ỦY BAN NHÂN DÂN TP.HCM ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

BÁO CÁO NGHIỆM THU

(Đã chỉnh sửa theo góp ý của Hội đồng nghiệm thu)

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT

NHIÊN LIỆU RẮN TỪ CHẤT THẢI PLASTIC VÀ VỎ TRẤU

CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI

CƠ QUAN QUẢN LÝ CƠ QUAN CHỦ TRÌ

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

THÁNG 06/ 2009

II

TÓM TẮT

Đề tài nghiên cứu này đề cập đến công nghệ sản xuất nhiên liệu rắn từ chất thải plastic

và vỏ trấu. Xuất phát từ thực trạng chất thải plastic tại Thành phố Hồ Chí Minh ngày

càng gây nên những khó khăn trong quản lý và xử lý; và khối lượng vỏ trấu khổng lồ

thu được từ quá trình xay xát gạo tại Khu vực Đồng bằng Sông Cửu long (khoảng 3.5

triệu tấn mỗi năm) chưa được sử dụng có hiệu quả và đang gây ra những vẫn đề ô

nhiễm môi trường nước, đề tài này đưa ra một phương án công nghệ khả thi – thông

qua quá trình đùn ép có gia nhiệt nguyên liệu chất thải plastic và vỏ trấu – để tạo thành

một loại nhiên liệu rắn mới sử dụng được trong các lò đốt công nghiệp.

Chất thải plastic được ưu tiên sử dụng trong khuôn khổ nghiên cứu đề tài là các loại

sản phẩm sử dụng một lần : túi xốp, bao bì thực phẩm, hộp đựng thức ăn nhanh, … có

thành phần chủ yếu là PE, PP, PS, EVA. Về cơ bản, ưu điểm của chất thải plastic là

nhiệt trị cao (khoảng 10.000 kcal/kg), tuy nhiên plastic cháy rất nhanh và không hoàn

toàn. Trong khi đó, vỏ trấu là một loại nguyên liệu tái tạo và sạch (hàm lượng lưu

huỳnh rất thấp), sẵn có tại Việt Nan. Nhược điểm của vỏ trấu là khối lượng riêng đổ

đống nhỏ (80 ~ 100 kg/m3), nhiệt trị thấp và khó bắt cháy.

Kết hợp chất thải plastic và vỏ trấu, bằng quy trình đùn ép có gia nhiệt, hầu như đã

khắc phục được các nhược điểm nêu trên của hai loại nguyên liệu này. Các kết quả

nổi bật của đề tài có thể được tóm tắt như sau :

- Quá trình đùn ép có gia nhiệt có thể được sử dụng để sản xuất nhiên liệu rắn, trong

đó tỷ lệ vỏ trấu chiếm đến 90 %kl, chất thải plastic đóng vai trò chất kết dính.

- Tỷ lệ vỏ trấu và nhiệt độ đùn ép là hai thông số chính ảnh hưởng đến quá trình đùn

ép và tính chất sản phẩm thu được.

- Khối lượng riêng đổ đống của sản phẩm nhiên liệu rắn tăng đáng kể so với vỏ trấu

(mẫu sản phẩm có tỷ lệ vỏ trấu 80% có khối lượng riêng đổ đống khoảng 600

kg/m3, gấp khoảng 6 lần vỏ trấu)

- Nhiệt trị của sản phẩm nhiên liệu rắn cao hơn vỏ trấu ít nhất là 1,5 lần (mẫu sản

phẩm chứa 80%kl vỏ trấu) và cao nhất là 2,6 lần (mẫu sản phẩm chứa 30%kl vỏ

trấu)

- Sản phẩm thu được dễ cháy, cháy hết (tro thu được không dính), hàm lượng CO,

NOx trong khí thải nằm trong giới hạn cho phép quy định tại TCVN 5939:2005.

Ngoài ra chúng tôi cũng khảo sát ảnh hưởng đến môi trường của quá trình đùn ép,

khảo sát khả năng sử dụng sản phẩm trong lò đốt quy mô công nghiệp và tính toán sơ

bộ hiệu quả kinh tế của sản phẩm nhiên liệu rắn. Các kết quả thu được khá khả quan

và là cơ sở tương đối vững chắc cho một dự án sản xuất thử nghiệm trong tương lai.

III

ABSTRACT

This research work deals with the manufacturing process of solid fuel from plastic

wastes and rice husk. Based on the facts that (i) accumulated plastic wastes in

Hochiminh City poses many problems in management and treatment; and (ii) an

enormous amount of rice husk, collectable in Mekong Delta area, is not yet effectively

utilized but rising some concerns for the water environment, this research proposes a

feasible method – relied on an extrusion process with heating – to produce a new kind

of solid fuel, which may find application in industrial scale fire-heater.

The preferred plastic wastes are those of short-term used products, such as plastic bag,

food packaging materials, plastic films, … , which are mainly consisted of PE, PP, PS,

EVA. Basically, the advantage of plastic lies on its high calorific value (c.a. 10,000

kcal/kg). However, plastics burn rather fast and incompletely. On the other hand, rice

husk is a renewable resource, clean and readily available in huge amount in Vietnam.

Disadvantages of rice husk include low bulk density, low heating value. It is also hard

to ignite.

Combination of plastic wastes and rice husk in an extruder with heating almost fully

eliminates aforementioned drawbacks of these two starting materials. Highlịghts of

this study can be summarized as follows:

- Extrusion process is successful in producing the solid fuel from plastic wastes and

rice husk. Plastic plays the role of binding agent. Rice husk content in the mixture

can be as high as 90 wt%.

- Rice husk content and extrusion temperature are the two key factors in defining the

outcome of extrusion process, and in determining the properties of final products.

- Bulk density of the solid fuel increases significantly compared to that of rice husk

(sample containing 80wt% rice husk has a bulk density of 580 kg/m3, which is 6

times of that of rice husk)

- Calorific value of the solid fuel is atleast 1.5 times of that of rice husk, in case of

80wt% rice husk containing sample. Among the sample prepared, a maximum

increase of 260% in calorific value is observed for sample of 30wt% rice husk.

- The solid fuel is burned easily and completely with unsticky ash. The content of

CO, NOx in the exhaust gas is within the allowable level, regulated in TCVN

5939:2005.

Besides, investigation of extrusion environment, the usability of the solid fuel in an

industrial scale fire-heater and a brief economic estimation for the manufacturing

process are carried out with positive results. With these results, the extrusion process

and the solid fuel products are believed to be applicable in large scale and may become

a strong candidate for replacing coal in numerous industrial applications.

IV

MỤC LỤC

TÓM TẮT ............................................................................................................................................. II

ABSTRACT ......................................................................................................................................... III

MỤC LỤC ............................................................................................................................................ IV

DANH SÁCH HÌNH VẼ ..................................................................................................................... VI

DANH SÁCH BẢNG BIỂU ............................................................................................................. VIII

PHẦN MỞ ĐẦU .................................................................................................................................. IX

Giới thiệu ................................................................................................................................................ 1

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN ................................................................................................................. 3

1.1 Vỏ trấu: ................................................................................................................................... 3

1.1.1 Giới thiệu: ....................................................................................................................... 3

1.1.2 Các ứng dụng của vỏ trấu ............................................................................................... 5

1.2 Plastic ................................................................................................................................... 11

1.2.1 Plastic trong rác thải rắn .............................................................................................. 11

1.2.2 Các hướng xử lý chất thải plastic ................................................................................. 13

1.3 Nhiên liệu rắn ....................................................................................................................... 21

1.4 Kỹ thuật đùn ép .................................................................................................................... 21

CHƢƠNG 2 : THỰC NGHIỆM ........................................................................................................ 26

2.1 Lý do lựa chọn phương pháp đùn ép .................................................................................... 26

2.2 Nguyên liệu .......................................................................................................................... 27

2.1.1 Vỏ trấu .......................................................................................................................... 27

2.1.2 Chất thải plastic ............................................................................................................ 27

2.3 Thiết bị ................................................................................................................................. 28

2.4 Quy trình đùn ép ................................................................................................................... 29

2.5 Phân tích tính chất sản phẩm ................................................................................................ 30

2.6 Đốt thử nghiệm và thành phần khí thải ................................................................................ 31

CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ........................................................................................ 33

3.1 Cảm quan sản phẩm: ............................................................................................................ 33

3.2 Khối lượng riêng và khối lượng riêng đổ đống: ................................................................... 35

3.3 Độ bền nén: .......................................................................................................................... 37

V

3.4 Nhiệt trị ................................................................................................................................ 39

3.5 Hiệu suất thu sản phầm và hiệu suất năng lượng của quá trình đùn ép ................................ 43

3.5.1 Hiệu suất thu sản phẩm ................................................................................................. 43

3.5.2 Tính toán hiệu suất năng lượng của quá trình đùn ép .................................................. 44

3.6 Quá trình cháy của sản phẩm và hàm lượng khí thải: .......................................................... 45

3.6.1 Đốt thử nghiệm sản phẩm tại lò đốt tự chế: .................................................................. 45

3.6.2 Đốt thử nghiệm sản phẩm tại lò đốt công nghiệp: ........................................................ 47

3.7 Mức độ gây ô nhiễm của quá trình đùn ép ........................................................................... 51

3.8 Tính toán sơ bộ tính kinh tế của quy trình công nghệ .......................................................... 52

CHƢƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................................................... 56

4.1 Kết luận: ............................................................................................................................... 56

Những kết quả đạt được từ đề tài này được tóm tắt như sau: . Error! Bookmark not defined.

.............................................................................................................................. 57

Các tài liệu tham khảo chính .............................................................................................................. 59

PHỤ LỤC A : MÔ TẢ CHI TIẾT THIẾT BỊ ĐÙN ÉP MỘT TRỤC VÍT .................................... 60

PHỤ LỤC B : CÁC KẾT QUẢ PHÂN TÍCH ................................................................................... 64

VI

DANH SÁCH HÌNH VẼ

Hình 1. 1. Vỏ trấu ............................................................................................................ 3

Hình 1. 2: Sản lượng lúa từ 1976 – 2006 [3] ................................................................... 5

Hình 1. 3: Một số lò đốt trấu ở vùng nông thôn .............................................................. 7

Hình 1. 4: Trấu sử dụng để nấu thức ăn trong chăn nuôi ................................................ 7

Hình 1. 5: Trấu được sử dụng để đốt lò trong sản xuất gạch .......................................... 7

Hình 1. 6 Thiết bị ép đùn củi trấu và sản phẩm củi trấu ................................................. 8

Hình 1. 7 Mô hình hệ thống khí hóa phát điện sử dụng vỏ trấu [7] ................................ 9

Hình 1. 8: Hình chụp rác thải ở bãi rác tại Quận Tân Bình ........................................... 13

Hình 1. 9: Quy trình tại chế nhựa theo phương pháp cơ học ........................................ 15

Hình 1. 10: Các quá trình tái chế hoá học [11] .............................................................. 16

Hình 1. 11: Quy trình Veba Oel - nhiệt phân và hydro hoá chất thải plastic [12] ........ 17

Hình 1. 12: Quy trình Texaco – khí hoá plastic [12] ..................................................... 18

Hình 1. 13: Quy trình tái chế nhựa PET [13] ................................................................ 18

Hình 1. 14: Nhiệt trị của một số nhiên liệu và chẩt thải [13] ........................................ 20

Hình 1. 15 Cấu tạo đơn giản của máy đùn ép................................................................ 22

Hình 1. 16 Một số loại vít đùn thông dụng.................................................................... 23

Hình 1. 17 Cấu trúc vít đùn và các thông số thiết kế .................................................... 24

Hình 1. 18 Máy đùn (a) một trục vít; (b) hai trục vít quay cùng chiều; và (c) hai trục vít

quay ngược chiều ........................................................................................................... 24

Hình 2. 1 Nguyên liệu vỏ trấu ....................................................................................... 27

Hình 2. 2: Nguyên liệu plastic phế thải ......................................................................... 28

Hình 2. 3: Máy đùn tiến hành quá trình thí nghiệm ...................................................... 28

Hình 2. 4 Lò đốt tự chế .................................................................................................. 32

Hình 3. 1 Sản phẩm nhiên liệu rắn ................................................................................ 34

Hình 3. 2 Độ xốp của sản phẩm với hàm lượng ẩm khác nhau ..................................... 34

Hình 3. 3: Sự biến đổi khối lượng riêng theo tỷ lệ trấu và nhiệt độ .............................. 36

VII

Hình 3. 4 Thời gian lưu của nguyên liệu theo tỷ lệ vỏ trấu và nhiệt độ đùn ép ............ 36

Hình 3. 5 Độ bền nén theo tỷ lệ trấu và nhiệt độ đùn .................................................... 38

Hình 3. 6 Ảnh hưởng độ ẩm đối với độ bển nén ........................................................... 39

Hình 3. 7 Ảnh hưởng của tỷ lệ trấu và nhiệt độ đùn đối với nhiệt trị ........................... 40

Hình 3. 8 Độ chênh lệch giữa nhiệt trị đo và nhiệt trị tính toán .................................... 41

Hình 3. 9 Nhiệt trị đo được của các mẫu T70-240 theo hàm lượng ẩm ........................ 42

Hình 3. 10 Hiệu suất quá trình đùn ép ........................................................................... 43

Hình 3. 11 Hình ảnh minh hoạc quá trình cháy của sản phẩm trong lò đốt tự chế : (a)

T60; (b) T70 và (c) T80 ................................................................................................. 46

Hình 3. 12 Quá trình đốt nhiên liệu tại lò đốt - Công ty Phước Đạt ............................. 48

Hình 3. 13 Quá trình cháy của nhiên liệu và khí thải sinh ra trong quá trình đốt ......... 49

Hình 3. 14 Đo thành phần khí thải tại Công ty Phước Đạt............................................ 50

Hình 3. 15 Một vài hình ảnh quá trình đùn ép............................................................... 52

Hình 3. 16 Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất nhiên liệu rắn ..................................... 54

VIII

DANH SÁCH BẢNG BIỂU

Bảng 1. 1 Thành phần hoá học trong vỏ trấu .................................................................. 4

Bảng 1. 2 So sánh nhiệt trị và chi phí của một số dạng năng lượng [1] .......................... 6

Bảng 1. 3 Năng lượng chứa trong chất thải rắn ............................................................. 12

Bảng 1. 4 Mã số ký hiệu và mục đích sử dụng của một số loại nhựa thông dụng ........ 15

Bảng 2. 1 Tính chất tổng quát của vỏ trấu ..................................................................... 27

Bảng 2. 2 Các chế độ nhiệt độ cài đặt cho thiết bị đùn ép ............................................ 29

Bảng 2. 3 Tỷ lệ vỏ trấu / chất thải plastic trong hỗn hợp nguyên liệu .......................... 29

Bảng 2. 4 Ký hiệu mẫu và điều kiện đùn ép .................................................................. 31

Bảng 3. 1 Khối lượng riêng và khối lượng riêng đổ đống của mẫu sản phẩm .............. 35

Bảng 3. 2 Độ bền nén của sản phẩm ............................................................................. 38

Bảng 3. 3 Kết quả đo nhiệt trị của nguyên liệu và sản phẩm ........................................ 40

Bảng 3. 4 Nhiệt trị của một số nhiên liệu thông dụng ................................................... 42

Bảng 3. 5 Số liệu và kết quả tính toán HSNL của quy trình đùn ép ............................. 45

Bảng 3. 6 Thành phần khí thải khi đốt sản phẩm trong lò đốt tự chế ........................... 46

Bảng 3. 7 So sánh tiêu hao nhiên liệu giữa củi trấu và sản phẩm của đề tài ................. 49

Bảng 3. 8 Thành phần khí thải lò đốt Công ty Phước Đạt ............................................ 50

Bảng 3. 9 Kết quả đo đạc chất lượng không khi trong và ngoài xưởng, trước và trong

khi vận hành thiết bị đùn ép .......................................................................................... 51

Bảng 3. 10 Ước tính chi phí sản xuất quy trình công nghệ đùn ép 500 kg nguyên liệu/h

(tính trung bình cho 1 giờ sản xuất) .............................................................................. 53

IX

PHẦN MỞ ĐẦU

Tên đề tài: Tên đề tài: Nghiên cứu công nghệ sản xuất nhiên liệu

rắn từ chất thải plastic và vỏ trấu

Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Vĩnh Khanh

Cơ quan chủ trì: Trường Đai học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM

Thời gian thực hiện đề tài: 12/2007 – 12/2008

Kinh phí đƣợc duyệt: 220.500.000 đ

Kinh phí đã cấp: 202.000.000 đ theo TB số : 320/TB-SKHCN ngày 21/12/07

theo TB số : /TB-SKHCN ngày / /09

Mục tiêu: Xây dựng quy trình công nghệ và thiết bị quy mô phòng

thí nghiệm 10 kg nguyên liệu/h, sản xuất nhiên liệu rắn từ

chất thải plastic và vỏ trấu.

Nội dung :

- Nghiên cứu công nghệ sản xuất nhiên liệu rắn từ chất thải plastic và trấu:

+ Nghiên cứu quá trình đùn ép: ảnh hưởng của các thông số của quá trình: nhiệt

độ đùn, tốc độ đùn, … lên các tính chất vật lý của sản phẩm (khối lượng

riêng, khối lượng riêng đống, độ cứng cơ học, …)

+ Nghiên cứu tỷ lệ (khối lượng) trấu tối ưu, và ảnh hưởng của tỷ lệ trấu đến tính

chất vật lý của sản phẩm

+ Nghiên cứu ảnh hưởng của độ ẩm của nguyên liệu lên các tính chất vật lý của

sản phẩm

+ Đánh giá mức độ ô nhiễm của quá trình đùn ép chất thải plastic và trấu tạo ra

sản phẩm

- Đánh giá chất lượng sản phẩm tạo ra:

+ Đánh giá khả năng cháy, nhiệt trị của sản phẩm nhiên liệu rắn tạo ra

+ Phân tích và đánh giá hàm lượng khí thải sinh ra khi đốt nhiên liệu sản phẩm

+ So sánh chất lượng của sản phẩm tạo ra với than là một dạng nhiên liệu phổ

biến hiện nay

Sản phẩm :

- Báo cáo nghiệm thu đề tài

- 01 báo cáo (oral presentation) tại Hội thảo Khoa học Quốc tế “International

Conference on Environment and Natural Resources - ICENR 2008” do Viện Môi

trường và Tài nguyên – Đại học Quốc gia Tp. Hồ Chí Minh tổ chức ngày 17-

18/03/2008 , bài được chọn đăng toàn văn trong kỷ yếu.

- 01 báo cáo (oral presentation) tại Hội thảo Khoa học Quốc tế “International

Workshop on Automotive Technology, Engine and Alternative Fuel”, do Sở Khoa

X

học Công nghệ Tp HCM, Trung tâm Nghiên cứu Công nghệ Lọc hoá dầu và Khoa

Kỹ thuật Giao thông Trường ĐHBK, Trung tâm Nghiên cứu và Phát triển Dầu khí

thuộc Viện Dầu khí Việt Nam đồng tổ chức , ngày 22/12/2008, bài được chọn đăng

toàn văn trong kỷ yếu.

- 01 báo cáo (oral presentation) tại Hội thảo Khoa học “An toàn – Sức khoẻ - Môi

trường” do Trường Đại học Tôn Đức Thắng tổ chức ngày 20/05/2009, bài được

chọn đăng toàn văn trong kỷ yếu.

- 04 luận văn đại học đã bảo vệ

- Tham gia Ngày hội tái chế do Quỹ Tái chế - Sở Tài nguyên và Môi trường TP.

HCM tổ chức, Tháng 4/2008

- Tham gia Hội chợ Techmart & Industrial Zones 2008, do Sở Khoa học và Công

nghệ TP. HCM tổ chức, Tháng 10/2008

1

Giới thiệu

Hiện tại, mỗi ngày tại Thành phố Hồ Chí Minh, khoảng hơn 6000 tấn rác được thải ra

và đưa về các bãi xử lý và chôn lấp Đa Phước và Phước Hiệp, trong đó khoảng 3%,

tương đương với 180 tấn là chất thải plastic, chủ yếu là các loại sản phẩm plastic có

mục đích sử dụng một lần hoặc trong thời gian ngắn : túi xốp, vỏ hộp đựng cơm, bao

bì thực phẩm hoặc các đồ dùng gia dụng khác, ... Các sản phẩm plastic kể trên được

sản xuất chủ yếu từ các loại nhựa PE, PP, PS, ... có tuổi thọ rất lớn và rất khó tự phân

huỷ khi được thải ra. Biện pháp xử lý các chất thải plastic này tại các bãi xử lý rác chủ

yếu là đốt bỏ hoặc chôn lấp, gây ra các vấn đề như : phí phạm năng lượng, ô nhiễm

môi trường, quá tải quỹ đất chôn lấp, ... Việc nghiên cứu tận dụng các loại chất thải

plastic này trong các ứng dụng hợp lý hơn là một việc làm rất đáng quan tâm.

Trong việc lựa chọn phương án xử lý chất thải plastic sinh hoạt, hai yếu tố cần được

quan tâm xem xét là ảnh hưởng môi trường và hiệu quả kinh tế. Trong hình vẽ dưới

đây, hai yếu tố này được đánh giá sơ bộ cho một vài phương pháp xử lý / tái sử dụng

chất thải plastic tiêu biểu nhất [1].

2

Có thể thấy rằng một phương pháp xử lý chất thải plastic khá an toàn và kinh tế là sản

xuất nhiên liệu rắn (refused plastic fuel – RPF) với mục đích thu hồi năng lượng. Về

bản chất, với phương pháp này, chất thải plastic được nén tại áp suất cao hoặc đùn ép

tạo thành viên. Cả hai quy trình trên đều khá đơn giản và dễ ứng dụng ở quy mô lớn.

Vỏ trấu chiếm khoảng 20 %kl của thóc. Tại đồng bằng sông Mêkông, hàng triệu tấn

trấu được tạo thành / thải ra mỗi năm từ các nhà máy xay xát, trong đó chỉ một lượng

nhỏ được tận dụng đốt trong các mục đính dân dụng. Với khối lượng riêng đổ đống

thấp – gây ra khó khăn trong vận chuyển - và nhiệt trị thấp, việc đốt vỏ trấu trong nhà

máy nhiệt điện chưa thể được triển khai rộng rãi.

Nghiên cứu của chúng tôi mong muốn đưa ra một quy trình công nghệ đùn ép đơn

giản để sản xuất nhiên liệu rắn từ chất thải plastic sinh hoạt và vỏ trấu, là hai nguồn

chất thải rẻ tiền và sẵn có tại Việt Nam. Sản phẩm nhiên liệu rắn thu được có những ưu

điểm so với vỏ trấu như khối lượng riêng đổ đống lớn hơn, nhiệt trị cao hơn, dễ vận

chuyển hơn; và so với chất thải plastic : dễ cháy hoàn toàn hơn, khí thải sinh ra ít ô

nhiễm hơn ; và có tiềm năng trong việc thay thế than đá.

3

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 Vỏ trấu:

1.1.1 Giới thiệu:

Việt Nam là nước có nền văn minh lúa nước rất lâu đời, từ lâu cây lúa đã gắn liền

với đời sống của nhân dân. Ngoài việc tạo ra nguồn thực phẩm chính là gạo, thì các

phụ phẩm của quá trình thu hoạch và xay xát lúa đã được người nông dân tận dụng vào

một số công việc như : rơm được trộn với đất sử dụng làm vách nhà, cho gia súc ăn,

làm chất đốt, hoặc ủ làm phân; rạ được dùng để lợp mái nhà; trấu được sử dụng làm

chất đốt hay trộn với đất sét làm vật liệu xây dựng…

Hình 1. 1. Vỏ trấu

Trấu là lớp vỏ ngoài cùng của hạt lúa và được tách ra trong quá trình xay xát,

chiếm khoảng 18 – 25% kl thóc. Bảng 1.1 trình bày thành phần hoá học và một số tính

chất cơ bản của vỏ trấu. Trong vỏ trấu chứa khoảng 75 - 80% chất hữu cơ dễ bay hơi

sẽ cháy trong quá trình đốt và khoảng 20 - 25% còn lại chuyển thành tro. Chất hữu cơ

chứa chủ yếu cellulose, lignin và hemi - cellulose (90%), ngoài ra có thêm thành phần

khác như hợp chất nitơ và vô cơ. Lignin chiếm khoảng 25-30% và cellulose chiếm

khoảng 35-40%. Các chất hữu cơ của trấu là các mạch polycarbohydrat rất dài nên hầu

hết các loài sinh vật không thể sử dụng trực tiếp được, nhưng các thành phần này lại

rất dễ cháy nên có thể dùng làm chất đốt. Trong khi đó, tro còn lại sau khi đốt vỏ trấu

có chứa đến hơn 80%kl là silic oxyt, đây là một chất có giá trị vì có nhiều ứng dụng

trong công nghiệp xi măng và xử lý nước thải.

4

Bảng 1. 1 Thành phần hoá học trong vỏ trấu [2]

Phân tích thành phần vỏ trấu

% Khối lượng Ẩm Khô

Carbon (%) 34,61 38,43

Hydrogen (%) 3,79 2,97

Nitrogen (%) 0,44 0,49

Oxygen(%) 41,58 36,36

Sulphur (%) 0,06 0,07

Hàm lượng chất bay hơi (%) 55,54 61,68

Hàm lượng carbon cố định (%) 14,99 16,65

Hàm lượng tro (%) 23,39 21,68

Độ ẩm (%) 6,08 0,00

Nhiệt trị (kJ/kg – kcal/kg) 13.800 –

3.300

15.324 –

3.670

Vỏ trấu là nguồn nguyên liệu rất dồi dào và rẻ tiền. Mỗi năm nước ta sản xuất 35 – 36

triệu tấn lúa, như vậy lượng vỏ trấu thu được sau xay xát khoảng 7,4 triệu tấn. tương

đương 2,16 tấn quy dầu chiếm 17,9% năng lượng sinh khối của cả nước. Sản lượng lúa

từ mức 11,8 triệu tấn năm 1976, tăng lên tới 17 triệu tấn năm 1986 và vượt ngưỡng 20

triệu tấn vào năm 1992, nhanh chóng đạt trên mức 30 triệu tấn năm 1998, và duy trì

trên mức 35 triệu tấn cho đến nay. Sản lượng lúa năm 2007 của cả nước đạt khoảng 37

triệu tấn, trong đó, lúa đông xuân 17,7 triệu tấn, lúa hè thu 10,6 triệu tấn, lúa mùa 8,7

triệu tấn. Hình 1.2 biểu thị sản lượng lúa trong giai đoạn từ 1976 – 2006. Với sản

lượng lúa ổn định, nguồn vỏ trấu cũng sẽ chắc chắn được đảm bảo cho những ứng

dụng tiềm năng sử dụng vỏ trấu làm nguyên liệu.

Một ưu điểm khác của vỏ trấu là “sạch”. Có thể nhận thấy trong thành phần hoá học

của vỏ trấu, hàm lượng lưu huỳnh là rất nhỏ, vì vậy khi sử dụng trấu làm chất đốt, hàm

lượng SOx trong khí thải khi đốt trấu sẽ là rất nhỏ. Ngoài ra các loại nhiên liệu khí,

lỏng khác thu được từ quá trình nhiệt phân vỏ trấu cũng có hàm lượng lưu huỳnh thấp,

và có thể được coi là nhiên liệu sạch.

Bên cạnh những ưu điểm trên, vỏ trấu có một số nhược điểm như sau. Thứ nhất, khối

lượng riêng đổ đống của vỏ trấu là khá thấp (80 ~ 120 kg/m3). Điều này gây ra những

khó khăn trong vận chuyển, đồng thời tăng chi phí vận chuyển vỏ trấu. Nhược điểm

thứ hai của vỏ trấu là nhiệt trị thấp và khó cháy do có thành phần vô cơ khá cao (20 ~

25%kl). Liên quan trực tiếp đến nhược điểm này là lượng tro sinh ra khi đốt trấu là khá

lớn, gây ra những vấn đề trong lò đốt và những thách thức trong xử lý, tận dụng tro.

5

Hình 1. 2: Sản lượng lúa từ 1976 – 2006 [3]

Chính vì những nhược điểm này mà việc tận dụng vỏ trấu còn gặp nhiều khó khăn và

chưa triển khai được rộng rãi, dẫn đến những hiện tượng như lượng trấu quá nhiều

không sử dụng hết phải đổ xuống kênh, rạch gây ra những vấn đề ô nhiễm môi trường

nước, cản trở giao thông đường thuỷ, …

1.1.2 Các ứng dụng của vỏ trấu

Sử dụng làm chất đốt

Vỏ trấu có thể được sử dụng trực tiếp làm chất đốt trong các lò đốt công nghiệp và nhà

máy phát điện. Hoặc một cách gián tiếp, qua các công đoạn chế biến, xử lý thành các

dạng nhiên liệu rắn, lỏng hoặc khí có thể sử dụng được trong công nghiệp. Bảng 1.2 so

sánh nhiệt trị và chi phí của một số nhiên liệu thông dụng. Có thể thấy rằng, 1kg trấu

khi đốt sinh ra 3300 Kcal bằng 1/3 năng lượng được tạo ra từ dầu nhưng giá lại thấp

hơn đến 25 lần.

Đốt trực tiếp vỏ trấu

Từ lâu, vỏ trấu đã là một loại chất đốt rất quen thuộc với bà con nông dân, đặc biệt là

bà con nông dân ở vùng đồng bằng sông Cửu Long. Chất đốt từ vỏ trấu được sử dụng

rất nhiều trong cả sinh hoạt (nấu ăn, nấu thức ăn gia súc) và sản xuất (làm gạch, sấy

lúa). Người dân ở nông thôn đã thiết kế một dạng lò chuyên nấu nướng với chất đốt là

trấu. Lò này có ưu điểm là: lửa cháy rất nóng và đều, giữ nhiệt tốt và lâu. Lò trấu hiện

nay vẫn còn được sử dụng rộng rãi ở nông thôn. Hình 1.3 – 1.5 thể hiện một số lò đốt

dùng trấu ở nông thôn.

6

Gần đây Công ty Xi măng Holcim đã triển khai công nghệ phun và đốt trấu trực tiếp

cho các lò nung xi măng của Công ty, và phần tro thu được cũng được trộn vào xi

măng đề nâng cao chất lượng của xi măng.

Bảng 1. 2 So sánh nhiệt trị và chi phí của một số nhiên liệu [4]

Giá Nhiệt trị

Hiệu suất

lò

Tiêu thụ

nhiên liệu

Chi phí

hơi nƣớc

US$/kg Kcal/kg %

Kg/tấn hơi

nước US$/tấn

Diesel 0,988 10.200 87 62 61,3

Banker C 0,542 9.900 85 64 34,7

LPG 0,439 11.900 92 53 23,3

NG 0,222 7000 92 68 15

Mùn cưa 0,042 3800 75 189 7,9

Gỗ vụn 0,031 2800 70 275 8,5

Vỏ trấu 0,036 3300 75 211 7,6

Than 0,076 5500 80 123 9,3

TS. Phạm Văn Lang và nhóm nghiên cứu thuộc Viện Cơ điện Nông nghiệp và Công

nghệ sau thu hoạch đã nghiên cứu thành công công nghệ đốt trực tiếp vỏ trấu nhằm

mục đích cung cấp năng lượng cho nhà máy phát điện [5]. Theo tính toán của nhóm

nghiên cứu, để sản xuất ra 1kWh điện chỉ cần khoảng 3-4 kg chất thải là phụ phẩm

nông nghiệp. Như vậy, mỗi năm cả nước cũng có thể sản xuất ra 3,8-4 triệu MWh điện

và khả năng phát nhiệt cũng có thể đạt 11-12 triệu MWt. Tuy giá thành sản xuất điện

từ công nghệ này cao hơn thuỷ điện, song theo đánh giá của các nhà khoa học thì giá

thành trên vẫn còn rẻ hơn rất nhiều so với các nguồn nguyên liệu hoá thạch (khoảng

10-30%) và giúp giảm bớt ô nhiễm môi trường. Kết quả nghiên cứu đã được triển khai

ở quy mô công nghiệp ở Long An, Kiên Giang, Thành phố Hồ Chí Minh và Gia Lai

với công suất 50kW.

Tuy nhiên, việc đốt trực tiếp trấu để sinh năng lượng vẫn chưa được triển khai ở quy

mô lớn vì hai nhược điểm nêu trên của vỏ trấu.

Các công nghệ chế biến xử lý trấu thành các dạng nhiên liệu khác

(a) Ép trấu thành củi trấu

Công nghệ ép đùn được sử dụng để ép vỏ trấu thành “củi trấu” – là một loại nhiên liệu

đã được sản xuất và được thị trường chấp nhận tại Việt Nam. Công nghệ này được

phát triển đầu tiên bởi Viện AIT, Thái Lan [6] và đã được triển khai bởi nhiều đơn vị

tại Việt Nam như Viện Năng Lượng, Đại học Cần Thơ, Công ty Nhiên liệu Sinh học,

… Theo công nghệ này, vỏ trấu được gia nhiệt đến khoảng 320oC bởi 3 thiết bị gia

nhiệt công suất 3KWh và được ép bởi vít (screw-press) qua một đầu đùn (die) tạo

thành các thanh (củi trấu) có tiết diện hình vành khuyên với kích thước đường

kính 73 mm, chiều dài 0,5 - 1m. Khối lượng riêng của sản phẩm tăng đáng kể (>1000

kg/m3).

7

Hình 1. 3: Một số lò đốt trấu ở vùng nông thôn

Hình 1. 4: Trấu sử dụng để nấu thức ăn trong chăn nuôi

Hình 1. 5: Trấu được sử dụng để đốt lò trong sản xuất gạch

8

Công suất mô tơ điện để chạy máy là 20HP. Điện năng tiêu thụ trung bình cho 1 kg

sản phẩm củi trấu là 0,18KWh (tương đương 0,648 MJ hoặc 155 kcal) cho quy mô sản

xuất khoảng 90 kg sản phẩm/h. Hình 1.6 thể hiện thiết bị đùn ép củi trấu và sản phẩm

củi trấu.

Hình 1. 6 Thiết bị ép đùn củi trấu và sản phẩm củi trấu

Bên cạnh ưu điểm là công nghệ đơn giản và sản phẩm củi trấu có khối lượng riêng

tăng đáng kể so với vỏ trấu, thì công nghệ này có những mặt hạn chế như năng suất

thấp (tối đa 160 - 200 kg sản phẩm/h); vít ép dễ bị mài mòn và phải bảo dưỡng hoặc

thay thế trong thời gian ngắn (trung bình sau 12 – 20h vận hành phải bảo dưỡng / thay

thế vít ép mới) và tiêu tốn khá nhiều năng lượng do chế độ cài đặt nhiệt độ cao. Ngoài

ra sản phẩm củi trấu khó cháy, khó sử dụng trong các lò đốt nạp liệu tự động và khó

bảo quản (khi gặp nước củi trấu sẽ bị mục ngay lập tức).

(b) Nhiệt phân trấu thành nhiên liệu lỏng và khí

Trên thế giới, việc nhiệt phân/khí hoá (pyrolysis/gasification) các nhiên liệu sinh khối

đã được sử dụng hơn 100 năm nay và ngày nay công nghệ này hầu như vẫn còn

nguyên giá trị. Khí từ hệ thống khí hóa sinh khối có thể dùng làm nhiên liệu cho các

động cơ đốt trong, các lò hơi, các máy phát điện …

9

Các kỹ thuật chủ yếu của công nghệ nhiệt phân như sau: sinh khối được nung nóng,

các thành phần của nó thay đổi khi các chất bốc được tách ra và chuyển thành thể khí,

quá trình này gọi là khí hóa nếu nó xảy ra trong điều kiện môi trường ôxy hóa lý

tưởng, và là quá trình nhiệt phân nếu như xảy ra trong môi trường không có hoặc có

rất ít tác nhân ôxy hóa. Tác nhân ôxy hóa có thể là ôxy, khí trời, hoặc nước và ôxy

(không khí ẩm). Quá trình khí hóa xảy ra theo phương trình nhiệt hóa học sau đây:

C + CO2 = 2CO

C + H2O = CO + H2 ở 800 - 850 C0

Khí sản sinh ra bao gồm các thành phần CO, H2,… là hỗn hợp khí cháy, dễ dàng sử

dụng làm nhiên liệu cho các thiết bị khác như lò hơi, lò đốt, động cơ,… Do ở thể khí,

việc đốt cháy sản phẩm khí hoá cho hiệu suất rất cao, cao hơn 3 - 4 lần so với việc đốt

trực tiếp sinh khối.

Ngày nay, trấu được xem là nguồn nhiên liệu tái tạo, việc sử dụng các sinh khối loại

này đang được nhiều quốc gia trên thế giới khuyến khích. Các kỹ thuật đã được cải

tiến và phát triển, đáp ứng được các yêu cầu khắt khe về môi trường với hiệu quả kinh

tế cao. Các nhà máy sản xuất điện sử dụng công nghệ này đã được xây dựng và vận

hành thành công ở nhiều nước lân cận như Thái Lan, Malaysia. Hình 1.7 mô tả mô

hình công nghệ khí hóa trấu trong một nhà máy để sản xuất điện và nhiệt

(cogeneration).

Hình 1. 7 Mô hình hệ thống khí hóa phát điện sử dụng vỏ trấu [7]

Một nhà máy phát điện dùng trấu làm nhiên liệu với quy mô lớn đầu tiên sẽ được xây

dựng tại tỉnh Cần Thơ thuộc khu vực Đồng bằng Sông Cửu Long, nơi có sản lượng

trấu rất dồi dào. Theo dự kiến, nhà máy có công suất phát điện lên đến 10MW, được

công ty Nippon Mining Research & Technology (Nhật Bản) đầu tư với chi phí khoảng

15 triệu USD, sử dụng công nghệ nhiệt phân / khí hoá hiện đại của Nhật Bản. Với

công suất này, mỗi ngày nhà máy sẽ tiêu thụ khoảng 240 tấn trấu, điện năng sản xuất

ra được bán trực tiếp lên lưới điện. Hàng năm, ước tính doanh số bán điện sẽ vào

khoảng 5 triệu USD.

10

Các ứng dụng khác của vỏ trấu

Sử dụng làm vật liệu xây dựng

Vỏ trấu nghiền mịn và có thể được trộn với các thành phần khác như mụn dừa, hạt

xốp, xi măng, phụ gia và lưới sợi thuỷ tinh. Trọng lượng của vật liệu nhẹ hơn gạch xây

thông thường khoảng 50% và có tính cách âm, cách nhiệt và không thấm nước cao.

Đây là vật liệu thích hợp với các vùng như miền Tây, miền Trung bị ngập úng, lũ lụt

và nền đất yếu. Sau khi sử dụng có thể nghiền nát để tái chế lại.

Hiện nay, ở nước ta đã có một số công ty sản xuất thương mại loại vật liệu này ứng

dụng vào thực tế. Công ty Lâm Mai sau hơn 7 năm nghiên cứu và thử nghiệm nhiều

lần, đã ra sản xuất thành công sản phẩm vật liệu xây dựng nhẹ không nung được làm

từ vỏ trấu, bã mía, vỏ dừa…. Sản phẩm được dùng làm tấm tường, sàn, trần và mái

nhà. Nhóm nghiên cứu của Khoa Vật liệu Xây dựng của Trường ĐH Xây dựng Hà Nội

đã chế tạo thành công gạch xốp cách nhiệt dùng xây nhà cao tầng, với nguồn nguyên

liệu là vỏ trấu, sơ dừa, tro, mùn cưa, xốp Polystyron, bã thải trong sản xuất đường...

Sử dụng tro trấu sản xuất ôxyt silic

Tro của trấu sau khi đốt cháy có hơn 80% là silic oxyt. Ôxyt silic là chất được sự dụng

khá nhiều trong nhiều lĩnh vực như xây dựng, thời trang, luyện thủy tinh….Vấn đề tận

dụng ôxyt silic trong vỏ trấu hiện đang đưọc rất quan tâm, mục đích là thu được tối đa

lượng silic với thời gian ngắn. Các nhà nghiên cứu thuộc Viện Nghiên cứu khoa học

(IISc) của bang Bangalor, Ấn Độ đã thành công trong việc tách silic oxit từ vỏ trấu để

cung cấp cho các nhu cầu công nghiệp và dược phẩm.

Thông thường, silic oxit được chiết tách từ cát nóng chảy ở nhiệt độ cao. Quá trình này

tiêu tốn nhiều năng lượng và chi phí đầu tư lớn. Theo công nghệ mới, quá trình tách

silic oxit được tiến hành theo các công đoạn sau:

- Vỏ trấu được đốt thành tro, sau đó lấy tro này hoà với xút (NaOH) trong một

thiết bị phân hủy để tạo ra natri silicat.

- Sục khí CO2 vào dung dịch natri silicat thu được để tạo ra natri bicacbonat

và silic oxit. Lọc, tách để thu silic oxit.

- Natri bicacbonat được xử lý bằng canxi hyđroxit để tạo ra canxi cacbonat và

xút. Xút được tuần hoàn trở lại thiết bị phân hủy.

Quá trình này còn tạo ra một lượng nhỏ cacbon. Lượng cacbon này có thể được hoạt

hóa bằng hơi nước và sau đó được sử dụng trong các nhà máy xử lý nước.

Đây là một công nghệ thân thiện với môi trường, trong đó tất cả các hóa chất đều

được tái sử dụng. Hiện nay, ABETS (Hội các công nghệ năng lượng tiên tiến từ bã thải

sinh học) đang dự định lắp đặt một nhà máy sản xuất silic oxit từ vỏ trấu tại một cơ sở

ở Andhra Paradesh. Ngoài ra, Nhật Bản, và một số nước có trồng lúa đã tỏ ra quan tâm

đến công nghệ này.

Các nhà máy có công suất 5 - 20 tấn/ ngày có thể được lắp đặt cạnh các nhà máy

phát điện nhỏ và nhà máy đồng phát điện. Nếu làm được điều này, thì có thể thu hồi lại

vốn đầu tư trong vòng 4 năm và công nghệ này có tiềm năng ứng dụng ở các nước

trồng lúa trên toàn thế giới.

11

Ở Việt Nam, đã có đề tài nghiên cứu tổng hợp vật liệu MCM-41 với nguồn oxit silic

được điều chế từ vỏ trấu nhằm mục đích nâng cao khả năng sử dụng của vỏ trấu và hạ

giá thành vật liệu mao quản trung bình. Các mẫu MCM-41 tổng hợp có cấu trúc lục

lăng đều đặn, diện tích bề mặt cao. Oxit silic được điều chế từ vỏ trấu có thể thay thế

các alkoxit thương mại đắt tiền để tổng hợp các vật liệu mao quản trung bình khác.

Sản xuất than hoạt tính từ vỏ trấu

Than hoạt tính có rất nhiều ứng dụng trong cuộc sống và trong công nghiệp như lọc

nước, khử mùi, làm sạch khí, làm chất mang xúc tác, thậm chí làm xúc tác. Nguyên

liệu sản xuất than hoạt tính thì rất nhiều và sẵn có tại nước ta như : Sọ dừa, mùn cưa,

vỏ trấu…, để sản xuất than hoạt tính từ vỏ trấu người ta có quy trình chia làm hai giai

đoạn sau đây:

- Hoá than trấu ở nhiệt độ khoảng 450 – 520 oC

- Hoạt hoá than trấu bằng hơi nước trên 700 oC, với tỉ lệ hơi/than 0,009 –

0,3% trong khoảng 1,0 đến 2,0 giờ. Than hoạt tính thu được sẽ có bề mặt

riêng khoảng 276,68 m2/g.

Ép trấu thành ván ép

Công nghệ này đã được ứng dụng từ khá lâu. Theo đó, trấu được nghiền mịn, trộn với

keo (urea-formaldehyde; phenol-formaldehyde) và ép thành ván tỷ trọng trung bình

(MDF). Một công nghệ khác khá tương đồng là công nghệ sản xuất nhựa trấu, trong đó

thành phần nhựa polyolefin chất lượng cao được trộ vào đến 30 – 40% khối lượng.

Như vậy có thể tạm kết luận rằng trấu có thể được ứng dụng rất đa dạng trong đời sống

của con người Việt Nam. Trấu có ưu thế rất lớn về nguồn nguyên liệu và giá thành nên

việc nghiên cứu sử dụng trấu vào sản xuất luôn mang lại hiệu quả kinh tế cao và tiết

kiệm chi phí. Thực tế hiện nay ở khu vực đồng bằng sông Cửu Long lượng trấu rất dồi

dào, nên cần lưu ý tăng cường việc nghiên cứu ứng dụng nguồn nguyên liệu này nhằm

mở rộng khả năng sử dụng trấu vừa tiết kiệm chi phí sản xuất, vừa có lợi cho môi

trường. Sự phát triển của khoa học kỹ thuật làm cho phạm vi ứng d

. Chỉ một phần nhỏ vỏ trấu được

sử dụng, các nghiên cứu thành công chưa được đưa vào ứng dụng rộng rãi. Riêng khu

vực đồng bằng sông Cửu Long nơi có tiềm năng vỏ trấu lớn nhất cả nước các nhà máy

phát điện vẫn chưa được triển khai. Các cơ sở xây xát thường không có đủ kho bãi để

chứa, nên đã tuồn vỏ trấu ra các kênh rạch, sông ngòi, hoặc phải tốn chi phí không nhỏ

để xử lý do không có nơi để tiêu thụ lượng vỏ trấu khổng lồ không được sử dụng hết.

trường gây ô nhiễm nguồn nước, hại rau màu đặc biệt nguy hại đến ngành nuôi trồng

thủy sản. Vì thế việc xử lý vỏ trấu hiện nay đang là một thách thức lớn.

1.2 Plastic

1.2.1 Plastic trong rác thải rắn

12

–

: PE, PP, PVC, PET, PS là các loại p

, ở Việt Nam thì

những công việc này đư

.

Theo số liệu thống kê, năm 2006 tại TP Hồ Chí Minh có 1,9 triệu tấn rác (cả nước 16

triệu tấn) được thải r

-

-

[8]. Các

sản phẩm plastic kể trên chủ yếu được sản xuất từ các loại nhựa PE, PP, PS, … có tuổi

thọ rất lớn và rất khó tự phân hủy, nhưng biện pháp xử lý chủ yếu tại các bãi rác là đốt

bỏ hoặc chôn lấp, làm phát sinh một số vấn đề như: lãng phí về năng lượng, ô nhiễm

môi trường do mùi hôi và nước rỉ ra từ các bãi rác, làm quá tải quỹ đất chô

, cần

nghiên cứu hướng xử lý plastic sao cho có lợi về môi trường đồng thời cũng tận dụng

được giá trị của nó.

Các loại chất thải rắn cũng chứa năng lượng đáng kể, trong đó plastic chứa năng lượng

cao nhất. Năng lượng chứa trong rác thải rắn được trình bày trong Bảng 1.3.

Hình 1.8 chụp tại bãi rác Quận Tân Bình TP. Hồ Chí Minh, cho thấy chất thải plastic

cũng chiếm một số lượng lớn trong thành phần rác thải.

Bảng 1. 3 Năng lượng chứa trong chất thải rắn

Loại rác thải Nhiệt trị

(KJ/kg)

Thức ăn 4.652

Giấy 16.747

Carton 16.282

Plastic 32.563

Vải 17.445

Cao su 23.260

Da 17.445

Gỗ 18.608

Thủy tinh 140

Rác thải rắn đô thị nói chung 11.630

13

Hình 1. 8: Hình chụp rác thải ở bãi rác tại Quận Tân Bình

1.2.2 Các hướng xử lý chất thải plastic

Các chất thải plastic không thể tái chế

Đốt bỏ [9]

Phương pháp này có những ưu điểm như nhanh, gọn, không cần phải vận chuyển chất

thải plastic đi xa, mà có thể đốt ngay tại bãi rác. Năng lượng sinh ra có thể được thu

hồi trong các ứng dụng như phát điện, gia nhiệt lò hơi. Đây là phương pháp bắt buộc

đối với các chất thải plastic được sử dụng trong y tế. Hạn chế lớn nhất của phương

pháp này là quá trình đốt chất thải plastic sẽ sinh ra các chất khí độc hại chứa Cl

(dioxin, …), NOx , SOx , CO …. và tro còn có thể chứa các kim loại nặng, có thể gây ô

nhiễm môi trường nếu các biện pháp kiểm soát quá trình đốt, xử lý khí thải không đảm

bảo. Ngoài ra trong quá trình đốt rác tuy thu được nguồn năng lượng tỏa ra từ plastic

và rác thải nói chung, nhưng hiệu suất suất thu hồi không cao do đó đây là quá trình

vừa không hiệu quả về kinh tê, vừa gây ô nhiễm môi trường.

14

Chôn lấp

Phương pháp này là phương pháp đơn giản và rẻ tiền nhất được sử dụng rộng rãi tại

Việt Nam - do số lượng rác thải ngày càng lớn ở Việt Nam nói chung và ở Thành phố

Hồ Chí Minh nói riêng, trong khi vẫn còn nhiều các hạn chế về công nghệ thu hồi và

xử lý rác thải - đối với cả chất thải rắn đô thị nói chung.

Việc đào hố, dồn rác xuống, lấp đất... xem ra có vẻ rẻ tiền, nhưng với lượng rác thải

không nhỏ (hiện tại, khoảng 6.000 tấn/ngày) và theo quy trình công nghệ, đất của bãi

rác sẽ không dùng được vào việc nào khác trong vòng 30 đến 50 năm. Đó là chưa kể,

lấp rác xong mà hàng năm vẫn phải giám sát (trong khoảng từ 20 - 25 năm), thì số

kinh phí sẽ là đáng kể.

Hiện nay, việc tìm ra được những diện tích đất còn trống để làm bãi rác cũng đã không

đơn giản chút nào, trong khi các bãi rác đã có của Thành phố Hồ Chí Minh đều đang

trong tình trạng quá tải. Thực tế các bãi chôn lấp rác đã hoạt động tại Tp. HCM như

Gò Cát, Đông Thạnh, … mặc dù đã đóng cửa nhưng vẫn gây ra những vấn đề về nước

rỉ rác (hàng ngàn m3 mỗi ngày) ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường và đời sống

người dân xung quanh.

.

Các phương pháp tái chế chất thải plastic

Tính chất của các sản phẩm nhựa bị ảnh hưởng rất lớn của thời gian. Sau khoảng thời

gian sử dụng nhất định, các tính chất này không còn đảm bảo được yêu cầu cho hoạt

động / chức năng sử dụng của sản phẩm. Việc tái chế các sản phẩm nhựa không còn

khả năng sử dụng là một trong những động thái đảm bảo tiêu thụ bền vững cho xã hội.

Một cách trực tiếp, việc tái chế này sẽ tiết kiệm được nguyên liệu hạt nhựa và giúp

giảm đáng kể thể tích chất rắn cần xử lý. Có những phương pháp tái chế chất thải

plastic chính như sau :

Phương pháp tái chế cơ học [9]

Đây là phương pháp thường được áp dụng để xử lý các rác thải từ plastic nhằm mục

đích chuyển chúng thành các nguyên liệu thứ cấp để tái sử dụng lại, nhưng không phải

tất cả các loại plastic đều được tái chế theo phương pháp này, thông thường chỉ có 4

loại plastic thường được tái chế:

Polyethylene (PE), bao gồm cả HDPE, LDPE, LLDPE.

Polypropylene (PP)

Polystyrene (PS)

Polyvinyl chloride (PVC)

Để tiện cho việc phân loại nhựa khi tái sinh, các nhà sản xuất các sản phẩm bao bì

nhựa hiện nay sử dụng ký hiệu riêng cho từng loại sản pham nhựa và đánh số thứ tự từ

1 – 7, đặc trưng cho hầu hết các loại nhựa. Bảng phân loại được trình bày như sau:

15

Bảng 1. 4 Mã số ký hiệu và mục đích sử dụng của một số loại nhựa thông dụng

Vật liệu Kí hiệu và mã

số Mục đích sử dụng

% KL nhựa sử

dụng cho bao

gói

Polyetilen

terephtalat 1- PETE

Chai nước giải khát, bao

bì, thực phẩm 7

Hight- density PE 2-HDPE Chai sữa, bình đựng chất

tẩy rửa, túi sách … 31

Polyvinyl clorua 3 - PVC Hộp đựng thức ăn, ống

nhựa … 5

Low-density PE 4 - LDPE Bao bì nylon, tấm lót, các

vật liệu dạng màng khác 33

Polypropylen 5 - PP Thùng, hộp, sọt, rổ 10

Polystyren 6 - PS Ly, đĩa, khuôn đúc,… 10

Các loại khác 7 – nhựa khác Nhựa hỗn hợp 4

Theo phương pháp này, chất thải plastsic được thu gom trong các bãi rác cùng với các

loạ . Các chất thải plastic có thể tái chế được phân loại và sau đó được tiếp

tục phân loại thành những loại khác nhau như: PET, HDPE, LDPE, PP, PVC, … hoặc

có khi chúng cũng được phân loại thành các màu khác nhau, làm sạch, gia nhiệt thêm

các phụ gia để tăng cường các tính chất đã mất đi trong quá trình sử dùng, bị oxyhoa,

biến tính nhiệt, do bức xạ, … sau đó được đùn ép tạo hạt, thường được gọi là nhựa tái

sinh. Quy trình tái chế cơ học chất thải plastic được trình bày trong Hình 1.9.

Hình 1. 9: Quy trình tại chế nhựa theo phương pháp cơ học

. Các cơ

sở tái chế chất thải plastic tại Việt Nam thường chỉ thực hiện một hoặc hai công đoạn

trong các công đoạn nêu trên. Bên cạnh đó, máy móc thiết bị sử dụng đều đã cũ và lạc

hậu. Nhiều thiết bị máy móc đã sử dụng hàng chục năm và chủ yếu vận hành bằng sức

người. Đối với một số cơ sở có quy mô (ngành tái chế nhựa có cơ sở thuộc quy mô

lớn) và sản xuất một số mặt hàng cao cấp thì công nghệ tương đối hiện đại. Những cơ

sở này đã đầu tư thiết bị mới sản xuất trên cơ sở kết hợp giữa nguyên liệu tái chế và

16

nguyên liệu chính phẩm nhằm giảm giá thành sản phẩm, nhưng vẫn đảm bảo yêu cầu

về chất lượng.

Phương pháp tái chế hóa học [11]

Tái chế plastic theo phương pháp hóa học dựa trên sự phân hủy các polymer bằng

nhiệt, hóa chất hoặc chất xúc tác, để tạo ra một loạt các sản phẩm đa dạng từ các

monomer đến hỗn họp các hợp chất mà có thể được ứng dụng làm nguồn nguyên liệu

cho ngành công nghiệp hóa chất hoặc làm nhiên liệu. Tùy theo mục đích mà quá trình

tái chế hóa học có thể được phân thành ba loại chính sau:

1. Tái chế để làm nhiên liệu (xăng, khí hóa lỏng, dầu diesel)

2. Tái chế để thu hồi các monomer

3. Tái chế để sản xuất các hóa chất công nghiệp.

Tùy thuộc vào khả năng tái chế của các loại plastic, các thành phần và trọng lượng

phân tử mong muốn của sản phẩm, mục đích sử dụng ở trên, mà có nhiều phương pháp

tái chế hóa học được áp dụng. Hình 1.10 trình bày các phương pháp tái chế hóa học,

được tóm tắt dưới đây.

Hình 1. 10: Các quá trình tái chế hoá học [11]

Hydro hóa plastic

Hydro hóa plastic là quá trình bẻ gãy các mạch polymer dưới tác dụng của nhiệt độ với

sự hiện diện của hydro, quá trình hydro hóa thường tạo ra sản phẩm có độ bão hòa cao,

tránh được sự có mặt của các olefin trong sản phẩm lỏng, vì vậy có thể sử dụng làm

nhiên liệu mà không cần phải xử lý thêm, hơn nữa quá trình hydro hóa còn tách các dị

nguyên tử trong plastic như Cl, S, N, dưới dạng các chất bay hơi. Nhưng quá trình

hydro hóa cũng có một số bất lợi, chủ yếu là do giá thành của hydro và cần phải tiến

hành dưới áp suất cao. Hầu hết các quá trình hydro hóa đều cần đến chất xúc tác lưỡng

chức năng để thúc đẩy hydro tham gia phản ứng, chất xúc tác điển hình thường dùng là

các kim loại chuyển tiếp như Pt, Ni, Mo, Fe, trên chất mang là các acid rắn như

alumina, zeolite hoặc các silica-alumina vô định hình.

Xử lý bằng nhiệt

Là quá trình bẻ gãy mạch polymer bằng nhiệt độ trong môi trường khí trơ, để phân

tách các polymer, cắt các mạch polymer dài tạo thành các polymer mạch ngắn, tạo

17

thành các monomer như ethylene, propylene……. Hoặc dùng để tạo thành nhiên liệu

lỏng như là dầu mỏ, hoặc trong những điều kiện đặc biệt có thể tạo thành khí tổng hợp.

Sản phẩm tạo thành tùy vào điều kiện nhiệt độ, áp suất của quá trình nhiệt phân. Khi

nung rác Plastic ở nhiệt độ 400-4500C ở áp suất 100 bar sẽ thu được hỗn hợp nhiên

liệu lỏng (synthetic crude oil).

Xử lý polymer bằng nhiệt thường chỉ được áp dụng trong một số các trường hợp, vì

quá trình này thường tạo ra một hỗn hợp sản phẩm phức tạp, tỉ lệ và thành phần phụ

thuộc vào rất nhiều yếu tố như: cấu tạo của polymer, điều kiện phản ứng, loại và chế

độ hoạt động của thiết bị phản ứng…Hình 1.11 trình bày quá trình nhiệt phân và hydro

hóa plastic.

Hình 1. 11: Quy trình Veba Oel - nhiệt phân và hydro hoá chất thải plastic [12]

Khí hóa plastic

Khí hóa là quá trình oxy hóa một phần các vật liệu có chứa cacbon ở nhiệt độ cao 1200

– 1500 oC với tổng lượng O2 hay hơi nước được kiểm soát. Hỗn hợp khí tạo thành có

thành phần chủ yếu là CO và H2, hay còn được gọi là khí tổng hợp vì có nhiều ứng

dụng trong các quá trình tổng hợp hóa học như: sản xuất metanol, ammonia hoặc axit

acetic. Ngoài ra nó có thể được đốt trực tiếp trong các động cơ đốt trong hoặc được

chuyển đổi theo qui trình Fischer-Tropsch thành nhiên liệu tổng hợp.

Khí hóa là phương pháp hiệu quả để xử lý các chất thải polymer, nó có một số thuận

lợi như: không cần nhất thiết phải phân polymer thành các loại riêng biệt, cũng có thể

là hỗn hợp plastic và các chất thải rắn khác. Hiện nay khí hóa cũng được ứng dụng như

là một kỹ thuật để xử lý chất thải rắn. Hình 1.12 trình bày quy trình Texaco để khí hóa

plastic.

Khử polymer bằng hóa chất

Trong quá trình khử polymer, các polymer bị phân hủy thành các monomer riêng lẻ

bằng các loại hóa chất khác nhau. Các monomer được tạo thành có tính chất tương tự

như các monomer ban đầu để tạo thành polymer, vì vậy nếu plastic được tạo thành từ

hai loại monomer đó (monomer tái sinh và monomer mới) sẽ có các đặc tính và chất

lượng như nhau.

18

Hình 1. 12: Quy trình Texaco – khí hoá plastic [12]

Quá trình khử polymer bằng hóa chất thường được áp dụng cho các polymer được tạo

thànhtừ phản ứng trùng ngưng như: polyester, polyacetals, polyamides, các polymer

này thường chiếm khoảng 15% tổng số chất thải plastic. Tùy thuộc vào hóa chất sử

dụng để bẻ gãy polymer, mà có các quá trình khử khác nhau như: glycolysis,

metanolysis, hydrolysis, ammonolysis. Hình 1.13 trình bày quy trình tái chế nhựa PET

Hình 1. 13: Quy trình tái chế nhựa PET [13]

19

Cracking xúc tác

Cracking xúc tác là quá trình bẻ gãy mạch polymer bằng sự kết hợp của 2 yếu tố là

nhiệt độ và chất xúc tác.

So với cracking polymer bằng nhiệt độ, thì quá trình cracking polymer với sự tham gia

của chất xúc tác có một số thuận lợi, chẳng hạn như: có thể tiến hành ở nhiệt độ thấp

hơn vì vậy đòi hỏi về mặt năng lượng cũng thấp hơn, tốc độ phản ứng diễn ra nhanh

hơn vì có năng lượng hoạt hóa thấp hơn. Việc sử dụng chất xúc tác cũng làm nâng cao

chất lượng và khả năng chọn lựa sản phẩm, tỉ lệ các sản phẩm có thể được thay đổi và

kiểm soát bằng việc lựa chọn xúc tác sử dụng.

Những thuận lợi trên cho thấy cracking xúc tác là phương pháp rất có tiềm năng, có

thể được ứng dụng để chuyển hóa các plastic phế thải thành các sản phẩm có giá trị.

Tuy nhiên quá trình này cũng có một số nhược điểm, chủ yếu là việc xúc tác bị mất

hoạt tính do sự có mặt của các tạp chất gây đầu độc xúc tác như S, Cl, N, các kim loại,

gây trở ngại cho việc tái sinh và tái sử dụng xúc tác. Vì vậy quá trình này thường chỉ

áp dụng cho các polyolefinic như PE, PP…, có độ tinh khiết cao, đòi hỏi phải qua một

số công đoạn xử lý trước để loại bỏ các tạp chất gây ảnh hưởng đến chất xúc tác.

Có nhiều loại xúc tác được sử dụng trong quá trình này, ví dụ như xúc tác Friedel –

Crafts, xúc tác acid rắn, xúc tác rắn lưỡng chức năng ….Xúc tác được sử dụng hầu hết

trong các quá trình cracking plastic là các acid rắn, chủ yếu là alumina, alumina –

silica vô định hình, và zeolites.

Thực tế thì phương pháp tái chế hóa học ở nước ta chỉ mới dừng lại ở mức độ nghiên

cứu, mà chưa được triển khai ứng dụng nhiều do công nghệ phức tạp, tốn kém.

Tái chế thu hồi năng lượng

Khi chất thải plastic được tái chế sử dụng nhiều lần, mất dần các tính chất cơ lý của

nó, cuối cùng chúng cũng phải kết thúc quá trình sử dụng của mình nhưng vẫn còn

hữu ích để chuyển hoá thành dạng năng lượng sử dụng. Do plastic chủ yếu được sản

xuất từ dầu mỏ và khí thiên nhiên, vì vậy trong thành phần của plastic có chứa nhiệt

lượng tương đối lớn. Khi đốt cháy plastic không những thu được nguồn năng lượng

này mà còn sẽ giảm lượng rác thải thay vì thông thường phải chôn dưới lòng đất gây ô

nhiễm môi trường. Hình 1.14 biểu diễn nhiệt trị của một số dạng nhiên liệu, nhựa và

rác thải.

Như đã nói ở trên, trong quá trình đốt plastic tạo ra năng lượng, trong plastic có nhiều

thành phần khác nhau, đặc biệt là PVC, khi đốt sẽ tạo ra các chất khí gây ô nhiễm tới

môi trường không khí, ảnh hưởng đến sức khỏe của con người như SO2, CO2, CO,

HCl, Dioxin ….. Vì vậy cần thực hiện công đoạn xử lý nguyên liệu trước để loại bỏ

các khí độc hại sinh ra trong quá trình đốt. Một trong những cách làm là loại bỏ PVC

khỏi chất thải plastic. Điều này có thể được thực hiện bằng cách phân loại trong nước :

PVC có tỷ trọng lớn hơn nước nên sẽ chìm xuống, trong khi các loại nhựa khác đều

nhẹ hơn nước sẽ nổi lên trên.

Việc thu hồi năng lượng từ chất thải plastic được đánh giá là một trong những phương

án kinh tế nhất và có ảnh hưởng tích cực nhất đối với môi trường trong số các phương

án xử lý chất thải plastic. Bên cạnh đó, phương pháp tái chế thu hồi năng lượng còn có

20

ưu điểm là công nghệ đơn giản, dễ thực hiện. Theo phương án này, chất thải plastic

được ép, nén thành khối có hình dạng mong muốn, sau đó được vận chuyển đến sử

dụng tại các địa chỉ có nhu cầu như một loại nhiên liệu rắn, ví dụ như

, n

, hoặc cung cấp năng lượng cho các lò hơi để sản xuất hơi nước, hoặc sử

dụng làm nhiên liệu thay cho các nhiên liệu truyền thống khác như than đá, gỗ ….

Hình 1. 14: Nhiệt trị của một số nhiên liệu và chẩt thải [13]

. Về bản chất, theo phương pháp này, chất thải

plastic được nén tại áp suất cao hoặc đùn ép tạo thành viên. Cả hai quy trình trên đều

đơn giản và dễ ứng dụng vào thực tế.

Tại Việt Nam, việc xử lý, chế biến tận dụng chất thải rắn nói chung và chất thải plastic

sinh hoạt nói riêng còn có một số khó khăn từ việc thu gom, phân loại, cho đến các

công nghệ đốt, xử lý hiện đại còn chưa được ứng dụng và triển khai trong thực tế ở

quy mô lớn. Một số thành tựu đạt được trong xử lý chất thải rắn / chất thải plastic sinh

hoạt tại Việt Nam được tóm tắt dưới đây:

- Quy trình xử lý rác thải sinh hoạt Seraphin của Công ty cổ phần Công nghệ Môi

trường Xanh. Công nghệ này hiện chủ yếu dùng rác thải hữu cơ để để sản xuất

21

phân hữu cơ compost, còn phần rác thải plastic đang được nghiên cứu để tạo

thành các sản phẩm như pallete, thùng đựng rác, hay bát đựng nhựa cao su.

- Công nghệ chế tạo nhựa polyester không no cho vật liệu composite từ nhựa

PET phế thải được phát triển bởi Viện Vật Liệu Xây Dựng với ứng dụng làm

các dải phân cách cứng trên đường, hoặc làm cốp pha trong xây dựng...

1.3 Nhiên liệu rắn

Từ các thành phần có thể đốt được trong chất thải sinh hoạt : giấy, plastic, gỗ, vải, có

nhiều phương pháp để làm ra nhiên liệu rắn (refuse derived fuel – RDF). Ví dụ có thể

nén giấy thải trong rác thải sinh hoạt tại áp suất rất cao thành một bánh nhiên liệu rắn

tỷ trọng lớn [14]. Nói chung để sản xuất được nhiên liệu rắn từ các nguồn chất thải kể

trên, về nguyên tắc, cần phải thực hiện một quá trình nén ép làm giảm thể tích của chất

thải, qua đó đạt được hiệu quả trong vận chuyển. Bên cạnh đó, RDF chứa năng lượng

trong một đơn vị thể tích cao hơn so với chất thải bình thường [15].

Phương pháp phổ biến nhất là ép thành viên tại nhiệt độ cao với hàm lượng ẩm được

khống chế nghiêm ngặt. Sản phẩm thu được bằng phương pháp này có khối lượng

riêng trong khoảng 0.4 – 0.7g/cm3. Một phương pháp đang được quan tâm nghiên cứu

là đùn ép với thiết bị đùn piston. Nói chung hạn chế của các phương pháp này là chỉ

thực hiện được với chế độ sản xuất theo mẻ và áp suất cần thiết khá cao, có thể lên tới

100 MPa. Ngoài ra, nếu áp lực không đủ thì chất thải dễ bị rời ra, còn nếu áp suất nén

quá cao thì sản phẩm thu được rất khó cháy.

Nhiên liệu rắn RDF có thể được vận chuyển và tồn trữ dễ dàng và có thể được đốt trực

tiếp hoặc đốt cùng than trong các nhà máy nhiệt điện, cung cấp nhiệt cho lò hơi hoặc

sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp khác. Việc sử dụng RDF được coi như có lợi

về kinh tế và có ảnh hưởng tốt đến môi trường và RDF được coi là một dạng nhiên

liệu thay thế có nhiều ưu điểm và triển vọng do giá thành sản xuất RDF thấp và nhiệt

trị cao. Chú ý rằng RDF có thể được sản xuất từ gỗ, giấy là những nguồn sinh khối, do

đó sử dụng RDF sẽ góp phần làm giảm phát thải CO2. RDF cúng giúp giảm diện tích

đất chôn lấp rác. Cuối cùng sử dụng RDF giúp tiết kiệm sử dụng các nguồn nhiên liệu

không tái tạo được [16].

1.4 Kỹ thuật đùn ép

Khái niệm

Đùn ép (extrusion) là phương pháp gia công plastic (PE, PP, PVC, PS, PET, …) phổ

biến nhất. Đây là một kỹ thuật gia công đơn giản và có chi phí thấp. Ngoài plastic, các

vật liệu dạng bột nhão (paste) hoặc hỗn hợp nguyên liệu với chất kết dính khác cũng

được gia công tạo hình bằng phương pháp đùn ép. Trong thiết bị đùn ép, nguyên liệu

được vận chuyển từ hopper nạp liệu vào một xi lanh, sau đó được làm nóng chảy bằng

hệ thống gia nhiệt ngoài (nếu là dạng bột nhão hoặc hỗn hợp có chất kết dính thì

không cần làm nóng chảy), và được dồn đẩy về phía đầu tạo hình nhờ chuyển động

của vít đùn. Trong quá trình này, vít đùn sẽ nén, làm nóng cháy, đồng nhất hoá và

trong một số trường hợp nghiền nhỏ nguyên liệu. Đầu tạo hình đặt ở phía cuối của

xilanh và có nhiệm vụ tạo thành những hình dạng mong muốn cho sản phẩm của quá

22

trình đùn ép. Bằng cách thay đổi đầu tạo

. Cấu tạo đơn giản của thiết bị đùn ép có gia

nhiệt được mô tả trong Hình 1.15.

Hình 1. 15 Cấu tạo đơn giản của máy đùn ép

Đặc điểm [17]

Về bản chất, quá trình đùn ép được thực hiện một cách liên tục, đây chính là ưu điểm

quan trọng nhất của kỹ thuật đùn ép so với các kỹ thuật gia công khác. Với đặc điểm

này, năng suất của một thiết bị đùn ép có thể lên đến 30 tấn/h. Áp lực nén trong thiết bị

đùn ép plastic thông dụng vào khoảng 10 – 100 atm.

Bộ phận quan trọng nhất trong thiết bị đùn ép là vít đùn. Đặc trưng của vít đùn là kích

thước và profile của vít đùn. Đường kính (D) vít đùn trong thiết bị đùn ép thường

trong khoảng 10 – 600 mm và chiều dài (L) thường được chọn sao cho tỷ lệ L/D trong

khoảng từ 6 – 48. Đối với hầu hết các thiết bị đùn ép một trục vít, tỷ lệ L/D nằm trong

khoảng 24 – 36. Vít đùn được chia thành 3 vùng như sau:

- Vùng nạp liệu (feed zone)

, mang tính chất chuyển động khối. Để hạt vật

.

- Vùng nóng chảy / Vùng nén (transition/compression zone): vật liệu ở trạng thái

hỗn hợp rắn và lỏng, chuyển động của hạt v

, bề dày khối rắn tăng dần khi khối vật liệu tiến về phía trước.

- Vùng định lượng (metering zone): vật liệu ở trạng thái chảy nhớt, chuyển động

của vật liệu là dạng chuyển động ma sát nhớt.

Một số loại vít đùn thông dụng được trình bày trong Hình 1.16.

Cấu trúc và profile của vít đùn có ảnh hưởng quan trọng đến quá trình nén ép, nóng

chảy và đồng nhất hoá nguyên liệu. Các thông số quan trọng trong cấu trúc vít đùn,

được diễn tả trong Hình 1.17, bao gồm:

- Đường kính vít đùn (D)

- Chiều dài vít đùn (L)

- Số gân cánh (flight): số gân cánh một vòng trục hay số khoảng cách các ô trống

trên trục vít cho một bước vít.

- Chiều sâu (Flight depth): k .

23

- Bước vít (Pitch): khoảng cánh giữa hai gân vít liên tiếp.

- Chiều rộng rãnh (Channel Width): khoảng cách giữa 2 cánh vít liên tiếp (không

kể bề dày của cánh vít).

- Góc nghiêng (Helix Angle): góc tạo bởi gân cánh vít so với mặt ngang của trục

vít. Thực tế thường chọn góc nghiêng 17030.

- Bề dày cánh vít (Axial Flight Width): độ dày của một cánh vít.

Hình 1. 16 Một số loại vít đùn thông dụng

Phân loại máy đùn

Có nhiều cách phân loại máy đùn, tuy nhiên đơn giản nhất là phân loại

đùng hoạt động trong thiết bị. Hình 1.18 mô tả sơ lược các loại máy đùn một trục vít

và hai trục vít

:

- Là loại máy dùng phổ biến trong công nghiệp polymer, loại máy này

thiết kế đơn giản, chi phí thấp, năng suất cao.

24

:

- Loại 2 trục, cùng chiều: Hai trục đặt cạnh nhau, quay cùng chiều với

nhau (Co-rotating twin screw extrunder). Dùng ở tốc độ cao 200 – 500

vòng/phút (rpm). Các loại thiết bị mới có thể đạt tốc độ 1000 - 1600 rpm.

- Loại hai trục ngược chiều (counter-rotating twin screw extrunder): tốc độ

làm việc phụ thuộc vào ứng dụng. Sử dụng chủ yếu để phối trộn

(compounding), chạy ở tốc độ 200-500 rpm. Loại tốc độ thấp hay sử

dụng hơn, 10 – 40 rpm.

Hình 1. 17 Cấu trúc vít đùn và các thông số thiết kế

Hình 1. 18 Máy đùn (a) một trục vít; (b) hai trục vít

quay cùng chiều; và (c) hai trục vít quay ngược chiều

25

Loại hai trục vít quay ngược chiều có đặc tính vận chuyển tốt hơn so với loại cùng

chiều. Thông thường, các trục vít xen vào nhau. Hai trục vít không xen kẽ nhau có ưu

điểm là không có tiếp xúc giữa kim loại-kim loại. Tỷ số L/D đạt đến 100:1 hay cao

hơn. L/D của trục vít xen kẽ nhau thường nhỏ hơn 60:1. Một nhược điểm của loại hai

trục không ăn khớp nhau là khả năng trộn bị hạn chế.

Mô tả chi tiết của máy đùn một trục vít được trình bày trong Phụ lục A của báo cáo.

26

CHƢƠNG 2 : THỰC NGHIỆM

2.1 Lý do lựa chọn phƣơng pháp đùn ép

Ở nước ta hiện nay, với sản lượng lúa hàng năm 35 – 36 triệu tấn, như vậy sẽ có hàng

triệu tấn vỏ trấu được thải ra hàng năm từ các nhà máy xay xát, trong khi đó chỉ có

một lượng nhỏ được tận dụng đốt trong các mục đích dân dụng. Cùng với đó là lượng

plastic phế thải phát sinh ngày càng lớn (chiếm 2 – 8% trong rác thải rắn phát sinh),

mà các quá trình tái chế chủ yếu được thực hiện thô sơ, thủ công, công nghệ lạc hậu,

nên hiệu quả kinh tế không cao, các quá trình tái chế hóa học tuy tạo thành các sản

phẩm có giá trị kinh tế, nhưng thực tế vẫn chưa được ứng dụng do công nghệ phức tạp

và tốn kém.

Vì vậy, việc sản xuất nhiên liệu rắn từ vỏ trấu và plastic sẽ là một giải pháp khả thi, do

có công nghệ đơn giản, chi phí đầu tư thấp, vỏ trấu và plastic lại là hai nguồn nguyên

liệu rẻ tiền và sẵn có tại Việt Nam, đồng thời cũng giải quyết được vấn đề môi trường

phát sinh từ vỏ trấu và plastic phế thải. Sản phẩm nhiên liệu rắn thu được có những ưu

điểm như:

- So với vỏ trấu: sản phẩm có khối lượng riêng đổ đống lớn hơn, nhiệt trị cao

hơn, nên dễ vận chuyển với chi phí thấp hơn.

- So với chất thải plastic thì: sản phẩm dễ cháy hoàn toàn hơn, khí thải sinh ra ít ô

nhiễm hơn.

Những cơ sở để nhóm nghiên cứu chọn lựa kỹ thuật đùn ép có gia nhiệt hỗn hợp

nguyên liệu bao gồm chất thải plastic và vỏ trấu tạo thành nhiên liệu rắn có thể được

giải thích như sau:

- Kỹ thuật đùn ép có thể được thực hiện liên tục với năng suất cao. Ở quy mô công

nghiệp có thể chế tạo những thiết bị đùn ép với năng suất 5 – 10 tấn nguyên liệu/h

(sử dụng vít đùn có đường kính 150 – 250 mm).

- Kỹ thuật đùn ép nói chung là đơn giản và có chi phí thấp. Thiết bị đùn ép sử dụng

mô tơ điện với hộp số rất phổ biến và dễ chế tạo, lắp đặt trong điều kiện của Việt

Nam.

- Với chất thải plastic đóng vai trò chất kết dính và bôi trơn, ưu điểm đạt được là (i)

thiết bị đùn ép – cụ thể là vít đùn – có tuổi thọ khá cao so với thiết bị ép trấu thành

củi trấu đã nêu trong Mục 1.1, do ít bị mài mòn hơn; việc bảo trì, bảo dưỡng đơn

giản, dễ dàng và không cần thực hiện quá thường xuyên như đối với thiết bị ép trấu

thành củi trấu nêu trên; và (ii) năng suất đạt được cao hơn nhiều so với thiết bị ép

trấu thành củi trấu.

- Hình dạng và tính chất sản phẩm nhiên liệu rắn có thể được điều khiển, biến đổi

một cách đa dạng theo mong muốn thông qua thiết kế phù hợp của vít đùn và đầu

tạo hình của thiết bị.

27

2.2 Nguyên liệu

2.1.1 Vỏ trấu

Vỏ trấu ban đầu được một cơ sở xay xát tại An Giang cung cấp miễn phí cho đề tài,

sau đó được mua tại một cơ sở xay xát lúa gạo của Đồng Nai. Tổng khối lượng vỏ trấu

đã sử dụng trong đề tài này vào khoảng 300 kg (gần 30 bao trấu). Hình ảnh tiêu biều

của vỏ trấu được thể hiện ở Hình 2.1.

Kết quả đo TGA (thiết bị của Khoa Công Nghệ Vật Liệu Trường Đại Học Bách Khoa

TP. Hồ Chí Minh) và nhiệt trị (Trung tâm 3) cho thấy hàm lượng ẩm của vỏ trấu là

6,08%kl; hàm lượng tro là 23,39%kl, nhiệt trị của vỏ trấu là 14,49 MJ/kg (khoảng

3470 kcal/kg - xem phục lục B đính kèm). Khối lượng riêng đổ đống của vỏ trấu được

xác định bằng cách cân khối lượng của 2 lít trấu (trong một becher 2lít). Bảng 2.1 tóm

tắt một số tính chất tổng quát của vỏ trấu sử dụng trong đề tài.

Hình 2. 1 Nguyên liệu vỏ trấu

Bảng 2. 1 Tính chất tổng quát của vỏ trấu

Tính chất Giá trị

Hàm lượng ẩm (%kl) 6,08

Hàm lượng tro (%kl) 23,39

Nhiệt trị (MJ/kg – kcal/kg) 14,49 - 3470

Khối lượng riêng đổ đống (kg/m3) 90

2.1.2 Chất thải plastic

Được mua tại một cơ sở ó hạt nhựa tái sinh tại Quận Bình Tân. Cơ sở này thu mua bao

xốp phế thải và thực hiện các công đoạn xay nghiền nhỏ các bao xốp, và sau đó đùn ép

và cắt thành các hạt nhựa tái sinh. Chúng tôi đã mua khoảng 120 kg bao xốp xay nhỏ.

Hình ảnh nguyên liệu chất thải plastic được thể hiện ở Hình 2.2.

Dựa vào kết quả phân tích DTA (thiết bị của Khoa Công Nghệ Vật Liệu Trường Đại

Học Bách Khoa TP. Hồ Chí Minh), nhận thấy (i) độ ẩm của chất thải plastic là không

đáng kể (<0,02%kl), và (ii) có 2 peak thể hiện nhiệt độ nóng chảy của mẫu nhựa thải

28

này : ~ 130oC tương ứng với nhiệt độ nóng chảy của PE; và ~ 160

oC tương ứng với

nhiệt độ nóng chảy của PP. Do đó, có thể kết luận rằng mẫu nhựa thải này chứa thành

phần chủ yếu là nhựa PE và PP (xem phụ lục B đính kèm). Nhiệt trị của mẫu nhựa thải

được đo tại Trung tâm 3. Kết quả thu được là 40.88 MJ/kg (9780 kcal/kg).

Hình 2. 2: Nguyên liệu plastic phế thải

2.3 Thiết bị

Máy đùn một trục vít do nhóm nghiên cứu thiết kế và chế tạo, được đặt tại xưởng thực

hành của “Trung tâm công nghệ Lọc Hóa Dầu” trường ĐHBK TPHCM. Một số hình

ảnh của thiết bị đùn ép được thể hiện trong Hình 2.3.

Hình 2. 3: Máy đùn tiến hành quá trình thí nghiệm

29

Các thông số chính của máy đùn như sau:

- Tốc độ quay trục vít: 85 - 90 vòng/phút

- D: 50 mm

- L: 1200 mm (L/D = 24)

- Đường kính trong của xilanh: 55 mm

- Đầu đùn 1 lỗ hình lục giác đều, chiều dài cạnh 12 mm.

- Công suất motor động cơ: 5 HP (có Inverter)

Máy đùn được trang bị hệ thống gia nhiệt ngoài riêng với thiết bị điều khiển nhiệt độ

cho ba vùng nạp liệu, nóng chảy và định lượng, công suất 0,5 kWh, Tmax = 400 oC và

thiết bị định lượng nạp liệu năng suất 5 – 20 kg nguyên liệu /h.

2.4 Quy trình đùn ép

Tiến hành cài đặt nhiệt độ thích hợp ở các vùng:

- T1: vùng nạp liệu

- T2: vùng nóng chảy

- T3: vùng định lượng

Đùn ép ở các chế độ nhiệt độ trình bày ở Bảng 2.2

Bảng 2. 2 Các chế độ nhiệt độ cài đặt cho thiết bị đùn ép

T1 (oC) T2 (

oC) T3 (

oC)

140 160 180

160 180 200

180 200 220

180 220 240

(Lưu ý rằng các nhiệt độ cài đặt thực tế là nhiệt độ của thành xy lanh

tương ứng với các vùng định lượng, nóng chảy và định lượng của vít đùn,

và được điều khiển bởi thiết bị điều khiển nhiệt độ.)

Phối trộn nguyên liệu:

Trộn vỏ trấu và chất thải plastic bằng tay cho đến khi đều, theo các tỷ lệ được trình

bày trong Bảng 2.3. Khối lượng phối trộn mỗi mẫu là 2 kg.

Bảng 2. 3 Tỷ lệ vỏ trấu / chất thải plastic trong hỗn hợp nguyên liệu

Trấu (% kl) 60 65 70 75 80

Chất thải Plastic (% kl) 40 35 30 25 20

30

Ngoài ra để tiến hành thí nghiệm để xác định ảnh hưởng của yếu tố độ ẩm lên chất

lượng sản phẩm, lần lượt 50g và 100g nước được thêm vào mỗi 1kg hỗn hợp nguyên

liệu có tỷ lệ trấu / chất thải plastic = 70/30 %kl, và được đùn ép ở chế độ nhiệt độ 180

– 220 – 240. Vỏ trấu nguyên liệu đã chứa khoảng 6%kl nước. Vì vậy phối trộn trấu

70/30 không bổ sung nước, thực tế đã có hàm lượng ẩm là khoảng 4,2%kl. Khi thêm

50g / 100g nước vào mỗi 1 kg hỗn hợp nguyên liệu 70/30, hàm lượng ẩm trong hỗn

hợp tương ứng 8,8%kl và 12,9%kl.

Việc tăng hàm lượng ẩm lên nữa đã gây ra những khó khăn trong quá trình đùn ép, do

hơi nước trong thiết bị không thoát ra ngoài kịp tạo áp suất cao gây ra hiện tượng “bắn

nổ” sản phẩm tại đầu tạo hình.

Khi đã đạt được nhiệt độ cài đặt và ổn định, quay tay thử động cơ, nếu trục vít quay

được thì cho hệ thống vận hành, bắt đầu đùn ép

N , Plastic trộn đều đã chuẩn bị trước tiến hành đùn tạo nhiên

liệu rắn

Tiến hành cắt mẫu sản phẩm khi thấy xuất hiện ở đầu định hình, chiều dài mỗi mẫu

khoảng 50 - 60 mm

Vệ sinh sau khi đùn: định hình nữa, đợi 5

phút. Cho khoảng 500 g hạt nguyên liệu HDPE mới vào đùn làm sạch. Đợi 5 phút

sau khi không còn nhựa ra ở đầu định hình nữa thì tắt động cơ, cúp cầu giao cấp

điện.

Các mẫu sản phẩm nhiên liệu rắn được ký hiệu và có thành phần được liệt kê trong

Bảng 2.4.

2.5 Phân tích tính chất sản phẩm

Các mẫu sản phẩm nhiên liệu rắn được phân tích đánh giá các tính chất sau:

- Độ bền nén

Polymer khoa Công nghệ Vật liệu, theo tiêu chuẩn ASTM-D695. Mỗi mẫu sản

phẩm được đo ít nhất 3 lần và lấy kết quả trung bình.

- Khối lượng riêng và khối lượng riêng đổ đống : Với tiết diện là hình lục giác đều,

với các kích thước : chiều dài mỗi cạnh là a = 12 mm; và chiều dài của mẫu nhiên

liệu L = 50 – 60 mm, khối lượng riêng của nhiên liệu được tính như sau:

La

m

V

m

2

2

33

Tối thiểu 5 mẫu nhiên liệu được cân khối lượng và xác định thể tích và lấy giá trị

trung bình của khối lượng riêng.

31

Khối lượng riêng đổ đống của các sản phẩm nhiên liệu rắn được xác định bằng cách

cân khối lượng của 5 lít nhiên liệu rắn đổ rơi tự do và một xô có thể tích 5 lít.

- Nhiệt trị: được đo bằng máy đo nhiệt trị tại Trung Tâm Kỹ Thuật Tiêu Chuẩn Đo

Lường Chất Lượng 3, theo TCVN 200: 2007.

Bảng 2. 4 Ký hiệu mẫu và điều kiện đùn ép

Ký hiệu mẫu Tỉ lệ trấu

(%)

Khoảng nhiệt độ đùn (oC) Hàm

lượng

nước (%) T1 T2 T3

T60-180 60 140 160 180 3,6

T70-180 70 140 160 180 4,2

T80-180 80 140 160 180 4,8

T60-200 60 160 180 200 3,6

T70-200 70 160 180 200 4,2

T80-200 80 160 180 200 4,8

T60-220 60 180 200 220 3,6

T70-220 70 180 200 220 4,2

T80-220 80 180 200 220 4,8

T60-240 60 180 220 240 3,6

T70-240 70 180 220 240 4,2

T80-240 80 180 220 240 4,8

T70-240-50 70 180 220 240 8,8

T70-240-100 70 180 220 240 12,9

Chú thích:

T1: nhiệt độ vùng nạp liệu (oC)

T2: nhiệt độ vùng nóng chảy (oC)

T3: nhiệt độ vùng định lượng (oC)

VD: T60-180 : 60% trấu, nhiệt độ vùng định lượng 180 oC,

không bổ sung thêm nước.

2.6 Đốt thử nghiệm và thành phần khí thải

Lò đốt thử nghiệm được nhóm nghiên cứu tự chế tạo (Hình 2.4) với các thông số chính

như sau:

- Đường kính trong của buồng đốt 250 (mm)

- Bề dày gạch chịu lửa: 50 (mm)

- Chiều cao buồng đốt: 350 (mm)

- Ống khói có đường kính 140 (mm), chiều cao 1400 (mm)

32

Lò có vỏ làm bằng thép được ghép mí kín. Phía dưới có một cửa cấp khí và cửa lấy

tro, nhiên liệu được giữ trên ghi lò bằng lưới thép. Buồng đốt được làm bằng gạch chịu

nhiệt dày 50 mm nhằm giữ nhiệt đảm bảo đủ cho quá trình cháy, ống khói được ghép

với buồng đốt bằng một phễu hình nón cụt trên đó có cửa để tiếp nhiên liệu vào.

Tiến hành đốt: đầu tiên là giai đoạn mồi lửa, lò đốt được mồi lửa bằng giấy báo và bản

thân sản phẩm nhiên liệu rắn, khoảng 300g nhiên liệu rắn. Khi đã cháy ổn định thì bắt

đầu thêm đều đều 500g nhiên liệu rắn và mở quạt gió để cấp oxy không khí cho quá

trình cháy hiệu quả hơn

Các đợt thí nghiệm xác định thành phần khí thải CO, NOx, SOx trong quá trình đốt : 2

đợt được đo bằng máy Testo 350 của Trung tâm Kỹ thuật Nhiệt đới và 1 đợt được đo

bằng máy Testo 350 của Viện Môi Trường và Tài Nguyên - Đại Học Quốc Gia Thành

Phố Hồ Chí Minh.

Hình 2. 4 Lò đốt tự chế

33

CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

Thực tế, những yếu tố ảnh hưởng đến một tính chất của sản phẩm (ví dụ khối lượng

riêng) cũng ảnh hưởng liên đới đến các tính chất khác của sản phẩm như độ bền nén và

nhiệt trị. Các yếu tố ảnh hưởng quan trọng nhất là tỷ lệ vỏ trấu/nhựa và nhiệt độ đùn

ép. Những yếu tố này ảnh hưởng trực tiếp đến lực ép tạo thành trong thiết bị đùn, thời

gian lưu của hỗn hợp nguyên liệu trong máy đùn, dẫn đến những khác biệt trong tính

chất của các mẫu sản phẩm nhiên liệu rắn thu được. Ngoài ra, một yếu tố rất quan

trọng đến quá trình đùn ép và tính chất sản phẩm là thiết kế cấu trúc của vít đùn, tuy

nhiên do thời gian có hạn, nên chúng tôi không có điều kiện để thực hiện thay đổi cấu

trúc vít đùn. Kết quả thực nghiệm và các nhận xét, giải thích được trình bày trong các

phần dưới đây.

3.1 Cảm quan sản phẩm:

Hình ảnh một số sản phẩm nhiên liệu rắn được trình bày trong Hình 3.1.

Về cảm quan sản phẩm, nhìn chung các sản phẩm đều có sự khác biệt theo sự thay đổi

của tỷ lệ nguyên liệu, nhiệt độ đùn và độ ẩm nguyên liệu trước khi đùn, cụ thể như

sau:

- Nói chung các sản phẩm đều có màu nâu đen – đen sậm ở bề mặt, nhìn kỹ có

thể thấy rõ phân bố trấu / nhựa rất đều đặn trên bề mặt. Điều này chứng tỏ hỗn hợp

trấu nhựa đã được trộn khá đều trong thiết bị. Bẻ gãy sản phẩm để quan sát bên trong,

có thể thấy với những mẫu T60, vỏ trấu hầu như vẫn giữ nguyên màu ở nhiệt độ đùn

ép thấp; các mẫu T70 màu vỏ trấu đã trở nên nâu hơn, và T80 màu của vỏ trấu trở

thành nâu sậm hoặc đen tuỳ thuộc nhiệt độ đùn ép. Một điểm đáng chú ý khác là các

sản phẩm T60 có bề mặt liên tục và thô nhám, trong khi đó trên bề mặt các mẫu T80

khá nhẵn nhưng có những vết nứt, thể hiện sự liên kết không chặt giữa các mảnh trấu

do lượng plastic làm chất kết dính đã giảm đáng kể, dễ bị vỡ, gãy thành những mảnh

nhỏ.

- Khi nhiệt độ đùn tăng màu sản phẩm chuyển đen dần, khi nhiệt độ đùn lên đến

2400C thì sản phẩm là một khối đen, không phân biệt được vỏ trấu và Plastic. Bên

cạnh đó, độ giòn của sản phẩm tămg theo nhiệt độ. Bề mặt sản phẩm đứt gãy mạnh

hơn khi nhiệt độ đùn tăng.

, đồng thời

cũng sinh ra nhiều khí theo sản phẩm thoát ra ở đầu đùn làm tăng độ xốp sản phẩm.

- Màu sắc sản phẩm ít thay đổi khi độ ẩm nguyên liệu thay đổi, theo hướng sáng

hơn do trấu ít bị nhiệt phân hơn. Độ xốp thay đổi nhiều khi độ ẩm nguyên liệu thay

đổi, biến đổi theo hương tăng dần độ xốp. Sản phẩm đùn giòn hơn. Bề mặt sản phẩm

đứt gãy và sần sùi hơn khi tăng độ ẩm nguyên liệu đùn. Bên trong sản phẩm có nhiều

khoảng trống hơn, có nghĩa là độ xốp sản phẩm tăng (Hình 3.2). Đây cũng là mục đích

tăng độ ẩm của nguyên .

34

Hình 3. 1 Sản phẩm nhiên liệu rắn

Hình 3. 2 Độ xốp của sản phẩm với hàm lượng ẩm khác nhau

35

3.2 Khối lƣợng riêng và khối lƣợng riêng đổ đống:

Kết quả xác định khối lượng riêng và khối lượng riêng đổ đống của các sản phẩm

nhiên liệu rắn được trình bày trong Bảng 3.1 và biểu diễn trên Hình 3.3

Bảng 3. 1 Khối lượng riêng và khối lượng riêng đổ đống của mẫu sản phẩm

Ký hiệu mẫu Khối lượng

riêng (kg/m3)

Khối lượng riêng

đổ đống (kg/m3)

T60-180 560 425

T70-180 620 573

T80-180 740 597

T60-200 575 429

T70-200 671 529

T80-200 762 563

T60-220 629 387

T70-220 792 462

T80-220 806 531

T60-240 617 383

T70-240 832 421

T80-240 867 509

T70-240-50 774 516

T70-240-100 664 418

Khi tỷ lệ trấu tăng, khối lượng riêng và khối lượng riêng đổ đống tăng. Nguyên nhân là

do khi tỷ lệ vỏ trấu cao thì trở lực trong máy đùn tăng lên, dẫn đến việc hỗn hợp trấu

nhựa trong máy đùn được nén mạnh hơn trong khu vực định lượng và đầu đùn. Trong

thực tế quá trình đùn ép, thời gian lưu của các mẫu chứa 80% trấu tăng gần gấp 3 lần

so với các mẫu chứa 60% trấu (Hình 3.4). Có thể thấy rằng thời gian lưu của mẫu đùn

ép ở nhiệt độ cao sẽ cao hơn so với ở nhiệt độ thấp. Điều này là do tại nhiệt độ cao

plastic bị phân huỷ nhiều, do đó tác động bôi trơn bị giảm nhiều.

Chúng tôi đã thử nghiệm đùn ép một số mẫu với tỷ lệ trấu 90%, tuy nhiên thời gian

lưu trong thiết bị các mẫu này quá cao. Trấu và chất thải đều bị nhiệt phân đến mức

sản phẩm sinh ra không kết dính được. Với thiết bị đùn ép hiện có, việc đùn ép mẫu

90% trấu là không thực tế. Ngoài ra, cũng cần nói thêm, những nhận xét nêu trên chỉ

đúng với thiết bị đùn ép sử dụng trong khuôn khổ đề tài. Kích thước – đặc biệt là chiều

sâu (flight depth) – và đặc trưng của vít đùn, đặc biệt là profile của gân vít tại các vùng

khác nhau, cũng có ảnh hưởng quan trọng đến thời gian lưu của hỗn hợp nguyên liệu

trong máy đùn. Vì điều kiện đề tài chưa cho phép chúng tôi thử nghiệm ở quy mô lớn

với một thiết bị đùn ép lớn hơn, nên chưa thể có đánh giá chi tiết về những ảnh hưởng

của đặc trưng vít đùn lên quá trình đùn ép, tuy nhiên đây là một vấn đề cần phải

nghiên cứu nếu có điều kiện triển khai tiếp tục đề tài này.

36

Hình 3. 3: Sự biến đổi khối lượng riêng theo tỷ lệ trấu và nhiệt độ

Hình 3. 4 Thời gian lưu của nguyên liệu theo tỷ lệ vỏ trấu và nhiệt độ đùn ép

37

Một ảnh hưởng khác của nhiệt độ đùn ép lên khối lượng riêng của sản phẩm là làm

giòn trấu : các chất kết dính trong vỏ trấu (lignin) bị phân huỷ khiến vỏ trấu dễ bị vỡ

vụn. Khi đó, trấu bị nén chặt lại với nhau nhiều hơn dẫn đến khối lượng riêng tăng khá

cao đối với các mẫu được đùn ép tại nhiệt độ cao (180-200-240 oC). Ngoài ra cũng nên

lưu ý rắng các chất kết dính tự nhiên trong vỏ trấu ban đầu chảy ra để kết dính chính

sản phẩm nhiên liệu rắn, nhưng tại nhiệt độ cao, các chất này cũng bị phân hủy nhanh,

và không còn khả năng kết dính nữa.

Khi thêm nước vào hỗn hợp nguyên liệu, khối lượng riêng của các mẫu sản phẩm giảm

so với các mẫu không thêm nước. Hơi nước đóng vai trò như chất tạo lỗ xốp, tạo thành

nhiều khoảng trống hơn trong sản phẩm cuối cùng (Hình 3.2), kết quả là các mẫu sản

phẩm này có khối lượng riêng nhỏ hơn mẫu không bổ sung nước. Ngoài ra hơi nước

cũng làm giảm nhiệt độ cục bộ trong máy đùn, đưa đến hiện tượng trấu không bị nhiệt

phân nhiều và phần nào vẫn còn giữ được màu vàng sậm như thể hiện trong Hình 3.3.

Cuối cùng, trong một chừng mực nào đó nước cũng đóng vai trò chất dẻo hoá, làm cho

quá trình đùn ép xảy ra dễ dàng hơn.

Thiết kế đầu đùn và vít đùn cũng có ảnh hưởng lớn đến khối lượng riêng của sản

phẩm, bởi lẽ chúng ảnh hưởng đến lực nén tạo thành trong máy đùn.

Các mẫu sản phẩm thu được có kích thước khá đồng đều, do đó độ tăng / giảm của

khối lượng riêng cũng được phản ánh khá tương đồng trong độ tăng / giảm của khối

lượng riêng đổ đống, như biểu diễn trong Hình 3.2. Khối lượng riêng đổ đống của

nhiên liệu rắn thu được nằm trong khoảng 380 – 600 kg/m3, tăng đáng kể so với vỏ

trấu (90 kg/m3). Điều này có ý nghĩa thực tiễn quan trọng trong quá trình vận chuyển.

3.3 Độ bền nén:

và nạp vào lò

đốt có thể sẽ bị , gây ra một số vấn đề 3.2 và

Hình 3.5 sản phẩm thu được.

Trong thiết bị đùn ép, hỗn hợp nguyên liệu sẽ bị nén chặt lại, chất thải plastic sẽ chảy

ra kết dính vỏ trấu. Như vậy độ bền nén của sản phẩm cuối cùng sẽ phụ thuộc vào hai

yếu tố chính: tỷ lệ vỏ trấu / chất thải plastic và nhiệt độ đùn ép. Khi tỷ lệ vỏ trấu / chất

thải plastic cao, một mặt điều này có nghĩa là lượng chất thải plastic được làm nóng

chảy trong máy đùn để kết dính sản phẩm là ít hơn - xu hướng làm giảm độ bền nén

của sản phẩm -; nhưng mặt khác lúc này lực nén trong máy đùn sẽ cao hơn, do hỗn

hợp nguyên liệu có thời gian lưu bên trong thiết bị cao hơn, ma sát giữa hỗn hợp

nguyên liệu và chi tiết bên trong thiết bị đùn lớn hơn, như vậy hỗn hợp nguyên liệu

được nén ép chặt hơn và có xu hướng đạt được độ bền nén cao. Hai xu hướng kể trên

còn chịu ảnh hưởng của nhiệt độ đùn ép theo một cách tương tự như đã phân tích ở

Mục trước. Một cách cơ bản, sẽ có một tỷ lệ vỏ trấu thích hợp mà tại đó, sản phẩm thu

được có độ bền nén cao nhất. Trong các mẫu đã được đùn ép, chúng tôi nhận thấy các

mẫu T70 có độ bền nén cao nhất, và các mẫu T80 có độ bền nén thấp hơn các mẫu

38

Bảng 3. 2 Độ bền nén của sản phẩm

(MPa)

T60- 180 5,7

T70- 180 6,7

T80- 180 4,3

T60- 240 5,8

T70- 240 7,0

T80- 240 4,8

T70-240- 50 5,8

T70- 240- 100 5,1

Hình 3. 5 Độ bền nén theo tỷ lệ trấu và nhiệt độ đùn

39

T60. Kết quả này có thể coi là tương thích với kết quả cảm quan sản phẩm đã nêu ở

trên : khi tỷ lệ trấu tăng quá cao, độ kết dính giảm nhiều do có ít plastic, bề mặt sản

phẩm có nhiều nét đứt gãy.

Tuy nhiên có thể thấy rằng với cùng tỷ lệ vỏ trấu, sản phẩm được đùn ép ở nhịêt độ

cao có độ bền nén cao hơn. Lý do là tại nhiệt độ cao, độ nhớt của hỗn hợp nguyên liệu

vỏ trấu / plastic sẽ giảm, như vậy plastic có khả năng trộn đều vào vỏ trấu hơn và có

hiệu quả kết dính tốt hơn [15].

(Hình 3.6)

> 2000

, tuy nhiên các cấu trúc xốp này hầu hết là

cấu trúc xốp mở (opened cell), chứ không phải là cấu trúc kín “closed cell”, vì vậy

chúng không có khả năng tăng độ bền, mà làm yếu cấu trúc vật liệu. Tăng hàm lượng

ẩm lên 2,7 (từ 4,8 lên 12,9%) làm giảm độ bền nén của sản phẩm nhiên liệu rắn 1,4

lần.

Hình 3. 6 Ảnh hưởng độ ẩm đối với độ bển nén

3.4 Nhiệt trị

Nhiệt trị của các sản phẩm nhiên liệu rắn và các nguyên liệu vỏ trấu và nhiên liệu rắn

đo được bằng phương pháp đốt cháy trong bom nhiệt lượng kế được trình bày trong

Bảng 3.3 và Hình 3.7.

Theo số liệu đo nhiệt trị, nhiệt trị của chất thải plastic cao gấp gần 3 lần nhiệt trị của

vỏ trấu, do đó hỗn hợp nguyên liệu có tỷ lệ vỏ trấu cao sẽ tạo thành sản phẩm nhiên

liệu rắn có nhiệt trị thấp hơn. Nhiệt trị của các sản phẩm T60 là cao nhất trong số các

mẫu thử nghiệm.

40

Bảng 3. 3 Kết quả đo nhiệt trị của nguyên liệu và sản phẩm

Ký hiệu mẫu

Nhiệt trị đo Nhiệt trị

tính toán *

(Kcal/kg) (MJ/kg) (Kcal/kg)

T60-220 25,50 6.100 5.990

T60-240 25,90 6.200 5.990

T65-220 24,79 5.930 5.680

T65-240 25,62 6.130 5.680

T70-220 23,97 5.730 5.360

T70-240 25,25 6.040 5.360

T75-220 22,99 5.500 5.050

T75-240 24,76 5.920 5.050

T80-220 22,48 5.380 4.730

T80-240 24,28 5.810 4.730

T70-240-5 25,23 6.040 -

T70-240-10 24,39 5.830 -

Vỏ trấu 14,49 3.470 -

Chất thải plastic 40,88 9.780 -

* Nhiệt trị tính toán = %kl vỏ trấu 3.470 [kcal/kg] + %kl plastic 9.780 [kcal/kg]

Hình 3. 7 Ảnh hưởng của tỷ lệ trấu và nhiệt độ đùn đối với nhiệt trị

41

Một yếu tố khác ảnh hưởng trực tiếp đến nhiệt trị là mức độ nhiệt phân của hỗn hợp

nguyên liệu trong thiết bị đùn ép. Tại điều kiện đùn ép với áp suất, nhiệt độ cao và ma

sát lớn, một phần vỏ trấu và chất thải plastic sẽ bị nhiệt phân tạo thành than có nhiệt trị

cao. Kết quả trong Bảng 3.4 và Hình 3.6 cho thấy nhiệt trị đo của sản phẩm đều lớn

hơn kết quả tính toán. Mức độ vỏ trấu / chất thải plastic bị nhiệt phân phụ thuộc vào

hai yếu tố là nhiệt độ và thời gian lưu của hỗn hợp nguyên liệu trong máy đùn, như đã

trình bày ở trên. Một cách tổng quát, có thể đánh giá mức độ nhiệt phân của hỗn hợp

nguyên liệu thông qua cảm quan sản phẩm : sản phẩm có tỷ lệ vỏ trấu lớn hơn thường

có màu đen hơn - có nghĩa là mức độ nhiệt phân sâu hơn - các sản phẩm có chứa ít vỏ

trấu hơn.

Khi so sánh các mẫu: T60-220 và T70-240; T65-220 và T75-240; T70-220 và T80-

240, có thể thấy rằng mặc dù tỉ lệ nhựa giảm nhưng nhiệt trị của các mẫu vẫn xấp xỉ

nhau do mẫu thu được từ nguyên liệu có tỉ lệ trấu cao (yếu tố làm giảm nhiệt trị) được

đùn ở nhiệt độ cao hơn và có thời gian lưu trong thiết bị cao hơn (các yếu tố làm tăng

nhiệt trị thông qua tăng mức độ nhiệt phân của hỗn hợp nguyên liệu).

Một lưu ý khác về độ chênh lệch giữa kết quả đo và kết quả tính toán nhiệt trị được

trình bày như sau. Mẫu sản phẩm chứa 60% vỏ trấu được đùn ép khá dễ dàng tại điều

kiện nhiệt độ thấp (220oC), chỉ bị nhiệt phân ở mức độ nhỏ, do đó độ chênh lệch giữa

kết quả tính toán và kết quả đo cũng nhỏ. Khi tỷ lệ vỏ trấu tăng, trở lực cho quá trình

đùn ép cũng tăng lên, khiến thời gian lưu của hỗn hợp nguyên liệu trong máy đùn cũng

tăng, và như vậy vỏ trấu sẽ bị nhiệt phân với mức độ cao hơn. Ngoài ra, khi tăng nhiệt

độ đùn ép, mức độ nhiệt phân sẽ cao hơn, dẫn đến kết quả độ chênh lệch giữa nhiệt trị

đo và nhiệt trị tính toán của sản phẩm là khá cao, ví dụ mẫu T80 đùn ép ở chế độ nhiệt

độ 180-220-240oC có độ chênh lệch lên đến 22,8% (xem thêm Hình 3.8).

Hình 3. 8 Độ chênh lệch giữa nhiệt trị đo và nhiệt trị tính toán

42

Vai trò của lượng ẩm thêm vào cũng có thể được kết luận từ các kết quả nhiệt trị đo

của các mẫu T70-240, T70-240-50 và T70-240-100, được biển diễn trong Hình 3.9.

Khi lượng ẩm bổ sung tương đối lớn (12,9%), nhiệt trị của sản phẩm nhiên liệu giảm

3,5%. Điều này có thể giải thích do hơi nước có vai trò làm giảm khả năng tạo cốc

(nhiệt phân) tại điều kiện đùn ép thực nghiệm, đồng thời nhiều hơi nước cũng giảm

phần nào nhiệt độ bên trong thiết bị đùn ép.

Hình 3. 9 Nhiệt trị đo được của các mẫu T70-240 theo hàm lượng ẩm

Bảng 3.4 thống kê nhiệt trị của một số loại nhiên liệu thông dụng.

Bảng 3. 4 Nhiệt trị của một số nhiên liệu thông dụng

( MJ/kg) ( kcal/kg)

DO 45,8 11.000

FO 39,7 9.500

Cốc (từ nhà

máy lọc dầu) 30,1 7.200

23 – 32,5 5.500 – 7.800

6 - 17 1.400 – 4.060

Củi trấu 16,8 4.020

Sản phẩm

nhiên liệu rắn 22 - 26 5.400 – 6.200

43

Nhiên liệu có nhiệt trị cao nhất là DO và FO - là các nhiên liệu dạng lỏng rất phổ biến.

Tiếp theo là than đá và cốc thu được từ các nhà máy lọc dầu. Sản phẩm nhiên liệu rắn

của đề tài có nhiệt trị khá cao, cao hơn hẳn so với gỗ và củi trấu – là một loại nhiên

liệu rắn từ trấu khác đang có mặt tại thị trường Việt Nam, và có tiềm năng thay thế

than đá, xét về mặt năng lượng cung cấp của 1 kg nhiên liệu.

3.5 Hiệu suất thu sản phầm và hiệu suất năng lƣợng của quá trình đùn ép

3.5.1 Hiệu suất thu sản phẩm

Hiệu suất thu sản phẩm được xác định gần đúng thông qua tỷ lệ khối lượng giữa sản

phẩm thu được và hỗn hợp nguyên liệu đầu vào. Đây là một yếu tố phản ánh hiệu quả

của quá trình đùn ép, và cũng là một thông số đáng quan tâm, bên cạnh các tính chất

cơ bản của sản phẩm nhiên liệu rắn, trong việc quyết định lựa chọn các thông số cho

quá trình đùn ép. Kết quả hiệu suất thu sản phẩm được trình bày trong Hình 3.10.

Về cơ bản, hiệu suất thu sản phẩm của quá trình đùn ép phụ thuộc vào các yếu tố như

nhiệt độ đùn, tỷ lệ trấu nhựa, độ ẩm ban đầu của nguyên liệu. Cần lưu ý rằng, hiệu suất

thu sản phẩm phụ thuộc vào các yếu tố “phần cứng” như cấu trúc vít đùn hay quy mô,

năng suất thiết bị. Kết quả ở Hình 3.9 chỉ có giá trị cho thiết bị được sử dụng trong

khuôn khổ đề tài này.

Hình 3. 10 Hiệu suất quá trình đùn ép

44

Hiệu suất thu sản phẩm của quá trình đùn ép có mối liên hệ mật thiết với mức độ nhiệt

phân của hỗn hợp nguyên liệu : mức độ nhiệt phân càng cao, hiệu suất quá trình đùn

ép càng giảm. Vì vậy những yếu tố làm tăng mức độ nhiệt phân như tỷ lệ trấu cao,

nhiệt độ đùn ép cao, sẽ làm giảm hiệu suất thu sản phẩm của quá trình. Kết quả trong

Hình 3.9 cho thấy khi đùn ép ở nhiệt độ đùn ép thấp (140-160-180), hiệu suất thu sản

phẩm là khá cao (>90%); các mẫu T60 thu được với hiệu suất cao nhất; và khi hỗn hợp

nguyên liệu có 80% trấu, hiệu suất thu sản phẩm giảm đáng kể, đặc biệt là tại những

chế độ đùn ép ở nhiệt độ cao. Việc bổ sung độ ẩm cho hỗn hợp nguyên liệu ban đầu có

làm tăng hiệu suất của quá trình đùn ép (tính trên khối lượng vỏ trấu và chất thải

plastic ban đầu). Các mẫu T70-240-50 và T70-240-100 có hiệu suất lần lượt là 86,3 và

86,7%, đều cao hơn hiệu suất của mẫu T70-240 (81,6%).

3.5.2 Tính toán hiệu suất năng lượng của quá trình đùn ép

Hiệu suất năng lượng (HSNL - energy yield / energy amplification factor) được tính

toán sơ bộ theo công thức :

in

sp

E

EHSNL

Trong đó :

∑Esp : tổng năng lượng chứa trong sản phẩm

∑Ein : tổng năng lượng cần để sản xuất ra sản phẩm, bao gồm cả năng

lượng sẵn có trong nguyên liệu vỏ trấu và chất thải plastic

Chúng tôi đã tiến hành tính toán HSNL cho quá trình đùn ép các mẫu sản phẩm T60-

220; T70-220 và T80-220. Số liệu thực nghiệm trong 1h đùn ép và kết quả tính toán

được trình bày trong Bảng 3.5 dưới đây.

Có thể thấy rằng, với quy trình và thiết bị đùn ép sử dụng trong khuôn khổ đề tài, khối

lượng nguyên liệu đùn ép được và hiệu suất thu sản phẩm giảm theo thứ tự T60-220 >

T70-220 > T80-220; và HSNL của sản phẩm T60-220 và T70-220 là tương đương và

đều cao hơn T80-220. Sự biến đổi của khối lượng nguyên liệu đùn ép được, hiệu suất

thu sản phẩm và HSNL đều chịu ảnh hưởng của tỷ lệ vỏ trấu và nhiệt độ đùn ép, và đã

được giải thích ở những phần trên. HSNL của quá trình đùn ép các mẫu sản phẩm nêu

trên tương đương với HSNL của sản phẩm dầu DO (0,83) và cao hơn HSNL của xăng

(0,74) [18].

Một điểm đáng quan tâm khác là tiêu thụ điện năng cho 1 kg sản phẩm tăng rõ rệt theo

tỷ lệ vỏ trấu (0,17 – 0,26 kWh). Với thiệt bị đùn ép có năng suất lớn hơn và với các

thiết kế tối ưu của vít đùn, đầu tạo hình, và với nhiệt độ cài đặt cho quá trình đùn ép

45

thấp hơn, mức tiêu thụ điện năng có thể được giảm xuống đáng kể, tăng tính cạnh

tranh cho quá trình đùn ép.

Bảng 3. 5 Số liệu và kết quả tính toán HSNL của quy trình đùn ép

Mẫu T60-220 T70-220 T80-220

Khối lượng nguyên liệu - kg 12 10,5 8,5

Hiệu suất thu sản phẩm - % 89,6 87,5 82,6

Khối lượng sản phẩm - kg 10,8 9,2 7,0

Nhiệt trị sản phẩm - kcal/kg 6.100 5.730 5.380

Tổng năng lượng của sản phẩm -

kcal 65.587 52.644 37.773

Nhiệt trị sẵn có của nguyên liệu -

kcal/kg 6.000 5.360 4.730

Tổng năng lượng sẵn có trong

nguyên liệu - kcal 72.000 56.280 40.205

Điện năng tiêu thụ - kWh

(đọc từ đồng hồ điện) 1,8 1,8 1,8

Điện năng tiêu thụ quy than/dầu –

kcal (lấy hiệu suất của nhà máy phát

điện là 33%)

4.644 4.644 4.644

Tổng năng lượng cần - kcal 76.644 60.924 44.849

HSNL 0.86 0.86 0.84

Điện năng cần để sản xuất 1kg sản

phẩm - kWh/kg 0.17 0.20 0.26

3.6 Quá trình cháy của sản phẩm và hàm lƣợng khí thải:

Đánh giá về khả năng cháy và mức độ ô nhiễm môi trường khi đốt cháy sản phẩm

nhiên liệu rắn của đề tài đã được chúng tôi thực hiện thông qua việc đốt sản phẩm

nhiên liệu rắn, chủ yếu là các mẫu T70 và T80, và đồng thời đo hàm lượng phát thải

các khí CO, NOx, SOx, cũng như xác định hàm lượng THC trong khí thải. Hai lò đốt

bao gồm một là lò đốt tự chế, đặt tại Trung tâm Nghiên cứu Lọc – Hoá dầu – ĐHBK

Tp. HCM, và một lò gia nhiệt dầu tải nhiệt tại Xưởng sấy vải trực thuộc Công ty

TNHH Phước Đạt, Huyện Hóc Môn được sử dụng cho công việc này. Kết quả đánh

giá khả năng cháy và xác định hàm lượng khí thải được trình bày trong các Mục dưới

đây.

3.6.1 Đốt thử nghiệm sản phẩm tại lò đốt tự chế:

Với lò đốt tự chế, quy trình đốt có thể được mô tả tóm tắt như sau : một lượng nhỏ

nhiên liệu được đưa vào lò, sau đó được mồi bằng quẹt ga từ phía cửa lấy tro. Khi

ngọn lửa mồi cháy ổn định, nhiên liệu rắn được đưa từ từ vào đến khoảng 60% thể tích

46

lò (tương đương 1,2 – 1,4 kg nhiên liệu) và bắt đầu bật quạt để cấp khí cho lò đốt. Tiến

hành đo mẫu khí thải khi nhiên liệu trong lò sự cháy của đã ổn định.

Nhìn chung sản phẩm nhiên liệu rắn rất dễ mồi lửa, khi cháy ngọn lửa sáng màu, mỗi

khi cung cấp thêm nhiên liệu vào lò đốt thì ngọn lửa bùng lên rất mạnh. Ngoài ra, sản

phẩm nhiên liệu không tạo nhựa sau khi cháy, mà chỉ tạo một lớp tro thông thường.

Đây là ưu điểm của sản phẩm nhiên liệu so với đốt trực tiếp chất thải plastic. Lượng

khói sinh ra cũng ít khi quá trình cháy ổn định, trong điều kiện cháy cưỡng bức. Ý

nghĩa của việc trộn vỏ trấu với chất thải plastic có thể được tóm tắt như sau : Chỉ riêng

plastic cháy rất nhanh và không hoàn toàn, tạo nên một lớp muội keo dính lên ghi và

thành ống dẫn lưu chất có khả năng gây nghẹt lò và làm giảm hiệu quả truyền nhiệt.

Vỏ trấu với cấu trúc hình dạng bán cầu, khi được trộn vào chất thải plastic trong máy

đùn, sẽ tạo thành những khoang xốp chứa khí Ngoài ra do trấu có hàm lượng vô cơ cao

(khoảng 20%) sẽ cháy chậm hơn. Hai tính chất này sẽ tạo nên hiệu ứng cộng hưởng

làm cho sản phẩm nhiên liệu rắn cháy được hoàn toàn hơn. Một số hình ảnh minh hoạ

quá trình đốt nhiên liệu rắn được trình bày trong Hình 3.11.

Hàm lượng khí thải khi đốt mẫu nhiên liệu rắn được 2 đơn vị kiểm tra : Trung tâm Kỹ

thuật Nhiệt đới & Môi trường và Viện Môi trường – Tài nguyên, ĐHQG Tp. HCM.

Kết quả đo hàm lượng khí thải được trình bày trong Bảng 3.6 dưới đây.

Hình 3. 11 Hình ảnh minh hoạc quá trình cháy của sản phẩm trong lò đốt tự chế :

(a) T60; (b) T70 và (c) T80

Bảng 3. 6 Thành phần khí thải khi đốt sản phẩm trong lò đốt tự chế

Chỉ tiêu TT Kỹ thuật nhiệt

đới & Môi trường

Viện Môi trường –

Tài nguyên TCVN 5939:2005

CO, mg/Nm3 ~ 200 ~ 430 1.000

NOx, mg/Nm3 260 – 330 49 850

SOx, mg/Nm3 < 5 Không phát hiện 550

THC, mg/Nm3

Mặc dù có những sự khác biệt trong kết quả đo của hai đơn vị, nhưng về cơ bản có thể

kết luận rằng khi đốt cháy sản phẩm nhiên liệu rắn, phát thải khí ô nhiễm không vượt

quá giới hạn cho phép quy định trong tiêu chuẩn hiện hành của nhà nước; và như vậy

sản phẩm nhiên liệu rắn được kỳ vọng là không gây ra những vấn đề ô nhiễm môi

47

trường không khí, một khi được triển khai sử dụng trong thực tế, ở những quy mô lớn

hơn.

Để có cơ sở vững chắc hơn cho kết luận nêu trên, chúng tôi tiến hành đốt thử nghiệm

sản phẩm của đề tài trong một lò đốt công nghiệp. Quá trình đốt thử và các kết quả thu

được được trình bày dưới đây.

3.6.2 Đốt thử nghiệm sản phẩm tại lò đốt công nghiệp:

Địa điểm đốt thử nghiệm : Lò gia nhiệt dầu tải nhiệt, tại xưởng sấy vải thuộc Công ty

TNHH Phước Đạt, Huyện Hóc Môn

Mẫu nhiên liệu : Mẫu nhiên liệu rắn T70, khoảng 300 kg

Mô tả quá trình đốt thử nghiệm :

Xưởng sấy vải của Công ty Phước Đạt thực hiện công việc sấy vải sau khi vải đã được

qua khâu nhuộm. Quá trình sấy được mô tả khái quát như sau : dầu tải nhiệt được lò

đốt cung cấp năng lượng để làm nóng, sau đó được dẫn đi tuần hoàn trong cả xưởng.

Không khí trao đổi nhiệt với dầu tải nhiệt thông qua một số thiết bị trao đổi nhiệt, và

được làm nóng lên, trở thành tác nhân sấy vải.

Lò đốt trước đây sử dụng than đá, sau đó chuyển qua sử dụng sản phẩm củi trấu (xem

Hình 3.12). Theo thông tin từ Quản đốc xưởng, lò đốt cần khoảng 100 ~ 150 kg củi

trấu trong mỗi giờ làm việc, tuỳ theo loại vải cần sấy. Củi trấu được một đơn vị tại

Nông trường Cờ Đỏ (Cần Thơ) cung cấp với giá thành dao động trong khoảng 1200 –

1400 đ. Củi trấu được cung cấp trong bao tải, mỗi bao khoảng 30 kg. Hiện tại, trung

bình lò đốt sử dụng khoảng 120 -150 tấn củi trấu mỗi tháng.

Theo quy trình công nghệ của xưởng, tuỳ theo loại vải cần sấy mà dầu tải nhiệt được

gia nhiệt đến 240oC hoặc 250

oC. Lò đốt có trang bị các thiết bị đo nhiệt độ và quát

trình điều khiển nhiệt độ được thực hiện thông qua quạt thổi và hút không khí. Quạt

hút luôn được bật để cấp khí cho lò, còn quạt thổi được sử dụng khi nhiệt độ giảm sâu,

mà trong lò vẫn còn nhiên liệu, hoặc khi cần tăng nhanh nhiệt độ của lò. Khi nhiệt độ

của dầu tải nhiệt vượt quá nhiệt độ cài đặt, các quạt hút sẽ tắt, ngừng cung cấp khí cho

lò để hạn chế sự cháy của nhiên liệu trong lò. Khói thải lò đốt được dẫn qua một

cyclone tách tro, và một bể nước để giảm nhiệt độ trước khi thải ra ống khói.

Công việc đốt lò được thực hiện như sau:

- Cứ mỗi 25 - 30 phút, công nhân phụ trách lò mở cửa lò và đưa vào lò khoảng 2 bao

củi trấu (khoảng 60kg). Thao tác mở / đóng cửa lò kéo dài trong khoảng 1-2 phút

làm nhiệt độ dầu tải nhiệt giảm xuống khoảng 3-5oC. Sau đó khoảng 5-8 phút thì

nhiệt độ dầu tải nhiệt đạt được đến nhiệt độ cài đặt.

- Do sản phẩm củi trấu khó cháy, những miếng củi trấu nằm phía dưới - bị lớp phía

trên nằm đè lên - không cháy được, gây ra hiện tượng giảm nhiệt độ lò, mặc dù

trong lò vẫn còn củi trấu. Vì vậy, cứ mỗi 10 – 15 phút, công nhân phụ trách lò mở

cửa lò và thực hiện việc đảo lò. Ngoài ra việc đảo lò còn giúp tro trên ghi lò rơi

xuống khoang đựng tro nằm phía dưới. Công đoạn đảo lò cũng kéo dài khoảng 1-2

phút, làm nhiệt độ dầu tải nhiệt giảm xuống khoảng 3-5oC

48

- Cứ mỗi 60-90 phút, công nhân phải lấy tro ra khỏi lò đốt từ cửa lấy tro nằm bên

dưới.

- Nhiệt độ dầu tải nhiệt được cài đặt và điều khiển như mô tả ở trên.

Một số hình ảnh lò đốt, và vận hành lò đốt tại Công ty Phước Đạt được trình bày trong

Hình 3.12.

Ghi nhận và kết quả đốt thử nghiệm:

Nhiệt trị của củi trấu và của nhiên liệu rắn, đã được Trung Tâm kỹ thuật đo lường 3

kiểm định, tương ứng là 16.79 MJ/kg (4.020 kcal/kg) và 25.25 MJ/kg (6.040 kcal/kg).

Vì nhiệt trị của nhiên liệu rắn lớn gấp khoảng 1,5 lần nhiệt trị của củi trấu, nên trong

lần đầu tiên, khoảng 20 kg nhiên liệu rắn được đưa vào lò đốt, lửa trong lò bùng lên rất

mạnh, trong ít hơn 2 phút, nhiệt độ dầu tải nhiệt đã đạt nhiệt độ cài đặt và tiếp tục được

duy trì trong khoảng 15 – 20 phút. Quan sát ống khói có thể thấy ban đầu có khói xám

nhạt thoát ra ngay khi cấp nhiên liệu vào lò, khói này chuyển nhanh sang màu trắng và

sau đó thì hầu như không thấy khói thoát ra khỏi ống khói lò đốt. Một vài hình ảnh của

quá trình đốt thử nghiệm được trình bày ở Hình 3.13.

Hình 3. 12 Quá trình đốt nhiên liệu tại lò đốt - Công ty Phước Đạt

49

Hình 3. 13 Quá trình cháy của nhiên liệu và khí thải sinh ra trong quá trình đốt

Tiêu hao nhiên liệu rắn, được ghi nhận trong quá trình đốt thử nghiệm và so sánh giữa

củi trấu và sản phẩm nhiên liệu rắn tính trung bình trong 1 giờ, được trình bày trong

Bảng 3.7 dưới đây.

Bảng 3. 7 So sánh tiêu hao nhiên liệu giữa củi trấu và sản phẩm của đề tài

Loại nhiên liệu Tiêu hao nhiên liệu (kg/h)

Tdầu tải nhiệt, cài đặt = 250oC Tdầu tải nhiệt, cài đặt = 240

oC

Củi trấu 150 110

Sản phẩm của đề tài 110 75

Như đã nói ở trên, sản phẩm nhiên liệu rắn có nhiệt trị cao hơn gấp 1,5 lần củi trấu, để

cung cấp cùng một nhiệt lượng cho lò đốt, tiêu hao nhiên liệu khi sử dụng sản phẩm

củi trấu, theo tính toán, sẽ giảm (1 – 1/1,5) × 100% = 33,3%. Kết quả từ Bảng 3.7 cho

thấy khi nhiệt độ cài đặt dầu tải nhiệt là 250oC, sử dụng sản phẩm nhiên liệu rắn tiết

kiệm được 26,7% nhiên liệu; trong khi ở chế độ cài đặt nhiệt độ dầu tải nhiệt thấp có

thể tiết kiệm được 31,8% nhiên liệu. Đây là những kết quả khá tương đồng với kết quả

mong đợi thu được từ tính toán. Việc tiết kiệm được nhiên liệu sẽ là một sức hút đáng

kể của sản phẩm nhiên liệu rắn đối với những đơn vị có nhu cầu.

Hàm lượng khí thải lò gia nhiệt dầu tải nhiệt được đo tại vị trí ngay sau khi khí thải

được làm nguội trong bể nước, thông qua một lỗ nhỏ đường kính khoảng 8mm (Hình

3.14). Kết quả đo phát thải các khí ô nhiễm trong khí thải lò gia nhiệt khi sử dụng củi

trấu và nhiên liệu rắn được trình bày trong Bảng 3.8 dưới đây.

50

Bảng 3. 8 Thành phần khí thải lò đốt Công ty Phước Đạt

Chỉ tiêu Củi trấu Sản phẩm của đề tài TCVN 5939:2005

CO, mg/Nm3 518 382 1.000

NOx, mg/Nm3 110 95 850

SOx, mg/Nm3 31 85 550

Về cơ bản, củi trấu và sản phẩm nhiên liệu rắn đều đáp ứng các chỉ tiêu phát thải khí ô

nhiễm. Nồng độ CO phát thải khi sử dụng nhiên liệu rắn rõ ràng có giảm so với củi

trấu, qua đó xác nhận thêm khả năng cháy hoàn toàn hơn của sản phẩm nhiên liệu rắn,

cũng có nghĩa là ưu điểm của việc sử dụng chất thải plastic phối trộ với trấu khi đùn ép

sản phẩm, so với củi trấu trong điều kiện của lò đốt. Đây cũng là một cơ sở có thể

thuyết phục các đơn vị có nhu cầu sử dụng sản phẩm của đề tài.

Hình 3. 14 Đo thành phần khí thải tại Công ty Phước Đạt

51

3.7 Mức độ gây ô nhiễm của quá trình đùn ép

Chúng tôi đã tiến hành khảo sát mức độ gây ô nhiễm của quá trình đùn ép. Một vài

hình ảnh của quá trình đùn ép được trình bày trong Hình 3.15.

Thực tế khi đùn ép tạo sản phẩm, tại đầu đùn và phễu nạp liệu của thiết bị, có xuất

hiện khói trắng. Kết quả đo thành phần khói không phát hiện khí gây ô nhiễm, hàm

lượng CO trong khói này rất thấp (12 mg/Nm3) và không phát hiện được NOx và SOx.

Có thể phán đoán rằng, khói trắng sinh ra chủ yếu là do nước trong vỏ trấu bốc hơi

dưới điều kiện nhiệt độ cao trong thiết bị đùn ép.

Hàm lượng bụi, NO2, SO2, CO, và THC của môi trường không khí bên trong xưởng và

bên ngoài xưởng, trước và trong khi vận hành thiết bị đùn ép với chế độ cài đặt 180 –

200 – 220oC được đo bởi Phòng thí nghiệm Chất lượng môi trường (VILAS 159) của

Viện Môi trường và Tài nguyên. Kết quả khảo sát chất lượng không khí xung quanh

được trình bày trong Bảng 3.9 dưới đây.

Bảng 3. 9 Kết quả đo đạc chất lượng không khi trong và ngoài xưởng, trước và

trong khi vận hành thiết bị đùn ép

Vị trí lấy mẫu Bụi SO2 NO2 CO THC

Trong xưởng, trước khi vận hành thiết bị

(mg/m3)

0,3 0,01 0,11 1,7 -

Trong xưởng, trong khi vận hành thiết bị

(mg/m3)

0,54 0,01 0,12 1,0 -

Tiêu chuẩn cho phép theo

3733/2002/QĐ-BYT (mg/m3)

8 10 10 40

Ngoài xưởng, trước khi vận hành thiết bị

(ug/m3)

120 9 140 1.300 -

Ngoài xưởng, trong khi vận hành thiết bị

(ug/m3)

110 8 150 1.000 -

Tiêu chuẩn cho phép theo

TCVN 5937:2005 (ug/m3)

300 350 200 30.000

Phương pháp phân tích TCVN

5067:1995

AWMA

704A

TCVN

6137:1996

Bộ Y

Tế

52TCN

352-89

-

Từ kết quả tại Bảng 3.9, có thể kết luận rằng nồng độ các thông số bụi, NO2, SO2, CO

đạt tiêu chuẩn cho phép. Quy trình công nghệ đùn ép tại điều kiện này không ảnh

hưởng đến chất lượng không khí xung quanh.

Những vấn đề khác liên quan đến an toàn và bảo hộ lao động trong quá trình đùn ép có

thể được tóm tắt như sau :

52

Thiết bị đùn ép sử dụng mô tơ điện 3 pha, vì vậy vấn đề an toàn lao động phải được

chú ý như khi sử dụng các thiết bị cần điện thế 3 pha khác để không xảy ra những sự

cố, tai nạn như chập điện, điện giật, …

Hình 3. 15 Một vài hình ảnh quá trình đùn ép

Khi hoạt động thiết bị cũng có tiếng ồn, nhưng không đáng kể, khi bắt đầu nạp liệu

hỗn hợp đùn ép thì tiếng ồn này giảm đi rất nhiều và không có ảnh hưởng gì nhiều.

Tuy nhiên một thiết bị đùn ép năng suất lớn hơn nhiều khả năng gây ra tiếng ồn

lớn,điều này cũng cần chú ý đề giảm thiểu tác hại do tiếng ồn gây ra với người lao

động.

Nhiệt độ của quá trình đùn ép cũng khá cao, khoảng 200oC, vì vậy cần có biện pháp

bảo hộ lao động thích hợp để tránh tai những tai nạn do nhiệt độ cao gây ra.

3.8 Tính toán sơ bộ tính kinh tế của quy trình công nghệ

Chúng tôi đã tiến hành khảo sát giá thành nguồn nguyên liệu, thiết bị và từ đó tạm tính

toán sơ bộ tính kinh tế của quy trình công nghệ đùn ép chất thải plastic và vỏ trấu tạo

thành nhiên liệu rắn, năng suất 500 kg nguyên liệu / h. Tỷ lệ vỏ trấu / chất thải plastic

sử dụng trong tính toán là 80/20. Chi phí ước tính cho 1 giờ sản xuất được trình bày

trong Bảng 3.10.

Một số giải thích chi tiết về số liệu và kết quả tính toán được trình bày như sau

(1) Về vỏ trấu : Chúng tôi đã xuống Long An và Tiền Giang để khảo sát giá thành vỏ

trấu tại các cơ sở xây xát. Theo thông tin thu nhận được, trong cả năm giá thành vỏ

trấu thay đổi khá nhiều. Mỗi khi vào vụ thu hoạch, do lượng trấu quá nhiều, trấu

được bán rất rẻ, thậm chí xưởng xay xát còn trả phí để chuyển trấu đi, để có thể

hoạt động được liên tục. Thời gian khác trong năm giá trấu lên cao hơn. Trung bình

cả năm, giá thành vỏ trấu vào khoảng 180 đồng/kg.

53

Bảng 3. 10 Ước tính chi phí sản xuất quy trình công nghệ đùn ép 500 kg nguyên

liệu/h (tính trung bình cho 1 giờ sản xuất)

STT Hạng mục Chi phí ước tính cho

1 h sản xuất (ng đồng)

Ghi chú

1 Nguyên liệu trấu – 400kg 72.000 180 đồng/kg

2 Chất thải plastic – 100 kg 400.000 4.000 đồng/kg

3 Điện – 42,5 KW 51.000 1.200 đồng/kW;

0,1 kWh/kg sp

4 Nước 5.000 Không cần nhiều

nước

5 Nhân công – 3 người 20.000 Cần 3 công nhân,

lương 2 tr

đồng/tháng, ngày

làm việc 10 tiếng

6 Khấu hao nhà xưởng 10.000 Xưởng có thể hoạt

động trong 10 năm

7 Khấu hao thiết bị 87.000 Khấu hao trong

vòng 5 năm

8 Vận chuyển 100.000 200.000 đồng / tấn

9 Thuê đất 17.000 1,000 m2, 5 tr

đồng/tháng

9 Chi phí sản xuất 762.000 Tổng (1 – 9)

10 Chi phí dự trữ / Chi phí khác 76.200 10% của (10)

TỔNG CỘNG 838.200 (9) + (10)

(2) Về chất thải plastic : Chúng tôi đã khảo sát giá thành chất thải plastic tại một số cơ

sở thu gom ve chai, xay bao nylon và ó nhựa ở các khu vực Bình Hưng Hoà; Quận

Bình Tân (gần trạm thu phí ngã tư An Sương); và Huyện Củ Chi (khu vực gần Khu

Công nghiệp Lê Minh Xuân). Thực tế đây là một việc làm hết sức nhạy cảm, vì các

chủ xưởng không tin và khi gặp người lạ thì rất ít chia xẻ thông tin. Sau rất nhiều

lần tìm hiểu, chúng tôi thu được một số thông tin về giá thành các loại plastic phế

thải thông dụng nhất trên thị trường như sau :

- Bao nylon xay (thường được cung cấp trong những bao bố lớn, mỗi bao khoảng

từ 150 – 200 kg) giá thành bán xỉ khoảng 3500 – 4500 đồng/kg, tuỳ vào loại

bao;

- “Cám” (vụn nhựa thất thoát khi xay bao nylon, khoảng 3-5%, thường có lẫn

đất) giá thành bán xỉ khoảng 1.000 đồng/kg;

- Vụn nhựa sinh ra trong quá trình gia công tinh các sản phẩm nhựa, giá thành

bán xỉ khoảng 7.000 – 8.000 đồng/kg

54

Một nguồn chất thải plastic khác có thể lấy được là từ các bãi chôn lấp, tuy nhiên

chúng tôi chưa có điều kiện vào thăm và tìm hiểu các bãi chôn lấp này. Nếu được

phép thu gom chất thải plastic tại các bãi chôn lấp, giá thành chất thải plastic làm

nguyên liệu được giảm xuống đáng kể.

Trong tính toán chi phí ở Bảng 3.10, chúng tôi tạm lấy giá thành chất thải plastic là

4000 đồng/kg

(3) và (4) Chi phí điện, nước : Ước tính với quy mô lớn, điện năng tiêu thụ sẽ giảm

xuống được nhiều. Quy trình công nghệ đùn ép thực tế không cần sử dụng nước

(5) Nhân công : Để vận hành hệ thống, ước tính cần 3 công nhân, mức lương 2 triệu

đồng / tháng là phù hợp với tình hình hiện tại tại các tỉnh Đồng bằng Sông Cửu

Long.

(6) Nhà xưởng : ước tính tổng diện tích nhà xưởng 300 m2

nhà xưởng. Chi phí xây

dựng nhà xưởng là 1 triệu đồng / m2.

(7) Về hệ thống thiết bị:

- Thiết bị chính là máy đùn ép, năng suất 500kg/h, công suất động cơ và thiết bị

gia nhiệt tổng cộng khoảng 50HP; có giá thành khoảng 650 triệu đồng

- Các thiết bị phụ trợ:

o Thiết bị nghiền xay chất thải plastic;

o Hệ thống thiết bị sấy (sẽ sử dụng khi nguyên liệu trấu / chất thải plastic bị

mưa ướt, độ ẩm quá cao);

o Thiết bị trộn nguyên liệu. (có thể tích hợp trong hệ thống thiết bị sấy)

o Hệ thống thiết bị cắt / băng tải sản phẩm nhiên liệu

o Hệ thống thiết bị cấp nhiệt cho quy trình

Tổng giá thành của các thiết bị phụ trợ khoảng 700 triệu đồng.

Như vậy tổng chi phí cho hệ thống thiết bị ước tính khoảng 1 tỷ 350 triệu đồng,

khấu hao dự kiến trong vòng 5 năm. Sơ đồ quy trình công nghệ đề xuất được

trình bày trong Hình 3.16 dưới đây.

Hình 3. 16 Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất nhiên liệu rắn

(8) Chi phí vận chuyển: Vận chuyển trấu bằng ghe, vận chuyển chất thải plastic bằng

xe tải, vận chuyển sản phẩm bằng ghe và xe tải. Có thể giảm chi phí vận chuyển

55

bằng cách sắp xếp vận chuyển hai chiều : ghe/xe chở nguyên liệu đến và mang sản

phẩm đi.

(9) Thuê đất: Ước tính cần 1.000 m2 đất, bao gồm cả nhà xưởng và kho bãi. Tiền thuê

đất ước tính 5 triệu đồng / tháng.

Như vậy, chi phí sản xuất tạm tính là 838.200 đồng cho 1 h sản xuất. Hiệu suât của cả

quy trình công nghệ có thể lấy là 85%. Như vậy từ 500 kg nguyên liệu có thể tạo thành

425 kg nhiên liệu. Giá thành định mức của sản phẩm nhiên liệu rắn là 838.200 đồng /

425 kg = 1972 đồng/kg. Ước tính lợi nhuận biên là 10%, khi đó giá bán sản phẩm

nhiên liệu rắn sẽ là 2.169 đồng/kg, cao hơn giá củi trấu (1.300 đồng/kg) và thấp hơn

giá than (2.400 đồng/kg) tại thời điểm hiện tại. Xét về khả năng cung cấp nhiệt giữa 3

loại nhiên liệu kể trên, và tính đơn giản, hiệu quả và ổn định của công nghệ, giá bán

này có thể chấp nhận được.

Một điểm cũng cần lưu ý là có thể giảm giá thành của sản phẩm bằng cách nâng quy

mô của thiết bị. Với công nghệ đùn ép vỏ trấu có chất thải plastic đóng vai trò chất bôi

trơn và kết dính, theo tính toán của chúng tôi, có thể nâng quy mô của thiết bị lên đến

3 ~ 5 tấn/h

56

CHƢƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

4.1 Kết luận:

Chúng tôi đã xây dựng thành công quy trình công nghệ đùn ép vỏ trấu và chất thải

plastic sản xuất nhiên liệu rắn. Trong khuôn khổ đề tài, một hệ thống thiết bị đùn ép

năng suất 5 – 20 kg nguyên liệu /h đã được xây dựng và vận hành ổn định. Quá trình

đùn ép hỗn hợp vỏ trấu và chất thải plastic được thực hiện dễ dàng, với tỷ lệ vỏ trấu

khảo sát trong khoảng từ 60 đến 80% kl trong hỗn hợp nguyên liệu. Sản phẩm nhiên

liệu rắn tạo thành có hình dạng khối lục giác, cạnh 12mm, độ dài theo mong muốn.

Chúng tôi đã tiến hành khảo sát tìm ra thông số phù hợp cho quá trình đùn ép chất thải

plastic và vỏ trấu trên các hệ thống thiết bị, bao gồm nhiệt độ cài đặt, hàm lượng ẩm,

và thành phần hỗn hợp nguyên liệu. Các thông số này có ảnh hưởng qua lại lẫn nhau,

và ảnh hưởng đến các tính chất của sản phẩm thu được. Với hệ thống thiết bị của đề

tài, hiệu suất thu sản phẩm nhiên liệu rắn đạt trong khoảng 85 ~ 90%; và đạt giá trị cực

đại khi hỗn hợp nguyên liệu được đùn ép tại nhiệt độ thấp (140 – 160 – 180oC). Bên

cạnh đó, hiệu suất năng lượng của quá trình lớn hơn 0,8 và điện năng tiêu thụ cho 1 kg

sản phẩm không cao, dao động từ 0,17 ~ 0,26 kWh/kg sản phẩm. Với một hệ thống

thiết bị có quy mô lớn hơn, các thông số nêu trên có thể được tối ưu và đạt được các

giá trị có lợi hơn cho sản xuất.

Kết quả khảo sát sơ bộ hiệu quả kinh tế của quy trình công nghệ đùn ép năng suất 500

kg nguyên liệu/h cho thấy giá thành sản phẩm nhiên liệu rắn có thể ước tính là 1.972

đồng/kg. Với lợi nhuận biên là 10%, giá bán sản phẩm là 2169 đồng/kg có thể chấp

nhận được trong điều kiện hiện tại. Ngoài ra, chúng tôi cũng tiến hành xác định mức

độ ô nhiễm môi trường của quy trình công nghệ đùn ép, kết quả cho thấy quá trình đùn

ép sản xuất nhiên liệu rắn không gây ảnh hưởng đến chất lượng không khí xung quanh.

Chúng tôi cũng nhận định rằng quy trình này không gây ra những vấn đề bảo hộ, an

toàn lao động hay môi trường đặc biệt nào.

Về sản phẩm nhiên liệu rắn thu được, các tính chất vật lý quan trọng của sản phẩm

nhiên liệu rắn bao gồm độ bền nén, khối lượng riêng, khối lượng riêng đổ đống, nhiệt

trị đã được phân tích và đánh giá. Khối lượng riêng đổ đống của sản phẩm nhiên liệu

rắn tăng gấp khoảng 5 - 6 lần khối lượng riêng đổ đống của trấu. Kết quả này cho thấy

quy trình công nghệ đề xuất đã giải quyết được một trong những nhược điểm của vỏ

trấu, và tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình vận chuyển. Nhiệt trị của sản phẩm nhiên

liệu rắn nằm trong khoảng 5.400 – 6.200 kcal/kg, khá cạnh tranh với nhiệt trị của than.

Ngoài ra sản phẩm có độ bền nén tốt, tồn trữ dễ dàng dưới mọi điều kiện thời tiết. Các

mẫu nhiên liệu với tỷ lệ vỏ trấu là 80%kl có khối lượng riêng đổ đống cao, nhiệt trị

khá cao, độ bền nén phù hợp được đánh giá là những mẫu có triển vọng ứng dụng

trong thực tế.

57

Kết quả thực nghiệm đốt sản phẩm trong lò đốt thử nghiệm và tại một lò đốt công

nghiệp với mức tiêu hao khoảng 100 kg than / h cho thấy sản phẩm nhiên liệu rắn rất

dễ cháy, cháy hoàn toàn không sinh tro dính và khi cháy sinh ra ít khói. Bên cạnh đó,

phát thải các khí gây ô nhiễm đều nằm trong giới hạn cho phép được quy định tại

TCVN 5939:2005. So với sản phẩm củi trấu – là sản phẩm đã được thị trường chấp

nhận – sản phẩm của đề tài có nhiệt trị cao gấp khoảng 1,5 lần, và khi sử dụng sẽ tiết

kiệm được khoảng 30% nhiên liệu.

4.2

Với ưu điểm của quy trình đùn ép liên tục, cùng với những kết quả khá khả quan thu

được nêu trên, và những phản hồi tích cực từ các đơn vị có nhu cầu, chúng tôi tin

tưởng rằng quy trình công nghệ đề xuất có tiềm năng lớn trong triển khai ứng dụng

thực tế, tạo ra sản phẩm cạnh tranh. Vì điều kiện khách quan, các kết quả nghiên cứu

vẫn còn một số hạn chế, như chưa khẳng định được ảnh hưởng của các yếu tố “phần

cứng” đến quy trình công nghệ và tính chất sản phẩm, như kích thước xi-lanh, vít đùn

và cấu trúc vít đùn tối ưu. Các yếu tố phần cứng này sẽ quyết định khả năng triển khai

trong thực tế.

Chúng tôi đã thử đùn ép chất thải plastic với vỏ hạt cà phê, cũng là một nguồn nguyên

liệu biomass dồi dào tại Việt Nam và nhận thấy quá trình đùn ép diễn ra dễ dàng hơn

nhiều so với vỏ trấu, năng suất của thiết bị được cải thiện đáng kể.

Chúng tôi đề xuất một số hướng nghiên cứu tiếp tục đề tài này như sau :

- Khảo sát ảnh hưởng của cấu trúc trục vít đến quá trình đùn ép, qua đó đưa ra được

một cấu trúc trục vít tối ưu theo các vùng trục vít nhằm tăng khả năng đổng nhất

hoá, tăng lực nén (tăng khối lượng riêng) và tăng hiệu suất thu hồi sản phẩm và

hiệu suất năng lượng của quá trình.

- Khảo sát và đánh giá chi tiết sự biến đổi về mặt hoá học của các nguyên liệu chất

thải plastic và vỏ trấu trong quá trình đùn ép; khảo sát chi tiết thành phần hoá học

của sản phẩm nhiên liệu rắn nhằm có những kết luận chính xác và đáng tin cậy hơn

về khả năng đốt cháy cũng như thành phần khí thải của sản phẩm.

- Nghiên cứu chế độ đốt và quy trình đốt sản phẩm nhiên liệu rắn để quá trình cháy

được hoàn toàn. Nghiên cứu cấu tạo phù hợp nhất cho lò đốt sản phẩm nhiên liệu

rắn và củi trấu.

- Nghiên cứu các phương pháp tận dụng, chế biến tro sinh ra sau khi đốt. (Thực tế

hiện nay các lò đốt sử dụng sản phẩm củi trấu đang gặp những khó khăn về vấn đề

này)

- Khảo sát quá trình đùn ép chất thải plastic với các nguồn phụ phẩm nông nghiệp /

biomass khác có nhiều ở Việt Nam như vỏ cà phê, vỏ điều, xơ dừa, …

58

- Khảo sát các “phụ gia” kết dính và bôi trơn khác ngoài chất thải plastic có thể sử

dụng phù hợp với công nghệ đùn ép trục vít.

Cuối cùng, chúng tôi hy vọng các kết quả đạt được trong đề tài là cơ sở và mở ra một

hướng giải quyết bài toán xử lý chất thải plastic và phụ phẩm nông nghiệp hiện đang

rất bức xúc tại Việt Nam. Với mong muốn tìm hiểu và nắm bắt hoàn toàn công nghệ

đùn ép chất thải plastic và vỏ trấu hoặc các nguyên liệu biomass, hiện tại chỉ đang

được xem là phế phẩm nông nghiệp, bên cạnh đó đưa ra một sản phẩm nhiên liệu rắn

có khả năng ứng dụng khá cao trong công nghiệp mang đến những lợi ích thiết thực

trong kinh tế, xã hội và môi trường, chúng tôi mạnh dạn đề nghị triển khai một dự án

sản xuất thử nghiệm, quy mô khoảng 500 kg nguyên liệu / h trong khuôn khổ các đề

tài / dự án do Sở Khoa học và Công nghệ Tp. HCM trực tiếp quản lý.

59

Các tài liệu tham khảo chính

[1] Hisao Ida, Current Status of Plastics Recycling in Japan, trong Báo cáo tại

Plastic Waste Management Institute, Japan, tháng 12, 2006.

[2] Estela Assureira, Rice husk – an alternative fuel in Perú, Boiling Point, 48, 2002,

35-36.

[3] Phạm Hoàng Ngân, Tổng quan Cung - Cầu ngành hàng gạo Việt Nam 2007, bài

viết tại địa chỉ http://www.agro.gov.vn/news/newsdetail.asp?targetID=5182.

[4] Số liệu lấy từ địa chỉ : http://vaas.org.vn/download/caylua/12/38_trau.htm

[5] Thông tin lấy từ địa chỉ : http://vietbao.vn/Khoa-hoc/San-xuat-dien-tu-vo-trau-

mun-cua/40127578/188/

[6] S.C. Bhattacharya*, M. Augustus Leon and Md. Mizanur Rahman, A Study on

Improved Biomass Briquetting, Energy for Sustainable Development, 6(2), 2002,

67-71.

[7] T. H. T. Vinh, Công nghệ khí hóa trấu trong sản xuất năng lượng, trong ET

News, Trung tâm Nghiên cứu và Phát triển về Tiết kiệm Năng lượng - Số 3 -

Tháng 5 & 6, 2004

[8] Số liệu thống kê do Sở Tài nguyên và Môi trường cung cấp

[9] Nguyễn Văn Phước, Bài giảng Quản lý và xử lý chất thải rắn

[10] Số liệu và thông tin lấy từ địa chỉ :

http://irv.moit.gov.vn/News/PrintView.aspx?ID=19656

[11] J. Brandrup, Recycling and recovery of plastics, Carl Hanser Verlag, 1996.

[12] A. Tukker, Ing. H. de Groot, Ir. L. Simons, Ir. S. Wiegersma, Chemical recycling

of plastic waste (PVC and other Resins), TNO Institute of strategy Technology

and Policy, December 1999.

[13] An Introduction to Plastic Recycling, Report of Plastic Waste Management

Institute, Japan, 2004, tại địa chỉ :

http://www.pwmi.or.jp/ei/plastic_recycling_2004.pdf

[14] Yadong Li , Henry Liu, Ou Zhang, High-pressure compaction of municipal solid

waste to form densified fuel, Fuel Processing Technology 2001,74:81–91.

[15] R. Marsh et. al., Physical and thermal properties of extruded refuse derived fuel,

Fuel Processing Technology, 2007, 88:701–706.

[16] Emmanuel Kakaras et. al., Solid recovered fuel as coal substitute in the electricity

generation sector, Thermal Science, 2005, 9:17-30.

[17] Dominick V. Rosato, P.E., Plastics Processing Data Handbook, Second edition,

Chapman & Hall, 1997.

[18] Số liệu lấy từ địa chỉ : http://www.americanagfuels.com/Energy%20Yield.htm

60

PHỤ LỤC A : MÔ TẢ CHI TIẾT THIẾT BỊ ĐÙN ÉP MỘT TRỤC VÍT

Cấu tạo máy đùn một trục vít

Chú thích: A: trục vít, B: thân máy đùn (xylanh), C: thiết bị gia nhiệt, D: đầu đo

nhiệt E: họng cấp liệu, F: Phễu cấp liệu, G: giảm áp lực đẩy, H: giảm tốc bằng bánh

răng, I: motor, J: vùng cấp liệu, K: vùng nén, L: vùng đẩy

:

. Nó có khả

không ổn định, nó là nguyên nhân làm thay đổi kích thước máy đùn. Chính vì vậy,

việc ổn định tốc độ là điều rất cần thiết đối với hệ thống dẫn động.

Hệ . Một điều

cần thiết đối với hệ thống dẫn động là khả năng thay đổi tốc độ trong một phạm vi

rộng. Các hệ thống dẫn động chính bao gồm: động cơ điện xoay chiều, động cơ điện 1

chiều …

:

–

. cấu tạo hộp giảm tốc gồm

các bánh răng ăn khớp với nhau và hệ thống buli truyền động từ động cơ tới hộp giảm

tốc.

Thông số quan trọng nhất của hộp giảm tốc là tỉ số truyền, thường tỷ lệ này là 15:1 đến

20:1; có thể thấp nhất 5:1 và cao nhất là 40:1. Ngoài cách thay đổi tốc độ trục vít bằng

61

cách thay đổi tốc độ động cơ người ta còn thay đổi vị trí các bánh răng ăn khớp để

thay đổi tỉ số truyền.

Khi gắn trực tiếp động cơ và hộp số - truyền động trực tiếp (direct drive). Nếu truyền

động qua dây đai (cu-roa) giữa động cơ và hộp giảm tốc - truyền động gián tiếp

(indirect drive).

:

, cọ xát vào xi lanh gây hư hỏng bề mặt xi lanh và trục vít.

-

Xi lanh:

Là bộ phận bao quanh trục vít có gắn những bộ gia nhiệt ở vòng ngoài.

.

Tùy theo cách đốt nóng , lớp ngoài có thể có một hay hai vỏ. Đối với máy đùn cao su

thường có hai

. Gia công nhựa nhiệt dẻo vỏ thường

một lớp, đốt nóng bằng điện trở.

Cửa nạp liệu:

Là phần tiếp xúc với xi lanh ở dưới và phễu nạp liệu ở bên trên. Cửa nạp liệu có thể có

tiết diện tròn, vuông, chữ nhật, thành đứng hay nghiên, tiếp xúc hay võng xuống, hệ

thống nước làm mát thường được thiết kế để tránh hiện tượng nóng chảy vật liệu, dính

vào thành thiết bị. Chiều dài của họng khoảng 1,5 lần, rộng khoảng ¾ đường kính của

thân máy đùn, và thường không được bé hơn một bước vít.

:

Là nơi chứa nguyên liệu dự trữ, để cung cấp nguyên liệu cho máy đùn. Phễu nạp

liệu được thiết kế sao cho đảm bảo dòng vật liệu chảy ổn định vào xy lanh, thường có

dạng hình nón cụt.

Môt số phếu nạp liệu thông dụng

62

– :

Hệ thống gia nhiệt: dùng để gia nhiệt làm nhựa nóng chảy trong quá trình đùn. Có hai

nguồn năng lượng chính cung cấp cho máy đùn. Thứ nhất và cũng là nguồn năng

lượng quan trọng nhất đó là năng lượng sinh ra do ma sát (cung cấp 80% năng lượng)

và thứ hai là nguồn năng lượng từ bên ngoài (bằng cách gia nhiệt xi lanh hoặc trục

vít).

Các thiết bị gia nhiệt bằng điện được đặt dọc theo thân máy đùn. Các máy đùn thường

có ít nhất 3 vùng nhiệt độ dọc theo chiều dài của thân máy đùn. Các máy đùn dài hơn,

có trên 8 vùng nhiệt độ. Mỗi vùng có hệ thống gia nhiệt và làm lạnh riêng, có sensor

đo nhiệt độ. Nhiệt độ thường đo bên trong thân máy. Khuôn có thể có một hay nhiều

vùng nhiệt độ phụ thuộc vào độ phức tạp của nó. Khuôn thường được gia nhiệt, ít khi

phải làm lạnh.

Hệ thống làm nguội: nhựa nhào trộn do sự chuyển động của trục vít và quá trình gia

nhiệt thường phát sinh nhiều nhiệt, do đó cần phải giải nhiệt để ổn định nhiệt, tránh

làm cho nhiệt độ thân máy đùn tăng quá giới hạn cho phép. Điều này cũng xảy ra

tương tự khi đùn nhựa có độ nhớt cao, tốc độ đùn lớn . Có thể giải nhiệt bằng nước

hoăc không khí.

Khi cần lấy đi một lượng nhiệt lớn, có thể dùng nước. Máy đùn hoạt động tốt nhất khi

trục vít cấp đủ năng lượng cho quá trình, gia nhiệt hoặc làm lạnh cũng sẽ ít đi. Do vậy,

với máy đùn trục vít đơn, làm lạnh bằng không khí là đủ. Nước làm lạnh quá nhanh sẽ

gây khó khăn cho việc khống chế đúng nhiệt độ.

:

Chức năng: tiếp nhận nhựa tại cửa nhập liệu, tải vật liệu từ vùng nạp liệu đến đầu định

hình. Thực hiện nhào trộn, gia nhiệt, hóa dẻo, và tách khí trong quá trình tải. Độ ổn

định của quá trình làm việc, chất lượng sản phẩm phụ thuộc nhiều vào trục vít. Trục

:

- Lõi trục: thanh hình trụ hoặc hình trụ côn

- Land: mặt ngoài của gân nằm xa nhất đối với trục vít.

- Flight: cánh vít.

Các thông số quan trọng:

- Đường kính vít đùn (D)

- Chiều dài vít đùn (L)

- Số gân cánh (flight): số gân cánh một vòng trục hay số khoảng cách các ô trống

trên trục vít cho một bước vít.

- .

- Bước vít (Pitch): khoảng cánh giữa hai gân vít liên tiếp.

- Chiều rộng rãnh (Channel Width): khoảng cách giữa 2 cánh vít liên tiếp (không

kể bề dày của cánh vít).

- Góc nghiêng (Helix Angle): góc tạo bởi gân cánh vít so với mặt ngang của trục

vít. Thực tế thường chọn góc nghiêng 17030.

- Bề dày cánh vít (Axial Flight Width): độ dày của một cánh vít.

63

Cấu tạo của trục vít

Các vùng trục vít:

- , mang tính chất chuyển động khối. Để hạt vật liệu có thể chuyển động

tới thì ma sát giữa hạt vật liệu với bề mặt trục vít phải nhỏ hơn ma sát giữa

.

-

, bề dày khối rắn tăng dần khi khối vật

liệu tiến về phía trước.

- Vùng định lượng: vật liệu ở trạng thái chảy nhớt, chuyển động của vật liệu là dạng

chuyển động ma sát nhớt.

:

Đầu tạo hình đặt ở đầu ra của máy đùn. Tạo ra sản phẩm với hình dạng mong muốn.

Đầu tạo hình dạng vành khuyên (annular die) dùng tạo ống, bọc dây điện. Đầu tạo hình

có khe (slit die) dùng tạo màng mỏng, tấm. Đầu đùn circular die dùng để tạo sản phẩm

dạng sợi, que. Đầu tạo hình profile để tạo các sản phẩm có các hình dạng khác. Đầu

tạo hình được định danh theo loại sản phẩm nên ta có thể gọi: đầu tạo hình tấm, màng

mỏng . . .

Một số đầu tạo hình

64

PHỤ LỤC B : CÁC KẾT QUẢ PHÂN TÍCH