3.1.2. Nghiên cứu thử nghiệm hệ modun hấp phụ-xúc tác để làm sạch CO2 từ khí thải đốt than khí thải đốt than
3.1.2.1. Nghiên cứu thử nghiệm hệ modul hấp phụ/xúc tác để làm sạch CO2 từ khí thải đốt than quy mơ phịng thí nghiệm thải đốt than quy mơ phịng thí nghiệm
a. Thành phần khí thải đốt than
Than tổ ong được sử dụng trong điều kiện phịng thí nghiệm có thành phần như sau:
Bảng 3. 8. Thành phần hóa học của than tổ ong
STT Thành phần Đơn vị Nghiên cứu này Ge và cs (2004)
[148] 1 Độ ẩm % 13,12* 1,67 2 Độ tro % 38,56 33,85 3 C % 55,82 56,09 4 H % 1,26 2,99 5 S % 0,63 1,31 6 O % 1,86 3,43 7 N % 0,72 0,66
Ghi chú: Tất cả các thành phần được tính bằng phần trăm (%) theo trọng
lượng trên cơ sở nhiên liệu khơ, * được tính bằng phần trăm (%) theo trọng lượng
Bảng 3.8 cho thấy thành phần hóa học của than tổ ong sử dụng cho mục đích nghiên cứu trong điều kiện phịng thí nghiệm có hàm lượng các bon khá cao chiếm 55,82%; độ tro và độ ẩm chiếm 38,56% và 13,12%. Bên cạnh đó trong than cũng có chứa các thành phần khác như H, S, O và N có hàm lượng 1,26%; 0,63%; 1,86% và 0,72%, tương ứng. Kết quả nghiên cứu của nhóm tác giả Ge và cs cũng cho thấy trong than tổ ong hàm lượng các bon chiếm lượng lớn với 56,09 %; hàm lượng H, S, O và N có hàm lượng 2,99%; 1,31%; 3,43% và 0,66%, tương ứng [148].
Với các thành phần của than như trên bảng 3.8, khi đốt than có thể xảy ra các phản ứng hồn tồn hoặc khơng hồn tồn, tạo thành các khí tương ứng hoặc kết tụ thành những hạt bụi lơ lửng (PM). Những phản ứng cơ bản xảy ra như sau:
Phương trình cháy các bon khơng hoàn toàn:
2CxHy + xO2 = 2xCO + yH2 (3.1)
Phương tình cháy các bon hồn tồn:
CxHy + xO2 = xCO2 + y/2H2 (3.2)
Các hợp chất chứa lưu huỳnh + O2 SO2 (3.3)
Các hợp chất chứa các bon, hydro và Nitơ + O2 CO, NOx, H2O, CxHy.
(3.4)
Để hiểu rõ được thành phần khí thải phục vụ cho nghiên cứu, thành phần khí thải sau khi đốt than đã được tiến hành khảo sát (Bảng 3.9). Than được đốt trong điều kiện dư oxy nhờ vào việc cấp oxy khơng khí liên tục bằng quạt gió. Sau đó khí đốt than được thu gom vào bình và được phân tích hàm lượng.
Bảng 3. 9. Thành phần khí thải đốt than (1 kg than)
Thành phần Đơn vị Nồng độ CO mg/m3 2078,12 ± 36,85 SO2 mg/m3 422,37 ± 18,36 NO2 mg/m3 8,06 ± 0,14 NO mg/m3 24,52 ± 0,67 NOx mg/m3 32,58 ± 0,81 H2 mg/m3 143 ± 7,0 CO2 (%) % 4,35 ± 0,01
Thành phần khí thải sau khi đốt than có chứa lượng lớn khí CO2 có nồng độ 4,35 ± 0,01%. Kết quả nhận được cũng cho thấy, hàm lượng CO trong khói thải khá cao, phần lớn các mẫu chứa CO cao hơn 2000 mg/m3. Ngồi ra cịn chứa khí SO2,
NOx và H2 với nồng độ 422,37 ± 18,36 mg/m3, 32,58 ± 0,81 mg/m3 và 143 ± 7,0 mg/m3 tương ứng. Chính vì vậy, thật cần thiết làm sạch tối đa những khí đồng hành CO, SO2, NOx này để thu được lượng CO2 sạch nhằm mục đích ni vi tảo.
b. Nghiên cứu thiết lập mơ hình hấp phụ/xúc tác để làm sạch khí CO2 từ khí thải đốt than
Để nghiên cứu thiết lập mơ hình làm sạch khí CO2 từ khí thải đốt than, từng vật liệu xử lý khí đã được tiến hành kiểm tra chức năng theo sơ đồ hình 3.16.
Đầu tiên khí sẽ đi qua buồng thu khí. Tiếp đó khí sẽ đi qua buồng phản ứng chứa vật liệu xử lý khí (hấp phụ hoặc xúc tác). Tại buồng phản ứng, tùy theo vật liệu xử lý khí cần nghiên cứu, nhiệt độ sẽ được gia nhiệt ở nhiệt độ thích hợp đối với vật liệu xử lý khí đó bằng một hệ gia nhiệt và bảo ôn nhiệt độ trong suốt q trình xử lý khí. Các kết quả đo khí đầu vào và đầu ra đã được phân tích.