Nghiên cứu thiết kế, chế tạo tổ hợp thiết bị nhiệt phân nhiệt độ thấp tái chế phế thải giầy da thành nhiên liệu

Theo thống kê, các thành phần chính của phế thải rắn từ quá trình gia công sản xuất da giầy ở Việt Nam, phế thải da thuộc khó phân hủy chiếm tỷ lệ lớn gần 80%.

K t qu nghiên c u KHCN NGHI£N CøU THIÕT Kế, CHế TạO Tổ HợP THIếT Bị NHIệT PHÂN NHIệT Độ THấP TáI CHế PHế THảI GIầY DA THàNH NHIÊN LIƯU T Tóm tắt TS D

ng Văn Long, KS Đinh Qu c C
ng Vi n Nghiên c u C
khí, B Cơng Th

ng heo thống kê, thành phần phế thải rắn từ q trình gia cơng sản xuất da giầy Việt Nam, phế thải da thuộc khó phân hủy chiếm tỷ lệ lớn gần 80% Nếu khơng có giải pháp tái xử lý, lượng phế thải nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng với khu vực xung quanh Bằng nghiên cứu thực nghiệm, Viện Nghiên cứu Cơ khí (NARIME) thiết kế, chế tạo tổ hợp thiết bị nhiệt phân, ứng dụng xử lý chất thải có nguồn gốc hữu cơ, tiêu biểu phế thải da thuộc thành sản phẩm dạng nhiên liệu Ngoài ra, tổ hợp thiết bị thân thiện môi trường, trình hoạt động khơng tạo nhiễm thứ cấp Kết chạy khảo nghiệm tổ hợp thiết bị chế tạo xử lý phế thải da thuộc từ nhà máy gia công sản xuất giầy da cho sản phẩm dầu, khí than nhiệt phân có giá trị nhiệt trị tương đương nhiên liệu truyền thống Kết đề tài tiền đề quan trọng cho việc xây dựng giải pháp tái sử dụng chất thải nguồn gốc hữu khó phân hủy phế thải da thuộc I ĐẶT VẤN ĐỀ Trong năm gần đây, ngành Da-Giày Việt Nam tăng trưởng mạnh mẽ, mặt góp phần tích cực cho phát triển đất nước, mặt khác làm phát sinh lượng chất thải rắn khó phân hủy ngày lớn Ngành Da-Giày Việt Nam tập trung chủ yếu vào gia công xuất Các nhà máy sau nhận nguyên phụ liệu từ đối tác nước (hoặc trực tiếp mua toàn hay phần nhỏ nguyên liệu) tiến hành tổ chức gia công sản xuất sử dụng nhiều chất độc hại, chất chứa kim loại nặng nên phát thải chất thải rắn, chất thải rắn khó phân hủy (cao su, vụn xốp, da thuộc…) Chất thải rắn trình sản xuất giầy dép, túi ví da chủ yếu chất thải rắn sinh hoạt chất thải rắn phát sinh trình sản xuất loại bavia, đế giầy, dép vật liệu da thuộc, cao su… Vì vậy, việc tạo thiết bị xử lý, tái chế hiệu phế thải nguồn gốc hữu da thuộc nhà khoa học, nhà quản lý doanh nghiệp quan tâm Hiện nay, phương án xử lý chủ yếu áp dụng thành phần hữu khó phân hủy phương án chôn lấp đốt thiêu hủy Tuy nhiên, với phế thải da thuộc, thời gian phân hủy kéo dài đến hàng chục năm lượng nước rỉ rác lớn phát sinh làm bãi chôn lấp tải Với phương án đốt thiêu hủy, có khu xử lý thị lớn đầu tư lị đốt không đủ công suất xử lý hiệu xử lý khói lị khơng cao, làm phát sinh ô nhiễm không khí với khí độc SO2, CO2, dioxin, Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 1,2&3-2014 89 K t qu nghiên c u KHCN furan Đặc biệt, phương pháp đốt thiêu hủy phế thải da thuộc gây vấn đề nhiễm khơng khí nghiêm trọng phát thải Crơm hóa trị sáu (Cr6+), hợp chất hữu halogen, hydrocarbon thơm… vào môi trường Các kết nghiên cứu giới cho thấy, trình đốt thiêu hủy phế thải da thuộc 800°C, có 40% Cr3+ chuyển đổi thành Cr6+ Các loại sản phẩm độc hại hình thành từ Cr3+ trình đốt Cr2(SO4)3, CrOCl2 Cr2O3 Đây chất mà sau bị chuyển đổi thành Cr6+, phát tán môi trường, dễ dàng xâm nhập vào tế bào sống, gây ảnh hưởng độc hại cho tế bào nguyên nhân gây nhiều bệnh ung thư khác Tiếp xúc ngắn mức nhiễm tối đa, Cr6+ gây tình trạng dị ứng nặng lở loét da dày Tiếp xúc lâu dài mức ô nhiễm tối đa gây viêm da, tổn thương gan, suy thận, phá hủy mô thần kinh tử vong [1] Nhằm khắc phục nhược điểm phương pháp nêu trên, phương pháp hướng tới sử dụng giới công nghệ nhiệt phân nhiệt độ thấp với việc tái sử dụng lượng chất thải cơng nghiệp Bài báo trình bày kết đề tài “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo tổ hợp thiết bị nhiệt phân nhiệt độ thấp tái chế phế thải giày da thành nhiên liệu” nhóm tác giả Viện Nghiên cứu Cơ khí, Bộ Cơng thương thực 90 II ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ NHIỆT PHÂN NHIỆT ĐỘ THẤP TRONG PHÁT TRIỂN THIẾT BỊ NHIỆT PHÂN XỬ LÝ PHẾ THẢI TỪ GIA CÔNG SẢN XUẤT GIẦY DA Công nghệ nhiệt phân nhiệt độ thấp coi tiềm công nghệ xử lý với mục đích tái sử dụng lượng chất thải công nghiệp chất thải sinh hoạt nguồn gốc hữu mức độ tiêu thụ lượng cho trình xử lý thấp, cơng nghệ xử lý khơng phát sinh ô nhiễm thứ cấp, tỷ lệ chôn lấp nhỏ sản phẩm nhiệt phân có giá trị sử dụng có giá trị kinh tế Thiết bị nhiệt phân sở chìa khóa định hiệu tái chế chất hữu tỷ lệ sản phẩm nhiệt phân rắn, lỏng, khí tạo thành giá trị sử dụng chúng Hiện nay, tồn nhiều loại thiết bị nhiệt phân có cấu tạo nguyên lý làm việc khác Theo nguyên tắc phản ứng truyền nhiệt nguồn nhiệt khối lượng chất hữu xử lý, thiết bị chia thành dạng thiết bị nhiệt phân gia nhiệt gián tiếp (truyền nhiệt từ bên thiết bị) thiết bị nhiệt phân gia nhiệt trực tiếp (truyền nhiệt đối lưu trực tiếp lòng thiết bị)[2] Mỗi thiết bị có ưu nhược điểm riêng, nhiên, chưa có thiết bị cơng nhận thiết bị nhiệt phân lý tưởng Vì vậy, việc phát triển thiết bị nhiệt phân đáp ứng tiêu chí kỹ thuật (hiệu xử lý, mức độ khí - tự động hóa ), kinh tế (chi phí đầu tư, vận hành, xử lý chất thải thứ cấp, giá trị sản phẩm tái chế, thị trường tiêu thụ sản phẩm nhiệt phân ) an tồn, thân thiện mơi trường (chỉ số an tồn kỹ thuật, số thân thiện mơi trường ), dễ dàng mở rộng công nghiệp coi trọng tâm việc nghiên cứu hướng cơng nghệ nhiệt phân toàn giới III NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO THIẾT BỊ NHIỆT PHÂN BẰNG THỰC NGHIỆM Đối tượng lựa chọn tiến hành nghiên cứu phế thải da thuộc thu gom từ nhà Hình Ph th i da thu c t q trình gia cơng s n xu t gi y da Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 1,2&3-2014 K t qu nghiên c u KHCN máy gia công sản xuất giầy da xuất Đây phế thải nguồn gốc hữu có tỷ lệ lớn thành phần CTR cơng nghiệp phát sinh từ q trình gia công giày da Chế tạo tổ hợp thiết bị nhiệt phân nhiệt độ thấp thực sở kết nghiên cứu thực nghiệm, kết nghiên cứu tính tốn thiết kế Trung tâm Cơng nghệ Thiết bị Mơi trường, Viện Nghiên cứu Cơ khí, Bộ Công Thương Tổ hợp thiết bị nhiệt phân nhiệt độ thấp công suất 50 kg/mẻ chế tạo (h.2) chạy khảo nghiệm xử lý đối tượng phế thải nguồn gốc hữu da thuộc, cao su, nhựa… Tổ hợp thiết bị nhiệt phân thiết kế chế tạo hoạt động theo nguyên lý hóa chất hữu cách gia nhiệt gián tiếp từ bên ngồi lị phản ứng, sau nhiệt phân phân ly, ngưng tụ để tách pha rắn, lỏng, khí hỗn hợp - khí nhiệt phân tạo thành Hình T h p thi t b nhi t phân nhi t đ th p NARIME thi t k ch t o Với tiêu chí thiết kế mở, dễ dàng điều chỉnh, hiệu chỉnh thông số, mức độ tự động hóa kiểm sốt, điều khiển chế độ hoạt động trình vận hành cao, tổ hợp thiết bị pilot nhiệt phân nhiệt độ thấp xử lý chất thải có nguồn gốc hữu xây dựng gồm thiết bị sau: (1) Lò phản ứng nhiệt phân; (2) Buồng cấp nhiệt; (3) Thiết bị phân ly I; (4) Thiết bị ngưng tụ dạng gián tiếp; (5) Thiết bị hấp thụ-ngưng dầu trực tiếp; (6) Thiết bị phân ly III; (7) Hệ thống tái sử dụng khí nhiệt phân làm nhiên liệu cho tổ hợp Nguyên lý ho t đ ng: Nguyên liệu đưa vào lò phản ứng nhiệt phân với khối lượng 50kg/mẻ Sau nhận đủ khối lượng chất thải rắn cần xử lý, nắp lò phản ứng nhiệt phân đóng kín, khởi động phận cấp nhiệt Nhiệt độ lò phản ứng cài đặt theo giá trị định trước tủ điều khiển Nhiên liệu sử dụng cho đầu đốt cấp nhiệt dầu DO (hoặc dầu nhiệt phân) khí nhiệt phân khơng hóa lỏng cịn lại q trình hoạt động hệ thống thiết bị Khí thải (sản phẩm cháy) từ buồng cấp nhiệt theo hệ thống đường ống qua phận xử lý khí thải dùng than hoạt tính thải mơi trường qua ống khói Phản ứng nhiệt phân xảy nhiệt độ lò phản ứng đạt giá trị nhiệt độ nhiệt phân thiết lập Phế thải da thuộc bị nhiệt phân thành hỗn hợp khí - nhiệt phân khỏi lị phản ứng sang hệ thống thiết bị phân ly, ngưng tụ hóa lỏng, phần cịn lại than nhiệt phân lại lò phản ứng lấy giai đoạn kết thúc mẻ nhiệt phân phận tháo tro đáy lò chuyển vào thùng chứa Hỗn hợp khí - nhiệt phân sau khỏi lị phản ứng qua cửa khí đỉnh lò qua thiết bị phân ly I – cyclone đơn – Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 1,2&3-2014 91 K t qu nghiên c u KHCN tách phần tro than bị theo trình chuyển động dịng khí-hơi Phần tro than (nếu có) tách thiết bị phân ly I chuyển đến thùng chứa Hỗn hợp khí-hơi nhiệt phân tách tro than qua cửa đỉnh thiết bị phân ly I, chuyển sang thiết bị ngưng tụ dạng gián tiếp, thiết bị hấp thụ - ngưng dầu dạng trực tiếp để thu dầu nhiệt phân Phần khí nhiệt phân khơng hóa lỏng cịn lại di chuyển sang thiết bị phân ly III - có nhiệm vụ tách pha lỏng pha khí, pha lỏng chảy theo đường ống ngồi, khí nhiệt phân tiếp đến buồng cấp nhiệt làm nhiên liệu cho trình cháy cấp nhiệt cho trình nhiệt phân Sản phẩm dầu nhiệt phân đưa vào bình chứa sản phẩm cung cấp cho buồng cấp nhiệt làm nhiên liệu Cặn dầu thu gom riêng chuyển vào lò phản ứng để nhiệt phân mẻ Nh n xét: Kết thực nghiệm cho thấy, phế thải da thuộc bền với nhiệt nên dễ bị phân hủy nhiệt Ở chế độ nhiệt độ thích hợp (trong khoảng 280 – 4000C), áp suất thấp (< at), mơi trường khơng có oxy thiếu oxy, phế thải da thuộc bị phân hủy (phản ứng cracking nhiệt) tạo thành than bán cốc, dầu nhiệt phân (sau ngưng tụ) có hàm lượng lưu huỳnh thấp khí nhiệt phân (khí tổng hợp có đặc tính hóa lý khí biogas) [2, 3] 92 Các sản phẩm có giá trị mặt lượng: nhiệt trị than nhiệt phân có giá trị tương đương nhiệt trị than cám 5, nhiệt trị dầu nhiệt phân có giá trị gần nhiệt trị dầu FO, DO; lượng khí nhiệt phân lớn quay lại sử dụng trực tiếp đốt gia nhiệt cho trình nhiệt phân, góp phần giảm chi phí vận hành Sản phẩm cháy dầu, khí than nhiệt phân qua quan trắc, đo đạc phân tích an tồn tiêu phát thải, hồn tồn sử dụng làm nhiên liệu đốt Kết quan trắc, đo đạc phân tích thể bảng 1, 2, 3, Mặt khác, qua nghiên cứu thực nghiệm xác định khoảng nhiệt độ diễn trình nhiệt phân, chế độ nhiệt độ phù hợp với mục tiêu tạo tỷ lệ sản phẩm dầu nhiệt phân nhiều nhất; hướng điều chỉnh chế độ nhiệt độ nhiệt phân tốc độ nâng nhiệt để thu tỷ lệ nhiều hay khí than nhiệt phân phế thải da thuộc Kết nghiên cứu thực nghiệm đề tài sử dụng làm sở xây dựng yêu cầu định mức thiết kế hệ thống thiết bị nhiệt phân (chế độ nhiệt độ nhiệt phân, tốc độ nâng nhiệt lò phản ứng nhiệt phân…) B ng K t qu phân tích d u nhi t phân da thu c Chỉ tiêu phân tích Phương pháp Dầu nhiệt phân Đơn vị da thuộc thử Nhiệt độ chớp cháy cốc kín ASTM D 93 - 10 Nhiệt trị ASTM D 240 - 07 Hàm lượng lưu huỳnh ASTM D 129 - 00 o C < 25 kcal/kg 7878 %KL 0,041 B ng K t qu phân tích than nhi t phân ph th i da thu c Chỉ tiêu Phương phân tích pháp thử Hàm lượng tro ASTM D 3174 Nhiệt trị ASTM D 240 – 072/ D48063 Đơn vị % kh lg kcal/kg Than Than nhiệt cám phân da thuộc 26 – 33 43,99 5.500 5804 Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 1,2&3-2014 K t qu nghiên c u KHCN B ng K t qu phân tích s n ph m cháy khí nhi t phân Chỉ tiêu phân tích SO2 NOx CO Thiết bị phân tích SA633 Kimoto electric Co., LTD NA 623 Kimoto electric Co., LTD CO ZRF Kimoto electric Co., LTD Đơn vị QCVN 19:2009 SPC khí nhiệt phân da thuộc mg/m3 500 85,3 mg/m3 850 38,1 mg/m3 1.000 66,8 B ng K t qu quan tr c khí th i t h p thi t b nhi t phân ph th i da thu c1 Vị trí lấy mẫu Thông số o QCVN 30:2010/ BTNMT 48 - 53,58 150 300 NOx 1,06 500 CO 24,66 300 Nhiệt độ Trong ống khói thải tổ hợp thiết bị nhiệt phân đốt dầu khí nhiệt phân Đơn vị Kết C Bụi (TSP) trung bình SO2 mg/Nm3 Ghi chú: 1: Kết phân tích Trạm Quan trắc Phân tích Mơi trường lao động, Viện Nghiên cứu KHKT Bảo hộ lao động – WEMOS thực hiện; 2: Kết phân tích VILAS 067 - Phịng Thử nghiệm Hóa chất Vật liệu, Trung tâm Phụ gia Dầu mỏ, Viện Hóa học Công nghiệp Việt Nam thực hiện; 3: Kết phân tích phịng Nhiên liệu – Dầu – Mỡ, Viện Hóa học – Vật liệu, Bộ Quốc Phịng thực hiện) IV KẾT LUẬN Bài báo giới thiệu kết nghiên cứu thiết kế, chế tạo chạy khảo nghiệm tổ hợp thiết bị nhiệt phân nhiệt độ thấp xử lý phế thải da thuộc phát sinh từ trình gia công sản xuất giầy da Qua kết chạy khảo nghiệm, đo đạc, phân tích quan trắc cho phép kết luận: - Tổ hợp thiết bị nhiệt phân nhiệt độ thấp chế tạo thiết kế đồng bộ, hợp lý Các thông số hoạt động điều khiển phù hợp cho phế thải da thuộc Các số phát thải tổ hợp thiết bị nằm tiêu quy chuẩn Việt Nam cho phép lò đốt chất thải công nghiệp; - Sản phẩm nhiệt phân: than, dầu, khí có giá trị sử dụng mặt nhiên liệu đốt Sản phẩm cháy dạng sản phẩm nhiên liệu nhiệt phân thu nằm tiêu phát thải quy chuẩn Việt Nam quy định - Có thể sử dụng tổ hợp thiết bị nhiệt phân nhà máy xử lý chất thải nhà máy có sử dụng nhiên liệu đốt truyền thống TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Young Gary.C (2010) Municipal solid waste to energy conversion processes John Wiley & Sons,Inc., Hoboken, NewJersey [2] Thomas P Wampler (2007) Applied Pyrolysis Handbook CRC Press Taylor & Francis Group [3] Nguyễn Hữu Đĩnh, Đỗ Đình Rãng (2003) Hóa học hữu NXB Giáo dục Hà Nội Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 1,2&3-2014 93 ... nghệ nhiệt phân nhiệt độ thấp với việc tái sử dụng lượng chất thải cơng nghiệp Bài báo trình bày kết đề tài ? ?Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo tổ hợp thiết bị nhiệt phân nhiệt độ thấp tái chế phế thải. .. thiết bị chia thành dạng thiết bị nhiệt phân gia nhiệt gián tiếp (truyền nhiệt từ bên thiết bị) thiết bị nhiệt phân gia nhiệt trực tiếp (truyền nhiệt đối lưu trực tiếp lòng thiết bị) [2] Mỗi thiết. .. thống thiết bị nhiệt phân (chế độ nhiệt độ nhiệt phân, tốc độ nâng nhiệt lò phản ứng nhiệt phân? ??) B ng K t qu phân tích d u nhi t phân da thu c Chỉ tiêu phân tích Phương pháp Dầu nhiệt phân Đơn