Nghiên cứu sử dụng hệ thống lọc khí biogas phục vụ cho động cơ chạy kéo máy phát điện

Nghiên cứu sử dụng hệ thống lọc khí biogas phục vụ cho động cơ chạy kéo máy phát điện

Báo Cáo Thực Tập Tốt Nghiệp GVHD: Trần Thanh Hải Tùng SVTH: Lê Hoàng Thảo_07C4A Page 1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG =============== BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP Đề tài thực tập Nghiên cứu sử dụng hệ thống lọc khí biogas phục vụ cho động cơ chạy kéo máy phát điện Cơ sở thực tập Trung tâm nghiên cứu và ứng dụng năng lượng thay thế Họ và tên sinh viên : Lê Hoàng Thảo Lớp : 07C4A Giáo viên hướng dẫn : Trần Thanh Hải Tùng Đà Nẵng 2011 Báo Cáo Thực Tập Tốt Nghiệp GVHD: Trần Thanh Hải Tùng SVTH: Lê Hoàng Thảo_07C4A Page 2 TT NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM NĂNG LƯỢNG THAY THẾ Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc -----  ------ NHẬN XÉT SINH VIÊN THỰC TẬP TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Lê Hoàng Thảo Lớp: 07C4A Đề tài thực tập: Nghiên cứu sử dụng hệ thống lọc khí biogas phục vụ cho động cơ chạy kéo máy phát điện Cán bộ kỹ thuật hướng dẫn : Th.S. Lê Minh Tiến Th.S. Lê Xuân Thạch Ks. Võ Anh Vũ Ks. Võ Đình Long NHẬN XÉT 1. Về ý thức tổ chức kỷ luật: 2. Thời gian: 3. Thái độ làm việc: 4. Về chất lượng công việc được giao: 5. Đã trả hết tài liệu mượn hay chưa: Báo Cáo Thực Tập Tốt Nghiệp GVHD: Trần Thanh Hải Tùng SVTH: Lê Hoàng Thảo_07C4A Page 3 6. Đánh giá chung: Đà nẵng, ngày… tháng….năm 2011 Báo Cáo Thực Tập Tốt Nghiệp GVHD: Trần Thanh Hải Tùng SVTH: Lê Hoàng Thảo_07C4A Page 4 Mục Lục BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP . 1 GIỚI THIỆU VỀ CƠ SỞ THỰC TẬP . 5 HỆ THỐNG LỌC KHÍ BIOGAS 8 1. GIỚI THIỆU 8 2. HỆ THỐNG LỌC BIOGAS . 9 2.1 Lọc khí H 2 S 9 2.2 Lọc tách khí CO 2 13 3. KẾT LUẬN . 18 MỘT SỐ ĐỊA ĐIỂM ĐÃ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ CHẠY ĐỘNG CƠ BẰNG KHÍ BIOGAS ĐỂ KÉO MÁY PHÁT ĐIỆN . 19 TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………………………24 Báo Cáo Thực Tập Tốt Nghiệp GVHD: Trần Thanh Hải Tùng SVTH: Lê Hoàng Thảo_07C4A Page 5 Phần 1 GIỚI THIỆU VỀ CƠ SỞ THỰC TẬP Trung tâm nghiên cứu và ứng dụng năng lượng thay thế Center For Alternative Energy Reseach And Application Add: 54 Nguyễn Lương Bằng- Tp. Đà Nẵng Cơ cấu tổ chức: GĐ: PGS.TS Trần Thanh Hải Tùng PGĐ: TS. Phan Minh Đức Cùng các nhân viên phụ trách về kỹ thuật khác. TT nghiên cứu và ứng dụng năng lượng thay thế được thành lập với nhiệm vụ chính là nghiên cứu và đưa vào sử dụng các thiết bị giúp động cơ chạy bằng nguồn năng lượng mới, đặc biệt ở đây là tận dụng nguồn khí biogas để chạy động cơ và kéo máy phát điện. Sản phẩm đặc trưng nhất của trung tâm là các bộ phụ kiện Gatec, nhiệm vụ của nó là chuyển đổi động cơ từ chạy bằng xăng, dầu sang chạy bằng khí biogas hoặc lưỡng nhiên liệu. Báo Cáo Thực Tập Tốt Nghiệp GVHD: Trần Thanh Hải Tùng SVTH: Lê Hoàng Thảo_07C4A Page 6 Trung tâm đã nghiên cứu phát triển các bộ phụ kiện vạn năng GATEC-20 và GATEC- 21 để bổ sung thêm chức năng sử dụng nhiên liệu biogas cho động cơ tĩnh tại. Các bộ phụ kiện này được lắp thêm vào động cơ, nguyên lý và kết cấu của động cơ nguyên thuỷ không thay đổi, nhờ vậy động cơ có thể sử dụng lại xăng, dầu khi cần thiết như trước khi cải tạo. Có thể gọi các động cơ sau khi cải tạo là động cơ hai nhiên liệu biogas/diesel, biogas/xăng. Các sản phẩm ở đây đều được nhà nước cấp bằng sáng chế độc quyền, tác giả là GS.TSKH Bùi Văn Ga. Nhiệm vụ của trung tâm là tiếp tục nghiên cứu và ứng dụng tất cả các sản phẩm để giúp người dân tiết kiệm tiền chi phí trong lao động sản xuất. Bằng độc quyền sáng chế của GS.TSKH Bùi Văn Ga. Báo Cáo Thực Tập Tốt Nghiệp GVHD: Trần Thanh Hải Tùng SVTH: Lê Hoàng Thảo_07C4A Page 7 Báo Cáo Thực Tập Tốt Nghiệp GVHD: Trần Thanh Hải Tùng SVTH: Lê Hoàng Thảo_07C4A Page 8 Phần 2 HỆ THỐNG LỌC KHÍ BIOGAS 1. GIỚI THIỆU Trong những năm gần đây, người dân ở nông thôn nước ta đã bắt đầu quen dần với việc sử dụng biogas làm chất đốt. Các hầm biogas này một mặt, cung cấp chất đốt cho người dân và mặt khác, giúp người dân xử lý các chất thải từ chăn nuôi và các hoạt động sản xuất khác, góp phần bảo vệ tài nguyên và môi trường. Tuy nhiên việc sử dụng biogas để đun nấu chỉ mới đáp ứng được một phần tiện ích vì người dân cần nhiều năng lượng hơn để chạy các máy công tác phục vụ sản xuất. Vì vậy việc sử dụng biogas để chạy động cơ đốt trong cỡ nhỏ sẽ góp phần đáng kể vào việc cải thiện đời sống của người dân ở nông thôn. Biogas chứa phần lớn methane (50-75%), ngoài ra còn có CO 2 (25-50%), H 2 (0-1%), H 2 O (0-1%) và H 2 S (0-3%). Trong các thành phần trên, H 2 S dù chỉ chiếm một tỉ lệ rất nhỏ, nhưng là khí có hại nhất. Khi sử dụng để nấu bếp, H 2 S gây ăn mòn các ống dẫn, bếp nấu, và làm cho biogas có mùi hôi khó chịu. H 2 S khi cháy tạo thành SO 2 cũng là khí độc hại đối với sức khỏe con người. Khi sử dụng cho động cơ, H 2 S gây ăn mòn các chi tiết của đường ống nạp-thải và buồng cháy, làm giảm tuổi thọ của động cơ. Khí CO 2 tuy không gây ăn mòn như H 2 S, nhưng sự hiện diện của nó với hàm lượng lớn làm giảm nhiệt trị của nhiên liệu. Thành phần hơi nước cũng gây ảnh hưởng tương tự như CO 2 . Việc nghiên cứu và xử lý triệt để các khí độc như CO2 và H2S có ý nghĩa rất quan trọng, nó làm giảm hư hỏng và tang tuổi thọ cho máy móc, giảm thiệt hại kinh tế cho người sử dụng. Báo Cáo Thực Tập Tốt Nghiệp GVHD: Trần Thanh Hải Tùng SVTH: Lê Hồng Thảo_07C4A Page 9 2. HỆ THỐNG LỌC BIOGAS BIOGAS TỈÌ HÁƯM NỈÅÏC V-01 V-02 V-03 V-04 V-05 V-06 5 BIOGAS SẢCH 6 7 8 4 3 2 1 9 Sơ đồ chung của hệ thống lọc khí biogas 1. bình ổn định áp suất 5. bình điều áp 2. thiết bị hấp thụ H 2 S 6. Bình chứa nước 3. thiết bị dự phòng hấp thụ H2S 7. Bình chứa nước 4. thiết bị hấp phụ CO2 8. Bơm nước 9. nước 2.1 Lọc khí H 2 S 2.1.1 Các phương án lọc khí H 2 S Tách H 2 S: có thể làm sạch H 2 S bằng cả phương pháp vật lý và hố học. Phương pháp hố học bao gồm phương pháp khơ và phương pháp ướt. + Trong phương pháp khơ người ta làm sạch khí H 2 S bằng chất rắn chứa Fe 2 O 3 .xH 2 O, một ít CaO và mạt cưa. Bản chất của q trình là khí H 2 S tác dụng với Fe 2 O3.xH 2 O tạo thành Fe 2 S 3 . Chất này được tái sinh bằng khơng khí hoặc ơxi. Phản ứng xảy ra như sau: Q trình hấp thụ H 2 S: Fe 2 O 3 .xH 2 O + H 2 S = Fe 2 S 3 .xH 2 O + H 2 O Q trình tái sinh chất hấp phụ: Fe 2 S 3 .xH 2 O + 3/2 O 2 = Fe 2 O 3 .xH 2 O + 3S Hay tổng qt: Báo Cáo Thực Tập Tốt Nghiệp GVHD: Trần Thanh Hải Tùng SVTH: Lê Hoàng Thảo_07C4A Page 10 3H 2 S + 3/2 O 2 = 3H 2 O + 3S + Trong phương pháp ướt, người ta dùng dung dịch muối asenic trong môi trường kiềm để hấp thụ H 2 S. Sau đó dùng không khí tái sinh dung dịch hấp thụ và tách lưu huỳnh. Phản ứng xảy ra: Na 4 As 2 S 5 O 2 + H 2 S = Na 4 As 2 S 6 O + H 2 O Na 4 As 2 S 6 O + 1/2 O 2 = Na4As 2 S 5 O 2 + S Để làm sạch H 2 S có thể dùng cả hỗn hợp dung dịch mono, đi hoặc trietanolamin với sunfolan C 4 H 8 S 2 . Phản ứng với monoetanolamin xảy ra như sau: 2RNH 2 + H 2 S (RNH 3 ) 2 S (RNH 3 ) 2 S + H 2 S 2RNH 3 HS Trong đó: R là nhóm CH 3 CH 2 OH Quá trình hấp thụ tiến hành ở 20 – 40 O C. Tái sinh dung dịch hấp thụ ở 100 o C, khí H 2 S thoát ra, dung dịch quay lại thiết bị làm sạch (H 2 S thoát ra khỏi dung dịch có thể dùng để sản xuất H 2 SO 4 . 2.1.2 Phương án sử dụng thực tế Để đảm bảo về hiệu quả sử dụng và tính kinh tế, phương án dùng phoi sắt để hấp phụ H 2 S là khả quan nên được ứng dụng nhiều nhất. Mặt khác, chất này được EPA (Cục bảo vệ môi trường Mỹ) chứng nhận không gây ô nhiễm nguồn nước ngầm và có thể thải trực tiếp ra các bãi rác. Trước khi sử dụng, phoi sắt được oxy hóa để tạo thành một lớp oxyt sắt trên bề mặt. Quá trình này có thể thực hiện một cách tự nhiên bằng cách phơi phoi sắt ngoài không khí một thời gian hoặc đốt để tăng tốc độ oxy hóa. Phản ứng oxy hóa phoi sắt diễn ra như sau: Fe + 1/2 O 2  FeO 2Fe + 3/2O 2  Fe 2 O 3 3Fe + 2O 2  Fe 3 O 4 Oxyt sắt tạo thành là hỗn hợp của các oxyt FeO, Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 . Các phản ứng trên có thể được xúc tiến nhanh hơn bằng cách tưới nước trên phoi sắt. Quá trình oxy hóa sắt đạt yêu cầu khi bề mặt phoi sắt chuyển từ màu xám sang màu vàng xốp, hoặc đỏ xốp. Thiết bị tách H 2 S [...]... p GVHD: Tr n Thanh H i Tùng c trên c n có nhi u nghiên c u n a, m t khi khí c ư c l c tri t kinh t s cao hơn, công tác b o trì may móc v t vã hơn thì hi u qu Ph n III M TS A I M Ã NG D NG CÔNG NGH CH Y NG CƠ B NG KHÍ BIOGAS KÉO MÁY PHÁT I N àN 1 2 3 Chuy 1 ng Tr i gà hòa phú, máy d u 60KVA Tr i heo hòa phát, máy xăng 60KVA H bà Thu hòa sơn, máy xăng/ máy d u 2,2/7,5 KVA n giao công ngh kh p c nư c... c xong các khí c thì thành ph n khí còn l i s ch a khác, t i ây s có m t h th ng ư ng ng d n vào ư c nén trư c áp su t thì m i ưa vào ư c d n vào bình ng cơ, thuongf thì nó ph i ng cơ ư c Nh ng khu chăn nuôi l n khi thu khí biogas thì còn làm th c m t h th ng nén khí n a 3 K T LU N s d ng làm nhiên li u cung c p cho ng cơ t trong, khí biogas có th ư c tinh luy n b ng cách dùng phoi s t kh khí H2S (... c theo ki u tháp tách và l c theo ki u h m Khi dùng tháp ( ng d ng cho các máy ch y công su t bé) thì CO2 ra kh i biogas ư c th c hi n d a vào tính ch t h p th khí carbonic c a nư c Nguyên lý c a phương pháp này là cho khí ti p xúc ngư c chi u v i nư c trong ó, khí i t dư i lên, còn nư c ch y t trên xu ng tăng cư ng s ti p xúc c a khí và nư c, ta s d ng các v t li u trơ như g , á, g ch làm m c nh l... t nh t cho quá trình h p ph khí H2S b ng oxit s t là nhi t 28 ÷ 30oC và n m trong kho ng m c a v t li u h p ph kho ng 30% Sau khi bão hoà H2S, oxit s t ư c hoàn nguyên b ng không khí (c p ôxy) Thi t b như trên ã ư c s d ng l l c t khá cao (trên 99%) i v i ng cơ c l n, khi ch y thì c lư ng khí c p vào ph i r t nhi u, áp ng làm nhi u bình chưa H2S sau ó n i các bình l n i ti p thu lưu huỳnh c khí H2S... t l c 9 L d n khí ra 4 ng d n khí 10 ư ng ng d n khí 5 ng d n khí t bơm 6 van m y 11 Keo dán PVC óng khí 12 Ch t tách m B ng hi u qu l c H2S Sau 1 gi s d ng Trư c x lý Sau x lý Sau 20 gi s d ng Trư c x lý SVTH: Lê Hoàng Th o_07C4A Sau x lý Page 17 Báo Cáo Th c T p T t Nghi p GVHD: Tr n Thanh H i Tùng Hàm lư ng H2S (mg/l) 0,17 0,0005 0,20 0,001 ppm th tích 112 0,33 132 0,66 i v i các ng cơ c l n thì... Page 23 Báo Cáo Th c T p T t Nghi p GVHD: Tr n Thanh H i Tùng TÀI LI U THAM KH O 1 BIOGAS SUPPLYING SYSTEM FOR A GROUP 2HP SPARK IGNITION ENGINE-GENERATOR OF BUI VAN GA, TRUONG LE BICH TRAM – DA NANG UNIVERSITY 2 XÂY D NG MÔ HÌNH BIOGAS C I TI N L Y NHIÊN LI U CH Y MÁY PHÁT I N – KS.TR N VĂN KH I 3 TINH LUY N L C KHÍ BIOGAS D A TRÊN CÁC V T LI U L C – TH.S NGUY N TH THANH TUY N 4 CÁC BÀI BÁO CÁO T P... phoi s t kh khí H2S ( t hi u su t 99%) và dùng nư c h p th khí CO2 ( t hi u su t kho ng 50%) Phương pháp tinh luy n này ơn gi n, r ti n có kh năng ng d ng r ng rãi trong i u ki n nông thôn Vi t Nam - Th c t khi i l p máy cho ngư i dân s d ng, tình tr ng b ăn mòn, hoen r c a h thông c p nhiên li u v còn x y ra và do ó ph i b o trì máy l c tri t các khí SVTH: Lê Hoàng Th o_07C4A Page 18 Báo Cáo Th c T p... lư ng biogas l n do ó yêu c u ư c vi c l c tri t H2S ngư i ta ph i i v i nhau, phương pháp này g i là l c Bình l c ch a phoi s t ư c n i v i nhau SVTH: Lê Hoàng Th o_07C4A Page 12 Báo Cáo Th c T p T t Nghi p N u dùng GVHD: Tr n Thanh H i Tùng thí nghi m thì ngư i ta thư ng làm theo d ng sau: Bình ch a phoi s t thông thư ng 2.2 L c tách khí CO2 2.2.1 Cơ s lý thuy t a Kh b ng dung d ch Na2CO3 Cơ s c... ư c tr n v i v bào cưa v i t l 1:1 v th tích, sau ó ư c cho vào thi t b l c V i lưu lư ng biogas là 0,86 m3/h, kh i lư ng phoi s t s d ng là 8kg l p y m t thi t b b ng PVC có chi u cao 1,5m, ư ng kính ngoài 200mm T n th t áp su t trung bình khi qua thi t b tách H2S là 0,3mbar T c ph n ng h p ph H2S c a s t oxit ph thu c vào m c ti p xúc gi a khí và b m t v t li u h p ph Do ó, SVTH: Lê Hoàng Th o_07C4A... khí CO2 2.2.1 Cơ s lý thuy t a Kh b ng dung d ch Na2CO3 Cơ s c a phương pháp này là khí CO2 k t h p v i Na2CO3 theo phương trình ph n ng sau: Na2CO3 + CO2 + H2O → 2NaHCO3 b Kh b ng dung d ch Ca(OH)2, NaOH SVTH: Lê Hoàng Th o_07C4A Page 13 Báo Cáo Th c T p T t Nghi p GVHD: Tr n Thanh H i Tùng Cơ s c a phương pháp này là khí CO2 k t h p v i Ca(OH)2 (ho c NaOH) theo phương trình ph n ng sau: * Ca(OH)2 +