NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH XỬ LÝ H2S TRONG BIOGAS TRÊN CÁC VẬT LIỆU CÓ SẴN TẠI VIỆT NAM DỰA VÀO PHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
*****
ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN THẠC SĨ
Tên đề tài:
NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH XỬ LÝ H
2
S
TRONG BIOGAS TRÊN CÁC VẬT LIỆU CÓ
SẴN TẠI VIỆT NAM DỰA VÀO PHƯƠNG
PHÁP HẤP PHỤ
GVHD: TS. Huỳnh Quyền
Họ và tên học viên: Bùi Thanh Hải
Chuyên ngành: Kỹ thuật Hóa Dầu
Khóa: 2010
Thời gian thực hiện: từ 6/2011 đến 12/2011
Đề Cương Luận Văn Thạc Sĩ GVHD: TS. Huỳnh Quyền
TP. Hồ Chí Minh, 6/2011
Mục lục
Mục lục 2
Phần I: MỞ ĐẦU 3
I.Đặt vấn đề 3
II.Tính cấp thiết của đề tài 4
III.Tổng quan tình hình nghiên cứu 5
1.Thế giới 6
2.Việt Nam 6
IV.Ý nghĩa đề tài 7
1.Ý nghĩa khoa học 7
2.Ý nghĩa thực tiễn 7
V.Mục tiêu của đề tài 8
Phần II: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 9

I.Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 9
II.Nội dung nghiên cứu 9
III.Phương pháp nghiên cứu 10
IV.Dự đoán kết quả thực nghiệm 10
Phần III. DỰ KIẾN NỘI DUNG BÁO CÁO VÀ KẾ HOẠCH NGHIÊN CỨU 11
I.Nội dung báo cáo 11
II.Kế hoạch nghiên cứu 12
TÀI LIỆU THAM KHẢO 13
HVCH: Nguyễn Quốc Hải Page 2
Phần I: MỞ ĐẦU
I. Đặt vấn đề
Hiện nay, nhu cầu sử dụng năng lượng phục vụ cho công nghiệp và cho đời sống
ngày càng lớn mà các nguồn tài nguyên ngày càng cạn kiệt. Vì vậy, việc nghiên cứu và
phát triển các nguồn năng lượng mới là đề tài được quan tâm ở Việt Nam và cả thế giới.
Trong đó, nguồn năng lượng được quan tâm đến đó là Biogas nhiên liệu, nó có ưu điểm
thân thiện với môi trường. Biogas được hình thành từ quá trình phân hủy kỵ khí hay lên
men các chất hữu cơ trong điều kiện không có không khí có khả năng tạo ra nguồn năng
lượng khá lớn và giải quyết tốt vấn đề môi trường.
Hiện nay, các trang trại chăn nuôi heo bò ngày càng nhiều nên lượng biogas thu
được từ các hầm biogass khá lớn nhưng không sử dụng trực tiếp vô quá trình làm nhiên
liệu cho công nghiệp cũng như đời sống hằng ngày. Phân huỷ kỵ khí chất thải nông
nghiệp đã được thực hiện nhiều năm và cung cấp một giải pháp xử lý chất thải, cải thiện
phục hồi dinh dưỡng, và là thế hệ năng lượng tiềm năng. Người nông dân muốn kết hợp
phân huỷ kỵ khí với năng lượng trong để đáp ứng đủ nhu cầu về năng lượng cho trang
trại.
Biogas bao gồm chủ yếu là metan (CH4) và carbon dioxide (CO2), vói lượng nhỏ
hơi nước, khí H2S, siloxanes và các tạp chất khác. Hiện nay ở các nông trại việc tận dụng
khí sinh học từ các hầm Biogas là rất cần thiết phục vụ cho đời sống nông thôn.Trong khí
Biogas, việc xử lý Hydro sulfua là vấn đề được quan tâm nhiều nhất vì nó là chất gây ô
nhiễm độc hại và ăn mòn thiết bị nhất. Ngoài ra, khi đốt H2S dẫn đến lượng phát thải

dioxit lưu huỳnh có tác hại đến môi trường sống. Do đó, loại bỏ H2S được khuyến khích
ngay khi có thể để bảo vệ các thiết bị, tăng cường an toàn trước khi đưa vào sử dụng.
Đề Cương Luận Văn Thạc Sĩ GVHD: TS. Huỳnh Quyền
II. Tính cấp thiết của đề tài
Thế giới công nghiệp ngày càng phát triển, việc khai thác các nguồn tài nguyên
dần cạn kiệt và tình trạng ô nhiễm môi trường trở nên trầm trọng. Để tạo ra được những
sản phẩm phục vụ cho sản xuất và tiêu dùng của con người thì các ngành công nghiệp
cũng tạo ra lượng chất thải rất lớn gây nguy hiểm đến môi trường sống.
Trong những năm trở lại đây, với sự biến động theo chiều hướng tăng dần giá dầu
mỏ, khí đốt đã gây ra rất nhiều khó khăn cho các nhà sản xuất có sử dụng năng lượng.
Hiện nay, nguồn dầu mỏ của Việt Nam ngày càng cạn kiệt, theo đánh giá của các chuyên
gia, nếu như tốc độ khai thác như hiện nay thì trong vòng khoảng 40 năm nữa, Việt Nam
chúng ta phải nhập dầu thô và khí đốt. Kèm theo đó, trữ lượng khí hiện nay được khai
thác vẫn không đủ cung cấp cho nhu cầu trong nước và cũng sẽ cạn dần trong tương lai.
Vì vậy, việc tận dụng nguồn biogas từ các trang trại chăn nuôi sẽ giúp tiết kiệm được
nhiều chi phí mang lại tính kinh tế cao và giảm được ô nhiễm môi trường.
Năm 2009, Dự án JICA-JST được thực hiện trong khuôn khổ hợp tác của Bộ
Khoa Học & Công Nghệ Nhật Bản và trường Đại Học Bách Khoa thành phố Hồ Chí
Minh, dự án sẽ kéo dài từ 2009 đến 2016 nhằm nghiên cứu mô hình ứng dụng nhiên liệu
sinh học với mục tiêu xây dựng, phát triển nông nghiệp bền vững, trong đó nghiên cứu
biogas là một nội dung nghiên cứu của dự án này.
Chính vì vậy, vấn đề “nghiên cứu động lực quy trình xử lý H2S trong biogass trên
các vật liệu sẵn có ở Việt Nam dựa trên phương pháp hấp phụ” thực sự là cấp bách và cần
thiết.
HVTH: Bùi Thanh Hải Trang 4
Đề Cương Luận Văn Thạc Sĩ GVHD: TS. Huỳnh Quyền
III. Tổng quan tình hình nghiên cứu
HVTH: Bùi Thanh Hải Trang 5
Đề Cương Luận Văn Thạc Sĩ GVHD: TS. Huỳnh Quyền
1. Thế giới

Các nước phát triển mạnh trên thế giới, nguồn năng lượng và nguồn phân bón dồi
dào, cho nên việc ứng dụng kỹ thuật biogas chủ yếu là để giải quyết vấn đề môi trường. Ở
các nước này thường có dạng hầm ủ theo nhiều kiểu xây dựng khác nhau với dung tích
khoảng 1 triệu đến 2 triệu m3. Chúng hàng ngày tiêu thụ hàng chục tấn phân người, phân
gia súc và rác thải từ các thành phố lớn. Tiêu biểu ở tiểu bang Florida (Mỹ), Thụy sĩ,
Canada, Hà Lan.
- Ở châu Á: Trung Quốc và Ấn Độ có số lượng biogas nhiều nhất (Kristoferson and
Bokhalders).
- Trung Quốc: Sau 1975 với hình thức “biogas cho mỗi hộ gia đình” đã thiết lập khoảng
1,6 triệu cái mỗi năm. Đến 1982, với con số lớn hơn 7 triệu cái được lắp đặt ở Trung
Quốc. Tuy số lượng lớn được lắp đặt như thế, nhưng con số không thành công cũng
chiếm tỷ lệ không nhỏ. Chẳng hạn năm 1980 hơn 50% tổng số cái đã rơi vào tình trạng
không sử dụng được (Marchain,1992).
- Tại Ấn độ: sự phát triển mới với những mô hình mới đã không được hợp nhất nhanh
chóng. Chính vì thế có cuộc cải cách kết hợp với sự phản hồi từ nông hộ đã giải quyết nạn
ô nhiễm môi trường (Kristoferson and Bokhalders - 1991).
Đồng ý với Marchain (1992), Kristoferson and Bokhalders đã đưa ra những vấn đề
như: mô hình không đúng, xây dựng sai, khó khăn về tài chính, những rắc rối trong lúc
thực hiện. Nhìn chung Ấn độ rất thích hợp trong chương trình biogas kết hợp nông hộ để
giải quyết vấn đề môi trường.
Hiện nay, trên thế giới có rất nhiều công trình nghiên cứu xử lý khí H2S trong khí
sinh học. Các công trình nghiên cứu chủ yếu tập trung ở các nước sản xuất và sử dụng
loại nhiên liệu này như Trung Quốc, Brazin… Từ những năm 80, đã có một vài công trình
nghiên cứu xử lý H2S nhưng đa số các nghiên cứu chỉ tập trung vào việc tách H2S ra khỏi
khí mà không chuyển hóa H2S thành những chất bền hơn hoặc những hợp chất có giá trị
như S.
HVTH: Bùi Thanh Hải Trang 6
Đề Cương Luận Văn Thạc Sĩ GVHD: TS. Huỳnh Quyền
IV. Ý nghĩa đề tài
1. Ý nghĩa khoa học

Biogas là nguồn nhiên liệu có nhiều ứng dụng: có thể sử dụng làm nhiên liệu đốt ở
các hộ gia đình, nhiên liệu cho máy phát điện, thay thế cho các nhiên liệu trong các động
cơ.
Nghiên cứu nhằm thiết kế hệ thống thí nghiệm xử lý H
2
S trong biogas nhằm thu
sản phẩm chủ yếu là CH
4
dùng làm nhiên liệu, xem xét những điều kiện ảnh hưởng đến
quá trình phản ứng nhằm tìm ra các điều kiện xử lý nhiên liệu thích hợp cho nguồn
biogas ở Việt Nam. Với những kết quả có thể thu được, nghiên cứu này hy vọng sẽ là một
đóng góp quan trọng trong cơ sở dữ liệu liên quan đến xử lý và việc sản xuất nhiên liệu
khí biogas và qua đây vạch ra nhiều hướng nghiên cứu mới cho các nghiên cứu tiếp theo.
2. Ý nghĩa thực tiễn
Trước hết, việc nghiên cứu đặc điểm nguồn biogas ở Việt Nam giúp chúng ta có cách
nhìn tổng quát về tiềm năng của nguồn biogas trong nước và nâng cao nhận thức của
chúng ta đối với việc sử dụng khí biogas làm nhiên liệu.
Hiện nay, tuy Việt Nam có mỏ khai thác khí và nhà máy chế biến khí nhưng lượng
khí vẫn không đủ cung cấp cho nhu cầu sử dụng. Theo thống kế thì hiện Việt Nam chỉ
cung cấp được khoảng 60% so với nhu cầu hiện có và trong tương lai thì tỷ lệ này còn
thấp hơn do nhu cầu ngày càng tăng cao.
Việc nghiên cứu thành công quá trình hấp phụ H
2
S trong biogas đem lại một nguồn
nhiên liệu khí ứng dụng vô thực tế sản xuất và công nghiệp, tận dụng được nguồn phế thải
nhằm đem lại tính kinh tế cao, giải quyết vấn đề năng lượng đang cấp thiết hiện nay. Bên
cạnh đó, nó còn góp phần giải quyết vấn đề về ô nhiễm môi trường do việc sử dụng quá
nhiều nguồn nhiên liệu hoá thạch, cũng như quá trình đốt trực tiếp biogas làm nhiên
liệu.Ngoài ra, kết quả nghiên cứu còn có một ý nghĩa rất lớn đối với việc đảm bảo vấn đề
an ninh và đa dạng hóa nguồn năng lượng, góp phần ổn định và thúc đẩy tăng trưởng kinh

tế của đất nước và giảm sự suy thoái môi trường.
HVTH: Bùi Thanh Hải Trang 7
Đề Cương Luận Văn Thạc Sĩ GVHD: TS. Huỳnh Quyền
V. Mục tiêu của đề tài
Việc tìm kiếm công nghệ để sản xuất nhiên liệu mới đi từ các nguồn nguyên liệu khác
nhau là một trong những vấn đề được quan tâm nhất của mọi Quốc gia trên thế giới. Đặc
biệt, trong tình hình hiện nay một khi giá nhiên liệu được sản xuất từ quá trình chế biến
dầu khí tăng rất cao, và biến động, gây ảnh hưởng lớn đến sự phát triển ổn định của các
Quốc gia thì vấn đề tìm kiếm công nghệ để sản xuất nhiên liệu mới lại càng trở nên cấp
bách hơn.
Biogas là một trong những nguồn năng lượng sinh học đang được chú ý hiện nay.
Ở nhiều nước nông nghiệp thì lượng phụ phẩm nông nghiệp luôn là vấn đề gây ô nhiễm
môi trường, ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Việc sử dụng hầm ủ biogas đã góp phần
cung cấp năng lượng phục vụ sinh hoạt, hạn chế rác thải và đem lại nhiều ứng dụng thiết
thực. Tuy nhiên, trong biogas có chứa H
2
S là khí độc hại và gây ăn mòn thiết bị sử dụng,
cho nên trong kỹ thuật làm sạch biogas thì vấn đề chủ yếu là việc xử lý khí H
2
S. Các
phương pháp xử lý H
2
S thường sử dụng bao gồm: hấp phụ, hấp thụ, thẩm thấu qua màng.
Thường hấp phụ H
2
S bằng oxit sắt, oxit kẽm và zeolite. Khi sử dụng phương pháp hấp thụ
ta có thể hấp thụ theo hai cách: sử dụng dung môi hóa học (ADIP, MEA, DEA,
Econamin, K
2
CO

3
nóng, Fe/EDTA ) hoặc dùng dung môi vật lý và tổng hợp (quá trình
Flour, Selexol, Purizol, Sunfinol, Stretford, rửa bằng nước). Tuy nhiên, vẫn chưa có
phương pháp nào được nghiên cứu sâu tại Việt Nam.
Việt Nam có số lượng trang trại chăn nuôi khá lớn, đây là nguồn tài nguyên có giá trị
cao một khi công nghệ thu hồi biogas để sản xuất nhiên liệu khí được triển khai và áp
dụng vào điều kiện thực tế. Nhiên liệu biogas chủ yếu là CH
4
có nhiệt trị cháy cao, cháy
sạch và phát thải ít CO
2
, hạn chế ô nhiễm môi trường cũng như hiệu ứng nhà kính.
Xuất phát từ những yêu cầu đó, mục tiêu của đề tài đặt ra là :
 Nghiên cứu động học quy trình hấp phụ và giải hấp H
2
S trong biogas trên các
loại vật liệu khác nhau.
 Nghiên cứu, so sánh, đánh giá hiệu suất hấp phụ trên các vật liệu khác nhau để
HVTH: Bùi Thanh Hải Trang 8
Đề Cương Luận Văn Thạc Sĩ GVHD: TS. Huỳnh Quyền
lựa chọn chất hấp phụ thích hợp, hiệu suất cao, tuổi thọ lâu.
 Xây dựng quy trình hoàn thiện để có khả năng để có khả năng ứng dụng vào
thực tiễn.
Phần II: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
I. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
 Nghiên cứu được tiến hành với nguyên liệu biogas từ trang trại chăn nuôi heo
tại tỉnh Bình Dương.
 Chất hấp phụ sử dụng trong quá trình nghiên cứu là zeolite, mạt sắt và bùn đỏ.
 Thiết bị: hệ thống thiết bị hấp phụ hóa học dạng tầng cố định được thiết kế và
lắp đặt tại Trung Tâm Nghiên Cứu Công Nghệ Lọc Hoá Dầu Đại Học Bách

Khoa Thành Phố Hồ ChíMinh.
II. Nội dung nghiên cứu
Nội dung 1: Nghiên cứu tổng quan, xây dựng cơ sở dữ liệu, xây dựng quy
trình công nghệ cho quá trình nghiên cứu thực nghiệm
1.1. Nghiên cứu tổng quan lý thuyết về công nghệ xử lý H
2
S trong biogas
tại Việt Nam và trên thế giới nhằm tạo ra một cơ sở khoa học cho việc thực
hiện đề tài.
1.2. Nghiên cứu tổng quan về cơ chế quá trình hấp phụ và chất hấp phụ
ứng dụng trong quá trình xử lý H
2
S trong biogas
Nội dung 2: Nghiên cứu thực nghiệm.
2.1. Nghiên cứu xây dựng hệ thống thí nghiệm xử lý H
2
S trong biogas
2.2. Nghiên cứu thực nghiệm quá trình chuẩn bị vật liệu hấp phụ : zeolite,
silicagel, mạt sắt, bùn đỏ.
HVTH: Bùi Thanh Hải Trang 9
Đề Cương Luận Văn Thạc Sĩ GVHD: TS. Huỳnh Quyền
2.3. Nghiên cứu động học quá trình hấp phụ và giải hấp của các vật liệu
hấp phụ.
2.4. Nghiên cứu, so sánh khả năng hấp phụ của các loại vật liệu.
2.5. Phân tích, đánh giá khả năng ứng dụng vào thực tiễn.
III. Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu này được thực hiện trên cơ sở phương pháp nghiên cứu thực nghiệm trên
hệ thống pilot được xây dựng. Các phương pháp được sử dụng để phân tích quá trình hấp
phụ H
2

S trong biogas bao gồm:
 Nghiên cứu, phân tích, tổng hợp, so sánh kết quả đã thực hiện nổi bật nhất trên thế
giới và Việt Nam về công nghệ xử lý khí H
2
S một quy trình công nghệ tiêu biểu.
 Xây dựng công nghệ dựa trên cơ sở cụ thể của nguyên liệu và điều kiện hiện có.
 Nghiên cứu động học quá trình hấp phụ và giả hấp H
2
S trên các chất hấp phụ khác
nhau.
 Tổng hợp, phân tích, đưa ra điều kiện tối ưu cho công nghệ trên cơ sở công nghệ
và thiết bị đã chế tạo.
 Phương pháp phân tích sắc kí khí GC, chuẩn độ lượng H
2
S trước và sau phản ứng
để tính hiệu suất của quá trình.
IV. Dự đoán kết quả thực nghiệm
o Xây dựng được cơ sở động học của quá trình hấp phụ và giải hấp trên các loại
vật liệu hấp phụ khác nhau được chọn làm nghiên cứu.
o Xác định các thông số hoạt động tối ưu cho công nghệ xử lý H
2
S trong biogas.
o Lựa chọn được loại vật liệu thích hợp, hiệu suất cao và ổn định cho quy trình
xử lý H
2
S trong biogas.
HVTH: Bùi Thanh Hải Trang 10
Đề Cương Luận Văn Thạc Sĩ GVHD: TS. Huỳnh Quyền
Phần III. DỰ KIẾN NỘI DUNG BÁO CÁO VÀ KẾ HOẠCH
NGHIÊN CỨU

I. Nội dung báo cáo
CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
2. Tính cấp thiết của để tài
3. Mục tiêu đề tài
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN
1. Tổng quan tình hình nghiên cứu
2. Tổng quan về biogas
3. Cơ sở lý thuyết
4. Các yếu tố ảnh hưởng
5. Tổng quan các chất hấp phụ sử dụng
CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM
1. Mục đích
2. Cơ sở phương pháp thực hiện
3. Khảo sát quá trình hấp phụ trên các chất hấp phụ khác nhau
4. Khảo sát quá trình giải hấp chất hấp phụ sau sử dụng
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
1. Kết quả về thành phần và tính chất của chất hấp phụ khảo sát
2. Động học của quá trình hấp phụ và giải hấp H
2
S trong biogas trên các vật
liệu khác nhau
3. So sánh, đánh giá, lựa chọn vật liệu hấp phụ phù hợp với quy trình xử lý
H
2
S trong biogas
4. Đánh giá lựa chọn điều kiện tối ưu cho công nghệ xử lý H
2

S trong biogas
5. Phân tích, đánh giả khả năng ứng dụng thực tiễn của quy trình.
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1. Kết quả đạt được
2. Đề xuất và kiến nghị
TÀI LIỆU THAM KHẢO
HVTH: Bùi Thanh Hải Trang 11
Đề Cương Luận Văn Thạc Sĩ GVHD: TS. Huỳnh Quyền
PHỤ LỤC
II. Kế hoạch nghiên cứu
Địa điểm: Tại Trung Tâm Nghiên Cứu Công Nghệ Lọc Hóa Dầu trường ĐH Bách
Khoa Tp. HCM
Thời gian thực hiện: 01-06-2011 đến 31-12-2011 được chia ra 3 giai đoạn sau:
- Giai đoạn 1: từ 01-06-2011 đến 31-07-2011
+ Nghiên cứu tổng quan lý thuyết
+ Xây dựng hệ thống thiết bị thí nghiệm
+ Viết đề cương luận văn
- Giai đoạn 2: từ 01-08-2011 đến 30-10-2011
+ Nghiên cứu thực nghiệm
+ Xử lý số liệu
- Giai đoạn 3: từ 1-11-2010 đến 31-12-2010
+ Chỉnh sửa hoàn thành luận văn
+ Bảo vệ luận văn
HVTH: Bùi Thanh Hải Trang 12
Đề Cương Luận Văn Thạc Sĩ GVHD: TS. Huỳnh Quyền
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] PGS.TSKH.Lưu Cẩm Lộc ,Công nghệ chế biến khí, , TP.Hồ Chí Minh 1996
[2] TS.Nguyễn Hữu Lương, Bài giảng Công nghệ chế biến khí, 2009
[3]Steven McKinsey Zicari, Removal of H
2

S from biogas using cow-manure compost,
2003
[4] M.S Horikawa, F.Rossi, M.L.Gimenes, Chemical adsorption of H
2
S for biogas
purification, 2004
[4]Gadre, R. V. ,Removal of Hydrogen Sulfide from Biogas by Chemoautotrophic Fixed-
Film Bioreactor, 1989
[5]Bohn, H. L. and H C. Fu-Yong , Hydrogen Sulfide Sorption by Soils, 1989
[6] Chung Nhật Phương, Nghiên cứu xử lý H
2
S trong biogas bằng bùn đỏ, Luận văn tốt
nghiệp.
[7] Trần Thị Kim Huyền, Xử lý H
2
S trong biogas, Luận văn tốt nghiệp.
HVTH: Bùi Thanh Hải Trang 13