phân phế thải da thuộc
Thí nghiệm xác định nhiệt độ nhiệt phân xác định nhiệt độ cho tỷ lệ sản phẩm dầu nhiều nhất ở 180 độ C. Thông số công nghệ cần xác định tiếp bằng thí nghiệm giai đoạn 2 là tốc độ nâng nhiệt phù hợp với nhiệt độ nhiệt phân này. Theo các kết quả khảo sát, tốc độ nâng nhiệt thƣờng đƣợc ứng dụng trong quá trình nhiệt phân chất thải rắn hữu cơ trong khoảng từ 5-15 độ C/phút. Thí nghiệm xác định tốc độ nâng nhiệt thích hợp đối với nhiệt phân phế thải da thuộc đƣợc tiến hành theo các thông số chính nhƣ sau
- Loại mẫu thí nghiệm: phế thải da giầy;
- Số lƣợng thí nghiệm: 09 thí nghiệm;
- Khối lƣợng mẫu/thí nghiệm: 01kg
- Ký hiệu mẫu thí nghiệm: Từ D1-16 đến D1-24;
- Chế độ nhiệt độ nhiệt phân: Sau khi vận hành, lò phản ứng đƣợc nâng nhiệt đến nhiệt độ 180 độ C. Khi đạt nhiệt độ lựa chọn, lò phản ứng sẽ đƣợc nâng nhiệt để giữ ổn định tại nhiệt độ này.
- Chi tiết mẫu thí nghiệm:
D1-16, D1-17, D1-18: thí nghiệm ở tốc độ nâng nhiệt 05 độ C/phút; D1-19, D1-20, D1-21: thí nghiệm ở tốc độ nâng nhiệt 10 độ C/phút; D1-22, D1-23, D1-24: thí nghiệm ở tốc độ nâng nhiệt 15 độ C/phút; Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm giai đoạn 2 đƣợc trình bày dƣới đây:
63
Bảng 2.2: Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm giai đoạn 2 xác định tốc độ nâng nhiệt phù hợp
TT
Mẫu thí nghiệm Thông số vào Thông số thí nghiệm Tỷ lệ sản phẩm (%)
Nguyên liệu thí nghiệm Ký hiệu mẫu Khối lượng mẫu (kg) Nhiệt độ nhiệt phân (độ C) Tốc độ gia nhiệt (độ C/phút) Nhiệt độ hóa hơi (độ C) Nhiệt độ ra dầu (độ C) Nhiệt độ ra dầu tối đa (độ C) Tổng thời gian thí nghiệm (phút) Than Dầu Khí 1 Phế thải da thuộc D1-16 1 180 độ C 5 120 độ C 140 độ C 180 độ C 250 36 35 29 2 Phế thải da thuộc D1-17 1 180 độ C 5 120 độ C 140 độ C 180 độ C 250 36 35 29 3 Phế thải da thuộc D1-18 1 180 độ C 5 120 độ C 140 độ C 180 độ C 250 37 34 29 4 Phế thải da thuộc D1-19 1 180 độ C 10 120 độ C 140 độ C 180 độ C 200 34 39 27 5 Phế thải da thuộc D1-20 1 180 độ C 10 120 độ C 140 độ C 180 độ C 200 33 37 30 6 Phế thải da thuộc D1-21 1 180 độ C 10 120 độ C 140 độ C 180 độ C 200 33 37 30 7 Phế thải da thuộc D1-22 1 180 độ C 15 120 độ C 140 độ C 180 độ C 150 32 36 32 8 Phế thải da thuộc D1-23 1 180 độ C 15 120 độ C 140 độ C 180 độ C 150 32 36 32 9 Phế thải da thuộc D1-24 1 180 độ C 15 120 độ C 140 độ C 180 độ C 150 31 37 32
64
65 Nhận xét:
- Với tốc độ nâng nhiệt 5 độ C/phút, các mẫu D1-16, D1-17, D1-18 đƣợc thí nghiệm ở chế độ nhiệt độ nhiệt phân 180 độ C, kết quả thu đƣợc một lƣợng lớn sản phẩm than nhiệt phân trong khoảng 36-37%, sản phẩm dầu chỉ đạt đƣợc 34-35% trong thời gian thí nghiệm k o dài đến 250 phút;
- Ngƣợc lại với tốc độ nâng nhiệt 5 độ C/phút, khi thực hiện thí nghiệm nhiệt phân các mẫu D1-22, D1-23, D1-24 với tốc độ nâng nhiệt 15 độ C/phút, kết quả cho thấy lƣợng sản phẩm than nhiệt phân giảm còn 31-32%, lƣợng sản phẩm dầu ở khoảng 36-37%, lƣợng khí sinh ra nhanh với lƣu lƣợng lớn trong thời gian giảm mạnh còn 150 phút.
- Thí nghiệm mẫu D1-19, D1-20, D1-21 với tốc độ nâng nhiệt 10 độ C/phút, kết quả cho thấy lƣợng sản phẩm than nhiệt phân trong khoảng 33-34% với lƣợng sản phẩm dầu cao ở khoảng 37-39% với thời gian 200 phút.
Hình 2.19: Biểu đồ thể hiện tỷ lệ sản phẩm nhiệt phân phế thải da thuộc ở tốc độ nâng nhiệt 5 độ C/phút, 10 độ C/phút, 15 độ C/phút.
- Tốc độ nâng nhiệt 10 độ C/phút là phù hợp với nhiệt phân phế thải da thuộc ở nhiệt độ nhiệt phân 180 độ C.
66
2.7. Đánh giá sản phẩm nhiệt phân dạng nhi n liệu
Các sản phẩm nhiệt phân dạng nhiên liệu thu đƣợc bao gồm: - Dầu nhiệt phân;
- Than nhiệt phân; - Khí nhiệt phân;
Sản phẩm dầu nhiệt phân đƣợc đo phân tích các chỉ tiêu về nhiệt trị, hàm lƣợng lƣu huỳnh, nhiệt độ cháy cốc kín tại Phòng Thử nghiệm Hóa chất và Vật liệu, Trung tâm Phụ gia Dầu mỏ, Viện Hóa học Công nghiệp Việt Nam (phòng thử nghiệm đƣợc Văn phòng Công nhận Chất lƣợng công nhận theo Quyết định số 13.2012/QĐ-VPCNCL ngày 03/02/2012 phù hợp với TCVN ISO/IEC 17025:2005 mang số hiệu VILAS 067). Sản phẩm than nhiệt phân đƣợc đo phân tích các chỉ tiêu về nhiệt trị, hàm lƣợng tro tại phòng Nhiên liệu – Dầu – Mỡ, Viện Hóa học – Vật liệu, Bộ Quốc Phòng.
Các sản phẩm cháy từ quá trình đốt dầu nhiệt phân, khí nhiệt phân đƣợc Trạm Quan trắc và Phân tích Môi trƣờng Lao động, Viện Nghiên cứu KHKT Bảo hộ Lao động – WEMOS thực hiện với thiết bị lấy mẫu bụi trong đƣờng ống CASELLA – VORTEX Ultra Flow (Anh), thiết bị đo nhanh chất lƣợng khí thải trong đƣờng ống TESTO 350 (Đức).
Kết quả quan trắc, đo đạc phân tích đƣợc thể hiện trong các bảng sau.
Bảng 2.3: Kết quả phân tích dầu nhiệt phân da thuộc 2
Chỉ tiêu phân tích Phƣơng pháp thử Đơn vị Dầu nhiệt phân
Nhiệt độ chớp cháy cốc kín ASTM D 93 - 10 oC < 25 Nhiệt trị ASTM D 240 - 07 kcal/kg 7878 Hàm lƣợng lƣu huỳnh ASTM D 129 - 00 %KL 0,041
Bảng 2.4: Kết quả phân tích than nhiệt phân phế thải da thuộc 3
Chỉ tiêu phân tích Phƣơng pháp thử Đơn vị Than cám 5
Than nhiệt phân
Hàm lƣợng tro ASTM D 3174 % kh. lg 26 – 33 43,99 Nhiệt trị ASTM D 240 – 072/ D48063 kcal/kg 5.500 5804
67
Bảng 2.5: Kết quả phân tích sản phẩm cháy khí nhiệt phân 1
Chỉ tiêu phân tích Thiết bị phân tích Đơn vị QCVN 19:2009 SPC khí nhiệt phân
SO2 SA633 Kimoto
electric Co., LTD mg/m 3 500 85,3 NOx NA 623 Kimoto electric Co., LTD mg/m 3 850 38,1 CO CO ZRF Kimoto electric Co., LTD mg/m 3 1.000 66,8
Bảng 2.6: Kết quả quan trắc khí thải tổ hợp thiết bị nhiệt phân phế thải da thuộc 1
Vị trí lấy mẫu Thông số Đơn vị Kết quả QCVN 30:2010/ BTNMT
Trong ống khói thải tổ hợp thiết bị nhiệt phân khi đốt dầu và khí nhiệt
phân Nhiệt độ o C 48 - Bụi (TSP) trung bình mg/Nm3 53,58 150 SO2 0 300 NOx 1,06 500 CO 24,66 300 Ghi chú: 1
: Kết quả phân tích do Trạm Quan trắc và Phân tích Môi trƣờng Lao động, Viện Nghiên cứu KHKT Bảo hộ Lao động – WEMOS thực hiện;
2
: Kết quả phân tích do VILAS 067 - Phòng Thử nghiệm Hóa chất và Vật liệu, Trung tâm Phụ gia Dầu mỏ, Viện Hóa học Công nghiệp Việt Nam thực hiện;
3
: Kết quả phân tích do phòng Nhiên liệu – Dầu – Mỡ, Viện Hóa học – Vật liệu, Bộ Quốc Phòng thực hiện)
Các sản phẩm này đều có giá trị về mặt năng lƣợng: nhiệt trị than nhiệt phân có giá trị tƣơng đƣơng nhiệt trị than cám 5, nhiệt trị dầu nhiệt phân có giá trị gần bằng nhiệt trị dầu FO, DO; lƣợng khí nhiệt phân lớn đƣợc quay lại sử dụng trực tiếp đốt gia nhiệt cho quá trình nhiệt phân, góp phần giảm chi phí vận hành. Sản phẩm cháy của dầu, khí và than nhiệt phân qua quan trắc, đo đạc phân tích đều an toàn về các chỉ tiêu phát thải, hoàn toàn có thể sử dụng làm nhiên liệu đốt.
Các kết quả đo phân tích sản phẩm dầu nhiệt phân cho thấy, dầu nhiệt phân hoàn toàn dễ đốt vì có điểm chớp cháy cốc kín thấp, nhiệt trị gần bằng dầu FO. Tuy nhiên cần xử lý sơ bộ sản phẩm dầu nhiệt phân (thiết bị phân ly cặn dầu) để hàm lƣợng nƣớc và tạp chất của dầu nhiệt phân xuống thấp.
68
So với dầu FO, độ ăn mòn thiết bị bởi sản phẩm cháy của FO cao hơn của dầu nhiệt phân do hàm lƣợng lƣu huỳnh trong FO (2.0 hoặc 3.5% khối lƣợng) cao hơn so với dầu nhiệt phân (chỉ 0.41% khối lƣợng).
Có thể sử dụng dầu nhiệt phân để làm nhiên liệu đốt cho các lĩnh vực nhƣ lò hơi, sản xuất kính, đốt rác thải, asphalt, nung gốm sứ, nấu nhôm hoặc đồng... Việc sử dụng không cần phải thay đổi thiết bị, chỉ cần cân chỉnh lại một số thông số trên đầu đốt. Dầu FO và dầu nhiệt phân có thể trộn chung mà không gây ảnh hƣởng thay đổi cấu trúc hóa học. Dầu nhiệt phân hoàn toàn có thể làm nhiêt liệu đốt thay thế đƣợc cho DO và FO, không cần phải đầu tƣ để thay đổi đầu đốt mà vẫn đạt đƣợc hiệu quả nhƣ DO và FO trong khi đó tiếp kiệm đƣợc chi phí sản xuất.
69
2.8. Kết luận chƣơng 2
Căn cứ vào các kết quả khảo sát và nghiên cứu lý thuyết, đã nghiên cứu tính toán, thiết kế, chế tạo 01 bộ thí nghiệm nhiệt phân với công suất 1 kg/mẻ, với tốc độ cấp nhiệt điều khiển tự động từ 5 độ C/phút đến 15 độ C/phút;
Đã tiến hành 24 thí nghiệm nhiệt phân mẫu phế thải da thuộc; Thí nghiệm đƣợc thực hiện theo 2 giai đoạn:
Giai đoạn 1: Tốc độ nâng nhiệt 10 độ C/phút trong khoảng nhiệt độ nghiên cứu lý thuyết để xác định chế độ nhiệt độ nhiệt phân phù hợp;
Giai đoạn 2: Chế độ nhiệt độ nhiệt phân cố định, với các tốc độ nâng nhiệt khác nhau 5 độ C/phút, 10 độ C/phút, 15 độ C/phút để xác định tốc độ nâng nhiệt phù hợp.
Kết quả chính của các thí nghiệm nhiệt phân nhƣ sau:
- Nhiệt phân đến nhiệt độ thích hợp đều có kết quả tạo thành là 3 loại sản phẩm dạng nhiên liệu gồm dạng rắn (than nhiệt phân), dạng lỏng (dầu nhiệt phân), dạng khí (khí nhiệt phân);
- Chế độ nhiệt độ nhiệt phân càng cao, tỷ lệ sản phẩm dạng rắn càng giảm.
- Dải nhiệt độ nhiệt phân: 160-300 độ C;
- Tỷ lệ sản phẩm dầu khoảng 30-40%; sản phẩm rắn 33-36%; sản phẩm khí 27-34%;
- Nhiệt độ nhiệt phân bắt đầu xuất hiện sản phẩm dạng khí: 120 độ C
- Nhiệt độ nhiệt phân bắt đầu xuất hiện sản phẩm dạng lỏng: 140 độ C
- Chế độ nhiệt độ nhiệt phân thu đƣợc dầu nhiều nhất: 180 độ C
- Chế độ nâng nhiệt và áp suất trong lò phản ứng phù hợp với mục tiêu thu sản phẩm dầu là sản phẩm chính là 10 độ C/phút, áp suất 0,5-1,5atm.
- Đánh giá các sản phẩm dầu, khí, than nhiệt phân có giá trị về năng lƣợng. Dầu nhiệt phân có nhiệt trị gần bằng dầu DO, FO. Than nhiệt phân có nhiệt trị tƣơng đƣơng than cám 5. Sản phẩm cháy của các sản phẩm dầu, khí, than nhiệt phân đáp ứng chỉ tiêu môi trƣờng.
70
CHƢƠNG 3 ĐỀ XUẤT SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ THIẾT BỊ NHIỆT
PHÂN TÁI CHẾ PHẾ THẢI GIẦY DA CÔNG SUẤT 50 KG/MẺ
3.1. Đề xuất sơ đồ công nghệ tổ hợp thiết bị nhiệt phân nhiệt độ thấp tái chế phế thải giày da phế thải giày da
Trên cơ sở kết quả nghiên cứu tổng quan, nghiên cứu công nghệ và nghiên cứu thực nghiệm, tổ hợp thiết bị nhiệt phân công suất 50 kg/mẻ cần đáp ứng các tiêu chí sau:
- Nhiệt phân phế thải da thuộc thu 03 loại sản phẩm dạng nhiên liệu gồm dạng rắn (than nhiệt phân), dạng lỏng (dầu nhiệt phân), dạng khí (khí nhiệt phân);
- Nhiệt độ nhiệt phân: 160-300 độ C;
- Nhiệt độ nhiệt phân bắt đầu xuất hiện sản phẩm dạng khí: 120 độ C
- Nhiệt độ nhiệt phân bắt đầu xuất hiện sản phẩm dạng lỏng: 140 độ C
- Chế độ nhiệt độ nhiệt phân thu đƣợc dầu nhiều nhất: 180 độ C
- Chế độ nâng nhiệt và áp suất trong lò phản ứng phù hợp với mục tiêu thu sản phẩm dầu là sản phẩm chính là 10 độ C/phút, áp suất 0,5-1,5atm. Sơ đồ công nghệ tổ hợp thiết bị pilot nhiệt phân nhiệt độ thấp xử lý phế thải đƣợc xây dựng gồm các thiết bị chính:
1. Buồng cấp nhiệt;
2. Lò phản ứng nhiệt phân; 3. Thiết bị phân ly I;
4. Thiết bị ngƣng tụ dạng gián tiếp; 5. Thiết bị hấp thụ-ngƣng dầu trực tiếp; 6. Bình chứa dầu;
7. Thiết bị phân ly III;
71
Trên hình 3.1 thể hiện sơ đồ công nghệ tổ hợp thiết bị nhiệt phân nhiệt độ thấp xử lý phế thải da thuộc công suất 50kg.
Hình 3.1: Sơ đồ công nghệ tổ hợp thiết bị nhiệt phân nhiệt độ thấp xử lý chất thải rắn nguồn gốc hữu cơ công suất 50kg
72 Trong đó:
Ký hiệu Mô tả
Khói từ buồng cấp nhiệt
Chất thải hữu cơ vào lò phản ứng nhiệt phân Hơi nhiệt phân đi qua hệ thống thiết bị
Than nhiệt phân từ lò phản ứng nhiệt phân và thiết bị phân ly I đƣợc thu hồi.
Dầu nhiệt phân thu từ thiết bị ngƣng tụ dạng gián tiếp và thiết bị hấp thụ-ngƣng dầu
Dầu nhiệt phân chƣa phân ly trong bình chứa đƣợc phun tuần hoàn trong thiết bị hấp thụ-ngƣng dầu. Khí nhiệt phân đƣợc tách từ thiết bị phân ly III chuyển đến buồng cấp nhiệt làm nhiên liệu qua hệ thống tái sử dụng khí nhiệt phân;
Cặn dầu tách từ thiết bị phân ly II chuyển đến lò phản ứng nhiệt phân
Nƣớc ngƣng tụ tách từ thiết bị phân ly III.
3.2. Mô tả hoạt động của tổ hợp thiết bị nhiệt phân
Phế thải da thuộc đƣợc đƣa vào lò phản ứng nhiệt phân với khối lƣợng 30- 50kg/mẻ. Sau khi nhận đủ khối lƣợng chất thải rắn cần xử lý, nắp lò phản ứng nhiệt phân đƣợc đóng kín, khởi động bộ phận cấp nhiệt. Nhiệt độ của lò phản ứng đƣợc cài đặt theo giá trị định trƣớc tại tủ điều khiển phù hợp với từng loại nguyên liệu cần xử lý. Nhiên liệu đƣợc sử dụng cho đầu đốt cấp nhiệt là dầu DO và khí nhiệt phân không hóa lỏng đƣợc còn lại trong quá trình hoạt động của hệ thống thiết bị. Khí thải (sản phẩm cháy) từ buồng cấp nhiệt theo hệ thống đƣờng ống qua bộ phận xử lý khí thải dùng than hoạt tính và đƣợc thải ra môi trƣờng qua ống khói.
Phản ứng nhiệt phân xảy ra ở chế độ nhiệt độ nhiệt phân định trƣớc đƣợc cài đặt ở tủ điều khiển phù hợp với mỗi loại nguyên liệu đƣa vào xử lý. Các chất thải hƣuc cơ bị nhiệt phân thành hỗn hợp khí - hơi nhiệt phân đi ra khỏi lò phản ứng
73
sang hệ thống thiết bị phân ly, ngƣng tụ hóa lỏng, phần còn lại là than nhiệt phân ở lại trong lò phản ứng sẽ đƣợc lấy ra ở giai đoạn kết thúc mẻ nhiệt phân bởi bộ phận tháo tro ở đáy lò và chuyển vào thùng chứa. Hỗn hợp khí - hơi nhiệt phân sau khi ra khỏi lò phản ứng qua cửa ra khí ở đỉnh lò đi qua thiết bị phân ly I – cyclone đơn – tách phần tro than bị cuốn theo trong quá trình chuyển động của dòng khí-hơi. Phần tro than đƣợc tách bởi thiết bị phân ly I (nếu có) sẽ chuyển đến thùng chứa.
Hỗn hợp khí-hơi nhiệt phân đã đƣợc tách tro than sẽ qua cửa ra ở đỉnh thiết bị phân ly I chuyển sang thiết bị ngƣng tụ dạng gián tiếp, thiết bị hấp thụ - ngƣng dầu dạng trực tiếp để thu dầu nhiệt phân. Thiết bị ngƣng tụ dạng gián tiếp gồm các ống trao đổi nhiệt, hơi nhiệt phân sẽ đi bên trong ống trao đổi nhiệt theo chiều từ trên xuống và làm nguội gián tiếp qua thành ống. Một phần hơi nhiệt phân sẽ ngƣng