3.8.1 Carbon dioxide (COx)
COx là khí không màu, không mùi và không vị. Sinh ra do quá trình cháy
không hoàn toàn của các nhiên liệu có chữa cacbon (Than, củi, dầu). C + O2 = COx
COx Bao gồm (CO, CO2)
Với CO: trữ lượng sinh ra hằng năm là 250 triệu tấn/năm. Hàm lượng CO trong không khí không ổn định, chúng thường biến thiên nhanh nên rất khó xác định được chính xác.
Khí CO xâm nhập vào cơ thể người theo con đường hô hấp, chúng sẽ tác dụng thận nghịch với Oxy hemongglobin, làm mất khả năng vận chuyển Oxy của máu và gây ngạt:
HbO2+CO=HbCO+O2
CO tác dụng với Hb mạnh gấp 250 lần so với O2.
Triệu chứng của con người khi bị nhiễm bởi CO thường bị nhức
đầu, ù tai, chóng mặt, buồn nôn, mỏi mệt. Nếu bị lâu sẽ có triệu chứng đau đầu dai dẳng, chóng mặt, mệt mỏi, sút cân. Nếu bị nặng sẽ bị hôn mê, co giật, mặt xanh tím, chân tay mềm nhũ, phù phổi cấp.
Thực vật ít nhạy cảm với CO, nhưng nồng độ cao (100-
10.000ppm) sẽ làm xoắn lá cây, chết mầm non , rụng lá và kìm hãm sự sinh trưởng của cây cối.
Với CO2: có lợi cho cây cối phát triển trong quá trình quang hợp
nhưng gây nên hiệu ứng nhà kính làm nóng bầu khí quyển của Trái Đất.
Trang 33 làm giảm công suất của động cơ.
3.8.2. Hydrogen sulfide (H2S)
H2S còn gọi là sunfur hydro là khí không màu, có mùi trứng thối.
H2S sinh ra do quá trình rác hữu cơ hủy các chất hữu cơ, các xác chết động
thực vật, đặc biệt là ở các bãi rác, khu chợ, cống rãnh thoát nước, sông hồ ô nhiễm và hầm lò khai thác than.
Trữ lượng H2S sinh ra khoảng 113 triệu tấn/năm (mặt biển tương
đương là 30 tiệu tấn, mặt đất là 80 triệu tấn, sản xuất công nghiệp là 3 tiệu tấn).
H2S có tác hại làm rụng lá cây, thối hoa quả và giảm năng suất cây
trồng.
Đối với con người, khi tiếp xúc với H2S sẽ cảm thấy khó chịu, nhức
đầu buồn nôn và mỏi mệt. Nếu tiếp xúc lâu sẽ làm mất khả năng nhận biết của khứu giác, từ đó làm tổn hại đến hệ thần kinh khứu giác và rối loạn đến khả năng hoạt động bình thường của các tuyến nội tiết trong cơ thể, cuối cùng dẫn đến bệnh thần kinh hoảng hốt thất thường. Ngoài ra nó còn kích thích tim đập nhanh, huyết áp tăng cao khiến những người mắc bệnh tim càng nặng thêm. Ở nồng độ 150ppm sẽ gây tổn thương, đến cơ quan hô hấp.
Đối với động cơ thì khí H2S có trong Biogas khi sử dụng sẽ tao
thành khí SOx làm ăn mòn các thiết bị trong động cơ và tạo ra ô nhiễm môi
trường không khí.
3.8.3. Sunfua dioxit SO2
Sunfua dioxit là chât khí không màu, có vị hăng, mùi khó chịu. SO2
trong không khí chỉ có thể biến thành SO3 dưới ánh sáng mặt trời khi có
chất xúc tác.
Chúng được sinh ra do quá trình đốt cháy nhiên liệu có chứa lưu huỳnh, đặc biệt là trong công nghiệp có nhiều lò luyện gang, lò rèn, lò gia
Trang 34 công nóng.
Hàm lượng lưu huỳnh thường xuất hiện nhiều trong than đá (0,2-
0,7%) và dầu đốt (0.5-4%), nên trong quá trình cháy sẽ tạo ra khí SO2.
S + O2 = SO2
Trữ lượng của SO2 là khoảng 132 triệu tấn/năm, chủ yếu là do đốt
than và sử dụng xăng dầu. SO2 sẽ kích thích tới cơ quan hô hấp của người
và động vật nó có thể gây ra chứng tức ngực, đau đầu, nếu nồng độ cao có
thể gây bệnh tật và tử vong. Trong không khí SO2 có thể gặp nước mưa dễ
chuyển thành Axit Sulfuric(H2SO4). Chúng sẽ làm thay đổi tính năng vật
liệu, thay đổi màu sắc công trình, ăn mòn kim loại giảm độ bền sản phẩm đồ dùng.
Thực vật khi tiếp xúc với SO2 sẽ bị vàng lá, rụng lá, giảm khả năng
sinh trưởng và có thể bị chết.
3.9. Hệ thống lọc và lưu trữ Biogas. 3.9.1. Thiết bị tách H2S 3.9.1. Thiết bị tách H2S
Trong nghiên cứu này chúng tôi sử dụng phoi sắt để tách H2S. Chất này được EPA (Cục bảo vệ môi trường Mỹ) chứng nhận không gây ô nhiễm nguồn nước ngầm và có thể thải trực tiếp ra các bãi rác. Trước khi sử dụng, phoi sắt được oxy hóa để tạo thành một lớp oxyt sắt trên bề mặt. Quá trình này có thể thực hiện một cách tự nhiên bằng cách phơi phoi sắt ngoài không khí một thời gian hoặc đốt để tăng tốc độ oxy hóa. Phản ứng oxy hóa phoi sắt diễn ra như sau:
Fe + 1/2 O2→ FeO
2Fe + 3/2O2 → Fe2O3
3Fe + 2O2 → Fe3O4
Oxyt sắt tạo thành là hỗn hợp của các oxyt FeO, Fe2O3, Fe3O4. Các
phản ứng trên có thể được xúc tiến nhanh hơn bằng cách tưới nước trên phoi sắt. Quá trình oxy hóa sắt đạt yêu cầu khi bề mặt phoi sắt chuyển từ
Trang 35 màu xám sang màu vàng xốp, hoặc đỏ xốp.
Khi khí biogas đi qua thiết bị lọc chứa oxyt sắt, H2S được tách ra
theo các phản ứng sau:
Fe2O3 + 3H2S → Fe2S3 + 3H2O
Fe3O4 + 4H2S → FeS +Fe2S3 + 4H2O
FeO + H2S → FeS + H2O
Khả năng tách H2S của thiết bị giảm dần theo thời gian. Sau 1 tuần
sử dụng đầu tiên (trung bình 4 giờ/ngày), khả năng khử của thiết bị đạt trên 99,4%. Sau 1 tháng sử dụng, hiệu suất của thiết bị vẫn còn đạt trên 98%. Khi hiệu suất của thiết bị giảm thấp, chúng ta có thể tái sinh lõi lọc bằng cách phơi phoi sắt ngoài không khí. Phản ứng tái sinh diễn ra như sau:
Fe2S3 + O2 → Fe2O3 + 3S FeS + O2 → FeO + S
Phản ứng trên là phản ứng tỏa nhiệt, có thể tự xảy ra trong điều kiện nhiệt độ môi trường. Để gia tốc quá trình tái sinh, chúng ta có thể đốt phoi sắt đã sử dụng trong 15 phút. Tuy nhiên quá trình này tạo ra chất khí ô
nhiễm SO2:
Fe2S3 + 9/2O2→ Fe2O3 + 3SO2
FeS + 3/2O2→ FeO + SO2
Phoi sắt có thể được tái sử dụng từ 3-5 lần.
Phoi sắt sau khi đốt được trộn với vỏ bào cưa với tỉ lệ 4:1 về thể
tích, sau đó được cho vào thiết bị lọc H2S (hình 4.3). Với lưu lượng biogas
là 0,86 m3/h, khối lượng phoi sắt sử dụng là 8kg để lắp đầy một thiết bị
bằng PVC có chiều cao 1,5m, đường kính ngoài 200mm. Tổn thất áp suất
trung bình khi qua thiết bị tách H2S là 0,3mbar.
Thiết bị như trên đã được sử dụng để lọc khí H2S cho nguồn khí
Trang 36
Kết quả phân tích khí trước và sau khi đi qua lọc cho ở bảng 4.2. Chúng ta thấy hiệu suất lọc đạt khá cao (trên 99%).
Hình 3. 3 Thiết bị lọc H2S
Sau 1 giờ sử dụng Sau 20 giờ sử dụng
Trước xử lý Sau xử lý Trước xử lý Sau xử lý Hàm lượng H2S (mg/l) 0,17 0,0005 0,20 0,001 ppm thể tích 112 0,33 132 0,66 Bảng 3. 2 Hiệu quả lọc H2S 3.9.2. Tháp tách CO2
Việc tách CO2 ra khỏi biogas được thực hiện dựa vào tính chất hấp
thụ khí carbonic của nước. Nguyên lý của phương pháp này là cho khí tiếp xúc ngược chiều với nước trong đó, khí đi từ dưới lên, còn nước chảy từ trên xuống. Để tăng cường sự tiếp xúc của khí và nước, nhóm đã sử dụng
Trang 37
các vật liệu trơ như gỗ, đá, gạch để làm đệm. Để cố định lớp đệm trong bên trong tháp, nhóm đã sử dụng một đĩa đục lỗ bằng mica, đặt ở phần
dưới của tháp. Với kích thước tháp tách CO2 như hình 3, lưu lượng biogas
là 0,86 m3/h, thành phần CO2 ở đầu vào tháp là 36,47%, thành phần CO2
ở đầu ra của tháp là 19,22%, chúng ta đạt được hiệu quả xử lý CO2 là
47,30%. Tổn thất áp suất khi đi qua thiết bị hấp thụ CO2 là 5mbar.
Hình 3. 4 Tháp tách CO2
3.9.3. 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.
L?i vào c?a biogaz
L?i ra c?a biogas
L?i vào c?a n??c L?i ra c?a n??c ??a ??c l? ??m ?ng 23 ?ng Thân ?ng ?ng
Trang 38
Hình 3. 5 Hệ thống lưu trữ Biogas.
1. Bình chứa khí Biogas. 2.V-01. Van vào túi chữa 3. V-02.Van tới động cơ
Bình chứa khí Biogas: Có nhiệm vụ chứa khí, đảm bảo cấp khí đủ cho động cơ hoạt động trong một thời gian nhất định.
3.9.4. Duy trì hoạt động hệ thống sản xuất và lưu trữ Biogas 3.9.4.1. Duy trì đường cấp thoát nước và vùng có rác thải hữu cơ 3.9.4.1. Duy trì đường cấp thoát nước và vùng có rác thải hữu cơ
Yêu cầu làm vệ sinh hàng ngày vùng đất bao quanh bằng cách loại bỏ các tạp chất, sau đó mới cho vào ngăn trộn
Làm vệ sinh vùng bao quanh không có rác hữu cơ bằng nước và để nó chảy vào đường thoát nước khác.
Không được cho nước có lẫn các chất hoá học, thuốc kháng sinh hoặc chất khử trùng vào hầm phân huỷ. Vi sinh vật hoạt hoá khí gas trong bể sẽ chết.
3.9.4.2. Duy trì ngăn trộn
Phải loại bỏ khỏi phân tất cả các tạp chất như: cỏ khô, vỏ trấu, sỏi, đất, và các chất vô cơ trước khi cho vào bể trộn. Các chất này sẽ làm cạn mức nước ở ngăn phân huỷ và gây ra tắc các đường ống.
Trộn lẫn hoặc đảo lật hỗn hợp trong hố dẫn vào cho tới khi nó trở thành chất lỏng sau đó mở cửa của ngăn trộn để cho dòng hỗn hợp chảy
Trang 39 vào ngăn phân hủy.
Thường xuyên làm vệ sinh ngăn trộn lẫn và cửa sau khi bổ sung phân vào ngăn phân huỷ.
Mỗi lần một tuần dùng gậy gỗ để đảo lật dung dịch lên men để tránh bọt hoặc vảy cặn ở đáy của hầm hoặc tắc ống đầu vào.
Để cho phân dễ chảy vào ngăn phân huỷ, nên dùng gas từng phần trước khi thêm phân. Vì áp lực cao trong ngăn phân huỷ, nó làm chậm dòng phân chảy vào.
3.9.4.3. Duy trì đường dẫn vào ngăn phân huỷ
Cho nước sạch vào trong đường dẫn của ngăn phân huỷ để phòng trừ đất sét bao phủ bên ngoài để làm khô. Khí gas có thể rò rỉ.
Tại ngăn trộn và đường ống vào nên được che đậy kín để ngăn ngừa các loại sinh vật vùng có nước bám vào và cũng ngăn cản nước bay hơi nhanh.
Nên mở nắp đậy của ngăn trộn và ống dẫn đầu vào để kiểm tra mỗi năm một lần, nếu có bọt hoặc vảy do phân thì có thể bỏ đi.
Nếu gas không được sản sinh trong nhiều ngày thì không cho thêm rác thải hữu cơ
Khi khí gas đang ở áp lực mạnh nhất thì kéo cửa đường dẫn ra lên, khí gas sẽ giúp cho việc đẩy những cặn lắng ra khỏi nền của ngăn.
Để cửa mở cho đến khi ngửi thấy mùi khí gas hoặc phần cặn ướt trở nên rất lỏng sau đó thì đóng cửa.
ít nhất phải loại bỏ chất cặn lắng mỗi tuần một lần. Nếu chất cặn lắng không bị đẩy ra ngoài khi cửa được kéo ra thì sử dụng que gỗ để thông đường ống dẫn ra.
Cửa cần phải được đóng chặt. áp lực trong ngăn phân huỷ sẽ giảm xuống nếu có nước bị rò rỉ.
Trang 40
3.9.4.4. Duy trì ngăn áp lực
Để cho đường ống dẫn ra không bị tắc bằng cách rửa sạch phân khô (phun ướt phân khô cho đến nhão) và phần cặn lắng bao quanh ống dẫn vào để phần tự do chảy vào.
Ngăn áp lực cũng cần phải đậy nắp kín để ngăn không cho các sinh vật khác hoặc nước mưa chảy vào.
ít nhất mỗi tuần một lần phải dùng gậy gỗ để đẩy hoặc khuấy đảo dịch phân tại đường dẫn phân thải ra ngăn áp lực để ngăn chặn hoặc giảm bớt các bọt hoặc váng cặn bao quanh đường ống và phần cặn lắng ở đáy sàn, đồng thời gây chấn động tạo thêm KSV trong hầm
3.9.4.5. Duy trì hầm lưu trữ và ngăn lọc cát:
Không được để phần cặn lắng chảy lan ra từ ngăn lưu trữ (hố chứa phân ra) bởi vì nó tạo ra cảm giác không sạch sẽ và tạo ra chất bùn lắng. Nếu trong khu vực không có hệ thống cống thoát, thì có thể xây dựng thêm một hố rút có lọc bằng cát, sỏi.
Nên thường xuyên chuyển chất cặn lắng ra khỏi hầm lưu trữ và vùng lọc để ngăn ngừa việc chảy vào quá nhiều và làm cho chất cặn lắng chảy ngược vào ngăn phân hủy. Có thể sử dụng chất cặn lắng ở hầm lưu trữ rất tốt trên những cánh đồng, ao cá, trồng cây hoặc giữ nó lại để bán.
Có thể dùng chất cặn lắng trong ngăn lưu trữ như là bùn lỏng. Tuy nhiên cũng có thể trộn lẫn với cỏ dại băm nhỏ làm phân ủ lên men hoặc sử dụng như là phân khô để bán.
3.9.4.6. Duy trì ống dẫn gas
Ống dẫn khí cần phải lắp vào tường và cột trụ, và phải buộc chắc chắn, ống dẫn khí dễ bị vỡ nếu lắp đặt lỏng lẻo hoặc độc lập.
Ống dẫn khí đặt ngầm dưới đất cần được bảo vệ an toàn để tránh bị tổn hại do con người, động vật và các phương tiện vận chuyển gây ra.
Trang 41
Van cần được đóng chặt và không để nước đọng bên trong. Ống dẫn phải được vặn chặt sau khi thay ống. Có thể lắp đặt một bẫy nước có tác dụng tháo nước ngưng và tránh nước đọng theo đường ống chảy ra bếp đun giảm hiệu suất cháy.
3.9.4.7. Áp kế
- Áp kế là một thiết bị rất quan trọng trong hệ thống tạo khí sinh học, nó sẽ chỉ ra những bất thường trong hệ thống.
- Cả hai mức nước trong áp kế đều phải bằng nhau (khi đã hết khí). Để tính chính xác lượng khí được lưu giữ, cần điều chỉnh các mức sau:
- Đóng van tại đường dẫn vào của bể phân huỷ. - Mở van tại bẫy nước.
- Đổ đầy nước vào ống cho tới khi cả hai mức ở 0.
Khi áp suất giảm thấp, không thể đạt được mức độ bình thường có thể phát hiện qua các trục trặc sau:
- Có sự rò rỉ khí của hệ thống, cần phải phát hiện nơi rò rỉ và sửa chữa.
- Sản lượng khí giảm, cần tìm nguyên nhân để khắc phục. - Đường ống bị tắc.
Hiện tượng áp suất lên xuống chập chờn, máy phat điện chạy không ổn định.
Trang 42
3.9.5. Hệ thống cung cấp khí biogas cho động cơ tĩnh tại
Hình 3. 6 Sơ đồ cung cấp khí Biogas cho động cơ tĩnh tại.
1. Bình ổn định 8. Bơm nước
2,3. Thiết bị lọc khí H2S. 9. Động cơ tĩnh tại
4. Thiết bị hấp thụ CO2 10. Đường ống dẫn Biogas
sạch
5. Túi đựng Biogas sạch 11. Các van đóng mở khí
Trang 43
CHƯƠNG 4. SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ GX200 CHẠY BẰNG KHÍ GAS
4.1. Thông số kỹ thuật
Kiểu máy 4 thì, 1xilanh, nghiêng 25o , nằm ngang
Dung tích xilanh 196cc
Đường kính x hành trình piston 68 x 45 mm Tỉ số nén 8.5 : 1
Công suất thực 4.1 kW (5.5 mã lực) / 3,600 v/p
Mô men soắn cực đại 12.4 N.m 2,500 v/p Mức tiêu hao nhiên liệu: 1.7 lít/ giờ
Hệ thống làm mát: Bằng gió cưỡng bức Hệ thống đánh lửa: Bán dẫn IC
Loại bugi sử dụng: BP6ES (NGK)/W20EP-U(DENSO), BPR6ES (NGK)/ W20EPR-U (DENSO)
Kiểu bình xăng con: Cánh bướm, Giclơ thông thường Kiểu lọc gió: Lọc khô, lọc dầu
Kiểu điều tốc: Kiểu cơ khí
Hệ thống bôi trơn: Tát nhớt cưỡng bức Dung tích nhớt bôi trơn: 0.6 lít
Hệ thống khởi động: Bằng tay
Kiểu công tắc dừng máy: Kiểu ngắt mạch
Trang 44
Hình 4. 1 Động cơ Honda GX200
4.2. Các chi tiếc để chuyển đổi sang chạy khí Gas