Hệ thống cung cấp năng lượng cho trại chăn nuôi sử dụng Biogas

Tài liệu tham khảo Hệ thống cung cấp năng lượng cho trại chăn nuôi sử dụng Biogas

I GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 8

1.1.NHỮNG VẤN ĐỀ MÔI TRƯỜNG CỦA VIỆT NAM VÀ TOÀN CẦU HIỆN NAY 8

1.2 SỰ CẦN THIẾT PHẢI CÓ NGUỒN NHIÊN LIỆU THAY THẾ 11

1.3 MỤC ĐÍCH VÀ Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI 12

1.3.1 Mục đích của đề tài 12

1.3.2 Ý nghĩa khoa học của đề tài 13

II NHU CẦU NĂNG LƯỢNG Ở MỘT TRẠI CHĂN NUÔI 13

2.1 NHU CẦU NĂNG LƯỢNG CỦA MỘT TRẠI CHĂN NUÔI 13

2.1.1 Nhu cầu đun nấu 13

2.1.2 Nhu cầu chạy các động cơ đốt trong 14

2.1.3 Nhu cầu thắp sáng 14

2.2 NGUỒN CUNG CẤP NĂNG LƯỢNG HIỆN NAY Ở TRẠI CHĂN NUÔI 14

2.2.1 Năng lượng mặt trời 14

2.2.2 Năng lượng gió 15

2.2.3 Thuỷ điện và thuỷ điện nhỏ 15

2.2.4 Nguồn năng lượng khác 15

2.2.4.1 Năng lượng hoá thạch 15

2.2.4.2 Năng lượng tái sinh và năng lượng không truyền thống 16

2.2.4.3 Năng lượng từ khí sinh học (Biogas) 16

2.3 TÍNH TOÁN CHI PHÍ NĂNG LƯỢNG CỦA MỘT TRẠI CHĂN NUÔI 17

III SẢN XUẤT BIOGAS 18

3.1 SƠ ĐỒ SẢN XUẤT BIOGAS 18

3.2 TÍNH NĂNG CỦA BIOGAS 19

3.3 TÌNH HÌNH SỬ DỤNG BIOGAS HIỆN NAY 20

3.4 KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG BIOGAS ĐỂ CHẠY ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 21

3.4.1 Mức độ ứng dụng 22

3.4.2 Chi phí lắp đặt 22

3.4.3 Chi phí vận hành, bảo dưỡng 23

IV HỆ THỐNG CUNG CẤP NĂNG LƯỢNG CHO TRẠI CHĂN NUÔI SỬ DỤNG BIOGAS 23

Sơ đồ hệ thống 23

V THIẾT KẾ BỘ TẠO HỖN HỢP BIOGAS – KHÔNG KHÍ CHO ĐỘNG CƠ TĨNH TẠI 24

V.1 THIẾT KẾ HỆ THỐNG LỌC H2S VÀ LOẠI TRỪ CO2 24

1.2.1 Làm sạch và sấy khí 24

1.2.2 Tách hỗn hợp các khí hay hơi thành từng cấu tử 25

1.2.3 Tiến hành quá trình xúc tác không đồng thể trên bề mặt phân chia pha 25

1.3 Chất hấp phụ 25

1.3.1 Than hoạt tính 25

1.3.2 Silicagen 26

1.3.3 Sắt (III) oxyt 26

1.2 Hấp thụ 27

2 CÔNG NGHỆ XỬ LÍ KHÍ H2S VÀ CO2 27

2.1 Nguyên tắc 27

2.2 Các phương pháp khử CO2 và H2S 27

2.3 Lựa chọn công nghệ xử lý CO2 và H2O 27

2.4 Sơ đồ hệ thống thiết bị xử lý khí biogas 28

2.4.1 Thiết bị tách H2S 28

2.4.2 Thiết bị tách CO2 29

2.4.3 Sơ đồ hệ thống tách H2S và CO2 31

V.2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG LƯU TRỮ BIOGAS 32

V.3 THIẾT KẾ BỘ TẠO HỖN HỢP BIOGAS – KHÔNG KHÍ CHO ĐỘNG CƠ TĨNH TẠI 33

3.1 CHỌN ĐỘNG CƠ 33

3.1.1 Giới thiệu động cơ 33

3.1.2 Những thông số kỹ thuật của động cơ 34

3.1.3 Các chi tiết cố định của động cơ 35

3.1.3.1 Thân máy 35

3.1.3.2 Nắp máy 36

3.1.3.3 Đệm nắp máy 36

3.1.3.4 Nắp hộp các te 37

3.1.4 Cơ cấu trục khuỷu – thanh truyền – pis ton 37

3.1.4.1 Trục khuỷu 37

3.1.4.1 Thanh truyền 37

3.1.4.2 Pis ton 37

3.1.5 Các hệ thống của động cơ 38

3.1.5.1 Hệ thống phân phối khí 38

3.1.5.2 Hệ thống làm mát 40

3.1.5.3 Hệ thống bôi trơn 40

3.1.5.4 Hệ thống đánh lửa 41

3.1.5.5 Hệ thống nhiên liệu 41

3.1.5.6 Kích thước của động cơ 41

3.1.2 Tính toán nhiệt động cơ 42

1.Các thông số kỹ thuật của động 42

2.Các thông số chọn của động cơ 43

3 Thông số tính toán 43

3.1 Quá trình nạp 43

3.2 Quá trình nén 45

3.3 Quá trình cháy 46

3.4 Quá trình giãn nở 49

3.5.Thông số chỉ thị 50

3.6 Thông số có ích 51

3.1.2.2 Tính toán nhiệt khi động cơ dùng biogas 52

1 Lượng không khí lý thuyết để đốt cháy hết 1 m3 khí biogas (ở đktc) 53

2 Thành phần theo thể tích hỗn hợp nạp vào động cơ 53

3 Nhiệt trị nhiên liệu khí biogas 54

4 Thông số kỹ thuật của động cơ 55

5 Thông số chọn 56

6 Thông số tính toán 56

6.1 Quá trình nạp 56

6.2 Quá trình nén 58

6.3 Quá trình cháy 60

6.4 Quá trình giãn nở 62

6.5 Thông số chỉ thị 63

6.6 Thông số có ích 64

6.7 Bảng so sánh các thông số tính toán 66

3.2.1 Khảo sát kết cấu hệ thống nhiên liệu dùng xăng trên động cơ 70

1 Bình đựng xăng 71

2 Ống dẫn xăng 73

3 Lọc xăng 73

4 Lọc không khí 74

5 Kết cấu cacbuaratơ 75

5.1 Vật liệu chế tạo 75

1 Thân 75

2 Phao 75

3 Giclơ, vòi phun 75

4 Bướm gió, bướm ga 75

5.2 Kết cấu 75

1 Họng 75

2 Buồng hỗn hợp 75

3 Giclơ và vòi phun 75

1 Hệ thống phun chính 77

2 Hệ thống không tải 77

3 Hệ thống khởi động 78

5.4 Nguyên lý làm việc bộ chế hoà khí động cơ 80 5.5 Bộ điều tốc động cơ 81

3.2.2 Chọn phương án thiết kế hệ thống nhiên liệu dùng khí biogas 82

1 Yêu cầu hệ thống nhiên liệu của động cơ 82

2 Các phương án thiết kế 82

2.1 Phương án thiết kế hệ thống nhiên liệu chỉ dùng khí biogas 83

2.2 Phương án thiết kế lưỡng nhiên liệu xăng và biogas 85

2.2.2 Thiết kế lưỡng nhiên liệu xăng và biogas với hệ thống công suất điều khiển bằng cơ khí 87

2.2.3 Thiết kế lưỡng nhiên liệu xăng và biogas với hệ thống công suất điều khiển bằng điện 89

2.2.4 Chọn phương án thiết kế hệ thống lưỡng nhiên liệu xăng – biogas 91

3.2.3 Thiết kế cải tạo bỗ hỗn hợp biogas – không khí 92

1 Cơ sở lý thuyết điều chỉnh thành phần hỗn hợp 92

2 Phương pháp điều chỉnh thành phần hỗn hợp 93

3 Chọn phương án điều chỉnh hỗn hợp 93

Công suất động cơ dùng khí Biogas được tính theo công thức sau: 93

4 Xây dựng đường đặc tính hỗn hợp 96

5 Tính toán các kích thước của bộ hỗn hợp 99

5.1 Kiểm nghiệm lại đường kính buồng hỗn hợp 99

5.2 Kiểm nghiệm tốc độ không khí qua buồng hỗn hợp 99

5.3 Chiều dài buồng hỗn hợp 99

5.4 Xác định kích thước họng 99

5.5.Tính đường kính lỗ phun chính 100

VI CHẾ TẠO BỘ TẠO HỖN HỢP BIOGAS - KHÔNG KHÍ CHO ĐỘNG CƠ 101

6.3 Chạy thử nghiệm 102 VII KẾT LUẬN CHUNG: 103 TÀI LIỆU THAM KHẢO 107

LỜI NÓI ĐẦU

Những năm gần đây, con người trên trái đất của chúng

ta đã phải chịu nhiều tai hoạ do thiên nhiên gây ra: lũ lụt,bão gió, hạn hán, cháy rừng, các bệnh dịch Vấn đề môitrường là một vấn đề được quan tâm hàng đầu ở nhiềuquốc gia trên thế giới

Hằng năm con người đã thải vào môi trường hàng triệuchất thải các loại, làm ô nhiễm nguồn nước, ô nhiễmnguồn đất đai, và đặc biệt là các chất thải khí làm ônhiễm nguồn không khí, làm thủng tầng ôzôn, gây hiệu ứngnhà kính

Trong các chất độc hại thì NOx, HC, CO, do các loại động

cơ thải ra, là nguyên nhân chính gây ô nhiễm bầu không khí,ảnh hưởng tới sức khoẻ con người, nhiều năm trở lại đâycó nhiều căn bệnh hiểm nghèo xuất hiện rất nhiều, tỷ lệmắc bệnh một ngày một cao

Cho tới ngày nay mặc dù nền khoa học thế giới đã cónhững bước tiến vượt bậc Đặc biệt trong công nghệthông tin, cho phép các nhà khoa học có thể đi sâu vào nghiêncứu quá trình cháy của động cơ, nhằm hoàn thiện quátrình cháy, tăng công suất động cơ, tiết kiệm nhiên liệu vàgiảm thiểu nồng độ các chất độc hại trong khí xả Nhưngcho đến nay, câu trả lời cho vấn đề nêu trên vẫn chưa làmthoả mãn các nhà bảo vệ môi trường Nồng độ các chấtđộc hại có trong khí xả động cơ vẫn còn cao so với mongđợi của các nhà khoa học

Một xu hướng hiện nay, là nghiên cứu thay thế sửdụng nhiên liệu truyền thống: xăng , dầu diesl, bằng các

loại nhiên liệu “sạch” cho các loại động cơ như: nănglượng mặt trời, khí thiên nhiên, khí dầu mỏ hoá lỏng, nănglượng điện, khí sinh vật biogas Việc nghiên cứu đa dạnghoá nguồn năng lượng, làm ổn định nguồn năng lượng chosản xuất và đời sống sẽ giải quyết những vấn đề trên đểcó một chiến lược phát triển bền vững lâu dài Để tậndụng nguồn năng lượng tại chỗ, giảm chi phí cho chăn nuôisản xuất chúng em tiến hành nghiên cứu sử dụng khíbiogas chạy máy phát điện cỡ nhỏ Trong đề tài em đã tiếnhành cải thiện hệ thống nhiên liệu động cơ nguyên thuỷsang sử dụng nhiên liệu biogas, để tìm ra một hướng đi mới

em đã thiết kế hệ thống điều khiển cấp khí biogas bằngđiện

Sau một thời gian làm đề tài, với sự nỗ lực của bản thânvới sữ giúp đỡ tận tình của thầy cô giáo trong bộ môn,bạn bè, đề tài đã hoàn thành Tuy nhiên, do thời gian, trìnhđỗ cũng như kinh nghiệm thực tế còn hạn chế, chắchẳn đề tài còn nhiều thiếu sót và chưa đáp ứng đầy đủtính khoa học của đề tài Kính mong quý thầy cô giáo gúpđỡ và góp ý để đề tài ngày càng hoàn thiện hơn

Sau cùng, em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo, các thầy ởxưởng động cơ và ô tô, đặc biệt là thầy giáo GS.TSKH BùiVăn Ga đã tận tình hướng dẫn em trong suốt quá trình làmđồ án

Đà nẵng, ngày 30 tháng 05năm 2007

Sinh viên thực hiện

Đặng Hữu Thành.

I GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 1.1.NHỮNG VẤN ĐỀ MÔI TRƯỜNG CỦA VIỆT NAM VÀ TOÀN CẦU HIỆN NAY.

Tài nguyên và môi trường có vị trí đặc biệt quan trọng đối với con người và phát triển Tạo hóa đã sinh ra chúng ta và hành tinh bé nhỏ để nuôi dưỡng chúng ta từ bao đời nay Hàng ngày chúng ta sử dụng không khí, nước, thực phẩm để tồn tại và sử dụng các nguồn tài nguyên thiên nhiên vàmôi trường để đáp ứng các nhu cầu thiết yếu của mình Mỗi sự biến đổi của tự nhiên, của môi trường đều liên hệ mật thiết đến chúng ta, sự đe dọa nào đối với thiên nhiên, môi trường cũng chính là đe dọa đối với chúng ta.Thế nhưng, việc mở rộng quy mô hoạt động của conngười trong những thập niên gần đây, đặc biệt là cùng vớinhững tiến bộ của khoa học và kỹ thuật, con người đã gâynên những vấn đề hết sức nghiêm trọng Đó chính là vấnđề ô nhiễm môi trường và sự cạn kiệt của nguồn tàinguyên thiên nhiên vốn đã hữu hạn của hành tinh chúng ta.Điều đó làm cho con người phải thừa nhận rằng sự pháttriển kinh tế nhằm làm cho cuộc sống trở nên thịnh vượnghơn, nếu không được quản lý tốt có thể sẽ hủy hoại sựsống của loài người chúng ta Tuy nhiên, chúng ta cũng phảithừa nhận rằng, sự tồn tại của con người cũng khôngthể tránh khỏi những tác động lên môi trường Bản thân tựnhiên không phải luôn ở trạng thái tĩnh mà trái lại nó luônvận động Chúng ta coi trọng công tác bảo tồn không cónghĩa là chúng ta xác định tình trạng lý tưởng mà tại đócon người không tác động gì đến môi trường Điều tốtnhất chúng ta có thể làm là giảm thiểu những ảnh hưởng

tiêu cực do các hoạt động của chúng ta lên môi trườnghiện nay cũng như trong tương lai.

Đất là nguồn tài nguyên vô giá đang bị xâm hại nặngnề Số liệu của Liên hợp quốc cho thấy cứ mỗi phút trênphạm vi toàn cầu có khoảng 10 ha đất trở thành sa mạc.Diện tích đất canh tác trên đầu người giảm nhanh từ 0,5 ha/người xuống còn 0,2 ha/đầu người và dự báo trong vòng

50 năm tới chỉ còn khoảng 0,14 ha/đầu người Ở Việt Nam,số liệu thống kê cho thấy sự suy giảm đất canh tác, sựsuy thoái chất lượng đất và sa mạc hóa cũng đang diễn ravới tốc độ nhanh Xói mòn, rửa trôi, khô hạn, sạt lở, mặnhóa, phèn hóa v.v đang xảy ra phổ biến ở nhiều nơi đã làmcho khoảng 50% trong số 33 triệu ha đất tự nhiên được coilà “có vấn đề suy thoái”

Nước là nguồn tài nguyên không thể thay thế cũng đangđứng trước nguy cơ bị suy thoái mạnh trên phạm vi toàncầu, trong đó nước thải là nguyên nhân chính Theo số liệuthống kê, hàng năm có khoảng hơn 500 tỷ m3 nước thải (trongđó phần lớn là nước thải công nghiệp) thải vào nguồnnước tự nhiên và sau 10 năm thì số lượng này tăng gấpđôi Khối lượng nước thải này làm ô nhiễm hơn 40% lưulượng nước ổn định của các dòng sông trên trái đất Ởnước ta, hàng năm có hơn một tỷ m3 nước thải, mà hầuhết là chưa qua sử lý được thải ra môi trường Dự báonước thải sẽ tăng hàng chục lần trong quá trình đẩy mạnhcông nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước Khối lượngnước thải này đã, đang và sẽ làm nhiều nguồn nước trênphạm vi cả nước ô nhiễm nghiêm trọng, đặc biệt là cácsông hồ tại các đô thị lớn

Rừng là chiếc nôi sinh ra và che chở cho loài người cũngđang phải đối mặt với sự suy giảm nhanh về số lượng vàchất lượng Vào thời kỳ tiền sử, diện tích rừng đạt tới 8tỷ ha (che phủ 2/3 diện tích lục địa), đến thế kỷ 19 cònkhoảng 5,5 tỷ ha và hiện nay chi còn khoảng 2,6 tỷ ha Sốliệu thống kê cho thấy diện tích rừng đang suy giảm vớitốc độ chóng mặt (mỗi phút mất đi khoảng 30 ha rừng) vàtheo dự báo với tốc độ này chỉ khoảng 160 năm nữa toànbộ rừng trên trái đất sẽ biến mất.

Cùng với rừng, đa dạng sinh học cũng đóng vai trò quantrọng đối với con người và thiên nhiên Từ nhiều thập kỷnay, hoạt động của con người đã tác động mạnh tới thếgiới sinh vật, được xem là tương đương hoặc thậm chí lớnhơn nhiều so với các đợt tuyệt chủng lớn nhất trong thờitiền sử Việt Nam là nước có mức độ đa dạng sinh họcđứng thứ 10 thế giới, nhưng tốc độ suy giảm được xếpvào loại nhanh nhất Nhiều hệ sinh thái tự nhiên bị xâmphạm, suy giảm diện tích Trong gần không đầy 50 năm,diện tích rứng ngập mặn suy giảm gần ¾

Những con số thống kê cho ta thấy bức tranh ảm đạmvề tình trạng suy thoái tài nguyên và môi trường ở quy môtoàn cầu và ở nước ta Có rất nhiều vấn đề được đềcập đến, nhưng trong đó đáng lưu tâm nhất đó là hiệntượng trái đất đang ấm dần lên

Hành tinh của chúng ta là một thể thống nhất, do đókhi có bất kì một yếu tố nào thay đổi thì nó sẽ gây nênnhững phản ứng dây chuyền đến các yếu tố khác Sựấm dần lên của trái đất sẽ kéo theo sự thay đổi về khíhậu theo chiều hướng bất lợi, mà cụ thể là sẽ làm cho

thiên tai thường xuyên xảy ra với tần suất cao và diễn biếnphức tạp hơn, những đợt hạn hán và lũ lụt sẽ càng thêmdữ dội Riêng ở Việt Nam vào năm 1998, hiện tượng Eninođã gây nên những đợt hạn hán nghiêm trọng, ở nhiều vùngmà đặc biệt là ở Nam trung bộ và Tây nguyên, người dânkhông có đủ nước để sinh hoạt chứ chưa dám nói đếnnước sạch và nước để sản xuất, gia súc không có đủ nướcđể uống, hàng trăm hecta rừng bị thiêu rụi vì khô hạn Sangnăm 1999, đến lượt hiện tượng Lalina hoành hành, nó đãgây nên những trận đại hồng thủy dự dội ở miền trungmà đến nay nhiều người vẫn chưa quên được sự khủngkhiếp của nó Là một hiện tượng tự nhiên có tính quyluật là cứ 8 năm một lần, nhưng chưa có bao giờ Eninô lạigây nên những ảnh hưởng nghiêm trọng như vậy Đó chỉ lànhững điều mà chúng ta nhìn thấy được ở Việt Nam, sựấm dần lên của trái đất còn làm cho băng ở các cực sẽ tan

ra Theo dự báo của các chuyên gia ở đại học Oxford (Anh)thì trong vòng 100 năm nữa nhiệt độ trái đất sẽ tăng lên từ

2 đến 11 độ (oC) so với hiện tại Như vậy thì hàng tỷ métkhối nước đổ vào đại dương do sự tan của băng sẽ nhấnchìm các đảo nhỏ, các quốc gia có thấp vốn có địa hìnhthấp như Hà Lan và phần lớn các vùng duyên hải trên thếgiới, nơi cư trú của hàng trăm triệu người cũng sẽ bị nhấnchìm Tệ hại hơn nữa, sự tan chảy của băng sẽ hình thànhnhững dòng hải lưu lạnh bất thường trong lòng đại dương,các dòng hải lưu này sẽ làm ảnh hưởng đến các dòng hảilưu ấm Sự thay đổi không theo quy luật của các dòng hảilưu sẽ làm cho khí hậu của trái đất sẽ thay đổi một cách

bất thường, đó chính là cách nói khác của một thảm họathiên tai.

1.2 SỰ CẦN THIẾT PHẢI CÓ NGUỒN NHIÊN LIỆU THAY THẾ.

Từ những năm 1849 - 1850, con người đã biết chưng cấtdầu mỏ để lấy ra dầu hỏa, còn xăng là thành phần chưngcất nhẹ hơn dầu hỏa thì chưa hề được sử dụng đến vàphải đem đổ đi một nơi thật xa Lúc đó con người tạo radầu hỏa với mục đích thắp sáng hoặc đun nấu đơn thuần.Nhưng với sự tiến hóa của khoa học và kỹ thuật, từ việcsử dụng những động cơ hơi nước cồng kềnh và hiệu quảthấp, con người đã tìm cách để sử dụng xăng và dầudiezel cho động cơ đốt trong, là loại động cơ nhỏ gọn hơnnhưng có hiệu quả cao hơn hẳn Cùng với những khám phákhoa học vĩ đại khác, sự phát minh ra động cơ đốt trongsử dụng xăng và dầu diezel đã thúc đẩy xã hội loài ngườiđạt những bước phát triển vượt bậc, đem đến cuộcsống ấm no, hạnh phúc và văn minh cho hàng tỷ người trênthế giới

Những hiệu quả và giá trị của dầu mỏ và động cơ đốttrong mang lại thật sự không ai có thể phủ nhận được.Nguồn năng lượng chúng mang lại hầu như là chiếm ưuthế hoàn toàn Do vậy, mà hầu hết các quốc gia trên thếgiới đều muốn chiếm ưu thế và chủ động về nguồn dầumỏ Cuộc khủng hoảng năng lượng vào thập kỷ 70 của thếkỷ 20 đã một lần nữa khẳng định tầm quan trọng chiếnlược của dầu mỏ đối với mỗi quốc gia và cho toàn thếgiới Nhưng theo dự đoán của các nhà khoa học thì với tốcđộ khai thác hiện nay, trữ lượng dầu mỏ còn lại của trái

đất cũng chỉ đủ cho con người khai thác trong vòng khôngquá 40 năm nữa.

Bên cạnh đó những hậu quả mà khi chúng ta sử dụngdầu mỏ và động cơ đốt trong đem lại từ các chất thải khílàm ô nhiễm không khí, làm thủng tầng ôzôn, gây hiệu ứngnhà kính.Trong các chất độc hại thì CO, NOx, HC…do cácloại động cơ thải ra, là nguyên nhân chính gây ô nhiễm bầukhông khí, ảnh hưởng đến sức khỏe con người Do đó, conngười phải đứng trước một thách thức lớn là phải cónguồn nhiên liệu thay thế

Một xu hướng hiện nay, là nghiên cứu thay thế sửdụng nhiên liệu truyền thống:Xăng, dầu Diesel,… bằng cácloại nhiên liệu mới “sạch”, nhiên liệu tái sinh cho các loạiđộng cơ như năng lượng mặt trời, khí thiên nhiên, khí dầumỏ hóa lỏng, năng lượng điện, khí sinh vật Biogas, nănglượng thủy điện…Việc chuyển dần sang sử dụng các loạinhiên liệu không truyền thống đã trở thành chiến lượctrong chính sách năng lượng của nhiều quốc gia phát triển

1.3 MỤC ĐÍCH VÀ Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI 1.3.1 Mục đích của đề tài.

Nghiên cứu thiết kế bộ tạo hỗn hợp Biogas-không khíđể chạy động cơ máy phát điện ở trại chăn nuôi, qua đótận dụng được nguồn năng lượng tại chỗ Việc tậndụng các nguồn năng lượng tại chỗ cho sản xuất sẽ giúpcho người dân tiết kiệm được kinh phí, làm giảm giá thànhsản phẩm, tăng thu nhập cho người dân, góp phần đẩymạnh công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa nông

nghiệp nông thôn, đảm bảo sự phát triển bền vững củađất nước.

1.3.2 Ý nghĩa khoa học của đề tài.

Sử dụng nhiên liệu khí Biogas để làm nhiên liệu chạyđộng cơ đốt trong sẽ làm giảm mức độ phát thải khí CO2,

NOx, HC, CO … góp phần thực hiện các công ước quốc tếvề môi trường mà Việt Nam đã cam kết tham gia

Tìm ra một giải pháp cho vấn đề sử dụng nguồnnhiên liệu Biogas mà hiện nay chúng ta đang lãng phí, tránhgây khó khăn cho việc cất giữ loại nhiên liệu này

II NHU CẦU NĂNG LƯỢNG Ở MỘT TRẠI CHĂN NUÔI 2.1 NHU CẦU NĂNG LƯỢNG CỦA MỘT TRẠI CHĂN NUÔI.

2.1.1 Nhu cầu đun nấu.

Khí sinh vật là nguồn năng lượng rẻ tiền, có thể đónggóp rất nhiều vào việc cải thiện đời sống con người Nhấtlà trong giai đoạn khan hiếm năng lượng như hiện nay Ởtrại chăn nuôi có quy mô lớn thì vấn đề đun nấu cần mộtlượng năng lượng rất lớn, việc sử dụng khí thiên nhiênđể đun nấu sẽ tận dụng được nguồn năng lượng tạichỗ nên giảm đựơc chi phí đầu vào cho người dân

Việc sản xuất và sử dụng khí sinh vật là vấn đề nóngbỏng thu hút nhiều nhà khoa học tham gia, các nhà nănglượng thế giới quan tấm sâu sắc, riêng đối với Việt Namthì việc nghiên cứu vấn còn mới và việc sử dụng khí sinhvật có ý nghĩa vô cùng quan trọng, giải quyết phần nàovề khó khăn năng lượng hiện nay, tuy nhiên hiện nay khíbiogas được sử dụng cho mục đích đun nấu là chủ yếu

Về nhiệt lượng hữu ích: 1m3 khí biogas tương đương 0,7

kg dầu, thắp đèn 60W trong 7 giờ, tạo 1,25 KW.h điện; 4,37

kg củi; kéo xe 3 tấn trong 2Km; 6,1 kg rơm rạ

Trong 10 kg phân lợn hàng ngày có thể sản xuất được400÷500 lít khí Vì vậy ở trại chăn nuôi nhu cầu này rấtcần thiết để tận dụng các nguồn nguyên liệu trên

2.1.2 Nhu cầu chạy các động cơ đốt trong.

Dùng để kéo các máy công tác như bơm nước, máy xay xát,máy phát điện … Lượng khí tiêu khoảng 4,05 m3/mã lựchoặc 0,76 m3/kw.h điện Để chạy động cơ một mã lựctrong 1 giờ phải dùng một lượng khí khoảng (0,42-0,5) m3 khísinh vật, một động cơ cỡ 12 mã lực dùng trong 8 giờ sẽdùng tới 40 m3 khí sinh vật

2.1.3 Nhu cầu thắp sáng.

Hiện nay ở các trại chăn nuôi thắp sáng bằng nguồn nănglượng điện lưới, không tận dụng được tối đa nguồn nănglượng tại chỗ nên không nâng cao được tính kinh tế Trongtrường hợp mất điện thì ta dùng khí sinh vật để thắpsáng, để thắp sáng thì thường người ta dùng đèn như đènmăng xông, hoặc dùng đèn mạng: Đèn mạng có độ sángtương đương đèn điện sợi tóc 60 W, tiêu thụ khí 70÷80lít/giờ ở áp suất 40 cm nước Độ sáng của đèn tăng khi ápsuất cao hơn

Ngoài ra còn các nhu cầu khác như: Sưởi ấm khi gia súc sinhvào mùa đông, chạy tủ lạnh, sấy thức ăn cho vật nuôi …

2.2 NGUỒN CUNG CẤP NĂNG LƯỢNG HIỆN NAY Ở TRẠI CHĂN NUÔI.

2.2.1 Năng lượng mặt trời.

Hiện nay ở các trại chăn nuôi dùng năng lượng mặt trời vớimục đích chủ yếu là sấy thức ăn cho vật nuôi Muốn sửdụng rộng rãi năng lượng mặt trời cho nhiều mục đíchkhác nhau như các hệ thống sưởi ấm bằng năng lượngmặt trời, điều hoà không khí và cung cấp nước nóng ởmức độ cao, pin mặt trời thì đòi hỏi trước hết phải giảiquyết những vấn đề kỹ thuật cơ bản, công nghệ chế tạocũng như khả năng ứng dụng thực tế của chúng Ở nước

ta việc ứng dụng khả thi của năng lượng mặt trời là vàoviệc nấu nước nóng và sấy gỗ Có thể nói là khả thi vìcông nghệ tương đối đơn giản, quá trình chế tạo dễ dàngvà giá thành thì tương đối phù hợp với kinh tế Việt Nam

2.2.2 Năng lượng gió.

Trong những năm 30 của thế kỷ 20, con người đã biết sửdụng năng lượng sức gió để chạy máy phát điện, côngsuất đạt đến 75 KW Một số nước đã sử dụng nănglượng gió để chạy thuyền buồm, cối xay gió, phục vụcho sinh hoạt gia đình như: Thắp sáng đun nấu, quạt ngaycả chạy tua bin gió để bơm nước để phục vụ cho trồngtrọt và chăn nuôi trong ngành nông nghiệp

2.2.3 Thuỷ điện và thuỷ điện nhỏ.

Thuỷ điện hiện nay là nguồn năng lượng chính của nước

ta, nhà nước ta đã chủ trương xây dựng các nhà máy thuỷđiện với công suất rất lớn để đáp ứng nhu cầu ngày càngcao trong công nghiệp, nông nghiệp cũng như trong đời sống

sinh hoát của người dân Với mật độ về thuỷ điện caonhất thế giới, nước ta có rất nhiều lợi thế để xây dựngcác nhà máy thuỷ điện, mặc dù vậy thuỷ điện là nguồnnăng lượng đòi hỏi vốn đầu tư rất lớn, để xây dựng mộtnhà máy thuỷ điện phải mất một thời gian khá dài khốilượng công việc khảo sát, thăm giò rất lớn, phá hoại đấtđai, làm biến đổi trầm tích Thuỷ điện làm mất đi mộtdiện tích đất canh tác rất lớn, ảnh hưởng đến chất lượngnguồn nước, phá rừng, biến động thời tiết, làm cản trởgiao thông vận tải thuỷ bộ có khi còn ảnh hưởng đến việc

di dân

Chính vì vậy để giảm bớt các yếu điểm trên mà vẫn tậndụng có hiệu quả và thực tế nguồn năng lượng thuỷnăng ta nên tiến hành xây dựng những nhà máy thuỷ điệnvừa và nhỏ, huy động nguồn vốn địa phương phối hợp vớisự hỗ trỡ của TW

2.2.4 Nguồn năng lượng khác.

2.2.4.1 Năng lượng hoá thạch.

Các loại năng lượng này bao gồm: Than đá, dầu mỏ đãđược loài người sử dụng từ lâu với nhiều mục đích khácnhau như chạy động cơ đốt trong, đốt trực tiếp … Khi sửdụng loại năng lượng này đã đem lại nhiều lợi ích cho conngười, thúc đẩy xã hội loài người đạt những bước pháttriển vượt bậc, đem đến cuộc sống ấm no, hạnh phúcvà văn minh cho hàng tỷ người trên thế giới Tuy nhiên khi sửdụng nguồn năng lượng này cũng đem lại nhiều hậu quả

to lớn cho con người và cả hành tinh chúng ta Sự gia tăngcác nồng độ các chất ô nhiễm trong bầu khí quyển kể từ

khi nhân loại bước vào thời kỳ công nghiệp đã đặt ra nhữngvấn đề hết sức bức xúc về môi trường Thủ phạm chínhgây ra các chất ô nhiễm trong bầu khí quyển là sản phẩmcháy của nhiên liệu hoá thạch ( Than đá, dầu mỏ, khí đốt …) Trong khí thải có những chất trực tiếp gây ảnh hưởngđến sức khoẻ con người COx, HC, NOx, SO2, bồ hóng … vànhững chất gây tác động đến môi trường, đặc biệt là CO2,chất khí gây hiệu ứng nhà kính làm tăng nhiệt độ tráiđất, hơn nữa những loại nhiên liệu này có xu huớng ngàycàng cạn kiệt Vì vậy cần có một loại năng lượng sạchthay thế, đó là năng lượng tái sinh và không truyền thống( Cồn, biogas, ).

2.2.4.2 Năng lượng tái sinh và năng lượng không

2.2.4.3 Năng lượng từ khí sinh học (Biogas).

Biogas là một dạng năng lượng khí, đây là công nghệ dễtiếp cận với vốn đầu tư ít Ưu điểm của nguồn nănglượng này là việc nó thay thế được các nguồn nănglượng khác nhau như: Than, củi, điện, nhiên liệu khí hoálỏng và dầu… Sau khi phân động vật được phân huỷ thì nócho chất lưỡng hữu cơ giàu chất dinh dưỡng và không cómùi được sử dụng để cải thiện đất nông nghiệp tốt hơn

phân bón tươi Bên cạnh đó ngăn ngừa nạn chặt phá rừngbảo vệ môi trường Chính vì vậy hiện nay, biogas được sửdụng rộng rãi từ các trang trại nhỏ đến các trang trại lớn.

2.3 TÍNH TOÁN CHI PHÍ NĂNG LƯỢNG CỦA MỘT TRẠI CHĂN NUÔI.

Nhu cầu năng lượng của trại chăn nuôi: Trại chăn nuôi 15 conbò, 20 con heo thịt, 8 con heo nái, 1 con heo đực

Mỗi ngày trại sử dụng năng lượng để phục vụ sản xuấtnhư:

+ Bơm nước: mỗi ngày bơm 15 m3 nước sử dụng hết 4

KW điện để chạy máy bơm nước

+ Dùng điện sinh hoạt: mỗi ngày dùng hết 7 KW

+ Bếp: sử dụng nhiên liệu là củi chủ yếu, mỗi ngàydùng 50 kg củi

+ Phân bón cho cỏ để chăn nuôi: Mỗi ngày 3 Kg phânbón

Bảng tính chi phí năng lượng của trại chăn nuôi một ngày:

lượng

Sốlượng

Đơn giá Thành

Vậy về kinh tế hàng tháng trại chăn nuôi phải chi ra khoảng4.71000 đ để chi phí năng lượng cho quá trình chăn nuôi củatrai.

III SẢN XUẤT BIOGAS.

3.1 SƠ ĐỒ SẢN XUẤT BIOGAS.

khí biogas sạch

Nguyên lý làm việc của hệ thống:

Phân tươi từ chuồng trại được đưa vào bể lắng cát(1)để lắng đá, cát rồi qua ống dẫn phân (2) vào bể phân huỷ Ởbệ phân huỷ xẩy ra quá trình lên men tạo khí sinh học như sau:

Sau khi lên men hỗn hợp khí biogas được dẫn vào hệ

thống lọc khí H2S và CO2, hỗn hợp được lọc chứa phần trăm H2S và CO2 nhỏ, thành phần trăm CH4 chiếm khoảng

97,9% Sau đó hỗn hợp được dẫn vào bình chứa biogas (6), các chất bã sau khi phân huỷ được dẫn ra bể chứa

chất thải(4) và được tưới cho cây trồng

3.2 TÍNH NĂNG CỦA BIOGAS.

Cũng như dầu thực vật, khí Biogas là nhiên liệu trunghoà CO2 trong khí quyển Biogas là kết quả phân huỷ cácchất hữu cơ trong môi trường thiếu không khí Các chấthữu cơ có thể là thực vật (cây cối, rơm rạ…) hay thựcvật (xác sinh vật, các chất thải từ quá trình chế biếnthực phẩm…), các chất thải từ quá trình chăn nuôi… Quátrình diệp lục hoá của thực vật dưới tác động của ánhsáng mặt trời hấp thụ khí CO2. Nếu đốt nhiên liệu cónguồn từ thực vật thì CO2 trong khí thải sẽ được cânbằng Hai nguồn biogas chính là các hầm khí sinh học và

Chất

béo

Các chất tan

huỷ chất béo

Vi khuẩn phân

Hydrat

cacbon

Vi khuẩn phânhuỷ Cenluloza

huỷ prôtêinPrôtêin Vi khuẩn phân

Vi khuẩn + Axít hữu cơ có KLPT

nhỏ+ CO2, H2+ Ancol

sinh axít

Giai đoạn III

Vi khuẩn sinh CH4

+ CH4+ H2S,CO2

Giai đoạn II

Giaiđoạn I

khí phát sinh từ các bãi chôn lấp rác trong quá trình lên menhiếm khí của các chất hữu cơ Biogas chứa chủ yếu là CH4

(50-70%) và CO2 (22-50%) và các tạp chất khác như H2S

Biogas được sử dụng với nhiều mục đích khác nhau:+ Dùng làm nhiên liệu đốt: đun nấu, sưởi ấm cho vật nuôi,sấy nông sản

+ Thay thế nhiên liệu truyền thống để chạy động cơ đốttrong: Chạy động cơ máy phát điện, động cơ máy bơmnước, máy xay xát, máy lạnh để bảo quản sản phẩm nôngnghiệp Sử dụng các loại động cơ này sẽ giúp cho ngườinông dân tiết kiệm chi phí năng lượng, giảm giá thành sảnxuất và góp phần tích cực trong cải thiện đời sống ngườidân

3.3 TÌNH HÌNH SỬ DỤNG BIOGAS HIỆN NAY.

Hiện nay, khí nhiên liệu thay thế đã trở thành đề tài

nghiên cứu được nhiều nhà quan tâm thì những lựa chọnđể sử dụng nguồn năng lượng này càng trở nên phongphú Các xu hướng chính sử dụng nhiên liệu biogas trên thếgiới như sau:

+ Đốt trực tiếp

+ Làm nhiên liệu cho các loại động cơ

+ Bán cho các nhà cung cấp khí tự nhiên

ình 3.2 Sơ đồ các ứng dụng biogas

3.4 KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG BIOGAS ĐỂ CHẠY ĐỘNG

CƠ ĐỐT TRONG.

Có thể nói rằng động cơ đốt trong sử dụng biogas từcác hệ thống xử lý rác thải thành phố đã được ứngdụng trên mấy chục năm nay và mang lại những thành công

Nguồn biogas

Đốt trực tiếp

nhà cung cấp

Tạo năng lượng

Sấy

Xe tải, Máy kéo

Phát nhiệt điện

Turbin lỏng Tur bin khí

ở nhiều mức độ khác nhau Trong những năm trở lại đây,công nghệ này đã được ứng dụng rộng rãi cho các ngànhsản xuất nông nghiệp và công nghiệp dưới sức ép củaviệc khan hiếm năng lượng hoá thạch trong tương lai Cácđộng cơ đánh lửa cưỡng bức cố định có thể cung cấpnăng lượng cho rất nhiều loại thiết bị tải bao gồm:

+ Máy phát điện

+ Máy bơm

+ Quạt

+ Thiết bị nâng chuyển

+ Bơm nhiệt, điều khoà không khí

Ngoài ra, biogas cũng là nguồn năng lượng tiềm năng đểcung cấp cho các phương tiện vận tải như xe ca, xe tải cũngnhư các thiết bị công nghiệp khác như máy kéo…

Việc đánh giá hiệu quả ứng dụng của các hệ thống nàysẽ nhằm mục đích tối ưu hoá việc ứng dụng biogas.Những vấn đề cần quan tâm là:

3.4.1 Mức độ ứng dụng

Việc cung cấp biogas cho động cơ như thế nào cho có hiệuquả nhất Có cần thiết một hệ thống nén khí hay mộthệ thống cung cấp đặc biệt nào khác cho động cơ haykhông cũng là vấn đề cần quan tâm

3.4.2 Chi phí lắp đặt

Hệ thống phát điện chạy bằng biogas thường yêu cầu chiphí lắp đặt tương đối cao hơn so với động cơ chạy bằngnăng lượng điện Hệ thống phát điện cũng thường yêucầu chi phí cho hệ thống điều khiển và kết nối

3.4.3 Chi phí vận hành, bảo dưỡng

Các nhà máy phát điện lớn thường có chi phí vận hành vàbảo dưỡng thấp hơn so với các nhà máy nhỏ Các máy móctiêu thụ tải lớn cần được ưu tiên lắp đặt trước các máytải nhỏ Chi phí sửa chữa cũng cần dược tính đến

IV HỆ THỐNG CUNG CẤP NĂNG LƯỢNG CHO TRẠI CHĂN NUÔI SỬ DỤNG BIOGAS.

Sơ đồ hệ thống.

2.0 HP

ON OFF

OFF ON

OFF ON

OFF ON

4

56

4- Máy phát điện

Chú thích: Khí biogas còn chứa H2S và CO2 từ hầm ủ (1)được dẫn vào hệ thống thiết bị xử ly (2)ï, ở đây hỗnhợp khí H2S và CO2 được tách ra và hỗn hợp khí biogaschứa 97,9% CH4 Sau đó hỗn hợp khí đi đến thiết bị phânphối, từ đó hỗn hợp khí biogas được dẫn đến các thiết

bị sử dụng nhiên liệu khí biogas trong trại chăn nuôi như:Máy bơm nước, máy phát điện, máy xay xát, bếp nấu ăn

V THIẾT KẾ BỘ TẠO HỖN HỢP BIOGAS – KHÔNG KHÍ CHO ĐỘNG CƠ TĨNH TẠI

V.1 THIẾT KẾ HỆ THỐNG LỌC H 2 S VÀ LOẠI TRỪ

CO 2

+ Khí H2S có trong khí biogas khi sử dụng sẽ tạo thành SOx

gây ăn mòn thiết bị, tạo ra ô nhiễm môi trường

+ Khí CO2 có trong khí biogas sẽ hấp thụ nhiệt của quátrình cháy của động cơ do đó làm giảm hiệu suất của độngcơ

Vì vậy cần phải tách H2S và CO2 ra khỏi hỗn hợp khí

1 LÝ THUYẾT VỀ HẤP PHỤ VÀ HẤP THỤ.

1.1 Hấp phụ

Hấp phụ là quá trình hút khí (hơi) hay chất lỏng bằngbề mặt chất rắn xốp Chất khí hay hơi được hút đượcgọi là chất bị hấp phụ, chất rắn xốp dùng để hút khíhay hơi được gọi là chất hấp phụ và những khí không bịhấp phụ gọi là khí trơ

Tuỳ theo đặc trưng của qúa trình mà chúng ta phân biệtcác loại hấp phụ sau đây: Hấp phụ hoá học và hấp phụvật lý

1.2 Quá trình hấp phụ được ứng dụng để

1.2.1 Làm sạch và sấy khí

Khi làm sạch và sấy khí thì chất bị hấp phụ thườngkhông có giá trị Ví dụ làm sạch amôniăc trước khi ôxy hoá,làm sạch H2 trước khi hyđrô hoá, làm sạch không khí trong

các bộ phận chống khí độc, làm sạch không khí để khửmùi, tách H2S, CO2 trong khí Biogas.

1.2.2 Tách hỗn hợp các khí hay hơi thành từng cấu tử

Khi tách các hỗn hợp thì chất bị hấp phụ thường làchất quí Muốn thu được các khí đó thì sau khi hấp phụ taphải tiến hành quá trình nhả và tiếp theo là ngưng tụ Vídụ sự thu hồi dung môi dễ bay hơi, lấy hơi xăng ra khỏi khítự nhiên, tách hỗn hợp các cácbuahyđrô ra từng chất riêngbiệt

1.2.3 Tiến hành quá trình xúc tác không đồng thể trên bề mặt phân chia pha

Trong trường hợp này chất hấp phụ là chất xúc tác Vídụ quá trình oxy hoá NH3 thành oxýt nitơ trên bề mặt bạchkim (Pt), oxy hoá SO2 thành SO3 trên bề mặt bạch kim, hayoxyt Vanadium

Như vậy ta thấy rằng trừ mục đích thứ ba, hai mụcđích đầu giống như mục đích của hấp thụ nhưng mụcđích sử dụng hai phương pháp hấp thụ và hấp phụ khácnhau

Quá trình hấp phụ triệt để hơn, nó được ứng dụngtrong những trường hợp không thể dùng hấp thụ được.Cụ thể là khi hỗn hợp khí loãng quá nếu dùng hấp thụthì hiệu suất rất thấp và không kinh tế, hay là khi tínhchất các cấu tử gần giống nhau cũng không thể hấp thụđược Trong những trường hợp này nếu dùng hấp phụ thìkinh tế hơn và hiệu suất lớn hơn rất nhiều

1.3 Chất hấp phụ

Yêu cầu căn bản của chất hấp phụ là bề mặt riêngphải lớn Hiện tại người ta hay dùng than hoạt tính vàsilicaghen để làm chất hấp phụ

1.3.1 Than hoạt tính

Nguyêu liệu đề làm than hoạt tính là những vật liệu cóchứa cacbon như: gỗ, than bùn, xương động vật

* Quá trình làm than hoạt tính như sau:

- Chưng khô các nguyên liệu

- Kích thích hoạt tính của than sau khi chưng cất khô

Quá trình kích thích hoạt tính được thực hiện ở nhiệtđộ khoảng 900oC với các chất oxy hoá như không khí, oxy,hơi, nước…

Tính chất của than hoạt tính phụ thuộc vào tính chấtcủa nguyên liệu đầu và điều kiện hoạt hoá Than hoạt tínhcó thể dùng ở dạng bột (50 ÷ 200 µ) hay dạng hạt kíchthước hạt từ 1 ÷ 7mm Bề mặt hoạt động biểu diễnbằng m2/g Một gam than hoạt tính có thể đạt đến 600 ÷1700m2

Than hoạt tính là một chất hấp phụ rất tốt, nó đượcứng dụng chủ yếu trong việc thu hồi các dung môi hữu cơvà để thu hồi chúng

Nhược điểm của than hoạt tính là dễ cháy ở nhiệt độcao, thường không dùng than hoạt tính ở nhiệt độ lớn hơn

200oC, để khắc phục nhược điểm đó người ta trộn thêmsilicagen với than hoạt tính nhưng điều đó sẽ làm giảm hoạttính của than

1.3.2 Silicagen

Silicagen là axit silic kết tủa khi cho tác dụng với H2SO4 hayHCl hay là muối của chúng với Silicat Natri kết tủa đó đemrữa sạch và sấy ở nhiệt độ 115 ÷ 130oC đến độ ẩm 5 ÷ 7

% Silicagen được ứng dụng ở dạng hạt kích thước từ 0,2

÷ 7mm Bề mặt riêng đạt đến 600 mm2/g Ứng dụng chủyếu của Silicagen là để sấy khí (Hút hơi nước trong hổnkhí)

+ Thu hồi các cấu tử quí

+ Làm sạch khí

+ Tách hỗn hợp thành cấu tử riêng biệt

+ Tạo thành sản phẩm cuối cùng

2 CÔNG NGHỆ XỬ LÍ KHÍ H 2 S VÀ CO 2

2.1 Nguyên tắc

Khử acide cho khí là quá trình tách các khí acide (CO2 và

H2S) ra khỏi thành phần khí biogas, thông thường loại bỏ H2Syêu cầu triệt để hơn vì vấn đề sức khoẻ con người, môitrường và yêu cầu của việc vận chuyển (khả năng kết tinh

của khí acide khi nó vận chuyển ở nhiệt độ thấp của CO2

và ăn mòn của H2S)

2.2 Các phương pháp khử CO 2 và H 2 S

+ Phương pháp hấp thụ

+ Phương pháp hấp phụ

+ Phương pháp sinh học

2.3 Lựa chọn công nghệ xử lý CO 2 và H 2 O.

+ Dùng phoi sắt để hấp phụ H2S:

- Phoi sắt là những sợi mảnh phế liệu trong tiện, phay, bào rất dễ kiếm nên có hiệu quả kinh tế cao

- Phoi sắt có tính hấp phụ chọn lọc cao với H2S, có khảnăng tách triệt để H2S

- Phương pháp tái sinh phoi sắt đơn giản bằng cách sụckhông khí nóng ở ( 20 ÷ 50oC) qua lớp phoi sắt

+ Dùng nước để hấp thụ:

- H2O có khả năng hấp thụ chọn lọc H2S và CO2 hơn so với

CH4 nên không gây mất mát

- H2O dễ dàng tái sinh bằng phương pháp phun để giảm áp

- H2O là dung môi rẻ tiền, dễ kiếm nên có hiệu quả kinh tếcao

Công nghệ được chọn thiết kế đơn giản, dễ vận hành vàsữa chữa, rất phù hợp với điều kiện nông thôn

2.4 Sơ đồ hệ thống thiết bị xử lý khí biogas.

2.4.1 Thiết bị tách H 2 S.

* Kết cấu thiết bị:

Quá trình nhã hấp phụ: 2Fe2S3 + 3O2 = 2Fe2O3+6S(5-2)

Phoi sắt trước khi sử dụng phải được oxi hóa để tạothành một lớp oxyt sắt trên bề mặt Quá trình này có thểthực hiện tự nhiên bằng cách phơi ngoài không khí mộtthời gian hoặc có thể đốt để oxy hóa nhanh hơn Phản ứngxảy ra như sau:

Fe + 1/2 O2 -> FeO (5-3).

2Fe + 3/2O2 -> Fe2O3 (5-4)

3Fe + 2O2 -> Fe3O4 (5-5).Oxyt sắt tạo thành là hỗn hợp của các oxyt FeO, Fe2O3,

Fe3O4 Phoi sắt sau khi được đốt sẽ được trộn với vỏ bàocưa với tỉ lệ 1:1 về thể tích, sau đó được cho vào thiết bịchứa để tăng khả năng tiếp xúc giữa biogas và phoi sắt.Hỗn hợp khí biogas được dẫn vào thiết bị, trong thiết bịhàm lượng khí H2S bị hấp phụ lại bằng các phản ứngtrên Sau khi hỗn hợp khí ra khỏi thiết bị hàm lượng H2Srất ít

2.4.2 Thiết bị tách CO 2

* Kết cấu thiết bị:

1

5 4

6 3

7

Hình 5.2 Thiết bị tách CO2

+ CO2 làm giảm lượng khí CH4 nạp vào động cơ trongkỳ hút.

+ CO2 hấp thụ nhiệt tạo ra do khí cháy

Vì những nguyên nhân đó, nên CO2 cần được tách ra càngnhiều càng tốt Dựa vào khả năng hấp thụ của CO2 trongnước, sử dụng phương pháp hấp thụ CO2 bằng nước.Nguyên lý của phương pháp này là cho khí tiếp xúc ngượcchiều với nước trong đó, khí đi từ dưới lên, còn nước chảytừ trên xuống Để tăng cường sự tiếp xúc của khí vànước, sử dụng các vật liệu trơ như gỗ, đá để làm đệm.Để cố định lớp đệm trong bên trong tháp, dùng một đĩađục lỗ, đặt ở phần dưới của tháp

2.4.3 Sơ đồ hệ thống tách H 2 S và CO 2

BIOGAS TỪ HẦ M

NƯỚC

1 V-01 V-02

Hình 5.3 Sơ đồ hệ thống thiết bị xử lý khí biogas

2- Thiết bị hấp phụ H2S 6, 7- Bình chứa nước.

3- Thiết bị hấp phụ dự phòng 8- Bơm nước.4- Thiết bị hấp thụ cácboníc

* Nguyên lý làm việc của hệ thống:

- Khí biogas từ hầm chứa rất nhiều thành phần khí được dẫn qua bình ổn định (1) để ổn định áp suất và lưu

lượng, sau đó được dẫn vào thiết bị hấp thụ (2) và H2S được hấp thụ trên bề mặt phoi sắt Sau khi qua thiết bị hấp thụ (2) thì hỗn hợp khí chữa H2S với tỷ lệ rất thấp và được đưa vào thiết bị hấp thụ cácboníc (4), ở đây CO2

được hấp thụ bằng cách phun nước Hỗn hợp khí sau khíqua thiết bị hấp thụ khí cácboníc chứa hàm lượng CO2 vàH2S thấp được dẫn vào bình điều áp (5) để ổn định áp suất trược khi vào động cơ Sauk hi được lọc hỗn hợp khíbiogas chứa khoảng 97,9 % CH4

V.2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG LƯU TRỮ BIOGAS.

Để đảm bảo lưu lượng cũng như áp suất khí biogas đượcổn định trước khi nạp vào động cơ, cần phải thiết kế hệthống lưu trữ biogas

3- Van điều áp.

+ Bình chứa khí biogas: Có nhiệm vụ chứa khí, đảm bảocấp khí đủ cho động cơ hoạt động trong một thời giannhất định

+ Cần khoá gas: Mở khí cấp vào động cơ khi sử dụng vàđóng khi động cơ ngừng làm việc đảm bạo khí không bịtổn thất ra ngoài

+ Van điều áp:Ổn định áp suất khí trước khi vào động cơ.+ Van an toàn: Thự hiện chức năng an toàn khi áp suấttrong bình chứa tăng cao, vượt quá giới hạn cho phép

+ Van nạp: Có nhiệm vụ để nạp vào bình khí khi áp suấttrong bình bé hơn áp suất sử dụng

+ Đồng hồ đo áp suất khí: Đo áp suất khí trong bình

V.3 THIẾT KẾ BỘ TẠO HỖN HỢP BIOGAS – KHÔNG KHÍ CHO ĐỘNG CƠ TĨNH TẠI.

3.1 CHỌN ĐỘNG CƠ.

3.1.1 Giới thiệu động cơ.

Động cơ đang được dùng để thử nghiệm là loại động cơ

do trung quốc sản xuất, nhiên liệu dùng cho động cơ này làxăng Động cơ có những đặc điểm: Kích thước của động cơnhỏ, động cơ đặt thẳng đứng, hệ thống phối khí có 2xupáp nạp và xả đặt, hệ thống khởi động bằng dây nén,công suất cực đại động cơ 1,5 KW Động cơ được sử dungrộng rãi trong sinh hoạt gia đình, trong nông nghiệp, côngnghiệp …

2.0 HP

2 3

4 5

7

8 6

Hình 5.6 Động cơ

3- Đường xăng xuống BCHK 7- Cần khởi động.

3.1.2 Những thông số kỹ thuật của động cơ.

- Công suất cực đại của động cơ 1,5 KW

- Nhiên liệu được dùng cho động cơ Xăng

- Thể tích công tác 85,789 cm3

- Góc mở sớm xupáp thải 3 42o

- Góc đóng muộn xupáp thải 4 10o

3.1.3 Các chi tiết cố định của động cơ.

Các chi tiết cố định của động cơ bao gồm: Thân máy, nắpmáy, nắp hộp các te và các đệm bao kín

Hình 5.7 Sơ đồ phân chia động cơ

3.1.3.1 Thân máy.

Thân máy của động cơ là một chi tiết lớn nhất, khốilượng của than máy chiếm khoảng 70 ÷ 80 % tổng số khốilượng của động cơ Trên thân máy được lắp các cụm chitiết:

+ Cụm trục khuỷu – bánh đà

+ Cụm trục cam dẫn động cơ cấu phối khí

+ Xylanh, bugi đánh lửa

+ Cụm bộ điều tốc

- Bên trong thân máy là nơi chứa dầu bôi trơn

- Bên ngoài thân máy có các gân tản nhiệt vì động cơ làmmát bằng gió

- Vật liệu chế tạo thân máy: Nhôm hợp kim

3.1.3.2 Nắp máy.

Nắp máy cùng với piston và xylanh tạo thành buồng cháycủa động cơ