D- Phân phối sản phẩm của quá trình nhiệt phân
11 Mô tả quá trình nhiệt phân nhựa phế thải trong một tổ hợp công nghiệp
Ta sẽ xem xét một tổ hợp thành công điển hình là tổ hợp Zadgaonkars.
Sơ đồ quá trình Zadgaonkars chuyển đổi nhựa phế liệu thành nhiên liệu của Ấn Độ được trình bày trong hình 28.
Hình 28 – Quá trình Zadgaonkars.
Hệ thống tiếp liệu bao gồm các thiết bị sàng để sàng các vật liệu cứng, dẻo dày và dẻo mỏng – những vật liệu thường có trong luồng chất thải đô thị. Hệ thống này về cơ bản bao gồm các thiết bị sàng và phân loại như máy đập, máy cắt và máy nghiền. Các vật liệu với kích cỡ và hình dạng khác nhau được phân thành các loại khác nhau phù hợp cho quá trình đập, cắt và nghiền. Vật liệu sau khi được phân loại sẽ được nghiền, cắt, đập và tuyển để đưa về kích cỡ đồng đều nhằm dễ dàng cho gia công và nung chảy. Các chất thải hữu cơ không mong muốn như bùn, kim loại,… cũng được phân tách trong quá trình sàng và tuyển. Các vật liệu sau khi được tuyển sẽ được cho qua các bộ lọc cyclon để tách bụi mịn, đất sét và các tạp chất khác. Quá trình sàng, tuyển và làm sạch chất thải này là bán tự động. Nguyên liệu sau khi làm sạch sẽ được trữ trong một phễu trào trước khi đưa vào tiếp liệu cho quá trình nhờ một bộ tiếp liệu kiểu băng chuyền.
Các hạt nhựa phế thải sau khi được tuyển và làm sạch sẽ được đưa vào hệ thống nung chảy/gia nhiệt sơ bộ bằng một thiết bị tiếp liệu kiểu đùn. Kim loại cứng, đất sét, cát, thủy tinh… được tách ra ở đây nhờ phương pháp lắng. Sau đó nhựa phế thải được đưa vào vùng khử Clo. Kim loại rắn, thủy tinh… được định kỳ loại bỏ khỏi vùng nung chảy/ gia nhiệt sơ bộ.
Vùng khử Clo của tổ hợp thiết bị chứa các thành phần có tác dụng giải phóng Clo ra khỏi nhựa (đối với loại nhựa chứa Clo trong thành phần như PVC) với sự có mặt của than và các phụ gia. Nhựa phế thải nóng nhớt sẽ được cấp vào từ đầu trên của bể chứa và được nâng lên đến nhiệt độ 220 – 250oC. Than có tác dụng làm nguồn cung cấp hydro cần thiết cho phản ứng. HCl được giải phóng ra dưới dạng khí sẽ đi lên phía trên bể chứa và được đưa tới bộ thu hồi sản phẩm khí.
Quá trình khử Clo này bao gồm phân hủy polyme bằng cách bẻ gãy các nhóm thế nhưng không bẻ gãy mạch chính. Mặc dù bản chất cơ chế của quá trình phân hủy PVC rất phức tạp nhưng cơ chế gốc tự do dường như đóng vai trò chính. Nguyên tử Clo không bền nằm ở vị trí beta đối với nguyên tử Cacbon gốc tự do lúc này sẽ bị tách ra bằng cách thế hydro nhằm ổn định hóa cấu trúc. Nguyên tử Clo bị tách ra ở dạng gốc tự do lúc này sẽ tấn công hydro tự do giải phóng từ than.
Vùng phản ứng của tổ hợp này bao gồm lò phản ứng cùng với các thiết bị khác liên tục chuyển hóa nhựa phế thải thành nguyên liệu. Nhựa phế thải nấu chảy, sạch Clo, Nito và các tạp chất hữu cơ khác sẽ được đưa vào lò phản ứng ở đầu trên và được cho chảy trên bề mặt được gia nhiệt ở 350oC, có mặt than và các loại phụ gia (độc quyền phát minh). Trong lúc xúc tác tiếp xúc với bề mặt nóng và được trộn với than, phụ gia, nhựa phế thải ở dạng lỏng nhớt sẽ chuyển hóa thành dạng khí.
Việc bẻ gãy các liên kết hóa học nhờ nhiệt là kết quả của việc cấp năng lượng vượt qua năng lượng tách liên kết. Các hợp chất hữu cơ như các polyme có độ nhạy với nhiệt rất cao, điều này là do cường độ giới hạn của các liên kết đồng hóa trị tạo nên cấu trúc của các polyme đó. Quá trình phân cắt có thể xảy ra theo cơ chế ngẫu nhiên hoặc cắt mạch, thường được gọi chung là cơ chế mở khóa. Phản ứng mở khóa này bẻ gãy các hydrocacbon phức tạp thành các phân tử nhỏ hơn nhằm tăng số lượng và chất lượng của các sản phẩm nhẹ hơn, được mong muốn hơn và giảm hàm lượng các chất cặn.
Quá trình này tái sắp xếp lại cấu trúc phân tử của các hợp chất hydrocacbon nhằm chuyển hóa các hydrocacbon nặng trong nguyên liệu thành các phân đoạn nhẹ hơn như diesel, kerosen, xăng, LPG, dầu đốt và các nguyên liệu cho hóa dầu.
Phản ứng này tạo ra các khí như metan, etan, etylen, propan, propylen, iso-butan, n-butan, kerosen, diesel, dầu nặng. Các khí này sau đó sẽ được đưa qua bộ ngưng tụ.
Bộ ngưng tụ có nhiệm vụ tách liên tục hỗn hợp các khí và các nhiên liệu lỏng. Các phân đoạn nặng hơn sau khi ngưng tụ sẽ được gom vào bộ chứa và các khí chưa ngưng sẽ được thu gom, lưu trữ riêng rẽ nhờ ống thông hơi. Dòng khí chưa ngưng chứa các khí không ngưng tụ được lên tới C4.
Các hydrocacbon lỏng sẽ được đưa đi chưng cất phân đoạn.
Vùng phân tích chứa các thành phần và máy móc cần thiết cho phân tích và thu thập mẫu từ các dòng khí. Các dòng khí sẽ được phân tích để tìm ra các khí độc còn dư như furan và dioxin cũng như phân tích tổng lượng cacbon hữu cơ, tổng lượng cacbon và tổng lượng hạt lơ lửng.
Vùng phân tích cũng chứa các thiết bị dùng để phân tích các sản phẩm nhằm kiểm định chất lượng các khí nằm trong dải CNG và LPG, hydro, HCl dạng khí và các sản phẩm sau khi chưng cất như ê-te dầu mỏ, xăng loại I, xăng loại II, kerosen, diesel và dầu bôi trơn.
Các đặc điểm độc nhất của tổ hợp Zadgaonkars
- Quá trình này 100% thân thiện với môi trường.
- Quá trình này không chỉ là giải pháp cho vấn đề nhựa phế thải, mà nó có thể thay đổi cục diện kinh tế toàn cầu nhờ tiết kiệm nhiều triệu đô-la nhập khẩu dầu thô.
- Quá trình này là có một không hai bởi 100% chất thải được chuyển đổi thành các sản phẩm có giá trị.
- Phần trăm thành phần sản phẩm ra có thể biến đổi được nhờ thay đổi/điều chỉnh các điều kiện vận hành.
- Nhiên liệu lỏng thu được ở giai đoạn 1 (tức giai đoạn khử trùng hợp) có thể dùng trực tiếp làm nhiên liệu cho các máy phát điện dùng diesel, nhờ đó tạp ra điện từ nguồn nhựa phế thải; ứng dụng trong các bơm nông nghiệp cũng như tạo ra nhiên liệu cho lò hơi, nhiên liệu tàu biển và tạo nguyên liệu đầu vào cho các nhà máy lọc hóa dầu. Sản phẩm khí tạo thành có thể dùng làm nhiên liệu dân dụng hoặc công nghiệp. Sản phẩm rắn (cốc) có thể dùng trong các nhà máy nhiệt điện và trong công nghiệp luyện kim.
- Bất kỳ loại nhựa phế thải nào (poly propylen, pole etylen, PET, PVC, ABS…) dù ở dạng riêng rẽ hay hỗn tạp cũng có thể chuyển đổi được thành cách nhiên liệu có giá trị.
Một nhà máy chính thức hoạt động liên tục đã được vận hành thành công từ tháng 2 năm 2005 ở K-13, khu công nghiệp Butibori, Nagpur, Ấn Độ. Hiện nay nhà máy này đang mở rộng quy mô. [4]