Duong Van Long_ Thiet bi nhiet phan trong xu ly chat thai

Nghiên cứu công nghệ thiết bị nhiệt phân ứng dụng xử lý chất thải có nguồn gốc hữu TS Dương Văn Long, Giám đốc TT Công nghệ Thiết bị môi trương - Viện Nghiên cứu Cơ khí Cơng nghệ nhiệt phân - Một lựa chọn thay tốt xử lý chất thải rắn có nguồn gốc hữu Chất thải cơng nghiệp chất thải sinh hoạt (CTCN CTSH) phân loại theo nhiều cách khác dựa vào nguồn gốc phát sinh, độc tính, khả phân hủy mức độ gây ô nhiễm môi trường Dựa vào thành phần cấu tạo vật chất, CTCN CTSH chia thành hai nhóm: chất thải có nguồn gốc hữu (ví dụ nhựa, cao su, chất thải nơng - lâm - ngư nghiệp chất thải độc hại dầu thải, mỡ bôi trơn thải ) chất thải có nguồn gốc vơ (ví dụ phế thải xây dựng, ) Từ trước đến nay, việc quản lý xử lý CTCN CTSH xem vấn đề quan trọng cấp bách hầu hết quốc gia giới Từ lâu, công nghệ nhiệt phân nghiên cứu áp dụng nhiều ngành công nghiệp, tiêu biểu ngành công nghiệp chế biến dầu mỏ Tuy nhiên, việc áp dụng công nghệ nhiệt phân để xử lý CTCN CTSH có nguồn gốc hữu tiếp cận nghiên cứu phát triển thời gian gần đây, chủ yếu nước có ngành cơng nghiệp phát triển Cơng nghệ nhiệt phân thuộc nhóm cơng nghệ nhiệt - hóa giải pháp “cơng nghệ có tốt nhất” (Best Available Technology - BAT) tổ chức môi trường giới khuyến cáo sử dụng thay cho phương pháp chôn lấp xử lý lượng lớn CTCN CTSH có nguồn gốc hữu Bản chất công nghệ nhiệt phân q trình phân hủy hợp chất có nguồn gốc hữu xảy điều kiện nhiệt độ phù hợp, có chất xúc tác khơng, áp suất thấp, mơi trường khơng có ơxy thiếu ơxy tạo thành than bán cốc (nhiệt trị tương đương than cám 3), dầu nhiệt phân (nhiệt trị tương đương dầu FO) khí đốt (khí tổng hợp) Với mục tiêu hình thành hướng giải pháp tích cực cho việc xử lý CTCN CTSH có nguồn gốc hữu cơ, tạo sản phẩm có khả ứng dụng, Viện Nghiên cứu Cơ khí (NARIME) thực đề tài ”Nghiên cứu thiết kế, chế tạo tổ hợp thiết bị tái chế chất thải nguồn gốc hữu thành nhiên liệu’’ Sự thành công hướng công nghệ kết hợp với cơng nghệ sinh hóa cho phép hình thành giải pháp xử lý CTCN CTSH tạo sản phẩm có giá trị sử dụng, theo hướng thân thiện mơi trường Sơ lược nội dung nghiên cứu Việc xử lý tái chế phế thải có nguồn gốc hữu (cao su, nhựa, gỗ, rác thải sinh hoạt) thông qua công nghệ nhiệt phân, giải hai toán quan trọng: Một là, giải tốn mơi trường phương pháp xử lý phế thải truyền thống chôn lấp đốt tiêu hủy khơng cịn hiệu Thứ hai, giải toán “an ninh lượng” sản phẩm trình nhiệt phân sản phẩm tái sử dụng dầu, than, khí đốt * Đối tượng nghiên cứu cao su phế thải Hàng năm, với gia tăng không ngừng phương tiện giao thông ô tô, xe máy làm gia tăng lượng lớn lốp săm xe thải môi trường Vấn đề tái chế lốp săm xe sử dụng sản phẩm cao su chất thải chung Việt Nam giới nói chung, có tầm quan trọng sinh thái kinh tế lớn Ngoài ra, tài nguyên thiên nhiên hạn chế thực tế kinh tế đại nhận thấy cần thiết phải sử dụng nguồn tài nguyên thứ cấp có hiệu tối đa Sản phẩm khí thu từ trình nhiệt phân chất thải cao su lốp xe phế liệu chứa hydro, metan, etan, propylene, buten, butadiene, …Và benzel, toluene, xylene, limonene, naphtalen,…có thể xác định sản phẩm dầu Theo nghiên cứu chuyên gia tiến hành trình nhiệt phân thực hệ thống phân tích nhiệt động học giá trị thay đổi nhiệt 3; oC/phút (với điều kiện trơ) đưa kết luận quan trọng ảnh hưởng nhiệt độ, tốc độ gia nhiệt, thành phần đầu vào, lên trình nhiệt phân Chẳng hạn, trình nhiệt phân BR (cao su Butadien) SBR (cao su Styren Butadien) tốc độ gia nhiệt 7oC/phút, nhiệt độ phân hủy SBR vào khoảng 220 - 300oC, BR khoảng 250 - 400oC Từ quan điểm lượng liên kết hóa học, lượng phân ly liên kết CH3 – H 435kJ/mol, CH3 - C6 H5 389kJ/mol Đây lý giải thích nhiệt độ thiết lập BR cao SBR, có nghĩa ổn định nhiệt BR cao SBR với điều kiện thí nghiệm Bên cạnh đó, tỷ lệ phản ứng hỗn hợp cao su tương ứng với tốc độ phản ứng thành phần cao su, dựa thành phần khối lượng chúng Những kết ứng dụng cho việc đánh giá trình nhiệt phân hỗn hợp cao su Trong điều kiện nghiên cứu thực tế nhóm thực đề tài, đối tượng cao su cụ thể lựa chọn săm xe máy, thí nghiệm theo chế độ nhiệt khác (280oC, 320oC, 350oC, 380oC, 430oC) điều kiện không xúc tác Kết bước đầu cho nhận định rõ nét ảnh hưởng nhiệt độ, tốc độ gia nhiệt lên trình nhiệt phân * Đối tượng nghiên cứu nhựa phế thải Nhựa (Plastic) phế thải chưa xử lý phương pháp tái sử dụng loại khó tinh chế thường xử lý cách chôn lấp đốt Tuy nhiên, nhựa phế thải chơn lấp phải thời gian dài phân hủy được, đồng thời đốt nhựa PVC có hỗn hợp nhựa phế thải tạo khí HCl có tính axit cao chất dioxin (chất gây ung thư) Dầu sản xuất từ trình phân nhiệt nhựa phế thải thường dễ lưu trữ vận chuyển đến nơi cần thiết để sử dụng, nên có ưu điểm trở thành nguyên liệu thay cho nguồn dầu thơ nhập khẩu, cơng nghệ xử lý nhựa phế thải phi tinh chế thích hợp với mục đích tuần hồn tài ngun thân thiện mơi trường cơng nghệ nhiệt phân Trường hợp nhiệt phân không xúc tác plastic phế thải thông thường, hiệu suất thành phần dầu tạo ra, chủng loại xúc tác sử dụng với plastic phế thải khác tùy theo: nhiệt độ điện phân, tốc độ gia nhiệt, thời gian nhiệt phân, áp suất, hình thức phản ứng Nhiệt độ nhiệt phân plastic tăng dần theo thứ tự PS>PP>PE, trường hợp PP PE xảy phản ứng phân nhiệt nhiệt độ khoảng 400-450°C, PVC xảy phân nhiệt lần thứ làm gãy kết hợp C-Cl nhiệt độ 200-250°C xảy nhiệt phân lần làm gãy liên kết các-bon nhiệt độ 350-400°C Thực tế, nhóm thực đề tài tiến hành loại nhựa phế liệu khác PVC, PE, kết ghi nhận dầu thấy có PE với điều kiện hoạt động hệ thí nghiệm từ 200 - 600oC, áp suất ≈ atm, khơng xúc tác Sản phẩm có giá trị sử dụng Hiện tại, nhóm thực đề tài có kết khả quan ban đầu Lượng dầu thu vào khoảng 30 - 40%, than 40 - 50%, cịn lại khí nhiệt phân khí nóng sử dụng làm lượng cấp nhiệt cho thiết bị nhiệt phân Dưới số kết hình ảnh sản phẩm dầu nhiệt phân than nhiệt phân nhóm nghiên cứu thực thu Hình Sản phẩm nhiệt phân cao su nhựa: dầu nhiệt phân, than nhiệt phân Các sản phẩm dầu nhiệt phân, than nhiệt phân gửi đến phịng thí nghiệm VILAS 067 (Viện hóa học cơng nghiệp) phân tích, theo Bảng Bảng Kết phân tích sản phẩm dầu nhiệt phân TT Ký hiệu mẫu Mẫu - 11/11M2T450 Chất thải Chế độ nhiệt, oC Nhựa PE 450 Kết Nhiệt trị, kcal/kg Hàm lượng lưu huỳnh (S), % khối lượng 10.580 0,041 Mẫu - 12/11M1T320 Săm xe máy 320 10.434 0,838 Mẫu - 15/11M1T280 Săm xe máy 280 10.253 1,110 Mẫu - 9/12M1T350 Săm xe máy 350 10.310 1,022 Mẫu 5 - 13/12M1T380 Săm xe máy 380 10.286 1,068 Bảng Kết sản phẩm than nhiệt phần phòng phòng VILAS 067 TT Ký hiệu mẫu Kết Chất thải Chế độ nhiệt, o C Nhiệt trị, kcal/kg Hàm lượng lưu huỳnh (S), % khối lượng Độ tro (A), % khối lượng Mẫu T11/11M2T450 Nhựa PE 450 1.378 0,005 51,31 Mẫu T12/11M1T320 Săm xe máy 320 5.420 0,814 43,55 Mẫu 5 T13/12M1T380 Săm xe máy 380 5.672 0,717 39,29 Từ kết phân tích sản phẩm nhiệt phân (dầu nhiệt phân, than nhiệt phân) cao su, nhựa phế liệu, cho thấy sản phẩm hồn tồn sử dụng làm nhiên liệu cho q trình đốt, có đặc tính nhiên liệu (nhiệt trị, hàm lượng lưu huỳnh, độ tro) tương đương dầu FO than cám Một lưu ý đáng quan tâm than nhiệt phân từ nhựa PE, nhiệt trị tương đối thấp, nhiên than mịn lượng than thu từ trình nhiệt phân nhựa vào khoảng 4% (so với khối lượng) Vấn đề đặt cần xem xét sử dụng dầu, than, khí nhiệt phân làm nhiên liệu sản phẩm cháy q trình đốt có gây nhiễm mơi trường hay khơng? Khí thải từ đốt cháy khí dầu nhiệt phân nằm giới hạn QCVN Việc phân tích sản phẩm cháy trình đốt dầu nhiệt phân khí nhiệt phân Trạm Quan trắc phân tích Mơi trường Viện Bảo hộ lao động thực cho kết tương đối khả quan: Các thông số ô nhiễm CO, SO2, NOx thỏa mãn điều kiện cho phép Dưới kết cụ thể phân tích mẫu đốt dầu khí nhiệt phân từ nhựa phế thải (các Bảng 5) Bảng Kết đốt khí nhiệt phân từ nhựa phế thải QCVN 19:2009/BTNMT* TT Thông số xác định Đơn vị Kết CO mg/m3 66,8 1000 SO2 mg/m3 85,3 500 NOx 38,1 850 mg/m Bảng Kết đốt dầu nhiệt phân từ nhựa phế thải TT Thông số xác định Đơn vị Kết QCVN 19:2009/BTNMT SO2 mg/m3 23,2 500 NOx mg/m3 11,4 850 Định hướng nghiên cứu Hiện nhóm nghiên cứu tiếp tục hồn thiện cơng nghệ thiết bị để sản phẩm ứng dụng vào thị trường Trong đó, nhóm thực tập trung vào hướng nghiên cứu cụ thể như: - Tiến hành thí nghiệm với loại đối tượng phế liệu khác săm cao su nhựa PE gỗ, mùn cưa, dầu thải, hỗn hợp nhựa phế thải, hỗn hợp cao su phế thải, sở điều chỉnh chế độ nhiệt độ tốc độ gia tăng nhiệt Việc nhằm ứng dụng hệ thống nhiệt phân cho nhiều đối tượng phế thải cần xử lý với chế độ công nghệ tối ưu tương ứng; - Nghiên cứu hướng ứng dụng xúc tác vào q trình cơng nghệ để nâng cao hiệu suất thu dầu; - Nghiên cứu hướng ứng dụng than nhiệt phân hai góc độ: làm nhiên liệu làm vật liệu hấp phụ (than hoạt tính) nâng cao tính thương phẩm với sản phẩm này; - Chế tạo hệ thống nhiệt phân với công suất 50 kg/h đưa vào ứng dụng xử lý chất thải rắn sinh hoạt, công nghiệp Như vậy, với kết bước đầu ghi nhận trình nghiên cứu xử lý chất thải có nguồn gốc hữu cơng nghệ nhiệt phân, nhóm thực khẳng định tính khả thi cơng nghệ việc ứng dụng xử lý tái chế phế thải, rác thải sinh hoạt, y tế, thành nguồn nhiên liệu có ích, nhằm giải tốn môi trường cách triệt để hữu hiệu ... SBR vào khoảng 220 - 300oC, BR khoảng 250 - 400oC Từ quan điểm lượng liên kết hóa học, lượng phân ly liên kết CH3 – H 435kJ/mol, CH3 - C6 H5 389kJ/mol Đây lý giải thích nhiệt độ thiết lập BR cao... thành phần khối lượng chúng Những kết ứng dụng cho việc đánh giá trình nhiệt phân hỗn hợp cao su Trong điều kiện nghiên cứu thực tế nhóm thực đề tài, đối tượng cao su cụ thể lựa chọn săm xe máy,... PVC có hỗn hợp nhựa phế thải tạo khí HCl có tính axit cao chất dioxin (chất gây ung thư) Dầu sản xu? ??t từ trình phân nhiệt nhựa phế thải thường dễ lưu trữ vận chuyển đến nơi cần thiết để sử dụng,