CHƢƠNG 3 : VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
3.2.PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VỀ NHIỆT PHÂN HÓA DẦU
THẢI
3.2.1 Định hƣớng nghiên cứu
Dựa vào các tài liệu đã tìm hiểu và thực tế rác thải cơng nghiệp tại Vieejtnam, trong nghiên cứu này, chúng tôi tiến hành nghiên cứu quá trình nhiệt phân trong điều kiện khơng có xúc tác 3 loại vật liệu: Nhựa HDPE, lốp xe ô tô và nhựa ABS.
3.2.2 Nguyên liệu 3.2.2.1 Nhựa HDPE
Nhựa HDPE là những chai dầu nhớt xe máy đƣợc thu gom từ các tiệm sửa xe, sau quá trình làm sạch nguyên liệu thì sẽ đƣợc cắt nhỏ với kích thƣớc khoảng 4cm.
Hình 3.1: Cấu tạo phân tử nhựa HDPE
3.2.2.2 Lốp xe
Lốp xe đƣợc thu gom từ các tiệm sửa xe ơ tơ, sau đó đƣợc cắt bằng máy cắt với kích thƣớc giao động từ 5-10 cm.
98
Lốp xe có khoảng 75 phần trăm butadiene (CH 2 = CH-CH = CH 2 ) và 25 phần trăm styrene (CH 2 = CHC 6 H 5 ).
Hình 3.2:Cấu tạo của Cao su SBR
3.2.2.3 Nhựa ABS
Nhựa ABS là vỏ thiết bị điện lạnh đƣợc thu gom tại các tiệm điện lạnh, sau đó đƣợc cắt nhỏ thành kích thƣớc khoảng 5cm.
Hình 3.3: Cơng thức cấu tạo của nhựa ABS
3.2.3 Thiết bị, dụng cụ thí nghiệm
99
Hình 3.4: Hình sơ đồ bố trí thí nghiệm nhiệt phân
Ghi chú:
1- Hộp điều khiển kiểm sốt nhiệt độ thí nghiệm 2- Lị nhiệt phân 3- Ống sinh hàn 4- Bình thu mẫu 5- Bình hấp thụ khí 6- Thùng nƣớc đá làm lạnh 7- Ống dẫn khí thốt ra Nguyên lý hoạt động:
Nguyên liệu cho vào lị nhiệt phân (2), sau đó tiến hành gia nhiệt thơng qua bảng điều khiển (1). Sau một khoảng thời gian, bên trong lò diễn ra quá trình cracking bẻ ngắn mạch hydrocarbon dài, tạo thành nhƣng phân đoạn nhẹ hơn. Hơi đi qua hệ thống làm lạnh (3,6), tại đây hơi có nhiệt độ cao đƣợc làm lạnh sẽ ngƣng tụ thành các giọt lỏng chảy vào bình thu dầu (4), khí khơng ngƣng tụ đƣợc hấp thụ tại 2 bình hấp thụ khí (5), sau khi hấp thụ các chất độc, khí sẽ đƣợc dẫn ra ngồi theo ống dẫn khí (7).
Mơ hình chƣng cất:
Hình 3.5: Mơ hình thiết bị chƣng cất Ghi chú:
1- Thiết bị gia nhiệt 2- Bình cầu
100 3- Ống sinh hàn 4- Nhiệt kế khí 5- Nhiệt kế lỏng 6- Thùng nƣớc làm lạnh 7- Ống đong 100ml Nguyên lý hoạt động:
Nguyên tắc của phƣơng pháp này là cho 100ml mẫu vào bình chƣng cất (2) và tiến hành gia nhiệt từ từ. Khi có giọt chất lỏng đầu tiên rơi xuống ống đong thì nhiệt độ sơi lúc đó là T0
sơi đầu , tiếp theo ghi lại nhiệt độ tƣơng ứng với 10, 20, 30… 90% thể tích. Đến khi cột thủy ngân trong nhiệt kế từ cực đại tụt xuống đột ngột thì đó là T0
sôi cuối.
Đƣờng chƣng cất xác định phạm vi thành phần phân đoạn trong sản phẩm dầu mỏ. Qua đƣờng cong chƣng cất này sẽ đánh giá đƣợc tính bốc hơi của sản phẩm.
101
Tiến hành thí nghiệm:
Hình 3.6: Sơ đồ thực hiện quá trình nhiệt phân Cặn
Khí khơng ngƣng
Cân 500 (g) nguyên liệu đã đƣợc cắt nhỏ
Cho nguyên liệu vào lò nhiệt phân
Tiến hành gia nhiệt Lắp đặt mơ hình Nhiệt phân Ngựng tụ Xục khí qua nƣớc Mơi trƣờng Dầu lỏng Chƣng cất Sản phẩm
102
Các loại nguyên liệu sau khi thu gom đƣợc cắt nhỏ cân khối lƣợng 500g, cho vào lò nhiệt phân. Tiến hành gia nhiệt từ 100oC sau đó cài đặt nhiệt độ lị 30C/ phút. Q trình tăng nhiệt độ của lị sẽ đẩy khơng khí bên trong lị ra ngồi, nhận biết có khí thốt ra nhờ vào hiện tƣợng sủi bọt khí trong bình hấp thụ khí.
Sau khi đạt đƣợc một nhiệt độ nhất định để bẻ gãy đƣợc các liên kết C-C tạo thành các gốc tự do thông qua sự xuất hiện giọt dầu lỏng đầu tiên. Khi đó q trình gia nhiệt sẽ tạm ngừng để đảm bảo cho nhiệt độ phản ứng cracking xảy ra hoàn toàn. Những liên kết dễ bị bẻ gãy sau khi bị bẻ gãy hồn tồn sẽ làm nhiệt độ khí giảm. Để tiếp tục bẻ gãy các mạch hydrocacbon dài hơn, ta tiếp tục gia nhiệt.
Q trình thí nghiệm sẽ kết thúc khi khơng cịn xuất hiện giọt lỏng đồng thời nhiệt độ sôi giảm.
3.2.4 Xác định tỷ trọng
Tỷ trọng: là tỷ số khối lƣợng của một thể tích chất lỏng ở nhiệt độ quy định với khối lƣợng của cùng thể tích nƣớc tinh khiết ở cùng nhiệt độ hoặc nhiệt độ khác. Cả hai nhiệt độ đƣợc ghi rõ.
Ví dụ: d20
4 là tỷ trọng tƣơng đối của sản phẩm ở 20oC (sử dụng ở Việt Nam). Tỷ trọng biểu hiện tính bay hơi của một sản phẩm dầu mỏ. Tỷ trọng càng thấp chứng tỏ sản phẩm càng nhẹ, càng dễ bay hơi.[16]
Trên thực tế, các loại sản phẩm dầu mỏ có tỷ trọng trong một phạm vi nào đó là hợp lý, nếu vƣợt khỏi phạm vi đó chứng tỏ tính bay hơi của sản phẩm đó khơng phù hợp. Việc xác định tỷ trọng hay khối lƣợng riêng của các sản phẩm dầu mỏ mang ý nghĩa thƣơng mại nhiều hơn ý nghĩa kiểm định chất lƣợng.
Ở đây, tiến hành xác định tỷ trong bằng Picnomet.
3.2.5 Xác định nhiệt trị
Nguyên lí chung của tất cả các nhiệt lƣợng kế là chuyển tất cả nhiệt đốt cháy của một lƣợng đã biết nhiên liệu cho một lƣợng nƣớc xác định, từ sự tăng nhiệt độ của nƣớc ngƣời ta tính đƣợc nhiệt trị của nhiên liệu. Trong thí nghiệm khơng phải chỉ nƣớc tăng nhiệt độ mà toàn bộ máy đo tiếp xúc với nó cũng tăng nhiệt độ. Do đó, cần phải biết nhiệt độ đã dùng cho sự đốt nóng này và đƣợc đo nhƣ là nƣớc.
Giá trị nhiệt trị của vật chất là lƣợng nhiệt tỏa ra trong suốt q trình cháy một lƣợng vật chất đó. Giá trị nhiệt trị là một tính chất cho mỗi vật chất, thứ nguyên là đơn vị năng lƣợng/đơn vị khối lƣợng nhƣ là kcal/kg hoặc là kJ/kg.Thông thƣờng giá trị nhiệt trị đƣợc xác định bằng cách sử dụng bơm Calorimeter.
Để xác định trực tiếp nhiệt trị của nhiên liệu thì một số các điều kiện cơ bản cần phải thoả mãn để đo đƣợc chính xác:
103
Sự cháy phải hồn tồn nghĩa là khơng có khói, khơng tạo thành CO. Khơng thấy các khí hydrocacbon chƣa cháy hết thốt ra.
Khơng có cacbon chƣa bị cháy và bất kì phép xác định các vết than cần đƣợc loại ra. Thậm chí nếu vết than này có ở trong chén nung thì cũng khơng tốt để xác định lƣợng cacbon đó và làm hiệu chỉnh từ giá trị đã biết đối với cacbon. Vì lƣợng cacbon này có thể dẫn tới sự cháy khơng hồn tồn khơng dự định đƣợc.
Nhiệt phải truyền hoàn toàn cho nƣớc, đối với các lƣợng nhiệt mất đi trong khi xác định cần phải đƣợc hiệu chỉnh.
Sự tăng nhiệt độ của nƣớc phải đƣợc xác định chính xác, vì khối lƣợng nhiên liệu sử dụng là rất nhỏ so với lƣợng nƣớc phải đốt nóng.