V. THIẾT KẾ BỘ TẠO HỖN HỢP BIOGAS – KHƠNG KHÍ CHO
1.3.Chất hấp phụ
Yêu cầu căn bản của chất hấp phụ là bề mặt riêng phải lớn. Hiện tại người ta hay dùng than hoạt tính và silicaghen để làm chất hấp phụ.
1.3.1. Than hoạt tính
Nguyêu liệu đề làm than hoạt tính là những vật liệu cĩ chứa cacbon như: gỗ, than bùn, xương động vật.
* Quá trình làm than hoạt tính như sau: - Chưng khơ các nguyên liệu.
- Kích thích hoạt tính của than sau khi chưng cất khơ.
Quá trình kích thích hoạt tính được thực hiện ở nhiệt
độ khoảng 900oC với các chất oxy hố như khơng khí, oxy,
hơi, nước….
Tính chất của than hoạt tính phụ thuộc vào tính chất của nguyên liệu đầu và điều kiện hoạt hố. Than hoạt tính cĩ thể dùng ở dạng bột (50 ÷ 200 µ) hay dạng hạt kích thước hạt từ 1 ÷ 7mm. Bề mặt hoạt động biểu diễn
bằng m2/g. Một gam than hoạt tính cĩ thể đạt đến 600 ÷
1700m2.
Than hoạt tính là một chất hấp phụ rất tốt, nĩ được ứng dụng chủ yếu trong việc thu hồi các dung mơi hữu cơ và để thu hồi chúng.
Nhược điểm của than hoạt tính là dễ cháy ở nhiệt độ cao, thường khơng dùng than hoạt tính ở nhiệt độ lớn hơn
200oC, để khắc phục nhược điểm đĩ người ta trộn thêm
silicagen với than hoạt tính nhưng điều đĩ sẽ làm giảm hoạt tính của than.
1.3.2. Silicagen
Silicagen là axit silic kết tủa khi cho tác dụng với H2SO4 hay HCl hay là muối của chúng với Silicat Natri kết tủa đĩ đem
rữa sạch và sấy ở nhiệt độ 115 ÷ 130oC đến độ ẩm 5 ÷ 7
%. Silicagen được ứng dụng ở dạng hạt kích thước từ 0,2
÷ 7mm. Bề mặt riêng đạt đến 600 mm2/g. Ứng dụng chủ
yếu của Silicagen là để sấy khí (Hút hơi nước trong hổn khí).
1.3.3. Sắt (III) oxyt
Sắt (III) oxyt là chất rắn hấp phụ rất tốt khí H2S, nĩ là chất hấp phụ hố học đặc biệt cĩ tính chọn lọc cao với H2S.
1.2. Hấp thụ .
Hấp thụ là quá trình hút khí bằng chất lỏng, khí được hút là chất bị hấp thụ, chất lỏng dùng để hút khí là dung mơi (cịn gọi là chất hấp thụ), khí khơng bị hấp thụ gọi là khí trơ. Quá trình hấp thụ đĩng một vai trị quan trọng trong sản xuất hố học, nĩ được ứng dụng để:
+ Thu hồi các cấu tử quí + Làm sạch khí
+ Tách hỗn hợp thành cấu tử riêng biệt. + Tạo thành sản phẩm cuối cùng
2. CƠNG NGHỆ XỬ LÍ KHÍ H2S VÀ CO2
2.1. Nguyên tắc
Khử acide cho khí là quá trình tách các khí acide (CO2 và
H2S) ra khỏi thành phần khí biogas, thơng thường loại bỏ H2S yêu cầu triệt để hơn vì vấn đề sức khoẻ con người, mơi trường và yêu cầu của việc vận chuyển (khả năng kết tinh của khí acide khi nĩ vận chuyển ở nhiệt độ thấp của CO2 và ăn mịn của H2S). 2.2. Các phương pháp khử CO2 và H2S + Phương pháp hấp thụ. + Phương pháp hấp phụ. + Phương pháp sinh học. 2.3. Lựa chọn cơng nghệ xử lý CO2 và H2O. + Dùng phoi sắt để hấp phụ H2S: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Phoi sắt là những sợi mảnh phế liệu trong tiện, phay, bào ... rất dễ kiếm nên cĩ hiệu quả kinh tế cao.
- Phoi sắt cĩ tính hấp phụ chọn lọc cao với H2S, cĩ khả năng tách triệt để H2S.
- Phương pháp tái sinh phoi sắt đơn giản bằng cách sục khơng khí nĩng ở ( 20 ÷ 50oC) qua lớp phoi sắt.
+ Dùng nước để hấp thụ:
- H2O cĩ khả năng hấp thụ chọn lọc H2S và CO2 hơn so với CH4 nên khơng gây mất mát.
- H2O dễ dàng tái sinh bằng phương pháp phun để giảm áp. - H2O là dung mơi rẻ tiền, dễ kiếm nên cĩ hiệu quả kinh tế cao.
Cơng nghệ được chọn thiết kế đơn giản, dễ vận hành và sữa chữa, rất phù hợp với điều kiện nơng thơn.
2.4. Sơ đồ hệ thống thiết bị xử lý khí biogas.2.4.1. Thiết bị tách H2S. 2.4.1. Thiết bị tách H2S. * Kết cấu thiết bị: 4 5 6 7 8 3 9 a b Hình 5.1. Thiết bị tách H2S. a- Hình chiếu đứng thiết bị. b- Hình chiếu bằng thiết bị. 1- Tai cố định. 6- Lưỡi đỡ đệm. 2- Nắp thiết bị. 7- Van dẫn khí ra.
3- Van dẫn khí vào. 8- Bu lơng.
9- Lỗ lắp bulơng.
Quá trình hấp phụ H2S trên bề mặt phoi sắt là hấp phụ hố học, dựa trên cơ sở các phản ứng hố học sau:
Quá trình hấp phụ: Fe2O3 + 3H2S = Fe2S3 + H2O
Quá trình nhã hấp phụ: 2Fe2S3 + 3O2 = 2Fe2O3+6S (5-2).
Phoi sắt trước khi sử dụng phải được oxi hĩa để tạo thành một lớp oxyt sắt trên bề mặt. Quá trình này cĩ thể thực hiện tự nhiên bằng cách phơi ngồi khơng khí một thời gian hoặc cĩ thể đốt để oxy hĩa nhanh hơn. Phản ứng xảy ra như sau:
Fe + 1/2 O2 -> FeO (5-3).
2Fe + 3/2O2 -> Fe2O3 (5-4).
3Fe + 2O2 -> Fe3O4 (5-5).
Oxyt sắt tạo thành là hỗn hợp của các oxyt FeO, Fe2O3, Fe3O4. Phoi sắt sau khi được đốt sẽ được trộn với vỏ bào cưa với tỉ lệ 1:1 về thể tích, sau đĩ được cho vào thiết bị chứa để tăng khả năng tiếp xúc giữa biogas và phoi sắt. Hỗn hợp khí biogas được dẫn vào thiết bị, trong thiết bị hàm lượng khí H2S bị hấp phụ lại bằng các phản ứng trên. Sau khi hỗn hợp khí ra khỏi thiết bị hàm lượng H2S rất ít.
2.4.2. Thiết bị tách CO2.
2 1 5 4 6 3 7 Hình 5.2. Thiết bị tách CO2.
1- Van đưa khí biogas ra. 5- Đệm.
2- Thân thiết bị. 6- Van đưa khí
biogas vào.
3- Lối vào của nước. 7- Lối ra
của nước.
4- Vịi phun nước.
CO2 chiếm một thành phần lớn trong Biogas. Tuy nĩ khơng gây ra ăn mịn, nhưng nĩ làm giảm cơng suất của động cơ phát điện do những nguyên nhân sau:
+ CO2 làm giảm lượng khí CH4 nạp vào động cơ trong kỳ hút.
+ CO2 hấp thụ nhiệt tạo ra do khí cháy.
Vì những nguyên nhân đĩ, nên CO2 cần được tách ra càng nhiều càng tốt. Dựa vào khả năng hấp thụ của CO2 trong nước, sử dụng phương pháp hấp thụ CO2 bằng nước. Nguyên lý của phương pháp này là cho khí tiếp xúc ngược chiều với nước trong đĩ, khí đi từ dưới lên, cịn nước chảy từ trên xuống. Để tăng cường sự tiếp xúc của khí và nước, sử dụng các vật liệu trơ như gỗ, đá để làm đệm. Để cố định lớp đệm trong bên trong tháp, dùng một đĩa đục lỗ, đặt ở phần dưới của tháp. 2.4.3. Sơ đồ hệ thống tách H2S và CO2. BIOGAS TỪ HẦM NƯỚC 1 V-01 V-02 V-03 V-04 V-05 V-06 4 7 6 8 2 3 5 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
2- Thiết bị hấp phụ H2S. 6, 7- Bình chứa nước.
3- Thiết bị hấp phụ dự phịng. 8- Bơm nước. 4- Thiết bị hấp thụ cácboníc.
* Nguyên lý làm việc của hệ thống:
- Khí biogas từ hầm chứa rất nhiều thành phần khí được dẫn qua bình ổn định (1) để ổn định áp suất và lưu
lượng, sau đĩ được dẫn vào thiết bị hấp thụ (2) và H2S được hấp thụ trên bề mặt phoi sắt . Sau khi qua thiết bị hấp thụ (2) thì hỗn hợp khí chữa H2S với tỷ lệ rất thấp và được đưa vào thiết bị hấp thụ cácboníc (4), ở đây CO2 được hấp thụ bằng cách phun nước. Hỗn hợp khí sau khí qua thiết bị hấp thụ khí cácboníc chứa hàm lượng CO2 và H2S thấp được dẫn vào bình điều áp (5) để ổn định áp suất trược khi vào động cơ. Sauk hi được lọc hỗn hợp khí biogas chứa khoảng 97,9 % CH4.
V.2. THIẾT KẾ HỆ THỐNG LƯU TRỮ BIOGAS.
Để đảm bảo lưu lượng cũng như áp suất khí biogas được ổn định trước khi nạp vào động cơ, cần phải thiết kế hệ thống lưu trữ biogas.
Hình 5.4. Hệ thống lưu trữ biogas.
1- Bình chứa khí biogas. 4- Cụm van nạp, van
xả an tịan.
2- Cần khố gas. 5- Đồng hồ đo áp
suất khí.
3- Van điều áp.
+ Bình chứa khí biogas: Cĩ nhiệm vụ chứa khí, đảm bảo cấp khí đủ cho động cơ hoạt động trong một thời gian nhất định.
+ Cần khố gas: Mở khí cấp vào động cơ khi sử dụng và đĩng khi động cơ ngừng làm việc đảm bạo khí khơng bị tổn thất ra ngồi.
+ Van điều áp:Ổn định áp suất khí trước khi vào động cơ. + Van an tồn: Thự hiện chức năng an tồn khi áp suất trong bình chứa tăng cao, vượt quá giới hạn cho phép.
+ Đồng hồ đo áp suất khí: Đo áp suất khí trong bình.
V.3. THIẾT KẾ BỘ TẠO HỖN HỢP BIOGAS – KHƠNG KHÍ CHO ĐỘNG CƠ TĨNH TẠI. KHÍ CHO ĐỘNG CƠ TĨNH TẠI.
3.1. CHỌN ĐỘNG CƠ. 3.1.1 Giới thiệu động cơ. 3.1.1 Giới thiệu động cơ.
Động cơ đang được dùng để thử nghiệm là loại động cơ do trung quốc sản xuất, nhiên liệu dùng cho động cơ này là xăng. Động cơ cĩ những đặc điểm: Kích thước của động cơ nhỏ, động cơ đặt thẳng đứng, hệ thống phối khí cĩ 2 xupáp nạp và xả đặt, hệ thống khởi động bằng dây nén, cơng suất cực đại động cơ 1,5 KW. Động cơ được sử dung rộng rãi trong sinh hoạt gia đình, trong nơng nghiệp, cơng nghiệp … 2.0 HP 2 3 4 5 7 8 6 Hình 5.6. Động cơ.
1- Nắp xăng. 5- Khố xăng BCHK.
2- Bình xăng. 6- Chén xăng BCHK.
3- Đường xăng xuống BCHK. 7- Cần khởi động.
4- Lọc giĩ. 8- Thân máy.
3.1.2. Những thơng số kỹ thuật của động cơ.
- Cơng suất cực đại của động cơ. 1,5 KW. - Nhiên liệu được dùng cho động cơ Xăng. - Thể tích cơng tác 85,789 cm3. - Đường kính xylanh D 51 mm. - Hành trình của piston S 42 mm. - Tỷ số nén ε 7,6. - Số vịng quay định mức n 3500 vịng/phút. - Khe hở bugi 0,5 ÷ 0,6 mm. - Gĩc mở sớm xupáp nạp ϕ1 12o . - Gĩc đĩng muộn xupáp nạp ϕ2 40o. - Gĩc mở sớm xupáp thải ϕ3 42o.
- Gĩc đĩng muộn xupáp thải ϕ4 10o.
- Gĩc đánh lửa sớm ϕđ 10o.
3.1.3. Các chi tiết cố định của động cơ.
Các chi tiết cố định của động cơ bao gồm: Thân máy, nắp máy, nắp hộp các te và các đệm bao kín. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
2
3 4
Hình 5.7. Sơ đồ phân chia động cơ.
1- Nắp máy. 3- Nắp hộp các te.
2- Thân máy. 4- Đế máy.
3.1.3.1. Thân máy.
Thân máy của động cơ là một chi tiết lớn nhất, khối lượng của than máy chiếm khoảng 70 ÷ 80 % tổng số khối lượng của động cơ. Trên thân máy được lắp các cụm chi tiết:
+ Cụm trục khuỷu – bánh đà.
+ Cụm trục cam dẫn động cơ cấu phối khí. + Xylanh, bugi đánh lửa.
+ Cụm bộ điều tốc.
- Bên trong thân máy là nơi chứa dầu bơi trơn.
- Bên ngồi thân máy cĩ các gân tản nhiệt vì động cơ làm mát bằng giĩ.
- Vật liệu chế tạo thân máy: Nhơm hợp kim.
Nắp máy cùng với piston và xylanh tạo thành buồng cháy của động cơ.
- Phía trên phần đối diện với đỉnh piston được bố trí các chi tiết như.
+ Xupáp nạp . + Xupáp thải. + Bugi đánh lửa.
- Bên ngồi nắp máy cĩ các gân tản nhiệt. - Vật liệu chế tạo nắp máy: Nhơm hợp kim.
3.1.3.3. Đệm nắp máy.
Giữa thân máy và nắp máy cĩ lắp một đệm nắp máy, tác dung của đệm nắp máy dùng để bao kín buồng cháy khơng cho khí lọt ra ngồi.
- Vật liệu chế tạo: amiăng cĩ viền thép ở mép của lỗ xylanh.
- Chiều dày của đệm: 1mm.
3.1.3.4. Nắp hộp các te.
Nắp hộp các te của động cơ dùng để chắn bụi và ngăn khơng cho dầu bơi trơn vung ra ngồi, nắp được lắp một bên phần giới động cơ.
- Vật liệu chế tạo: Nhơm hợp kim.
3.1.4. Cơ cấu trục khuỷu – thanh truyền – pis ton. 3.1.4.1. Trục khuỷu.
Trục khuỷu của động cơ được đúc liền.
- Các bề mặt tiếp xúc được gia cơng đạt độ bĩng và chính xác cao.
3.1.4.1. Thanh truyền.
Thanh truyền được chế tạo bằng hợp kim nhơm.
- Đầu to thanh truyền lắp với chốt khuỷu nhờ hai bulơng, bề mặt tiếp xúc với chốt khuỷu được gia cơng với độ bĩng cao. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Tiết diện thanh truyền cĩ hình dạng chữ I.
- Ở đầu nhỏ và đầu to thanh truyền cĩ các rãnh và các lỗ để dầu nhớt vào bơi trơn các bề mặt lắp ghép giữa chốt khuỷu và đầu to thanh truyền và chốt piston và đầu nhỏ thanh truyền.
3.1.4.2. Pis ton.
Piston của động cơ được chế tạo bằng hợp kim nhơm. - Đầu piston phẳng.
- Trên piston cĩ hai rãnh để lắp secmăng khí và một rãnh để lắp sécmăng dầu, bề rộng để lắp sécmăng khí 1,5 mm, bệ rộng rãnh để lắp secsmăng dầu 2,5 mm, chiều sâu các rãnh 3 mm.
- Đường kính của piston: 51 mm. - Chiều dài của piston : 45 mm.
- Thân piston được vát bới hai bên hơng.
3.1.5. Các hệ thống của động cơ. 3.1.5.1. Hệ thống phân phối khí.
Động cơ dùng hệ thống phân phối khí xupáp đặt. - Đường kính của nấp xupáp nạp : 18 mm.
- Đường kính của nấp xupáp thái : 16 mm. - Đường kính thân xupáp nạp: 5,2 mm. - Đường kính thân xupáp thải: 5,2 mm.
- Chiều dài xupáp nạp: 60 mm. - Chiều dài xupáp thải: 60 mm.
- Xupáp được chế tạo bằng thép.
- Dẫn động của xupáp nạp và thải bằng con đội hình nấp bằng nhờ hai cam: cam nạp và cam thải bố trí trên trục cam.
- Trục cam được bố trí ở thân máy. + Đường kính của trục cam: 12 mm.
+ Đường kính cơ sở của trục cam: 20 mm. + Chiều cao của vấu cam: 5,4 mm.
+ Chiều dài trục cam: 100 mm.
- Trục cam được chế tạo bằng gang.
- Dẫn động quay trục cam bằng bánh răng ở đầu trục trục cam và bánh răng ở đầu trục khuỷu.
- Trên các bánh răng cĩ đánh dấu nên khi lắp ráp phải chú ý là dấu ở trên bánh răng trục cam phải trùng với dấu ở trên bánh răng trục khuỷu.
2- Trục khuỷu. 5- Bánh răng trục cam.
3- Dấu trên bánh răng trục khuỷu. 6- Trục
cam.
2
1
3
4
Hình 5.9. Sơ đồ hệ thống phân phối khí.
1- Thân máy. 3- Lị xo.
2- Nấm xupáp 4- Trục cam.
3.1.5.2. Hệ thống làm mát. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Động cơ được làm mát bằng quạt giĩ và các gân tản nhiệt trên thân máy và nắp máy.
3.1.5.3. Hệ thống bơi trơn.
Động cơ được bơi trơn bằng cách vung tĩe dầu. Dầu được vung toé nhờ một cần khuấy đúc liền với nắp đầu to thanh truyền.
1
2
4 3
Hình 5.10. Sơ đồ hệ thống bơi trơn.
1- Cần khuấy. 3- Thanh truyền.
2- Thân máy. 4- Piston.
- Chiều dài cần khuấy: 30 mm.
- Khi động cơ hoạt động cần khuấy sẽ khuấy liên tục làm vung toé dầu đi bơi trơn các bề mặt ma sát.
* Nhận xét: Phương án bơi trơn bằng vung toé dầu. + Bơi trơn khơng cĩ quy luật, lưu lượng khơng ổn định. + Dầu va đập nên tuổi thọ giảm.
+ Dầu tiếp xúc với nhiệt độ cao, nên độ nhớt giảm, tiêu hao dầu.
Hệ thống đánh lửa bằng Transistor cho phép máy khởi động nhanh và hoạt động tin cậy.
- Thời điểm đánh lửa sớm: 12o. - Động cơ dùng bu gi NGK hoặc ND.
3.1.5.5. Hệ thống nhiên liệu.
Hệ thống nhiên liệu của động cơ thuộc loại tự chảy.
3.1.5.6. Kích thước của động cơ.
Kích thước lớn nhất của động cơ: 165×182×227 (mm).