Hiện trạng áp dụng công nghệ nhiệt phân ở châu âu

Đây là tài liệu mô tả hiện trạng áp dụng công nghệ nhiệt phân chất thải rắn đô thị và chất thải nguy hại ở các nước châu âu như Nauy, Đức và Cộng hòa Séc, ưu nhược điểm của công nghệ nhiệt phân, và xu hướng của phát triển công nghệ nhiệt phân trên thế giới

Trang 1

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

HIỆN TRẠNG ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ NHIỆT PHÂN CHẤT THẢI RẮN ĐÔ THỊ VÀ NGUY HẠI Ở CHÂU ÂU

Trang 2

PHƯƠNG PHÁP NHIỆT PHÂN TRONG XỬ LÝ CHẤT

THẢI RẮN SINH HOẠT VÀ NGUY HẠI

Chất thải rắn: Là tất cả chất thải phát sinh từ hoạt động con người và động

vật, thường ở dạng rắn và bị đổ bỏ vì không sử dụng được hoặc không được mong muốn nữa.

Chất thải rắn sinh hoạt: Là chất thải rắn phát sinh từ các hoạt động sinh hoạt

thường ngày của con người tại khu nhà ở, cơ quan, công cộng, … Chất thải rắn sin hoạt bao gồm cả chất thải nguy hại phát sinh từ các hoạt động trên.

Chất thải nguy hại: Là các loại chất thải trừ các chất thải phóng xạ (và lây

nhiễm), do hoạt tính hóa học của chúng hoặc tính chất độc hại, cháy nổ, ăn mòn hoặc các đặc tính khác gây nên mối nguy hiểm hoặc tương tự đến sức

khỏe hoạc môi trường, dù đơn độc hay tiếp xúc với các chất thải khác.

KHÁI NIỆM

Trang 3

CÔNG NGHỆ NHIỆT PHÂN

 Công nghệ nhiệt phân thuộc nhóm công nghệ nhiệt - hóa và là một trong những giải pháp “công nghệ hiện có tốt nhất” (Best Available Technology - BAT) được các tổ chức môi trường trên thế giới khuyến cáo sử dụng thay thế cho phương pháp chôn lấp khi xử lý một lượng lớn CTCN và CTSH có nguồn gốc hữu cơ

 Định nghĩa: Nhiệt phân là quá trình phân hủy hay biến đổi hóa học CTR ở nhiệt độ cao trong điều kiện thiếu oxy Phản ứng quan trọng nhất trong quá trình nhiệt phân là bẻ gãy mạch liên kết C –

C, không có xúc tác, chúng tạo thành những gốc tự do và có đặc tính chuỗi, nhiệt độ càng tăng thì sự cắt mạch càng sâu

Trang 4

 Nguyên liệu: đầu vào

Trang 5

Sản phẩm: bao gồm các

chất ở dạng khí, lỏng và rắn

Ở nhiệt độ cao, các sản

phẩm dạng lỏng một mặt bị

hóa hơi và mặt khắc tiếp tục

bị nhiệt phân cắt mặt tạo

thành các sản phẩm đơn

giản hơn Chất rắn hay sản

phẩm cốc hóa thu được là

do sự phân hóa hydrocacbon

đến cacbon tự do Sản phẩm

cuối cùng của quá trình

nhiệt phân biến đổi CTR là

các chất rắn lỏng khí bao

gồm: H 2 , CO, khí axit, tro,

…

Trang 6

THẢI RẮN SINH HOẠT VÀ NGUY HẠI CÔNG NGHỆ NHIỆT PHÂN

Phản ứng nhiệt phân chất thải rắn được mô tả một cách tổng quát như sau:

Chất thải Các chất bay hơi (khí gas) + cặn rắn

Trong đó: khí gas gồm: CxHx, H2, COx, NOx, SOx và hơi nước; cặn rắn:

carbon cố định + tro

Trang 7

THẢI RẮN SINH HOẠT VÀ NGUY HẠI CÔNG NGHỆ NHIỆT PHÂN

Trang 8

• Chất thải rắn đô thị (MSW) bao gồm các phế thải từ các hộ gia đình, các

hoạt động thương mại và các ngành công nghiệp nhỏ nằm trong khu vực đô thị

• Tỉ lệ chất thải thương mại trong dãy MSW từ 10-35% đối với hầu hết các nước Châu Âu

• Rất phức tạp về nguồn gốc, thành phần và tính chất.Thay đổi bởi các yếu tố như thời tiết, mùa hoặc thói quen của người tiêu dùng

CÔNG NGHỆ NHIỆT PHÂN TẠI NAUY

Trang 9

Hình: Biều đồ thành phần MSW trên vật liệu Na Uy 2001 (chỉ bao gồm rác hộ gia

Trang 10

Bảng: Tỉ lệ các loại vật liệu rác thải trong MSW

Trang 11

Hình: Quy trình xử lý rác thải MSW

Trang 12

CÔNG NGHỆ NHIỆT PHÂN TẠI NAUY

Nguồn nhiên liệu

Chất thải sinh khối, chất thải rắn đô thị là một nguồn nguyên liệu giá rẻ, thông dụng

Các nguyên liệu sinh khối có sẵn rất đa dạng:

• Dư lượng gỗ rừng: khoảng 60% một cây được thu hoạch được bỏ lại trong rừng trong suôt thời gian khai thác gỗ

• Chất thải nông nghiệp (vỏ trấu, bã mía, phân chuồng…): việc khai thác dư lượng sinh khối có liên quan đặc biệt trong nông nghiệp như:

đá cherry ở Tây Ba Nha, vỏ cà phê tại Kenya, vỏ trấu tại Trung Quốc, bánh bông tại Thổ Nhĩ Kỳ, cà phê tại Brazil, phế liệu nho tại Ý

• Chất thải gỗ công nghiệp và đô thị (gỗ trang trí sân, ván tường…) phế liệu từ quá trình chế biến sinh khối như ngũ cốc, cà phê… phổ biến trong ngành công nghiệp chế biến thực phẩm và đồ uống

• Phần hữu cơ của rác thải đô thị (MSW)

Trang 13

• Dầu sinh học, bao gồm các hydrocarbon béo và thơm cùng với hơn 200 các hợp chất được xác định, là một chất mang năng lượng rất linh hoạt

• Nó có thể được vận chuyển và lưu trữ để sử dụng như năng lượng và tỏa nhiệt trong nồi hơi như là một nhiên liệu dầu thay thế và có khả năng được

sử dụng như một nhiên liệu lỏng cho động cơ đốt trong

• Một số tính chất của dầu sinh học như hàm lượng nước, độ pH thấp, độ nhớt cao, ăn mòn, khả năng đánh lửa thấp và sự bất ổn định do hàm lượng oxy phải được cải thiện

DẦU SINH HỌC

Bảng: Những tính chất của dầu sinh học và dầu diesel

Trang 14

•Than, về cơ bản là một cặn giàu cacbon, có thể được nâng cấp lên than hoạt tính Cacbon hoạt tính được đặc trưng bởi diện tích bề mặt cao và khả năng hấp thụ lớn Nó được sử dụng rộng rãi trong công nghệ khai thác kim loại, lọc nước, thuốc (hấp thụ chất độc), làm sạch khí (loại bỏ SO2, dioxin và Hg)

và trong công nghiệp thực phẩm (loại bỏ tạp chất hữu cơ)

•Hỗn hợp khí nhiệt phân khô bao gồm các thành phần chính CO2, CO, CH4,

H2 và hydrocacbon, có thể được sử dụng cho sản xuất nhiệt và điện, nhưng thường được sử dụng để sản xuất năng lượng để duy trì trong quá trình nhiệt phân chất thải sinh khối thực vật hoặc để làm khô nguyên liệu

KHÍ

Trang 15

 Các thông số hoạt động ảnh hưởng đến số lượng, thành phần và chất lượng sản phẩm: loại nhiên liệu, nhiệt độ, tốc độ gia nhiệt, áp suất, độ ẩm, trọng lượng mẫu và thời gian phản ứng Quan trọng nhất

CÁC THÔNG SỐ ẢNH HƯỞNG

Trang 16

Năng lượng từ chất thải (bao gồm

công nghệ nhiệt phân) ở Châu Âu

Năng lượng từ chất thải (bao gồm

công nghệ nhiệt phân) ở Châu Âu

Nguồn thải sử dụng cho công nghệ nhiệt phân và khí hóa ở Anh

CÔNG NGHỆ NHIỆT PHÂN TẠI ĐỨC

Trang 18

Nhà cung ứng : Compact Power, WasteGen UK, Mitsui Babcock Enery Ltd, PKA

Trang 19

Nhà máy nhiệt phân CTR đô thị (MSW) tại Burgau, Đức

Vị trí: Bên ngoài thành phố Burgau

khoảng 2 dặm, khoảng 1 hecta , gần bãi

chôn lấp

Thời gian: + Năm 1983 được cung ứng

bởi Wastegen UK

+ Năm 1984 đi vào hoạt động

Công suất: + 38.580 tấn MSW/năm

+ Từ 12.000 cư dân; 34.000 PTY

Trang 20

Sơ đồ công nghệ tại Nhà máy nhiệt phân CTR đô thị (MSW) tại Burgau,

Trang 21

Shredder Pyrolysis Kiln

Trang 23

Đầu vào

• Lốp xe, chất thải đô thị đã phân loại, các loại dầu nhờn khác nhau, cặn bùn độc hại (cặn xử lý nước thải, cặn sơn hoặc đồ dùng sơn phủ có chứa dung môi hữu cơ hoặc các chất độc hại khác, cặn xử lý sinh học nước thải công nghiệp chứa các chất độc hại…)

• Công suất: 50-200 kg/giờ

Mô hình thí điểm nhiệt phân do trường đại học kỹ thuật Ostrava

Hình: Nguyên liệu đầu vào: lốp xe sau khi phân loại

CÔNG NGHỆ NHIỆT PHÂN TẠI CHSÉC

Trang 24

Quy trình:

• Một lò nhiệt phân được gia nhiệt dùng 5 bộ mỏ đốt khí (propan) có thể đạt tới nhiệt độ vận hành tối đa 800°C

• Thời gian tối thiểu lưu giữ vật liệu trong tổ máy là 30 phút

• Vật liệu được nhiệt phân đã phân hóa tạo thành cacbon thể rắn được

gom lại trong hộp tro ở cuối dây chuyền nhiệt phân và các pha khí được dẫn dòng trong một tuyến ống từ lò nhiệt phân ra xy-clôn

• Xy-clôn là một công cụ trong đó dòng khí được giảm nhanh tốc độ, các vật nhiễm rắn được tách ra do trọng trường

• Khí đã làm sạch được dẫn tới ngăn làm nguội sơ cấp bằng bộ trao đổi nhiệt (khí nhiệt phân - không khí)

• Ngăn làm nguội thứ cấp gồm có một bộ trao đổi nhiệt (khí nhiệt phân - nước) tại đó khí được làm nguội sao cho không ngưng tụ trong các

đường ống sau

• Sản phẩm ngưng tụ từ làm mát khí nhiệt phân được thu gom lại trong một gian chứa pha lỏng nhiệt phân Gian chứa này có trang bị một cơ cấu khuấy để chống lắng đọng các hydrocacbon nặng

Trang 25

Hình: Sơ đồ công nghệ nhiệt phân của trường đại học kỹ thuật Ostrava, CH SécSản phẩm đầu ra:

Cacbon rắn, lắng đọng lỏng và khí nhiệt phân, chủ yếu dùng để phát điện và phát nhiệt

Trang 26

Ưu nhược điểm công nghệ nhiệt phân

Các ưu điểm :

- Quá trình nhiệt phân xảy ra ở nhiệt độ thấp (so với các công nghệ đốt khác) do vây làm tăng tuổi thọ của vật liệu chịu lửa, giảm chi phí bảo trì.

- Kiểm soát được chế độ nhiệt phân sẽ tiết kiệm được nhiên liệu

- Quá trình nhiệt phân không đòi hỏi sự xáo trộn nên sẽ giảm được lượng bụi phát sinh Thông thường bụi trong khí thải <200mg/m3, trong nhiều trường hợp không cần trang bị thiết bị xử lý bụi.

- Chất thải rắn hoặc lỏng bị đồng thể hóa chuyển vào dòng khí có nhiệt lượng cao nhờ quá trình nhiệt phân có kiểm soát.

- Các cấu tử có thể thu hồi tập trung trong bã rắn hoặc nhựa để thu hồi

- Các chất bay hơi, có giá trị kinh tế có thể được ngưng tụ để thu hồi

- Các chất hữu cơ và chất độc hại như dioxin, furans, PCBs cháy hoàn toàn

- Sản phẩm được sử dụng như một loại hóa chất, nhiên liêu để phát điện/nhiệt

- Hiệu quả hơn 30% so với công nghệ đốt.

Trang 27

Nhược điểm

- Một số thành phần chất thải phức tạp lục nạp nhiên liệu đốt có thể bị giữ lại bởi bã thải (nhựa đường, than cốc…), tro cũng cần được chôn lấp an toàn

- Chất thải có phản ứng thu nhiệt không nên đốt trong lò nhiệt phân

- Thời gian đốt lâu hơn so với công nghệ đốt lò quay

- Giá thành cao

- Cần phải được cung cấp lượng phế thải liên tục

- Khả năng thải ra chất cặn thải mang tính độc và lượng thải ra

không khí

- Cần phải có sự phân loại kỹ càng nguyên liệu phế thải đầu vào

Trang 28

TƯƠNG LAI CỦA CÔNG NGHỆ NHIỆT PHÂN

Pyrolysis là một trong những giải pháp bền vững tạo lợi nhuận về kinh tế ở quy mô lớn đồng thời giảm thiểu vấn

đề môi trường:

+ Giảm thiểu chất thải +Cung cấp năng

lương/nhiệt + Cung cấp hóa chất +Tách được Carbon +Cải tạo đất

Định dạng
Số trang	28
Dung lượng	3,98 MB