Nghiên cứu thiết kế, chế tạo tổ hợp thiết bị nhiệt phân nhiệt độ thấp tái chế phế thải giầy da thành nhiên liệu

Kjt qu` nghiên c~u KHCN<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> NGHI£N CøU THIÕT KÕ, CHÕ T¹O<br /> Tæ HîP THIÕT BÞ NHIÖT PH¢N NHIÖT §é THÊP<br /> T¸I CHÕ PHÕ TH¶I GIÇY DA<br /> THµNH NHI£N LIÖU<br /> TS. DZYng Văn Long, KS. Đinh Qusc CZyng<br /> Vinn Nghiên c~u CY khí, Bw Công ThZYng<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> T<br /> Tóm tắt nhiên liệu truyền thống. Kết yếu là chất thải rắn sinh hoạt và<br /> heo thống kê, các quả của đề tài là tiền đề quan chất thải rắn phát sinh trong<br /> thành phần chính của trọng cho việc xây dựng giải quá trình sản xuất như các loại<br /> phế thải rắn từ quá pháp tái sử dụng chất thải bavia, đế giầy, dép bằng các<br /> trình gia công sản xuất da giầy nguồn gốc hữu cơ khó phân vật liệu như da thuộc, cao su…<br /> ở Việt Nam, phế thải da thuộc hủy như phế thải da thuộc. Vì vậy, việc tạo ra thiết bị xử lý,<br /> khó phân hủy chiếm tỷ lệ lớn I. ĐẶT VẤN ĐỀ tái chế hiệu quả phế thải nguồn<br /> gần 80%. Nếu không có giải Trong những năm gần đây, gốc hữu cơ như da thuộc đang<br /> pháp tái xử lý, lượng phế thải ngành Da-Giày Việt Nam đã được các nhà khoa học, nhà<br /> này sẽ là một trong những tăng trưởng mạnh mẽ, một mặt quản lý và các doanh nghiệp<br /> nguyên nhân gây ô nhiễm môi góp phần tích cực cho sự phát hết sức quan tâm.<br /> trường nghiêm trọng với các<br /> triển của đất nước, mặt khác Hiện nay, phương án xử lý<br /> khu vực xung quanh. Bằng<br /> đã làm phát sinh lượng chất chủ yếu được áp dụng đối với<br /> nghiên cứu thực nghiệm, Viện<br /> thải rắn khó phân hủy ngày các thành phần hữu cơ khó<br /> Nghiên cứu Cơ khí (NARIME)<br /> càng lớn. Ngành Da-Giày Việt phân hủy là phương án chôn<br /> đã thiết kế, chế tạo tổ hợp thiết<br /> Nam tập trung chủ yếu vào gia lấp hoặc đốt thiêu hủy. Tuy<br /> bị nhiệt phân, ứng dụng xử lý<br /> công xuất khẩu. Các nhà máy nhiên, với phế thải da thuộc,<br /> chất thải có nguồn gốc hữu cơ,<br /> tiêu biểu là phế thải da thuộc sau khi nhận nguyên phụ liệu thời gian phân hủy kéo dài đến<br /> thành các sản phẩm dạng từ đối tác nước ngoài (hoặc hàng chục năm cùng lượng<br /> nhiên liệu. Ngoài ra, tổ hợp trực tiếp mua toàn bộ hay một nước rỉ rác lớn phát sinh đã<br /> thiết bị thân thiện môi trường, phần nhỏ nguyên liệu) sẽ tiến làm các bãi chôn lấp quá tải.<br /> quá trình hoạt động không tạo hành tổ chức gia công sản xuất Với phương án đốt thiêu hủy,<br /> ra ô nhiễm thứ cấp. Kết quả sử dụng nhiều chất độc hại, chỉ có khu xử lý tại các đô thị<br /> chạy khảo nghiệm trên tổ hợp các chất chứa kim loại nặng lớn là đầu tư lò đốt nhưng<br /> thiết bị đã chế tạo xử lý phế thải nên phát thải chất thải rắn, nhất không đủ công suất xử lý cũng<br /> da thuộc từ nhà máy gia công là chất thải rắn khó phân hủy như hiệu quả xử lý khói lò<br /> sản xuất giầy da cho sản phẩm (cao su, vụn xốp, da thuộc…) không cao, làm phát sinh ô<br /> dầu, khí và than nhiệt phân có Chất thải rắn trong quá trình nhiễm không khí với các khí<br /> giá trị nhiệt trị tương đương các sản xuất giầy dép, túi ví da chủ độc như SO2, CO2, dioxin,<br /> <br /> <br /> Taïp chí Hoaït ñoäng KHCN An toaøn - Söùc khoûe & Moâi tröôøng lao ñoäng, Soá 1,2&3-2014 89<br />  Kjt qu` nghiên c~u KHCN<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> furan... Đặc biệt, phương pháp II. ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ thiết bị nhiệt phân gia nhiệt gián<br /> đốt thiêu hủy phế thải da thuộc NHIỆT PHÂN NHIỆT ĐỘ tiếp (truyền nhiệt từ bên ngoài<br /> gây ra vấn đề ô nhiễm không THẤP TRONG PHÁT TRIỂN thiết bị) và thiết bị nhiệt phân<br /> khí nghiêm trọng do sự phát THIẾT BỊ NHIỆT PHÂN XỬ LÝ gia nhiệt trực tiếp (truyền nhiệt<br /> thải Crôm hóa trị sáu (Cr6+), PHẾ THẢI TỪ GIA CÔNG SẢN đối lưu trực tiếp trong lòng thiết<br /> hợp chất hữu cơ halogen, XUẤT GIẦY DA bị)[2]. Mỗi thiết bị đều có ưu<br /> hydrocarbon thơm… vào môi Công nghệ nhiệt phân nhiệt nhược điểm riêng, tuy nhiên,<br /> trường. Các kết quả nghiên độ thấp được coi là tiềm năng cho đến nay chưa có thiết bị<br /> cứu trên thế giới đã cho thấy, trong các công nghệ xử lý với nào được công nhận là thiết bị<br /> trong quá trình đốt thiêu hủy mục đích tái sử dụng năng nhiệt phân lý tưởng. Vì vậy,<br /> phế thải da thuộc ở 800°C, có lượng chất thải công nghiệp và việc phát triển thiết bị nhiệt<br /> 40% Cr3+ được chuyển đổi chất thải sinh hoạt nguồn gốc phân đáp ứng các tiêu chí về<br /> thành Cr6+. Các loại sản phẩm hữu cơ do mức độ tiêu thụ kỹ thuật (hiệu quả xử lý, mức<br /> chính độc hại hình thành từ Cr3+ năng lượng cho quá trình xử lý độ cơ khí - tự động hóa...), về<br /> trong quá trình đốt là Cr2(SO4)3, thấp, công nghệ xử lý không kinh tế (chi phí đầu tư, vận<br /> CrOCl2 và Cr2O3. Đây là các phát sinh ô nhiễm thứ cấp, tỷ lệ hành, xử lý chất thải thứ cấp,<br /> chất mà sau đó bị chuyển đổi chôn lấp nhỏ và sản phẩm giá trị sản phẩm tái chế, thị<br /> thành Cr6+, phát tán trong môi nhiệt phân có giá trị sử dụng trường tiêu thụ sản phẩm nhiệt<br /> trường, dễ dàng xâm nhập vào cũng như có giá trị kinh tế. phân...) và về an toàn, thân<br /> các tế bào sống, gây ảnh Thiết bị nhiệt phân là cơ sở và thiện môi trường (chỉ số an toàn<br /> hưởng độc hại cho tế bào và là là chìa khóa quyết định hiệu kỹ thuật, chỉ số thân thiện môi<br /> nguyên nhân gây ra nhiều bệnh quả tái chế chất hữu cơ về tỷ lệ trường...), dễ dàng mở rộng<br /> ung thư khác nhau. Tiếp xúc sản phẩm nhiệt phân rắn, lỏng, trong công nghiệp vẫn được coi<br /> ngắn trên mức ô nhiễm tối đa, khí tạo thành và giá trị sử dụng là trọng tâm của việc nghiên<br /> Cr6+ gây ra tình trạng dị ứng của chúng cứu và là một trong những<br /> nặng hoặc lở loét da và dạ dày. hướng chính của công nghệ<br /> Hiện nay, tồn tại nhiều loại<br /> Tiếp xúc lâu dài trên mức ô nhiệt phân trên toàn thế giới.<br /> thiết bị nhiệt phân có cấu tạo và<br /> nhiễm tối đa có thể gây ra viêm III. NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO<br /> nguyên lý làm việc khác nhau.<br /> da, tổn thương gan, suy thận, THIẾT BỊ NHIỆT PHÂN BẰNG<br /> Theo nguyên tắc phản ứng<br /> phá hủy mô thần kinh và tử THỰC NGHIỆM<br /> chính là truyền nhiệt giữa<br /> vong [1]. Nhằm khắc phục nguồn nhiệt và khối lượng chất Đối tượng được lựa chọn<br /> nhược điểm của các phương hữu cơ được xử lý, các thiết bị tiến hành nghiên cứu là phế<br /> pháp nêu trên, một trong có thể được chia thành dạng thải da thuộc thu gom từ nhà<br /> những phương pháp đang<br /> được hướng tới sử dụng trên<br /> thế giới là công nghệ nhiệt<br /> phân nhiệt độ thấp với việc tái<br /> sử dụng năng lượng chất thải<br /> công nghiệp. Bài báo này trình<br /> bày kết quả của đề tài “Nghiên<br /> cứu, thiết kế, chế tạo tổ hợp<br /> thiết bị nhiệt phân nhiệt độ thấp<br /> tái chế phế thải giày da thành<br /> nhiên liệu” do nhóm tác giả của<br /> Viện Nghiên cứu Cơ khí, Bộ<br /> Công thương thực hiện. Hình 1. Phj th`i da thuwc t quá trình gia công s`n xuat giby da<br /> <br /> <br /> 90 Taïp chí Hoaït ñoäng KHCN An toaøn - Söùc khoûe & Moâi tröôøng lao ñoäng, Soá 1,2&3-2014<br />  Kjt qu` nghiên c~u KHCN<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> máy gia công sản xuất giầy da xuất khẩu. Đây là phế thải nguồn Nguyên lý ho_t đwng:<br /> gốc hữu cơ có tỷ lệ lớn trong thành phần CTR công nghiệp phát Nguyên liệu được đưa vào lò<br /> sinh từ quá trình gia công giày da. phản ứng nhiệt phân với khối<br /> Chế tạo tổ hợp thiết bị nhiệt phân nhiệt độ thấp được thực hiện lượng 50kg/mẻ. Sau khi nhận<br /> trên cơ sở kết quả nghiên cứu thực nghiệm, kết quả nghiên cứu đủ khối lượng chất thải rắn cần<br /> tính toán thiết kế tại Trung tâm Công nghệ và Thiết bị Môi trường, xử lý, nắp lò phản ứng nhiệt<br /> Viện Nghiên cứu Cơ khí, Bộ Công Thương. Tổ hợp thiết bị nhiệt phân được đóng kín, khởi động<br /> phân nhiệt độ thấp công suất 50 kg/mẻ đã được chế tạo (h.2) và bộ phận cấp nhiệt. Nhiệt độ của<br /> chạy khảo nghiệm xử lý các đối tượng phế thải nguồn gốc hữu cơ lò phản ứng được cài đặt theo<br /> như da thuộc, cao su, nhựa… giá trị định trước tại tủ điều<br /> Tổ hợp thiết bị nhiệt phân này được thiết kế chế tạo hoạt động khiển. Nhiên liệu được sử dụng<br /> theo nguyên lý hóa hơi chất hữu cơ bằng cách gia nhiệt gián tiếp cho đầu đốt cấp nhiệt là dầu<br /> từ bên ngoài lò phản ứng, sau đó hơi nhiệt phân được phân ly, DO (hoặc dầu nhiệt phân) và<br /> ngưng tụ để tách các pha rắn, lỏng, khí trong hỗn hợp hơi - khí khí nhiệt phân không hóa lỏng<br /> nhiệt phân tạo thành. được còn lại trong quá trình<br /> hoạt động của hệ<br /> thống thiết bị. Khí thải<br /> (sản phẩm cháy) từ<br /> buồng cấp nhiệt theo<br /> hệ thống đường ống<br /> qua bộ phận xử lý khí<br /> thải dùng than hoạt<br /> tính và được thải ra<br /> môi trường qua ống<br /> khói. Phản ứng nhiệt<br /> phân xảy ra khi nhiệt<br /> độ trong lò phản ứng<br /> đạt giá trị nhiệt độ<br /> nhiệt phân đã thiết<br /> lập. Phế thải da thuộc<br /> bị nhiệt phân thành<br /> hỗn hợp khí - hơi<br /> nhiệt phân đi ra khỏi<br /> lò phản ứng sang hệ<br /> Hình 2. Tu h{p thijt bp nhint phân nhint đw thap thống thiết bị phân ly,<br /> do NARIME thijt kj chj t_o ngưng tụ hóa lỏng,<br /> phần còn lại là than nhiệt phân<br /> Với tiêu chí thiết kế mở, dễ dàng điều chỉnh, hiệu chỉnh các ở lại trong lò phản ứng sẽ được<br /> thông số, mức độ tự động hóa kiểm soát, điều khiển chế độ hoạt lấy ra ở giai đoạn kết thúc mẻ<br /> động trong quá trình vận hành cao, tổ hợp thiết bị pilot nhiệt phân nhiệt phân bằng bộ phận tháo<br /> nhiệt độ thấp xử lý chất thải có nguồn gốc hữu cơ được xây dựng tro ở đáy lò và chuyển vào<br /> gồm các thiết bị chính như sau: (1) Lò phản ứng nhiệt phân; (2) thùng chứa.<br /> Buồng cấp nhiệt; (3) Thiết bị phân ly I; (4) Thiết bị ngưng tụ dạng<br /> Hỗn hợp khí - hơi nhiệt phân<br /> gián tiếp; (5) Thiết bị hấp thụ-ngưng dầu trực tiếp; (6) Thiết bị phân<br /> sau khi ra khỏi lò phản ứng qua<br /> ly III; (7) Hệ thống tái sử dụng khí nhiệt phân làm nhiên liệu cho tổ<br /> cửa ra khí ở đỉnh lò đi qua thiết<br /> hợp.<br /> bị phân ly I – cyclone đơn –<br /> <br /> <br /> Taïp chí Hoaït ñoäng KHCN An toaøn - Söùc khoûe & Moâi tröôøng lao ñoäng, Soá 1,2&3-2014 91<br />  Kjt qu` nghiên c~u KHCN<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> tách phần tro than bị cuốn theo Các sản phẩm này đều có giá trị về mặt năng lượng: nhiệt trị<br /> trong quá trình chuyển động than nhiệt phân có giá trị tương đương nhiệt trị than cám 5, nhiệt<br /> của dòng khí-hơi. Phần tro than trị dầu nhiệt phân có giá trị gần bằng nhiệt trị dầu FO, DO; lượng<br /> (nếu có) được tách bởi thiết bị khí nhiệt phân lớn được quay lại sử dụng trực tiếp đốt gia nhiệt<br /> phân ly I sẽ chuyển đến thùng cho quá trình nhiệt phân, góp phần giảm chi phí vận hành. Sản<br /> chứa. Hỗn hợp khí-hơi nhiệt phẩm cháy của dầu, khí và than nhiệt phân qua quan trắc, đo đạc<br /> phân đã được tách tro than sẽ phân tích đều an toàn về các chỉ tiêu phát thải, hoàn toàn có thể<br /> qua cửa ra ở đỉnh thiết bị phân sử dụng làm nhiên liệu đốt.<br /> ly I, chuyển sang thiết bị ngưng Kết quả quan trắc, đo đạc phân tích được thể hiện trong các<br /> tụ dạng gián tiếp, thiết bị hấp bảng 1, 2, 3, 4.<br /> thụ - ngưng dầu dạng trực tiếp Mặt khác, qua nghiên cứu thực nghiệm đã xác định được<br /> để thu dầu nhiệt phân. Phần<br /> khoảng nhiệt độ diễn ra quá trình nhiệt phân, chế độ nhiệt độ phù<br /> khí nhiệt phân không hóa lỏng<br /> hợp với mục tiêu tạo tỷ lệ sản phẩm dầu nhiệt phân nhiều nhất;<br /> được còn lại sẽ di chuyển sang<br /> hướng điều chỉnh chế độ nhiệt độ nhiệt phân và tốc độ nâng nhiệt<br /> thiết bị phân ly III - có nhiệm vụ<br /> để thu được tỷ lệ nhiều hay ít khí hoặc than nhiệt phân đối với phế<br /> tách pha lỏng và pha khí, pha<br /> lỏng chảy theo đường ống ra thải da thuộc. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm của đề tài đã được<br /> ngoài, khí nhiệt phân được đi sử dụng làm cơ sở xây dựng yêu cầu và định mức thiết kế hệ<br /> tiếp đến buồng cấp nhiệt làm thống thiết bị nhiệt phân (chế độ nhiệt độ nhiệt phân, tốc độ nâng<br /> nhiên liệu cho quá trình cháy nhiệt của lò phản ứng nhiệt phân…).<br /> cấp nhiệt cho quá trình nhiệt B`ng 1. Kjt qu` phân tích dbu nhint phân da thuwc 2<br /> phân.<br /> Sản phẩm dầu nhiệt phân sẽ Phöông<br /> được đưa vào bình chứa sản<br /> Chæ tieâu Daàu nhieät phaân<br /> phaùp Ñôn vò<br /> phẩm hoặc cung cấp cho<br /> phaân tích da thuoäc<br /> thöû<br /> buồng cấp nhiệt làm nhiên liệu.<br /> Cặn dầu được thu gom riêng Nhieät ñoä chôùp ASTM D<br /> và chuyển vào lò phản ứng để<br /> o<br /> 93 - 10 C < 25<br /> chaùy coác kín<br /> nhiệt phân trong mẻ tiếp theo.<br /> Nhen xét:<br /> ASTM D<br /> Nhieät trò kcal/kg 7878<br /> Kết quả thực nghiệm cho<br /> 240 - 07<br /> <br /> thấy, phế thải da thuộc trên kém Haøm löôïng löu ASTM D<br /> bền với nhiệt nên dễ bị phân<br /> hủy bởi nhiệt. Ở chế độ nhiệt độ<br /> huyønh 129 - 00 %KL 0,041<br /> B`ng 2. Kjt qu` phân tích than nhint phân phj th`i da thuwc 3<br /> thích hợp (trong khoảng 280 –<br /> 4000C), áp suất thấp (< 1 at),<br /> trong môi trường không có oxy Chæ tieâu Phöông Than Than nhieät<br /> hoặc thiếu oxy, phế thải da<br /> Ñôn vò<br /> phaân tích phaùp thöû caùm 5 phaân da thuoäc<br /> thuộc bị phân hủy (phản ứng<br /> cracking nhiệt) tạo thành than Haøm löôïng ASTM D %<br /> bán cốc, dầu nhiệt phân (sau<br /> 26 – 33 43,99<br /> tro 3174<br /> ngưng tụ) có hàm lượng lưu<br /> kh. lg<br /> <br /> huỳnh rất thấp và khí nhiệt phân ASTM D<br /> (khí tổng hợp có đặc tính hóa lý 240 – 072/<br /> như khí biogas) [2, 3].<br /> Nhieät trò kcal/kg 5.500 5804<br /> D48063<br /> <br /> <br /> 92 Taïp chí Hoaït ñoäng KHCN An toaøn - Söùc khoûe & Moâi tröôøng lao ñoäng, Soá 1,2&3-2014<br />  Kjt qu` nghiên c~u KHCN<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> B`ng 3. Kjt qu` phân tích s`n phcm cháy khí nhint phân 1 Qua kết quả chạy khảo<br /> nghiệm, đo đạc, phân tích và<br /> Chæ tieâu Thieát bò Ñôn QCVN SPC khí nhieät quan trắc cho phép kết luận:<br /> - Tổ hợp thiết bị nhiệt phân<br /> phaân tích phaân tích vò 19:2009 phaân da thuoäc<br /> SA633 Kimoto nhiệt độ thấp đã chế tạo được<br /> SO2 electric Co., mg/m3 500 85,3 thiết kế đồng bộ, hợp lý. Các<br /> LTD thông số hoạt động điều khiển<br /> NA 623 phù hợp cho phế thải da thuộc.<br /> NOx Kimoto electric mg/m3 850 38,1 Các chỉ số phát thải của tổ hợp<br /> Co., LTD thiết bị nằm trong chỉ tiêu quy<br /> CO ZRF chuẩn Việt Nam cho phép đối<br /> CO Kimoto electric mg/m3 1.000 66,8 với lò đốt chất thải công<br /> Co., LTD nghiệp;<br /> - Sản phẩm nhiệt phân: than,<br /> B`ng 4. Kjt qu` quan trfc khí th`i tu h{p thijt bp nhint phân phj<br /> dầu, khí có giá trị sử dụng về<br /> th`i da thuwc1<br /> mặt nhiên liệu đốt. Sản phẩm<br /> cháy của các dạng sản phẩm<br /> QCVN nhiên liệu nhiệt phân thu được<br /> nằm trong chỉ tiêu phát thải quy<br /> Keát<br /> Vò trí laáy maãu Thoâng soá Ñôn vò 30:2010/<br /> chuẩn Việt Nam quy định.<br /> quaû<br /> BTNMT<br /> - Có thể sử dụng tổ hợp thiết<br /> bị nhiệt phân trong các nhà<br /> o<br /> Nhieät ñoä C 48 -<br /> Trong oáng khoùi Buïi (TSP) máy xử lý chất thải và trong<br /> thaûi toå hôïp thieát<br /> 53,58 150 nhà máy có sử dụng nhiên liệu<br /> đốt truyền thống.<br /> trung bình<br /> bò nhieät phaân khi<br /> SO2 mg/Nm3 0 300<br /> ñoát daàu vaø khí<br /> nhieät phaân NOx 1,06 500 TÀI LIỆU THAM KHẢO<br /> [1]. Young Gary.C. (2010).<br /> Municipal solid waste to energy<br /> CO 24,66 300<br /> Ghi chú: conversion processes. John<br /> 1: Kết quả phân tích do Trạm Quan trắc và Phân tích Môi Wiley & Sons,Inc., Hoboken,<br /> trường lao động, Viện Nghiên cứu KHKT Bảo hộ lao động – NewJersey.<br /> WEMOS thực hiện; [2]. Thomas P. Wampler (2007).<br /> 2: Kết quả phân tích do VILAS 067 - Phòng Thử nghiệm Applied Pyrolysis Handbook.<br /> Hóa chất và Vật liệu, Trung tâm Phụ gia Dầu mỏ, Viện Hóa CRC Press Taylor & Francis<br /> học Công nghiệp Việt Nam thực hiện; Group.<br /> 3: Kết quả phân tích do phòng Nhiên liệu – Dầu – Mỡ, Viện [3]. Nguyễn Hữu Đĩnh, Đỗ Đình<br /> Hóa học – Vật liệu, Bộ Quốc Phòng thực hiện) Rãng (2003). Hóa học hữu cơ.<br /> NXB. Giáo dục. Hà Nội.<br /> IV. KẾT LUẬN<br /> Bài báo đã giới thiệu kết quả nghiên cứu thiết kế, chế tạo và<br /> chạy khảo nghiệm tổ hợp thiết bị nhiệt phân nhiệt độ thấp xử lý<br /> phế thải da thuộc phát sinh từ quá trình gia công sản xuất giầy da.<br /> <br /> <br /> Taïp chí Hoaït ñoäng KHCN An toaøn - Söùc khoûe & Moâi tröôøng lao ñoäng, Soá 1,2&3-2014 93<br />