DỰ án sản XUẤT THỬ NGHIỆM GẠCH KHÔNG NUNG từ xúc tác FCC đã QUA sử DỤNG của NHÀ máy lọc dầu DUNG QUẤT

Nghiên cứu xử lý và kiểm soát yếu tố nguy hại của xúc tác FCC đã qua sử dụng trong sản xuất gạch không nung...11 III.3.1.. Bộ Xây dựngcũng đã ban hành Thông tư số 09/2012/TT-BXD ngày 28/

UBND TỈNH QUẢNG NGÃI

SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CÔNG TY CỔ PHẦN CƠ – ĐIỆN – MÔITỔNG CÔNG TY LẮP MÁY VIỆT NAM

MỤC LỤC

Trang

MỞ ĐẦU 1

Chương 1 TỔNG QUAN 2

I.1 Tổng quan các kiến thức liên quan đến Dự án 2

I.2 Tổng quan về Dự án 2

1.2.1 Thông tin chung về Dự án 2

1.2.2 Địa điểm thực hiện Dự án 2

1.2.3 Mục tiêu của Dự án 3

1.2.4 Nội dung của Dự án 3

1.2.5 Phương án triển khai 5

1.2.6 Dự báo nhu cầu thị trường và phương án kinh doanh sản phẩm của Dự án 6

1.2.7 Sản phẩm của Dự án 6

Chương 2 THỰC NGHIỆM 6

II.1 Đối tượng nghiên cứu 6

II.2 Phương pháp nghiên cứu 6

II.2.1 Các phương pháp xác định thành phần đặc tính cấu trúc vật liệu 6

II.2.2 Phương pháp xử lý, kiểm soát các yếu tố nguy hại trong xúc tác FCC đã qua sử dụng 6

II.2.3 Phương pháp tạo gạch không nung 6

II.2.4 Các phương pháp xác định tính chất cơ lý của sản phẩm gạch không nung 7

Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 7

III.1 Xác định đặc tính của nguyên liệu sử dụng sản xuất gạch không nung 7

III.1.1 Chất xúc tác đã qua sử dụng từ Nhà máy lọc dầu Dung Quất 7

III.1.2 Các nguyên liệu phối trộn khác 9

III.2 Nghiên cứu sự thay đổi nguyên liệu đầu vào cho dây chuyền sản xuất gạch không nung 9

III.2.1 Thay đổi tỷ lệ phối trộn xúc tác sFCC (cố định hàm lượng xi măng) 9

III.2.2 Thay đổi tỉ lệ phối trộn xi măng (cố định hàm lượng xúc tác sFCC) 10

III.3 Nghiên cứu xử lý và kiểm soát yếu tố nguy hại của xúc tác FCC đã qua sử dụng trong sản xuất gạch không nung 11

III.3.1 Kết quả phân tích kim loại nặng 11

III.3.2 Xử lý bằng công nghệ nước hoạt hoá 12

III.3.3 Xử lý kết hợp bằng bentonit 13

III.4 Đề xuất và triển khai dây chuyền sản xuất gạch không nung từ xúc tác FCC đã qua sử dụng 14

III.5 Các kết quả hoàn thiện công nghệ khác 15

III.5.1 Nghiên cứu thiết kế hệ thống cấp nguyên liệu tự động 15

III.5.2 Hệ thống bão dưỡng gạch tự động 15

III.5.3 Nghiên cứu thiết kế hệ thống xử lý bụi cho dây chuyền sản xuất gạch không nung 16

III.5.4 Nghiên cứu thay đổi khuôn gạch và phối màu cho sản phẩm gạch không nung16 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 17

CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN DỰ ÁN 18

DANH SÁCH NHỮNG THÀNH VIÊN THỰC HIỆN DỰ ÁN

Tổ chức công tác

Nội dung công việc tham gia

-Thư ký Dự án

Công ty cổ phần cơ điện - môi trườngLilama

-Phần công nghệ

và kỹ thuật

Công ty cổ phần Tưvấn xây dựng Điện 4

- Tập đoàn Điện lựcViệt Nam

Phần công nghệ

và kỹ thuật vậtliệu xây dựng

Công ty cổ phần cơ điện - môi trườngLilama

-Phần tài chính

và kinh tế

Công ty cổ phần cơ điện - môi trườngLilama

-Phần công nghệ

và vật liệu xâydựng

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT, KÝ HIỆU, THUẬT NGỮ

AAS Atomic Absorption Spectroscopy (Quang phổ hấp thụ nguyên tử)

ASTM: Tiêu chuẩn Hiệp hội Thử nghiệm và Vật liệu Mỹ

AW Activated Water (Nước hoạt hóa)

BET Brunauer-Emmett-Teller (tên riêng)

BJH Barrett-Yoyner-Halenda (tên riêng)

DTA Differential Thermal Analysis (Phân tích nhiệt vi sai)

EDX Energy Dispersive X-ray spectroscopy (Phổ tán sắc năng lượng tia X)

FCC: Fluid Catalytic Cracking (Cracking xúc tác lớp giả sôi)

PC Portland cement (xi măng Portland)

PLC Programmable Logic Controller (thiết bị điều khiển có lập trình)

ppm parts per million (phần triệu)

QCVN Quy chuẩn Việt Nam

RE: Rare-earth (Đất hiếm)

RFCC Residue Fluid Catalytic Cracking (Cracking xúc tác lớp giả sôi phần

cặn) SEM Scanning Electron Microscopy (Kính hiển vi điện tử quét)

sFCC spent Fluid Catalytic Cracking (FCC đã qua sử dụng)

TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam

TGA Thermogravimetric Analysis (Phân tích nhiệt trọng lượng)

VLXD Vật liệu xây dựng

XRD X-ray Diffraction (Nhiễu xạ tia X)

*

đá, củi… đã gây ra những hậu quả nghiêm trọng về cạn kiện nguồn tài nguyên

và ô nhiễm môi trường

Vì vậy, trong mấy năm gần đây, cùng với xu thế phát triển chung của thếgiới, các nhà quản lý và khoa học, công nghệ trong nước cũng rất quan tâmnghiên cứu, ứng dụng gạch không nung trong xây dựng công trình Chính phủ đãphê duyệt Chương trình phát triển Vật liệu không nung đến năm 2020 (Quyếtđịnh số 567/QĐ-TTg ngày 28/4/2010 của Thủ tướng Chính phủ) Bộ Xây dựngcũng đã ban hành Thông tư số 09/2012/TT-BXD ngày 28/11/2012, quy định sửdụng vật liệu xây không nung trong các công trình xây dựng kể từ năm 2013.Qua khảo sát thực tế tại địa phương và các tỉnh miền Trung thì tình hìnhsản xuất và sử dụng vật liệu xây không nung vẫn còn rất nhiều hạn chế Theothống kê của Sở Xây dựng tỉnh Quảng Ngãi cho thấy, tổng sản lượng sản xuấttrong năm 2012 đối với gạch đất sét nung là 460 triệu viên, trong đó: gạchtuynel đạt trên 220 triệu viên, gạch nung lò đứng liên tục đạt 50 triệu viên, gạchđất sét nung bằng lò thủ công khoảng 170 triệu viên Đối với gạch xây khôngnung, hiện nay trên địa bàn tỉnh mới chỉ có 2 chủng loại gạch xây không nung,

đó là: gạch xi măng - cốt liệu và gạch khác (đá chẻ, đá ong,…), việc sản xuất

và sử dụng vật liệu xây không nung của tỉnh hiện nay chỉ đạt khoảng 10% trêntổng số vật liệu xây các công trình vốn nhà nước

Sự ra đời và hoạt động của Nhà máy lọc dầu Dung Quất đã góp phần rấtquan trọng đến sự phát triển kinh tế - xã hội khu vực Miền Trung, đảm bảo nhucầu nhiên liệu và nguyên liệu hóa dầu cho đất nước Bên cạnh đó, vấn đề phátsinh chất thải có khả năng ô nhiễm môi trường từ các khu công nghiệp đangngày càng gia tăng, đòi hỏi phải được quan tâm thu gom, xử lý và tái chế triệt

để Hằng năm, Nhà máy thải ra khoảng 2000 tấn chất xúc tác đã qua sử dụng,chủ yếu là xúc tác RFCC (Residue Fluid Catalytic Cracking) Thành phần cơbản của một chất xúc tác FCC bao gồm hai hợp phần: zeolit (Y dạng trao đổi

sét ) Chất xúc tác FCC đã mất hoạt tính có bề mặt đã bị đầu độc bởi các kimloại nặng (V, Ni, Sb ), các hydrocacbon và bị cốc hóa Kích thước hạt giảm doxúc tác bị vỡ vụn, vì thế bụi của chúng có khả năng gây bệnh bụi phổi silic, ungthư khi tiếp xúc và hít phải liên tục trong thời gian dài Tuy nhiên, thành phần

chính của chất xúc tác FCC đã qua sử dụng vẫn là SiO2, Al2O3 tương tự như cáchợp chất aluminosilicat trong vật liệu xây dựng Vì thế, việc tái chế kết hợp với

xử lý các tác nhân gây hại nêu trên để tạo gạch không nung trong xây dựng làrất cần thiết, có cơ sở khoa học, ý nghĩa thực tiễn và khả thi

Nhận thức được các yêu cầu cấp thiết nêu trên, với vai trò là một công tytiếp nhận nguồn thải và có kinh nghiệm trong lĩnh vực xử lý, tái chế chất thảidầu khí, Ban lãnh đạo Công ty Cổ phần Cơ - Điện - Môi trường Lilama cùngvới một số nhà khoa học đã tiến hành nghiên cứu quy mô phòng thí nghiệm chế

tạo gạch không nung qua đề tài cấp Cơ sở: “Nghiên cứu sản xuất gạch không

nung từ chất thải zeolit” (nghiệm thu ngày 21/02/2011) Trên cơ sở các kết quả

nghiên cứu cơ bản đó, bằng kinh phí tự có của đơn vị cùng với sự hỗ trợ kinhphí từ ngân sách sự nghiệp khoa học tỉnh Quảng Ngãi, chúng tôi đã đề xuất,

thực hiện “Dự án sản xuất thử nghiệm gạch không nung từ xúc tác FCC đã

qua sử dụng của nhà máy lọc dầu Dung Quất”, với hy vọng Dự án thành

công sẽ mở ra một hướng ngành nghề mới cho địa phương, giảm các gánh nặng

về chôn lấp chất thải rắn, giảm thiểu ô nhiễm môi trường, góp phần tiết kiệmnăng lượng, bảo vệ tài nguyên thiên nhiên và phát triển kinh tế bền vững

Chương I TỔNG QUAN I.1 Tổng quan các kiến thức liên quan đến Dự án

Trong Báo cáo tổng kết Dự án, mục này trình bày tổng quan các vấn đề sau:

- Chất xúc tác cracking, xúc tác FCC;

- Chất thải xúc tác FCC, các hướng tái chế trên thế giới và trong nước;

- Gạch nung và gạch không nung;

- Bản chất và nguyên lý của công nghệ hoạt hóa nước (AW)

I.2 Tổng quan về Dự án

I.2.1 Thông tin chung về Dự án

- Tên dự án: Dự án sản xuất thử nghiệm gạch không nung từ xúc tác FCC đãqua sử dụng của nhà máy lọc dầu Dung Quất

- Thời gian thực hiện: 20 tháng (từ 10/2011 đến 06/2013)

- Cơ quan chủ trì Dự án: Công ty cổ phần Cơ - Điện - Môi trường Lilama

- Chủ nhiệm Dự án: PGS.TS Nguyễn Phi Hùng, Trường Đại học Quy Nhơn

- Tổng vốn thực hiện Dự án: 3.793,340 triệu đồng (từ ngân sách sự nghiệp khoahọc: 1.130,000 triệu đồng; vốn tự có của cơ quan chủ trì: 2.663,340 triệu đồng)

I.2.2 Địa điểm thực hiện Dự án

Tại mặt bằng Khu liên hiệp xử lý chất thải EME thuộc Công ty cổ phần Cơ Điện - Môi trường Lilama, Bình Đông, Bình Sơn, Quảng Ngãi

-I.2.3 Mục tiêu của Dự án

- Giảm thiểu gánh nặng phát sinh ô nhiễm thứ cấp, góp phần mở ra hướng mới

về việc kết hợp giữa xử lý, tái chế, bảo vệ môi trường và phát triển bền vững

- Hoàn thiện dây chuyền sản xuất gạch không nung quy mô 2 triệu viên/năm từxúc tác FCC đã qua sử dụng của nhà máy lọc dầu Dung Quất, đáp ứng tiêuchuẩn mác gạch từ 70 trở lên theo TCVN 6477:2011 và quy chuẩn QCVN03:2008/BTNMT về giới hạn kim loại nặng cho phép trong đất dân sinh

I.2.4 Nội dung của Dự án

I.2.4.1 Mô tả công nghệ, sơ đồ hoặc quy trình công nghệ để triển khai trong Dự án

Qua sự tìm hiểu, thử nghiệm các phương pháp công nghệ hoá rắn, phối

trộn và nén ép, chúng tôi quyết định lựa chọn phương án Công nghệ ép gạch

(không rung) từ vật liệu phối trộn bằng nước hoạt hóa, trải qua nhiều lần thử

nghiệm đã mang lại những kết quả tốt cả về chất lượng cơ lý và môi trường

Sơ đồ công nghệ được tóm tắt ở Hình 1

Khu vực chứa xúc tác FCC đã qua sử dụng

Máy phay

Máy ép thuỷ lực (2 chiếc máy đơn, sản xuất 2 loại gạch khác nhau), tổng công suất là 2 triệu

tải

Hình 1 Sơ đồ công nghệ sản xuất gạch không nung từ xúc tác FCC đã qua sử

dụng I.2.4.2 Những vấn đề mà Dự án cần giải quyết về công nghệ

Các nội dung Dự án cần nghiên cứu bổ sung, hoàn thiện được nêu trong Bảng 1

Bảng 1 Các nội dung nghiên cứu của Dự án

(Trích Phụ lục 2 Hợp đồng số 14/2011/HĐ-DASXTN)

TT Các nội dung, công việc cụ thể Sản phẩm phải đạt

1 Xây dựng Thuyết minh đề cương chi

tiết của Dự án

Đề cương hoàn thiện sau thẩm định kinh phí Dự án Đảm bảo yêu cầu khoa học, giải quyết mục tiêu cần nhiên cứu.

2 Mua sắm, lắp đặt thiết bị

2.1 Hệ thống cấp nguyên liệu tự động, lấy

gạch tự động và hệ bảo dưỡng gạch

Hệ thống vận hành ổn định với dây chuyền sản xuất hiện có 2.2 Hệ thống xử lý bụi

Hệ thống vận hành ổn định với dây chuyền sản xuất hiện có Đảm bảo giảm bụi trong khu vực sản xuất

2.3 Hệ thống xử lý chất thải nguy hại

Hệ thống vận hành ổn định với dây chuyền sản xuất hiện có Đảm bảo chỉ tiêu thôi nhiễm các kim loại nặng trong sản phẩm nằm trong giới hạn cho phép.

3 Hoàn thiện công nghệ, đào tạo vận

hành, khai thác

3.1 Hoàn thiện công nghệ:

Nghiên cứu, thiết kế Hệ thống cấp

nguyên liệu tự động

Báo cáo chuyên đề, bản vẽ thiết kế và

Hệ thống cấp nguyên liệu tự động Nghiên cứu, thiết kế Hệ thống nén ép,

phối màu có thể thay đổi khuôn gạch

Nghiên cứu lắp đặt Hệ thống xử lý yếu

tố nguy hại thành không nguy hại

Báo cáo chuyên đề, bản vẽ thiết kế và

Hệ thống xử lý chất thải nguy hại.

Nghiên cứu thay đổi nguyên liệu đầu

vào cho dây chuyền sản xuất gạch

Báo cáo chuyên đề về thay đổi nguyên liệu đầu vào, thay đổi tỉ lệ phối trộn xúc tác FCC đã qua sử dụng trong sản phẩm 3.2 Đào tạo vận hành, khai thác, tập huấn

an toàn lao động:

Đào tạo cán bộ công nghệ, công nhân vận hành, tập huấn an toàn lao động, bảo

vệ môi trường.

4 Đầu tư cơ sở hạ tầng Nhà xưởng, cơ sở vật chất đảm bảo cho

quá trình vận hành dây chuyền sản xuất.

5 Tiếp thị, quảng cáo cho sản phẩm

Các hình ảnh, video giới thiệu về công nghệ, sản phẩm gạch không nung của

Dự án.

6

Giám định sản phẩm theo các tiêu

chuẩn môi trường và tiêu chuẩn xây

dựng

Bộ số liệu phân tích sản phẩm gạch không nung của Dự án theo các chỉ tiêu, tiêu chuẩn xây dựng và môi trường của

cơ quan chuyên môn.

I.2.5 Phương án triển khai

I.2.5.1 Phương án tổ chức sản xuất thử nghiệm

a) Quy mô đầu tư:

- Đầu tư xây dựng dây chuyền sản xuất gạch không nung từ xúc tác FCC đãqua sử dụng công suất 2 triệu viên/năm, tương đương với lượng xúc tác FCC

đã qua sử dụng hàng năm khoảng 2000 tấn từ Nhà máy lọc dầu Dung Quất

- Dự phòng mở rộng công suất

b) Địa điểm xây dựng và nhu cầu sử dụng đất:

- Địa điểm xây dựng: Khu liên hiệp xử lý chất thải Công ty Lilama EME, BìnhNguyên, Bình Sơn, Quảng Ngãi

12 m x 12 m x 7,5 m)

c) Các trang thiết bị máy móc: như trong Báo cáo tổng kết Dự án.

d) Nguyên vật liệu sản xuất: chủ yếu là xúc tác FCC đã qua sử dụng thu gom từ

nhà máy lọc dầu, ngoài ra lượng xi măng, cát, phụ gia thì mua ở thị trường

e) Nhân lực cho triển khai Dự án: gồm các công nhân kỹ thuật đã làm việc ở

khu xử lý chất thải, ngoài ra còn tuyển dụng và đào tạo các công nhân có taynghề bậc cao phù hợp với tính chất và quy mô sản xuất

I.2.5.2 Phương án tổ chức tài chính

- Tổng vốn thực hiện Dự án: 3.793,340 triệu đồng Trong đó:

+ Từ ngân sách sự nghiệp khoa học: 1.130,000 triệu đồng

+ Vốn tự có của tổ chức chủ trì: 2.663,340 triệu đồng

I.2.6 Dự báo nhu cầu thị trường và phương án kinh doanh sản phẩm của Dự án

a) Dự báo nhu cầu thị trường: nhu cầu về sử dụng gạch không nung trong thời

gian tới là rất lớn

b) Phương án kinh doanh sản phẩm của Dự án:

- Phân tích giá thành, giá bán dự kiến của sản phẩm trong thời gian sản xuất thửnghiệm; giá bán khi ổn định sản xuất

- Đầu tư tiếp thị, quảng bá

- Không ngừng cải thiện chất lượng, thay đổi mẫu mã sản phẩm (kích thước,gạch đặc hoặc có lỗ, ) để đa dạng hóa sử dụng và đáp ứng nhu cầu thị hiếu

I.2.7 Sản phẩm của Dự án

Sản phẩm của Dự án là dây chuyền sản xuất gạch không nung từ xúc tácFCC đã qua sử dụng Sản phẩm gạch không nung phải đảm bảo các tiêu chuẩnxây dựng và môi trường

Loại gạch: gạch đặc, kích thước 220x105x55 và 240x115x55 (mm); mác

hút nước dưới 13 – 14 %; màu sắc: trắng xám Kích thước, mẫu mã và màu sắcgạch có thể thay đổi tuỳ theo những nhu cầu sử dụng khác nhau

Chương II THỰC NGHIỆM II.1 Đối tượng nghiên cứu

- Chất xúc tác FCC đã qua sử dụng từ Nhà máy lọc dầu Dung Quất và một sốnguyên liệu phối trộn khác (cát sông, ximăng, phụ gia)

- Dây chuyền công nghệ xản xuất gạch không nung từ chát xúc tác FCC đã qua

sử dụng và các nguồn nguyên liệu khác

II.2 Phương pháp nghiên cứu

II.2.1 Các phương pháp xác định thành phần và đặc tính cấu trúc vật liệu

- Các phương pháp đặc trưng vật liệu: nhiễu xạ tia X (XRD), tán sắc nănglượng tia X (EDX), chụp ảnh hiển vi điện tử quét (SEM), phổ hồng ngoại (IR),

- Phương pháp định lượng kim loại nặng: quang phổ phát xạ nguyên tửcảm ứng plasma (ICP-AES) và phổ hấp thụ nguyên tử (AAS)

II.2.2 Phương pháp xử lý, kiểm soát các yếu tố nguy hại trong xúc tác FCC đã qua sử dụng.

Công nghệ nước hoạt hóa (AW, activated water) kết hợp với sử dụngchất hấp phụ và trao đổi ion (bentonit)

II.2.3 Phương pháp tạo gạch không nung

II.2.3.1 Tạo gạch không nung ở quy mô phòng thí nghiệm

Tiến hành phối trộn xúc tác sFCC, cát sông và xi măng ở các tỷ lệ khốilượng khác nhau, thêm lượng nước thích hợp, sau đó tiến hành tạo mẫu (mẫu

FCC đã qua sử dụng, xi măng và cát) Trong điều kiện thí nghiệm này, mỗimẫu phối liệu có khối lượng là 2,5 kg, được trộn khô, sau đó thêm vào 500 mlnước (chứa 0,02% thể tích chất phụ gia bê tông), tiếp tục trộn đều Sau đó, mẫu

dưỡng ẩm trong thời gian 3 ngày ở trong mát (tưới mẫu 3 lần/ ngày), sau đóphơi khô tự nhiên đủ thời gian 3 tuần tính từ thời điểm chế tạo mẫu

II.2.3.2 Tạo gạch không nung ở quy mô sản xuất thử nghiệm

Qua sự tìm hiểu, thử nghiệm các phương pháp công nghệ hoá rắn, phốitrộn và nén ép, chúng tôi quyết định lựa chọn phương án công nghệ phối trộn

với sự có mặt của nước hoạt hóa để sản xuất gạch không nung từ chất xúc tácsFCC cùng một số nguyên liệu khác Thành phần phối liệu dựa trên cơ sở kếtquả nghiên cứu tạo gạch không nung ở quy mô phòng thí nghiệm Gạch sau khi

ép được bảo dưỡng trong mát 3 ngày, sau đó phơi nắng ngoài trời trong 18ngày

Sơ đồ công nghệ sản xuất gạch không nung từ xúc tác FCC đã qua sửdụng đã được trình bày ở Hình 1 (Mục I.2.4.1)

II.2.4 Các phương pháp xác định tình chất cơ lý của sản phẩm gạch không nung

Chương III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN III.1 Xác định đặc tính của nguyên liệu sử dụng sản xuất gạch không nung

III.1.1 Chất xúc tác FCC đã qua sử dụng từ Nhà máy lọc dầu Dung Quất

Ảnh SEM của xúc tác FCC đã qua sử dụng được trình bày ở Hình 2a Quansát nhận thấy xúc tác FCC đã qua sử dụng rất mịn, các hạt có kích thước không

với xúc tác FCC đã qua sử dụng ban đầu (thường có kích thước trung bình khoảng

độ bám dính rất cao, khó định hình Tuy nhiên đây cũng là ưu điểm của xúc tácFCC đã qua sử dụng trong vai trò như chất tự chèn cho bê tông khi sử dụng chúnglàm nguyên liệu chế tạo các vật liệu nén ép không nung