2.1 .ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
2.2.1. Quy trình thí nghiệm
Trong nội dung nghiên cứu của luận văn, thành phần H2S và CO2 có trong khí biogas thơ sẽ được làm sạch thông qua thiết bị quay ly tâm tần số cao (HGRPB - High gravity rotating packed beb). Thiết bị HGRPB (xem Hình 1.10) đã được đề cập tại chương 1, là một trong những thiết bị tăng cường q trình hoạt động cơng nghệ (Process Intensification) điển hình, với ưu điểm nhỏ gọn, chi phí đầu tư thấp và hiệu quả cao, và được sử dụng rộng rãi trong làm sạch khí, chưng cất và cơng nghệ nano. HGRPB có thể tạo ra gia tớc ly tâm cao, và từ đó tạo ra được nhiều màng mỏng hơn (1-10 µm) và các giọt lỏng nhỏ hơn (10-100 µm) với diện tích tiếp xúc lớn giữa pha lỏng và pha khí. Theo nghiên cứu của Ramshaw vào năm 1995, thì kỹ tḥt ly tâm tớc độ cao là một giải pháp công nghệ hiệu quả, giảm đáng kể kích thước thiết bị.
Hơn nữa, với cấu tạo đơn giản, nhỏ gọn, thiết bị HGRPB có thể dễ dàng di chuyển và lắp đặt tại các vị trí cần sử dụng.
Bớ trí thí nghiệm nghiên cứu được trình bày ở Hình 2.4. Biogas từ bể phân hủy bùn
Lấy mẫu biogas thơ Bơm Bồn hịa trộn hóa chất Ghi chú: Đường khí Đường hóa chất Ba(OH)2.8H2O; Nước sạch
Túi chứa Biogas thơ Máy thổi khí Thiết bị làm sạch Biogas (HGRPB)
Lấy mẫu
biogas tinh Túi chứa Biogas tinh
Biogas để phát điện
Hình 2.4. Bớ trí thí nghiệm nghiên cứu
Thuyết minh quy trình:
+ Khí biogas thơ sinh ra từ bể phân hủy bùn của mơ hình sẽ đi vào túi chứa biogas thô nhờ sự chênh lệch áp tự nhiên.
+ Biogas tại túi chứa biogas thơ được máy thổi khí thổi vào thiết bị HGRPB để tinh lọc biogas.
+ Vận hành thiết bị làm sạch khí HGRPB theo các thơng số đã chọn. Khi HGRPB làm việc, biogas được đưa vào thiết bị với lưu lượng ổn định. Dung dịch hấp thụ được cấp vào trục giữa thiết bị nhờ bơm hóa chất. Dưới tác dụng của động cơ quay trục giữa, dung dịch Ba(OH)2 sẽ chuyển động ly tâm với tốc độ cao, làm tăng cường quá trình tiếp xúc giữa dung dịch hấp thụ (pha lỏng) với dịng khí đi vào (pha khí). Trong q trình tiếp xúc giữa pha khí và pha lỏng, khí H2S sẽ kết hợp với dung dịch Ba(OH)2 theo các phản ứng sau:
H2S + Ba(OH)2 BaS + 2H2O BaS + H2S⇌2Ba(HS)2
Đồng thời, Ba(OH)2 cũng tác dụng với CO2 có trong biogas: Ba(OH)2 + CO2 Ba(HCO3)2
Ba(HCO3)2 + CO2 BaCO3 + H2O
Bên cạnh đó, với tớc độ ly tâm cao, dung dịch hấp thụ sẽ không bị kéo ra ngoài theo dịng khí, nhờ vậy mà dịng khí sau xử lý có độ ẩm thấp.
+ Biogas sau làm sạch sẽ tự di chuyển vào túi chứa biogas tinh (xem Hình 2.5) nhờ áp thừa của máy thổi khí. Sản phẩm sau q trình hấp thụ là biogas tinh với hàm lượng CH4, H2S, CO2 đảm bảo theo tiêu chuẩn biogas làm nhiên liệu phát điện.
Hình 2.5. Túi chứa biogas thơ (bên phải) và túi chứa biogas tinh (bên trái)
+ Khí biogas sau khi làm sạch sẽ đi vào hệ nén và tách ẩm biogas trước khi được sử dụng làm nhiên liệu cho máy phát điện.
Chất lượng biogas sau khi làm sạch phải đảm bảo yêu cầu về giới hạn quy định các thông số CH4, H2S và CO2 trong biogas làm nhiên liệu cho máy phát điện như trình bày trong Bảng 2.2
Bảng 2.2. Chất lượng khí biogas dùng làm nhiên liệu cho máy phát điện
Thông số Đơn vị Yêu cầu chất lượng
CH4 % ≥ 85
CO2 % 2,5
- Mỗi thí nghiệm nghiên cứu kéo dài trong 5 phút và có độ lặp lại 3 lần. - Việc thiết lập các thơng sớ làm việc cho q trình làm sạch khí được thực hiện như sau:
+ Nồng độ dung dịch hấp thụ (CBa(OH)2): điều chỉnh thơng qua khới lượng hóa chất và lượng nước sạch đưa vào bồn hóa chất, được khuấy trộn bằng động cơ khuấy (xem Hình 2.6). Bồn chứa hóa chất có dung dích 1.000 lít, vật liệu PVC. Máy khuấy trộn hóa chất cơng suất: 0,2kW, 3P, 380V,
50Hz, cánh khuấy inox SUS304.
+ Tốc độ quay của thiết bị HGRPB (): được điều chỉnh bằng động cơ quay ly tâm điều chỉnh tốc độ theo biến tần (xem Hình 2.7): cơng suất: 0,75kW, dịng tải ngỏ ra: 2,5A; 0,1 ~ 400Hz; mơ-men khởi động 100%;khả năng chịu q tải: 150% trong 60 giây; truyền thơng: tích hợp sẵn RS-485; vào 3 pha ra 3 pha 380VAC.
+ Tớc độ dịng khí biogas (QG): điều chỉnh thơng qua máy thổi khí (xem Hình 2.8) và lưu lượng kế đo khí (xem Hình 2.9) với dải đo 200 - 2500 NL/min.
+ Tớc độ dịng dung dịch (QL): điều chỉnh thơng qua bơm hóa chất
(xem Hình 2.10) và lưu lượng kế đo hóa chất (xem Hình 2.11). Bơm hóa chất kiểu bơm: trục ngang, guồng bơm inox. Lưu lượng: 1,2 - 5,4 m3/h,chiều cao cột áp: H = 12 - 20,5 m,công suất điện: 0,65 kW/380-50Hz. Lưu lượng kế đo hóa chất có dải đo 7,5 - 100 NL/min.
Hình 2.6. Bồn chứa và máy khuấy trộn Hình 2.7. Động cơ quay ly tâm biến tần
Hình 2.8. Máy thổi khí Hình 2.9. Lưu lượng kế đo khí