lý
Chỉ tiêu Nồng độ đầu
vào
Giai đoạn sau xử lý qua hệ xúc tác truyền thống
Giai đoạn sau xử lý qua hệ xúc tác quang Nồng độ Hiệu suất (%) Nồng độ Hiệu suất (%) CO (mg/m3) 2086 ± 32,09 446,48 ± 18,44 79,04 38,16 ± 2,24 >98,18 SO2 (mg/m3) 422 ± 18,34 5,24 ± 1,06 >98,54 0 100 NOx (mg/m3) 32,49 ± 0,97 5,0 ± 0,53 >83,47 2 ± 0,03 93,02 H2 (mg/m3) 143 ± 7 139 ± 2 - 139 ± 2 - CO2 (%) 4,35 ± 0,01 4,50 ± 0,02 - 4,56 ± 0,01 -
Khí thải đốt than sau khi đi qua Hệ modul xử lý khí thải sử dụng hệ xúc tác truyền thống các khí CO, SO2, NOx và CO2 với các giá trị như sau 446,48 ± 18,44 mg/m3, 5,24 ± 1,06 mg/m3, 5,0 ± 0,53 mg/m3 và 4,50 ± 0,02%, tương ứng.
Khi các khí này đi qua hệ vật liệu quang xúc tác thì tại đây có thể diễn ra theo các phản ứng sau đây [153]:
NOads + e- → Nads + Oads (3.24)
NOads + Nads → N2Oads (3.25)
NOads + Oads → NO2 ads (3.26)
2Oads → O2 ads (3.27)
2Nads → N2 ads (3.28)
2NOads → O2,ads + N2, ads (3.29)
2NO2ads → 2O2 ads + N2, ads (3.30)
SO2 + h+ + 2H2O → H2SO4 + 2H+ (3.31)
SO2 + . OHads → HSO3 (3.32)
SO2 + .O2-, ads → SO42- (3.33)
CO + h+ → CO. (3.34)
. O2- + h+ → 2O (3.35)
O + e- → O- (3.36)
Kết quả nhận được trong bảng 3.14 cũng cho thấy khí thải đốt than sau khi qua hệ modun xử lý khí thải bằng xúc tác truyền thống nối tiếp với hệ vật liệu quang xúc tác V2O5/TiO2 đã được xử lý gần như hồn tồn: chuyển hóa CO trên 98%, NOx – trên 93,02 % và khơng phát hiện SO2 so với thành phần khí đầu vào. Lượng CO2 thu được khá cao, từ 4,35 ± 0,01 tăng lên trên 4,56± 0,01% và thích hợp cho q trình ni tảo.
Nhận xét:
Sự kết nối modun truyền thống và xúc tác quang hóa đã giải quyết gần như triệt để các thành phần khí cịn lại. Điều này gợi mở khả năng thay thế xúc tác quang cho cả hệ modun xúc tác. Tuy nhiên, việc mở rộng khả năng sử dụng xúc tác quang trong xử lý khí thải đốt than quy mơ lớn cần thiết những nghiên cứu sâu hơn trong tương lai.
3.1.2.2. Nghiên cứu thử nghiệm hệ modul hấp phụ-xúc tác để làm sạch CO2 từ khí thải đốt than tại nhà máy gạch tuynel thải đốt than tại nhà máy gạch tuynel
a. Thành phần khí thải đốt than tại Nhà máy gạch tuynel Đan Phượng, Hà Nội Hoạt động phát sinh khí thải tại Nhà máy gạch tuynel Đan Phượng, Hà Nội trong q trình sản xuất chủ yếu từ hệ thống lị nung hầm sấy theo sơ đồ hình 3.23.
Lị tuynel có dạng đường hầm thẳng, có chế độ làm việc liên tục, sử dụng than cám 5a để hoạt động. Gạch trước khi nung được đặt trên các toa xe goòng chuyển động ngược chiều với chiều chuyển động của khí nóng. Lị có những bộ phận hồi lưu và trộn khí, tránh sự phân lớp khí làm nhiệt độ lị khơng đồng đều. Lị được chia làm 3 vùng: vùng đốt nóng, vùng nung và vùng làm nguội. Khơng khí lạnh được đốt nóng lên sau khi làm nguội sản phẩm và được chuyển sang vùng nung tham gia quá trình cháy. Khơng khí nóng được chuyển sang vùng đốt nóng sấy khơ sản phẩm mộc và đốt nóng dần chúng lên trước khi chuyển sang vùng nung. Khói lị được thải ra ngịai qua ống khói nhờ quạt hút. Sự tuần hịan của khí thải cho phép tạo ra chế độ nhiệt và chế độ ẩm dịu hơn, làm cho nhiệt độ đồng đều trên tiết diện lò, giảm tác động có hại của khơng khí lạnh lọt vào.
Tương ứng với hệ thống lò nung và hầm sấy là 01 ống khói thốt ra từ lị nung (1) và 01 ống khói thốt ra từ hầm sấy (2). Hình 3.23. cho thấy nhiệt độ đầu ra của ống khói lị nung tuynel t1 = 87oC đồng thời là nhiệt độ đầu vào của lò sấy tuynel. Tại ống khói của lị nung, đề tài trích điểm đấu nối lấy khí thải nhằm làm sạch CO2
và xử lý khí đồng hành.
(a) (b)
Hình 3. 23. Sơ đồ đường khí thải (a) và điểm trích khí thải từ ống khói (b) phục vụ nghiên cứu
Bảng 3. 15. Thành phần khí thải trích từ ống khói lị nung Nhà máy gạch tuynel Đan Phượng, Hà Nội
STT Chỉ tiêu Hàm lượng 1 CO2 (%) 1,22 ± 0,01 2 SO2 (mg/m3) 148,96 ± 34,58 3 NOx (mg/m3) 30,08 ± 1,43 4 CO (mg/m3) 770,24 ± 26,68 5 VOCs (mg/m3) 0,18 ± 0,01 6 HCl (mg/m3) 2,17 ± 0,01 7 HF (mg/m3) 2,32 ± 0,02 8 CxHy (mg/m3) 25 ± 0,04 9 H2 (mg/m3) 246,00 ± 3,00
Đây là thành phần khí thải được trích từ ống khói lị nung (1) của nhà máy. Khí thải này có lưu lượng trong điều kiện thực tế Lt = 0,071 ± 0,002 m3/s ở nhiệt độ khoảng 87oC với thành phần như trong bảng 3,15. Số liệu cho thấy khí thải trích từ ống khói Nhà máy gạch tuynel chứa hàm lượng CO2 là 1,22 ± 0,01%; SO2 từ 148,96 ± 34,58 mg/m3; NOx khoảng 19,92 ± 9,96 mg/m3, CO khoảng 770,24 ± 26,68 mg/m3. Ngồi ra trong thành phần khí thải của nhà máy cịn có một lượng nhỏ VOCs, HCl, HF và CxHy, H2.
Về nguyên tắc, quá trình nung gạch sẽ phát ra các sản phẩm cháy hoàn toàn và khơng cháy hồn tồn bao gồm CO, VOCs, PM, CO2 và NOx. SO2 cũng được giải
phóng với mức độ phát thải chủ yếu phụ thuộc vào nhiên liệu được sử dụng. Khí thải từ lị gạch cũng bao gồm các chất gây ơ nhiễm có nguồn gốc từ nguyên liệu gạch mà sau đó được giải phóng trong giai đoạn nung. Chúng bao gồm SO2 (từ S trong đất), VOCs (bay hơi từ nguyên liệu thô) và các hợp chất fluo [154]. Các lò gạch thường được đặt trong các khu đất nông nghiệp và trong vùng lân cận của các cộng đồng dân cư do đó việc phát thải có thể gây ra ảnh hưởng đến sức khoẻ con người và năng suất cây trồng thông qua sự khuếch tán trong khí quyển.
b. Giới thiệu hệ thống làm sạch CO2 và xử lý khí thải đồng hành
Kết quả nghiên cứu từ bảng 3.15 cho thấy khí thải đốt than trích từ ống khói lị nung của nhà máy gạch tuyenl chủ yếu là CO2, CO, SO2, NOx, bên cạnh có cịn có một lượng nhỏ CxHy, HF, HCl, VOCs, H2 nên với mục đích làm sạch CO2 cho
ni Spirulina platensis, ở quy mô nhà máy HMĐXLKT sử dụng thêm vật liệu
Fe2O3 – MnO2 so với HMĐXLKT ở quy mơ phịng thí nghiệm. Mục đích sử dụng thêm vật liệu này khi ra quy mô thực tế là xử lý các khí HF, HCl có phát sinh thêm trong khí thải, do chúng có khả năng làm giảm pH của môi trường nuôi, ảnh hưởng đến sinh trưởng của VKL. Ở quy mô nhà máy, các modun Fe2O3 – MnO2 được sử dụng sau modun CaO – Na2CO3. Kết quả nghiên cứu khả năng hấp phụ khí HCl và hiệu quả xử lý khí HF của vật liệu Fe2O3 – MnO2 được thể hiện trong Phụ lục 3.
(a) (b)
Hình 3. 24. (a) Hệ thống thu hồi CO2 và xử lý khí đồng hành tại lị nung Nhà máy gạch tuynel, Đan Phượng, Hà Nội và (b) sơ đồ tháp xúc hấp phụ/ xúc tác
1- ống khói lị nung gạch 2 –Tủ điều khiển 3- Xyclon 4- Tháp hấp phụ/xúc tác 5- Tháp hấp thụ 6- Bình ổn áp 7- Bộ lọc khí 8- Máy nén khí 9- Khung bệ
HMĐXLKT hoạt động theo quy trình như sau: (i) thu khí thải đốt than vào buồng thu khí;
(ii) dẫn khí thải đốt than đi qua cyclon nhằm xử lý bụi
(iii) dẫn khí thải đốt than vào modun hấp phụ có chứa CaO-Na2CO3 và Fe2O3- MnO2 để xử lý SO2, HF, HCl.
(iv) dẫn khí thải đốt than đã khử SO2 ở bước (iii) sang modun oxy hóa để oxy hóa các hợp chất CxHy và CO thành CO2, trong đó chất xúc tác dùng trong modun này là La0,9K0,1CoO3 được phủ trên chất mang gốm cordierit Mg2Al2Si5O18.
(v) tiếp tục dẫn khí thải đốt than thu được ở bước (iii) sang modun chuyển hóa NOx và VOCs, trong đó chất xúc tác dùng trong buồng khử là V2O5 + WO3/ TiO2 + Al2O3 + SiO2.
(vi) rửa khí thu được ở bước (v) bằng dàn phun sương bằng nước để tạo ra khí thải CO2 sạch phù hợp cho nuôi Spirulina platensis;
(vii) tích trữ khí CO2 sạch phù hợp cho ni VKL thu được ở bước (v) vào bình chứa chịu áp để làm nguồn CO2 sạch sục vào dịch nuôi sao cho độ pH của môi trường nuôi nằm trong khoảng từ 8,5 đến 9,5.
Các modun hấp phụ và xúc tác được gia nhiệt ở nhiệt độ thích hợp và bảo ơn nhiệt độ trong suốt q trình làm sạch khí. Hàm lượng các khí thải được đo tại lối vào và lối ra trước khi khí được đưa vào thiết bị nén. HMĐXLKT được chế tạo bằng vật liệu inox. Các modun riêng biệt có thể tháo rời để xử lý, thay thế khi có yêu cầu.
c. Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ lên hiệu suất xử lý khí thải đồng hành của tháp xúc tác-hấp phụ
Trước khi hệ thống đi vào hoạt động chính thức cần được tiến hành kiểm tra lại chế độ làm việc của tháp hấp phụ-xúc tác. Nhiệt độ của buồng xúc tác được nâng dần từ nhiệt độ thường lên nhiệt độ cần thử nghiệm. Dựa trên kết quả nghiên cứu ban đầu trong mục 3.1.2.1, trong nghiên cứu này đã lựa chọn tổ hợp những modul xúc tác-hấp phụ phù hợp với điều kiện hiện hành. Trên cơ sở đó, các khoảng nhiệt độ 250, 300, 320, 350oC đã được chọn để thử nghiệm chế độ làm việc của tháp xúc tác-hấp phụ ở quy mô thực tế.