Đồ án nhiệt chuyên đề lạnh thiết bị nhiệt trong quy trình xử lý rác thải nhựa

CHƯƠNG II: CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ RÁC THẢI NHỰA TRUYỀN THỐNG 2.1 Chôn lắp 2.1.1 Mục đích Rác sinh hoạt chuyển đến các công trường xử lý với công nghệ chôn lấp hợp vệ sinh nhằm đảm bảo k

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN

Nhiệt phân <- -> Đốt

3.8 kg/ng/năm năm 1990

41 kg/ng/năm năm 2015

Tiêu thụ 5 triệu tấn (80% nhập khẩu)

*Dùng nhiệt từ dàn nóng ->Nhựa thải

*Dùng trấu -> đốt lò hơi -> nung nhựa + cát -> trộn gạch

*Gạch 45% nhựa, 55 % cát -> Khối lượng riêng?, khả năng chịu lực?

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

LỜI CẢM ƠN

Rác thải nhựa là vấn đề cấp bách ảnh hưởng đến vần đề môi sinh trên toàn cầu

Khi nhận đề tài “Các thiết bị nhiệt trong quy trình xử lý rác thải nhựa” từ thầy,

ban đầu em vẫn chưa định hướng và hình dung ra các việc cần làm Nhưng qua

các buổi trao đổi với thầy về đề tài em đã hệ thống được công việc cũng như sơ

đồ khối phân bố thời gian hợp lý để hoàn thiện Qua quá trình tìm tài liệu và nhờ

sự hướng dẫn của các anh khóa trên, em thấy đề tài này rất hay và là yêu cầu cấp

thiết đối với ngành năng lượng và môi trường Trong bài báo cáo, em có dành 5

trang để cải tiến qui trình tận dụng nilong làm gạch lát nền Tuy nhiên, những

nghiên cứu cải tiến của em chỉ trên lý thuyết cần sự hướng dẫn thêm của thầy và

thí nghiệm kiểm chứng để hoàn thiện và ứng dụng vào thực tiễn

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH ẢNH 5

DANH MỤC BẢNG 6

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮC 7

CHƯƠNG I: ĐĂT VẤN ĐỀ 8

CHƯƠNG II: CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ RÁC THẢI NHỰA TRUYỀN THỐNG 10

2.1 Chôn lắp 10

2.2 Xử lý rác thải nhựa bằng phương pháp đốt 11

CHƯƠNG III: XỬ LÝ RÁC THẢI NHỰA BẰNG CÔNG NGHỆ NHIỆT PHÂN 15

3.1 Khái niệm nhiệt phân 15

3.2 Nguyên vật liệu 15

3.3 Thí nghiệm 16

3.4 Các phản ứng hóa học 16

3.5 Kết quả và đánh giá 18

3.6 Tác dụng của chất xúc tác 20

3.7 Dư lượng chất thải rắn 23

CHƯƠNG 4: SỬ DỤNG LÒ HƠI TẦNG SÔI TRONG QUÁ TRÌNH NHIỆT PHÂN RÁC THẢI NHỰA 25

4.1 Lý do chọn lò hơi tầng sôi 25

4.2 Cấu tạo của lò hơi tầng sôi 25

4.2.1 Bộ cấp nhiên liệu: 26

4.2.2 Buồng đốt: 27

4.2.3 Bộ thu hồi nhiệt: 28

4.2.4 Hệ thống xử lí khói thải: 30

4.3 Nguyên lý tầng sôi 31

CHƯƠNG 5: SỬ DỤNG BỌC NI LÔNG THÀNH GẠCH LÁT NỀN- CÔNG NGHỆ CỦA TƯƠNG LAI 33

5.1 Quy trình xử lý bao nilong thành gạch lát nền (Công nghệ thô sơ) 33

5.2 Cái tiến qui trình 33

5.2.1 Sử dụng Lò hơi thay thế thiết bị nung thủ công 33

5.2.2 Dùng thiết bị xử lý khí thải và Dioxin 34

5.2.3 Buồng hòa trộn 36

CHƯƠNG 6: ĐÁNH GIÁ VÀ KIẾN NGHỊ 38

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 39

Hình 12: Hình ảnh hệ thống xử lý khói thải của lò hơi tầng sôi 29

Hình 14: Sơ đồ công nghệ xử lí khí thải và Dioxin 34

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1: Thành phần hóa học và diện tích bề mặt BET của zeolite tự nhiên 16

Bảng 3: Tính chất của các sản phẩm lỏng cho các nguyên liệu khác nhau 19

Bảng 4: Tính chất của nhiên liệu diesel thương mại 20

Bảng 5: Tính chất của các sản phẩm lỏng cho các chất xúc tác khác nhau 23

Bảng 8: So sánh số tiền chi tiêu cho các dạng nhiên liệu 33

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮC

HDPE: high density polyethylene

MPW: municipal plastic wastes

WPO: waste plastics oil

CHƯƠNG I: ĐĂT VẤN ĐỀ

Chúng ta cần bao nhiêu năm để rác thải nhựa phân hủy? cậu trả lời luôn được các nhà khoa học đưa ra là cần hàng trăm năm Như vậy trong hàng trăm năm đó rác thải nhựa không hề mất đi và hệ lụy gây ra với môi trường là không

hề nhỏ Rác thải nhựa là hiểm họa môi sinh toàn cầu CÙng với các quốc gia trên thế giới, Việt Nam đang nổ lực loại bỏ ô nhiểm do rác thải nhựa gây ra Hơn 50% lượng nhựa được tiêu thu mỗi ngày năm trong những sản phẩm nhựa dùng một lần Có nghĩa là hàng triệu tấn nhựa sản xuất ra mỗi năm quá nữa trong số đó chỉ đem lại cho chúng ta cảm giác trong ít phút cốc nhựa, ống hút, túi nilong, chai nước,…Sau đó, những thứ này được vứt ra môi trường và trở thành những thứ đồ nhựa vô dụng, nó tồn tại trong tự nhiên và trở nên vô cùng nguy hại Hình ảnh những dòng sông, bãi biển, bờ biển là nơi tập trung của rác thải nhựa ngày càng nhiều và cứ tăng lên theo từng năm Và hiện nay, Ở nước ta, phương pháp xử lý chất thải này chủ yếu là xử lý thủ công, theo nhiều chuyên gia về môi trường thì phương pháp này khi cháy sẽ thải ra cả chất độc Đi-ô-xin

Rõ ràng thói quen sử dụng túi nilon, nhựa dùng một lần có thể đem lại sự tiện lợi cho con người trong một khoảng thời gian ngắn, nhưng ít ai ngờ nó lại là tác nhân đẩy môi trường đứng trước thảm họa ô nhiễm

Theo Báo cáo của Chương trình Môi trường Liên hợp quốc năm 2018: Mỗi năm thế giới sử dụng 500 tỷ túi nhựa và khoảng 40% nhựa được sản xuất dùng

để đóng gói

Tại Việt Nam, theo báo cáo của Hiệp hội nhựa, năm 2015, Việt Nam sản xuất và tiêu thụ khoảng 5 triệu tấn nhựa, trong đó, khoảng 80% nguyên liệu nhập khẩu sử dụng từ nhựa phế liệu Chỉ số tiêu thụ nhựa trên đầu người tại Việt Nam tăng nhanh từ 3,8kg/năm/người năm 1990, tăng lên 41kg/năm/người vào năm

2015

Mặc dù, việc nhập khẩu phế liệu nhựa đã từng bước được "kiểm soát", từ năm 2016-2018, Bộ Tài nguyên và Môi trường cấp Giấy xác nhận đủ điều kiện nhập khẩu phế liệu nhựa cho 37 doanh nghiệp làm nguyên liệu sản xuất, trong tổng số 208 doanh nghiệp được cấp, trong đó 34 đơn vị nhập khẩu trực tiếp, 3 đơn vị nhập khẩu ủy thác Tuy nhiên, lượng phế liệu nhựa nhập khẩu vẫn tăng, năm 2016 là 18,548 tấn, năm 2017 là 90,839 tấn và 9 tháng năm 2018 là 175.000 tấn

Thống kê của Bộ Tài nguyên và Môi trường cũng cho thấy, mỗi ngày Hà Nội thải ra 4.000-5.000 tấn rác, trong đó rác thải nilon chiếm 7-8%, chỉ tính riêng

2 thành phố lớn là Hà Nội và Thành phố Hồ Chí Minh, thải ra môi trường khoảng

80 tấn nhựa và túi nilon/ngày Đáng chú ý, lượng chất thải nhựa và túi nilon cả nước chiếm khoảng 8-12% trong chất thải rắn sinh hoạt Nếu trung bình khoảng 10% lượng chất thải nhựa và túi nilon không được tái sử dụng mà thải bỏ hoàn toàn thì lượng chất thải nhựa và túi nilon thải bỏ xấp xỉ khoảng 2,5 triệu tấn/năm, đây là gánh nặng cho môi trường, thậm chí dẫn tới thảm họa "ô nhiễm trắng"

Vậy hiện nay, trên thế giới có các công nghệ xử lý rác thải nhựa nào? Và Việt Nam đã áp dụng những phương pháp nào? Ứng dụng nhiệt vào xử lý như thế nào

CHƯƠNG II: CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ RÁC THẢI NHỰA

TRUYỀN THỐNG 2.1 Chôn lắp

2.1.1 Mục đích

Rác sinh hoạt chuyển đến các công trường xử lý với công nghệ chôn lấp hợp vệ sinh nhằm đảm bảo không gây tác động nguy hại đối với môi trường đất, nước mặt, nước ngầm và không khí, không ảnh hưởng đến đời sống cộng đồng dân cư nói chung và khu vực dự án nói riêng trong suốt thời gian tồn tại của bãi rác kể cả sau khi đóng bãi

2.1.2 Mô tả qui trình công nghệ

Hố chôn lấp rác được xây dựng và lắp đặt lớp lót đáy toàn bộ bãi rác bằng vật liệu chống thấm HDPE để ngăn chặn khả năng gây ô nhiễm nguồn nước ngầm

và nước mặt do hiện tượng thấm theo chiều thẳng đứng, thấm ngang của nước rác

Trong suốt quá trình hoạt động rác được chuyển từ sàn trung chuyển vào ô chôn lấp và đổ theo từng lớp, được san ủi, đầm nén theo đúng quy trình kỹ thuật

và phủ lớp phủ trung gian nhằm giảm thiểu mùi hôi, tránh phát sinh ruồi, côn trùng và tách nước mưa

Nước rò rỉ của bãi rác được thu gom bằng hệ thông ống thu lắp đặt tại đáy bãi và bơm về nhà máy xử lý nước rác với công nghệ thích hợp cho phép nước rỉ bãi rác sau khi xử lý đạt yêu cầu xả thải

Hệ thống ống thu khí bãi rác được thi công và lắp đặt từ đầu và hoàn thiện theo quá trình vận hành bãi rác bảo đảm việc thu gom toàn bộ khí thoát ra từ bãi rác nhằm chiết xuất gas phục vụ sản xuất điện và xử lý loại bỏ các khí độc hại gây ô nhiễm gây hiệu ứng nhà kính và nguy cơ cháy nổ

Việc thiết kế, thi công xây dựng bãi chôn lấp đảm bảo xử lý các vấn đề về lún đất, trượt đất

Hình 1: Các bước của phương pháp trôn lắp rác thải nhựa

2.1.3 Hạn chế của giải pháp

- Tốn diện tích quĩ đất lớn, ảnh hướng đến quĩ đất để phát triển kinh tế của các ngành khác

- Thời gian phân hủy của rác thải nhựa rất lâu (Khoảng vài trăm năm)

2.2 Xử lý rác thải nhựa bằng phương pháp đốt

2.2.1 Giới thiệu

Xử lý chất thải rắn bằng phương pháp thiêu đốt là phương pháp phổ biến hiện nay trên thế giới để xử lý chất thải rắn nói chung, đặc biệt là đối với chất thải rắn độc hại công nghiệp, chất thải nguy hại y tế nói riêng Xử lý khói thải sinh ra

từ quá trình thiêu đốt là một vấn đề cần đặc biệt quan tâm

Thiêu đốt chất thải rắn là giai đoạn xử lý cuối cùng được áp dụng cho một

số loại chất thải nhất định không thể xử lý bằng các biện pháp khác Đây là giai đoạn ôxy hoá nhiệt độ cao với sự có mặt của ôxy trong không khí, trong đó có rác độc hại được chuyển hoá thành khí và các thành phần không cháy được Khí thải sinh ra trong quá trình thiêu đốt được làm sạch thoát ra ngoài môi trường không khí Tro xỉ được chôn lấp

2.2.2 Qui trình công nghệ

Rác thải nhựa sau khi được tập kết đến chỗ xử lý thích hợp sẽ được bộ phận chuyên dụng vận chuyển vào các lò đốt Tại đây, Quá trình thiêu đốt rác thải thường được thực hiện trong các lò đốt rác chuyên dụng ở nhiệt độ cao, thường

từ 850 đến 1.100oC Bản chất của quá trình là tiến hành phản ứng cháy, tức phản ứng ôxy hoá rác thải bằng nhiệt và ôxy của không khí Nhiệt độ phản ứng được duy trì bằng cách bổ sung năng lượng như năng lượng điện hay nhiệt toả ra khi đốt cháy nhiên liệu như gas, dầu diezen… Qui trình công nghệ được chia ra đối với rác thải y tế, và rác thải công nghiệp

- Hiện tại, ở Việt Nam xử lý chất thải rắn nguy hại y tế chủ yếu bằng lò đốt công suất nhỏ được trang bị cho từng bệnh viện Tuy nhiên, các bệnh viện lớn tuyến trung ương trực thuộc Bộ Y tế có công tác thu gom, phân loại, vận chuyển

và xử lý chất thải y tế được thực hiện tốt Các bệnh viện tuyến tỉnh, huyện, việc

xử lý chất thải y tế phụ thuộc nhiều vào điều kiện kinh tế từng tỉnh Số bệnh viện tuyến huyện được trang bị lò đốt đạt tiêu chuẩn rất ít Vì vậy, chất thải y tế thường được đốt bằng lò đốt thủ công hoặc chôn lấp trong khu đất của bệnh viện

- Đối với rác thải nguy hại công nghiệp được xử lý bằng phương pháp đốt thì gần như tuân theo nguyên lý đốt của chất thải y tế nhưng công suất lò lớn

hơn Hiện tại, các khu công nghiệp có đầu tư khu xử lý chất thải rắn nguy hại tập trung không nhiều Các chất thải rắn nguy hại thường được doanh nghiệp hợp đồng với công ty, đơn vị có chức năng, được cấp giấy phép vận chuyển và xử lý chất thải rắn nguy hại xử lý

Hình 2: Qui trình đốt rác

2.2.3 Ý nghĩa của qui trình

Xử lý chất thải bằng phương pháp thiêu đốt có ý nghĩa quan trọng là làm giảm bớt tới mức nhỏ nhất chất thải cho khâu xử lý cuối cùng là chôn lấp tro, xỉ Mặt khác, năng lượng phát sinh trong quá trình thiêu đốt có thể tận dụng cho các

lò hơi, lò sưởi hoặc các nghành công nghiệp cần nhiệt và phát điện Mỗi lò đốt cần phải được trang bị một hệ thống xử lý khí thải, nhằm khống chế ô nhiễm không khí do quá trình đốt có thể gây ra

2.2.4 Ưu điểm, nhược của phương pháp

Ưu điểm

- Xử lý nhanh rác thải công nghiệp

- Không tốn nhiều quỹ đất như phương pháp chôn lấp

- Có thể tận dụng năng lượng phát sinh trong quá trình thiêu đốt có thể tận dụng cho các lò hơi, lò sưởi hoặc các nghành công nghiệp cần nhiệt và phát điện

CHƯƠNG III: XỬ LÝ RÁC THẢI NHỰA BẰNG CÔNG NGHỆ

NHIỆT PHÂN 3.1 Khái niệm nhiệt phân

- Nhiệt phân là nhiệt phân hủy của vật liệu ở nhiệt độ cao trong môi trường khí trơ Nó liên quan đến sự thay đổi thành phần hóa học và không thể đảo ngược

- Nhiệt phân được sử dụng phổ biến nhất trong việc sản xuất vật liệu hữu

cơ Nói chung, nhiệt phân các chất hữu cơ tạo ra các sản phẩm dễ bay hơi và để lại dư lượng rắn được làm giàu bằng carbon

- Trong khoảng từ 100 đến 500 ° C, nhiều phân tử hữu cơ phổ biến bị phá

vỡ Hầu hết các phân tử bắt đầu phân hủy ở 160-180 ° C

- Nhiệt phân nhanh: là một quá trình trong đó sinh khối được làm nóng nhanh đến nhiệt độ cao trong điều kiện không có không khí Nó xảy ra trong phạm vi nhiệt độ cao 300 nhiệt độ 500 ° C với tốc độ gia nhiệt nhanh hơn 10 ngọn lửa 200°C/s, với thời gian kháng rắn ngắn và với kích thước hạt mịn (< 1 mm) Trong quá trình nhiệt phân nhanh, sinh khối bị phân hủy để tạo ra hơi, khí và một số than Sau khi làm mát và ngưng tụ hơi và khí dung, dầu lỏng màu nâu sẫm được hình thành

3.2 Nguyên vật liệu

- Vật liệu được sử dụng là các loại chất thải nhựa đô thị như túi nhưa PE 1, túi nhựa PE 2, chất thải Polyetylen (HDPE) Chúng được lấy từ các bãi rác thải của hoặc tập kết từ các công ty, cộng đồng dân cư Các chất xúc tác được sử dụng

co các nguyên liệu này là Zeolite Yvà Zeolite tự nhiên

- Zeolite Y (CVB 780 CY) được lấy từ Zeolyst International, nó có tỷ lệ mol SiO2 / Al2O3 là 80 diện tích bề mặt 780 m2/g ở dạng bột Đường kính của viên là 1,6 mm chứa 20% oxit nhôm làm chất kết dính

- Các zeolite tự nhiên được nung ở 5000C 3 giờ để loại bỏ một số chất dễ bay hơi Các tính chất hóa học và diện tích bề mặt BET của zeolite tự nhiên được thể hiện trong Bảng 1

Bảng 1: Thành phần hóa học và diện tích bề mặt BET của zeolite tự nhiên

Tỷ lệ Si / Al Na / Si Mg / Si K / Si Ca / Si Fe / Si SBET (m2.g-1) Zeolite

- Lò phản ứng nhiệt phân và bộ chuyển đổi được làm bằng thép không gỉ và được phủ bằng một lò sưởi điện Một bình ngưng kiểu vỏ và ống được lắp đặt tại đầu ra của bộ chuyển đổi để tách các sản phẩm khí và lỏng Trong các thí nghiệm này, 1,6-2,6 kg nguyên liệu được đưa vào lò phản ứng nhiệt phân Các pyrolyzer sau đó được làm nóng đến nhiệt độ định sẵn

- Chất xúc tác (100 g) đã được nạp vào quá trình xúc tác lò phản ứng, nơi khí nhiệt phân được tạo ra trong lò phản ứng đầu tiên Sau khi có phản ứng xúc tác, khí được ngưng tụ thành các sản phẩm lỏng trong thiết bị ngưng tụ

- Các sản phẩm lỏng sau đó được thu thập và thí nghiệm được thực hiện ở nhiệt độ 450°C Các sản phẩm khí được đốt cháy để ngăn chặn khí thải từ khí hydrocarbon

3.4 Các phản ứng hóa học

3.4.1 Thành phần hóa học của rác thải nhựa

Bảng 2: Phần trăm khối lượng khô (%)

Polime trùng hợp bị nhiệt phân ở nhiệt độ thính hợp thành các đoạn ngắn, cuối cùng thành monome ban đầu Phản ứng nhiệt phân Polime thành các monome được gọi là phản ứng giải trùng hợp hau là phản ứng đepolime hóa

Hình 4: Phản ứng cắt mạch

3.5 Kết quả và đánh giá

- Những tạp chất này cũng đã dẫn đến một tỷ lệ cao các sản phẩm khí Các vật liệu hữu cơ như sinh khối tạo ra phần khí cao lên tới 50% trong quá trình nhiệt phân Nó có nghĩa là các tạp chất đã được chi phối trong dư lượng rắn

- Chất thải HDPE sản xuất phần lỏng cao nhất và phần khí thấp nhất Cấu trúc mạnh mẽ của HDPE khiến việc bẻ khóa chuỗi hydrocarbon trở nên khó khăn hơn hydrocacbon nhẹ hơn

- Tuy nhiên, tỷ lệ dầu nặng vẫn còn cao trong dầu từ chất thải HDPE chỉ ra chất lượng dầu thấp Các sản phẩm lỏng đã được phân thành ba nhóm, tức là phần xăng (C5 -C12 ), phần nhiên liệu diesel (C13 -C20 ) và dầu nặng (> C20 ) Túi

PE 2 được sản xuất diesel cao nhất

- Trong khi túi PE 1 sản xuất phần xăng cao nhất Như đã đề cập trước đây,

sự hiện diện của vật liệu hữu cơ trong túi PE 1 đã đóng góp vào phần lớn xăng dầu để sản xuất nhiên liệu sinh học

- Đó là thấy rằng các hợp chất hóa học C6 -C14 có tới 95% dầu sinh học Chất thải HDPE mang lại tỷ lệ nhiên liệu diesel thấp hơn so với túi PE 2 Điều này là do các vật liệu khác nhau trong túi PE 2 bao gồm phần lớn mật độ thấp polyetylen

Bảng 3 Tính chất của các sản phẩm lỏng cho các nguyên liệu khác nhau Properties Units Túi PE 1 HDPE

content

D95 Heating

- Tuy nhiên, độ nhớt động học của WPO thấp hơn so với nhiên liệu diesel thương mại cho túi PE 1 và PE túi 2 Độ nhớt đóng vai trò quan trọng trong việc bôi trơn các hệ thống phun nhiên liệu, đặc biệt là các hệ thống kết hợp bơm phun phân phối quay phụ thuộc hoàn toàn vào nhiên liệu để bôi trơn trong bơm cao áp

cơ chế