Công nghệ xử lý rác bằng nhiệt phân thân thiện với môi trường

1. Giới thiệu

Chính sách xử lý chất thải của Việt Nam đã được phát triển với trọng tâm là đốt rác, nhằm giảm lượng chất thải tại các bãi chôn lấp cuối cùng. Mặc dù thiêu đốt là phương pháp xử lý chất thải chủ yếu cho đến nay, sự gia tăng gần đây về số lượng và sự đa dạng hóa của các loại chất thải đang buộc phải thay đổi chính sách từ khuyến khích độc quyền đốt chất thải sang chính sách cũng thúc đẩy giảm thiểu phát sinh chất thải cũng như giảm số lượng chất thải thông qua việc tái sử dụng chất thải và phục hồi nó như một

Ngoài ra, tác động tiêu cực đến môi trường của khí thải từ quá trình đốt rác, bao gồm ô nhiễm khí quyển và đất, đã trở thành vấn đề và các công nghệ tiên tiến được yêu cầu đặc biệt để hạn chế phát sinh Dioxin, Hiện nay, 50 triệu tấn rác thải nói chung được tạo ra hàng năm (trong đó có khoảng 4 triệu tấn nhựa thải / năm), trong đó khoảng 78% là chất thải bên trong (được đánh giá là có liên quan đến việc đốt rác là những vấn đề quan trọng cần phải giải quyết . Để thay thế cho việc đốt rác, công nghệ xử lý rác bằng nhiệt phân đã được phát triển vào những năm 1970 để hạn chế việc tạo ra dioxin. Đây là công nghệ để phân hủy các vật liệu hữu cơ thành khí, chất lỏng và chất rắn mà không có hàm lượng oxy. Ứng dụng thực tế và phổ biến của nó trong tương lai là kỳ vọng, các nguồn nhiệt thường sử dụng nhiệt đốt (như “không khí nóng, hơi nước, khí thải, v.v.) của nhiên liệu hóa thạch (dầu, khí đốt, than đá, v.v.). Hệ thống sưởi của bể nhiệt phân bằng các lò sưởi điện trở cũng được sử dụng.

Fuji Electric đã sản xuất thiết bị nhiệt phân liên tục kiểu lò nung cảm ứng, để thay thế cho thiết bị đốt và thực hiện các thí nghiệm để xử lý nhựa phế thải. Dưới đây trình bày tổng quan về thiết bị nhiệt phân mới được phát triển này.

2. Nhiệt phân nhựa

2.1 Cơ chế của pyrolysie

Ai cũng biết rằng chất dẻo nói chung phân hủy thành dầu và khí khi cô lập với không khí (oxy) và được nung nóng đến 200 đến 400 °C. "Quá trình nhiệt phân có sự khác biệt đáng kể đối với loại nhựa và nhiệt độ nhiệt phân. Polyvinyl clorua (PVC), bị phân hủy chủ yếu ở 200 đến 250 °C và ở khoảng 350°C thứ hai, tạo ra hydro clorua, hydrocacbon (khí và chất lỏng) và chất rắn (ống tuần hoàn). Sự phân hủy được hoàn thành bởi hầu hết các polyme ở 250 đến -450 °C. Quá trình đốt cháy các hợp chất hữu cơ trong điều kiện không khí hoặc oxy tạo ra khí cacbonic, hơi nước và các lò xo (tro) và hơn nữa, quá trình đốt cháy chất dẻo có chứa clo như PVC tạo ra các chất dioxin có vấn đề. Thực hiện nhiệt phân các vật liệu này trong môi trường cách ly với không khí (oxy) gây ra hiện tượng khử clo, phá vỡ liên kết CC và liên kết CH, hoặc tái kết hợp với nhiều tỷ lệ khí, chất lỏng và chất rắn được tạo ra tùy thuộc vào cấu trúc hóa học khác nhau và kích thước của các nốt ruồi và quá trình nhiệt phân nhiệt độ và tốc độ.

“Các khí được tạo ra bao gồm cacbon, hydro và hydro clorua và các chất lỏng được tạo ra bao gồm benzen và toluen, nhưng không có dioxin, là các hợp chất có chứa oxy.

Thiết bị sử dụng công nghệ xử lý rác bằng nhiệt phân được nói ở đây, cái gọi là thiết bị chưng cất khô, phân hủy các hợp chất hữu cơ bằng cách đun nóng chúng trong một môi trường được cách ly với các khí như oxy, không khí, carbon dioxide và hơi nước có chứa oxy, một yếu tố gây ra việc tạo ra dioxin. “Chưng cất khô” là một quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ bằng cách đun nóng chúng trong điều kiện không có hoặc không có oxy thành ba dòng khí, lỏng và rắn tương ứng. Thuật ngữ "chưng cất khô" được sử dụng như một từ đồng nghĩa với nhiệt phân. Hình 3 cho thấy quá trình nhiệt phân.

2.2 Quá trình đốt nóng bằng điện để nhiệt phân

Fuji Electric đã và đang sản xuất Hệ thống sưởi điện cho các loại quy trình sưởi ấm khác nhau. Trong việc xử lý chất dẻo thải, vốn đã trở thành mối quan tâm nghiêm trọng của công chúng, các vấn đề đặt ra là làm thế nào để giảm khối lượng chất thải trong khi ngăn chặn sự phát sinh dioxin, cũng như làm thế nào để tiến tới việc thu hồi các vật liệu có giá trị và không phát thải. Do mối quan tâm của xã hội hiện nay, người ta hy vọng rằng ứng dụng thực tế của công nghệ nhiệt phân xử lý rác thế hệ mới sẽ được thực hiện. Đối với các chất thải như chất thải thương mại có đặc tính rõ ràng và bao gồm một loại chất thải duy nhất, việc xử lý có thể được tối ưu hóa bằng cách chọn một quy trình gia nhiệt phù hợp với các đặc tính của chất thải. Nhưng rác thải đô thị liên quan đến các biện pháp xử lý khác nhau đối với các loại rác thải sai lệch, và đây là lý do tại sao nhiệt phân là cần thiết. Hệ thống sưởi bằng điện là tối ưu cho quá trình sưởi ấm cần thiết, và sưởi ấm bằng cảm ứng là công nghệ hợp lý nhất.

Nguyên tắc của gia nhiệt cảm ứng là một thân bằng kim loại (thân lò) được đưa vào một cuộn dây nối với nguồn điện xoay chiều, cố gắng từ thông chạy qua thân lò. Thông lượng này gây ra dòng điện xoáy trong thân lò, tạo ra nhiệt Joule, làm tăng nhiệt độ của lò nung. Đây là nhiệt cảm ứng. Vì các điều kiện của bầu khí quyển kín cần được làm nóng có thể được duy trì theo ý muốn, và nhiệt độ có thể nhanh chóng trong không gian kín, giữ ở nhiệt độ cao 500 ± 50 °C, bị phân hủy bằng phương pháp nhiệt phân trong thời gian rất ngắn, tách thành cặn cacbon và khí. Cặn cacbon được đưa đến phễu ở lối ra của lò nung. Khí được làm lạnh trong bình ngưng và tách thành nước ngưng và khí dễ cháy. Chất ngưng tụ được thu thập trong một bể chứa và khí cháy được đưa vào lò đốt thông qua bộ khử clo và chất ức chế ngược dòng được kiểm soát nhanh chóng, đây là một quá trình gia nhiệt tuyệt vời để ngăn chặn sự tạo ra dioxin.

3. Thiết bị nhiệt phân liên tục loại lò nung cảm ứng

3.1 Xây dựng bộ máy và phác thảo hệ thống

Công nghệ xử lý rác bằng nhiệt phân được chế tạo nhằm mục đích xử lý nhựa phế thải đồng thời ngăn chặn sự phát sinh của dioxin. Rác thải nhựa được thu gom tại các thành phố, thị xã được đưa vào miệng đầu vào và nén đầu tiên đến thể tích khoảng 1/15 thông qua bộ nạp trục vít rồi chuyển đến lò nung. Bộ nạp được cấu tạo để không khí từ miệng đầu vào được tự động tắt và bịt kín bởi chất thải nhựa nén. Lò được xây dựng sao cho bên trong lò được duy trì ở điều kiện oxy rất thấp bằng cách đưa khí N2 vào và được cách nhiệt với môi trường bên ngoài. Khi các cuộn dây gia nhiệt cảm ứng được lắp đặt ở ngoại vi của thân lò, thân lò được làm nóng trực tiếp bằng nhiệt cảm ứng, làm nóng chất thải nhựa đầu vào. Nhiệt độ tại các điểm nhất định bên trong lò được đo bằng cặp nhiệt điện, và áp dụng điều khiển phản hồi để duy trì nhiệt độ định trước. Phế liệu nhựa đầu vào được đốt nóng rất nhanh trong không gian kín, giữ ở nhiệt độ cao 500 ± 50 °C, được phân hủy bằng phương pháp nhiệt phân trong thời gian rất ngắn, tách thành cặn cacbon và khí. Cặn cacbon được đưa đến phễu ở lối ra của lò nung. Khí được làm lạnh trong bình ngưng và tách thành khí ngưng tụ và khí cháy. Chất ngưng tụ được thu thập trong một bể chứa và khí cháy được đưa vào lò đốt thông qua bộ khử clo và chất ức chế ngược dòng.

3.2 Ưu điểm của bộ máy

Bộ máy có nhiều ưu điểm khi chuyển sang sử dụng hệ thống sưởi cảm ứng.

(1) Phương pháp xử lý bằng hệ thống sưởi có khả năng sinh ra dioxin

Quá trình tạo ra dioxin trở nên nổi bật trong môi trường ôxy hóa. Do phương pháp này gián tiếp làm nóng chất thải trong môi trường khí kín không hoạt động mà không áp dụng Aames đốt trực tiếp vào chất thải cần xử lý, nên việc sinh ra dioxin do tồn tại của ôxy là rất thấp trong quá trình xử lý này.

(2) Làm nóng nhanh và kiểm soát nhiệt độ dễ dàng

Đặc tính làm nóng nhanh của hệ thống sưởi cảm ứng làm cho khả năng đi nhanh qua vùng nhiệt độ yêu thích (200 đến 300 °C), nơi có thể sinh ra dioxin. Hơn nữa, vì gia nhiệt cảm ứng có các đặc tính đáp ứng nhiệt độ tốt, thiết bị có thể kiểm soát nhiệt độ chính xác và giữ cho vùng được gia nhiệt ở nhiệt độ cần thiết.

(3) Hiệu quả năng lượng cao

Gia nhiệt cảm ứng có hiệu suất gia nhiệt 85%, cao hơn so với các phương pháp khác sử dụng lò nung làm cơ quan sinh nhiệt. Hơn nữa, không có sự giảm hiệu suất gây ra bởi sự kết dính của muội than, như đã thấy ở kiểu đốt.

(4) Không hạn chế các loại chất thải được xử lý Ngay cả trong trường hợp là thùng phế liệu, chất bẩn và cát lẫn vào chất thải nhựa, có thể xử lý mà không có vấn đề gì; cụ thể là, bất kỳ loại bụi nào cũng có thể được xử lý.

(5) Có thể thực hiện nhiều hoạt động khác nhau, từ hoạt động liên tục đến hoạt động hàng loạt.

Thiết bị này tương thích với các hoạt động khác nhau, từ hoạt động liên tục trong 24 giờ / ngày đến hoạt động hàng loạt, trong đó việc sưởi ấm và làm mát hàng ngày được lặp lại và do đó có thể được thiết lập cho một loạt ứng dụng, từ sử dụng công ty đến sử dụng cá nhân.

(6) Chi phí thiết bị thấp

Không cần phải lắp đặt một ống dẫn khí nhiệt độ cao, như được yêu cầu cho quá trình xử lý quy mô lớn, và cũng không cần tăng lượng khí thải tạo ra do cản. Những điều này đơn giản hóa quá trình xử lý, dẫn đến tổng chi phí thiết bị thấp hơn.

3.3 Kết quả thử nghiệm công nghệ nhiệt phân xử lý rác

Các thử nghiệm trình diễn sử dụng nhựa phế thải do Thành phố A và Thành phố B cung cấp vẫn đang được tiến hành, nhưng kết quả thử nghiệm cho đến thời điểm hiện tại được báo cáo như sau. Ví dụ về kết quả thử nghiệm, vật liệu thử nghiệm (chất dẻo đầu vào) và khái niệm và dòng vật liệu của thiết bị nhiệt phân gia nhiệt cảm ứng được trình bày trong Hình.

Việc giảm khối lượng và trọng lượng của nhựa phế thải trong phạm vi nhiệt độ nhiệt phân 500 ± 50 °C dẫn đến khối lượng cacbon giảm xuống còn 1/10; đạt được mức cacbon hóa 96% và mức độ diôxin thấp hơn giá trị cụ thể đã được đảm bảo. Tốc độ tạo ra chất ngưng tụ có dầu và khí cháy thay đổi đáng kể phụ thuộc vào nhiệt độ nhiệt phân; Lượng khí cháy sinh ra tăng đột ngột ở nhiệt độ trên 550 °C. Chất ngưng tụ dầu có khối lượng riêng 0,87, là mức của dầu thô và có giá trị nhiệt lượng là 12 kcal / g. Nồng độ clo cao một chút nhưng có thể được giảm bớt bằng cách xử lý sau bằng nước kiềm. Rất có thể chất ngưng tụ sẽ được sử dụng làm dầu tái chế hoặc dầu nhiên liệu. Khí cháy được đốt cháy lần thứ hai; tuy nhiên, dioxin sinh ra trong khí thải thấp hơn giá trị quy định. Đây có thể được sử dụng làm nhiên liệu cho các lò hơi cỡ nhỏ, vv. Các kim loại còn lại, chủ yếu là nhôm. trong cặn cacbon là thú vị. Vật liệu rất mỏng được sử dụng để đóng gói thực phẩm có thể được phục hồi như kim loại mà không bị oxy hóa.

4. Khu vực ứng dụng của thiết bị nhiệt phân cảm ứng

Thiết bị nhiệt phân xử lý rác thế hệ mới này, ngăn chặn sự tạo ra dioxin, có nhiều ứng dụng như thiết bị xử lý chất thải và thiết bị tái chế. Với các đặc tính kiểm soát nhiệt độ và bầu không khí, chúng tôi tin tưởng rằng thiết bị nhiệt phân này sẽ đóng góp vào xã hội có ý thức về môi trường của chúng ta, vốn đang phải vật lộn với nhiều vấn đề trong xử lý chất thải. Những đóng góp đó sẽ bao gồm ứng dụng của nó như thiết bị xử lý chất thải và thiết bị tiền xử lý để tái chế.

5. Kết luận

Các thử nghiệm sử dụng thiết bị nhiệt phân xử lý rác thế hệ mới liên tục kiểu lò nung cảm ứng đã gần như hoàn thành và chúng tôi tin rằng đã đạt được các mục tiêu ban đầu về khử điôxin, giảm khối lượng và thể tích nhựa thải. Trên cơ sở những kết quả này, chúng tôi sẽ thiết kế các bộ máy thực tế, qua đó chúng tôi hy vọng có thể đóng góp vào các lĩnh vực xử lý và tái chế chất thải, vốn đã trở thành vấn đề nghiêm trọng trong xã hội có ý thức về môi trường của chúng ta.

 

Tham khảo thêm Quy hoạch dự án xử lý rác thải thành phố Vũng Tàu (2020 - 2035)