nghiên cứu xây dựng mô hình nhằm xác định các thông số tối ưu hóa công nghệ khí hóa chất thải rắn hữu cơ quy mô vừa và nhỏ

TĨM TẮT Trong năm gần đây, cơng tác quản lý chất thải rắn Việt Nam gặp phải khơng khó khăn lượng chất thải rắn phát sinh ngày nhiều lượng đa dạng loại Bên cạnh đó, việc tìm kiếm nguồn lượng thay cho nguồn lượng hóa thạch vấn đề quan tâm mức toàn cầu Theo nghiên cứu, chất thải rắn loại vật liệu sử dụng để khí hóa tạo khí tổng hợp Vì thế, đồ án tập trung nghiên cứu, xây dựng mơ hình khí hóa chất thải rắn hữu với nhiều yếu tố ảnh hưởng khác như: lưu lượng cấp khí, độ ẩm vật liệu nhiệt độ khí cấp đầu vào Qua cho thấy ảnh hưởng yếu tố đầu vào đến chất lượng khí hóa thơng qua việc đánh giá thành phần khí tổng hợp thơng số liên quan để tìm thơng số tối ưu cho q trình Chất thải rắn dùng để khí hóa chất thải rắn hữu Lượng chất thải răn khí hóa hệ thống khí hóa ngược chiều tầng có định Updraft Khí tổng hợp sinh thu đo thành phần thông qua dụng cụ đo phân tích khí TESTO 350XL Luận văn đề cập ảnh hưởng thông số vừa nêu tới chất lượng khí đầu Nghiên cứu sử dụng phần mềm Minitab với việc lập quy hoạch thực nghiệm Taguchi L9 với thông số mức gồm thí nghiệm Ảnh hưởng thông số đánh giá dựa tỷ số tín hiệu nhiễu SN, đồ thị Means phân tích phương sai ANOVA Thành phần khí đầu phân tích đánh giá theo tiêu chí lớn tốt Kết thực nghiệm cho thấy việc ứng dụng phương pháp Taguchi cho phép xác định chế độ cơng nghệ hợp lý với số thí nghiệm Sau q trình phân tích kết thực nghiệm dựa vào tỷ lệ SN cho thấy: Độ ẩm vật liệu có ảnh hưởng lớn đến q trình khí hóa Xếp thứ lưu lượng cấp khí cuối yếu tố nhiệt độ khí cấp vào Kết sau qúa trình nghiên cứu dùng để định hướng cho nhà công nghệ quan tâm đến q trình khí hóa chất thải rắn hữu Kết giúp cho nhà cơng nghệ xác định yếu tố có ảnh hưởng lớn đến q trình khí hóa, qua kiểm sốt mức thơng số phù hợp để q trình khí hóa diễn tốt chất lượng khí đầu đạt cao II MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i TÓM TẮT ii DANH MỤC BẢNG BIỂU vi DANH MỤC HÌNH ẢNH vii MỞ ĐẦU 1 Đặt vấn đề Một vài nghiên cứu điển hình Đối tượng nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu, nội dung nghiên cứu, phạm vi giới hạn đề tài CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1.Tổng quan tình hình chất thải rắn 1.1.1 Khái niệm chất thải rắn 1.1.2 Trên nước 1.1.3 Tại Tp Hồ Chí Minh 1.1.4 Thành phần chất thải rắn 1.1.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến thành phần khối lượng chất thải rắn 1.1.6 Nguồn phát sinh tác động chất thải rắn 1.2 Các phương pháp xử lý chất thải rắn 12 1.2.1 Chôn lấp 12 1.2.2 Phương pháp ủ sinh học 13 1.2.3 Phương pháp tái chế chất thải rắn 15 1.2.4 Phương pháp đốt 16 1.2.5 Nhiệt phân 19 1.2.6 Khí hóa 20 1.3 Tình hình ứng dụng cơng nghệ khí hóa 26 1.3.1 Trên giới 26 III 1.3.2 Ở Việt Nam 27 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 28 2.1 Khái niệm q trình khí hóa 28 2.2 Cơ chế q trình khí hóa 28 2.3 Các tác nhân khí hóa 30 2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến q trình khí hóa 30 2.5 Thành phần phần trăm khí nguyên liệu 32 2.6 Phương pháp quy hoạch thực nhiệm Taguchi 33 CHƯƠNG : PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 35 3.1 Mô tả hệ thống thiết bị 35 3.2 Vật liệu nghiên cứu 37 3.3 Phương pháp thực nghiệm 39 3.3.1 Dụng cụ đo 39 3.3.2 Lấy mẫu 42 3.3.3 Quy trình thực nghiệm 42 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 44 4.1 Các kết thí nghiệm khảo sát sơ 44 4.1.1 Khảo sát để chọn thành phần vật liệu 44 4.1.2 Khảo sát độ ẩm vật liệu 45 4.1.3 Khảo sát ảnh hưởng lưu lượng với tác nhân khơng khí 47 4.2 Tối ưu hóa thơng số cơng nghệ 48 4.2.1 Đánh giá kết theo tỷ số SN 48 4.2.2 Đánh giá kết theo đồ thị Means 50 4.2.3 Phương pháp phân tích phương sai ANOVA 51 4.2.4 Phân tích hồi quy 52 4.3 Một vài đồ thị thay đổi thành phần khí sinh nhiệt độ theo điều kiện thí nghiệm 55 IV 4.3.1 Sự thay đổi thành phần khí đầu theo thời gian 55 4.3.2 Sự thay đổi nhiệt độ theo thời gian 57 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 59 5.1 Kết luận 59 5.2 Kiến nghị 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO 61 PHỤ LỤC 64 V DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1 Lượng chất thải rắn phát sinh từ năm 2009-2015 dự kiến đến năm 2025 Bảng Thành phần chất thải rắn phát sinh năm 2010 Bảng Thành phần hóa học nguyên liệu 32 Bảng 2 Thành phần % khí sinh ngun liệu sau khí hóa 33 Bảng Bảng mô tả số lần thí nghiệm 42 Bảng Quy trình thí nghiệm 43 Bảng Bảng thành phần chọn theo 1000gr vật liệu 44 Bảng Bảng thành phần chọn theo 1200gr vật liệu 45 Bảng Bảng khảo sát khối lượng vật liệu sau trình sấy 45 Bảng 4 Bảng khảo sát ảnh hưởng theo lưu lượng 47 Bảng Bảng đánh giá xếp hạng thông số công nghệ theo tỷ lệ SN 49 Bảng Bảng đánh giá xếp hạng thông số công nghệ theo đồ thị Means 50 Bảng Bảng phân tích ANOVA khí CO H2 52 Bảng Thành phần tar hình thành theo nhiệt độ 68 VI DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1 Bãi chôn lắp chấp thải rắn hợp vệ sinh 13 Hình Chất thải rắn hữu ủ theo luống 14 Hình Sơ đồ công nghệ đốt chất thải rắn để phát điện 17 Hình Thiết bị khí hóa dạng lơi 21 Hình Thiết bị khí hóa dạng tầng sôi 22 Hình Thiết bị khí hóa tầng cố định 22 Hình Thiết bị khí hóa dạng Downdraft 23 Hình Thiết bị khí hóa dạng Updraft 24 Hình Thiết bị khí hóa kiểu Crossdraft 25 Hình Cơ chế q trình khí hóa 28 Hình Thiết bị khí hóa tầng cố định ngược chiều Updraft 35 Hình Máy nén dùng để cấp khí đầu vào 36 Hình 3 Sơ đồ nguyên lý thiết bị khí hóa dạng Updraft 37 Hình Vật liệu giấy 38 Hình Vật liệu Carton 38 Hình Vật liệu vải 39 Hình Vật liệu nilong 39 Hình Vật liệu gỗ 39 Hình Vật liệu cao su 39 Hình 10 Can nhiệt loại K 40 Hình 11 Tủ điện hiển thị nhiệt độ 40 Hình 12 Thiết bị TESTO 350XL 40 Hình 13 Lưu lượng kế 41 Hình 14 Thiết bị dùng để giai nhiệt khí cấp đầu vào 41 Hình Đồ thị biểu diễn thay đổi nồng độ CO H2 theo lưu lượng 48 Hình Đồ thị miêu tả ảnh hưởng mức thông số theo tỷ lệ SN 49 VII Hình Đồ thị miêu tả ảnh hưởng thông số theo kiểu Means 50 Hình 4 Đồ thị so sánh mơ hình hồi quy tuyến tính với kết thực nghiệm cho CO 53 Hình Đồ thị so sánh mơ hình hồi quy tuyến tính với kết thực nghiệm cho H2 54 Hình Đồ thị biểu diễn thay đổi CO H2 theo thời gian lưu lượng 3.5m3/h, độ ẩm 15% nhiệt độ 4270C 55 Hình Đồ thị biểu diễn thay đổi CO H2 theo thời gian lưu lượng 4.5m3/h, độ ẩm 10% nhiệt độ 4270C 56 Hình Sự thay đổi nhiệt độ theo thời gian lưu lượng 2.5m3/h, độ ẩm 20% nhiệt độ 4270C 57 Hình Sự thay đổi nhiệt độ theo thời gian lưu lượng 3.5m3/h, độ ẩm 10% nhiệt độ 2270C 58 Hình Kết ghi nhận điều kiện lưu lượng 2.5m3/h, nhiệt độ 270C độ ẩm 10% 64 Hình Kết ghi nhận điều kiện lưu lượng 3.5m3/h, nhiệt độ 4270C độ ẩm 15% 64 Hình Kết ghi nhận điều kiện lưu lượng 3.5m3/h, nhiệt độ 2270C độ ẩm 10% 65 Hình Kết ghi nhận điều kiện lưu lượng 4.5m3/h, nhiệt độ 4270C độ ẩm 20% 65 Hình 5 Quá trình hình thành Tar theo nhiệt độ 66 Hình Hiệu suất tạo Tar theo nhiệt độ 67 Hình Sự hình thành phân hủy Tar theo nhiệt độ 69 VIII Nghiên cứu xây dựng mơ hình nhằm xác định thơng số tối ưu hóa cơng nghệ khí hóa chất thải rắn hữu quy mơ vừa nhỏ MỞ ĐẦU Đặt vấn đề Cùng với phát triển kinh tế, gia tăng dân số lãng phí tài ngun thói quen sinh hoạt người, lượng rác thải ngày tăng, thành phần ngày phức tạp tiềm ẩn ngày nhiều nguy độc hại với môi trường sức khỏe người Ở Việt Nam, tốc độ phát sinh rác thải tùy thuộc vào loại đô thị dao động từ 0.35 ÷ 0.8 kg/người.ngày Rác thải sản phẩm tất yếu sống thải từ hoạt động sản xuất, kinh doanh, dịch vụ, sinh hoạt hoạt động khác khám chữa bệnh, vui chơi giải trí người Thực tế việc quản lý xử lý rác thải có nhiều tiến bộ, cố gắng chưa ngang tầm với nhu cầu đòi hỏi Hiện nay, khu vực đô thị thu gom đưa đến bãi chôn lấp tập trung đạt khoảng 60 ÷ 65%, cịn lại rác thải xuống ao hồ, sơng ngịi, bên đường Cịn khu vực nông thôn, rác thải không thu gom, điểm vứt rác tràn ngập khắp nơi Ở khu vực khám chữa bệnh, có nhiều bệnh viện đạt tiến đáng kể việc cải thiện điều kiện môi trường theo hướng xanh, sạch, đẹp với thiết bị phục vụ tốt cho việc khám chữa bệnh nhân dân, song bất cập việc thu gom tiêu huỷ rác thải, chất thải có thành phần nguy hại Đây nguy tiềm ẩn mơi trường người [1] Bên cạnh đó, phát triển kinh tế xã hội kèm với nhu cầu tiêu thụ lượng ngày gia tăng Hiện nay, khoảng 80% lượng cung cấp nhiên liệu hóa thạch Tuy nhiên, lượng nhiên liệu hóa thạch cần khoảng thời gian dài để hình thành tái tạo, việc lượng hóa thạch ngày cạn kiệt dần vấn đề quan tâm mức toàn cầu Tại Việt Nam, với phát triển kinh tế tiêu chuẩn sống người tăng lên, lượng tiêu thụ ngày gia tăng Yêu cầu lượng ước tính năm tăng khoảng 3.9% tương đương với 38 triệu dầu năm 2008 109 triệu dầu năn 2030 Bên cạnh đó, với phát triển kinh tế xã hội lượng chất thải rắn phát sinh ngày gia tăng Tuy nhiên, việc quản lý chất thải rắn cịn nhiều khó khăn khâu thu gom xử lý Hiện GVHD: TS Đinh Sỹ Khang SVTH: Phạm Trung Thế Nghiên cứu xây dựng mơ hình nhằm xác định thơng số tối ưu hóa cơng nghệ khí hóa chất thải rắn hữu quy mơ vừa nhỏ đa phần chất thải rắn chôn lắp bãi rác tập trung Tuy nhiên, giải pháp tạm thời, khơng mang tính bền vững Cơng nghệ khí hóa chất thải rắn công nghệ đầy tiềm để tận dùng nguồn chất thải rắn tạo nguồn lượng phục vụ cho nhu cầu sống thay đem chơn lắp hay vứt bỏ tràn lan Một vài nghiên cứu điển hình  Trên giới:  Khí hóa để biến 200,000 chất thải rắn đô thị thành nhiên liệu máy bay Nevada: Dự án dự kiến bắt đầu vào quý III năm 2017 Q trình bắt đầu với việc khí hóa vật liệu hữu để sinh loại khí tổng hợp chủ yếu gồm Carbon monoxide, Hydrogen Carbon dioxide Loại khí tổng hợp tinh chế xử lý thơng qua q trình Fischer-Tropsch để tạo sản phẩm syncrude, sau nâng cấp thành nhiên liệu máy bay diesel Khí sinh xử lý thông qua hệ thống amin để thu giữ loại bỏ lưu huỳnh Carbon dioxide [2]  Khí hóa chất thải rắn thị để sản xuất điện Brazil, đánh giá công nghệ sẵn có lợi ích mơi trường chúng.Nghiên cứu cho thấy Brazil có tiềm hấp dẫn lượng từ rác thải đô thị, thu gom gần 80%, tức 243,707 tấn/ngày, xem xét hiệu trình tài liệu nhà sản xuất, lượng tiềm từ q trình khí hố MSW khoảng 180 MWt/ngày [3]  Ở Việt Nam:  Công nghệ điện rác - WTE lần Việt Nam thực nghiệm Nhà máy Cơ khí Chế tạo thiết bị môi trường công ty TNHH Thủy lực - Máy (HMC) Khu công nghiệp Đồng Văn I, huyện Duy Tiên, tỉnh Hà Nam Theo công nghệ điện rác WTE, rác thải rắn xử lý phương pháp khí hóa thiếu oxy tạo khí gas tổng hợp (syngas) để phát điện Theo báo cáo công ty HMC, đợt chạy khảo nghiệm từ ngày 21/9 đến 25/10/2016, nhà máy tiếp nhận xử lý 208 rác thải rắn không phân loại công ty Môi trường đô thị Hà Nam cung cấp Phần khí gas tổng hợp thu được dùng để chạy ba tổ máy phát điện công suất 550 KVA, 680 KVA, thắp sáng cho toàn hệ thống chiếu sáng hàng rào nhà máy liên tục 12 tiếng/ngày (trong 10 ngày) Từ ngày 17/10/2016, nhà máy thức đấu điện chiếu sáng cho khu công nghiệp Đồng Văn I từ 17h30 đến 6h sáng ngày hôm sau, ngày liên tục [4] GVHD: TS Đinh Sỹ Khang SVTH: Phạm Trung Thế Nghiên cứu xây dựng mơ hình nhằm xác định thơng số tối ưu hóa cơng nghệ khí hóa chất thải rắn hữu quy mô vừa nhỏ  Dự án nhà máy nhiệt điện đốt trấu công suất MW (giai đoạn 1) 3,7 MW (giai đoạn 2) khu cơng nghiệp Trà Nóc - TP Cần Thơ Cơng ty Cổ phần Nhiệt điện Đình Hải đầu tư Tỉnh An Giang có dự án nhiệt điện đốt trấu gồm nhà máy khu công nghiệp Hịa An - huyện Chợ Mới với cơng suất 10 MW, tổng vốn đầu tư 10 triệu USD nhà máy thứ hai có cơng suất 10 MW, đặt xã Vọng Đông - huyện Thoại Sơn, vốn đầu tư khoảng 15 triệu USD, hai nhà máy tiêu thụ khoảng 240,000 trấu [5]  Dự án khí hóa rác thải sản xuất điện sử dụng cơng nghệ hồ quang (hay cịn gọi khí hóa plasma), khí hóa rác thải để sản xuất điện sản phẩm khác, tiến tới loại bỏ hồn tồn bãi chơn rác Ứng dụng cơng nghệ plasma thực trình sử dụng điện để tạo cung hồ quang 7000 – 90000C nhằm biến hoạt chất thải thành khí phân tử, nguyên tố (khí tổng hợp), nước chất xỉ thiết bị đặc biệt, gọi thiết bị chuyển đổi plasma [6] Đối tượng nghiên cứu Đồ án tốt nghiệp tập trung nghiên cứu, xây dựng mơ hình khí hóa chất thải rắn hữu thu gom hộ gia đình Mục tiêu nghiên cứu, nội dung nghiên cứu, phạm vi giới hạn đề tài Mục đích đồ án tốt nghiệp tập trung nghiên cứu, xây dựng mơ hình khí hóa chất thải rắn Xác định thành phần khí tổng hợp đầu để tối ưu hóa biến đầu vào Nội dung nghiên cứu đồ án chia thành phần sau:     Nghiên cứu thành phần chất thải rắn đầu vào Nghiên cứu ảnh hưởng yếu tố đầu vào đến chất lượng khí hóa Thực khí hóa chất thải rắn thu gom hộ gia đình Các kết đạt Cấu trúc đố án tốt nghiệp bao gồm: o o o o o Chương 1: Tổng quan Chương 2: Cơ sở lý thuyết Chương 3: Phương pháp thực nghiệm Chương 4: Kết thực nghiệm Chương 5: Kết luận kiến nghị GVHD: TS Đinh Sỹ Khang SVTH: Phạm Trung Thế Nghiên cứu xây dựng mơ hình nhằm xác định thơng số tối ưu hóa cơng nghệ khí hóa chất thải rắn hữu quy mô vừa nhỏ 4.3 Một vài đồ thị thay đổi thành phần khí sinh nhiệt độ theo điều kiện thí nghiệm 4.3.1 Sự thay đổi thành phần khí đầu theo thời gian Hình Đồ thị biểu diễn thay đổi CO H2 theo thời gian lưu lượng 3.5m3/h, độ ẩm 15% nhiệt độ 4270C Dựa vào đồ thị Hình 4.6 ta thấy rõ, giai đoạn khoảng 500 giây nồng độ CO H2 tăng liên tục Tuy nhiên, trình khí hóa q trình tương đối phức tạp nên có giai đoạn CO H2 bị thấp trở lại Do lúc giờ, vật liệu đáy ban đầu cháy hết vật liệu nằm bên sụp xuống vơ tình tạo nên khoảng khơng vật liệu nên q trình khí hóa lúc bị ảnh hưởng Nhưng sau cháy ổn định lại, trình khí hóa diễn tốt trở lại nồng độ CO, H2 lại tăng lên Cuối trình, nồng độ CO H2 giảm dẫn trình khí hóa khơng cịn diễn Q trình khí hóa đạt hiệu cao khoảng 2,000 giây đầu, có giai đoạn CO vượt 12% H2 vượt 10% Vì vậy, để kiểm sốt q trình khí hóa ta cần kiểm sốt khoảng 2,000 giây Về sau q trình khơng cịn đạt hiệu cao 55 GVHD: TS Đinh Sỹ Khang SVTH: Phạm Trung Thế Nghiên cứu xây dựng mô hình nhằm xác định thơng số tối ưu hóa cơng nghệ khí hóa chất thải rắn hữu quy mơ vừa nhỏ Hình Đồ thị biểu diễn thay đổi CO H2 theo thời gian lưu lượng 4.5m3/h, độ ẩm 10% nhiệt độ 4270C Dựa vào đồ thị Hình 4.7 ta thấy rõ: Khi tiến hành khí hóa chất thải rắn điều kiện lưu lượng, độ ẩm nhiệt độ giai đoạn đầu, nồng độ CO H2 khí đầu tăng lên nhanh Nhưng sau đó, nồng độ CO H2 giảm lại không đáng kể tiếp tục giây thứ 1,500 nồng độ CO H2 bắt đầu tăng lại Về sau, nồng độ khí bắt đầu giảm dần trình khí hóa kết thúc Suốt q trình, đa phần nồng độ CO H2 dao động khoảng từ 4% đến 7% Vì vậy, để kiểm sốt q trình khí hóa, ta cần kiểm sốt 2,000 giây đầu tiên, khoảng chất lượng khí đầu tương đối cao Về sau, q trình khí hóa khơng diễn tốt chất lượng khí đầu khơng cao 56 GVHD: TS Đinh Sỹ Khang SVTH: Phạm Trung Thế Nghiên cứu xây dựng mơ hình nhằm xác định thơng số tối ưu hóa cơng nghệ khí hóa chất thải rắn hữu quy mơ vừa nhỏ 4.3.2 Sự thay đổi nhiệt độ theo thời gian Hình Sự thay đổi nhiệt độ theo thời gian lưu lượng 2.5m3/h, độ ẩm 20% nhiệt độ 4270C Dựa vào đồ thị thể thay đổi nhiệt độ theo thời gian Hình 4.8 ta dể dàng nhận thấy nhiệt độ T3 T4 tăng nhanh giai đoạn đầu Tuy nhiên, vùng nhiệt độ T4 bố trí nằm đáy thiết bị nên sau nhiệt độ giảm dần hết trình, vùng sau lại lượng tro nên nhiệt độ lúc khơng cịn cao mà bị tác động nhiệt từ vùng T3 mang lại Còn vùng T3 vùng nằm vùng khí hóa nên giai đoạn đầu có dao động nhiệt độ, phần ảnh hưởng từ vùng T4 trình đốt cháy vật liệu Tuy nhiên, sau vùng T4 giảm nhiệt độ vùng T3 bắt đầu tăng lại trình cháy lên đến vùng T3 Nhiệt độ vùng T3 tăng liên tục từ giây thứ 3,000 đến giây thứ 5,000 Về sau, nhiệt độ vùng T3 giảm dần lúc q trình khí hóa kết thúc Cịn vùng nhiệt độ T1 T2 hai vùng sấy nhiệt phân bố nằm phía nên tồn q trình nhiệt độ vùng tương đối thấp 57 GVHD: TS Đinh Sỹ Khang SVTH: Phạm Trung Thế Nghiên cứu xây dựng mơ hình nhằm xác định thơng số tối ưu hóa cơng nghệ khí hóa chất thải rắn hữu quy mơ vừa nhỏ Hình Sự thay đổi nhiệt độ theo thời gian lưu lượng 3.5m3/h, độ ẩm 10% nhiệt độ 2270C Dựa vào đồ thị thể thay đổi nhiệt độ theo thời gian (Hình 4.9) ta thấy rõ giai đoạn đầu nhiệt độ T2, T3 T4 tăng nhanh Nhưng sau nhiệt độ khu vực T4 bắt đầu gảm lại khu vực tro bị ảnh hưởng nhiệt phần từ khu vực T3 Lúc nhiệt độ T4 giảm lúc nhiệt độ T3 tăng lên cao, nguyên nhân trình cháy diễn đến khu vực Sau khoảng thời gian tăng cao, nhiệt độ T3 bắt đầu giảm lại hết q trình khí hóa Trong suốt q trình, nhiệt độ T1 thấp, T1 bố trí vùng cao (tức vùng sấy) nên nhiệt độ không cao mà bị tác động nhiệt từ vùng phía 58 GVHD: TS Đinh Sỹ Khang SVTH: Phạm Trung Thế Nghiên cứu xây dựng mơ hình nhằm xác định thơng số tối ưu hóa cơng nghệ khí hóa chất thải rắn hữu quy mô vừa nhỏ CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 Kết luận Trong nghiên cứu này, phương pháp Taguchi sử dụng để đánh giá xác định thơng số: Lưu lượng cấp khí, độ ẩm vật liệu, nhiệt độ khí cấp vào tối ưu cho q trình khí hóa để chất lượng khí tổng hợp sinh tốt Các kết thực nghiệm đánh giá thông qua tỷ lệ SN, đồ thị Means phân tích phương sai ANOVA Sử dụng phương pháp thực nghiệm Taguchi với số lượng thí nghiệm giúp đánh giá ảnh hưởng thông số công nghệ đến chất lượng khí đầu ra: o Độ ẩm có ảnh hưởng lớn đến q trình khí hóa Trong quy hoạch này, độ ẩm xếp thứ chất lượng khí đầu cao độ ẩm 15% o Lưu lượng cấp khí xếp thứ mức độ ảnh hưởng đến chất lượng q trình khí hóa o Nhiệt độ khí cấp xếp thứ ba thông số đầu vào này, nhiệt độ từ 270C đến 2270C ta thấy nhiệt độ có ảnh hưởng lớn đến q trình khí hóa nhiệt độ tăng 2270C chất lượng khí hóa tăng yếu tố nhiệt độ khơng cịn ảnh hưởng lớn đến q trình khí hóa 5.2 Kiến nghị Khí hóa chất thải rắn hữu định hướng mang tính chất bền vững, biến rác thải thành lượng Tuy nhiên, sách quản lý chất thải rắn cịn chưa chặt chẽ nên khó để tiến hành khí hóa với chất thải rắn thu gom ngay, mà phải qua trình phân loại sàng lọc Đặc biệt, thành phần polymer thành phần tạo nhiều tar trình khí hóa Vì vậy, q trình phân loại, thành phần polymer nên dùng cho trình tái chế hợp lý q trình khí hóa Q trình khí hóa q trình phức tạp, bị ảnh hưởng nhiều yếu tố Do đó, muốn trình diễn cách tối ưu ta cần phải dành nhiều thời gian vào việc khảo sát, phân tích thành phần hóa học, vật lý loại vật liệu mà muốn khí hóa Bên cạnh đó, trước tiến hành thí nghiệm cần chạy khảo sát với nhiều thơng số đầu vào (lưu lượng cấp khí, độ ẩm vật liệu, thành phần ẩm/hơi,…) để chọn điều 59 GVHD: TS Đinh Sỹ Khang SVTH: Phạm Trung Thế Nghiên cứu xây dựng mơ hình nhằm xác định thơng số tối ưu hóa cơng nghệ khí hóa chất thải rắn hữu quy mô vừa nhỏ kiện tốt cho trình Tuy nhiên, việc làm tốn nhiều thời gian, cần phải có hệ thống khí hóa hồn thiện để tiến hành khảo sát Do vấn đề mặt thời gian, trang thiết bị hạn chế nên đồ án tập trung khảo sát, phân tích q trình khí hóa chất thải rắn hữu Tuy hiệu suất khơng cao, phần dựa vào ta đánh giá số tiêu chí để qua lựa chọn thơng số cơng nghệ phù hợp mang tính chất định hướng cho đề tài nghiên cứu sâu khí hóa chất thải rắn 60 GVHD: TS Đinh Sỹ Khang SVTH: Phạm Trung Thế Nghiên cứu xây dựng mô hình nhằm xác định thơng số tối ưu hóa cơng nghệ khí hóa chất thải rắn hữu quy mô vừa nhỏ TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] "http://sacotec.vn/thuc-trang-rac-thai-o-viet-nam/", 2014 [Online] [2] "https://waste-management-world.com/a/gasification-to-turn-200-000-tpamunicipal-solid-waste-into-jet-fuel-in-nevada", 2015 [Online] [3] J C C Eng, "Gasification of Municipal Solid Waste for Power for Power Generation in Brazil, a Review of Available Technologies and Their Environmental Benefits", 10 2016 [4] Đ Văn, "http://dantri.com.vn/moi-truong/cong-nghe-bien-rac-thai-thanh-dien-nang20170330164333776.htm", 2017 [Online] [5] S Tha, "http://sta.soctrang.gov.vn/index.php/tin-t-c/619-phat-dien-rac-thai-sinhhoat", [Online] [6] M Thư, "https://doanbulgaria1976.wordpress.com/2012/03/14/tao-khi-dot-tu-racthai/", 2012 [Online] [7] Sở Tài nguyên Môi trường Tp.HCM, "Báo cáo sở liệu quản lý chất thải rắn", 2015 [8] Sở Tài nguyên Môi Trường Tp.HCM, " Báo cáo sở liệu quản lý chất thải rắn", 2010 [9] Võ Đình Long, Nguyễn Văn Sơn, ''Quản lý chất thải rắn chất thải nguy hại'', 2008, p [10] Bộ Tài Nguyên Môi Trường, "Báo cáo Môi trường quốc gia 2011, Chất thải rắn", 2011 61 GVHD: TS Đinh Sỹ Khang SVTH: Phạm Trung Thế Nghiên cứu xây dựng mơ hình nhằm xác định thơng số tối ưu hóa cơng nghệ khí hóa chất thải rắn hữu quy mơ vừa nhỏ [11] Viện Y học Lao động Vệ sinh môi trường, " Báo cáo đánh giá ảnh hưởng bãi rác tập trung đến sức khỏe khu dân cư xung quanh, xây dựng hướng dẫn tiêu chuẩn vệ sinh bãi rác", 2009 [12] Các phương pháp xử lý chất thải rắn, "https://moitruongviet.edu.vn/cac-phuongphap-xu-ly-chat-thai-ran/", 2016 [Online] [13] Lê Văn Lữ, "Quá trình nhiệt xử lý mơi trường", in Chương [14] A Klein, "Gasification: An Alternative Process for Energy Recovery and Disposal of Municipal Solid Wastes", 2002 [15] SERIISP-271-3022 , "Handbook of Biomass Downdraft Gasifier Engine Systems", 1988 [16] L.Tang, H.Huang, H.Hao and K.Zhao, "Development of plasma pyrolysis/gasification systems for energy efficient and environmentally sound waste disposal", 2013 [17] K Salo, A Horvath, "Biomass gasification in Skive: opening doors in Denmark", Renewable Energy World, 11 2008 [18] C Energy, "WoodRoll®Cortus Energy, Stockholm (Schweden)", 2013 [19] H Hofbauer, R Rauch, K Bosch, R Koch, and C Aichernig, "Biomass CHP plant Güssing-A success story", 2003 [20] Đ V Kha, "Tình hình nghiên cứu sản xuất nhiên liệu sinh học giới Việt Nam" [21] A Rajvanshi, "Biomass gasification Alternative energy in agriculture, Volumee USA", 1986 62 GVHD: TS Đinh Sỹ Khang SVTH: Phạm Trung Thế Nghiên cứu xây dựng mơ hình nhằm xác định thơng số tối ưu hóa cơng nghệ khí hóa chất thải rắn hữu quy mô vừa nhỏ [22] Ing Najdat Salami, "Gasification of Pine Wood Chips with Air-Steam in Fluidized Bed", 2014 [23] Đ.T.Hà, "Cơng nghệ khí hóa sinh khối để phát điện" [24] Hoàng Vĩnh Giang, Nguyễn Văn Tư, "Quy hoạch Taguchi: Khảo sát/phân tích ảnh hưởng số thơng số cơng nghệ đến đặc tính lớp thấm N plasma thép SKD61 thiết bị NITRION", 2017 [25] T A Milne, N Abatzoglou, and R J Evans, "Biomass gasifier" tars": Their nature, formation, and conversion", 1998 [26] E Salaices, "Catalytic steam gasification of biomass surrogates: a thermodynamic and kinetic approach", 2010 63 GVHD: TS Đinh Sỹ Khang SVTH: Phạm Trung Thế Nghiên cứu xây dựng mơ hình nhằm xác định thơng số tối ưu hóa cơng nghệ khí hóa chất thải rắn hữu quy mơ vừa nhỏ PHỤ LỤC Một vài hình ảnh từ thiết bị TESTO 350XL: Hình Kết ghi nhận điều kiện lưu lượng 2.5m3/h, nhiệt độ 270C độ ẩm 10% Hình Kết ghi nhận điều kiện lưu lượng 3.5m3/h, nhiệt độ 4270C độ ẩm 15% 64 GVHD: TS Đinh Sỹ Khang SVTH: Phạm Trung Thế Nghiên cứu xây dựng mơ hình nhằm xác định thơng số tối ưu hóa cơng nghệ khí hóa chất thải rắn hữu quy mơ vừa nhỏ Hình Kết ghi nhận điều kiện lưu lượng 3.5m3/h, nhiệt độ 2270C độ ẩm 10% Hình Kết ghi nhận điều kiện lưu lượng 4.5m3/h, nhiệt độ 4270C độ ẩm 20% 65 GVHD: TS Đinh Sỹ Khang SVTH: Phạm Trung Thế Nghiên cứu xây dựng mô hình nhằm xác định thơng số tối ưu hóa cơng nghệ khí hóa chất thải rắn hữu quy mơ vừa nhỏ Q trình hình thành phân hủy Tar: Tar sản phẩm không mong muốn q trình khí hóa mà thành phần chủ yếu hydrocacbon thơm ngưng tụ Những sản phẩm thường ngưng tụ đường ống dẫn hệ thống khí hóa [25] Tar hỗn hợp hydrocacbon Nó chưa hợp chất oxygenate, phenol, guaiacol, veratrol, syringol, acid, ester Thành phần cấu tử phụ thuộc nhiệt độ, loại thiết bị, nguyên liệu Quá trình hình thành tar thường xảy vùng nhiệt phân thiết bị khí hóa khoảng nhiệt độ thấp Trong điều kiện cellulose, hemicellulose, lignin tham gia phản ứng hình thành hợp phần hóa học tiền thân tar Tar gây vấn đề ảnh hưởng đến q trình khí hóa làm tắc nghẽn dịng nhiên liệu dịng khí sinh ra, làm tắc nghẽn hện thống thiết bị trao đổi nhiệt… Năm 1988, Elliott công bố kết nghiên cứu q trình tạo tar nhiệt phân, khí hóa biomass Hình 5.5 cho thấy q trình hình thành tar từ hợp chất thô phân tử lớn Hình 5 Quá trình hình thành Tar theo nhiệt độ 66 GVHD: TS Đinh Sỹ Khang SVTH: Phạm Trung Thế Nghiên cứu xây dựng mơ hình nhằm xác định thơng số tối ưu hóa cơng nghệ khí hóa chất thải rắn hữu quy mơ vừa nhỏ Tiếp sau đó, Baker xây dựng giản đồ quan hệ suất tạo tar nhiệt độ phản ứng Hình 5.6 Tại nhiệt độ 10000C, tar bị phân hủy thành phân tử khí nhỏ Hình Hiệu suất tạo Tar theo nhiệt độ Họ trích dẫn mức độ "Tar" cho kiểu khí hóa khác Đối với thiết bị khí hóa kiểu Updraft có 12% tar từ gỗ Dowdraft 1% Thiết bị khí hóa kiểu tầng sơi có mức tar 15% 6000C 4% 7500C Các phịng thí nghiệm Columbus, họ thí nghiệm với thiết bị khí hóa dạng lơi nhiệt độ 10000C, có mức tar 1% [26] 67 GVHD: TS Đinh Sỹ Khang SVTH: Phạm Trung Thế Nghiên cứu xây dựng mơ hình nhằm xác định thơng số tối ưu hóa cơng nghệ khí hóa chất thải rắn hữu quy mơ vừa nhỏ Bảng Thành phần tar hình thành theo nhiệt độ Conventional Flash High-Temperature Conventional Steam High-Temperature Pyrolysis Flash Pyrolysis Gasification Steam Gasification (4500C ÷ 5000C) (600 ÷ 6500C) (700 ÷ 8000C) (900÷ 10000C) Acids Benzenes Napthalenes Naphthalene Aldehydes Phenols Acenaphthylennes Acenaphthylene Ketones Catechols Fluorenes Phenanthrene Furans Napthalenes Phenanthrenes Fluoranthene Alcohols Biphenyls Benzaldehydes Pyrene Complex Phenanthrenes Phenols Acephenanthrylene Oxygenates Benzofurans Naphthofurans Benzanthracenes Phenols Benzealdehydes Benzanthracenes Benzopyrenes Guaiacols 226 MW PAHs Syringols 276MW PAHs Complex Phenols Nguồn: Trang 87 Catalytic Steam Gasification of Biomass Surrogates: A Thermodynamic and Kinetic Approach, The University Of Western Ontario 2010 68 GVHD: TS Đinh Sỹ Khang SVTH: Phạm Trung Thế Nghiên cứu xây dựng mơ hình nhằm xác định thơng số tối ưu hóa cơng nghệ khí hóa chất thải rắn hữu quy mơ vừa nhỏ Hình Sự hình thành phân hủy Tar theo nhiệt độ Hình 5.7 cho thấy sản phẩm bị phá hủy trước xuất sản phẩm bậc ba Các chất thơm bậc ba hình thành từ cellulose lignin, chất thơm có trọng lượng phân tử cao hình thành nhanh từ sản phẩm có nguồn gốc lignin 69 GVHD: TS Đinh Sỹ Khang SVTH: Phạm Trung Thế ... Thế Nghiên cứu xây dựng mơ hình nhằm xác định thơng số tối ưu hóa cơng nghệ khí hóa chất thải rắn hữu quy mơ vừa nhỏ 1.2 Các phương pháp xử lý chất thải rắn Mục đích việc xử lý chất thải rắn nhằm: ... Trung Thế Nghiên cứu xây dựng mơ hình nhằm xác định thơng số tối ưu hóa cơng nghệ khí hóa chất thải rắn hữu quy mơ vừa nhỏ Qua để tìm điều khiện tối ưu cho q trình khí hóa chất thải rắn Quy trình... thơng số tối ưu hóa cơng nghệ khí hóa chất thải rắn hữu quy mô vừa nhỏ CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1.Tổng quan tình hình chất thải rắn 1.1.1 Khái niệm chất thải rắn Chất thải rắn hiểu tất chất thải