Loại bỏ tạp chất trong biogas
Có nguồn gốc từ sinh khối của các nhà máy xử lý nước thải, trang trại chăn nuôi hay bãi chôn lấp, khí sinh học (biogas) đang ngày càng được thế giới công nhận là một nguồn năng lượng tái tạo hữu ích.
Tuy nhiên, do được sản sinh từ sự phân hủy của những hợp chất hữu cơ nên hỗn hợp khí sinh học không chỉ gồm metan (CH4) - loại khí chủ yếu tạo ra năng lượng đốt, mà còn chứa nhiều tạp khí khác.
“Trong đó, khí metan thường chỉ chiếm 60-70% hỗn hợp khí, còn 30-40% còn lại là khí CO2 và một lượng nhỏ khí N2, H2, CO,...”, TS Nguyễn Tuấn Minh cho biết.
Muốn dùng khí sinh học để đốt phát điện thì bắt buộc phải xử lý được một trong những loại khí sinh ra từ quá trình phân hủy ấy là H2S - khí gây mùi trứng thối. Đây là loại khí có tính chất ăn mòn rất cao, nếu không làm sạch được thì khi chạy trong máy phát điện sẽ gây ăn mòn các chi tiết máy và nhanh chóng làm hỏng máy.
Từ năm 2016, anh và đồng nghiệp đã bắt tay vào nghiên cứu thiết bị làm sạch khí sinh học đầu tiên. Khác với những thiết bị làm sạch khí truyền thống, sản phẩm do nhóm của TS Minh phát triển sử dụng dung dịch kiềm Kali hydroxide (KOH) để hấp phụ khí H2S thành muối K2CO3, đồng thời được gắn động cơ biến tần để có thể điều chỉnh tốc độ quay ly tâm và có van để điều chỉnh lưu lượng khí.
Thiết bị làm sạch khí sinh học của nhóm anh gồm có hai phần cố định và chuyển động. Phần chuyển động được bố trí bên trong phần vỏ sao cho trục quay của đĩa dưới xuyên qua lỗ thông thứ nhất, đồng thời được nối và dẫn động bởi động cơ điện thông qua hộp giảm tốc.
Bồn chứa dung dịch hấp thụ của thiết bị được trang bị máy khuấy, có ống dẫn dung dịch hấp thụ vào được nối thông với cửa dẫn dung dịch hấp thụ ra của thiết bị.
Với cách thiết kế này, sau khi khí sinh học được đưa qua ống dẫn, bơm sẽ phun dung dịch hấp thụ vào trong lòng ống và quay để khiến cho các giọt dung dịch chuyển động ly tâm và phân tán vào trong khối bùi nhùi thép.
Nhờ đó, các giọt dung dịch KOH sẽ tiếp xúc với khí sinh học từ bên ngoài đi vào và phản ứng để hấp thụ các khí tạp như H2S, CO2, từ đó làm sạch dòng khí. Nhóm nghiên cứu cũng lắp các cảm biến để kiểm tra độ pH của dung dịch hấp phụ và giúp cho thiết bị có thể vận hành dễ dàng một cách tự động.
|
Khí biogas được loại bỏ tạp chất có thể dùng để phát điện cho các trang trại, hộ chăn nuôi sử dụng
|
Dùng chạy máy phát điện
Để thử nghiệm hiệu quả thực tế, nhóm của TS Minh đã phối hợp và lắp đặt hệ thống phân hủy yếm khí bùn thải thu hồi khí sinh học đốt phát điện tại Công ty Cổ phần bia Sài Gòn – Miền Trung ở thành phố Buôn Ma Thuột, Đắk Lắk.
Kết quả cho thấy, các mẫu khí sau khi làm sạch hoàn toàn không chứa H2S; khí CO và CO2 cũng được xử lý nhờ quá trình tương tác với dung dịch hấp thụ và đáp ứng các tiêu chuẩn để chạy máy phát điện theo tiêu chuẩn đăng ký của châu Âu.
Do sử dụng dung dịch hấp phụ là KOH, sản phẩm thải bỏ sau quá trình xử lý của thiết bị sẽ bao gồm K2S, K2CO3 - những thành phần hoàn toàn có thể dùng cho sản xuất phân hữu cơ mà không phải bỏ đi như khi sử dụng các dung dịch hấp thụ khác.
TS Minh giải thích, bản chất của thiết bị này là quá trình chuyển khối - nghĩa là quá trình di chuyển vật chất từ pha khí sang pha lỏng. Nhóm nghiên cứu thực hiện từng thí nghiệm nhỏ để tính toán.
“Khi nghiên cứu rồi đi vào triển khai thì nhiều lúc mình cứ phải làm đi đã rồi mới phát hiện vấn đề và tìm cách giải quyết được”, TS Minh chia sẻ. Cũng từ “phương châm” này, nhóm của TS Minh đã có sáng kiến trang bị cho hệ thống xử lý rọ bẫy muối chữ Y để loại bỏ cặn muối ra khỏi dung dịch hấp thụ.
“Do tất cả muối sẽ dồn hết vào rọ nên mình có thể vệ sinh dễ dàng, tránh làm tắc nghẽn đường ống và đầu phun, giảm thiểu tác động xấu cho bơm dung dịch”, TS Minh cho biết.
TS Minh cho biết, để có thể xử lý chất thải và sản xuất khí sinh học ở quy mô lớn và đồng bộ thì trình độ khoa học và năng lực của các doanh nghiệp trong nước trước đây khó đáp ứng được ngay.
Cho đến nay, dù việc nghiên cứu công nghệ thu hồi khí sinh học từ chất thải hữu cơ đã được đẩy mạnh hơn nhưng chủ yếu mới chỉ trên đối tượng chất thải nông nghiệp, phân gia súc, gia cầm trong quy mô các trang trại vừa và nhỏ, nếu có sử dụng khí sinh học để kết hợp phát điện thì cũng mới ở trong quy mô tương đối nhỏ dạng tự cung tự cấp.
TS Minh tự tin cho biết đã làm chủ được công nghệ và có thể ứng dụng ở quy mô lớn tùy vào yêu cầu của doanh nghiệp. Hiện nay, hệ thống xử lý được nhóm TS Minh lắp đặt ở Đắk Lắk có thể phát điện ở mức 20 kW/ngày.
Nhóm của anh cũng đang hợp tác với một công ty để triển khai hệ thống có quy mô xử lý khoảng 4000 mét khối khí/giờ, và “tùy theo lưu lượng và thành phần khí thải, chúng tôi hoàn toàn có thể chế tạo thiết bị với quy mô lớn hơn để phù hợp công suất”, TS Minh cho biết.
Về chi phí xử lý, theo nhóm nghiên cứu là rẻ hơn với các phương pháp xử lý khí truyền thống, thiết bị cũng nhỏ gọn hơn, doanh nghiệp hoàn toàn có thể đáp ứng được.
TS Minh cho biết, giải pháp này hoàn toàn có thể được tiếp tục nghiên cứu và mở rộng để ứng dụng cho đối tượng khí thải của các ngành như thép, xi măng.
Link gốc