Luận văn Nghiên cứu công nghệ cacbon hoá các chất thải cháy được trong rác thải đô thị thành than nhiên liệu

cất nằm ngang. Than được nghiền nhỏ, xếp thành các lớp mỏng cho vào các bình chưng cất nhằm làm giảm quá trình mất nhiệt.Trong các bình chưng cất này, nhiệt độ lớn không cho phép vượt quá 600oC, và quá trình cacbon hóa được tiến hành trong 3 - 4 giờ. Tổ chức The Fuel Research Board đã nỗ lực trong việc đưa ra mô hình cacbon hóa nhiệt độ thấp với tiêu chuẩn Glover - West vào vận hành nhưng không thu được kết quả như mong muốn. Công suất 3,5 tấn/ngày, do nhiệt độ cacbon hóa hạ dần đến 780oC, nên đầu vào giảm xuống 1,8 tấn/ngày. Nghiên cứu công nghệ cacbon hoá các chất thải cháy được trong rác thải đô thị thành than nhiên liệu Trần Văn Huệ 21 Lớp CHMT K18 Tổ chức The Fuel Research Board đã tiến hành nhiều thí nghiệm nhằm đưa ra một quy trình có 4 bình chưng cất thẳng đứng liên tiếp làm bằng thép, 2 trong số 4 bình được thiết kế như chữ D rộng 4 inch ở trên và 8 inch ở dưới, 2 bình còn lại có dạng nhý chữ E thì thu được kết quả khả quan và mang lại những thành công nhất định. Cơ quan Fuel Production Company, Ltd đã sử dụng mô hình này với công suất 100 tấn/ngày. Quy trình Fusion Quy trình cacbon hóa này là phát minh của Hutchin và được tập đoàn Fusion quản lý. Theo Tupholme có hai loại mô hình được thiết kế, dạng đơn và dạng kép. Trong mô hình này dạng đơn có các lò quay bằng thép sắp xếp theo chiều ngang. Nguyên liệu được nghiền, cho vào các lò và được đốt nóng. Sản phẩm được hình thành ở một buồng cố định ở trạng thái tĩnh và sau đó được lấy ra, khí thải ngưng lại và cho một khu vực riêng. Mô hình lò kép có nguyên tắc cấu tạo như ở dạng lò đơn. Điểm khác biệt là 2 lò quay được sắp xếp theo kiểu đồng tâm, và cả hai đều có bộ phận nghiền nguyên liệu. Cấu tạo này, đem lại hai thuận lợi. Thứ nhất, việc nạp và lấy nguyên vật liệu chỉ diễn ra một lần, do vậy tránh việc thoát khí trong vận hành. Thứ hai, than được đốt nóng trước khi tiến hành quá trình cacbon hóa. Kết quả cacbon hóa chất thải nông nghiệp: Năm 2002, nhóm tác giả Kazuhiro Mochidzuki, Lloyd S. Paredes, and Michael J. Antal, Jr, của trường Đại Học năng lượng thiên nhiên Hawaii, tiến hành nghiên cứu công nghệ cacbon hóa với một số chất thải từ nông nghiệp như lõi ngô, trấu đã thu được các sản phẩm than cacbon có nhiệt trị cao như bảng sau: Nghiên cứu công nghệ cacbon hoá các chất thải cháy được trong rác thải đô thị thành than nhiên liệu Trần Văn Huệ 22 Lớp CHMT K18 Bảng 1.8. Hiệu suất thu hồi các sản phẩm cacbon từ chất thải rắn nông nghiệp. Tỷ lệ thành phần % Chất thải Hơi nước Cacbon Tro Hiệu suất thu hồi sản phẩm Hiệu suất thu hồi Cacbon Nhiệt trị của sản phẩm Hiệu suất chuyển đổi năng lượng Gỗ thông tươi 24,7 72,5 2,8 40,0 29,7 29,9 66,1 Gỗ thông khô 15,8 80,6 3,6 36,8 30,4 31,2 63,6 Gỗ sồi 20,0 79,5 0,5 35,1 28,0 31,6 62,5 Lõi ngô 13,6 83,7 2,7 33,1 28,0 32,0 60,7 Vỏ trấu 23,8 43,2 33,0 46,1 24 19,4 57,7 Flash Carbonization of Biomass, Kazuhiro Mochidzuki, Lloyd S. Paredes, and Michael J. Antal, Jr, 2002 Ngày nay, công nghệ cacbon hóa ở nhiệt độ thấp còn được nghiên cứu ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Các vật liệu có tỷ lệ thành phần cacbon cao có thể được cacbon hóa thành những vật liệu có ích trong các hoạt động xử lý chất thải rắn bảo vệ môi trường. Rác thải hữu cơ cháy được trong rác thải đô thị hay các chất thải PVC có thành phần cacbon cao được cacbon hóa ở nhiệt độ thấp tạo ra các hợp chất có độ xốp lớn, ứng dụng trong ngành công nghiệp và công nghệ xử lý nước thải Với trình độ khoa học hiện tại và thành phần chất thải như hiện nay, việc áp dụng công nghệ cacbon hóa ở nhiệt độ thấp rất có triển vọng tại Việt Nam.  Công nghệ cacbon hóa bằng phương pháp áp suất cao Hiện nay, ngoài phương pháp cacbon hoá ở nhiệt độ thấp thì phương pháp cacbon hóa áp suất cao cũng đạt được những thành tích đáng kể và là một công nghệ cacbon hóa nhanh và hiệu quả, biến sinh khối của cacbon sinh học với lượng có thể cân bằng giới hạn sau vài chục phút phản ứng. Công nghệ này cần lưu ý sự cháy và lưu ý kiểm soát tia lửa trong khoang chứa sinh khối ở áp suất cao. Sinh khối có thể sử dụng là gỗ và các sản phẩm nông nghiệp như lõi ngô, vỏ trấu. Trong các thí nghiệm tiêu biểu, hệ thống nén ở 1MPa bằng không khí và Nghiên cứu công nghệ cacbon hoá các chất thải cháy được trong rác thải đô thị thành than nhiên liệu Trần Văn Huệ 23 Lớp CHMT K18 điện được phát cho bộ phận làm nóng ở đáy của lò phản ứng. Sự cháy diễn ra sau vài phút dưới áp suất cao, và các tia lửa sẽ bắt đầu làm cho sinh khối chuyển thành cacbon sinh học. Nếu sinh khối sử dụng là lõi ngô, sản lượng cacbon được giữ nguyên tuân theo lý thuyết, và phản ứng hoàn thành sau 20 phút. Cacbon sinh học (than củi) được chế tạo ra sau hơn 38.000 năm và hiện giờ vẫn là nguồn nhiên liệu có thể tái tạo quan trọng nhất được sử dụng. Tuy nhiên, những công nghệ cacbon hóa có tính thương mại thì chậm và kết quả không rõ rệt. Sản lượng đặc trưng của sản xuất than củi từ gỗ cứng của lò Missouri có chu trình 7 - 12 ngày khoảng 25% trọng lượng. Những công nghệ cacbon hóa kém hiệu quả hơn được sử dụng rộng rãi ở các nước và nó cũng là nguyên nhân hàng đầu cho nạn phá rừng ở nhiều quốc gia nhiệt đới. Ngoài ra, vì những vấn đề ô nhiễm liên quan đến công nghệ cacbon hóa kém hiệu quả, chu trình sản xuất nhiên liệu than củi phát thải khí nhà kính nhiều nhất. Theo lý thuyết, cacbon hóa sinh khối là phương pháp nhanh và hiệu quả, với sản phẩm phụ là CO2, H2O, CH4 và CO ở dạng vết. Cellulose là thành phần chủ yếu của hầu hết các sinh khối. Ở 1 MPa, sản lượng cacbon thu được từ cellulose là 27% khối lượng. Tài liệu khoa học về cacbon hóa sinh khối đã có từ 150 năm trước đây. Không có ghi nhận nào về sản lượng cacbon từ sinh khối vượt qua giá trị tại thời điểm cân bằng nhiệt hóa học. Hiển nhiên, sản lượng của quá trình nhiệt phân cacbon từ sinh khối gần bằng giá trị tại thời điểm cân bằng, bởi vậy các nhà khoa học thường lấy giá trị tại thời điểm cân bằng nhiệt là giá trị của sản lượng cacbon. Tại thời điểm cân bằng năng lượng của quá trình nhiệt phân celloluse ở 400oC và 1MPa, cacbon thu được chiếm 52,2% giá trị nhiệt lượng của cellulose (17,4% MJ/kg) và 36,2% là năng lượng phát sinh từ sản phẩm khí (chủ yếu là CH4). Còn lại khoảng 2 MJ/kg là nhiệt tỏa ra do quá trình nhiệt phân. Giá trị cao nhất của sự tỏa ra từ quá trình nhiệt phân cellulose ở trong lò áp suất cao là 0,66 MJ/kg. Hiện nay, gỗ và các sản phẩm nông nghiệp dư thừa được tận dụng để cacbon hóa tạo ra các sản phẩm có ích và có tính thương mại. Ví dụ như lõi ngô hay vỏ trấu. Trong báo cáo Viện Năng lượng tự nhiên Hawai, Đại học Hawai của nhóm tác giả Kazuhiro Mochizuki, Lloyd S. Paredes và Michael J. Antal, Jr năm Nghiên cứu công nghệ cacbon hoá các chất thải cháy được trong rác thải đô thị thành than nhiên liệu Trần Văn Huệ 24 Lớp CHMT K18 2002, sinh khối được đựng trong hộp hình trụ nhỏ và đưa vào khoang cacbonhóa có áp suất không khí cao lên tới 1,1 MPa. Hệ thống lò có 2 bộ phận làm nóng ở đáy của khoang cacbon hóa. Sự cháy bắt đầu sau vài phút và bộ phận làm nóng được tắt đi. Sau đó, không khí đi vào nồi hơi và các tia lửa bắn ra và chuyển sinh khối thành cacbon. Khi không khí đã cung cấp đủ cho quá trình cacbon hóa thì sẽ tạm ngừng dòng khí cấp, khoang cacbon hóa sẽ giảm áp suất và để nguội. Lõi ngô là nguyên liệu tốt cho quá trình cacbon hóa, tại áp suất 1,2 MPa sự cháy xảy ra sau 2 phút làm nóng và dòng khí thổi dừng sau 18 phút. Với công nghệ này, sản lượng cacbon cố định đạt 100% sản lượng tại giới hạn cân bằng nhiệt hóa học. Kết quả đạt được sự cải tiến to lớn so với công nghệ cũ, công nghệ cũ thì sản lượng cacbon hóa cố định thu được ít hơn 70% sản lượng tại giới hạn nhiệt hóa học sau hơn 300 phút phản ứng. Giống như lõi ngô, vỏ trấu cháy dễ dàng trong không khí ở áp suất cao nhưng sự lưu thông nhiệt và khí thì bị hạn chế. Với đặc tính đó, sản lượng cacbon hóa cố định (24%) chỉ đạt được 82% giá trị tại giới hạn thành phần cacbon hóa cố định của than thì ít thay đổi. 1.4.2. Tình hình nghiên cứu trong nước Rác thải đang ngày càng trở thành vấn đề bức xúc của xã hội. Với sự phát triển nhanh chóng của các đô thị lớn như thành phố Hồ Chí Minh, Hà Nội và Hải phòng thì vấn đề xử lý rác thải đô thị lại càng trở nên bức thiết. Ở nước ta, phần lớn rác thải được xử lý thô sơ bằng cách chôn lấp tại các bãi rác với nguy cơ gây ô nhiễm môi trường cao, gây ra nhiều hậu quả xấu ảnh hưởng tới sức khoẻ con người. Có nhiều phương pháp xử lý rác thải đô thị (đã trình bày ở trên) đã được nghiên cứu và áp dụng, trong đó có phương pháp thiêu đốt. Phương pháp này xử lý được nhiều loại chất thải (đặc biệt là các chất thải rắn khó phân huỷ như plastic, da, cao su), tiết kiệm được diện tích cho các bãi chôn lấp. Tuy nhiên, nó lại gây tác động xấu đến môi trường không khí, ngoài ra chi phí cho việc xử lý khí thải của quá trình thiêu đốt rất tốn kém. Xử lý rác thải đô thị theo công nghệ nhiệt phân có kiểm soát khí thải và tạo ra sản phẩm là than cacbon có hàm lượng tổng cacbon hữu cơ (TOC) cao Nghiên cứu công nghệ cacbon hoá các chất thải cháy được trong rác thải đô thị thành than nhiên liệu Trần Văn Huệ 25 Lớp CHMT K18 làm nhiên liệu trong công nghiệp và vật liệu xử lý môi trường là một xu thế phát triển bền vững. Trong thời gian qua, Viện Công nghệ Môi trường đã tiến hành nghiên cứu công nghệ cacbon hoá để xử lý chất thải rắn đô thị Hà Nội và đã đạt được một số kết quả khả quan. Phương pháp cacbon hoá này vừa có thể xử lý được ô nhiễm của chất thải với chi phí xử lý thấp hơn, vừa tạo ra được loại sản phẩm tái chế phục vụ kinh tế xã hội như than sạch làm nhiên liệu hoặc vật liệu hấp phụ dùng trong công nghệ xử lý ô nhiễm môi trường. Bản chất của phương pháp là đốt các chất thải rắn cháy được trong điều kiện thiếu ôxy hoặc không có ôxy hoàn toàn. Với những ưu điểm vượt trội mà phương pháp cacbon hoá bằng nhiệt phân có được, các nhà khoa học Viện Công nghệ Môi trường đã tiến hành nghiên cứu công nghệ cacbon hoá để xử lý chất thải rắn đô thị Hà Nội và đã có một số kết quả khả quan cho việc áp dụng vào thực tế. Trong quá trình nghiên cứu, các nhà khoa học đã thực hiện trên 3 quy mô khác nhau: 10 - 20 g/mẻ, 3 - 5 kg/mẻ và 50 kg/mẻ. Các thực nghiệm được tiến hành với một số loại hình chất thải phổ biến như tre, gỗ,vỏ trấu, lõi ngô Qua quá trình thực nghiệm cacbon hoá các thành phần rác thải đô thị các nhà khoa học đã xác định được hiệu suất thu hồi với các loại hình chất thải khác nhau ở thời gian lưu nhiệt từ 10 - 60 phút ở các giải nhiệt độ 300, 400 và 5000C. Hiệu suất thu hồi đối với tre từ 22 - 30% và tương đối ổn định; gỗ đạt từ 15,5 - 25,2%. Vì sản phẩm than thu hồi được định hướng như là nhiên liệu đốt cho công nghiệp và vật liệu làm giá thể sinh học trong xử lý ô nhiễm môi trường. Trong đó, để làm nhiên liệu đốt thì vật liệu khi đốt phải sinh ra nhiệt lượng cao và được đặc trưng bởi thành phần TOC (tổng cacbon hữu cơ) có trong sản phẩm. Do đó, các nhà khoa học đã tiến hành phân tích các chỉ tiêu đánh giá chất lượng sản phẩm theo tiêu chí nhiệt năng thông qua chỉ tiêu TOC và nhiệt trị. Kết quả cho thấy TOC của các sản phẩm tương đối cao từ 80-90% như của tre, gỗ và lõi ngô. Điều này chứng minh cho triển vọng ứng dụng công nghệ cacbon hoá chất thải thành sản phẩm than dùng như nhiên liệu siêu sạch. 1.3. Phân tích, đánh giá lựa chọn công nghệ cacbon hoá. Xử lý rác luôn là vấn đề đau đầu của các nhà quản lý môi trường đô thị. Đối với các đô thị, chọn công nghệ xử lý rác như thế nào để đạt hiệu quả cao, Nghiên cứu công nghệ cacbon hoá các chất thải cháy được trong rác thải đô thị thành than nhiên liệu Trần Văn Huệ 26 Lớp CHMT K18 không gây nên những hậu quả xấu về môi trường cho tương lai và ít tốn kém luôn là nỗi bức xúc của các nhà chức năng. Việc tái chế các loại chất thải, sử dụng như nguyên liệu phụ cho các ngành sản xuất, còn có giá thành cao và gây ô nhiễm môi trường thứ cấp. Ở nước ta hiện nay, do nhiều nguyên nhân, phương pháp xử lý rác được lựa chọn nhiều nhất vẫn là chôn lấp. Việc chôn lấp chất thải gây ra hậu quả lâu dài khó có thể kiểm soát được như: ô nhiễm nguồn nước ngầm do nước rác rò rỉ xuống, phát thải khí độc lại đòi hỏi chi phí xử lý rất cao cho việc chống rò rỉ và xử lý khí thải Đã có nhà máy chế biến phân từ rác thải nhưng xem ra những sản phẩm phân từ rác rất khó tiêu thụ. Công nghệ cacbon hóa có thể áp dụng đối với chất thải nông nghiệp (trấu, lõi ngô, xơ dừa), lâm nghiệp, các nghành chế biến gỗ. Trong khi đó nguyên liệu có nguồn gốc từ nông nghiệp rẻ tiền lại rất dồi dào. Theo kết quả nghiên cứu thực nghiệm của việc sản xuất than từ trấu. Nhiệt độ cacbon hóa trấu thích hợp từ khoảng 450oC - 520oC. Than trấu được hoạt hóa hơi nước trên 700oC, với tỷ lệ hơi/than là 0,09 - 0,3 trong khoảng 1,0 - 2,0 giờ. Than hoạt tính trấu thu được có bề mặt riêng 276,68 m2/g. Do đó, lựa chọn công nghệ cacbon hoá để xử lý rác thải đô thị là công nghệ có tính khả thi cao. Tính ưu việt của công nghệ này là vốn đầu tư ít hơn so với phương pháp xử lý bằng phương pháp thiêu đốt truyền thống, an toàn với môi trường vì không có khả năng phát thải khí dioxin và furam. Sơ đồ công nghệ cacbon hoá chất thải rắn đô thị, nông nghiệp được đề xuất như sau: Nghiên cứu công nghệ cacbon hoá các chất thải cháy được trong rác thải đô thị thành than nhiên liệu Trần Văn Huệ 27 Lớp CHMT K18 Hình 1.4. Sơ đồ cacbon hóa rác thải sinh hoạt đô thị, nông nghiệp Mô tả sơ đồ công nghệ được đề xuất: Các chất thải sau khi được thu gom, tiến hành sơ chế, phân loại và nghiền nhỏ. Sau đó cho vật liệu vào thùng chứa mẫu đưa vào lò cacbon hoá. Quá trình sấy khô và cacbon hoá chất thải xảy ra bên trong lò. Khí thải sinh ra được tuần hoàn, và đốt cháy, tạo ra nhiệt vừa tiết kiệm năng lượng xử lý khí thải, hạn chế việc sinh ra các khí độc như dioxin và furam. Chất thải Sơ chế (phân loại, nghiền) Sấy khô Cacbon hoá Sản phẩm Xử lý khí thải Khí sạch Nhiệt tuần hoàn Nghiên cứu công nghệ cacbon hoá các chất thải cháy được trong rác thải đô thị thành than nhiên liệu Trần Văn Huệ 28 Lớp CHMT K18 Chương 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Đối tượng nghiên cứu Chất thải đô thị thành phố Hà Nội, các thành phần: tre gỗ, nhựa, giấy, cao su, vải. Để đảm bảo cho quá trình làm thí nghiệm được đầy đủ và chính xác về tỷ lệ, các nguồn nguyên liệu được thu nhặt như sau: Tre gỗ: Được lấy từ tre và mùn cưa của quá trình gia công gỗ Nhựa: Được lấy từ chai, lọ và các phế thải được làm từ nhựa Giấy: Bao gồm giấy viết, bìa caton Cao su: Được lấy từ các săm xe ô tô, xe máy và xe đạp Vải: Lấy từ quần áo và một số đồ dùng khác từ vải đã được thải bỏ. Thực nghiệm áp dụng công nghệ cacbon hoá theo mô hình thiết kế của Viện Công nghệ Môi trường thuộc Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam 2.2. Phương pháp nghiên cứu 2.2.1. Phương pháp thu thập tài liệu Bằng phương pháp thu thập tài liệu tác giả đã có những thông tin liên quan đến đề tài như sau: - Lượng phát thải chất thải rắn tại đô thị - Thành phần có trong chất thải đô thị - Công nghệ cacbon hoá với các vấn đề liên quan như khả năng ứng dụng của công nghệ trong đời sống thực tế, các ưu- nhược điểm và các tác động đến nhu cầu của hệ thống. - Tình hình nghiên cứu cacbon hoá trên Thế giới và Việt Nam - Khi áp dụng công nghệ thiêu đốt lượng khí thải ra là vấn đề nhức nhối của các nhà khoa học và các nhà quản lý môi trường bởi tính chất độc hại của nó. Vì thế, việc nghiên cứu thành công công nghệ cacbon hóa là rất quan trọng. Công nghệ này góp phần giảm thiểu lượng khí thải độc hại do công nghệ sử dụng ở nhiệt độ thấp nên không tạo ra chất độc hại là dioxin và furan. Ngoài ra Nghiên cứu công nghệ cacbon hoá các chất thải cháy được trong rác thải đô thị thành than nhiên liệu Trần Văn Huệ 29 Lớp CHMT K18 công nghệ cũng có bộ lọc xử lý làm giảm độ độc hại của các khí sinh ra trong quá trình cacbon. 2.2.2. Phương pháp thực nghiệm Đây là phương pháp tiến hành thí nghiệm thực tế quá trình cacbon hoá các loại chất thải rắn khó phân huỷ. Qua đó tìm ra các thông số, các số liệu thực nghiệm như: thời gian, nhiệt độ, hiệu suất thu hồi sản phẩm, hiệu suất thu hồi cacbon hữu cơ tối ưu nhất, để việc xác định khả năng áp dụng công nghệ vào việc xử lý chất thải rắn. Các loại chất thải được dùng cho quá trình thí nghiệm là: gỗ, nhựa, giấy, cao su, và vải. Khối lượng tiến hành thí nghiệm với các loại mẫu 2 - 8g. Quá trình cacbon hoá được tiến hành trên thiết bị do Viện Công nghệ Môi trường thuộc Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam chế tạo. Trước khi xử lý các loại chất thải đều được phân loại. Các thành phần có khả năng cacbon hoá sẽ được đem nghiền nhỏ rồi đưa vào lò cacbon hoá để thu được sản phẩm cuối cùng là “Than sạch”. Quá trình xử lý được thể hiện qua sơ đồ sau: Hình 2.1. Sơ đồ thực nghiệm quá trình cacbon hoá. Chất thải đô thị Phân loại Xử lý sơ bộ (nghiền) Lò cacbon hoá Sản phẩm Nghiên cứu công nghệ cacbon hoá các chất thải cháy được trong rác thải đô thị thành than nhiên liệu Trần Văn Huệ 30 Lớp CHMT K18 Hình 2.2. Sơ đồ cấu tạo của thiết bị thí nghiệm. Mô tả quá trình thí nghiệm: Chất thải được đưa vào một cốc sứ chịu nhiệt, sau đó đậy nắp kín và đưa vào lò nung kín bằng điện. Tiến hành quá trình cacbon hoá tại các nhiệt độ khác nhau theo giá trị nhiệt kế hiển thị, theo dõi quá trình cacbon hoá theo thời gian và nhiệt độ. Sau khi đủ thời gian cacbon hoá, đưa cốc chứa mẫu ra khỏi lò, giữ nguyên nắp đậy, để nguội tự nhiên cho vào lọ chứa mẫu. Trong quá trình cacbon hoá lò nung được đậy nắp kín, khí nóng sinh ra từ hơi nước và các chất dễ bay hơi trong vật liệu, do áp suất bên trong lò cao hơn bên ngoài, khí nóng trong lò sẽ thoát ra ngoài, đồng thời ngăn cản sự xâm nhập ôxi vào trong lò, như vậy ôxi sẽ không tham gia vào quá trình đốt. Trong quá trình này, áp suất của lò không được kiểm soát, áp suất hoạt động theo hoạt động tự nhiên của lò. 2.3.3. Phương pháp phân tích, tính toán Là phương pháp dùng để phân tích, xử lý các kết quả đo được, nhằm xác định các thông số phục vụ cho mục đích nghiên cứu của đề tài. Cách tính giá trị: Độ ẩm, hiệu suất thu hồi sản phẩm và nhiệt trị a. Tính độ ẩm w = %100 0 0   m mm r Lò điện Nhiệt kế Nắp cốc Cốc đựng chất thải Chất thải Nghiên cứu công nghệ cacbon hoá các chất thải cháy được trong rác thải đô thị thành than nhiên liệu Trần Văn Huệ 31 Lớp CHMT K18 Trong đó: w: là độ ẩm, %. m0: là khối lượng chất thải rắn trước khi sấy, g. mr: là khối lượng chất thải rắn sau khi sấy, g. b. Tính hiệu suất thu hồi sản phẩm XA = %100 0  m mT Trong đó: xA: là hiệu suất thu hồi sản phẩm, % m0: khối lượng chất thải rắn trước khi cacbon hoá, g mT: khối lượng sản phẩm sau khi cacbon hoá, g c. Tính hàm lượng cacbon hữu cơ Để xác định hàm lượng cacbon hữu cơ trong sản phẩm thu được ta xác định bằng cách đo TOC của sản phảm. Kết quả TOC được xác định như sau: Áp dụng phương pháp đo TOC bằng bộ đo mẫu rắn SSM - 5000A. Khi bộ SSM - 5000A được kết nối với máy chính TOC - Vcph của hãng Shimadzu - Nhật Bản sẽ giúp ta đo được tổng cacbon hữu cơ có trong mẫu. Do thành phần IC trong mẫu không quá lớn so với thành phần TOC nên tác giả đã áp dụng theo phương pháp đo như sau: mTOC = mTC - mIC Trong đó: mTOC: là khối lượng cacbon hữu cơ, mg mTC: là khối lượng cacbon tổng, mg mIC: là khối lượng các chất cặn vô cơ, mg Khi đo với cùng một mẫu ta phải chuẩn bị 2 mẫu có khối lượng giống nhau, một mẫu đem đo để thu kết quả TC, còn mẫu kia đem đo để thu kết quả IC, sau đó lấy kết quả TC trừ đi kết quả IC ta sẽ được kết quả TOC. Các thông số trước khi đo là: - Lượng mẫu lấy đo: Với mỗi mẫu là 10 (mg) - Dụng cụ chứa mẫu đo: Thuyền Ceramic Nghiên cứu công nghệ cacbon hoá các chất thải cháy được trong rác thải đô thị thành than nhiên liệu Trần Văn Huệ 32 Lớp CHMT K18 - Đo trong môi trường: Khí - Tốc độ tăng nhiệt: 200C/phút - Nhiệt độ cao nhất: 9000C - Hoá chất dùng đo IC: Dung dịch axit HCl Thiết bị sử dụng phục vụ cho quá trình làm thí nghiệm gồm có: Máy sấy, lò cacbon hoá, bộ đo mẫu rắn SSM, máy TOC - Vcph. d. Tính tỷ lệ thành phần cacbon hữu cơ trong sản phẩm YTOC = %100 T TOC m m Trong đó: YTOC: là tỷ lệ thành phần cacbon hữu cơ, % mTOC: là khối lượng cacbon hữu cơ, mg mT: là khối lượng mẫu trước khi đo, mg e. Tính hiệu suất thu hồi cacbon hữu cơ. XTOC = XA.YTOC Trong đó: XTOC: là hiệu suất thu hồi cacbon hữu cơ (%) XA: là hiệu suất thu hồi sản phẩm (%) YTOC: là tỷ lệ thành phần cacbon hữu cơ trong sản phẩm (%) f. Tính nhiệt trị. Qd = 339Cd + 1256 Hd – 108(Od – Sd) – 25,1(Wd + Hd) Trong đó: Qd: là nhiệt trị của chất thải rắn, kJ/kg Cd, Hd, Od, Sd: là các thành phần cháy, % Wd: là độ ẩm, % Máy đo nhiệt trị là AC 500 - Leco, USA 2.3.4. Phương pháp xử lý số liệu - Phân tích, tổng hợp, xử lý số liệuxác định được hiệu suất thu hồi của từng loại vật liệu: Gỗ, giấy, da, nhựa, cao su, vải. Nghiên cứu công nghệ cacbon hoá các chất thải cháy được trong rác thải đô thị thành than nhiên liệu Trần Văn Huệ 33 Lớp CHMT K18 - Lập biểu đồ biểu diễn sự ảnh hưởng của các thông số công nghệ như: thời gian lưu nhiệt khác nhau (10 phút, 20 phút, 30 phút, 40 phút, 50 phút), nhiệt độ khác nhau (ở 300oC, 400oC, 500oC) đến hiệu suất thu hồi sản phẩm, nhiệt trị của sản phẩm Nghiên cứu công nghệ cacbon hoá các chất thải cháy được trong rác thải đô thị thành than nhiên liệu Trần Văn Huệ 34 Lớp CHMT K18 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Các loại chất thải ở Việt Nam được thải ra với các thành phần rất đa dạng, phong phú và hầu như chưa phân loại.Vì vậy, áp dụng công nghệ cacbon hóa vào việc xử lý các thành phần hữu cơ chậm phân hủy trong rác thải sẽ góp phần xử lý rác thải sinh hoạt hiệu quả hơn. Tác giả đã tiến hành thực nghiệm cacbon hóa mẫu gỗ, vải, nhựa, cao su và hỗn hợp chất thải trong khoảng nhiệt độ 3000C - 5000C với thời gian lưu nhiệt 10-50 phút, đề tài đã thu được những kết quả nhất định trong việc xử lý chất thải thành than nhiên liệu. Dưới đây là những kết quả chi tiết đã thu được. 3.1. Khảo sát sự biến động của nhiệt độ của buồng cacbon hoá Sự thay đổi nhiệt độ trong buồng cacbon hoá ở các khoảng nhiệt độ là T = 3000C, T = 4000C và T = 5000C với các thời gian lưu nhiệt là t = 10 phút, t = 20 phút, t = 30 phút, t = 40 phút, t = 50 phút. Bảng 3.1. Sự thay đổi nhiệt độ trong buồng cacbon hoá TT Thời gian (phút) T = 3000C T = 4000C T = 5000C 1 5 70 70 80 2 10 200 230 250 3 15 300 360 370 4 17 350 400 460 5 20 340 430 500 6 25 320 420 530 7 30 310 410 500 8 35 300 400 520 9 40 340 430 500 10 45 330 420 530 11 50 320 410 510 12 55 310 400 500 13 60 300 410 520 Nghiên cứu công nghệ cacbon hoá các chất thải cháy được trong rác thải đô thị thành than nhiên liệu Trần Văn Huệ 35 Lớp CHMT K18 0 100 200 300 400 500 600 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 Thêi gian (phót) N h iÖ t ® é (o C ) NhiÖt ®é 300 (oC) NhiÖt ®é 400 (oC) NhiÖt ®é 500 (oC) Hình 3.1. Biểu đồ biểu diễn nhiệt độ của lò cacbon hoá Qua số liệu thể hiện sự thay đổi nhiệt độ của buồng cacbon hoá, ta thấy: - Từ khi bắt đầu tiến hành khởi động lò đến khi đạt được khoảng nhiệt độ và thời gian thích hợp cho quá trình cacbon hoá thì nhiệt độ trong buồng cacbon hoá tăng lên rất nhanh. Sau thời gian t = 13 phút đã đến nhiệt độ T = 3000C, t = 17 phút thì T = 4000C và chỉ sau thời gian t = 20 phút nhiệt độ bên trong lò cacbon đã là T = 5000C. - Sau đó, trong quá trình cacbon hoá ở các thời gian lưu nhiệt khác nhau (10 phút, 20 phút, 30 phút, 40 phút và 50 phút) thì nhiệt độ trong buồng cacbon hoá giảm dần đều và có tăng thì cũng chỉ tăng rất chậm. Trong khoảng t = 5 phút cũng chỉ tăng 100C - 200C. 3.2. Khảo sát đô ẩm của vật liệu thí nghiệm Độ ẩm (tỷ lệ hơi nước) có trong vật liệu dùng cho quá trình cacbon hóa, ảnh hưởng đến quá trình cacbon hoá, do vậy cần đánh giá mức độ ảnh hưởng của độ ẩm đến quá trình cacbon hoá, độ ẩm được tính sau khi sấy. Dưới đây là bảng số liệu thể hiện tỷ lệ nước đã bay hơi trong quá trình sấy các vật liệu thí nghiệm: gỗ, giấy, cao su, nhựa, vải ở nhiệt độ 1000C Nghiên cứu công nghệ cacbon hoá các chất thải cháy được trong rác thải đô thị thành than nhiên liệu Trần Văn Huệ 36 Lớp CHMT K18 Khối lượng của các vật liệu thí nghiệm là 2g. Thời gian sấy là từ 10 phút đến 60 phút Bảng 3.2. Kết quả xác định độ ẩm của vật liệu thí nghiệm ở nhiệt độ 1000C Đơn vị tính: % Thời gian (phút) 10 20 30 40 50 60 Tre, gỗ 6,42 7,57 8,08 8,15 8,25 8,26 Vải 1,80 1,82 1,88 1,97 2,23 2,23 Giấy 6,63 7,75 7,93 8,30 8,33 8,33 Cao su 0,97 1,08 1,18 1,35 1,47 1,48 Nhựa 0,87 0,89 1,02 1,0