Nghiên cứu xác định chế độ công nghệ của thiết bị nhiệt phân nhiệt độ thấp tái chế phế thải giày da thành sản phẩm dạng nhiên liệu

Dựa trên các tiêu chí này đề tài ”Nghiên cứu xác định chế độ công nghệ của thiết bị nhiệt phân nhiệt độ thấp tái chế phế thải giày da thành sản phẩm dạng nhiên liệu’’ được đề xuất với m

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ CÔNG NGHỆ CỦA THIẾT BỊ NHIỆT PHÂN NHIỆT ĐỘ THẤP TÁI CHẾ PHẾ THẢI GIÀY DA

THÀNH SẢN PHẨM DẠNG NHIÊN LIỆU

LUẬN VĂN THẠC SỸ

KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

Hà Nội – Năm 2014

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ CÔNG NGHỆ CỦA THIẾT BỊ NHIỆT PHÂN NHIỆT ĐỘ THẤP TÁI CHẾ PHẾ THẢI GIÀY DA

THÀNH SẢN PHẨM DẠNG NHIÊN LIỆU

Chuyên ngành: KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

LUẬN VĂN THẠC SỸ

KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS DƯƠNG VĂN LONG

Hà Nội – Năm 2014

1

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

LỜI CAM ĐOAN 3

LỜI CẢM ƠN 4

DANH MỤC KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT 5

DANH MỤC BẢNG 6

DANH MỤC HÌNH 7

PHẦN MỞ ĐẦU 9

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHẾ THẢI RẮN DA GIẦY VÀ CÔNG NGHỆ NHIỆT PHÂN XỨ LÝ PHẾ THẢI RẮN 11

1.1 Đặc điểm chung của phế thải rắn từ quá trình gia công sản xuất giầy da tại Việt Nam 12

1.2 Ảnh hưởng của phế thải giầy da đến con người và môi trường 14

1.3 Lịch sử hình thành công nghệ nhiệt phân chất thải rắn hữu cơ 16

1.4 Cơ sở lý thuyết công nghệ nhiệt phân 17

1.4.1 Sự hình thành các sản phẩm nhiệt phân dạng lỏng 19

1.4.2 Sự hình thành sản phẩm nhiệt phân dạng rắn- than nhiệt phân 19

1.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nhiệt phân chất thải rắn hữu cơ 19

1.5.1 Nhiệt độ nhiệt phân 19

1.5.2 Tốc độ nâng nhiệt 22

1.5.3 Cấu trúc, thành phần hóa học và kích thước của nguyên liệu nhiệt phân 23

1.5.4 Thời gian nhiệt phân 23

1.5.5 Dạng lò phản ứng và hệ thống thiết bị 24

1.5.6 Sự tồn tại của oxy trong lò phản ứng 24

1.5.7 Trạng thái lỏng và hơi của nguyên liệu trong quá trình nhiệt phân 24

1.5.8 Chất xúc tác 25

1.5.9 Áp suất 25

1.6 Phân loại công nghệ và thiết bị nhiệt phân 26

1.6.1 Phân loại công nghệ nhiệt phân 26

1.6.2 Phân loại hệ thống thiết bị nhiệt phân 27

1.7 Kinh nghiệm nghiên cứu ứng dụng công nghệ và thiết bị nhiệt phân xử lý chất thải rắn nguồn gốc hữu cơ trên thế giới 30

1.8 Kinh nghiệm nghiên cứu ứng dụng công nghệ và thiết bị nhiệt phân xử lý chất thải rắn nguồn gốc hữu cơ trong nước 35

1.9 Kết luận chương 1 36

2

CHƯƠNG 2: THÍ NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 38

2.1 Đối tượng nghiên cứu 38

2.2 Mẫu thí nghiệm nhiệt phân 40

2.3 Phương pháp nghiên cứu 41

2.3.1 Mục tiêu thí nghiệm 41

2.3.2 Yêu cầu thiết bị thí nghiệm 41

2.4 Thiết kế chế tạo thiết bị thí nghiệm nhiệt phân 42

2.4.1 Sơ đồ công nghệ hệ thống thiết bị thí nghiệm nhiệt phân 42

2.4.2 Mô tả chi tiết hệ thống thiết bị thí nghiệm nhiệt phân 43

2.4.3 Tính toán một số thông số thiết bị chính trong hệ thống thiết bị thí nghiệm nhiệt phân 44

2.4.4 Thiết kế hệ thống thiết bị thí nghiệm nhiệt phân 48

2.4.5 Sản phẩm chế tạo thiết bị thí nghiệm nhiệt phân 51

2.5 Quy trình thí nghiệm 52

2.6 Kết quả thí nghiệm 54

2.6.1 Kết quả thí nghiệm xác định nhiệt độ nhiệt phân phế thải da thuộc 55

2.6.2 Kết quả thí nghiệm xác định tốc độ nâng nhiệt thích hợp đối với nhiệt phân phế thải da thuộc 62

2.7 Đánh giá sản phẩm nhiệt phân dạng nhiên liệu 66

2.8 Kết luận chương 2 69

CHƯƠNG 3: ĐỀ XUẤT SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ THIẾT BỊ NHIỆT PHÂN TÁI CHẾ PHẾ THẢI GIẦY DA CÔNG SUẤT 50 KG/MẺ 70

3.1 Đề xuất sơ đồ công nghệ tổ hợp thiết bị nhiệt phân nhiệt độ thấp tái chế phế thải giày da 70

3.2 Mô tả hoạt động của tổ hợp thiết bị nhiệt phân 72

3.3 Sản phẩm chế tạo 76

3.4 Quy định an toàn khi vận hành hệ thống thiết bị nhiệt phân 77

3.5 Kết luận chương 3 78

KẾT LUẬN CHUNG 79

TÀI LIỆU THAM KHẢO 80

3

LỜI CAM ĐOAN

Tôi là Đinh Quốc Cường, học viên cao học lớp Kỹ thuật Môi trường khóa

2012-2014, mã số học viên CB120425, đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu xác định

chế độ công nghệ của thiết bị nhiệt phân nhiệt độ thấp tái chế phế thải giày da thành sản phẩm dạng nhiên liệu’’ dưới sự hướng dẫn của TS Dương Văn Long -

Giám đốc Trung tâm Công nghệ và Thiết bị Môi trường - Viện Nghiên cứu Cơ khí -

Bộ Công Thương Tôi xin cam đoan những kết quả nghiên cứu và thảo luận trong luận văn này là đúng sự thật và không sao chép ở bất kỳ tài liệu nào khác

Hà Nội, ngày 20 tháng 10 năm 2014

Học viên

Đinh Quốc Cường

4

LỜI CẢM ƠN Trước hết tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc của mình đối với TS Dương Văn Long – Giám đốc TT Công nghệ và Thiết bị Môi trường – Viện

Nghiên cứu Cơ khí – Bộ Công Thương đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và tạo điều kiện để tôi có thể thực hiện luận văn này

Tôi xin gửi lời cảm ơn đến các Thầy Cô trong Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, đã giúp đỡ, tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi được học tập và nghiên cứu

Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban Giám đốc, các cán bộ và công nhân viên Công

ty CP Xây dựng và Giầy da Hồng Việt - huyện Xuân Trường - tỉnh Nam Định đã hợp tác tốt giúp tôi hoàn thành luận văn này

Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè và đồng nghiệp tại Viện Nghiên cứu Cơ khí – Bộ Công Thương (NARIME) đã luôn bên cạnh ủng hộ, giúp

đỡ và động viên trong suốt thời gian thực hiện luận văn

Xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 20 tháng 10 năm 2014

Học viên

Đinh Quốc Cường

5

DANH MỤC KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT

BAT Công nghệ hiện có tốt nhất” (Best Available Technology - BAT) BVMT Bảo vệ môi trường

CAI-ASIA Tổ chức sáng kiến không khí sạch các thành phố châu Á

CDM Cơ chế phát triển sạch

CTR Chất thải rắn

CTRHC Chất thải rắn nguồn gốc hữu cơ

CTRSH Chất thải rắn sinh hoạt

LSHS Low Sulphur Heavy Stock (Dầu nặng có hàm lượng S thấp) NGOs Các tổ chức phi chính phủ

PAHs Hợp chất đa vòng

PCB Polychlorinated Biphenyls (Chất hữa cơ khó phân hủy)

PTDR Plasma Thermal Destruction Recovery (Nhiệt phân bằng plasma) QCVN Quy chuẩn Việt Nam

TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam

UNEP United Nations Environment Programme (Chương trình Môi

trường của Liên Hợp Quốc) VOCs Volatile organic compounds (Chất hữu cơ dễ bay hơi)

WHO World Health Organization (Tổ chức y tế thế giới)

6

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Chất thải rắn trong quá trình sản xuất giầy dép da 13

Bảng 1.2: Nhiệt độ nhiệt phân của một số nghiên cứu nhiệt phân phế thải da thuộc đã công bố trên thế giới 21

Bảng 1.3: Các chất xúc tác zeolite thông dụng cho nhiệt phân 25

Bảng 1.4: Bảng so sánh giữa các dạng công nghệ nhiệt phân hiện nay 26

Bảng 2.1: Bảng tổng hợp thí nghiệm giai đoạn 1 xác định nhiệt độ nhiệt phân phế thải da thuộc 56

Bảng 2.2: Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm giai đoạn 2 xác định tốc độ nâng nhiệt phù hợp 63

Bảng 2.3: Kết quả phân tích dầu nhiệt phân da thuộc 66

Bảng 2.4: Kết quả phân tích than nhiệt phân phế thải da thuộc 66

Bảng 2.5: Kết quả phân tích sản phẩm cháy khí nhiệt phân 67

Bảng 2.6: Kết quả quan trắc khí thải tổ hợp thiết bị nhiệt phân phế thải da thuộc 67

7

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Quá trình gia công sản xuất giầy da công nghệ ép-dán 13

Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý quá trình nhiệt phân 17

Hình 1.3: Hình ảnh qua kính hiển vi điện tử SEM cấu trúc phế thải da thuộc 22

Hình 1.4 Hệ thống thiết bị nhiệt phân dạng lò đứng cố định công suất 50 tấn/ngày Advanced Biorefinery 28

Hình 1.5: Sơ đồ hệ thống thiết bị nhiệt phân dạng lò quay 29

Hình 1.6: Lò phản ứng nhiệt phân dạng quay do Trung Quốc chế tạo 29

Hình 1.7: Sơ đồ hệ thống lò phản ứng nhiệt phân dạng trục vít và hệ thống lò phản ứng nhiệt phân dạng trục vít Northern Poultry Cluster Ltd 30

Hình 1.8: Hệ thống nhiệt phân lốp xe phế thải cố định ROI-Mỹ 31

Hình 1.9: Nhà máy nhiệt phân lốp phế thải WasteGen (Anh) và Technip (Đức) 32

Hình 1.10: Hệ thống nhiệt phân nhựa phế thải KIER (Hàn Quốc) 33

Hình 1.11: Sơ đồ nhiệt phân nhựa phế thải Nanofuel Engineering, Đức 33

Hình 1.12: Sơ đồ hệ thống thiết bị nhiệt phân biomass hãng Mitsui (Nhật Bản) 34

Hình 2.1 : Hiện trạng sản xuất của Công ty Cổ phần Xây dựng và Giầy da Hồng Việt - huyện Xuân Trường - tỉnh Nam Định 38

Hình 2.2 : Hiện trạng chất thải rắn của Công ty Cổ phần Xây dựng và Giầy da Hồng Việt - huyện Xuân Trường - tỉnh Nam Định 39

Hình 2.3: Bãi đổ hở phế thải sản xuất của công ty CP Xây dựng và Giầy da Hồng Việt 39

Hình 2.4: Mẫu thí nghiệm nhiệt phân phế thải da giầy 41

Hình 2.5: Sơ đồ công nghệ hệ thống thiết bị thí nghiệm nhiệt phân phế thải da thuộc42 Hình 2.6: Sơ đồ hệ thống điện điều khiển thiết bị thí nghiệm nhiệt phân 46

Hình 2.7: Thiết kế thiết bị thí nghiệm nhiệt phân phế thải da thuộc 48

Hình 2.8: Thiết kế lò thí nghiệm nhiệt phân 49

Hình 2.9: Sơ đồ bố trí điện trở cấp nhiệt của lò thí nghiệm nhiệt phân 50

Hình 2.10: Thiết kế bộ phận ngưng tụ gián tiếp của thiết bị thí nghiệm nhiệt phân 50 Hình 2.11: Sản phẩm chế tạo thiết bị thí nghiệm nhiệt phân phế thải da thuộc 51

Hình 2.12: Sản phẩm dầu nhiệt phân phế thải da thuộc 54

Hình 2.13: Sản phẩm dầu và than nhiệt phân phế thải da thuộc 55

Hình 2.14: Biểu đồ thể hiện tỷ lệ sản phẩm nhiệt phân phế thải da thuộc ở các nhiệt độ khác nhau 57

Hình 2.15: Biểu đồ thể hiện sự thay đổi về tỷ lệ sản phẩm than khi nhiệt phân phế thải da thuộc ở các nhiệt độ khác nhau 59

8

Hình 2.16: Biểu đồ thể hiện sự thay đổi về tỷ lệ sản phẩm dầu khi nhiệt phân phế

thải da thuộc ở các nhiệt độ khác nhau 60

Hình 2.17: Biểu đồ thể hiện sự thay đổi về tỷ lệ sản phẩm khí khi nhiệt phân phế thải da thuộc ở các nhiệt độ khác nhau 61

Hình 2.18: Biểu đồ thể hiện tỷ lệ sản phẩm nhiệt phân phế thải da thuộc ở các tốc độ nâng nhiệt khác nhau 64

Hình 2.19: Biểu đồ thể hiện tỷ lệ sản phẩm nhiệt phân phế thải da thuộc ở tốc độ nâng nhiệt 5 độ C/phút, 10 độ C/phút, 15 độ C/phút 65

Hình 3.1: Sơ đồ công nghệ tổ hợp thiết bị nhiệt phân nhiệt độ thấp xử lý chất thải rắn nguồn gốc hữu cơ công suất 50kg 71

Hình 3.2: Thiết kế chung hệ thống thiết bị nhiệt phân (phần 1) 74

Hình 3.3: Thiết kế chung hệ thống thiết bị nhiệt phân (phần 2) 75

Hình 3.4: Sản phẩm chế tạo: Hệ thống thiết bị nhiệt phân công suất 50 kg/mẻ 76

9

PHẦN MỞ ĐẦU

Ngành công nghiệp da giày Việt Nam đã phát triển rất nhanh và được xem là một trong những ngành công nghiệp chính đưa nền kinh tế Việt Nam phát triển Da giày là một trong ba ngành đem lại kim ngạch xuất khẩu lớn nhất hiện nay sau dầu thô và dệt may, chiếm trên 10% tổng kim ngạch xuất khẩu[6] Sự tăng trưởng mạnh

mẽ của ngành sản xuất giầy da một mặt góp phần tích cực cho sự phát triển của đất nước, mặt khác đã làm phát sinh lượng CTR ngày càng lớn CTR từ quá trình sản xuất trong các nhà máy giầy da có chứa các thành phần nguy hại (như bavia da thuộc có chứa Cr3+, bavia cao su…) là một điều đáng lo ngại đối với môi trường nếu không có phương án xử lý hiệu quả Tất cả các nhà máy gia công sản xuất giày da ở Việt Nam đều sử dụng nguyên liệu da thuộc bằng muối Cr trong quá trình sản xuất

và phát thải khối lượng lớn bavia da thuộc chứa Cr3+ gây ô nhiễm đáng kể đối với môi trường Điều nguy hiểm là Cr3+

khi gặp điều kiện thuận lợi bị chuyển hóa thành

Cr6+, là dạng chất độc con người dễ hấp thụ, có thể gây ung thư, tử vong bằng cả ba con đường hô hấp, tiêu hóa và tiếp xúc với da[9]

Nhu cầu cấp thiết được đặt ra đối với công tác xử lý chất thải rắn tại Việt Nam là cần nghiên cứu, lựa chọn, ứng dụng các công nghệ xử lý chất thải rắn đáp ứng được các tiêu chí về kỹ thuật như hiệu quả xử lý, giải pháp xử lý chất thải thứ cấp, mức độ cơ khí hóa, tự động hóa, thuận tiện trong vận hành , về kinh tế như chi phí đầu tư, vận hành, bảo dưỡng, , về sự phù hợp với điều kiện Việt Nam và về an toàn, thân thiện môi trường như chỉ số an toàn kỹ thuật, chỉ số thân thiện môi trường, Dựa trên các tiêu chí này đề tài ”Nghiên cứu xác định chế độ công nghệ

của thiết bị nhiệt phân nhiệt độ thấp tái chế phế thải giày da thành sản phẩm dạng nhiên liệu’’ được đề xuất với mục tiêu xác định các thông số công nghệ cơ bản phục

vụ công tác thiết kế, chế tạo sản phẩm thiết bị nhiệt phân đủ điều kiện ứng dụng vào thực tế Đây là nội dung nghiên cứu được phát triển từ nhiệm vụ KH&CN cấp Nhà nước mã số 01/HĐ-ĐT.01.11/CNMT (thực hiện năm 2011-2012) “Nghiên cứu thiết

kế, chế tạo tổ hợp thiết bị tái chế chất thải nguồn gốc hữu cơ thành nhiên liệu” thuộc

“Chương trình nghiên cứu khoa học, ứng dụng và chuyển giao công nghệ phát triển

10

ngành công nghiệp môi trường” thực hiện “Đề án Phát triển ngành công nghiệp môi trường đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025” Học viên là một trong những thành viên thực hiện chính của đề tài này

Trong nội dung nghiên cứu của đề tài cấp Nhà nước, nhóm thực hiện đề tài

đã tiến hành thí nghiệm nhiệt phân với các đối tượng là cao su phế thải, nhựa phế thải và biomass Sau khi nghiệm thu đề tài cấp Nhà nước, học viên đã tiếp tục nghiên cứu, thiết kế và tiến hành thí nghiệm nhiệt phân với đối tượng phế thải da thuộc ứng dụng xử lý tại các nhà máy gia công sản xuất giầy da tại Việt Nam Nội dung nghiên cứu này độc lập với kết quả đề tài cấp Nhà nước Các mục tiêu nghiên cứu chính của luận văn bao gồm:

Mục ti u 1 Nghiên cứu khảo sát đánh giá tình hình ứng dụng công nghệ nhiệt phân

nhiệt độ thấp trong xử lý chất thải công nghiệp và sinh hoạt có nguồn gốc hữu cơ;

Mục ti u 2 Nghiên cứu ứng dụng công nghệ nhiệt phân nhiệt độ thấp tái chế phế

thải da thuộc thành nhiên liệu tái tạo;

Mục ti u 3 Nghiên cứu thiết kế chế tạo thiết bị thí nghiệm nhiệt phân phục vụ

công tác xác định các thông số công nghệ nhiệt phân phế thải da thuộc;

Mục ti u 4 Nghiên cứu thí nghiệm xác định chế độ công nghệ nhiệt phân nhiệt độ

thấp ứng dụng trong xử lý phế thải giày da và đánh giá các kết quả đạt được;

Mục ti u 5 Đề xuất sơ đồ công nghệ tổ hợp thiết bị nhiệt phân tái chế phế thải giầy

da công suất 50 kg/mẻ

Sự thành công của hướng công nghệ này kết hợp với công nghệ sinh hóa sẽ cho ph p hình thành hướng giải pháp tích cực cho việc xử lý phế thải da giầy góp phần vào phát triển ngành công nghiệp môi trường trong nước

11

CÔNG NGHỆ NHIỆT PHÂN XỨ LÝ PHẾ THẢI RẮN

Trong những năm gần đây, ngành công nghiệp Da - Giầy Việt Nam đã phát triển mạnh mẽ và trở thành một trong những ngành công nghiệp có sự đóng góp to lớn đối với sự phát triển kinh tế xã hội của đất nước Có thể khẳng định, ngành da giày Việt Nam liên tục gây những ngạc nhiên khi liên tiếp đạt được những thành quả đáng kể trong kim ngạch xuất khẩu

Ở thời điểm này, ngành da giày Việt Nam thuộc Top 10 nước xuất khẩu hàng đầu thế giới về da giày và là một trong những nhà gia công sản xuất, xuất khẩu sản phẩm giày dép với khoảng 50 quốc gia Hầu hết các thương hiệu giày thể thao quốc

tế lớn như Nike, Adidas và Reebok … đều có nhà sản xuất gia công tại Việt Nam Theo các số liệu của Tổng Cục Hải Quan [5,6], kim ngạch xuất khẩu giày dép của Việt Nam sang các thị trường trong 11 tháng đầu năm 2013 đạt 7,48 tỷ USD, chiếm 6,21% trong tổng kim ngạch xuất khẩu hàng hóa của cả nước, tăng 14,7% so với cùng kỳ năm 2012 Tính riêng trong tháng 11 năm 2013, kim ngạch xuất nhóm hàng này đạt trên 807,73 triệu USD, tăng 12,7% so với tháng 10/2013

Sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp Da-Giầy cũng k o theo tình trạng ô nhiễm môi trường ngày càng gia tăng do các nguồn thải chưa được xử lý hoặc xử lý không đạt tiêu chuẩn Các cơ sở sản xuất gia công giầy da chủ yếu là các doanh nghiệp vừa và nhỏ, còn hạn chế về tài chính, trình độ công nghệ thấp, tỷ lệ phát thải cao, suất tiêu hao tài nguyên lớn, trình độ và năng lực quản lý có hạn, phần lớn phân bố xen lẫn trong khu dân cư nên việc đầu tư cho công tác bảo vệ môi trường gặp rất nhiều khó khăn, đặc biệt là trong việc xử lý các phế thải rắn phát sinh

từ quá trình gia công sản xuất giầy da Nhằm đạt được hiệu quả cao trong quá trình

xử lý, cần nắm vững các đặc tính chính của chất thải rắn phát sinh từ quá trình gia công sản xuất giày da Các đặc tính này đã được nghiên cứu, phân tích và tóm tắt trình bày ở phần dưới đây

12

1.1 Đặc điểm chung của phế thải rắn từ quá trình gia công sản xuất giầy da

tại Việt Nam

Ngành Da-Giày Việt Nam tập trung chủ yếu vào gia công xuất khẩu Các nhà máy sau khi nhận nguyên phụ liệu từ đối tác nước ngoài (hoặc trực tiếp mua toàn bộ hay một phần nhỏ nguyên liệu) sẽ tiến hành tổ chức gia công sản xuất Quy trình công nghệ ngành giầy dép gồm nhiều khâu, nhiều công đoạn tương đối phức tạp, đòi hỏi các bộ phận phải phối hợp chặt chẽ với nhau để hoàn thành tốt công việc Việc tổ chức gia công sẽ được các kỹ thuật viên nước ngoài hướng dẫn, giám sát, kiểm tra chất lượng Công nghệ sản xuất giầy gồm các dạng công nghệ chính:

- Công nghệ ép phun;

- Công nghệ lưu hóa;

- Công nghệ lưu hóa trực tiếp ( p đúc);

- Công nghệ ép – dán (hay dán nguội): mũ giày và đế giày được xử lý riêng, sau đó được ép dính và xử lý hoàn tất Xu hướng chung của các hãng giày trên thế giới và Việt Nam là sản xuất theo công nghệ này

Hiện tại, các nhà máy gia công sản xuất giày Việt Nam đều sử dụng công nghệ ép-dán Các công đoạn sản xuất chính của công nghệ ép dán gồm các khâu chuẩn bị nguyên vật liệu, khâu cắt tạo hình, khâu may định vị và khâu ép dán Nguyên vật liệu sau khi được nhập về nhà máy sẽ được phân loại, theo kế hoạch chuyển đến các công đoạn sản xuất Sản phẩm giày hoàn chỉnh gồm các bộ phận chính là mũ giày, đế giày và phụ kiện Nguyên vật liệu sản xuất mũ giày chủ yếu là

da thuộc, vải, Các nguyên vật liệu này được cắt, chặt theo khuôn mẫu và làm nhẵn hoặc in logo theo yêu cầu Sau đó chuyển sang công đoạn khâu may mũ giày, chủ yếu là may máy, may thủ công để định vị các chi tiết mũ giầy Phần đế giày được cắt, ép, dán từ cao su, tấm xốp EVA và các phụ gia khác Sau khi kiểm tra đạt yêu cầu, phần đế giày và mũ giày sẽ được ghép lại bằng công đoạn ép dán (hay còn gọi

là ép nguội) thành sản phẩm giày đã hoàn thiện Sản phẩm này được đóng gói cùng phụ kiện giày và chuyển vào kho chứa sản phẩm [9] Quá trình gia công sản xuất trên được trình bày ở sơ đồ hình 1.1

13

Hình 1.1 Quá trình gia công sản xuất giầy da công nghệ ép-dán [5]

Ngành gia công sản xuất da giày sử dụng nhiều chất độc hại, các chất chứa kim loại nặng, nên phát thải chất thải rắn nhất là chất thải rắn khó phân hủy (cao su, vụn xốp, da thuộc…) Chất thải rắn trong quá trình sản xuất giầy dép da chủ yếu là chất thải rắn sinh hoạt và phế thải từ quá trình gia công sản xuất như các loại bavia giầy dép bằng các vật liệu như da thuộc, cao su… Trong các loại chất thải rắn này, phế thải da thuộc là dạng chất thải rắn gây rất nhiều khó khăn trong việc lựa chọn phương án xử lý cũng như quá trình xử lý

Bảng 1.1 Chất thải rắn trong quá trình sản xuất giầy dép da [3]

TT CTR từ quá trình GCSX giày da Dạng vật liệu Tỷ lệ %

1 Bavia từ quá trình gia công sản xuất Cao su Khoảng 15%

5 Thùng chứa sơn, keo Kim loại, hóa chất <5%

14

1.2 Ảnh hưởng của phế thải giầy da đến con người và môi trường

Các nhà máy gia công sản xuất giày da ở Việt Nam đều sử dụng nguyên liệu

da thuộc bằng muối Cr Quá trình sản xuất đã phát thải khối lượng lớn bavia da thuộc chứa Cr3+

gây ô nhiễm đáng kể đối với môi trường Với phương án chôn lấp (hoặc đổ hở) phế thải da thuộc có thời gian phân hủy k o dài đến hàng chục năm, khả năng gây ô nhiễm môi trường là rất lớn do việc chôn lấp không đúng quy cách

và thời gian quản lý k o dài không được kiểm soát chặt chẽ Chôn lấp CTRDG sẽ phát sinh lượng lớn nước rỉ rác, các thành phần kim loại nặng độc hại dễ dàng thấm vào môi trường đất và nước, đồng thời phát sinh mùi hôi thối do các thành phần hữu

cơ phân hủy, thu hút côn trùng và động vật gây dịch bệnh (ruồi, muỗi, chuột…) Đây là nguồn ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, nguy hiểm cho sức khỏe con người cũng như môi trường xung quanh Ngoài ra, với hiện trạng các bãi chôn lấp đang quá tải như hiện nay thì đây không phải là phương án tối ưu Với phương án đốt thiêu hủy, chỉ có khu xử lý tại các đô thị lớn là đầu tư lò đốt nhưng không đủ công suất xử lý cũng như hiệu quả xử lý khói lò không cao, làm phát sinh ô nhiễm không khí với các khí độc như SO2, CO2, dioxin, furan đặc biệt là các chất chứa Cr6+, hợp chất hữu cơ halogen, hydrocarbon thơm Trong quá trình đốt thiêu hủy phế thải

Cr6+ hấp thụ qua dạ dày, ruột nhiều hơn Cr3+ ( mức độ hấp thụ qua đường ruột tuỳ thuộc vào dạng hợp chất mà nó sẽ hấp thu) và còn có thể thấm qua màng tế bào Nếu cơ thể con người hấp thu lượng Cr3+ khoảng 1% thì lượng hấp thu của

Cr6+ lên tới 50% Tỷ lệ hấp thu qua phổi không xác định được, mặc dù một lượng đáng kể đọng lại trong phổi và phổi là một trong những bộ phận chứa nhiều Cr nhất

15

Cr6+ đi vào cơ thể dễ gây biến chứng , tác động lên tế bào, lên mô tạo ra sự phát triển tế bào không nhân, gây ung thư, làm kết tủa các protein, các axit nucleic và ức chế hệ thống men cơ bản Dù xâm nhập vào cơ thể theo bất kỳ con đường nào, Cr cũng được hoà tan vào trong máu ở nồng độ 0,001mg/l; sau đó chúng chuyển vào hồng cầu và hoà tan nhanh trong hồng cầu nhanh 10 ÷ 20 lần Từ hồng cầu, Cr chuyển vào các tổ chức phủ tạng , được giữ lại ở phổi, xương, thận, gan, phần còn lại chuyển qua nước tiểu Từ các cơ quan phủ tạng, Cr hoà tan dần vào máu, rồi đào thải qua nước tiểu từ vài tháng đến vài năm Các nghiên cứu cho thấy con người hấp thụ Cr6+ nhiều hơn Cr3+ nhưng độc tính của Cr6+ lại cao hơn Cr3+ gấp khoảng 100 lần [24] Tác hại cơ thể con người với các đường xâm nhập chính của Crom:

- Xâm nhập qua da: Crom và các hợp chất của crom chủ yếu gây các bệnh ngoài da, đặc biệt dễ nhận thấy là lở lo t niêm mạc mũi, thủng phần sụn vách mũi Khi da tiếp xúc trực tiếp vào dung dịch Cr6+, chỗ tiếp xúc dễ bị nổi phồng và lo t sâu, có thể bị lo t đến xương Khi Cr6+

xâm nhập vào cơ thể qua da, nó kết hợp với prôtêin tạo thành phản ứng kháng nguyên Kháng thể gây hiện tượng dị ứng, bệnh tái phát Khi tiếp xúc trở lại, bệnh sẽ tiến triển nặng hơn nếu không được cách ly;

- Xâm nhập theo đường hô hấp: dẫn tới bệnh viêm yết hầu, viêm phế quản, viêm thanh quản do niêm mạc bị kích thích (sinh ngứa mũi, hắt hơi, chảy nước mũi Khi ở dạng Cr2O3, hơi hoá chất này gây bỏng nghiêm trọng cho hệ thống hô hấp của người bị thấm nhiễm;

Nhiễm độc Crom dạng lâu dài có thể dẫn đến bị ung thư phổi, ung thư gan, loét da, viêm da, mụn cơm, viêm gan, viêm thận, thủng vách ngăn mũi đau răng, tiêu hoá k m, gây độc cho hệ thần kinh và tim… Qua các phân tích trên, có thể kết luận phế thải da thuộc chứa Crom từ quá trình gia công sản xuất giầy da gây tác hại nghiêm trọng đến con người và môi trường xung quanh khi không quản lý, xử lý triệt để hoặc không có phương án xử lý phù hợp Đây là một trong những chất thải nguy hại nhất khi đưa ra môi trường mà không qua xử lý

16

1.3 Lịch sử hình thành công nghệ nhiệt phân chất thải rắn hữu cơ

Nhiệt phân khí hóa xử lý chất thải rắn nguồn gốc hữu cơ đã được nghiên cứu

và phát triển từ lâu Phương pháp này lần đầu tiên được sử dụng vào năm 1958 tại Bell Laboratories- Mỹ Sau đó, Sau đó, một số trường đại học và các tổ chức trên khắp thế giới bắt đầu các chương trình nghiên cứu và phát triển công nghệ nhiệt phân Ý nghĩa của từ “nhiệt phân” là thay đổi cấu trúc chất hữu cơ dưới tác dụng của nhiệt độ nhưng không phải là quá trình đốt cháy

Hệ thống lò nhiệt phân khí hoá đầu tiên được xây bằng gạch chịu lửa và sử dụng phương pháp gia nhiệt gián tiếp với hàm lượng oxy thấp trong lò Chất thải cần xử lý được đưa vào lò đóng kín sau đó gia nhiệt Sau khi quá trình nhiệt phân

đã hoàn thành, các lò đóng kín được mở ra và làm sạch để chuẩn bị mẻ tiếp theo Các hệ thống này được gọi là hệ thống nhiệt phân batch-by-batch Hệ thống này lần đầu tiên được giới thiệu thương mại trong năm 1970 Tuy nhiên, hệ thống này bị hạn chế bởi khối lượng chất thải có thể được xử lý và sau một thời gian hoạt động,

đã xuất hiện những lỗi kỹ thuật do vữa sử dụng để gắn kết gạch chịu lửa

Trong thời gian cuối những năm 70 và 80 của thế kỷ 20, các chương trình nghiên cứu và phát triển công nghệ nhiệt phân trên thế giới đã dừng nghiên cứu phát triển hệ thống lò batch-by-batch mặc dù tại thời điểm này, hệ thống lò nhiệt phân batch-by-batch đã có một số thành công nhất định trong giải pháp xử lý chất thải rắn y tế và đã cải tiến thành hệ thống xử lý chất thải liên tục ở dạng lò quay chưng áp - Auto Clave Thiết kế này sau đó được cải tiến thành dạng lò chưng cất hình nón Dạng lò này đầu tiên xuất hiện ở Anh, sau đó là Mỹ và Đức, tiếp theo là Nhật Bản, Canada và Hà Lan Sau đó, hệ thống lò cố định và lò tầng sôi đã được nghiên cứu, thiết kế với số lượng không nhỏ nhưng chưa được hoàn thiện Từ thời điểm đó đến giữa những năm 1980, rất nhiều pilot nhiệt phân khí hóa khác nhau theo kết quả nghiên cứu trên đã được nghiên cứu và chế tạo Các dạng lò nhiệt phân này ở dạng lò cố định, lò có đường dẫn và lò tầng sôi Các hệ thống này đều có sản phẩm phụ dạng hắc ín đã được khử độc tính hoặc ở dạng sản phẩm rắn là than và tro Tuy nhiên các hệ thống này đều có nhược điểm là chi phí vận hành lớn

17

Hiện nay, công nghệ nhiệt phân khí hóa đã và đang được nghiên cứu phát triển mạnh mẽ tại tất cả những cường quốc về khoa học kỹ thuật Dưới áp lực về một cuộc khủng hoảng nhiên liệu sắp xảy ra trên toàn thế giới cũng như những tác động xấu đến môi trường của việc xử lý chất thải rắn nguồn gốc hữu cơ theo các phương pháp cổ điển như chôn lấp, thiêu đốt,… các nhà khoa học trên thế giới đều coi hướng công nghệ nhiệt phân khí hóa xử lý chất thải rắn nguồn gốc hữu cơ như một hướng công nghệ tối ưu có thể giải quyết phần lớn các vấn đề trên

1.4 Cơ sở lý thuyết công nghệ nhiệt phân

Bản chất của công nghệ nhiệt phân là quá trình phân hủy hợp chất (cụ thể là chất thải rắn (CTR) có nguồn gốc hữu cơ) xảy ra ở điều kiện nhiệt độ thích hợp, có hoặc không có chất xúc tác, áp suất thấp trong môi trường không có ôxy hoặc thiếu ôxy tạo thành than bán cốc (có nhiệt trị tương đương than cám III), dầu đốt (tương đương dầu FO ) và khí đốt (khí tổng hợp)

Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý quá trình nhiệt phân có xúc tác xử lý CTR cao su, nhựa, biomass thành các sản phẩm nhiên liệu và mô phỏng quá trình cracking liên kết C-C [30]

Phản ứng nhiệt phân (pyrolysis) hay còn gọi là phản ứng cracking nhiệt là phản ứng phân huỷ các hợp chất hữu cơ dưới tác dụng của nhiệt độ trong môi trường không có (hoặc có ít) oxy [4]

Quá trình nhiệt phân hợp chất hữu cơ bao gồm ba giai đoạn cơ bản:

- Giai đoạn đầu: kích hoạt phân cắt mạch;

- Giai đoạn giữa: tiếp nối phân cắt mạch;

- Giai đoạn cuối: cắt đứt mạch

18

a Giai đoạn đầu - Giai đoạn kích hoạt phân cắt mạch

Ở giai đoạn đầu, mọi liên kết C-C đều có thể bị bẻ gãy với xác suất gần như nhau, phân tách đơn phân tử của liên kết C-C với sự tạo thành của hai gốc hydrocacbon R∙

và phân tách liên kết C-H với sự tạo thành hydro nguyên tử không đáng kể

Ví dụ: C12H26 C2H5∙ + C10H21∙

b Giai đoạn giữa - giai đoạn phân cắt β

Ở giai đoạn này các gốc tự do R∙ sinh ra ở giai đoạn đầu có hai hướng chính:

R∙ ngắt lấy nguyên tử H của một phân tử hydrocacbon nào đó tạo thành gốc tự do mới có khối lượng phân tử lớn

Ví dụ: C2H5∙ + C12H26 C2H6 + C12H25∙

Các gốc tự do R∙ chịu sự phân cắt β: Các gốc tự do R∙ mới này không bền nhiệt, chỉ tồn tại trong khoảng thời gian rất ngắn và bị cắt đứt liên kết C-C ở vị trí β so với electron độc thân tạo thành gốc tự do khác

c Giai đoạn cuối: giai đoạn tắt mạch

Sự tắt mạch xảy ra khi 2 gốc gặp nhau:

Ví dụ: H∙ + H∙ H2

CH3∙ + CH3∙ C2H6

CH3∙ + C2H5∙ C3H8 hoặc CH4 + C2H4

C2H5∙ + C2H5∙ C4H10 hoặc C2H6 + C2H4

19

1.4.1 Sự hình thành các sản phẩm nhiệt phân dạng lỏng

Sản phẩm nhiệt phân dạng lỏng có các thành phần cơ bản là các hydrocacbon thơm và các hydrocacbon ankyn thơm Ngoài ra, còn có các anken, trong đó dien và xiclodien chiếm số lượng lớn nhất Các hydrocacbon thơm được hình thành trong giai đoạn cuối của quá trính phân rã, khi mà trong khu vực phản ứng có hàm lượng lớn các olefin thấp như etylen và propylen Sản phẩm chính trong quá trình phân rã toluen là benzel, metan, hydro, bifeniletan

1.4.2 Sự hình thành sản phẩm nhiệt phân dạng rắn- than nhiệt phân

Quá trình nhiệt phân có thể tạo thành ba loại than cốc khác nhau về cấu trúc

Đó là dạng thanh (sợi, dây), dạng lớp dị hướng (tạo ra các lớp bền vững) và cuối cùng là loại xốp vô định hình (các lớp màu đen không bền) Than nhiệt phân tạo thành do ngưng đọng các anken và hydrocacbon thơm hình thành ngay trong giai đoạn đầu của phản ứng Các phân tử kết ngưng trên bề mặt của lò phản ứng và dần dần hình thành than nhiệt phân, hoặc tạo thành các giọt lỏng ổn định trong pha khí (sự sản sinh ra cốc) để cuối cùng kết tủa bề mặt thiết bị hoặc các hạt cốc nhỏ theo khí nhiệt phân ra khỏi vùng phản ứng Than nhiệt phân cũng là kết quả của quá trình phân rã trực tiếp hydrocacbon, phân rã các radical trung gian thành cacbon và hydro Tỷ lệ số lượng của hai hướng tạo thành than nhiệt phân phụ thuộc vào các điều kiện phản ứng của quá trình nhiệt phân (như cấu trúc, áp suất, nhiệt độ phản ứng, vật liệu thành lò phản ứng v.v.) Nếu có xúc tác, than nhiệt phân sẽ được tạo thành ở nhiệt độ thấp Ở nhiệt độ cao, mức độ chuyển hóa hydrocacbon cao sẽ làm tăng sản phẩm than cốc lớp dị hướng và lớp vô định hình

1.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nhiệt phân chất thải rắn hữu cơ

Quá trình nhiệt phân chất thải rắn hữu cơ là một trong những quá trình sử dụng nhiệt khử cấu trúc rất phức tạp Trong đó, các yếu tố ảnh hưởng lớn nhất đến quá trình nhiệt phân chính là các thông số công nghệ của quá trình nhiệt phân Các yếu tố chính ảnh hưởng đến quá trình nhiệt phân được phân tích dưới đây

1.5.1 Nhiệt độ nhiệt phân

và ngược lại, khi tốc độ nâng nhiệt thấp, nhiệt độ tăng chậm, tốc độ các phản ứng trùng hợp tăng làm ảnh hưởng lớn đến tỷ lệ sản phẩm

Lựa chọn nhiệt độ nhiệt phân thấp sẽ làm tăng lượng sản phẩm nhiệt phân dạng rắn và ngược lại, lựa chọn nhiệt độ nhiệt phân cao sẽ làm tăng lượng sản phẩm nhiệt phân dạng khí Như vậy, để tăng hiệu suất các sản phẩm nhiệt phân dạng lỏng, khí và giảm hiệu suất các sản phẩm dạng rắn (than nhiệt phân, cặn muội bám thành đường ống vận chuyển) cần thiết phải giữ nhiệt độ nhiệt phân tối ưu với loại nguyên liệu xử lý trong khoảng thời gian thích hợp Nhiệt độ nhiệt phân (và tốc độ nâng nhiệt) là yếu tố chính để quyết định toàn bộ kết cấu của hệ thống từ công tác thiết kế đến công tác chế tạo, bao gồm cả công tác xác định dạng lò phản ứng, dạng buồng cấp nhiệt, phương án cấp nhiệt, số lượng và dạng thiết bị trong công đoạn xử lý các sản phẩm nhiệt phân… Nhiệt độ nhiệt phân (và tốc độ nâng nhiệt) tối ưu sẽ tránh lãng phí trong công tác chế tạo (như lựa chọn vật liệu chế tạo lò phản ứng, kết cấu buồng cấp nhiệt,…) cũng như trong vận hành hệ thống (như xác định nhiệt độ phù hợp sẽ làm giảm chi phí nhiên liệu, điện vận hành hệ thống…) Như vậy, nhiệt độ nhiệt phân (và tốc độ nâng nhiệt) chính là yếu tố ảnh hưởng lớn nhất, quan trọng nhất của quá trình nhiệt phân xử lý chất thải rắn nguồn gốc hữu cơ Chất lượng, khối lượng, hiệu suất của các sản phẩm dạng rắn, lỏng, khí của quá trình nhiệt phân đều chịu tác động từ yếu tố này Nói cách khác, chỉ có thể ứng dụng được công nghệ nhiệt phân trong xử lý chất thải rắn hữu cơ khi đã xác định được nhiệt độ nhiệt phân (và tốc độ nâng nhiệt) tối ưu đối với loại chất thải rắn hữu cơ đó

21

Trên thế giới hiện nay vẫn đang trong quá trình nghiên cứu về nhiệt phân phế thải da thuộc Mới chỉ có một số nhỏ các kết quả nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ nhiệt phân phế thải da thuộc được công bố trên thế giới Chủ yếu tại các nước có ngành công nghiệp da phát triển mạnh như Ấn Độ, Thổ Nhĩ Kỳ… Các kết quả nghiên cứu quan trọng về nhiệt độ nhiệt phân được trình bày dưới bảng sau

Bảng 1.2: Nhiệt độ nhiệt phân của một số nghiên cứu nhiệt phân phế thải da thuộc đã

công bố trên thế giới [10]

STT Tên tác giả nghiên cứu nhiệt phân

phế thải da thuộc đã công bố

Nhiệt độ nhiệt phân (độ C)

do vị trí lắp đặt đầu đo nhiệt độ của các hệ thống khác nhau Do điều kiện còn hạn chế về tài chính và kỹ thuật nên đề tài sử dụng kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học Ấn Độ (tiêu biểu là Sethuraman, Srinivas,Sekaran [28,29] ) để tham khảo trong quá trình nghiên cứu và phân tích nhiệt độ nhiệt phân phế thải da thuộc.Quang phổ phân tích nhiệt trọng (TGA -Thermo gravimetric analysis) phế thải da thuộc của các nhà khoa học trên cho thấy sự giảm trọng chỉ là 5% khi nhiệt độ lên tới 222,23°C Trọng lượng của mẫu thử giảm đều đặn thêm 56,22% khi nhiệt độ lên tới 281,52°C

và điều này có thể do sự bay hơi của các phân tử nước bề mặt và các hợp chất dễ bay hơi Trọng lượng tiếp tục giảm thêm 8,61% khi nhiệt độ đốt nóng tăng từ 281,52°C lên 289,83°C do cracking nhiệt của các hợp chất peptit trong đó cacbon đóng vai trò là xương sống của chuỗi và gắn liền với các nhóm chức năng bao gồm

H, N, nhóm axit cacboxylic Các chuỗi cacbon chính bị cracking ở nhiệt độ cao hơn dẫn đến sự giảm trọng lượng thêm khoảng 65% ở nhiệt độ 300°C Sản phẩm rắn (than nhiệt phân) hình thành sau cracking là 35,17% Phương pháp phân tích nhiệt

22

trọng TGA của sản phẩm lỏng (dầu nhiệt phân) cho thấy dư lượng chất rắn còn lại ở nhiệt độ 196,45°C là 11,68%, và dư lượng này được giảm xuống 3,586% ở 291,06°C, điều này chỉ ra rằng sản phẩm lỏng (dầu nhiệt phân) có hơn 96% các thành phần dễ bay hơi

Phân tích hình ảnh qua kính hiển vi điện tử cho thấy sự phân hủy phế thải da thuộc của quá trình nhiệt phân Tại hình 1.3a, cho thấy cấu trúc các sợi collagen của

da và chất béo bao quanh Hình ảnh kính hiển vi điện tử với sản phẩm rắn của quá trình nhiệt phân (Hình 1.3 b, c) cấu trúc các sợi collagen bị phá vỡ thành các mảnh nhỏ với crôm vô cơ là các hạt màu trắng nhỏ phủ quanh nó Tuy nhiên, đối với sản phẩm lỏng – dầu nhiệt phân chưng cất, hình ảnh kính hiển vi điện tử cho thấy dầu chưng cất không tinh khiết đồng nhất, nó được trộn lẫn với các chất khác (Hình 1.3.d)

Hình 1.3: Hình ảnh qua kính hiển vi điện tử (SEM): cấu trúc phế thải da thuộc(a); sản

phẩm than nhiệt phân (b,c) và dầu nhiệt phân phế thải da thuộc (d)[28]

Kết quả cho thấy nhiệt độ nhiệt phân càng cao, tỷ lệ sản phẩm nhiệt phân dạng lỏng và rắn giảm, sản phẩm nhiệt phân dạng khí tăng Nguyên nhân chính là

do các thành phần hữu cơ khi bị cracking nhiệt trong điều kiện không có ô xy sẽ phân hủy thành các chất có trọng lượng phân tử thấp hơn ở trạng thái lỏng Nhiệt độ nhiệt phân thích hợp đối với phế thải da thuộc nhằm đạt tỷ lệ cao sản phẩm dầu nhiệt phân trong khoảng 180 – 300 độ C

1.5.2 Tốc độ nâng nhiệt

Có 3 tốc độ nâng nhiệt phổ biến trong quá trình nhiệt phân là 5 độ C/phút; 10

độ C/phút; 20 độ C/phút Các kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ nâng nhiệt

23

đến quá trình nhiệt phân cho thấy tỷ lệ sản phẩm than nhiệt phân ít thay đổi bất kể tốc độ nâng nhiệt nào Tốc độ nâng nhiệt của quá trình nhiệt phân càng tăng, tốc độ phản ứng nhiệt phân sẽ tăng ở nhiệt độ cao hơn Tốc độ nâng nhiệt (° C/phút) còn

có tác động đến tỷ lệ sản phẩm nhiệt phân Ở tốc độ nâng nhiệt thấp, sản phẩm dạng khí có tỷ lệ cao hơn so với tốc độ nâng nhiệt cao Tốc độ nâng nhiệt càng cao, các thành phần benzen, pentan-2 và phân đoạn methanol sẽ tăng, thành phần pentan-1

và phân đoạn ethanol sẽ giảm Tốc độ nâng nhiệt cũng có ảnh hưởng lớn đến thành phần của sản phẩm dầu nhiệt phân Tốc độ nâng nhiệt càng thấp, tỷ lệ gasoline sẽ càng giảm, tỷ lệ diesel oil và heavy oil tăng cao Tốc độ nâng nhiệt càng cao thì tỷ

lệ gasoline sẽ tăng nhưng tỷ lệ diesel oil và heavy oil sẽ giảm[33]

1.5.3 Cấu trúc, thành phần hóa học và kích thước của nguyên liệu nhiệt phân

Cấu trúc và thành phần hóa học của nguyên liệu nhiệt phân có ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng, khối lượng các sản phẩm dạng rắn, lỏng, khí của quá trình nhiệt phân Đối với mỗi loại nguyên liệu nhiệt phân có cấu trúc và thành phần hóa học khác nhau thì tỷ lệ sản phẩm rắn, lỏng, khí là khác nhau Ngoài ra, cơ chế sử dụng nhiệt để phân hủy các chất thải nguồn gốc hữu cơ cũng thay đổi tùy theo cấu trúc và thành phần hóa học của chất thải Trong điều kiện nhiệt phân không thay đổi, nếu nguyên liệu nhiệt phân có cấu trúc và thành phần hóa học khác nhau sẽ cho các sản phẩm có thành phần hóa học khác nhau Kích thước phế thải khi cấp liệu càng nhỏ sẽ tạo thành nhiều bề mặt phản ứng, điều này sẽ giúp tốc độ nâng nhiệt tăng cao, quá trình nhiệt phân xảy ra nhanh hơn Đối với phế thải da thuộc cần xử lý đều là các vụn nhỏ, bavia của quá trình sản xuất nên không cần thiết phải xử lý kích thước trước khi đưa vào nhiệt phân

1.5.4 Thời gian nhiệt phân

Thời gian lưu trong vùng phản ứng càng lâu thì hơi nhiệt phân dễ bị ngưng

tụ, hình thành các lớp kết dính dạng hắc ín trên thành ống vận chuyển gây hiện tượng tắc ống Các kết quả thí nghiệm trên thế giới đã chứng minh khoảng thời gian tối ưu ở vùng phản ứng là 5-10s, càng tăng thời gian lưu trú, tỷ lệ sản phẩm dầu

Có vai trò quan trọng và quyết định đối với quá trình cấp nhiệt, duy trì nhiệt

độ cho các phản ứng nhiệt phân thay đổi cấu trúc của hydrocacbon Sự ổn định của quá trình nhiệt phân các hợp chất hydrocacbon phụ thuộc rất lớn vào cấu tạo của lò phản ứng Hệ thống thiết bị lò phản ứng nhiệt phân cần được thiết kế chế tạo hợp lý

về công suất xử lý, về kết cấu, về cơ chế cấp nhiệt và truyền nhiệt sẽ đảm bảo hiệu suất của hệ thống, góp phần nâng cao chất lượng các sản phẩm của quá trình nhiệt phân, giảm phí tổn khi vận hành và sửa chữa

1.5.6 Sự tồn tại của oxy trong lò phản ứng

Cần hạn chế tối đa sự tồn tại của oxy (cũng như không khí) trong lò phản ứng Trong trường hợp có oxy, quá trình cháy sẽ xảy ra, tạo các sản phẩm cháy và làm sai mục đích sử dụng của hệ thống thiết bị cũng như ảnh hưởng nghiêm trọng đến quá trình nhiệt phân cũng như các sản phẩm nhiệt phân Do đó, khi thiết kế chế tạo hệ thống thiết bị nhiệt phân, cần chú ý đến công tác làm kín toàn bộ hệ thống thiết bị, đặc biệt là lò phản ứng và các mối nối tại các ống vận chuyển Thông thường, sau khi nạp liệu, người ta thường sử dụng các khí như Nito, Heli để đẩy khí

oxy ra khỏi hệ thống rồi mới cấp nhiệt và bắt đầu vận hành thiết bị

1.5.7 Trạng thái lỏng và hơi của nguyên liệu trong quá trình nhiệt phân

Trong quá trình nhiệt phân, các chất thải rắn gốc hydrocacbon trước khi chuyển sang dạng khí còn phải chuyển hóa sang giai đoạn lỏng Khi trạng thái lỏng của nguyên liệu tồn tại quá lâu, nó sẽ ảnh hưởng lớn đến quá trình hình thành các sản phẩm của quá trình nhiệt phân cũng như tạo ra các tác động xấu đến quá trình Trạng thái lỏng của nguyên liệu còn hình thành các phản ứng hóa học khác gây ra hiện tượng sai lệch tỷ lệ sản phẩm nhiệt phân, tạo thành các sản phẩm có chất lượng

25

kém và không ổn định Như vậy, cần tính toán lượng nhiệt cần thiết cấp cho quá trình này nhằm đảm bảo nguyên liệu của quá trình nhiệt phân có thể chuyển hóa nhanh nhất từ pha rắn sang pha lỏng và từ pha lỏng sang pha hơi

1.5.8 Chất xúc tác

Việc sử dụng chất xúc tác có thể làm tăng chất lượng của sản phẩm nhiệt phân do chúng làm quá trình cracking các liên kết C-C và C-H của các hydrocacbon diễn ra nhanh hơn, ổn định hơn Với một số nguyên liệu có chứa các gốc độc hại như lưu huỳnh, clo,… việc sử dụng xúc tác sẽ giảm tối đa các khí độc trong sản phẩm dạng khí, tăng chất lượng cho sản phẩm dạng lỏng, đảm bảo không tạo thành các chất gây ô nhiễm thứ cấp Ngoài ra, một số chất xúc tác đặc biệt có thể làm tăng lượng sản phẩm theo dạng lỏng hoặc khí, giảm thời gian hoàn thành quá trình và giảm nhiệt độ nhiệt phân Điều này rất có ý nghĩa vì nó có thể làm giảm chi phí nhiên liệu cho quá trình cấp nhiệt cũng như tăng hiệu suất chuyển hóa của hệ thống Chất xúc tác được sử dụng nhiều nhất trong quá trình nhiệt phân là zeolite, trong đó, ZSM-5 là loại thông dụng nhất Một số các chất xúc tác zeolit thông dụng được liệt

kê dưới bảng sau

Bảng 1.3: Các chất xúc tác zeolite thông dụng cho nhiệt phân [29]

Loại zeolite Dạng cấu trúc Kích cỡ hạt (nm) Tỷ lệ Si/Al

1.6 Phân loại công nghệ và thiết bị nhiệt phân

1.6.1 Phân loại công nghệ nhiệt phân

Hiện nay, trên thế giới có rất nhiều các nghiên cứu khác nhau về công nghệ

và thiết bị nhiệt phân Để thuận tiện cho việc đánh giá và nghiên cứu, các nhà khoa học thường phân loại công nghệ nhiệt phân nhiệt độ thấp dựa vào thời gian nhiệt phân Các dạng công nghệ nhiệt phân nhiệt độ thấp xử lý chất thải rắn nguồn gốc hữu cơ đang được tập trung nghiên cứu ứng dụng hiện nay gồm: Công nghệ nhiệt phân chậm; Công nghệ nhiệt phân trung gian; Công nghệ nhiệt phân nhanh

Một số đặc điểm chính khi phân loại các dạng công nghệ nhiệt phân này đã

được nêu trong Bảng 1.2

Bảng 1.4: Bảng so sánh giữa các dạng công nghệ nhiệt phân hiện nay [10]

chậm

Nhiệt phân trung gian Nhiệt phân nhanh

Dải nhiệt độ nhiệt phân 250 - 750 o C 320 - 500 o C 400 - 750 o C

Từ 15 - 180 phút Rất nhanh,

tính bằng giây

Thời gian trung bình

hoàn thành nhiệt phân 60 - 180 phút 90 phút 1 - 5 giây

27

Bên cạnh đó, người ta còn có thể phân loại chia thành 02 nhánh công nghệ nữa là:

- Nhiệt phân không xúc tác: Không sử dụng xúc tác trong quá trình nhiệt phân

Sản phẩm dầu nhiệt phân không xúc tác có hydrocacbon phân bố rất rộng, có hàm lượng lớn paraffin và olefin

- Nhiệt phân có xúc tác: Có sử dụng chất xúc tác trong quá trình nhiệt phân

Chất xúc tác được dùng dạng lỏng, trộn đều với nguyên liệu rồi nhiệt phân hoặc tiến hành nhiệt phân rồi cho sản phẩm hỗn hợp khí sinh ra tiếp xúc với chất xúc tác Vai trò của chất xúc tác trong phản ứng nhiệt phân là cải thiện chất lượng sản phẩm dầu, giảm nhiệt độ và thời gian phản ứng nhiệt phân Sản phẩm dầu nhiệt phân có xúc tác có hydrocacbon bình quân giảm, đồng thời độ phân bố hydrocacbon hẹp và thành phần khí có thể tăng theo chủng loại chất xúc tác

1.6.2 Phân loại hệ thống thiết bị nhiệt phân

Các hệ thống thiết bị nhiệt phân xử lý chất thải hữu cơ liên tục được hoàn thiện và giới thiệu trên khắp thế giới Các hệ thống này có quy mô rất đa dạng từ hệ thống công suất nhỏ cho đến các hệ thống vừa và lớn như các Pilot, các nhà máy xử

lý Tuy nhiên, được phát triển nhiều nhất các hệ thống nhiệt phân quy mô nhỏ và vừa Hệ thống thiết bị nhiệt phân có thể xử lý chất thải theo dạng mẻ hoặc liên tục Công suất xử lý thường được phân thành các cấp sau:

- Công suất nhỏ: < 30 kg/mẻ;

- Công suất trung bình: 30 – 100 kg/mẻ hoặc <5 tấn/ngày;

- Công suất lớn: > 5 tấn/ngày (thường ở công suất 50-100 tấn/ngày)

Hệ thống thiết bị nhiệt phân thường được chế tạo ở dạng module, kết cấu hệ thống gồm hai cụm thiết bị chính là cụm thiết bị lò phản ứng nhiệt phân và cụm thiết bị xử lý tách sản phẩm:

- Cụm thiết bị lò nhiệt phân: bao gồm các thiết bị chính như máy cắt liệu, bộ

phận sấy liệu, bộ phận nạp liệu, lò phản ứng nhiệt phân, bộ phận tháo tro than;

28

- Cụm thiết bị xử lý tách sản phẩm: bao gồm các thiết bị phân ly dạng tách pha

rắn – khí, tách pha khí - lỏng, thiết bị ngưng dầu giải nhiệt, hệ thống tháp hấp thụ rửa khí, các bồn và khoang chứa sản phẩm, hệ thống đường ống và van Trong các thiết bị này, lò phản ứng nhiệt phân là thiết bị quan trọng nhất trong toàn bộ hệ thống Lò phản ứng nhiệt phân hoạt động tối ưu sẽ giúp hiệu suất xử lý đạt năng suất cao nhất, thời gian xử lý và mức độ tiêu thụ nhiên liệu thấp nhất Ngoài ra, chất lượng các sản phẩm dạng rắn, lỏng, khí của quá trình nhiệt phân cũng được nâng cao Hiện nay, có 3 dạng lò phản ứng nhiệt phân chính gồm:

- Thiết bị lò phản ứng dạng cố định theo mẻ: áp dụng cho công suất nhỏ và vừa;

- Thiết bị lò phản ứng dạng quay nằm ngang: áp dụng cho công suất vừa và lớn;

- Thiết bị lò phản ứng dạng trục vít: áp dụng cho công suất nhỏ và vừa

a Thiết bị lò phản ứng dạng cố định

Thiết bị lò phản ứng dạng cố định thường được áp dụng cho các hệ thống xử

lý chất thải công suất nhỏ và vừa, hoạt động theo mẻ

Hình 1.4 Hệ thống thiết bị nhiệt phân dạng lò đứng cố định công suất 50 tấn/ngày (Hãng

Advanced Biorefinery)[16]

Cấu tạo chính của lò phản ứng gồm buồng đốt cấp nhiệt, lò phản ứng, cửa nạp liệu, cửa khí ra, cửa tháo tro Đối với các hệ thống xử lý công suất lớn hơn 25kg/mẻ sẽ có thêm bộ phận khuấy Bộ phận khuấy sẽ giúp cho nguyên liệu được nhiệt phân hoàn toàn trong thời gian nhanh nhất mà đảm bảo mức độ tiêu hao nhiên liệu thấp Buồng cấp nhiệt của lò phản ứng dạng cố định thường được xây bằng

29

gạch chịu lửa hoặc sử dụng các vật liệu bảo ôn Lò phản ứng nhiệt phân dạng cố định là lò phản ứng nhiệt phân thông dụng nhất hiện nay

b Thiết bị lò phản ứng nhiệt phân dạng quay

Đây là dạng lò phản ứng nhiệt phân được ứng dụng nhiều trong dải công suất vừa và lớn được sử dụng nhiều tại châu Á, đặc biệt là Trung Quốc và Ấn Độ

Hình 1.5: Sơ đồ hệ thống thiết bị nhiệt phân thông dụng trên thế giới với dạng lò quay [17]

Hình 1.6: Lò phản ứng nhiệt phân dạng quay do Trung Quốc chế tạo [33]

Ưu điểm của dạng lò phản ứng này là xử lý được chất thải rắn có kích thước lớn như lốp xe ô tô… mà không cần phải xử lý kích thước Đường kính lò phản ứng nhiệt phân dạng quay thường ở khoảng 2-3m với công suất xử lý 1,5 – 7 tấn/giờ

c Lò phản ứng nhiệt phân dạng trục vít

Lò phản ứng nhiệt phân dạng trục vít là dạng lò phản ứng ít thông dụng nhất

Ưu điểm của dạng lò phản ứng này là khả năng vận hành liên tục Chất thải rắn

30

nguồn gốc hữu cơ được nạp vào lò tự động với công suất xử lý ổn định Dạng lò phản ứng này có nhược điểm lớn là tiêu hao năng lượng điện cho các động cơ trục vít Do đó, hầu như hướng nghiên cứu ứng dụng lò phản ứng này ít được phát triển

Hình 1.7: Sơ đồ hệ thống lò phản ứng nhiệt phân dạng trục vít và nh hệ thống lò phản ứng nhiệt phân dạng trục vít (Hãng Northern Poultry Cluster Ltd)[13]

d Cụm thiết bị xử lý tách sản phẩm

Các thiết bị được ứng dụng gồm:

- Thiết bị phân ly tách pha rắn khỏi pha khí, pha lỏng khỏi pha khí:

Thông dụng là thiết bị cyclone có đường kính 0,1-0,3m

- Thiết bị giải nhiệt ngưng tụ gián tiếp:

Chủ yếu là các thiết bị ngưng tụ ống chùm nằm ngang giải nhiệt bằng nước, ống chùm thẳng đứng giải nhiệt bằng nước, kiểu ống lồng ống, hoặc làm mát bằng không khí…

- Thiết bị hấp thụ ngưng tụ trực tiếp

Chủ yếu là dạng tháp hấp thụ hình trụ có thể sử dụng ô đệm

1.7 Kinh nghiệm nghi n cứu ứng dụng công nghệ và thiết bị nhiệt phân xử

lý chất thải rắn nguồn gốc hữu cơ tr n thế giới

Công nghệ nhiệt phân xử lý chất thải rắn nguồn gốc hữu cơ đã được nghiên cứu và phát triển từ lâu trên thế giới Dưới áp lực về một cuộc khủng hoảng nhiên liệu sắp xảy ra trên toàn thế giới cũng như những tác động xấu đến môi trường của

31

việc xử lý chất thải rắn nguồn gốc hữu cơ theo các phương pháp truyền thống như chôn lấp, thiêu đốt,… các nhà khoa học trên thế giới đều coi hướng công nghệ nhiệt phân khí hóa xử lý chất thải rắn nguồn gốc hữu cơ như một hướng công nghệ tối ưu

có thể giải quyết phần lớn các vấn đề trên Kết quả khảo sát cho thấy có 3 xu hướng chính trong nghiên cứu phát triển ứng dụng công nghệ và thiết bị nhiệt phân xử lý chất thải rắn nguồn gốc hữu cơ bao gồm:

- Nhiệt phân xử lý cao su phế thải;

- Nhiệt phân xử lý nhựa, nilon phế thải;

- Nhiệt phân xử lý chất thải rắn nguồn gốc hữu cơ (như biomass, da thuộc )

a Nhiệt phân xử lý cao su phế thải

Từ năm 2000 đến nay, các cơ sở nhiệt phân, hóa khí, hóa lỏng lốp xe phế thải

và phế thải khác trên toàn thế giới đang hoạt động dưới sự kiểm soát chặt chẽ từ các tiêu chuẩn, quy chuẩn môi trường Sản phẩm thu được từ quá trình nhiệt phân, khí hóa, hóa lỏng bao gồm điện, hóa chất, nhiên liệu dạng lỏng và than Các nước đi đầu trong ứng dụng công nghệ nhiệt phân xử lý phế thải cao su hiện nay là Mỹ, Trung Quốc, Anh, Nga, Đức

Hình 1.8 Hệ thống nhiệt phân lốp xe phế thải dạng cố định của công ty ROI-Mỹ [15]

Tại Mỹ và các nước châu Âu khác, các nghiên cứu ứng dụng chủ yếu tập trung vào hệ thống thiết bị nhiệt phân xử lý cao su phế thải dạng quy mô lớn công suất từ 50-200 tấn/ngày đi kèm với một hệ thống chưng cất phân đoạn sản phẩm

32

dầu nhiệt phân để tạo thành các sản phẩm có giá trị thương mại cao như xăng, dầu

DO, dầu FO Các hệ thống nhiệt phân công suất nhỏ và vừa được ứng dụng ở dạng

di động, dễ dàng di chuyển đến các khu vực cần xử lý Ngược lại, ở các nước châu

Á như Trung Quốc, Hàn Quốc, Ấn Độ hệ thống nhiệt phân xử lý cao su phế thải thường ở dạng các cơ sở xử lý quy mô nhỏ Duy nhất có Nhật Bản là phát triển hoàn thiện hệ thống xử lý nhiệt phân quy mô lớn và chủ yếu là sản xuất điện năng Các hãng nghiên cứu tại Trung Quốc tập trung sâu vào hệ thống nhiệt phân dạng lò quay và sử dụng dầu nhiệt phân làm nhiên liệu cho lò hơi, lò đốt [27,31] Khả năng tồn tại và phát triển của các nhà máy sử dụng công nghệ nhiệt phân trong xử lý phế thải phụ thuộc rất nhiều vào những vấn đề kinh tế, chi phí đầu tư cơ sở, yêu cầu nguyên liệu và khả năng thu gom nguyên liệu, và vấn đề cấp ph p đầu tư Tuy vậy, công nghệ nhiệt phân xử lý phế thải cao su là ứng dụng nhiệt phân khá hoàn thiện, đang được phát triển và hoạt động mạnh ở các nước trên thế giới

Hình 1.9: Nhà máy nhiệt phân lốp xe phế thải, chất thải rắn hệ thống thu sản phẩm than nhiệt phân tại Burgau, Đức của công ty WasteGen UK(Anh)và công ty Technip (Đức)[30]

b Nhiệt phân xử lý nhựa, nilon phế thải

Công nghệ nhiệt phân xử lý nhựa, nilon phế thải đã được phát triển và nghiên cứu mạnh mẽ trong những năm gần đây Trong đó, Nhật Bản là nước đi đầu trong

33

công tác nghiên cứu ứng dụng công nghệ nhiệt phân xử lý nhựa phế thải Tất cả các hãng thiết bị, công ty xử lý chất thải rắn của Nhật Bản đều đang tập trung phát triển công nghệ này Tiêu biểu như NipponSteel, Ebara Alstom, Mitsui, Takuma, Siemens, Hitachi Zosen Hiện nay, các nghiên cứu ứng dụng nhiệt phân nhựa phế thải đang tập trung vào hướng xử lý hỗn hợp nhựa phế thải

Hình 1.10: Ảnh 4 tầng thao tác của hệ thống nhiệt phân nhựa phế thải KIER (Hàn Quốc) công suất 12 tấn/ngày(từ trái sang phải – tầng 3,4 và tầng 1,2)[14]

Hình 1.11: Sơ đồ hệ thống nhiệt phân nhựa phế thải Nanofuel-Polymer Engineering [18]

34

c Nhiệt phân xử lý chất thải rắn nguồn gốc hữu cơ

Đi đầu trong công tác nghiên cứu công nghệ nhiệt phân xử lý chất thải rắn hữu

cơ hiện nay là các nước phát triển như Mỹ, Đức, Nhật Bản Nhiệt phân CTR hữu

cơ tùy theo từng loại chất thải sẽ cho các sản phẩm chính tương tự như: Khí nhiệt phân, than nhiệt phân và dầu nhiệt phân Phần lớn các ứng dụng nhiệt phân CTR hữu cơ đều tập trung cho sản phẩm dạng khí hoặc sử dụng ngay hơi nhiệt phân nóng làm nhiên liệu cho lò hơi công suất lớn để phát điện Đặc biệt là tại Nhật Bản, hầu như tất cả các nhà máy xử lý CTRSH công suất lớn đều ứng dụng công nghệ nhiệt phân với sản phẩm chính là điện năng Đối với ứng dụng công nghệ nhiệt phân biomass như vỏ cây, gỗ vụn chứa nhiều dầu, hoặc các chất thải nông nghiệp có khối lượng lớn, không cần công tác phân loại như lõi ngô, rơm rạ, bã mía, vỏ trấu , sản phẩm chính là thu dầu nhiên liệu (bio-oil) Hệ thống thiết bị nhiệt phân xử lý CTR hỗn hợp thường gồm các thiết bị chính: Lò phản ứng; Buồng cấp nhiệt; Ngưng tụ gián tiếp; Ngưng tụ trực tiếp; Ngưng phân đoạn Mô hình hệ thống được các nhà nghiên cứu tham khảo ứng dụng nhiều có dạng giống như hệ thống nhiệt phân biomass của hãng Mitsui, Nhật Bản

Hình 1.12: Sơ đồ hệ thống thiết bị nhiệt phân biomass hãng Mitsui (Nhật Bản)[18]

Nghiên cứu ứng dụng công nghệ nhiệt phân với dạng phế thải da thuộc từ quá trình gia công sản xuất giầy da trên thế giới chủ yếu hiện nay vẫn đang được tiến hành Các kết quả nghiên cứu chính đều xuất phát từ những thiết bị phòng thí nghiệm của các trường đại học lớn tại các nước phát triển như Nga, Mỹ, Đức, Nhật

35

Một số các modun thiết bị thực nghiệm công nghệ nhiệt phân xử lý phế thải da thuộc được nghiên cứu chế tạo với công suất thấp chủ yếu tại Ấn Độ, Thổ Nhĩ Kỳ… và đều cho các sản phẩm dạng nhiên liệu: khí nhiệt phân, than nhiệt phân và dầu nhiệt phân Các nghiên cứu này đang cố gắng đưa ra một chế độ công nghệ thích hợp với nhiệt độ nhiệt phân thấp nhằm thu được lượng sản phẩm dầu nhiệt phân lớn nhất

1.8 Kinh nghiệm nghiên cứu ứng dụng công nghệ và thiết bị nhiệt phân xử

lý chất thải rắn nguồn gốc hữu cơ trong nước

Hiện nay, các phương pháp xử lý chất thải rắn đang được áp dụng tại Việt Nam đang xuất hiện ngày càng nhiều những hạn chế và tác hại to lớn đến môi trường xung quanh Các nhà quản lý môi trường Việt Nam đang gặp rất nhiều khó khăn khi đối mặt với hiện trạng ô nhiễm nghiêm trọng từ các bãi chôn lấp chất thải rắn trong khi bắt đầu cạn kiệt quỹ đất sử dụng để làm bãi chôn lấp chất thải rắn mới Các nhà máy, cơ sở xử lý chất thải rắn hầu như đều sử dụng phương pháp đốt tiêu hủy, hoặc chôn lấp Các lò đốt rác từ các nhà máy này do hoạt động quá tải và chi phí vận hành quá cao nên gây áp lực tài chính lớn lên các chủ đầu tư, chính vì vậy, hầu như các thiết bị xử lý khí thải lò đốt đều không được đầu tư trong xử lý vì mục đích giảm chi phí hoạt động Theo xu hướng phát triển công nghệ của thế giới hiện nay, các nhà khoa học Việt Nam đã và đang tập trung nghiên cứu hàng loạt các dạng công nghệ xử lý chất thải rắn tiên tiến khác nhau nhằm khắc phục những nhược điểm của các phương pháp xử lý cũ Phương pháp nhiệt phân nhiệt độ thấp chất thải rắn hữu cơ là một trong những phương pháp đang được các nhà khoa học Việt Nam tập trung nghiên cứu phát triển mạnh trong thời gian gần đây Đây là phương pháp được đánh giá cao về hiệu suất xử lý, mức độ thân thiện với môi trường và đặc biệt là khả năng tái chế nguồn chất thải rắn hữu cơ thành các dạng nhiên liệu thô Các nghiên cứu nổi bật của các nhà khoa học Việt Nam về công nghệ thiết bị nhiệt phân xử lý chất thải rắn nguồn gốc hữu cơ cũng theo 3 xu hướng chính là: Nhiệt phân phế thải cao su; nhựa phế thải và biomass

36

1.9 Kết luận chương 1

Từ phân tích tổng quan về công nghệ nhiệt phân xử lý CTR đi đến kết luận:

1) Các nhà khoa học trên thế giới đều coi hướng công nghệ nhiệt phân nhiệt độ thấp (200 - 700oC) xử lý chất thải rắn nguồn gốc hữu cơ như một hướng công nghệ tối ưu Quá trình nhiệt phân diễn ra trong môi trường không có (hoặc có ít) oxy, không gây phát thải ô nhiễm thứ cấp như các phương pháp truyền thống trong xử lý chất thải rắn: chôn lấp, thiêu đốt,… Dưới áp lực về một cuộc khủng hoảng nhiên liệu hóa thạch, công nghệ nhiệt phân chất thải rắn có nguồn gốc hữu cơ, giúp thu hồi nhiên liệu: dầu, than và khí ;

2) Xử lý phế thải da thuộc từ quá trình gia công sản xuất giầy da là đang là vấn

đề nổi cộm tại Việt Nam Xử lý bằng phương pháp chôn lấp hoặc đốt thiêu hủy khi không kiểm soát chặt chẽ sẽ gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người và môi trường xung quanh Có thể áp dụng công nghệ nhiệt phân nhiệt độ thấp để xử lý phế thải da thuộc nhằm tạo thành các sản phẩm nhiên liệu mà không gây các tác hại đến con người và môi trường;

3) Kết quả khảo sát về xu hướng nghiên cứu công nghệ thiết bị nhiệt phân trong

và ngoài nước cho thấy các hệ thống thiết bị nhiệt phân có quy mô rất đa dạng từ hệ thống công suất nhỏ (<30kg/mẻ) cho đến các hệ thống vừa (<5 tấn/mẻ) và lớn (>5tấn/mẻ) như các Pilot, các nhà máy xử lý Hệ thống thiết

bị nhiệt phân thường được chế tạo ở dạng module, kết cấu hệ thống gồm hai cụm thiết bị chính: Cụm thiết bị lò phản ứng nhiệt phân (cụm quan trọng nhất) và cụm thiết bị xử lý tách sản phẩm

4) Cơ chế quá trình nhiệt phân nhiệt độ thấp chất thải rắn hữu cơ là cơ chế quá trình cracking nhiệt Sự hình thành các sản phẩm nhiệt phân dạng rắn, lỏng, khí phụ thuộc lớn vào các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nhiệt phân Các yếu tố ảnh hưởng chính đến quá trình nhiệt phân bao gồm: Nhiệt độ nhiệt phân và tốc độ nâng nhiệt, Cấu trúc, thành phần hóa học, kích thước của nguyên liệu nhiệt phân, Thời gian lưu hơi nhiệt phân, Dạng lò phản ứng và

6) Nhiệt độ nhiệt phân và tốc độ nâng nhiệt tối ưu sẽ tránh lãng phí trong công tác chế tạo (như lựa chọn vật liệu chế tạo lò phản ứng, kết cấu buồng cấp nhiệt,…) cũng như trong vận hành hệ thống (như xác định nhiệt độ phù hợp

sẽ làm giảm chi phí nhiên liệu, điện vận hành hệ thống…) Nhiệt độ nhiệt phân (và tốc độ nâng nhiệt) chính là yếu tố ảnh hưởng lớn nhất, quan trọng nhất của quá trình nhiệt phân xử lý phế thải da thuộc Chất lượng, khối lượng, hiệu suất của các sản phẩm dạng rắn, lỏng, khí của quá trình nhiệt phân đều chịu tác động từ yếu tố này

7) Dải nhiệt độ nhiệt phân cho phế thải da thuộc sau khi nghiên cứu khảo sát là 180-300 độ C, thời gian hơi nhiệt phân ở vùng phản ứng 5-10 giây, tốc độ nâng nhiệt 5-15 độ C/phút

8) Cần tiến hành thí nghiệm nhiệt phân để xác định rõ các chế độ công nghệ nhiệt phân phù hợp với phế thải da thuộc cần xử lý

38

2.1 Đối tượng nghi n cứu

Đối tượng nghiên cứu được lựa chọn là phế thải da thuộc của Công ty Cổ phần Xây dựng và Giầy da Hồng Việt - huyện Xuân Trường - tỉnh Nam Định Đây

là một trong những nhà máy tư nhân gia công xuất khẩu giày da lớn nhất của Nam Định [2,3] Hiện nay, nhà máy có lượng cán bộ công nhân viên dao động trong khoảng 400-600 người, sử dụng công nghệ ép-dán trong gia công sản xuất giầy da xuất khẩu Sản phẩm chính của nhà máy là mũ giày các loại theo đơn hàng nước ngoài Sau quá trình gia công, sản phẩm được đóng kiện và chuyển đi p dán đế giày, đóng gói phụ kiện tại các công ty khác

Hình 2.1 : Hiện trạng sản xuất của Công ty Cổ phần Xây dựng và Giầy da Hồng Việt -

huyện Xuân Trường - tỉnh Nam Định

Lượng chất thải rắn từ quá trình gia công sản xuất của công ty trong khoảng 50-80 kg/ngày Phần lớn chất thải rắn của nhà máy là các loại bavia da thuộc, vải,