Thiet ke xe ba banh chay bang biogas phuc vu van chuyen o no

Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí
MỤC LỤC
Trang
LỜI NĨI ĐẦU................................................................................................................4
1. GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU.............................................................6
1.1. Những vấn đề môi trường của Việt Nam và thế giới hiện nay.........................6
1.2. Sự cần thiết phải có nguồn nhiên liệu thay thế................................................8
1.3. Mục đích ý nghĩa của đề tài.............................................................................9
1.3.1. Mục đích của đề tài......................................................................................9
1.3.2. Ý nghĩa của đề tài..........................................................................................9
2. TỔNG QUAN VỀ BIOGAS...................................................................................10
2.1. Vấn đề năng lượng hiện nay...........................................................................10
2.2. Tình hình phát triển Biogas............................................................................10
2..2.1. Trên thế giới...............................................................................................10
2.2.2. Ở Việt Nam..................................................................................................11
2.2.3. Kết luận.......................................................................................................13
3. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ, SẢN XUẤT VÀ CÁC ỨNG DỤNG CỦA BIOGAS.....13
3.1. Tính chất của Biogas......................................................................................13
3.2. Yêu cầu của Biogas sử dụng làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong..............15
3.3. Phương pháp tách lọc H2S và CO2.................................................................16
3.3.1. Lý thuyết về hấp phụ và hấp thụ..................................................................16
3.3.2. Sự cần thiết phải tách lọc, tinh luyện Biogas..............................................17
3.3.3. Sơ đồ hệ thống tách H2S và CO2.................................................................18
3.3.4. Công nghệ tách lọc H2S...............................................................................19
3.3.5. Công nghệ tách lọc CO2..............................................................................21
3.4. Sản xuất Biogas..............................................................................................23
3.5. Ứng dụng của Biogas.....................................................................................24
4. HỆ THỐNG NÉN KHÍ BIOGAS VÀO BÌNH LƯU TRỮ..................................25
4.1

Sơ đồ q trình nén khí biogas:................................................................25

4.2. Ống nối cao áp, đầu nối giữa máy nén, bình lưu trữ.....................................29
4.2.1. Ống nối cao áp và bình lưu trữ biogas nén................................................29
4.3.2. Thiết kế các loại đầu nối sử dụng trong quá trình nén...............................30
SVTH: Chu Văn Nhiều - Lớp 05C4B
Nguyễn Trung Thành - Lớp 08C4LT

GVHD: GS-TSKH Bùi Văn Ga
Trang: 1


Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí
5. TÍNH TỐN Q TRÌNH NÉN KHÍ BIOGAS VÀO BÌNH LƯU TRỮ.........31
5.1. Thơng số tính tốn q trình nén khí Biogas vào bình lưu trữ và thành phần
khí Biogas trong các trường hợp nén khác nhau..................................................31
5.2. Tính tốn q trình nén khí Biogas vào bình lưu trữ.....................................32
6. ỨNG DỤNG BIOGAS TRÊN ĐỘNG CƠ XE GẮN MÁY.................................33
6.1. Giới thiệu đặc tính kỹ thuật động cơ xe Honda Wave α thí nghiệm...............33
6.2. Tính tốn chu trình nhiệt của động cơ...........................................................34
6.2.1. Tính tốn chu trình nhiệt cho động cơ dùng Xăng......................................34
6.2.2. Tính tốn chu trình nhiệt cho động cơ dùng Biogas...................................43
6.2.3. So sánh kết quả tính tốn chu trình nhiệt của động cơ...............................62
6.3. Tính tốn thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệu Biogas................................65
6.3.1. Sơ đồ hệ thống lưỡng nhiên liệu Xăng-Biogas............................................65
6.3.2. Tính tốn bộ hỗn hợp Biogas – Khơng khí..................................................66
6.3.3.Xác định đường kính lỗ phun của van cung cấp Biogas..............................70
6.3.4. Cải tạo bộ chế hịa khí để dùng lưỡng nhiên liệu Xăng-Biogas..................71
7. MỘT SỐ LOẠI XE BA BÁNH THAM KHẢO ..................................................72
8. PHƯƠNG ÁN CẢI TẠO, LẮP ĐẶT.....................................................................74
8.1. Xe máy cải tạo................................................................................................74

8.2. Thùng xe.........................................................................................................74
8.3. Lắp đặt thùng xe với nửa thân xe máy...........................................................75
9. THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG CƠ KHÍ..........................................77
9.1. Chọn phương án truyền động.........................................................................77
9.2. Chọn loại xích và tính tốn bộ truyền xích....................................................79
9.3. Bộ vi sai..........................................................................................................85
10. HỆ THỐNG PHANH............................................................................................89
10.1. Chọn loại dẫn động phanh và cơ cấu phanh................................................89
10.2. Xác định tọa độ trọng tâm xe khi có tải......................................................90
10.3. Xác định tọa độ trọng tâm xe khi khơng tải.................................................92
10.4. Tính momen cần sinh ra ở các cơ cấu phanh...............................................92
11.HỆ THỐNG TREO................................................................................................96
11.1. Công dụng, yêu cầu, phân loại hệ thống treo..............................................96
SVTH: Chu Văn Nhiều - Lớp 05C4B
Nguyễn Trung Thành - Lớp 08C4LT

GVHD: GS-TSKH Bùi Văn Ga
Trang: 2


Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí
11.2. Hệ thống treo thiết kế...................................................................................97
12. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI.................................102
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................103

SVTH: Chu Văn Nhiều - Lớp 05C4B
Nguyễn Trung Thành - Lớp 08C4LT

GVHD: GS-TSKH Bùi Văn Ga
Trang: 3

Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí

LỜI NĨI 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 môi
trường là một vấn đề được quan tâm hàng đầu ở nhiều quốc gia trên thế giới.
Hằng năm con người đã thải vào môi trường hàng triệu chất thải các loại, làm ô
nhiễm nguồn nước, ô nhiễm nguồn đất đai, và đặc biệt là các chất thải khí làm ơ nhiễm
nguồn khơng khí, làm thủng tầng ơzơn, gây hiệu ứng nhà kính.
Trong các chất độc hại thì NOx, HC, CO, ... do các loại động cơ thải ra, là ngun
nhân chính gây ơ nhiễm bầu khơng khí, ảnh hưởng tới sức khoẻ con người, nhiều năm
trở lại đây có nhiều căn bệnh hiểm nghèo xuất hiện rất nhiều, tỷ lệ mắc bệnh một ngày
một cao.
Cho tới ngày nay mặc dù nền khoa học thế giới đã có những bước tiến vượt bậc.
Đặc biệt trong công nghệ thông tin, cho phép các nhà khoa học có thể đi sâu vào
nghiên cứu q trình cháy của động cơ, nhằm hồn thiện q trình cháy, tăng cơng
suất động cơ, tiết kiệm nhiên liệu và giảm thiểu nồng độ các chất độc hại trong khí xả.
Nhưng cho đến nay, câu trả lời cho vấn đề nêu trên vẫn chưa làm thoả mãn các nhà
bảo vệ môi trường. Nồng độ các chất độc hại có trong khí xả động cơ vẫn cịn cao so
với mong đợi của các nhà khoa học.
Một xu hướng hiện nay, là nghiên cứu thay thế sử dụng nhiên liệu truyền thống:
xăng , dầu diesel,... bằng các loại nhiên liệu “sạch” cho các loại động cơ như: năng
lượng mặt trời, khí thiên nhiên, khí dầu mỏ hố lỏng, năng lượng điện, khí sinh vật
biogas ...Việc nghiên cứu đa dạng hoá nguồn năng lượng, làm ổn định nguồn năng
lượng cho sản xuất và đời sống sẽ giải quyết những vấn đề trên để có một chiến lược
phát triển bền vững lâu dài. Để tận dụng nguồn năng lượng sẵn có trong chăn ni,
giảm chi phí cho chăn ni sản xuất, vận chuyển hàng hóa ở nơng thơn chúng em tiến
hành nghiên cứu sử dụng khí biogas chạy trên xe máy WAVE α. Trong đề tài chúng

em đã tiến hành cải thiện hệ thống nhiên liệu động cơ nguyên thuỷ sang sử dụng lưỡng
nhiên liệu biogas-xăng, để tìm ra một hướng đi mới và đem lại hiệu quả hữu ích cho xã
hội và nhất là bà con nông thôn, chúng em đã thiết kế xe ba bánh chạy bằng xăngbiogas phục vụ ở nông thôn.

SVTH: Chu Văn Nhiều - Lớp 05C4B
Nguyễn Trung Thành - Lớp 08C4LT

GVHD: GS-TSKH Bùi Văn Ga
Trang: 4


Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí
Sau một thời gian làm đề tài, với sự nỗ lực của bản thân cùng sự giúp đỡ tận tình
của thầy giáo GS.TSKH Bùi Văn Ga, các thầy cô giáo trong bộ môn, bạn bè, đề tài
chúng em đã hoàn thành. Tuy nhiên, do thời gian, trình độ cũng như kinh nghiệm thực
tế cịn hạn chế, chắc hẳn đề tài cịn nhiều thiếu sót và chưa đáp ứng đầy đủ tính khoa
học của đề tài. Kính mong q thầy cơ giáo giúp đỡ và góp ý để đề tài ngày càng hoàn
thiện hơn.
Sau cùng, em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo, các thầy ở xưởng động cơ và ô
tô, đặc biệt là thầy giáo GS.TSKH Bùi Văn Ga đã tận tình hướng dẫn em trong suốt
quá trình làm đồ án.
Đà nẵng, ngày 30 tháng 05 năm 2010.
Sinh viên thực hiện

Chu Văn Nhiều-lớp 05C4B.
Nguyễn Trung Thành-lớp 08C4LT.

1. GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
1.1. Những vấn đề môi trường của Việt Nam và thế giới hiện nay
Tài ngun và mơi 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
SVTH: Chu Văn Nhiều - Lớp 05C4B
Nguyễn Trung Thành - Lớp 08C4LT

GVHD: GS-TSKH Bùi Văn Ga
Trang: 5


Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí
đời nay. Hàng ngày chúng ta sử dụng khơng khí, nước, thực phẩm để tồn tại và sử
dụng các nguồn tài nguyên thiên nhiên và môi trường để đáp ứng các nhu cầu thiết yếu
của mình. Mỗi sự biến đổi của tự nhiên, của mơi trường đều liên hệ mật thiết đến
chúng ta, sự đe dọa nào đối với thiên nhiên, mơi trường cũng chính là đe dọa đối với
chúng ta.
Thế nhưng, việc mở rộng quy mô hoạt động của con người trong những thập niên
gần đây, đặc biệt là cùng với những tiến bộ của khoa học và kỹ thuật, con người đã
gây nên những vấn đề hết sức nghiêm trọng. Đó chính là vấn đề ô nhiễm môi trường
và sự cạn kiệt nguồn tài nguyên thiên nhiên của hành tinh chúng ta. Điều đó làm cho
con người phải thừa nhận rằng sự phát triển kinh tế nhằm làm cho cuộc sống trở nên
thịnh vượng hơn, nếu khơng được quản lý tốt có thể sẽ hủy hoại sự sống của loài
người chúng ta. Tuy nhiên, chúng ta cũng phải thừa nhận rằng, sự tồn tại của con
người cũng không thể tránh khỏi những tác động lên môi trường. Bản thân tự nhiên
không phải luôn ở trạng thái tĩnh mà trái lại nó ln vận động. Chúng ta coi trọng cơng
tác bảo tồn khơng có nghĩa là chúng ta xác định tình trạng lý tưởng mà tại đó con
người khơng tác động gì đến mơi trường. Điều tốt nhất chúng ta có thể làm là giảm
thiểu những ảnh hưởng tiêu cực do các hoạt động của chúng ta lên môi trường hiện
nay cũng như trong tương lai.
Đất là nguồn tài nguyên vô giá đang bị xâm hại nặng nề. Số liệu của Liên hợp
quốc cho thấy cứ mỗi phút trên phạm vi tồn 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, sự suy thoái chất lượng
đất và sa mạc hóa cũng đang diễn ra với tốc độ nhanh. Xói mịn, rửa trơi, khơ hạn, sạt
lở, mặn hóa, phèn hóa..v.v. đang xảy ra phổ biến ở nhiều nơi đã làm cho khoảng 50%
trong số 33 triệu ha đất tự nhiên được coi là “có vấn đề suy thối”.
Nước là nguồn tài nguyên không thể thay thế cũng đang đứng trước nguy cơ bị
suy thối mạnh trên phạm vi tồn cầu, trong đó nước thải là ngun nhân chính. Theo
số liệu thống kê, hàng năm có khoảng hơn 500 tỷ m3 nước thải (trong đó phần lớn là
nước thải cơng nghiệp) thải vào nguồn nước tự nhiên và sau 10 năm thì số lượng này
tăng gấp đơi. Khối lượng nước thải này làm ô nhiễm hơn 40% lưu lượng nước ổn định
SVTH: Chu Văn Nhiều - Lớp 05C4B
Nguyễn Trung Thành - Lớp 08C4LT

GVHD: GS-TSKH Bùi Văn Ga
Trang: 6


Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí
của các dịng sơng trên trái đất. Ở nước ta, hàng năm có hơn một tỷ m 3 nước thải, mà
hầu hết là chưa qua sử lý được thải ra môi trường. Dự báo nước thải sẽ tăng hàng chục
lần trong quá trình đẩy mạnh cơng nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước. Khối lượng
nước thải này đã, đang và sẽ làm nhiều nguồn nước trên phạm vi cả nước ô nhiễm
nghiêm trọng, đặc biệt là các sông hồ tại các đô thị lớn.
Rừng là chiếc nơi sinh ra và che chở cho lồi người cũng đang phải đối mặt với
sự suy giảm nhanh về số lượng và chất lượng. Vào thời kỳ tiền sử, diện tích rừng đạt
tới 8 tỷ ha (che phủ 2/3 diện tích lục địa), đến thế kỷ 19 cịn khoảng 5,5 tỷ ha và hiện
nay chi còn khoảng 2,6 tỷ ha. Số liệu thống kê cho thấy diện tích rừng đang suy giảm
với tốc độ chóng mặt (mỗi phút mất đi khoảng 30 ha rừng) và theo dự báo với tốc độ
này chỉ khoảng 160 năm nữa toàn bộ rừng trên trái đất sẽ biến mất.
Cùng với rừng, đa dạng sinh học cũng đóng vai trị quan trọng đối với con người

và thiên nhiên. Từ nhiều thập kỷ nay, hoạt động của con người đã tác động mạnh tới
thế giới sinh vật, được xem là tương đương hoặc thậm chí lớn hơn nhiều so với các đợt
tuyệt chủng lớn nhất trong thời tiền sử. Việt Nam là nước có mức độ đa dạng sinh học
đứng thứ 10 thế giới, nhưng tốc độ suy giảm được xếp vào loại nhanh nhất. Nhiều hệ
sinh thái tự nhiên bị xâm phạm, suy giảm diện tích. Trong gần khơng đầy 50 năm, diện
tích rừng ngập mặn suy giảm gần 3/4.
Những con số thống kê cho ta thấy bức tranh ảm đạm về tình trạng suy thối tài
ngun và mơi trường ở quy mơ tồn cầu và ở nước ta. Có rất nhiều vấn đề được đề
cập đến, nhưng trong đó đáng lưu tâm nhất đó là hiện tượng trái đất đang ấm dần lên.
Hành tinh của chúng ta là một thể thống nhất, do đó khi có bất kì một yếu tố nào
thay đổi thì nó sẽ gây nên những phản ứng dây chuyền đến các yếu tố khác. Sự ấm dần
lên của trái đất sẽ kéo theo sự thay đổi về khí hậu theo chiều hướng bất lợi, mà cụ thể
là sẽ làm cho thiên tai thường xuyên xảy ra với tần suất cao và diễn biến phức tạp hơn,
những đợt hạn hán và lũ lụt sẽ càng thêm dữ dội. Riêng ở Việt Nam vào năm 1998,
hiện tượng Enino đã gây nên những đợt hạn hán nghiêm trọng, ở nhiều vùng mà đặc
biệt là ở Nam trung bộ và Tây nguyên, người dân khơng có đủ nước để sinh hoạt chứ
chưa dám nói đến nước sạch và nước để sản xuất, gia súc khơng có đủ nước để uống,
hàng trăm hecta rừng bị thiêu rụi vì khơ hạn. Sang năm 1999, đến lượt hiện tượng
Lalina hồnh hành, nó đã gây nên những trận đại hồng thủy dự dội ở miền trung mà
SVTH: Chu Văn Nhiều - Lớp 05C4B
Nguyễn Trung Thành - Lớp 08C4LT

GVHD: GS-TSKH Bùi Văn Ga
Trang: 7


Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí
đến nay nhiều người vẫn chưa quên được sự khủng khiếp của nó. Là một hiện tượng tự
nhiên có tính quy luật là cứ 8 năm một lần, nhưng chưa có bao giờ Eninơ lại gây nên
những ảnh hưởng nghiêm trọng như vậy. Đó chỉ là những điều mà chúng ta nhìn thấy

được ở Việt Nam, sự ấm 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 mét
khối nước đổ vào đại dương do sự tan của băng sẽ nhấn chìm các đảo nhỏ, các quốc
gia vốn có địa hình thấp như Hà Lan và phần lớn các vùng duyên hải trên thế giới, nơi
cư trú của hàng trăm triệu người cũng sẽ bị nhấn chìm. Tệ hại hơn nữa, sự tan chảy
của băng sẽ hình thành những dịng hải lưu lạnh bất thường trong lòng đại dương, các
dòng hải lưu này sẽ làm ảnh hưởng đến các dòng hải lưu ấm. Sự thay đổi không theo
quy luật của các dịng hải lưu sẽ làm cho khí hậu của trái đất sẽ thay đổi một cách bất
thường, đó chính là cách nói khác của một thảm họa thiên tai.
1.2. Sự cần thiết phải có nguồn nhiên liệu thay thế
Từ những năm 1849 - 1850, con người đã biết chưng cất dầu mỏ để lấy ra dầu
hỏa, còn Xăng là thành phần chưng cất nhẹ hơn dầu hỏa thì chưa hề được sử dụng đến
và phải đem đổ đi một nơi thật xa. Lúc đó con người tạo ra dầu hỏa với mục đích thắp
sáng hoặc đun nấu đơn thuần. Nhưng với sự tiến bộ của khoa học và kỹ thuật, từ việc
sử dụng những động cơ hơi nước cồng kềnh và hiệu quả thấp, con người đã tìm cách
để sử dụng Xăng và dầu Diesel cho động cơ đốt trong, là loại động cơ nhỏ gọn hơn
nhưng có hiệu quả cao hơn hẳn. Cùng với những khám phá khoa học vĩ đại khác, sự
phát minh ra động cơ đốt trong sử dụng Xăng và dầu Diesel đã thúc đẩy xã hội loài
người đạt những bước phát triển vượt bậc, đem đến cuộc sống ấm no, hạnh phúc và
văn minh cho hàng tỷ người trên thế giới.
Những hiệu quả và giá trị của dầu mỏ và động cơ đốt trong mang lại thật sự
khơng ai có thể phủ nhận được. Nguồn năng lượng chúng mang lại hầu như là chiếm
ưu thế hoàn toàn. Do vậy, mà hầu hết các quốc gia trên thế giới đều muốn chiếm ưu
thế và chủ động về nguồn dầu mỏ. Cuộc khủng hoảng năng lượng vào thập kỷ 70 của
thế kỷ 20 đã một lần nữa khẳng định tầm quan trọng chiến lược của dầu mỏ đối với
mỗi quốc gia và cho toàn thế giới.

SVTH: Chu Văn Nhiều - Lớp 05C4B
Nguyễn Trung Thành - Lớp 08C4LT

GVHD: GS-TSKH Bùi Văn Ga
Trang: 8


Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí
Nhưng theo dự đốn của các nhà khoa học thì với tốc độ khai thác hiện nay, trữ
lượng dầu mỏ còn lại của trái đất cũng chỉ đủ cho con người khai thác trong vịng
khơng quá 40 năm nữa.
Bên cạnh đó những hậu quả mà khi chúng ta sử dụng dầu mỏ và động cơ đốt
trong đem lại từ các chất thải khí làm ơ nhiễm khơng khí, làm thủng tầng ơzơn, gây
hiệu ứng nhà kính. Trong các chất độc hại thì CO, NO x, HC…do các loại động cơ thải
ra, là nguyên nhân chính gây ơ nhiễm bầu khơng khí, ảnh hưởng đến sức khỏe con
người. Do đó, con người phải đứng trước một thách thức lớn là phải có nguồn nhiên
liệu thay thế.
Một xu hướng hiện nay, là nghiên cứu thay thế sử dụng nhiên liệu truyền thống:
Xăng, dầu Diesel,… bằng các loại nhiên liệu mới “sạch”, nhiên liệu tái sinh cho các
loại động cơ như năng lượng mặt trời, khí thiên nhiên, khí dầu mỏ hóa lỏng, năng
lượng điện, khí sinh vật Biogas, năng lượng thủy điện…Việc chuyển dần sang sử dụng
các loại nhiên liệu không truyền thống đã trở thành chiến lược trong chính sách năng
lượng của nhiều quốc gia phát triển.
1.3. Mục đích ý nghĩa của đề tài
1.3.1. Mục đích của đề tài
Nghiên cứu chế tạo xe ba bánh chạy bằng biogas phục vụ vận chuyển hàng hóa
ở nơng thơn Việt Nam
Nghiên cứu cải tạo bộ chế hịa khí ngun thủy của xe gắn máy dùng Xăng
sang dùng lưỡng nhiên liệu Xăng – Biogas.
1.3.2. Ý nghĩa của đề tài
Sử dụng Biogas để làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong nói chung và các
phương tiện giao thơng vận tải nói riêng sẽ làm giảm mức độ phát thải khí CO 2, NOx,

HC, CO … góp phần thực hiện các cơng ước quốc tế về môi trường mà Việt Nam đã
cam kết tham gia.
Tìm ra một giải pháp cho vấn đề sử dụng nguồn nhiên liệu Biogas mà hiện nay
chúng ta đang lãng phí.

SVTH: Chu Văn Nhiều - Lớp 05C4B
Nguyễn Trung Thành - Lớp 08C4LT

GVHD: GS-TSKH Bùi Văn Ga
Trang: 9


Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí
2. TỔNG QUAN VỀ BIOGAS
2.1. Vấn đề năng lượng hiện nay
Trong thời đại khoa học kỹ thuật phát triển như vũ bão như ngày nay thì nhu cầu
về năng lượng là rất cần thiết, trong khi các nguồn năng lượng dự trữ như than đá, dầu
mỏ, khí đốt thiên nhiên và ngay cả thủy điện là có hạn khiến cho nhân loại có nguy cơ
đứng trước việc thiếu năng lượng. Việc tìm kiếm và khai thác các nguồn năng lượng
mới như năng lượng hạt nhân, năng lượng địa nhiệt, năng lượng gió, năng lượng mặt
trời … là một trong những hướng quan trọng trong kế hoạch phát triển năng lượng.
Dân số thế giới ngày càng tăng khiến cho nhu cầu tiêu thụ năng lượng phục vụ sinh
hoạt cũng tăng lên. Do đó, việc nghiên cứu sử dụng các nguồn khí sinh học (Biogas)
đã được triển khai và đạt được một số thành tựu đáng kể ở nhiều nước nhất là các nước
đang phát triển Châu Á.
2.2. Tình hình phát triển Biogas
2..2.1. Trên thế giới
Hiện nay ở quy mơ tồn cầu, Biogas là nguồn năng lượng lớn. Tổng sản lượng
ứng dụng chiếm 9% đến 10 % tổng năng lượng trên thế giới.
Theo tính tốn, nếu tận dụng xử lý được hết nguồn phế thải toàn cầu thì hàng năm

người ta có thể tạo 200 tỷ m3 khí sinh học, tương đương 150 đến 200 triệu tấn nhiên
liệu và kèm theo nó là khoảng 20 triệu tấn phân bón hữu cơ chất lượng cao.
Có thể nói rằng, Ấn Độ và Trung Quốc là hai quốc gia có sự phát triển nhanh chóng về
cơng nghệ xây dựng các bể lên men mêtan.
- Ấn Độ
Cơng nghệ khí sinh học bắt đầu ở Ấn Độ bắt đầu từ năm 1897. Ban đầu, các trạm
Biogas chỉ có quy mơ hộ gia đình. Hàng năm có khoảng 200.000 hộ gia đình Ấn Độ
chuyển từ sử dụng năng lượng củi đốt sang sử dụng Biogas. Năm 1985, Ấn Độ có
khoảng 1 triệu bể với chi phí xây dựng khoảng 55 triệu đơ la. Tính tới năm 1999 đã có
tới 2,9 triệu cơng trình hầm khí sinh học gia đình và 2700 cơng trình hầm khí tập thể
xử lý phân người được xây dựng. Ước tính số cơng trình này hàng năm tiết kiệm 3
triệu tấn củi và 0,7 triệu tấn Urê. Tháng 3 năm 2000, Ấn Độ có 3 triệu cơng trình hầm
khí sinh học.
- Trung Quốc
SVTH: Chu Văn Nhiều - Lớp 05C4B
Nguyễn Trung Thành - Lớp 08C4LT

GVHD: GS-TSKH Bùi Văn Ga
Trang: 10


Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí
Lịch sử phát triển khí sinh học ở Trung Quốc bắt đầu từ cuối thế kỷ XIX. Năm
1978 đã xây dựng 7,5 triệu bể với hàng năm tạo ra khoảng 2,5 tỷ m 3 khí mêtan, tương
đương 1,5 triệu tấn dầu mỏ. Cho đến năm 1979, trên lãnh thổ Trung Quốc đã có 301
trạm phát điện nhỏ sử dụng khí Biogas. Riêng ở tỉnh Sichuan các trạm này có tổng
cơng suất là 1.500kW. Đến 1985, Trung Quốc đã xây dựng được 70 triệu bể khí
mêtan. Từ những năm cuối thập kỷ 80 của thế kỷ trước, người ta đã tính tốn đến việc
sử dụng năng lượng sinh học để thay thế các dạng năng lượng sử dụng nhiên liệu hoá
thạch và Biogas đã trở thành đối tượng cho chương trình nghiên cứu năng lượng phục

vụ nông thôn của Trung tâm Nghiên cứu Ứng dụng Năng lượng và Công nghệ mới Bộ Nông nghiệp Trung Quốc (1994). Cuối năm 2003, Trung Quốc có hơn 9,7 triệu
hầm cho các hộ gia đình trên tồn quốc. Trên 90% hầm đang hoạt động tốt, sản xuất ra
khoảng 2.980.000 m3/năm. Biogas chủ yếu được sử dụng vào mục đích đun nấu, thắp
sáng và chạy các động cơ phát điện.
2.2.2. Ở Việt Nam
Cơng nghệ khí sinh học đã được nghiên cứu và ứng dụng ở Việt Nam từ những
năm 1960. Lịch sử phát triển cơng nghệ khí sinh học ở Việt Nam chia thành 4 thời kỳ
chính.
- Thời kỳ 1960 – 1975:
Đã tiến hành thí nghiệm biện pháp sản xuất khí Mêtan từ phân động vật nhưng
cuối cùng cũng không thành công. Nguyên nhân là do nhập cảnh ồ ạt các loại khí đốt
Butan, Propan và phân hóa học.
- Thời kỳ 1976 – 1980:
Chế tạo thiết bị sản xuất khí sinh học loại nắp nổi bằng tôn, bể phân hủy xây
bằng gạch và cổ bể có gioăng nước để giữ kín khí được tích trong nắp chứa khí. Tuy
nhiên, việc thử nghiệm trên bị thất bại do kỹ thuật và quản lý.
- Thời kỳ 1981 – 1990:
Trong hai kế hoạch 5 năm (1981-1985 và 1986-1990), cơng nghệ khí sinh học đã
trở thành một trong những lĩnh vực được ưu tiên.
Năm 1990, TP Hồ Chí Minh có trên 700 cơng trình, Đồng Nai có 468 cơng trình,
Hậu Giang có 240 cơng trình, Hà Bắc có 50, Lai Châu có 40, Quảng Ngãi có 43 cơng
trình .....
SVTH: Chu Văn Nhiều - Lớp 05C4B
Nguyễn Trung Thành - Lớp 08C4LT

GVHD: GS-TSKH Bùi Văn Ga
Trang: 11


Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí

Nói chung tồn quốc có khoảng 2000 cơng trình. Đa số các cơng trình đều hoạt
động tốt, với thể tích khoảng 2200 m3.
- Thời kỳ 1991 tới nay:
Những năm 1991 trở lại đây nhiều nhà khoa học trong nước đã nghiên cứu, triển
khai nhiều công trình xử lý chất thải bằng hệ thống khí sinh học Biogas (mơ hình hình
cầu của Viện năng lượng với thể tích 5m 3, 7m3, 8m3, 10m3, 15m3) đã tạo ra một nguồn
phân bón đáng kể, khả năng giải quyết nguồn năng lượng sạch tại chỗ và giảm thiểu ô
nhiễm môi trường. Ở miền Trung, Tây Nguyên, hàng loạt các mơ hình bể Biogas cũng
được áp dụng cho các hộ chăn nuôi gia súc, các nông trường chăn nuôi trên địa bàn
như mơ hình của Trung tâm Năng lượng mới (Sở khoa học cơng nghệ thành phố Đà
Nẵng, mơ hình bể Biogas phá váng tự động của Phân Viện bảo hộ lao động và Bảo vệ
Môi trường miền Trung, Tây nguyên. Nhiều tổ chức quốc tế đang quan tâm phát triển
công nghệ ở Việt Nam: họ tổ chức nhiều hội thảo, tài trợ nhiều dự án phát triển năng
lượng sinh khối ở nước ta. Các dự án năng lượng sinh khối có cơ hội tận dụng cơ chế
phát triển sạch (CDM) để thu hút vốn đầu tư. Nhiều công nghệ đã được hoàn thiện,
ứng dụng thương mại nên Việt Nam có thể nhập và ứng dụng, tránh được rủi ro về
cơng nghệ.
Hiện nay mơ hình xử lý phân gia súc, gia cầm bằng hệ thống Biogas đang ngày
càng phổ biến ở Việt Nam.
Đối với các cơ sở chăn nuôi lớn, hệ thống Biogas được xây dựng với quy mơ
lớn, trình độ kỹ thuật cao, điều kiện giám sát chặt chẽ. Các hệ thống này đem lại tác
dụng rất lớn trong việc xử lý phân và nước thải khổng lồ thải ra mỗi ngày, loại bỏ
được nguy cơ gây ô nhiễm môi trường, lây lan dịch bệnh cho cộng đồng và sản xuất
gas cho các hệ thống phát điện nội bộ. Ngoài ra, khi xây dựng hệ thống Biogas, người
ta thường kết hợp với dây chuyền sản xuất phân hưu cơ, đem lại thêm một nguồn lợi
kinh tế đáng kể.
Đối với qui mơ chăn ni hộ gia đình, mơ hình xử lý Biogas bằng plastic đang
phát triển rộng rãi do đặc điểm giá rẻ, dễ lắp đặt và phù hợp với mơ hình nơng trại kết
hợp. Các mơ hình nhỏ này giúp các hộ nông dân xử lý được phân và chất thải gia súc,
tránh ô nhiễm môi trường, nhất là các khu vực có các hộ chăn ni tập trung cao ở

SVTH: Chu Văn Nhiều - Lớp 05C4B
Nguyễn Trung Thành - Lớp 08C4LT

GVHD: GS-TSKH Bùi Văn Ga
Trang: 12


Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí
miền Bắc, cung cấp gas làm giảm chi phí hoạt động cho gia đình và nước thải ra sau
khi xử lý đem bón cho cây trồng rất tốt.
Các khu vực đang tập trung nhân rộng mơ hình Biogas hiện nay: ở niềm Bắc
tập trung các huyện Đan Phượng, Quốc Oai (Hà Nội) theo dự án SGP/VN/98/003, ở
miền Nam tập trung ở lân cận thành phố Hồ Chí Minh và ở Tây Nam Bộ thì tập trung
ở Cần Thơ.
2.2.3. Kết luận
Chất thải của quá trình sản xuất như một nguồn năng lượng, đó là một mơ hình
lý tưởng cho xã hội. Việc sử dụng nguồn năng lượng này ở những dạng khác nhau
phải hết sức cẩn thận, phụ thuộc vào điều kiện khí hậu từng địa phương, mật độ dân
số, nguồn đất sẵn có, điều kiện thổ nhưỡng, thời tiết và nhiều nhân tố khác.
Nguồn năng lượng sinh khối từ nhiên liệu tái tạo chiếm một vị trí quan trọng
trong nguồn năng lượng tổng số nhưng chỉ mới được tận dụng một phần. Nhiều cơ hội
còn tiềm ẩn, nhiều chương trình đã được triển khai, nhiều dự án đã được lên kế hoạch
nhằm sử dụng triệt để nguồn năng lượng này.
Trong xu thế này, chúng ta là những người trong lĩnh vực khoa học kỹ thuật nói
chung, ngành Động Lực nói riêng cần phải phát huy vai trị của mình nghiên cứu cặn
kẽ hơn nữa về nguồn năng lượng này để ứng dụng nó làm nguồn năng lượng cho động
cơ đốt trong. Điều này không những giải quyết được về vấn đề năng lượng đang có
nguy cơ thiếu hụt hiện nay mà cịn góp phần giải quyết vấn đề môi trường. Mặt khác
cũng mở rộng hơn nữa phạm vi ứng dụng của động cơ đốt trong đối với thực tiễn.

3. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ, SẢN XUẤT VÀ CÁC ỨNG DỤNG CỦA BIOGAS
3.1. Tính chất của Biogas
- Tính chất vật lý và hóa học
Tính chất vật lý và hố học của Biogas có ảnh hưởng lớn đến việc lựa chọn công
nghệ sử dụng cho việc xử lý và đốt cháy Biogas. Thành phần chính của Biogas là CH 4
và CO2. Các tính chất vật lý liên quan đến chúng và sẽ được liệt kê sau đây:
Bảng 3-1 Một số tính chất của Biogas [6], [9]
Các tính chất vật lý

Methane (CH4)

Carbon Dioxide (CO2)

Trọng lượng phân tử

16,04

44,01

Tỷ trọng

0,554

1,52

SVTH: Chu Văn Nhiều - Lớp 05C4B
Nguyễn Trung Thành - Lớp 08C4LT

GVHD: GS-TSKH Bùi Văn Ga
Trang: 13

Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí
Điểm sơi (1at)

144 0C

60,8 0C

Điểm đông (1at)

-164,8 0C

-38,83 0C

Khối lượng riêng

0,66 kg/m3

1,82 kg/m3

Nhiệt độ nguy hiểm

64,44 0C

48,89 0C

Áp suất nguy hiểm

45,8 at

72,97at

Nhiệt dung Cp (1at)

6,962.10-4 J/ kg-0C

2,643.10-4 J/ kg-0C

Tỷ lệ Cp/Cv

1,307

1,303

Nhiệt cháy

55,432 J/kg

Giới hạn cháy

5-15% Thể tích

Tỷ lệ cháy hồn tồn

0,0947 Thể tích

trong khơng khí

0,0581 Khối lượng

- Nhiệt trị của nhiên liệu
Thơng thường Biogas có nhiệt trị khoảng 20 MJ/m3. Nhiệt trị thay đổi phụ thuộc
vào chất lượng của Biogas.
CH4 là chất cháy cơ bản trong Biogas, có nhiệt trị cao, nhiệt trị thấp của CH4 là
37,71.103KJ/m3.
- Các chất cơ bản trong Biogas
Ngoài hai thành phần chính là CH 4 và CO2 cịn có các tạp chất cơ bản dạng khí
có mặt trong Biogas được liệt kê dưới đây:

SVTH: Chu Văn Nhiều - Lớp 05C4B
Nguyễn Trung Thành - Lớp 08C4LT

GVHD: GS-TSKH Bùi Văn Ga
Trang: 14


Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí
Bảng 3-2. Thành phần khí Biogas [4]
Thành phần

%

Methane, CH4

50-75

Carbon dioxide, CO2

25-50

Nitrogen, N2

0-10

Hydrogen, H2

0-1

Hydrogen sulphide, H2S

0-3

Oxygen, O2

0-2

3.2. Yêu cầu của Biogas sử dụng làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong
Vấn đề đáng quan tâm và cần được nghiên cứu tiếp là làm sao có thể nâng cao
hiệu suất động cơ và giảm thiểu ô nhiễm mơi trường do khí thải động gây ra. Ta biết
rằng trong Biogas có một lượng đáng kể hydrogen sulfide H 2S (khoảng 10.000ppm
thậm chí sau khi qua các thiết bị xử lý vẫn còn khoảng 200-400ppm H 2S) là một khí
rất độc tạo nên hỗn hợp nổ với khơng khí. Khi Biogas được sử dụng làm nhiên liệu,
khí H2S có thể ăn mòn các chi tiết của động cơ, sản phẩm của nó là SO x cũng là một
khí rất độc cho con người (Tiêu chuẩn Việt Nam cho phép là 0,3mg/m 3). Vì thế, hồn
thiện q trình cháy trong động cơ sử dụng nhiên liệu Biogas là vấn đề đặt ra để có thể
vừa kéo dài tuổi thọ động cơ vừa giảm thiểu ơ nhiễm trong khí thải động cơ. Hàm
lượng của các chất này không được vượt quá mức cho phép.
Mặc dù không phải là chất chiếm nhiều trong Biogas như carbon dioxide, nhưng
hơi nước có thể có ảnh hưởng đáng kể đến các đặc trưng của quá trình cháy Biogas.

Dù hàm lượng nhỏ nhưng hơi nước đã ảnh hưởng đáng kể đến nhiệt độ ngọn lửa, giới
hạn cháy, nhiệt trị thấp và tỷ lệ khơng khí/nhiên liệu của Biogas. Ngồi ra nó làm tăng
nguy cơ ăn mịn thiết bị, do đó cần thiết phải giảm lượng hơi nước có trong Biogas.
Phụ thuộc vào nhiệt độ thơng thường Biogas lấy ngay từ hầm phân huỷ có hàm lượng
ẩm khoảng 50 mg/l, gần với nồng độ bão hoà.

SVTH: Chu Văn Nhiều - Lớp 05C4B
Nguyễn Trung Thành - Lớp 08C4LT

GVHD: GS-TSKH Bùi Văn Ga
Trang: 15


Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí
3.3. Phương pháp tách lọc H2S và CO2
3.3.1. Lý thuyết về hấp phụ và hấp thụ
*Hấp phụ
Hấp phụ là q trình hút khí (hơi) hay chất lỏng bằng bề mặt chất rắn xốp. Chất
khí hay hơi được hút gọi là chất bị hấp phụ, chất rắn xốp dung để hút khí hay hơi được
gọi là chất hấp phụ và những khí khơng bị hấp phụ gọi là khí trơ.
Tùy theo đặc trưng của q trình mà chúng ta phân biệt các loại hấp phụ sau
đây: hấp phụ hóa học và hấp phụ vật lý.
Q trình hấp phụ được ứng dụng để:
- Làm sạch và sấy khí
Khi làm sạch và sấy khí thì chất bị hấp phụ thường khơng có giá trị. Ví dụ làm
sạch amơniắc trước khi ơxy hóa, làm sạch H 2 trước khi hydro hóa,làm sạch khơng khí
trong các bộ phận chống khí độc, làm sạch khơng khí để khử mùi, tách H2S, CO2 trong
khí Biogas.
- Tách hỗn hợp các khí hay hơi thành từng cấu tử
Khi tách các hỗn hợp thì chất bị hấp phụ thường là chất quý. Muốn thu được các

khí đó thì sau khi hấp phụ ta phải tiến hành quá trình nhả và tiếp theo là ngưng tụ. Ví
dụ sự thu hồi dung mơi dễ bay hơi, lấy hơi Xăng ra khỏi khí tự nhiên, tách các
cácbuahyđrơ ra từng chất riêng biệt.
* Chất hấp phụ
Yêu cầu căn bản của chất hấp phụ là bề mặt riêng phải lớn. Hiện tại người ta
hay dung than hoạt tính, silicaghen và sắt (III) Oxít để làm chất hấp phụ.
- Than hoạt tính
Nguyên liệu để làm than hoạt tính là những vật liệu có chứa cacbon như gỗ,
than bùn, xương động vật.
Quá trình làm than hoạt tính như sau:
+ Chưng khơ các nguyên liệu.
+ Kích thích hoạt tính của than sau khi chưng cất khơ.
Q trình kích thích hoạt tính được thực hiện ở nhiệt độ khoảng 900 oC với các
chất oxy hóa như khơng khí, ơxy, hơi, nước.

SVTH: Chu Văn Nhiều - Lớp 05C4B
Nguyễn Trung Thành - Lớp 08C4LT

GVHD: GS-TSKH Bùi Văn Ga
Trang: 16


Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí
Tính chất của than hoạt tính phụ thuộc vào tính chất của nguyên liệu đầu và
điều kiện hoạt hóa. Than hoạt tính có thể dung ở dạng bột (50 – 200) hay dạng hạt kích
thước hạt từ 1-7 mm. Bề mặt hoạt động biểu diễn bằng m 2/g. Một gam than hoạt tính
có thể đạt đến (600-1700)m2.
Than hoạt tính là một chất hấp phụ rất tốt, nó được ứng dụng chủ yếu trong việc
thu hồi các dung môi hưũ cơ và để thu hồi chúng.
Nhược điểm của than hoạt tính là dễ cháy ở nhiệt độ cao, thường khơng dung

than hoạt tính ở nhiệt độ lớn hơn 200 oC, để khắc phục nhược điểm đó người ta trộn
thếm silicaghen với than hoạt tính nhưng điều đó sẽ làm giảm hoạt tính của than.
- Silicaghen
Silicaghen là axit silic kết tủa khi cho tác dụng với H 2SO4 hay HCl hay là muối
của chúng với silicat Natri kết tủa đó đem rửa sạch và sấy ở nhiệt độ (115-130 oC) đến
độ ẩm 5-7%. Silicaghen được ứng dụng ở dạng hạt kích thước từ
(0,2-7mm). Bề mặt riêng đạt đến 600 mm 2/g. Ứng dụng chủ yếu của silicaghen là để
sấy khí (hút hơi nước trong khơng khí).
- Sắt (III) Oxít
Sắt (III) Oxít là chất rắn hấp phụ rất tốt khí H 2S, nó là chất hấp phụ hóa học
đặc biệt có tính chọn lọc cao với H2S.
*Hấp thụ
Hấp thụ là q trình hút khí bằng chất lỏng, khí được hút là chất bị hấp thụ, chất
lỏng dùng để hút khí là dung mơi (cịn gọi là chất hấp thụ), khí khơng bị hấp thụ gọi là
khí trơ. Q trình hấp thụ đóng một vai trị quan trọng trong sản xuất hóa học, nó được
ứng dụng để:
- Thu hồi các cấu tử quý.
- Làm sạch khí.
- Tách hỗn hợp thành cấu tử riêng biệt.
- Tạo thành sản phẩm cuối cùng.
3.3.2. Sự cần thiết phải tách lọc, tinh luyện Biogas
Biogas chứa phần lớn methane (50-75%), ngồi ra cịn có CO 2 (25-50%), H2 (01%), H2O (0-1%) và H2S (0-3%). Trong các thành phần trên, H 2S dù chỉ chiếm một tỉ
lệ rất nhỏ, nhưng là khí có hại nhất. Khi sử dụng để nấu bếp, H 2S gây ăn mòn các ống
SVTH: Chu Văn Nhiều - Lớp 05C4B
Nguyễn Trung Thành - Lớp 08C4LT

GVHD: GS-TSKH Bùi Văn Ga
Trang: 17

Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí
dẫn, bếp nấu, và làm cho Biogas có mùi hơi khó chịu. H 2S khi cháy tạo thành SO2
cũng là khí độc hại đối với sức khỏe con người. Khi sử dụng cho động cơ, H 2S gây ăn
mòn các chi tiết của đường ống nạp-thải và buồng cháy, làm giảm tuổi thọ của động
cơ. Khí CO2 tuy khơng gây ăn mịn như H2S, nhưng sự hiện diện của nó với hàm lượng
lớn làm giảm nhiệt trị của nhiên liệu và làm giảm lượng khí CH4 nạp vào động cơ
trong kỳ hút, do đó làm giảm công suất của đông cơ. Thành phần hơi nước cũng gây
ảnh hưởng tương tự như CO2.
3.3.3. Sơ đồ hệ thống tách H2S và CO2
Biogas Sả
ch
5

6

V-06
V-04
2

V-05
3

4
8
7

V-02

Biogas tỉìháư
m

V-03
1

V-01

Nỉåïc

Hình 3-1 Sơ đồ hệ thống thiết bị xử lý khí Biogas
1-Bình ổn định, 2-Thiết bị hấp phụ H2S, 3-Thiết bị hấp phụ H2S dự phịng,
4-Thiết bị hấp thụ khí cácboníc, 5-Bình điều áp, 6, 7-Bình chứa nước, 8-Bơm nước
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 phụ (2) và H2S được hấp phụ trên bề mặt phoi sắt. Sau khi qua thiết bị
hấp phụ (2) thì hỗn hợp khí chứa H 2S với tỷ lệ rất thấp và được đưa vào thiết bị hấp
thụ CO2 (4), ở đây CO2 được hấp thụ bằng cách phun nước. Hỗn hợp khí sau khi qua
thiết bị hấp thụ khí CO2 chứa hàm lượng CO2 và H2S thấp được dẫn vào bình điều áp
SVTH: Chu Văn Nhiều - Lớp 05C4B
Nguyễn Trung Thành - Lớp 08C4LT

GVHD: GS-TSKH Bùi Văn Ga
Trang: 18


Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí
(5) để ổn định áp suất trước khi vào động cơ. Sau khi được lọc hỗn hợp khí Biogas
chứa khoảng 90% CH4.
3.3.4. Cơng nghệ tách lọc H2S
* Thiết bị tách lọc H2S
3

4

5

9

6
7
8
b

a

Hình 3-2 Kết cấu thiết bị tách H2S
a-Hình chiếu đứng của thiết bị,

b-Hình chiếu bằng thiết bị

1- Tai cố định, 2- Nắp thiết bị, 3- Van dẫn khí ra, 4- Thân thiết bị,
5- Phoi sắt, 6- Lưới đỡ phoi sắt, 7- Van dẫn khí vào, 8- Bulông
* Phương pháp tách lọc H2S
Sử dụng phoi sắt để tách H 2S. Chất này được EPA (Cục bảo vệ môi trường Mỹ)
chứng nhận không gây ô nhiễm nguồn nước ngầm và có thể thải trực tiếp ra các bãi
rác. Trước khi sử dụng, phoi sắt được oxy hóa để tạo thành một lớp oxyt sắt trên bề
mặt. Q trình này có thể thực hiện một cách tự nhiên bằng cách phơi phoi sắt ngồi
khơng khí một thời gian hoặc đốt để tăng tốc độ oxy hóa. Phản ứng oxy hóa phoi sắt
diễn ra như sau:
Fe + 1/2 O2  FeO
2Fe + 3/2O2  Fe2O3
3Fe + 2O2  Fe3O4

Oxyt sắt tạo thành là hỗn hợp của các oxyt FeO, Fe 2O3, Fe3O4. Các phản ứng trên
có thể được xúc tiến nhanh hơn bằng cách tưới nước trên phoi sắt. Q trình oxy hóa
sắt đạt u cầu khi bề mặt phoi sắt chuyển từ màu xám sang màu vàng xốp, hoặc đỏ
xốp (hình 3-3).
SVTH: Chu Văn Nhiều - Lớp 05C4B
Nguyễn Trung Thành - Lớp 08C4LT

GVHD: GS-TSKH Bùi Văn Ga
Trang: 19


Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí

a

b

Hình 3-3 Phoi sắt trước khi bị oxy hóa (a) và sau khi bị oxy hóa (b)
Khi khí Biogas đi qua thiết bị lọc chứa oxít sắt, H2S được tách ra theo các phản
ứng sau:
Fe2O3 + 3H2S  Fe2S3 + 3H2O
Fe3O4 + 4H2S  FeS+Fe2S3 + 4H2O
FeO + H2S  FeS + H2O
Khả năng tách H2S của thiết bị giảm dần theo thời gian. Sau 1 tuần sử dụng đầu
tiên (trung bình 4 giờ/ngày), khả năng khử của thiết bị đạt trên 92%. Sau 1 tháng sử
dụng, hiệu suất của thiết bị vẫn còn đạt trên 90%. Khi hiệu suất của thiết bị giảm thấp,
chúng ta có thể tái sinh lõi lọc bằng cách phơi phoi sắt ngồi khơng khí. Phản ứng tái
sinh diễn ra như sau:
Fe2S3 + O2  Fe2O3 + 3S
FeS + O2  FeO + S

Phản ứng trên là phản ứng tỏa nhiệt, có thể tự xảy ra trong điều kiện nhiệt độ mơi
trường. Để gia tốc q trình tái sinh, chúng ta có thể đốt phoi sắt đã sử dụng trong 15
phút. Tuy nhiên q trình này tạo ra chất khí ô nhiễm SO2:
Fe2S3 + 9/2O2  Fe2O3 + 3SO2
FeS + 3/2O2  FeO + SO2
Phoi sắt có thể được tái sử dụng từ 3-5 lần.
Phoi sắt sau khi đốt được trộn với vỏ bào cưa với tỉ lệ 1:1 về thể tích, sau đó
được cho vào thiết bị lọc. Với lưu lượng Biogas là 0,86 m 3/h, khối lượng phoi sắt sử
dụng là 8kg để lắp đầy một thiết bị có chiều cao 1,5m, đường kính ngồi 200mm. Tổn
thất áp suất trung bình khi qua thiết bị tách H2S là 0,3mbar.

SVTH: Chu Văn Nhiều - Lớp 05C4B
Nguyễn Trung Thành - Lớp 08C4LT

GVHD: GS-TSKH Bùi Văn Ga
Trang: 20