trong biogas
2.3.1. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm loại bỏ H2S
Trên cơ sở các nghiên cứu lý thuyết, thực nghiệm ở trong nước, quá trình
loại bỏ các tạp chất trong khí biogas được thực hiện theo mơ hình mơ tả ở hình 2.1; trong đó cột lọc lần lượt được thay thế với các loại vật liệu lọc khác nhau: phoi sắt, diatomit và bentonite.
Hình 2.1: Sơ đồ mơ hình xử lý H2S trong biogas bởi các vật liệu lọc khác nhau
Kết quả nghiên cứu khảo sát khả năng sử dụng các vật liệu bentonite, phoi sắt, diatomit để hấp phụ H2S trong biogas, với lưu lượng khí biogas đi qua cột lọc duy trì ổn định ở mức 4,5 lít/phút. Tổng thể tích khí lọc được từ thực nghiệm, có
nồng độ khí H2S sau lọc dưới 100 ppm được trình bày trên hình 2.2 (nồng độ các
khí trước và sau khi xử lý được phân tích bằng máy đo phân tích khí chuyên dùng GFM 435). Kết quả cho thấy khả năng xử lý H2S trong biogas theo mơ hình ở trên
đạt hiệu quả cao nhất trên vật liệu bentonite.
Hình 2.2: Hiệu quả lọc H2S trong biogas bằng những vật liệu khác nhau
Bơm hút Cột lọc Xác định nồng độ khí H2S, CO2 Biogas sau lọc Xác định nồng độ khí H2S, CO2
Thiết bị đo lưu lượng Biogas từ hầm ủ
2.3.2. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm loại bỏ CO2
Việc đánh giá khả năng hấp thụ CO2 đã được thực hiện trong dung dịch hấp thụ NaOH 20% và sử dụng hệ thống lọc bằng tháp nước có vật liệu đệm [5].
Với dung dịch hấp thụ NaOH 20% kết quả cho thấy nồng độ CH4 có thể đạt
đến giá trị 97% [5], [6], tuy nhiên q trình tái sinh NaOH 20% là khơng hiệu quả, đồng thời tạo ra chất thải sau quá trình hấp thụ, gây ảnh hưởng đến môi trường. Để
khắc phục nhược điểm của quá trình hấp thụ bằng dung dịch NaOH 20%, luận án đã nghiên cứu hấp thụ biogas bằng tháp nước có vật liệu đệm nhằm tăng cường bề mặt tiếp xúc pha giữa biogas với nước. Đây là phương pháp hấp thụ vật lý liên quan đến sự hấp thụ chọn lọc CO2, H2S trong hỗn hợp khí vào mơi trường nước. Sơ đồ
nguyên lý của hệ thống loại bỏ các tạp chất bằng tháp nước có sử dụng vật liệu đệm
được mơ tả trên hình 2.3.
Hình 2.3: Sơ đồ hệ thống lọc biogas bằng tháp nước có vật liệu đệm
1- Bơm nước; 2- Van một chiều; 3- Bể nước; 4- Thiết bị đo lưu lượng; 5- Điểm đo khí đầu vào; 6- Túi chứa khí biogas sau lọc; 7- Điểm đo khí biogas sau lọc; 8- Vịi phun nước; 9- Đồng hồ đo áp; 10- Thiết bị đo lưu lượng nước; 11- Thân cột lọc;
12- Vật liệu đệm; 13- Vịi phun khí đầu vào;
Theo sơ đồ hình 2.3, khí biogas từ hầm ủ được thổi vào cột lọc từ dưới lên
trên nhờ bơm đẩy để tiếp xúc với vật liệu đệm được làm ướt bằng nước với lưu
lượng 2 m3/h. Nhờ van tiết lưu, tốc độ dịng khí được duy trì ở giá trị 1,5 m3/h, trước khi đi vào cột lọc. Trong suốt thời gian hấp thụ, nồng độ các khí trước và sau khi xử lý được phân tích bằng máy đo phân tích khí chuyên dùng GFM 435. Đây là thiết bị phân tích khí cầm tay đã được tối ưu hố cho việc phân tích, cho phép xác định thành phần của các loại khí, đó là: CH4, CO2, O2 và H2S. Tiến hành lọc tạp
chất trong khí biogas dưới sự kiểm sốt của thiết bị đo lưu lượng khí vào, lưu lượng nước, máy đo các thành phần khí biogas trước và sau của quá trình lọc.
Kết quả nghiên cứu thực nghiệm cho thấy với lưu lượng biogas đầu vào là 1,5 m3/h (với thành phần theo thể tích của các khí đầu vào 68,7% CH4, 30% CO2,
0,3% H2S và các khí khác chiếm 1%), sau q trình lọc thu được biogas sạch với
nồng độ của CH4 lên đến 96,7%, nồng độ CO2 chỉ còn 1,87%, và các thành phần khí khác chiếm 1,43%, phương pháp này H2S được hấp thụ gần như hoàn toàn.
Trên cơ sở các số liệu thực nghiệm biogas đầu vào, luận án tiến hành mơ phỏng q trình hấp thụ và xử lý khí biogas thơ (có lẫn CO2 và H2S) bằng phương pháp hấp thụ sử dụng tháp nước. Với lưu lượng biogas thô sử dụng cho quá trình mơ phỏng là 150 m3/h. Áp suất của biogas là 1,05 bar và nhiệt độ là 250C, với thành phần như bảng 2.5.
Bảng 2.5: Thành phần biogas theo % thể tích thực nghiệm [5]
Thành phần khí ban đầu Giá trị theo thể tích [%V] Ghi chú
CH4 68,7 CO2 30,0
N2 0,3 H2S 0,7
H2O 0,3 Lưu lượng nước sử dụng tương ứng với lưu lượng khí biogas là 200 m3/h. Để
tính tốn q trình hấp thụ, luận án sử dụng mơ hình nhiệt động thể hiện sự tương
tương tác mạnh với nước của các phân tử CO2 hay H2S khi chúng được hịa tan. Để tính tốn cân bằng pha lỏng – hơi của các khí có mặt trong nhiên liệu biogas, nghiên cứu này sử dụng hằng số của định luật Henry được cho ở bảng 2.6.
Bảng 2.6: Giá trị hằng số Henry theo các hệ hấp thụ [69], [79]
Hệ Hằng số Henry Ghi chú M/atm Bar N2/H2O 0,00063 87000 CO2/H2O 0,034 1600 H2S/H2O 0,1 553 CH4/H2O 0,0014 39500 Sơ đồ q trình mơ phỏng quá trình hấp thụ và xử lý khí biogas thơ (có lẫn
CO2 và H2S) bằng phương pháp tháp nước với 12 đĩa lý thuyết, tương ứng với chiều cao của tháp khoảng 5,5 m đường kính 0,65 m với các kết quả là thành phần của nguyên liệu và sản phẩm được trình bày ở hình 2.4.
Hình 2.4: Sơ đồ mơ phỏng tháp lọc khí biogas bằng nước và bảng kết quả về thành phần của nguyên liệu biogas thô và sản phẩm biogas sạch.
Kết quả mơ phỏng trên hình 2.4 cho thấy rằng nồng độ khí CO2 là 0,9%, CH4 là 95,5% và gần như khơng tìm thấy H2S trong dịng khí biogas sạch sau khi xử lý. Kết quả mơ phỏng này hoàn toàn phù hợp với kết quả thực nghiệm do đó nghiên cứu này sẽ làm tiền đề cho việc thiết kế tháp nước để xử lý nâng cao thành phần
methane trong biogas.
2.4. Công nghệ lưu trữ khí biogas làm nhiên liệu cho các phương tiện giao thông cơ giới