Đồ án Nhiệt - Chuyên đề lạnh: Thiết bị nhiệt trong quy trình xử lý rác thải nhựa

Thiết bị nhiệt trong quy trình xử lý rác thải nhựa

GVHD: TS. Đặng Hùng Sơn

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?
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………

1
SVTH: Kiên Văn Chí Thanh


Thiết bị nhiệt trong quy trình xử lý rác thải nhựa

GVHD: TS. Đặng Hùng Sơn

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.

2
SVTH: Kiên Văn Chí Thanh


Thiết bị nhiệt trong quy trình xử lý rác thải nhựa

GVHD: TS. Đặng Hùng Sơn

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 NỀNCÔNG 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
3
SVTH: Kiên Văn Chí Thanh


Thiết bị nhiệt trong quy trình xử lý rác thải nhựa

GVHD: TS. Đặng Hùng Sơn

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

4
SVTH: Kiên Văn Chí Thanh


Thiết bị nhiệt trong quy trình xử lý rác thải nhựa

GVHD: TS. Đặng Hùng Sơn

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1: Các bước của phương pháp trôn lắp rác thải nhựa

11

Hình 2: Qui trình đốt rác

13

Hình 3: Phản ứng giữ nguyên mạch

17

Hình 4: Phản ứng cắt mạch

18

Hình 5: Ảnh hưởng của chất xúc tác đến sản lượng sản phẩm

21

Hình 6: Ảnh hưởng của chất xúc tác đến thành phần phần lỏng

22

Hình 7 Sơ đồ cấu tạo của lò hơi tầng sôi.

25

Hình 8: Hình ảnh bộ cấp nhiên liệu.

25

Hình 9 Cấu tạo buồng đốt.

26

Hình 10: Hình ảnh bộ hâm nước cấp.

28

Hình 11:Hình ảnh bộ sấy không khí.

28

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

29

Hình 13: Sơ đồ các bước xử lý khí thải.

30

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

34

Hình 15: Cánh khuấy của buồng hòa trộn

35

Hình 16: Cấu tạo buồng hòa trộn thông thường

36

5
SVTH: Kiên Văn Chí Thanh


Thiết bị nhiệt trong quy trình xử lý rác thải nhựa

GVHD: TS. Đặng Hùng Sơn

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

16

Bảng 2: Phần trăm khối lượng khô (%)

17

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 6: Phân tích gần đúng của dư lượng rắn.(%)

24

Bảng 7: Nhiệt trị và giá tiền một số nhiên liệu

33

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

33

6
SVTH: Kiên Văn Chí Thanh


Thiết bị nhiệt trong quy trình xử lý rác thải nhựa

GVHD: TS. Đặng Hùng Sơn

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮC
HDPE:
MPW:
PE:
WPO:

high density polyethylene
municipal plastic wastes
polyethylene
waste plastics oil

7
SVTH: Kiên Văn Chí Thanh


Thiết bị nhiệt trong quy trình xử lý rác thải nhựa

GVHD: TS. Đặng Hùng Sơn

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.

8
SVTH: Kiên Văn Chí Thanh


Thiết bị nhiệt trong quy trình xử lý rác thải nhựa

GVHD: TS. Đặng Hùng Sơn

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

9
SVTH: Kiên Văn Chí Thanh


Thiết bị nhiệt trong quy trình xử lý rác thải nhựa

GVHD: TS. Đặng Hùng Sơn

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.
10
SVTH: Kiên Văn Chí Thanh


Thiết bị nhiệt trong quy trình xử lý rác thải nhựa

GVHD: TS. Đặng Hùng Sơn

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
11
SVTH: Kiên Văn Chí Thanh


Thiết bị nhiệt trong quy trình xử lý rác thải nhựa

GVHD: TS. Đặng Hùng Sơn

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.

12
SVTH: Kiên Văn Chí Thanh


Thiết bị nhiệt trong quy trình xử lý rác thải nhựa

GVHD: TS. Đặng Hùng Sơn

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
13
SVTH: Kiên Văn Chí Thanh

Thiết bị nhiệt trong quy trình xử lý rác thải nhựa

GVHD: TS. Đặng Hùng Sơn

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.
Nhược điểm
- Nguồn khói thải rá có thể gây ô nhiễm môi trường, cũng như là ảnh
hưởng đến sức khỏe của người dân sông cạnh vùng.
- Vẫn phải dành quỹ đất lớn để cho chôn lắp tro xỉ

14
SVTH: Kiên Văn Chí Thanh


Thiết bị nhiệt trong quy trình xử lý rác thải nhựa

GVHD: TS. Đặng Hùng Sơn

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.

15
SVTH: Kiên Văn Chí Thanh


Thiết bị nhiệt trong quy trình xử lý rác thải nhựa

GVHD: TS. Đặng Hùng Sơn

- 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

4,21

0,007

0,009

0,238

0,093

91.146

0,021

tự
nhiên

3.3 Thí nghiệm
- Các thí nghiệm nhiệt phân và xúc tác được thực hiện trong một lò phản ứng
hai giai đoạn trong hệ thống. Nó bao gồm lò phản ứng nhiệt phân và lò phản ứng
xúc tác.
- 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

16
SVTH: Kiên Văn Chí Thanh


GVHD: TS. Đặng Hùng Sơn

Thiết bị nhiệt trong quy trình xử lý rác thải nhựa

Bảng 2: Phần trăm khối lượng khô (%)
Carbon

Hydro

Oxy

Nito

Lưu

Tro

huỳnh
Nhựa

(Hỗn 60,0

7,2

22,8

-

-

10,0

Polyethylene 85,2

14,2

-

<0,1

<0,1

0,4

Polystyrene

87,1

8,4

4,0

0,2

-

0,3

Polyurethane 63,3

6,3

17,6

6,0

<0,1

4,3

Polyvinyl

5,6

1,6

0,1

<0,1

2,0

hợp)

45,2

chloride

3.4.2 Phản ứng giữ nguyên mạch
Nhưng polime có liên kết đôi hoặc nhóm chức ngoại mạch có thể tham gia
phản ứng đặc trưng của liên kết đôi và của nhóm chức đó.

Hình 3: Phản ứng giữ nguyên mạch
3.4.2 Phản ứng cắt mạch

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.

17
SVTH: Kiên Văn Chí Thanh


Thiết bị nhiệt trong quy trình xử lý rác thải nhựa

GVHD: TS. Đặng Hùng Sơn

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.

18
SVTH: Kiên Văn Chí Thanh


Thiết bị nhiệt trong quy trình xử lý rác thải nhựa

GVHD: TS. Đặng Hùng Sơn

Bảng 3. Tính chất của các sản phẩm lỏng cho các nguyên liệu khác nhau.
Properties Units

Túi PE 1

HDPE

Túi PE 2

wate
Density @ g/cm3

0.8544

0.7991

method
0.824

15°C

Kinematic

Test

ASTM
D1298

cSt

1.739

2.319

1.838

viscosity

ASTM
D 445

@ 40°C
Flash point °C

<10

<10

<10

ASTM

D 93

Pour point

°C

24

27

24

ASTM
D 97

Water

%vol

24

0.5

trace

content
Heating

ASTM
D95

MJ/kg

41.45

value

42.82

46.67

ASTM
D240

- Các tính chất của các sản phẩm lỏng từ quá trình nhiệt phân và xúc tác của
MPW được thể hiện trong Bảng 3.
- Các tính chất của nhiên liệu diesel thương mại cũng được thể hiện trong
Bảng 4 để so sánh. Có hai loại nhiên liệu diesel viz. Diesel 48 (Năng lượng mặt
trời) và Diesel 51 (Pertamina Dex). Như có thể thấy trong bảng 2 và 3, mật độ
của dầu nhựa thải (WPO) được chấp nhận để thay thế nhiên liệu diesel thương
mại.
- 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.
19
SVTH: Kiên Văn Chí Thanh

Thiết bị nhiệt trong quy trình xử lý rác thải nhựa

GVHD: TS. Đặng Hùng Sơn

- Độ nhớt nhiên liệu thấp hơn dẫn đến rò rỉ bơm và kim phun lớn hơn làm
giảm việc cung cấp nhiên liệu tối đa và cuối cùng là sản lượng điện.
Bảng 4. Tính chất của nhiên liệu diesel thương mại
Tính chất

các đơn vị

Cetane number

Diesel 48 (Năng Diesel

51

lượng mặt trời)

(Pertamina Dex)

48

max 0.01

Density @ 15°C

g/cm3

0.815-0.870

0.820-0.860

Kinematic

cSt

2.0-5.0

2.0-4.5

Flash point

°C

min 60

min 55

Pour point

°C

max 18

max 18

Pour point

mg/kg

max 500

max 500

Sulfur content

%wt

max 0.35

max 0.05

Ash content

%wt

max 0.01

max 0.01

viscosity @ 40°C

WPO tạo ra điểm rót cao hơn so với nhiên liệu diesel vì sự hiện diện của
dầu nặng thường có điểm đổ cao. Dầu bôi trơn trở nên rất quan trọng khi động cơ
diesel chạy ở nhiệt độ rất thấp điều kiện đặc biệt là ở các nước cận nhiệt đới. Sự
hiện diện của hàm lượng nước trong WPO rất cao. Nó sẽ ảnh hưởng đến hiệu suất
của động cơ diesel.
3.6 Tác dụng của chất xúc tác
- Túi PE 2 đã được sử dụng làm nguyên liệu trong các thí nghiệm này. Nó

có thể được nhìn thấy nhiệt phân nhiệt (không có chất xúc tác) tạo ra phần lỏng
cao nhất. Sự có mặt của chất xúc tác làm giảm phần lỏng và tăng phần khí. Về
mặt lý thuyết, chất xúc tác có thể tăng cường phản ứng cracking của khí nhiệt
phân. Các hydrocacbon chuỗi dài đã bị nứt thành các khí hydrocarbon nhẹ
hơn. Nhiệt phân tự nhiên Chất xúc tác zeolite tạo ra sản phẩm lỏng cao hơn so

20
SVTH: Kiên Văn Chí Thanh


Thiết bị nhiệt trong quy trình xử lý rác thải nhựa

GVHD: TS. Đặng Hùng Sơn

với chất xúc tác Y zeolite. Điều này là do hoạt động khác nhau giữa zeolit tự
nhiên và zeolit Y
- Diện tích bề mặt cao hơn sẽ cho tiếp xúc nhiều hơn giữa chất xúc tác và
khí nhiệt phân, điều đó có nghĩa là sẽ có nhiều khí hơn nứt để sản xuất
hydrocarbon chuỗi ngắn hơn. Tuy nhiên, sự có mặt của chất xúc tác có ảnh hưởng
một chút đến năng suất sản phẩm. Điều này có thể là do sự hiện diện của tạp
chất. Các tạp chất có chứa một số vật liệu độc hại sẽ vô hiệu hóa các chất xúc tác.
Do đó, các chất xúc tác sẽ có hoạt động khi bắt đầu quá trình cải cách và hủy kích
hoạt vào cuối quá trình.

Hình 5: Ảnh hưởng của chất xúc tác đến sản lượng sản phẩm

21
SVTH: Kiên Văn Chí Thanh

Thiết bị nhiệt trong quy trình xử lý rác thải nhựa

GVHD: TS. Đặng Hùng Sơn

Hình 6: Ảnh hưởng của chất xúc tác đến thành phần lỏng
- Hình 6 cho thấy sự phân bố số lượng nguyên tử carbon của WPO qua các
chất xúc tác khác nhau. Phần dầu nặng(> C20 ) có thể giảm một chút ảnh hưởng
đến chất lượng dầu. Mặt khác, các phân tử xăng (C5 - C12 ) đã tăng lên do sự phá
vỡ các hydrocacbon chuỗi dài hơn thành các hydrocacbon chuỗi nhẹ hơn. Động
cơ diesel phần gần như tương tự trong mọi điều kiện. Điều này là do sự cân bằng
giữa việc bổ sung phần diesel từ dầu nặng và giảm phần diesel bị nứt thành phần
xăng.
- Bảng 4 cho thấy các thuộc tính của các sản phẩm lỏng trên các chất xúc tác
khác nhau. Kết quả tương tự đã đạt được cho tất cả tính chất. Sự có mặt của các
chất xúc tác làm giảm nhẹ điểm rót.
- Tuy nhiên, giá trị vẫn cao hơn những nhiên liệu diesel thương mại. Điều
kiện này sẽ làm cho WPO trở nên rắn chắc trong điều kiện nhiệt độ thấp. Các vấn
đề với điểm đổ cao của WPO có thể được khắc phục bằng cách sử dụng bộ gia
nhiệt bổ sung trước khi bơm nhiên liệu vào đảm bảo tính lưu động và giữ độ nhớt
của nhiên liệu.

22
SVTH: Kiên Văn Chí Thanh


GVHD: TS. Đặng Hùng Sơn

Thiết bị nhiệt trong quy trình xử lý rác thải nhựa

- Giá trị sưởi ấm của WPO tương tự như phổ biến nhiên liệu thương mại do

cùng nguồn gốc nhựa và nhiên liệu thương mại được sản xuất từ dầu mỏ.
Bảng 5: Tính chất của các sản phẩm lỏng cho các chất xúc tác khác nhau.
Tính chất

các đơn vị

No catalyst

Y Zeolite

Natural
Zeolite

Density

@ g/cm3

0.8719

0.824

0.868

cSt

1.999

1.838

2.191

Flash point

°C

<10

<10

<10

Pour point

°C

27

24

24

Water content %vol

0.5

trace

trace

Heating value MJ/kg

46.74

46.67

45.58

15°C
Kinematic
viscosity

@

40°C

3.7 Dư lượng chất thải rắn
- Phân tích dư lượng rắn được chỉ ra trong Bảng 6. Kết quả cho thấy hàm
lượng tro cao hơn của dư lượng rắn được sản xuất từ MPW so với nhựa thô.
- Túi PE 1 tạo ra hàm lượng tro cao hơn của sản phẩm rắn so với các loại
khác do tạp chất cao giảm giá trị gia nhiệt của sản phẩm.
- Túi PE 2 có hàm lượng tro thấp nhất và giá trị gia nhiệt cao nhất. Trong
chất thải nhựa, carbon cố định và chất dễ bay hơi góp phần làm tăng giá trị nhiệt
của sản phẩm rắn.
- Không giống như sinh khối, dễ bay hơi các vấn đề trong chất thải nhựa
chứa chủ yếu là khí hydrocarbon có hàm lượng năng lượng cao. Do đó, nhựa nhiệt
phân tạo ra các sản phẩm rắn có giá trị gia nhiệt cao hơn so với các sản phẩm sinh
khối và than bậc thấp. Do đó, chúng có thể được sử dụng để trộn với sinh khối và
than hoặc cho nhiên liệu riêng lẻ.
23
SVTH: Kiên Văn Chí Thanh

Thiết bị nhiệt trong quy trình xử lý rác thải nhựa

GVHD: TS. Đặng Hùng Sơn

Bảng 6. Phân tích gần đúng của dư lượng rắn.(%)
Túi PE 1

HDPE waste

Túi PE 2

Moisture

1.12

1.74

2.32

Volatile matter

35.29

58.56

2.32

Fixed carbon

14.13

8.59

2.32

Ash

49.47

31.11

27.33

value 49.47

26.35

31.53

Heating
(MJ/kg)

24
SVTH: Kiên Văn Chí Thanh


Thiết bị nhiệt trong quy trình xử lý rác thải nhựa

GVHD: TS. Đặng Hùng Sơn

CHƯƠNG 4: SỬ DỤNG LÒ HƠI TẦNG SÔI TRONG QUÁ TRÌNH
NHIỆT PHÂN RÁC THẢI NHỰA
4.1 Lý do chọn lò hơi tầng sôi
Trong một số lò hơi để quá trình cháy diễn ra nhanh chóng người ta còn cho thêm
cát và buồng đốt. Cát có khả năng giữ nhiệt và độ giản nở về nhiệt thấp do đó khi
cấp nhiên liệu vào, nó nhận được nguồn nhiệt từ cát tỏa ra nhanh chóng đạt đến
điểm bốc cháy và, thường nhiên liệu được đốt với lượng không khí thừa khoảng
20 %. Với công nghệ đốt này khả năng truyền nhiệt là rất lớn nên hiệu quả cháy
caohơn so với phương pháp đốt khác. Nhiệt độ trong buồng đốt dưới 950oC
khoảng 800-950oC vì thế lượng phát thải NOx là rất thấp.
Kích thước của các hạt nhiên liệu cháy sẽ giảm dần trong khi cháy (do sự
cháy và ma sát) và sẽ cháy hết tại đỉnh của bộ đốt. Giống như các lò hơi thông
thường nhiên liệu sẽ cháy tỏa nhiệt và cấp nhiệt cho các ống nước được bố trí tại
vách của buồng lửa. Khói nóng và một số hạt nhiên liệu chưa cháy hết hoặc các
hạt đá vôi chưa phản ứng sẽ được đi đến Cyclone. Các hạt nhiên liệu nặng sẽ
được rơi xuống Cyclone và được tái tuần hoàn lại bộ đốt với tỉ lệ khoảng 15:1
đến 100:1 để tiếp tục cháy kiệt không để tổn thất nhiệt lẫn nhiên liệu. Đối với các
công nghệ lò hơi tầng sôi tuần hoàn đốt than tiên tiến hiện đại ngày nay cho phép
đốt than rất kiệt thì tỉ lệ hàm lượng Carbon không cháy hết trong tro bay là vào
khoảng 1-2% rất là thấp. Còn khói thì được hút về để tận dụng nguồn nhiệt trước
khi được thải đi. Vì lí do đó mà loại này được gọi là lò hơi tuần hoàn.
4.2 Cấu tạo của lò hơi tầng sôi
Cũng giống như các loại lò hơi thông dụng mà ta biết thì lò hơi tầng sôi cũng
có cấu tạo tương tự với các bộ phận chính như sau

25
SVTH: Kiên Văn Chí Thanh