cấu tạo hoạt động thiết bị khử H2S: Để khử H2S với lưu lượng lớn, ta dùng oxit sắt (III) (Fe2O3) Đây phương pháp dựa sở phản ứng sau: Fe2O3 + 3H2S → Fe2S3 + 3H2O (1) 2Fe2S3 + 3O2→ 2Fe2O3 +6S (2) Sau bão hoà H2S, Fe2O3 hồn ngun khơng khí (cấp O2) để thu lưu huỳnh Cấu tạo thiết bị khử H2S thể Hình [4] Biogas Hình Đồ thị so sánh hàm lượng H2S Bột Fe2O3 Biogasvào Như sau xử lý, hàm lượng H2S Biogas giảm đáng kể, điều làm giảm trình ăn mòn thiết bị giúp thiết bị làm việc ổn định hiệu - So sánh nhiệt trị Biogas trước sau xử lý: Đồ thị so sánh nhiệt trị Biogas trước sau xử lý Hình [6] Hình Cấu tạo thiết bị khử H2S Tốc độ phản ứng hấp phụ H2S Fe2O3 phụ thuộc vào mức độ tiếp xúc khí bề mặt vật liệu hấp phụ Do để nâng cao tốc độ phản ứng, độ rỗng (xốp) vật liệu hấp phụ phải lớn Thường độ rỗng xốp Fe2O3 không nhỏ 50% Điều kiện tốt cho q trình hấp phụ khí H2S Fe2O3 nhiệt độ nằm khoảng 28 ÷ 30oC độ ẩm vật liệu hấp phụ khoảng 30% Kết - So sánh thành phần nước Biogas trước sau xử lý: Hình Nhiệt trị Biogas trước sau xử lý ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 11(84).2014, QUYỂN Trong nhiệt trị nhiên liệu Biogas tính theo cơng thức: (kJ/m3tc) Theo đồ thị bên ta thấy, nhiệt trị Biogas sau xử lý qua hệ thống tăng lên rõ rệt Điều làm cho chế độ nhiệt lò cải thiện, nhiệt độ làm việc lò ổn định Kết luận đề xuất + Ưu điểm hệ thống Hệ thống tách hàm lượng nước lớn, giảm đáng kể lượng nước có Biogas (giảm khoảng 5,23%) Hệ thống khử phần lớn H2S có Biogas, làm giảm đáng kể q trình ăn mịn thiết bị (khoảng 7,15%) Làm ổn định áp suất dòng Biogas trước đưa vào sử dụng Chi phí đầu tư vận hành thấp + Một số điểm tồn tại: Lượng khí CO2 chưa xử lý yêu cầu tiết kiệm chi phí đầu tư Chưa tự động hóa q trình vận hành hoạt động hệ thống 57 + Một số đề xuất: Đề tài phát triển theo hướng nghiên cứu tự động hóa q trình xử lý Biogas Đồng thời mở rộng hướng nghiên cứu sản xuất Biogas cách hiệu ổn định, giảm thiểu thành phần CO2 Biogas Với kết nghiên cứu này, trình sử dụng Biogas ổn định hơn, đáp ứng nhu cầu tiết kiệm nhiên liệu sử dụng nhiên liệu nhà máy có chất thải hữu TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Hồng Kim Anh, Ngơ Kế Sương, Nguyễn Xích Liên, Tinh bột sắn sản phẩm từ tinh bột sắn, NXB khoa học kỹ thuật, 2004 [2] Nguyễn Bốn, Hoàng Ngọc Đồng, Nhiệt kỹ thuật, NXB Giáo dục, 1999 [3] Hoàng Văn Chước, Thiết kế hệ thống thiết bị sấy, NXB Khoa học Kỹ thuật, 2006 [4] Hoàng Văn Chước, Kỹ thuật sấy, NXB Khoa học Kỹ thuật, 2002 [5] Phạm Lê Dần, Lò mạng nhiệt, NXB khoa học kỹ thuật, 2005 [6] Hoàng Ngọc Đồng, Lý thuyết cháy thiết bị lò hơi, Đại học Đà Nẵng, Trường Đại học bách khoa, 2007 (BBT nhận bài: 05/11/2014, phản biện xong: 12/11/2014) ... hướng nghiên cứu tự động hóa trình xử lý Biogas Đồng thời mở rộng hướng nghiên cứu sản xuất Biogas cách hiệu ổn định, giảm thiểu thành phần CO2 Biogas Với kết nghiên cứu này, trình sử dụng Biogas. .. hấp phụ khí H2S Fe2O3 nhiệt độ nằm khoảng 28 ÷ 30oC độ ẩm vật liệu hấp phụ khoảng 30% Kết - So sánh thành phần nước Biogas trước sau xử lý: Hình Nhiệt trị Biogas trước sau xử lý ISSN 1859-1531 -... QUYỂN Trong nhiệt trị nhiên liệu Biogas tính theo cơng thức: (kJ/m3tc) Theo đồ thị bên ta thấy, nhiệt trị Biogas sau xử lý qua hệ thống tăng lên rõ rệt Điều làm cho chế độ nhiệt lò cải thiện, nhiệt