nghiÊn cỨu khẢ nĂng sẢn xuẤt dẦu nhiÊn liỆu tỪ bao bÌ phẾ thẢi bẰng phƯƠng...

8/9/2019 NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG SẢN XUẤT DẦU NHIÊN LIỆU TỪ BAO BÌ PHẾ THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP NHIỆT PHÂN XÚC TÁC

http://slidepdf.com/reader/full/nghien-cuu-kha-nang-san-xuat-dau-nhien-lieu-tu-bao-bi-phe 1/81

T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

NGUYỄN VĂN THẮNG

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG SẢN XUẤT DẦU NHIÊN LIỆU

TỪ BAO BÌ PHẾ THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP NHIỆTPHÂN XÚC TÁC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Ngành CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT HÓA HỌC

Người hướng dẫn

ThS. NGUYỄN QUỐC HẢI

BÀ RỊA – VŨNG TÀU, NĂM 2012

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON



T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u

Đồ án tốt nghiệp Đại học - Khóa III - Năm 2012 Trường ĐHBRVT

Chuyên ngành: Hóa d ầu Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

------o0o-----

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Văn Thắng MSSV: 0852010153 Ngày, tháng, năm sinh: 19/3/1990 Nơi sinh: Đăklăk

Chuyên Ngành: Hóa dầu

I. TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu khả năng sản xuất dầu nhi ên liệu từ bao bì phế thải

bằng phương pháp nhiệt phân xúc tác

II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

Tổng quan về bao bì phế thải và phương pháp nhiệt phân xử lý bao bì phế thải

Định hướng nghiên cứu và tiến hành thực nghiệm khảo sát ảnh hưởng của các

yếu tố đến quá tr ình nhiệt phân dùng xúc tác bao bì phế thải

Kiểm tra tính chất sản phẩm sau nhiệt phân, đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố

và đưa ra kết quả

III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN: 19/4/2012

IV. NGÀY HOÀN THÀNH ĐỒ ÁN: 10/7/2012

V. HỘ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: Nguyễn Quốc Hải

Bà R ịa - Vũng Tàu, Ngày 10 tháng 7 năm 2012

CÁN BỘ HƯỚ NG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

TRƯỞ NG KHOA





T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u



MỞ ĐẦU

Các sản phẩm bao ni lông ngày càng chiếm lĩnh thị trường và tỏ ra là thứ không thể

thiếu trong đời sống hằng ngày. Do đặc tính nhẹ, bền, rẻ và tiện dụng nên bao giờcũng được lựa chọ làm túi đựng hơn các loại túi khác như túi giấy, túi vải,…

Đặc biệt hiện nay ở nhiều quốc gia tr ên thế giới, loại túi ni lông mỏng, dễ hư hỏng

thường bị phát tán khắp nơi và gây nên nạn ‘ô nhiễm trắng’. Ví dụ; số luợng túi ni

lông sử dụng hàng năm trên đầu người ở Ai-len ước tính là 328 túi/người/năm, ở

Ôxtrâylia là 250 túi/người/năm, ở Scốt-len là 153 túi/người/năm. Mỗi năm có 500 tỷ

túi ni lông được tiêu thụ tr ên toàn cầu, để sản xuất ra lượng túi ni lông này, ước tính

phải tiêu tốn tới 12 triệu thùng dầu thô, tương đương để sản xuất ra 240 triệu ga-lông

xăng. Bởi sản phẩm bao ni lông thích hợp để chứa đựng tất cả các loại thực phẩm ướt

cũng như khô. Cùng với sự phát triển của các mặt hàng có nguồn gốc chất dẻo, nhựa

phế thải, bao ni lông ngày càng chiếm một tỷ trọng đáng kể trong thành phần của chất

thải rắn sinh hoạt. Ngoài ra, với tốc độ phát triển nhanh của các ngành công nghiệp,

nhất là công nghiệp hóa chất, việc sử dụng các bao bì, thùng chứa bằng nhựa ngày

càng được ưa chuộng bởi tính chất an toàn, tránh các phản ứng hóa chất, ăn mòn và

nhiễm bẩn xảy ra. Vấn đề đối với rác thải ni lông là chúng không phân huỷ thành các

chất vô hại, phân huỷ rất chậm trong môi trường tự nhiên và là chất thải tồn tại lâu dài.

Vì vậy, nếu toàn bộ bao ni lông phế thải sinh ra được thu hồi sẽ giúp giảm đáng kể thể

tích chất thải cần xử lý, góp phần bảo vệ môi trường chúng ta xanh sạch và đẹp hơn.

Hiện nay, ở Việt Nam ta, các công tr ình nghiên cứu về xử lý rác thải có nguồn gốc

chất dẻo và đặc biệt là bao ni lông để sản xuất nhiên liệu góp phần xử lý môi trường

hầu như chưa được quan tâm và phát triển đúng mức về lĩnh vực này, khiến cho rác

thải có nguồn gốc chất dẻo ngày càng nhiều, gây ô nhiễm một cách trầm trọng.

Chính vì vậy, trong phạm vi đề tài này em sẽ thực hiện việc nghiên cứu quá tr ình xử

lý bao ni lông phế thải bằng phương pháp nhiệt phân dùng các loại xúc tác góp phần

giải quyết vấn đề về năng lượng và bảo vệ môi trường.

Trong khi thực hiện đề tài, em đã r ất cố gắng tổng hợp kiến thức đã học và tham

khảo một số tài liệu chuyên môn nhằm đạt kết quả tốt nhất. Tuy nhiên, do một số khó

khăn khách quan về kỹ thuật, tài chính và thời gian nên không khảo sát được nhiều





T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u



loại xúc tác tr ên hệ thống mong muốn và chưa thể điều khiển đầy đủ và chính xác các

yếu tố công nghệ, do đó em không đưa ra một kết quả tối ưu như mong muốn nhưng

hy vọng kết quả thu được từ đề tài này là nền tảng cho các nghiên cứu quy mô lớn hơn

trong tương lai. Kính mong nhận được ý kiến đóng góp quý báu từ thầy cô, bạn bè đểđề tài này được hoàn thiện hơn và sớm được ứng dụng vào thực tiễn.





T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u



LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành đồ án này, tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong hóa học và

công nghệ thực phẩm trường đại học Bà R ịa – Vũng Tàu và quý anh chị thuộc trungtâm công nghệ lọc hoá dầu trường đại học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh đã tận

tình giúp đỡ tôi. Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Nguyễn Quốc Hải đã không

tiếc thời gian và công sức tận tình hướng dẫn, thảo luận và dẫn dắt tôi hoàn thành luận

văn này. Chính những chỉ dẫn quý báu của thầy Hải và các thầy cô trong khoa đã giúp

tôi từng bước giải quyết các vấn đề trong quá trình thực hiện đề tài, giúp tôi có thể kết

quả như hôm nay.

Do kiến thức và kinh nghiệm có hạn đồng thời thời gian thực hiện còn hạn chế, nên

đồ án này không thể tránh khỏi những thiếu sót. Do vậy, tôi r ất mong nhận được sự

đóng góp ý kiến của quý thầy cô để luận văn này được hoàn chỉnh hơn.

Cuối cùng, tôi muốn gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè, những người luôn luôn ở

bên và động viên tinh thần cho tôi, tiếp thêm cho tôi động lực để tôi vượt qua những

khó khăn trong học tập và trong cuộc sống.

Tôi xin chân thành cảm ơn !

Tp. Vũng tàu, tháng 7 năm 2012 Sinh viên thực hiện

Nguyễn Văn Thắng





T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u



NHẬN XÉT

(Của giảng viên hướng dẫn)

….…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………

…………………..





T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u



NHẬN XÉT

(Của giảng viên phản biện)

….…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………

……………………





T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u



MỤC LỤC

Trang

MỞ ĐẦU

LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG, SƠ ĐỒ, HÌNH

TỪ VIẾT TẮT

Chương I. TỔNG QUAN ........................................................................................1

I.1 Tổng quan về túi ni lông phế thải....................................................................1

I.1.1 Định nghĩa và lịch sử ...............................................................................1

I.1.2 Phân loại ..................................................................................................3

I.1.3 Tính chất ..................................................................................................3

I.2 Tác hại và hiện trạng của bao ni lông phế thải tr ên thế giới và ở Việt Nam .....4

I.2.1 Tác hại của bao ni lông ...........................................................................4

I.2.2 Hiện trạng quản lý và xử lý tr ên thế giới .................................................5

I.2.3 Hiện trạng quản lý và xử lý ở Việt nam....................................................8

I.3 Một số hướng xử lý bao ni lông phế thải.........................................................9

I.3.1 Tái chế túi ni lông ...................................................................................9

I.3.2 Phương pháp đốt....................................................................................11

I.3.3 Phương pháp khí hóa: ............................................................................12

I.3.4 Phương pháp thủy nhiệt .........................................................................13

I.3.5 Phương pháp nhiệt phân ........................................................................13

Chương II. PHƯƠNG PHÁP NHIỆT PHÂN BAO NI LÔNG PHẾ THẢI ............15

II.1 Lý thuyết về bản chất quá tr ình nhiệt phân ..................................................15

II.1.2 Nhiệt phân nhiệt polyethylen (PE) ........................................................15

II.1.3 Nhiệt phân xúc tác Polyethylen (PE) ....................................................18

Chương III. ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU VÀ CÁCH TIẾN HÀNH.................26

III.1 Định hướng nghiên cứu..............................................................................26

III.2 Dụng cụ, thiết bị và nguyên liệu.................................................................26

III.2.1 Sơ đồ thiết bị thí nghiệm nhiệt phân xúc tác ........................................26

II.2.1.1 Thiết bị phản ứng...........................................................................26





T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u



II.2.1.2 Thiết bị gia nhiệt............................................................................26

II.2.1.3 Hệ thống ngưng tụ .........................................................................27

II.2.1.4 Hệ thống xử lý khí .........................................................................27

II.2.1.5 Hệ thống điều khiển.......................................................................27 III.2.2 Nguyên liệu và hóa chất sử dụng.........................................................27

III.2.3 Thiết bị sử dụng ..................................................................................29

III.2.3.1Thiết bị chứa, đựng .......................................................................29

III.2.3.2 Máy sắc ký khối phổ (GC-MS).....................................................29

III.2.3.3 Hệ thống chưng cất ASTM ...........................................................30

III.2.3.4 Hệ thống thiết bị đo độ nhớt .........................................................33

III.2.3.5 Hệ thống đo nhiệt độ chớp cháy ...................................................33

III.2.4 Cách tiến hành thí nghiệm ...................................................................34

Chương IV. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ..............................................................36

IV.1 Khảo sát sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá tr ình nhiệt phân xúc tác ........36

IV.1.1 Tiến hành thí nghiệm ..........................................................................36

IV.1.2 K ết quả và bàn luận.............................................................................36

IV.2 Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ zeolite 3A đến quá tr ình nhiệt phân..............39



IV.3 Khảo sát sự ảnh hưởng xúc tác bentonite đến quá trình nhiệt phân.............42



IV.4 Tổng kết kết quả thí nghiệm.......................................................................46

Chương V. KÊT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................................49

V.1 K ết luận chung ............................................................................................49

V.2 Kiến nghị ....................................................................................................50

PHỤ LỤC 1...........................................................................................................51

1. Tr ị số cetan (Cetan No) .............................................................................51

2. Nhiệt độ bắt cháy cốc kín ..........................................................................51

3. Độ nhớt động học ......................................................................................51

4. Cặn cacbon (carbon Conradson) ................................................................52





T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u



5. Nhiệt cháy ( nhiệt trị ) ...............................................................................52

6. Nước và tạp chất cơ học ............................................................................52

7. Tỉ trọng .....................................................................................................53

PHỤ LUC 2...........................................................................................................58 1. K ết quả đo nhiệt trị dầu nhiêt phân ( có danh sách kèm theo).........................58

2. K ết quả phân tích sắc ký khí khối phổ ( có danh sách k èm theo)....................58

TÀI LIỆU THAM KHẢO .....................................................................................59





T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u



DANH MỤC CÁC BẢNG, SƠ ĐỒ, HÌNH

Bảng Tên bảng Trang1.1 Tính chất của LDPE và HDPE 3

2.1 Phân loại theo kích thước mao quản 17

4.1K ết quả khảo sát sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá tr ình

nhiệt phân xúc tác Zeolit 3A với tỉ lệ 1:4 30

4.2Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ zeolite đến quá tr ình nhiệt phân

xúc tác tại 4500C33

4.3 Ảnh hưởng của thời gian đến quá tr ình nhiệt phân dùng xúctác zeolite 3A tỷ lệ 1:4

36

4.4Ảnh hưởng của thời gian đến quá tr ình nhiệt phân theo các tỷ

lệ khác nhau khi dùng xúc tác zeolite 3A 36

4.5Ảnh hưởng của thời gian đến quá tr ình nhiệt phân theo các tỷ

lệ khác nhau khi dùng xúc tác bentonite36

4.6So sánh thông số dầu nhiệt phân tại 4500C và tỷ lệ xúc tác tr ên

nguyên liệu 1:4 với xăng và dầu diesel nhiên liệu

39

Giản

đồ

Tên giản đồ Trang

4.1Sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến khối lượng sản phẩm lỏng của

quá trình nhiệt phân dùng xúc tác zeolite 3A với tỷ lệ 1:4 30

4.2

Khảo sát ảnh hưởng của tỷ khối lượng xúc tác thêm vào của 2

loại xúc tác đến khối lượng sản phẩm lỏng thu được của quá

trình nhiệt phân

35

4.3Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến khối lượng sản phẩm

lỏng trong quá trình nhiệt phân 37





T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u



Biểu

đồ Tên biểu đồ Trang

4.1 Quá trình chuyển đổi trong quá tr ình nhiệt phân xúc tác pháhũy mạch polymer(PE)

32

Hình Tên hình Trang

1.1 Mô hình cấu trúc 3D của polyethylen 1

1.2 Quy trình sản xuất túi ni lông 2

1.3Tỷ lệ các loại nhựa phế thải tính tr ên tổng thành phần nhựa

trong rác thải

7

1.4 Quy trình tái chế bao ni lông phế thải 8

1.5 Sơ đồ quá tr ình đốt 10

2.1 Cơ chế bẻ gãy mạch ngẫu nhiên của polyethylen 12

2.2 Sơ đồ quá tr ình nhiệt phân bao ni lông và nhựa phế thải 13

2.3Phản ứng nội phân tử đóng vòng giữa ion cacboni và liên k ết

đôi15

2.4 Cơ chế phản ứng xúc tác của quá tr ình nhiệt phân PE 16

2.5Cấu trúc của một vài loại zeolite thường dùng trong nhiệt

phân xúc tác PE17

2.6 Sự phân bố xúc tác trong quá trình nhiệt phân 19

2.7Sơ đồ quá tr ình nhiệt phân xúc tác với xúc tác trộn trực tiếp

vào nguyên liệu 19

2.8Sơ đồ quá tr ình nhiệt phân xúc tác với xúc tác phân bố bên

trên nguyên liệu 20

3.1 Sơ đồ thiết bị thí nghiệm của quá tr ình nhiệt phân xúc tác 21

3.2 Đơn vị cấu trúc của Zeolite 3A 22

3.3 Zeolite 3A dạng hạt dùng trong thí nghiệm nhiệt phân 23

3.4 Cấu trúc của bentonite của Mont 23

3.5 Sơ đồ máy sắc ký khí – khối phổ(GC-MS) 24





T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u



3.6 Mô hình chưng cất ASTM 25

3.7 Thành phần sản phẩm của dầu thô theo nhiệt độ sôi khác nhau 26

3.8 Thiết bị đo độ nhớt của hãng Koehler 27

3.9 Thiết bị đo nhiệt độ chớp cháy cốc kín và cốc ở của hãngKoehler

28

3.10 Sơ đồ hệ thống thí nghiệm 29

3.11 Sơ đồ tiến hành thí nghiệm 29

4.1Sản phẩm sau khi nhiệt phân với xúc tác zeolite 3A với mốc

nhiệt độ khác nhau 31

4.2Sản phẩm thu được dầu thu được khi nhiêt phân với các tỷ lệ

xúc tác zeolite 3A khác nhau33

4.3 Sản phẩm dầu của quá tr ình nhiệt phân xúc tác bentonite 35

4.4Sản phẩm dầu thu được sau khi chưng cất theo phương pháp

ASTM38

4.5K ết quả phân tích sắc ký khí - khối phổ(GC-MS) sản phẩm

chưng cất ASTM của dầu nhiệt phân 39





T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u



KÍ HIỆU CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT

ASTM : American Society for Testing and MaterialsUHMWPE : PE có khối lượng phân tử cực cao

HMWPE : PE có khối lượng phân tử cao

HDPE : PE có tỷ trọng cao

HDXLPE : PE khâu mạch tỷ trọng cao

PEX : PE khâu mạch

MDPE : PE tỷ trọng trung bình

LDPE : PE tỷ trọng thấp

LLDPE : PE tỷ trọng thấp mạch thẳng

VLDPE : PE tỷ trọng cực thấp

GS-MS : Sắc ký khí – khối phổ

3R : Giảm thiểu – Tái sử dụng – Tái Chế

TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam





Tr

ư

ờ

n

g Đ

H

Bà

R

ị

a

V

ũ

n

g

Tà

u

:D:\GCMS data\2012\FO oil\DIESEL_02.Derator :uired : 6 Jul 2012 11:07 using AcqMethod DIESEL.Mrument : GC-MS

mple Name: 8:1 CaOc Info :Number: 4

2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00 11.00 12.00 13.00 14.00 15.00 16.0017.00 18.00 19.00 20.00 21.00 22.00 23.00

0

2000000

4000000

6000000

8000000

1e+07

1.2e+07

1.4e+07

1.6e+07

1.8e+07

2e+07

2.2e+07

Time-->

Abundance TIC: DIESEL_02.D\data.ms

3.673

3.771

4.5574.6464.926 5.9786.559

7.123

7.450

7.639

8.3848.500 9.689

9.966

10.096

10.982

12.45812.73312.852

13.20013.388

13.614

14.041

15.402

15.562

15.776

15.918

16.175

16.543

16.625

16.76616.98717.344

17.760

17.960

18.116

18.464

18.703

20.029

20.204

20.325

20.586

20.739

20.887

22.25722.402

2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00 11.00 12.00 13.00 14.00 15.00 16.0017.00 18.00 19.00 20.00 21.00 22.00 23.00

1000000

2000000

3000000

4000000

5000000

6000000

7000000

8000000

9000000

Time-->

Abundance Signal: DIESEL_02.D\FID1A.ch

3.623

3.722

3.798 3.8864.5074.5954.872 5.9226.508

7.084

7.401

7.591

8.329 8.449 9.640

9.921

10.045

10.949

13.15913.341

13.577

14.004

15.355

15.519

15.732

15.875

15.961

16.130

16.498

16.580

16.94117.296

17.917

17.993

18.075

18.15918.657

20.16020.278

20.69822.21322.359





Tr

ư

ờ

n

g Đ

H

Bà

R

ị

a

V

ũ

n

g

Tà

u

Library Search Report

ata Path : D:\GCMS data\2012\FO oil\ata File : DIESEL_02.Dcq On : 6 Jul 2012 11:07perator :ample : 8:1 CaOsc :

LS Vial : 4 Sample Multiplier: 1

earch Libraries: D:\Database\NIST08.L Minimum Quality: 0

nknown Spectrum: Apexegration Events: ChemStation Integrator - autoint1.e

# RT Area% Library/ID Ref# CAS# Qual__________________________________________________________________________3.671 0.42 D:\Database\NIST08.L

Toluene 2431 000108-88-3 95Toluene 2436 000108-88-3 94Toluene 2434 000108-88-3 91

3.772 2.37 D:\Database\NIST08.L

Heptane, 3-methylene- 6636 001632-16-2 94Heptane, 3-methylene- 6628 001632-16-2 91Hexane, 2-methyl-4-methylene- 6722 003404-80-6 90

4.555 0.24 D:\Database\NIST08.LEthylbenzene 5041 000100-41-4 91Ethylbenzene 5042 000100-41-4 91Ethylbenzene 5043 000100-41-4 90

4.645 0.26 D:\Database\NIST08.Lp-Xylene 5030 000106-42-3 97p-Xylene 5033 000106-42-3 97

p-Xylene 5032 000106-42-3 97

4.926 0.40 D:\Database\NIST08.LStyrene 4832 000100-42-5 97Bicyclo[4.2.0]octa-1,3,5-triene 4839 000694-87-1 951,3,5,7-Cyclooctatetraene 4837 000629-20-9 95

5.980 0.50 D:\Database\NIST08.LBenzene, 1-ethyl-2-methyl- 9317 000611-14-3 95Benzene, 1-ethyl-2-methyl- 9314 000611-14-3 95Benzene, 1-ethyl-3-methyl- 9315 000620-14-4 95

6.557 0.51 D:\Database\NIST08.LBenzene, 1-ethenyl-3-methyl- 8876 000100-80-1 90Benzene, 1-ethenyl-4-methyl- 8878 000622-97-9 60Benzene, 1-ethenyl-3-methyl- 8879 000100-80-1 60

7.123 3.70 D:\Database\NIST08.L1-Hexanol, 2-ethyl- 13516 000104-76-7 831-Hexanol, 2-ethyl- 13509 000104-76-7 641-Hexanol, 2-ethyl- 13517 000104-76-7 64

7.452 0.51 D:\Database\NIST08.LIndane 8851 000496-11-7 91

Indane 8853 000496-11-7 87Tetracyclo[3.3.1.0(2,8).0(4,6)]-no 8883 1000191-13-7 64n-2-ene


SEL.M Fri Jul 06 15:18:14 2012 Page: 1





Tr

ư

ờ

n

g Đ

H

Bà

R

ị

a

V

ũ

n

g

Tà

u






# RT Area% Library/ID Ref# CAS# Qual__________________________________________________________________________

Indene 8322 000095-13-6 97Benzene, 1-propynyl- 8328 000673-32-5 94Benzene, 1,2-propadienyl- 8330 002327-99-3 91

8.384 0.91 D:\Database\NIST08.L1-Undecene 26548 000821-95-4 72

1-Undecene 26546 000821-95-4 59Benzene, 1-butynyl- 12952 000622-76-4 59

8.500 0.67 D:\Database\NIST08.LIndan, 1-methyl- 13876 000767-58-8 93Benzene, 1-ethenyl-4-ethyl- 13894 003454-07-7 91Benzene, 1-ethenyl-3-ethyl- 13895 007525-62-4 91

9.686 1.09 D:\Database\NIST08.L1H-Indene, 2,3-dihydro-4-methyl- 13916 000824-22-6 903-Phenylbut-1-ene 13877 000934-10-1 871H-Indene, 2,3-dihydro-5-methyl- 13915 000874-35-1 87

9.967 2.19 D:\Database\NIST08.L1H-Indene, 1-methyl- 12956 000767-59-9 941H-Indene, 3-methyl- 12957 000767-60-2 93Benzene,1-methyl-1,2-propadienyl- 12974 022433-39-2 91

10.094 1.35 D:\Database\NIST08.L2-Methylindene 12948 002177-47-1 931H-Indene, 1-methyl- 12955 000767-59-9 931H-Indene, 1-methyl- 12956 000767-59-9 93


Naphthalene 11815 000091-20-3 97Naphthalene 11813 000091-20-3 95Azulene 11810 000275-51-4 91

12.456 0.83 D:\Database\NIST08.L1H-Indene, 1,3-dimethyl- 20149 002177-48-2 961H-Indene, 4,7-dimethyl- 20146 006974-97-6 91(1-Methylenebut-2-enyl)benzene 20156 070588-46-4 91

12.731 0.83 D:\Database\NIST08.L1H-Indene, 1,3-dimethyl- 20149 002177-48-2 941H-Cyclopropa[b]naphthalene, 1a,2, 20169 006571-72-8 90

7,7a-tetrahydro-1H-Indene, 1,1-dimethyl- 20150 018636-55-0 90

12.853 0.45 D:\Database\NIST08.L1H-Indene, 1,3-dimethyl- 20149 002177-48-2 96

SEL.M Fri Jul 06 15:18:14 2012 Page: 2





Tr

ư

ờ

n

g Đ

H

Bà

R

ị

a

V

ũ

n

g

Tà

u







1H-Indene, 4,7-dimethyl- 20146 006974-97-6 911H-Indene, 2,3-dimethyl- 20148 004773-82-4 91

13.202 1.57 D:\Database\NIST08.L1-Tridecene 46094 002437-56-1 965-Octadecene, (E)- 99558 007206-21-5 91

1-Dodecanol 49040 000112-53-8 91

13.388 0.75 D:\Database\NIST08.LTridecane 47620 000629-50-5 97Tridecane 47618 000629-50-5 91Tridecane 47621 000629-50-5 91

13.616 11.12 D:\Database\NIST08.LNaphthalene, 2-methyl- 18988 000091-57-6 96Naphthalene, 1-methyl- 18987 000090-12-0 96Naphthalene, 2-methyl- 18992 000091-57-6 94

14.039 8.13 D:\Database\NIST08.LNaphthalene, 1-methyl- 18987 000090-12-0 96Naphthalene, 2-methyl- 18988 000091-57-6 96Naphthalene, 1-methyl- 18989 000090-12-0 94

15.400 0.61 D:\Database\NIST08.L1,13-Tetradecadiene 54871 021964-49-8 981,11-Dodecadiene 34422 005876-87-9 86cis-9-Tetradecen-1-ol 68898 035153-15-2 70

15.564 6.17 D:\Database\NIST08.LBiphenyl 26634 000092-52-4 93

Biphenyl 26632 000092-52-4 91Naphthalene, 2-ethenyl- 26643 000827-54-3 74

15.776 0.95 D:\Database\NIST08.LTetradecane 58110 000629-59-4 98Tetradecane 58107 000629-59-4 98Tetradecane 58108 000629-59-4 96

15.919 3.65 D:\Database\NIST08.LNaphthalene, 1-ethyl- 27958 001127-76-0 96Naphthalene, 2-ethyl- 27956 000939-27-5 96Naphthalene, 2-ethyl- 27953 000939-27-5 95

16.173 1.40 D:\Database\NIST08.LNaphthalene, 2,6-dimethyl- 27963 000581-42-0 98Naphthalene, 1,5-dimethyl- 27969 000571-61-9 97Naphthalene, 2,7-dimethyl- 27974 000582-16-1 97

SEL.M Fri Jul 06 15:18:14 2012 Page: 3





Tr

ư

ờ

n

g Đ

H

Bà

R

ị

a

V

ũ

n

g

Tà

u









16.766 0.57 D:\Database\NIST08.LDiphenylmethane 36094 000101-81-5 97Diphenylmethane 36095 000101-81-5 96Diphenylmethane 36092 000101-81-5 93

16.989 1.29 D:\Database\NIST08.LNaphthalene, 2,3-dimethyl- 27976 000581-40-8 97

Naphthalene, 1,2-dimethyl- 27978 000573-98-8 97Naphthalene, 2,3-dimethyl- 27975 000581-40-8 97


17.762 0.69 D:\Database\NIST08.L1,12-Tridecadiene 44608 021964-48-7 961,13-Tetradecadiene 54869 021964-49-8 861,13-Tetradecadiene 54871 021964-49-8 81

17.958 1.75 D:\Database\NIST08.L1-Pentadecene 67238 013360-61-7 991-Tridecene 46098 002437-56-1 932-Tetradecene, (E)- 56575 035953-53-8 91

18.117 7.02 D:\Database\NIST08.LAcenaphthene 26639 000083-32-9 60Acenaphthene 26636 000083-32-9 60Acenaphthene 26637 000083-32-9 53


Naphthalene, 1,4,6-trimethyl- 37533 002131-42-2 94Naphthalene, 2,3,6-trimethyl- 37532 000829-26-5 94Naphthalene, 2,3,6-trimethyl- 37526 000829-26-5 93


SEL.M Fri Jul 06 15:18:14 2012 Page: 4





Tr

ư

ờ

n

g Đ

H

Bà

R

ị

a

V

ũ

n

g

Tà

u







1-Isopropenylnaphthalene 36098 001855-47-6 86Thieno[2,3-b]thiophene, 2-ethyl- 36469 005912-01-6 59Ethanone, 1-(2,4,6-trihydroxypheny 36438 000480-66-0 58l)-


2,2'-Dimethylbiphenyl 46145 000605-39-0 604,4'-Dimethylbiphenyl 46143 000613-33-2 59Bicyclo[3.3.2]decan-9-one 24694 028054-91-3 59

20.203 1.42 D:\Database\NIST08.L7-Hexadecene, (Z)- 78204 035507-09-6 951-Hexadecene 78199 000629-73-2 941-Hexadecene 78198 000629-73-2 93

20.325 3.50 D:\Database\NIST08.LFluorene 34500 000086-73-7 96Fluorene 34498 000086-73-7 95

Fluorene 34499 000086-73-7 93

20.584 0.66 D:\Database\NIST08.L1-Isopropenylnaphthalene 36098 001855-47-6 93Benzene, [1-(2,4-cyclopentadien-1- 36114 002320-32-3 76ylidene)ethyl]-Naphthalene, 1-(2-propenyl)- 36112 002489-86-3 52

20.738 1.63 D:\Database\NIST08.L1,1'-Biphenyl, 2-methyl- 36102 000643-58-3 93Fluorene, 2,4a-dihydro- 36097 059247-36-8 931,1'-Biphenyl, 2-methyl- 36110 000643-58-3 93

20.886 0.70 D:\Database\NIST08.LNaphthalene, 1-(2-propenyl)- 36111 002489-86-3 87Naphthalene, 1-(2-propenyl)- 36112 002489-86-3 831-Isopropenylnaphthalene 36098 001855-47-6 81

22.257 0.93 D:\Database\NIST08.L1-Heptadecene 88761 006765-39-5 993-Heptadecene, (Z)- 88762 1000141-67-3 998-Heptadecene 88760 002579-04-6 96


Heptadecane 90418 000629-78-7 97Heptadecane 90417 000629-78-7 97Heptadecane 90416 000629-78-7 92

SEL.M Fri Jul 06 15:18:14 2012 Page: 5





Trư

ờ

n

g

Đ

H B

à

R

ị

a

Vũn

g

T

à

u





Trư

ờ

n

g

Đ

H

Bà

R

ị

a

V

ũng

T

à

u





Tr

ư

ờ

n

g Đ

H

Bà

R

ị

a

V

ũ

n

g

Tà

u

Đồ án tốt nghiệp đại học – Khóa III – Năm 2012 Trường ĐHBRVT

Công nghệ k ỹ thuật hóa học 1 Khoa hóa học và công nghệ thực ph m

CHƢƠNG I

TỔNG QUAN

I.1 Tổng quan về túi ni lông phế thải

I.1.1 Định nghĩa và lịch sử

Túi ni lông là một loại bao bì dẻo dùng để chứa đựng và vận chuyển thức ăn, hóa

chất, nước…Sau khi sử dụng thì thành rác thải. Trong bài báo cáo này túi ni lông đề

cập đến là những túi ni lông mua sắm hàng hóa với thành phần chính là nhựa

polyethylen.

Túi polyetylen (PE) hay còn gọi là túi ni lông được sử dụng lần đầu tiên vào nhữngnăm 50 của Thế kỷ trước. Năm 1958, bắt đầu cạnh tranh với các loại túi giấy trong các

hiệu giặt khô.

Trong vòng 1 thập kỷ, gần 1/3 lượng túi ni lông được sử dụng để gói bánh mì. Vào

giữa những năm 70, nhiều tiểu thương Hoa Kỳ đã chuyển sang sử dụng túi ni lông làm

túi đựng hàng hóa thay thế cho túi giấy. Từ khi xuất hiện trong các siêu thị ở Hoa Kỳ

vào cuối thập niên 1970, túi ni lông đã có mặt khắp mọi nơi, là vật không thể thiếu của

người mua hàng trên thế giới. Nó nhẹ, chắc và rẻ hơn so với túi giấy.

Polyethylen (PE) là một chất dẻo thông dụng trong cuộc sống hàng ngày cũng như

trong công nghiệp hóa chất và sản xuất các sản phẩm tiêu dùng. Polyethylen là một

loại polymer có cấu trúc là một mạch carbon dài.

Công thức cấu tạo:

Hay:





Tr

ư

ờ

n

g Đ

H

Bà

R

ị

a

V

ũ

n

g

Tà

u



Polyethylen được tổng hợp từ phản ứng trùng hợp ethene (C 2H4), là khí nhẹ được

lấy chủ yếu từ dầu mỏ và là nguồn tài nguyên không thể phục hồi. Polyethylen được

tạo ra chủ yếu từ phản ứng trùng hợp gốc ở áp suất cao hoặc phương pháp trùng hợp

ion ở áp suất thường hay áp suất vừa.

Nguyên liệu làm túi ni lông hiện nay thường xuất phát từ hai nguồn: hạt nhựa tái

chế và hạt nhựa chính phẩm nhập khẩu. Phần lớn cơ sở sản xuất túi ni lông hay sản

phẩm nhựa nói chung đều dùng hạt nhựa chính phẩm nhập khẩu, còn hạt nhựa tái chế

được sử dụng với tỉ lệ nhỏ (khoảng 20%) và chủ yếu dùng để pha trộn với hạt nhựa

chính phẩm. Như vậy, để sản xuất túi ni lông phục vụ đủ nhu cầu sử dụng như hiệnnay thì phải tốn một khoản ngoại tệ rất lớn.

Hình 1.2 Quy trình sản xuất túi ni lông





Tr

ư

ờ

n

g Đ

H

Bà

R

ị

a

V

ũ

n

g

Tà

u



I.1.2 Phân loại

Polyethylen được chia làm nhiều loại dựa vào tỷ trọng và độ phân nhánh của chúng.

Như PE có khối lượng phân tử cực cao (UHMWPE), PE có khối lượng phân tử cao

(HMWPE), PE có tỷ trọng cao (HDPE), PE khâu mạch tỷ trọng cao (HDXLPE), PE

khâu mạch (PEX), PE tỷ trọng trung bình (MDPE), PE tỷ trọng thấp (LDPE), PE tỷ

trọng thấp mạch thẳng (LLDPE), PE tỷ trọng cực thấp (VLDPE). Trong báo cáo này,

các bao ni lông phế thải được làm từ polyethylen tỷ trọng cao (HDPE) và polyethylen

tỷ trọng thấp (LDPE).

Polyethylen tỷ trọng cao (HDPE) thường dùng chế tạo túi lạnh, túi xốp, túi xách, túi

xốp mỏng sử dụng một lần ở các siêu thị và cửa ăn nhanh.

Polyethylen tỷ trọng thấp (LDPE) thường dùng chế tạo túi ni lông dày hơn, loại dày

thường có dán nhãn, được dùng trong các cửa hàng cao cấp và rộng rãi trong đời sống

hàng ngày.

I.1.3 Tính chất

Các tính chất của các polymer nguyên liệu làm bao ni lông được thể hiện trong bảng

sau:

Bảng 1.1 Tính chất của LDPE và HDPE

Tính chất Polyethylen tỷ trọng thấp (LDPE) Polyethylen tỷ trọng cao

(HDPE)

Điểm

nóng

chảy

1150C 135

0C

Độ kết

tinh

Thấp (50-60%), mạch chính gồm nhiều

mạch bên 2-4 carbon, dẫn đến sự sắp

xếp không đồng đều, tính kết tinh thấp

Cao (90%), mạch chính thẳng

dài và ít mạch bên, dẫn đến sự

sắp xếp đều đặn và có độ kết

tinh cao

Tính dẻo Dẻo hơn HDPE do có độ kết tinh thấp Ít dẻo hơn LDPE do có độ kết

tinh cao

Độ bền Không bền bằng HDPE do sự sắp xếpkhông đồng đều

Bền hơn LDPE do có sự sắpsếp đều đặn





Tr

ư

ờ

n

g Đ

H

Bà

R

ị

a

V

ũ

n

g

Tà

u



Tính chịu

nhiệt

Duy trì tính dẻo trong phạm vi nhiệt

rộng nhưng tỷ trọng giảm đột ngột ở

nhiệt độ phòng

Dùng được trên 1000C

Tính

trong suốt

Trong suốt do nó vô định hình hơn

HDPE Đục hơn do có độ kết tinh cao

Tỷ trọng 0,91 - 0,94 g/cm3 0,95 – 0,97 g/cm

3

Tính chất

hóa học

Trơ về phương diện hóa học, chịu tốt với

các acid và alkalis, khi tiếp xúc với ánh

sáng và oxy sẽ mất đi tính bền

Trơ về phương diện hóa học

Hình

dạng

mạch

polymer

Ký hiệu

tái chế

I.2 Tác hại và hiện trạng của bao ni lông phế thải trên thế giới và ở Việt Nam

I.2.1 Tác hại của bao ni lông [2]

Túi ni lông được sản xuất từ nhựa polyethylene có nguồn gốc từ dầu mỏ và quá

trình tự phân hủy của nó diễn ra rất chậm. Thực tế, dưới tác động của ánh sáng, túi xốp

vỡ ra thành nhiều phân tử nhựa nhỏ hơn, độc hại hơn và cuối cùng gây ô nhiễm cho

đất và nguồn nước. Chúng có thể len lỏi vào thức ăn của động vật và con người. Khi

không được vứt ra bãi rác hoặc đốt bỏ, túi ni lông thường được nước đưa ra biển thông

qua đường cống thải, sông rạch. Theo Cơ quan Khảo sát Nam cực của Vương quốc

Anh, túi ni lông được thấy trôi nổi ở vùng biển phía Bắc Bắc cực trong khi Trung tâm

bảo tồn môi trường biển của Hoa Kỳ gần đây cho biết túi ni lông chiếm hơn 10% số

rác thải dạt vào bờ biển nước này. Túi ni lông có thể là thảm họa cho đời sống củanhiều sinh vật. Theo Quỹ Bảo tồn động vật hoang dã thế giới, nhiều cá thể thuộc





Tr

ư

ờ

n

g Đ

H

Bà

R

ị

a

V

ũ

n

g

Tà

u



khoảng 200 loài sinh vật biển (như cá voi, cá heo, hải cẩu, rùa...) đã chết sau khi nuốt

phải túi ni lông do nhầm là thức ăn; nhiều loài thủy sản cũng bị chết ngạt khi chui vào

túi ni lông.

Không kể những tác hại môi trường mà các thế hệ sau phải gánh chịu, túi ni lông

còn gây ra nhiều tác hại trước mắt, trực tiếp vào người sử dụng. Rác thải ni lông làm

tắc các đường dẫn nước thải gây ngập lụt cho đô thị, dẫn đến ruồi muỗi phát sinh, lây

truyền dịch bệnh… Bao bì ni lông cũng đe doạ trực tiếp tới sức khoẻ con người vì nó

chứa chì, cadimi… (có trong mực in tạo mầu trên các bao bì) có thể gây tác hại cho

não và là nguyên nhân chính gây ra bệnh ung thư phổi.

Vấn đề đối với rác thải ni lông là chúng không phân huỷ thành các chất vô hại, phân

huỷ rất chậm trong môi trường tự nhiên và là chất thải tồn tại lâu dài.

Các phát thải khác từ quá trình sản xuất nhựa gồm SO 2, NOx, methanol, ethylene

oxide và các hợp chất hữu cơ bay hơi (volantile organic compounds-VOCs). Ngoài ra,

quá trình sản xuất và đốt cháy bao ni lông và nhựa cũng tạo ra dioxin, một chất có độc

tính rất cao ngay cả ở nồng độ thấp

I.2.2 Hiện trạng quản lý và xử lý trên thế giới [2]

Sản lượng nhựa phục vụ cho việc sản xuất túi ni lông trên thế giới tăng bình quân

hàng năm khoảng 3,5%. Năm 1997, tổng sản lượng nhựa nói chung của thế giới là 127

triệu tấn, riêng Tây Âu là 27,978 triệu tấn, trong đó LDPE chiếm 20,5%, HDPE: 14%.

Chỉ tính riêng LDPE năm 1999 thế giới đã sản xuất 27,4 triệu tấn, năm 2000: 33,8

triệu tấn, HDPE năm 1999 là 16,3 triệu tấn, năm 2000: 20,6 triệu tấn.

Sản lượng LDPE của châu Á năm 1999: 5,5 triệu tấn; năm 2000: 7,8 triệu tấn;

HDPE năm 1999: 4,3 triệu tấn;năm 2000: 6,5 triệu tấn.

Số lượng túi ni lông sử dụng hàng năm trên đầu người ở Ai -len ước tính là 328

túi/người/năm, ở Ôxtrâylia là 250 túi/người/năm, ở Scốt-len là 153 túi/người/năm. Mỗi

năm có 500 tỷ túi ni lông được tiêu thụ trên toàn cầu, để sản xuất ra lượng túi ni lông

này, ước tính phải tiêu tốn tới 12 triệu thùng dầu thô, tương đương để sản xuất ra 240

triệu ga-lông xăng. Ước tính, mỗi năm nhân loại sử dụng khoảng 500 tỉ đến 1.000 tỉ túi

ni lông.





Tr

ư

ờ

n

g Đ

H

Bà

R

ị

a

V

ũ

n

g

Tà

u



Năm 2004, các siêu thị ở Pháp tiêu thụ 12 tỷ túi ni lông nhẹ (giảm đi so với 15 tỷ túi

của năm 2003).Mức tiêu thụ trung bình năm trên đầu người là 2 kg. Ở Hy Lạp, 10 tỷ

túi ni lông được phân phát mỗi năm. Ở Anh, con số này là khoảng 8 tỷ túi/năm. Ở

Ôxtrâylia nơi chú ý nhiều tới các công cụ chính sách giảm thiểu túi ni lông, khoảng 6,9

triệu túi được sử dụng mỗi năm

Nhật Bản là nước tiêu thụ túi ni lông với khối lượng lớn, khoảng 30 tỷ chiếc/năm -

tương đương 300 chiếc/người lớn. Con số này chưa kể hàng tấn túi ni lông bọc ngoài

các áo sơ mi ở các cửa hàng giặt tẩy quần áo và các bao gói bánh quy rất nhỏ. Nhật

Bản là nước sử dụng túi ni lông nhiều hơn tất cả các nước trên thế giới.

Hiện nay, Nhật Bản đang cố gắng giảm sử dụng túi ni lông bằng việc sửa đổi luật,

giúp chính phủ đưa ra những cảnh báo cho người bán lẻ chưa thực hiện đầy đủ việc

giảm, tái sử dụng và tái chế chất thải. Luật sửa đổi đã được Quốc hội Nhật Bản phê

chuẩn. Nhưng đối với một quốc gia nổi tiếng về bao gói phức tạp thì việc giảm sử

dụng túi ni lông sẽ là một công việc khó khăn. Theo Công ty Franchise, đại diện cho

hơn 125 cơ sở bán hàng ở Nhật Bản, bao gói là một phần của sản phẩm. Tất nhiên,

việc cắt giảm sử dụng túi ni lông là có lợi, nhưng công ty không thể đưa cho những

khách hàng hộp đồ ăn nóng hay kem lạnh mà không có túi. Điều đó không đảm bảo vệ

sinh và rất khiếm nhã.

Ở Hoa Kỳ - Năm 2007, Hội đồng thành phố San Francisco đã trở thành thành phố

đầu tiên của Hoa Kỳ cấm sử dụng túi ni lông tại các siêu thị lớn nhằm thúc đẩy hoạt

động tái chế. San Francisco sử dụng 181 triệu túi ni lông đựng hàng/năm và lệnh cấm

này sẽ tiết kiệm được 450.000 galông dầu mỏ mỗi năm và loại bỏ 1400 tấn chất thải

khỏi các bãi chôn lấp. Theo luật được thông qua, các siêu thị lớn và hiệu thuốc sẽ

không được phép cung cấp túi nhựa sản xuất từ các sản phẩm dầu lửa. Đến năm 2010,

bang New Jersey sẽ loại bỏ sử dụng túi ni lông.

Vào tháng 1/2008, thị trưởng Michael Bloomberg của thành phố New York đã ký

dự luật buộc người bán hàng quy mô lớn phải xây dựng các chương trình tái chế túi ni

lông và sử dụng túi tái chế.

Từ Ailen đến Uganda và Nam Phi, chính phủ các nước đều đã thí nghiệm áp dụng

đánh thuế, cấm hoàn toàn hoặc cấm một phần sử dụng, sản xuất túi siêu mỏng. Uganda

đã cấm sử dụng túi ni lông dày chưa đến 100 micron và ủng hộ lệnh cấm này thông





Tr

ư

ờ

n

g Đ

H

Bà

R

ị

a

V

ũ

n

g

Tà

u



giảm thải, tái sử dụng và tái chế. Trong đó mục tiêu hàng đầu là giảm thải lượng chất

thải. Đồng thời xử lý chất rắn củng hạn chế chôn lấp do quỹ ngày càng đất hẹp và thay

bằng công nghệ mới đối với các chất rắn không thể tái chế được.( Nguồn: Trung tâm

thông tin KH&CN Quốc gia giới thiệu Tổng luận: CHẤT THẢI NHỰA, TÚI NI

LÔNG & CÔNG NGHỆ XỬ LÝ.)

I.2.3 Hiện trạng quản lý và xử lý ở Việt nam

Hiện nay, Việt Nam hàng năm sử dụng khoảng nửa triệu tấn chất dẻo để làm bao bì

nhựa, tiêu dùng bình quân khoảng 25 – 35kg nhựa/người, và dự báo trong những năm

tới, khi đời sống kinh tế ngày càng phát triển thì mức tiêu dùng sẽ đạt hơn 40kg, đồng

thời sản lượng ngành bao bì nhựa lúc đó sẽ đạt khoảng 1,4 triệu tấn.

Theo các công ty sản xuất, thị trường bao bì nhựa có tốc độ tăng trưởng bình quân

khoảng 30%, sức tiêu thụ của các loại bao bì nhựa tăng theo tính tiện dụng. Càng

nhiều tiện dụng thì lượng rác thải ra môi trường càng lớn.

Chưa có một thống kê chính thức nào được công bố về lượng rác thải từ túi ni lông

ở Việt Nam. Năm 2000, mỗi ngày ở Việt Nam có khoảng 800 tấn rác nhựa bao gồm

cả bao ni lông thải ra môi trường. Còn nếu tính theo tốc độ tăng trưởng, sản xuất và

thương mại hiện nay, mỗi ngày có khoảng 2.500 tấn rác thải nhựa.

Theo Báo cáo thực hiện nhiệm vụ trọng điểm Bảo vệ môi trường cấp Nhà nước:

Công nghệ thu gom, vận chuyển, xử lý rác thải ni lông và chất thải hữu cơ của Viện

vật liệu xây dựng, Bộ Xây dựng, Hà Nội, năm 2003, tỷ lệ các loại chất thải ni lông

trong tổng thành phần rác thải nhựa ở Việt Nam được thể hiện ở hình 1.3.





Tr

ư

ờ

n

g Đ

H

Bà

R

ị

a

V

ũ

n

g

Tà

u



Ở nước ta, hiện nay các hoạt động thu gom, tái chế nhựa và ni lông phế thải hoàn

toàn do tư nhân tiến hành một cách tự phát, chưa có sự trợ giúp tích cực của Nhà nước.

Tuy toàn bộ khâu thu gom, vận chuyển và chôn lấp hoặc xử lý do các Công ty Môi

trường Đô thị thuộc chính quyền địa phương đảm nhận, nhưng công việc tái chế phế

thải hiện đang còn bỏ ngỏ. Các hoạt động thu gom, mua bán các thành phẩm có thể tái

chế, được những người nhặt rác và thu gom phế liệu tư nhân tiến hành.Việc thu gom

phế liệu nhựa và ni lông, hầu hết diễn ra theo hình thức thủ công với các phương tiện

và công cụ lao động thô sơ, không có những phương tiện đảm bảo vệ sinh an t oàn lao

động. Lực lượng thu gom nhựa phế thải chủ yếu là nữ và trẻ em từ các vùng nông

thôn.

Nhìn chung các công nghệ tái chế ni lông và nhựa phế thải ở Việt Nam còn ở trìnhđộ thấp, mang tính thủ công, tự phát thiếu sự đầu tư và quản lý của Nhà nước. Về quy

mô chủ yếu là sản xuất nhỏ của tư nhân với trình độ kỹ thuật thấp, đầu tư chưa nhiều

cả về chiều rộng lẫn chiều sâu. Về phương pháp chủ yếu là tái chế cơ học ở trình độ

thấp chưa có tái chế hóa học. Về mặt thu gom chưa được đầu tư đúng mức, chủ yếu là

lao động thủ công, năng suất và hiệu quả thấp.

Chính vì vậy, trong đề tài luận văn này, em chọn nguyên liệu là bao ni lông phế thải

để tiến hành nghiên cứu và xử lý.

I.3 Một số hƣớng xử lý bao ni lông phế thải

I.3.1 Tái chế túi ni lông [2]

Phần lớn người ta chỉ tiến hành thu gom các loại phế liệu có giá trị kinh tế cao,

khối lượng lớn, còn các loại túi màng, bao bì chỉ được thu mua ngay tại các cơ sở

sản xuất thương nghiệp, dịch vụ, còn khi đã thải ra bãi rác, chúng chỉ được thugom rất ít do bị nhiễm bẩn các loại rác thải khác.

Quy trình tái chế chất thải ni lông tại các làng nghề thường theo các bước sau:

+ Phân loại : các loại nhựa được thu gom từ các nơi, tập trung về các cơ sở tái

chế tách, phân loại theo các mục đích sử dụng và xử lý. Việc tách, phân loại

thường bằng phương pháp thủ công và dựa vào kinh nghiệm. Phân loại thường

theo các phương pháp sau:





Tr

ư

ờ

n

g Đ

H

Bà

R

ị

a

V

ũ

n

g

Tà

u



- Phương pháp cảm quan: phân loại theo màu sắc,độ mềm dẻo (nhựa cứng,

nhựa mềm). Ví dụ như: nhựa trắng mềm (LDPE), nhựa trắng cứng (PP), nhựa đỏ

cứng (HDPE), nhựa ngói (PVC), nhựa kính trong (PS).

- Phương pháp tuyển nổi: vì các loại nhựa khác nhau có tỷ trọng khác nhau,

chúng có thể tách riêng biệt khi cho vào nước. Sau khi xay nhỏ các loại nhựa này

được cho vào nước thông thường, chúng sẽ được tách làm 2 phần; phần nhẹ có tỷ

trọng thấp hơn nước sẽ nổi lên và phần nặng sẽ chìm xuống. Thực tế người ta chỉ

lấy phần nổi còn phần nặng không dùng cho mục đích tái chế sẽ được thải đi.

+ Nghiền, rửa: Thông thường hai công đoạn này được tiến hành trên cùng một

thiết bị. Máy nghiền đồng thời có phun nước rửa, các thiết bị này thường làm

việc bán tự động. Công suất của máy nghiền, máy rửa thông thường từ 300 -500

kg nhựa/ngày

+ Phơi khô: Phương pháp này cũng mang tính thủ công, các loại nhựa sau khi

được xay rửa đem phơi khô tự nhiên trên các sân bãi công cộng dưới ánh nắng và

gió tự nhiên.

+ Tạo hạt và dây nhựa: Nhựa sau khi qua các công đoạn trên được đưa vào

máy đùn ép, tại đây nhựa được nạp vào phễu nạp liệu đẩy vào trục vít nấu chẩy,

qua lưới lọc, qua lỗ định hình tạo thành dây nhựa. Các dây nhựa được làm lạnhtrong bể nước, sau đó được đưa vào các máy xay cắt tạo hạt.

+ Gia công sản phẩm: Nguyên liệu là nhựa tái sinh và bột màu được trộn đều

trong thùng. Hỗn hợp nhiên liệu được chạy qua các vùng gia nhiệt khác nhau,

được nấu chảy và chuyển ra khoang đùn sau đó ép tạo hình sản phẩm.

Quy trình tái chế được khái quát theo hình 1.4.

Hình 1.4 Quy trình tái chế bao ni lông phế thải





Tr

ư

ờ

n

g Đ

H

Bà

R

ị

a

V

ũ

n

g

Tà

u



I.3.2 Phƣơng pháp đốt

Định nghĩa:Là phương pháp oxy hóa bằng nhiệt. Quá trình đốt được thực hiện với

một lượng oxy ( không khí) cần thiết đủ để đốt cháy hết lượng bao ni lông phế thải có

nguồn gốc chất dẻo gọi là quá trình đốt hóa học. Nếu quá trình đốt được thực hiện với

một lượng dư không khí cần thiết thì gọi là quá trình đốt dư khí.

Đốt là phương pháp xử lý rác thải cuối cùng khi không thể xử lý bằng các phương

pháp khác. Nhiên liệu thường sử dụng là khí gas hay dầu trong các lò đốt chuyên dụng

có nhiệt độ trên 10000C, và ở các vùng nông thôn thường được đốt trực tiếp ở môi

trường rất là ôi nhiễm.

Sản phẩm của quá trình đốt thường là bụi, hơi nước, CO, CO 2, dioxin và tro.

Các nguyên tắc cơ bản của quá trình đốt:

- Lượng oxy sử dụng được xác định theo phương trình cháy:

Bao ni lông + Oxy Sản phẩm cháy + Q (Nhiệt )

- Quá trình cháy phải tuân theo nguyên tắc “3T”, để đạt hiệu suất cao :

Nhiệt độ cháy (temperature) – Độ xáo trộn (Turbulence) – Thời gian cháy (time)





Tr

ư

ờ

n

g Đ

H

Bà

R

ị

a

V

ũ

n

g

Tà

u



Ƣu và nhƣợc điểm:

Ư u điểm:

- Khả năng tiêu hủy tốt

- Thể tích chất thải giảm từ 75% - 96%

- Hạn chế tối đa khả năng ôi nhiễm do nước thải và vấn đề độc hại do nhiễm bẩn.

Đồng thời tận dùng được nguồn năng lượng từ quá trình đốt.

Nhược điểm:

- Khí thải từ lò đốt có khả năng gây ôi nhiễm môi trường, đặc biệt là chất dioxin

có trong khí thải

- Vận hành phức tạp và đòi hỏi đội ngủ kỹ thuật có tay nghề cao

-

Giá thành đầu tư lớn và chi phí nhiên liệu và xử lý cao

I.3.3 Phƣơng pháp khí hóa:

Định nghĩa: Là quá trình đốt không hoàn toàn chất thải rắn có nguồn gốc chất dẻo

(như bao ni lông) dưới điều kiện thiếu không khí. Đây là kỹ thuật đốt có hiệu quả về

mặt năng lượng với mục đích giảm thể tích chất thải và thu hồi năng lượng.

Sản phẩm: Quá trình đốt cháy một phần nhiên liệu thu được sản phẩm cháy giàu

CO2, H2 và một số hydrocarbon mà chủ yếu là CH4. Sản phẩm này được dùng làm khí

nhiên liệu cho động cơ đốt trong và nồi hơi. Khí hóa ở áp suất khí quyển sử dụng

không khí làm tác nhân oxy hóa thu được sản phẩm có năng lượng thấp chứa CO2,

CO, H2, CH4, và hắc ín chứa carbon, chất trơ và phần lỏng như dầu nhiệt phân.

Khi hệ thống được vận hành ở áp suất khí quyển với không khí được dùng làm chất

oxy hoá, thì sản phẩm cuối cùng của hệ thống khí hoá là hỗn hợp khí cháy có nhiệt trị

thấp, trong đó: 10% CO2, 20% CO, 15% H2, 2% CH4 theo thể tích, còn lại là khí N2.Carbon cố định và tro có trong chất thải rắn có nguồn gốc chất dẻo. Khí nhiên liệu sinh

ra có nhiệt trị thấp (khoảng 5.600 kJ/m3) do ảnh hưởng nitơ có trong không khí đi vào.

Hệ thống khí hoá dùng khí làm tác nhân oxy hoá vận hành đơn giản, lượng khí sinh ra

ổn định. Khi oxy nguyên chất được dùng làm chất oxy hoá thay cho không khí thì khí

sinh ra có nhiệt trị cao hơn (khoảng 11.200 kJ/m3).

Ƣu, nhƣợc điểm:





Tr

ư

ờ

n

g Đ

H

Bà

R

ị

a

V

ũ

n

g

Tà

u



Ƣu điểm: Khí hoá là một kỹ thuật đốt có hiệu quả về mặt năng lượng, được

áp dụng với mục đích làm giảm thể tích chất thải và thu hồi năng lượng.

Nhƣợc điểm: Vốn đầu tư lớn, đòi hỏi kỹ thuật cao và thời gian khí hóa lâu

hơn thời gian đốt.

I.3.4 Phƣơng pháp thủy nhiệt

Nguyên tắc

Phế liệu sau khi thu về sẽ được làm nhỏ ra, đốt ở nhiệt độ 350oC trong điều kiện

thiếu ôxy và có bổ sung hơi nước để thu được dầu dạng thô. Từ dầu thô này sẽ được

tiếp tục xử lý để cho ra xăng dùng cho động cơ và dầu diesel chạy máy.

Sản phẩm Nhiên liệu sử dụng trong quá trình đốt được lấy từ dầu cặn phát sinh của quá trình

đốt. Nhờ dùng dầu cặn này, việc đốt để thu hồi dầu từ phế liệu nhựa không tiêu hao

thêm nhiên liệu. Nghiên cứu này ngoài việc thu dầu còn góp phần giải quyết vấn đề

môi trường.

Phương pháp khí hóa và thủy nhiệt chỉ là bước cơ bản, là tiền đề để đi đến một

phương pháp hoàn thiện và hiệu quả hơn trong quá trình xử lý bao ni lông phế thải đó

là phương pháp nhiệt phân.

I.3.5 Phƣơng pháp nhiệt phân

Định nghĩa

Nhiệt phân là quá trình xử lý chất thải rắn có nguồn gốc chất dẻo (bao ni lông) bằng

nhiệt trong điều kiện hoàn toàn không có oxy.

Phản ứng quan trọng nhất trong quá trình nhiệt phân là bẻ gãy mạch liên kết C – C,

chúng tạo thành những gốc tự do và có đặc tính chuỗi, nhiệt độ càng tăng thì sự cắt

mạch càng sâu.

Sản phẩm

- Khí cháy (H2, CH4 và các hydrocarbon nhẹ).

- Nhiên liệu lỏng: tổ hợp các hydrocarbon. Có thể dùng tổng hợp dầu nhiên liệu.

- Tro: cacbon và chất trơ.





Tr

ư

ờ

n

g Đ

H

Bà

R

ị

a

V

ũ

n

g

Tà

u



Ƣu, nhƣợc điểm:

Ƣu điểm

Ngoài những ưu điểm tương tự như quá trình đốt, quá trình nhiệt phân còn là một

quá trình kín, ít tạo khí thải ô nhiễm đặc biệt là khí dioxin. Sản phẩm sau nhiệt phâncòn có thể thu hồi và sử dụng với giá trị kinh tế cao. Điều kiện tiến hành nhiệt phân

cũng tương đối dễ thực hiện, có thể đưa ra thành qui mô xử lý công nghiệp.

Nhƣợc điểm

Vốn đầu tư cao hơn so với các phương pháp xử lý khác bao gồm chi phí đầu tư xây

dựng lò.

Vì vậy phương pháp nhiệt phân bao ni lông phế thải nói riêng và nhựa phế thải nóichung đang thu hút được nhiều sự quan tâm.





Tr

ư

ờ

n

g Đ

H

Bà

R

ị

a

V

ũ

n

g

Tà

u



CHƢƠNG II

PHƢƠNG PHÁP NHIỆT PHÂN BAO NI LÔNG PHẾ THẢI

II.1 Lý thuyết về bản chất quá trình nhiệt phân

Bản chất quá trình nhiệt phân là bao gồm các phản ứng bẻ gãy mạch hay còn gọi là

phản ứng cracking các hydrocarbon thành những sản phẩm nhẹ hơn, có thể thành các

oligomer hay monomer, dưới tác dụng của nhiệt độ hay xúc tác. Dưới tác dụng của

nhiệt gọi là nhiệt phân nhiệt và dưới tác dụng của xúc tác goi là nhiệt phân xúc tác.

Hoặc dựa vào nguyên liệu ta có thể chia quá trình nhiệt phân chậm, nhanh và rất nhanh

theo nhiệt độ, thời gian lưu và tốc độ gia nhiệt. Và cũng có thể dựa vào áp suất để phân

biệt quá trình nhiệt phân áp suất cao hay thấp.

II.1.2 Nhiệt phân nhiệt polyethylen (PE)

Quá trình nhiệt phân nhiệt là quá trình bẻ gãy mạch hydrocarbon dưới tác dụng của

nhiệt độ, thường là nhiệt độ cao, đối với polyethylen thường từ 4300C – 700

0C [5,3].

Polyethylen chỉ có liên kết C-C và C-H , năng lượng liên kết trung bình của một C-C

khoảng 83 kcal/mol và một liên kết C-H khoảng 94 kcal/mol. Nên ở nhiệt độ thấp thì

liên kết C-C bị bẽ gãy và nhiệt độ cao thì liên kết C -H mới bị gãy. Do vậy cần mộtnăng lượng lớn để bẻ gãy mạch chính, và thường xảy ra ở đầu và cuối mạch, cho đến

khi hình thành gốc tự do ổn định. Phản ứng xảy ra theo các cơ chế gốc tự do như sau:

- Cracking bẻ gãy liên kết ở đầu, cuối mạch và ngắt mạch quá trình này xảy ra

liên tiếp và sản phẩm là monomer.

- Cracking bẻ gãy mạch ngẩu nhiên của các polymer mạch dài và kết quả hình

thành những monomer và oligomer.

- Cracking bẻ gãy các nhánh phụ trên chuỗi polymer dài.

- Các mạch nhánh trên chuỗi polymer bị bẻ gãy hoặc các mạch ngắn liên kết với

nhau theo thứ tự ưu tiên về mặt năng lượng là đầu và cuối của một cặp giống

nhau hay khác nhau tạo thành monomer mới.

Quá trình nhiệt phân PE luôn ưu tiên tạo thành những phân tử có 6, 10, 14 nguyên

tử carbon là những olefin [3]. Và nó cũng thường xảy ra theo cơ chế cracking ngẫu

nhiên tạo những oligomer và monomer thể hiện như hình 2.1 cracking nhiệt

polyethylen thu được 1-hexene và propen :





Tr

ư

ờ

n

g Đ

H

Bà

R

ị

a

V

ũ

n

g

Tà

u



Hình 2.1 Cơ chế bẻ gãy mạch ngẫu nhiên của polyethylen[ 8,99]

Đặc điểm sản phẩm thu đƣợc của quá trình nhiệt phân nhiệt[2]:

- Sản phẩm khí chủ yếu là C1 và C2

- Các olefin tạo thành có ít nhánh

- Nhiều olefin được tạo thành ở nhiệt độ cao

- Khối lượng phân tử của sản phẩm lỏng phân bố trong khoảng rộng

- Phân đoạn khí và cốc cao

- Phản ứng tương đối chậm

Hiện nay bao ni lông có thể được nhiệt phân theo sơ đồ hình 2.2:

Hình 2.2 Sơ đồ quá trình nhiệt phân bao ni lông và nhựa phế thải[9,167]





Tr

ư

ờ

n

g Đ

H

Bà

R

ị

a

V

ũ

n

g

Tà

u



Các yếu tố chính ảnh hƣởng đến quá trình nhiệt phân nhiệt:

- Nhiệt độ và thời gian lưu ảnh hưởng đến quá trình nhiệt phân và chất lượng

sản phẩm thông qua sự ảnh hưởng đến tốc độ và khả năng phản ứng bẻ gãy

mạch hydrocarbon (PE). Ở nhiệt độ cao quá trình nhiệt phân thu được sản

phẩm khí không ngưng hiệu suất lớn và giảm hiệu suất sản phẩm dầu lỏng.

Cho nên đối với polyethylene sẽ có khoảng tối ưu để thu được dầu có hiệu

suất lỏng cao nhất. Với thời gian lưu ngắn và nhiệt độ cao thì thu được hiệu

suất olefin nhẹ cao. Khi tăng nhiệt độ sẽ tăng hiệu suất sản phẩm lên. Nhưng

hiệu suất và chất lượng của phân đoạn dầu cao nhất ở nhiệt độ thấp, ở nhiệt

độ cao và thời gian lưu lớn thì dễ hình thành các aromatic.

-

Yếu tố nguyên liệu: Với nguyên liệu là bao ni lông thì độ tạp chất trong baoni lông ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm thu được từ quá trình nhiệt phân,

và một số phản ứng phụ có thể xảy ra trong quá trình. Độ nguyên chất của

polyethylen sẽ quyết định khoảng nhiệt độ nhiệt phân tối ưu thường là 4200C

đến 5000C để thu được dầu có mạch hydrocarbon thẳng [5,56].

- Yếu tố tốc độ gia nhiệt: Khi tốc độ gia nhiệt tăng thì quá trình cracking ưu

tiên bẻ gãy mạch một cách ngẫu nhiên nên sản phẩm tạo thành sẽ có hiệu

suất lỏng tăng lên. Ngược lại với tốc độ gia nhiệt chậm thì sẽ ưu tiên

cracking bẻ gãy mạch đầu, cuối của chuỗi polymer nên hiệu suất khí sẽ tăng

lên.

- Yếu tố áp suất: Yếu tố áp suất ảnh hưởng lên tốc độ phản ứng và hướng phản

ứng. Khi tăng áp suất thì nhiệt độ sôi của sản phẩm thu được của quá trình

cũng tăng lên. Vì vậy áp suất càng tăng thì thể tích pha lỏng càng lớn. Sự

thay đổi áp suất có ảnh hưởng đến trạng thái pha trong vùng phản ứng. Quá

trình cracking nhiệt có thể thực hiện ở pha hơi, pha lỏng và cả hỗn hợp pha.

Khi cracking nhiệt ở điều kiện áp suất thấp và nhiệt độ cao thì vị trí đứt mạch

cacbon (C-C) càng nghiêng về phía cuối mạch, điều đó dẫn đến hiệu suất sản

phẩm khí càng tăng và hiệu suất sản phẩm lỏng thì giảm. Và ngược lại khi

cracking ở điều kiện áp suất cao thì vị trí đứt mạch cacbon (C-C) xảy ra ở

giữa mạch

- C – C – C – C – C – C – C – C – C – C –





Tr

ư

ờ

n

g Đ

H

Bà

R

ị

a

V

ũ

n

g

Tà

u



Nên dẫn đến hiệu suất sản phẩm lỏng tăng lên, còn sản phẩm khí giảm. Và

khi tăng áp suất thì tăng tốc độ phản ứng phân hủy và các sản phẩm phản

ứng bị cracking bậc hai. Cracking ở điều kiện áp suất thấp gọi là cracking

pha hơi. Cracking ở điều kiện áp suất cao gọi là cracking áp suất.

II.1.3 Nhiệt phân xúc tác Polyethylen (PE) [8]

Quá trình nhiệt phân xúc tác xảy ra các phản ứng cracking theo cơ chế hóa học là

ion cacboni (C+). Trong đó xảy ra các phản ứng như isomer hóa ( đồng phân hóa), cắt

mạch và cắt mạch ở vị trí , chuyển vị hydro, oligomer hóa và ankyl hóa.

Tất cả các phản ứng chịu ảnh hưởng bởi độ mạnh của tâm acid, tỷ trọng và sự phân

bố trên xúc tác. Tính acid của xúc tác còn phụ thuộc vào tâm acid Bronsted và Lewis.

Nhưng sự có mặt của các tâm bronsted sẽ ưu tiên cracking các hợp chất olefin. Cấu

trúc đạt hiệu quả phản ứng nhiệt phân cao nhất là zeolite. Các tâm acid của các xúc tác

cracking cung cấp ion cacboni bằng cách thêm proton vào olefin hoặc giải thoát ion

hydro từ phân tử hydrocarbon như sau:

Phản ứng cắt mạch ở vị trí :

Với cơ chế này các chuỗi polymer bị cắt thành những mạch ngắn hơn. Và phản ứng

cắt mạch ở vị trí đóng vai trò như một phản ứng thứ cấp tạo ra những sản phẩm khí

và lỏng có khối lượng phân tử thấp.

Ngoài ra còn các phản ứng khác như phản ứng đồng phân hóa tại liên kết đôi:

Phản ứng đồng phân hóa tại khung hydrocarbon:





Tr

ư

ờ

n

g Đ

H

Bà

R

ị

a

V

ũ

n

g

Tà

u



Phản ứng chuyển vị hydro nội phân tử và ngoại phân tử:

Nhờ xúc tác mà nhiệt độ phản ứng giảm và tỷ lệ các hydrocarbon có khối lượng

phân tử thấp cũng tăng lên cao. Nhưng quá trình còn hình thành các aromat lớn do

phản ứng đóng vòng như hình 2.3:

Hình 2.3 phản ứng nội phân tử đóng vòng giữa ion cacboni và liên kết đôi[ 8,167]

Ta có thể tóm tắt cơ chế phản ứng của quá trình nhiệt phân xúc tác như hình 2.3

sau:





Tr

ư

ờ

n

g Đ

H

Bà

R

ị

a

V

ũ

n

g

Tà

u



Hình 2.4 Cơ chế phản ứng xúc tác của quá trình nhiệt phân PE[ 8,205]

Ƣu điểm của quá trình nhiệt phân xúc tác so với nhiệt phân nhiệt PE[8,100]:

- Giảm nhiệt độ cũng như thời gian phản ứng của quá trình nhiệt phân. Đồng thời

tăng tốc độ chuyển hóa trong khoảng rộng của các polymer.

- Bằng cách lựa chọn các loại xúc tác ta có điều khiển các sản phẩm hydrocarbon

thu được trong khoảng hẹp tùy vào nguyên liệu sử dụng.

- Tăng hiệu suất khí sẽ chứa nhiều C3 và C4 hơn khi sử dụng xúc tác cho quá

trình nhiệt phân PE ở cùng một nhiệt độ và áp suất với quá trình nhiệt phân

nhiệt.

- Tăng hiệu suất trong phân đoạn xăng chứa nhiều C5 – C10 hơn, so với nhiệt

phân nhiệt thì sản phẩm thu được nhẹ hơn. Dầu nhiệt phân xúc tác thu được có

lượng olefin ít đi và lượng aromat tăng lên do các olefin đóng vòng tạo thành.

Và các phản ứng bẻ mạch dài sẽ nhiều hơn.

-

Các olefin là sản phẩm ban đầu sau đó hình thành nhiều nhánh hơn do quá trìnhisomer hóa.

Xúc tác của quá trình nhiệt phân xúc tác: Có thể sử dụng được nhiều loại xúc tác

khác nhau như xúc tác acid Lewis (AlCl3, TiCl4, ZnCl2...), nhôm silicat vô định hình,

xúc tác rắn superacid (ZrO2/SO42-), kim loại trên nền cacbon, các oxit cơ bản (BaO,

K 2O…), gallosilicates, bentonite, các loại zeolite: zeolite X,Y, ZSM5, ZSM11,… và

hỗn hợp các loại xúc tác cũng được dùng. Trong đó ưu việt nhất chính là những xúc

tác zeolite. Chúng xúc tác cho hầu hết các phản ứng cracking polyolefin.





Tr

ư

ờ

n

g Đ

H

Bà

R

ị

a

V

ũ

n

g

Tà

u



Xúc tác Zeolite: Được tìm thấy cuối thập kỷ 60, đầu 70 do các nhà bác học Mỹ tìm

ra ban đầu là loại đất sét vô định hình có sự kết tinh đều và những tính chất ưu việt.

Zeolite là một aluminosilicat tinh thể xốp đều. trong tự nhiên có hơn 40 loại, nhưng

zeolite nhân tạo mới được sủ dụng làm xúc tác và hiện nay đã tổng hợp được hơn 200

loại zeolite. Đơn vị cấu trúc của mọi zeolite là tứ diện TO4 bao gồm 1 cation T (Si, Al)

được bao quanh bởi 4 ion O2-, nếu T là Si4+ thì trung hòa điện tích , còn nếu là Al3+

thì

mang một điện tích âm. Sự dư thừa 1 điện tích âm này được bù trừ chính bằng 1 cation

hóa trị 1 hoặc 2, gọi là cation bù trừ hay cation đối, khi đó mạng lưới tinh thể của

zeolite sẽ được cân bằng. Công thức tổng quát được biểu hiện như sau:

Mex/n(AlO2)x(SiO2)y.zH2O

Trong đó: x,y,z là các hệ số tương ứng

n là hóa trị của cation bù trừ

Công thức cấu tạo của các zeolite:

Các đặc trưng cơ bản của zeolite là cấu trúc tinh thể, cấu tạo hình học, tỷ số Al/Si

1 thể hiện dung lượng trao đổi ion cao nhất là bằng 1.

Zeolite có nhiều cách phân loại, song thường dùng nhất phân loại theo kích thước

mao quản như: mao quản rộng (7-8A0), mao quản trung bình (5-6,9A

0), mao quản hẹp

(nhỏ hơn 5A0). Theo đó ta có bảng 2.1 phân loại sau:

Bảng 2.1 Phân loại theo kích thước mao quản [1,124]





Tr

ư

ờ

n

g Đ

H

Bà

R

ị

a

V

ũ

n

g

Tà

u



Cấu trúc của một vài loại zeolite thường dùng trong nhiệt phân xúc tác PE:

Hình 2.5 Cấu trúc của một vài loại zeolite thường dùng trong nhiệt phân xúc tác PE [8,156]

Các zeolite chịu được nhiệt độ rất cao mà tại đó hoạt tính cũng như cấu trúc không

bị phá hũy, nên được ứng dụng rất nhiều trong công nghiệp đặc biệt công nghiệp chế

biến dầu mỏ. Trong zeolite thì các tâm acid Lewis và Bronsted được thể hiện như sau:

Cơ chế xúc tác của zeolite: Ở nhiệt độ cao thì ion bù trừ sẽ thoát ra tạo điều kiện

cho tâm acid của zeolite nhận proton H+ tạo ion cacboni:





Tr

ư

ờ

n

g Đ

H

Bà

R

ị

a

V

ũ

n

g

Tà

u



Zeolite có các tính chất ƣu việt mà không xúc tác nào so sánh đƣợc:

- Tính chất xúc tác với cấu trúc tinh thể có các tâm acid mạnh và sự tồn tại một

trường tĩnh điện mạnh xung quanh các cation có thể cảm ứng khả năng phản

ứng của nhiều chất tham gia phản ứng.

- Tính chất chọn lọc hình dạng chất phản ứng: Nhờ kích thước của mao quản,

chỉ nhưng phân tử nhỏ hơn kích thước mao quản mới tiếp xúc với tâm acid

trong mao quản.

- Chọn lọc sản phẩm phản ứng tạo thành: Chỉ những sản phẩm hình thành trong

phản ứng có kích thước phân tử nhỏ hơn cửa sổ mao quản mới khuếch tán ra

ngoài hệ mao quản.

-

Chọn lọc sản phẩm trung gian của các phản ứng : chúng bị ngăn cản do kíchthước của hợp chất trung gian không phù hợp với cửa sổ mao quản.

- Điều khiển sự lưu thông của các phân tử: chỉ những phân tử có kích thước phù

hợp mới được lưu thông qua của sổ mao quản.

Sử dụng xúc tác zeolite cho quá trình nhiệt phân người ta có thể sử dụng các dạng

phân bố sau:

Hình 2.6 Sự phân bố xúc tác trong quá trình nhiệt phân [8,199]

Khi xúc tác zeolite phân bố trực tiếp trong pha lỏng của nguyên liệu ở nhiệt độ cao

thì tất cả các phản ứng trong quá trình nhiệt phân xúc tác sẽ xảy ra:





Tr

ư

ờ

n

g Đ

H

Bà

R

ị

a

V

ũ

n

g

Tà

u



Hình 2.7 Sơ đồ quá trình nhiệt phân xúc tác với xúc tác trộn trực tiếp vào nguyên

liệu [8,233]

Còn khi xúc tác được phân bố để xúc tác cho phần hơi sau quá trình cracking nhiệt

ban đầu thì xúc tác của quá trình nhiệt phân được sự dụng để cải thiện chất lượng sản

phẩm của quá trình nhiệt phân nhiệt ban đầu. Và bây giờ xúc tác đóng vai trò như quá

trình nhiệt phân thứ cấp. Lúc đó các phản ứng xảy ra như quá trình reforming hóa và

nên bổ xung thêm các xúc tác kim loại hoặc oxit kim loại khi này quá trình sẽ ưu tiên

là các phản ứng sau:

- Isomer hóa parafin:

- Isomer hóa naphten:

-

Dehydro vòng aromat:

-

Dehydro hóa đóng vòng parafin tạo hydrocarbon thơm:





Tr

ư

ờ

n

g Đ

H

Bà

R

ị

a

V

ũ

n

g

Tà

u



- Hydrocracking: Tạo ra các mạch ngắn hơn và có xu hướng tăng sản phẩm khí.

- dealkyl hóa vòng thơm:

Hình 2.7 Sơ đồ quá trình nhiệt phân xúc tác với xúc tác phân bố bên trên nguyên liệu

[9,311]

Trong quá trình áp dụng cho công nghiệp ta có thể kết hợp sử dụng nhiều kiểu phân bố xúc tác khác nhau hay nhiều loại xúc tác khác nhau để đạt được chất lượng cũng

như hiệu suất mong muốn.





Tr

ư

ờ

n

g Đ

H

Bà

R

ị

a

V

ũ

n

g

Tà

u



CHƢƠNG III

ĐỊNH HƢỚNG NGHIÊN CỨU VÀ CÁCH TIẾN HÀNH

III.1 Định hƣớng nghiên cứu

Dựa vào các tài liệu đã tìm hiểu, nhận thấy còn rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá

trình nhiệt phân, đặc biệt là quá trình nhiệt phân xúc tác. Do điều kiện thí nghiệm còn

nhiều hạn chế nên quá trình nhiệt phân chưa được triệt để và ổn định, do đó chỉ tiến

hành nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đối với quá trình nhiệt phân xúc tác bao ni

lông phế thải. Ngoài ra còn khảo sát sự ảnh hưởng của tỷ lệ xúc tác/nguyên liệu ảnh

hưởng đến chất lượng sản phẩm. Đồng thời cũng tiến hành khảo sát sự ảnh hưởng của

các loại xúc tác đến quá trình nhiệt phân bao ni lông phế thải. Trong quá trình nhiệt phân, xúc tác được phối trộn trực tiếp vào nguyên liệu bao ni lông phế thải.

III.2 Dụng cụ, thiết bị và nguyên liệu

III.2.1 Sơ đồ thiết bị thí nghiệm nhiệt phân xúc tác

III.2.1.1 Thiết bị phản ứng

Là một ống thép không gỉ có chiều dài 50mm, đường kính 90mm, dày 2mm.

III.2.1.2 Thiết bị gia nhiệt

Được bọc bên ngoài ống phản ứng, sử dụng điện trở để đốt nóng và cung cấp nhiệt

cho phản ứng nhiệt phân bên trong ống phản ứng, sử dụng điện xoay chiều 220 V.

Hình 3.1 Sơ đồ thiết bị thí nghiệm của quá trình nhiệt phân xúc tác





Tr

ư

ờ

n

g Đ

H

Bà

R

ị

a

V

ũ

n

g

Tà

u



III.2.1.3 Hệ thống ngƣng tụ

Tất cả hơi nhiệt độ cao thoát khỏi bình phản ứng được làm lạnh bằng nước. Hệ thống

ngưng tụ dạng ống lồng ống. Hơi nóng thoát ra có nhiệt độ khoảng 3500C, nước làm

mát có nhiệt độ khoảng 300C đến 350

C.

III.2.1.4 Hệ thống xử lý khí

Gồm một bình đựng nước và một bình đựng NaOH được dùng để hấp thụ khí thải

xúc qua bình, nhằm nhằm loại bỏ lượng hơi hydrocacbon, khí CO và CO 2 trong khí

thải ra. Và cuối cùng khí được dẫn qua bình đựng than hoạt tính nhằm hấp phụ khí thải

này một lần nữa. Để loại hết yếu tố độc hại trong quá trình nghiên cứu.

III.2.1.5 Hệ thống điều khiển Sử dụng timer cùng với kiac để điều khiển tốc độ gia nhiệt và dùng đồng hồ nhiệt để

theo dõi nhiệt độ và điều khiển nhiệt độ mong muốn.

III.2.2 Nguyên liệu và hóa chất sử dụng

Nguyên liệu: Bao ni lông phế thải đã được lành sạch và sấy khô.

Xúc tác: Trong thí nghiệm sử dụng 2 loại chất xúc tác là zeolite 3A và

bentonite.-

Zeolite 3A: Có cấu trúc tinh thể xốp, trong thí nghiệm này dùng zeolite 3A

dưới dạng hạt, có kích thước mao quản hẹp khoảng 3,4 A0 đến 2,2 A0. Có tỷ lệ

Si/Al = 1 nên hiệu suất trao đổi cation lớn, với cation đối Na + được thay bằng

K +. Chịu được nhiệt độ lên đến 7000

C.

Hình 3.2 Đơn vị cấu trúc của Zeolite 3A[ 1,167]





Tr

ư

ờ

n

g Đ

H

Bà

R

ị

a

V

ũ

n

g

Tà

u



Hình dạng thực tế của Zeolite 3A:

Hình 3.3 Zeolite 3A dạng hạt dùng trong thí nghiệm nhiệt phân

- Bentonite: Là một loại khoáng sét tự nhiên, trong thí nghiệm này bentonite được

dùng là dạng bột mịn màu vàng, thành phần chính là montmorillionite

(Al2O3.4SiO2.nH2O), và một số khoảng sét khác như Saponite(Al2O3.4SiO2.nH2O),

nontronite (Al2O3.[Fe2O3].4SiO2.nH2O), beidellite (Al2O3.3SiO2.nH2O). Chúng

có độ acid bề mặt cao và diện tích bề mặt lớn. Dựa trên kết quả phân tích thành

phần hóa học của bentonite, ngoài nguyên tố Si, Al, người ta còn phát hiện thấy

sự có mặt của các nguyên tố Fe, Ca, Mg,Ti, K, Na. Hàm lượng nước trong

bentonite thường dao động trong khoảng n = 4÷8 và tỉ lệ Al2O3 : SiO2 = 1: 4.

Montmorillionite là aluminosilicat tự nhiên có cấu trúc lớp 2 : 1, dạng diocta,

được cấu tạo từ 2 mạng lưới tứ diện liên kết với 1 mạng lưới bát diện ở giữa tạo

nên 1 lớp cấu trúc. Giữa các lớp cấu trúc là các cation trao đổi và nước hấp phụ.

Hình 3.4 Cấu trúc của bentonite của Mont[ 12,234]





Tr

ư

ờ

n

g Đ

H

Bà

R

ị

a

V

ũ

n

g

Tà

u



III.2.3 Thiết bị sử dụng

III.2.3.1 Thiết bị chứa, đựng

Cốc chứa loại lớn, bình chiết, pipet, cân phân tích chính xác đến 10 -5g, bình cầu 2

cổ, ống sinh hàn, bếp đun, ống sừng bò, tủ sấy…

III.2.3.2 Máy sắc ký khối phổ (GC-MS)

Máy phân tích được sử dụng để xác định thành phần các chất có trong mẫu dầu

nhiệt phân. Phương pháp Sắc ký khí – khối phổ (GC –MS) là phương pháp kết hợp

giữa sắc ký khí/lỏng và phương pháp phổ khối lượng để định tính và ít nhiều định

lượng cấu tử có trong mẫu thử.

Mẫu thí nghiệm sẽ được đưa qua thiết bị sắc ký khí để phân tách các “cấu tử”. Cáccấu tử phân tách sau đó được tiến hành ion hoá, phân tách và được đầu dò khối phổ

ghi nhận. Các kết quả được ghi nhận, so sánh với dữ liệu hiện có trong thư viện và kết

luận.

Hình 3.5 Sơ đồ máy sắc ký khí – khối phổ(GC -MS)

- Sắc ký khí (GC):

Đây là giai đoạn phân tách các cấu tử thông qua cột sắc ký.

Mẫu khảo sát là mẫu khí hay mẫu lỏng (mẫu lỏng sẽ được gia nhiệt và chuyển sang

dạng khí) được bơm vào bộ phận nạp mẫu.





Tr

ư

ờ

n

g Đ

H

Bà

R

ị

a

V

ũ

n

g

Tà

u



Mẫu khí qua cột sắc ký được tách thành các cấu tử và qua đầu dò chuyển thành các

tín hiệu điện. Các tín hiệu được khuếch đại và chuyển sang bộ ghi.

Thông thường dòng khí mang sẽ là khí trơ với mẫu và thường là N2 hay H2.

Yếu tố quan trọng nhất trong phương pháp GC là khả năng chịu đựng của cột sắc kýđối với mẫu. Bên cạnh các tiêu chuẩn cơ bản như tính thấm, tải trọng, … thì các cột

sắc ký còn bị giới hạn bởi nhiệt độ và độ nhớt. Do đó với các mẫu dầu phân tích sẽ là

một hạn chế với những thành phần dầu nặng có nhiệt độ sôi cao.

- Phƣơng pháp khối phổ ( MS):

Mẫu ra từ GC sẽ được đưa qua bộ ion hoá (bằng điện hoặc điện tử), cấu tử sẽ bị bắn

phá thành các ion và tiến vào bộ phân tách ion. Tại đây các tiểu phân có khối lượng

khác nhau dưới ảnh hưởng của từ trường H sẽ tạo ra những bán kính tròn r khác nhau.

Thông qua V (hiệu điện thế hai bản gia tốc trong buồng ion hoá) và z điện tích ion

khối lượng được xác định qua công thức:

m/z = (H2r

2)/2V

Các tín hiệu sẽ được ghi nhận, khuếch đại và đưa vào bộ ghi. Sau đó từ phổ khối

lượng sẽ tiến hành so sánh với mẫu chuẩn có trong thư viện phổ để kết luận mức độ

tương thích và kinh nghiệm của nhà khoa học sử dụng thiết bị để kết luận cấu tử.

Đây là phương pháp hữu hiệu nhất hiện nay để xác định thành phần mẫu dầu.

Tuy nhiên vẫn mắc phải các khuyết điểm:

Giới hạn trong yêu cầu cho thiết bị: nhiệt độ (thường < 320oC), độ nhớt, …

Giới hạn trong thư viện phổ nên ít nhiều có các cấu tử không thể định danh.

Đối với các mẫu có thành phần phức tạp như dầu mức độ chính xác bị giảmxuống do mỗi cấu tử đi ra có thể là hỗn hợp nhiều đồng phân cùng tính chất

phân tách. Do đó còn phụ thuộc nhiều vào kinh nghiệm của kỹ thuật viên và

các kiến thức đối với mẫu thử.

III.2.3.3 Hệ thống chƣng cất ASTM

Đường chưng cất ASTM xác định phạm vi thành phần phân đoạn trong sản phẩm

dầu mỏ. Qua đường cong chưng cất này sẽ đánh giá được tính bốc hơi của sản phẩm.Phương pháp đo này dựa theo tiêu chuẩn ASTM D86, được áp dụng cho hầu hết các





Tr

ư

ờ

n

g Đ

H

Bà

R

ị

a

V

ũ

n

g

Tà

u



sản phẩm chính của dầu mỏ (như xăng máy bay, xăng ô tô, DO, …) ngoại trừ khí hoá

lỏng và bitume.

Nguyên tắc của phương pháp là chưng cất 100ml sản phẩm trong các điều kiện qui

định, quan sát và ghi nhận các nhiệt độ sôi tương ứng với thể tích ngưng tụ thu được,

từ những số liệu này xây dựng thành đường cong chưng cất ASTM.

Hình 3.6 Mô hình chưng cất ASTM

1 thiết bị gia nhiệt; 2 bình cầu hai cổ; 3 nhiệt kế; 4 ống sinh hàn; 5 sừng bò; 6 bình

đong; 7 nước làm lạnh đi ra; 8 nước làm lạnh đi vào.





Tr

ư

ờ

n

g Đ

H

Bà

R

ị

a

V

ũ

n

g

Tà

u



Hình 3.7 Thành phần sản phẩm của dầu thô theo nhiệt độ sôi khác nhau [3,34]





Tr

ư

ờ

n

g Đ

H

Bà

R

ị

a

V

ũ

n

g

Tà

u



III.2.3.4 Hệ thống thiết bị đo độ nhớt

Hệ thống gồm nhớt kế mao quản thủy S50 F199 phù hợp với độ nhớt của mẫu xác

định, bể điều nhiệt, nhiệt kế chính xác, đồng hồ bấm giây.

Xác định độ nhớt động học theo tiêu chuẩn ASTM D445. Tiêu chuẩn này giúp xác định độ nhớt động học của sản phẩm dầu mỏ trong cũng như đục, bằng cách đo thời

gian để một thể tích chất lỏng xác định chảy qua một mao quản thủy tinh dưới tác

dụng của trọng lực.

Độ nhớt động học là kết quả tính được từ thời gian chảy và hằng số tương ứng của

nhớt kế.

Trong đó: c là hằng số phụ thuộc vào thiết bị đo

t là thời gian chảy của dầu trong thiết bị đo

là độ nhớt

Hình 3.8 Thiết bị đo độ nhớt của hãng Koehler

III.2.3.5 Hệ thống đo nhiệt độ chớp cháy

Thí nghiệm được thực hiện theo tiêu chuẩn ASTM D93. Phương pháp này được sử

dụng cho chất lỏng có điểm chớp cháy < 93 oC. phương pháp này đo nhiệt độ chớp

cháy cốc kín.





Tr

ư

ờ

n

g Đ

H

Bà

R

ị

a

V

ũ

n

g

Tà

u



Mẫu được đặt trong thiết bị thí nghiệm với nắp đóng và được gia nhiệt ở một tốc độ

truyền nhiệt ổn định. Một ngọn lửa nhỏ có kích thước tiêu chuẩn được đưa vào cốc ở

phạm vi quy định. Điểm chớp cháy ghi nhận là nhiệt độ thấp nhất mà tại đó dưới tác

dụng của ngọn lửa thử hỗn hợp hơi nằm ở phía trên mẫu đủ để trở nên bắt lửa và chớp

cháy.

Ngoài ra còn phương pháp đo nhiệt độ chớp cháy cốc hở, mẩu thí nghiệm được tiếp

xúc với môi trường, được gia nhiệt đều. Khi ngọn lửa tiêu chuẩn được đưa qua cốc, và

khi nhiệt độ thấp nhất mà nó chớp cháy được ghi nhận là nhiệt độ chớp cháy. Phương

pháp này được đo theo tiêu chuẩn ASTM D92, với sản phẩm có nhiệt độ chớp cháy

dưới 730C.

Hình 3.9 Thiết bị đo nhiệt độ chớp cháy cốc kín và cốc ở của hãng Koehler

III.2.4 Cách tiến hành thí nghiệm

Thí nghiệm được tiến hành theo sơ đồ ở hình 3.11. Nguyên liệu bao bì phế thải

được làm sạch và sấy khô trong tủ sấy ở nhiệt độ 500C trong vòng 30 phút. Sau đó

được đi cân bằng cân phân tích với khối lượng 200g và cân xúc tác với lượng cần thiết

theo tỷ lệ cho trước. Rồi đem nguyên liệu và xúc tác cho vào bình phản ứng và gia

nhiệt. Sản phẩm thu được được làm lạnh bằng nước có nhiệt độ 300C – 35

0C. Sản của

quá trình nhiệt phân thu được phân tách thành rắn, lỏng, khí và được đem đi phân tích.

Riêng sản phẩm khí không ngưng cần được xử lý bằng các xục qua nước, NaOH để

hấp thụ các khí độc hại như CO, CO2

, aromat và các hydrocac bon nhẹ sau đó cho hấp

phụ qua than hoạt tính làm sạch khí một lần nữa mới thải ra môi trường.





Tr

ư

ờ

n

g Đ

H

Bà

R

ị

a

V

ũ

n

g

Tà

u



Tốc độ gia nhiệt của quá trình nhiệt

phân khoảng 100C/phút, và được điều

chỉnh bằng timer bằng cách điều chỉnh

chế độ ngắt mở, trong thí nghiệm áp

dụng 4s mở và 1s tắt. Nhiệt độ được

cài đặt trên bộ hiện thị nhiệt độ.

Sản phẩm dầu sản phẩm được đem

đo độ nhớt và nhiệt độ chớt cháy và

sau đó đem chưng cất ASTM, thu được

các phân đoạn khác nhau theo từng

khoảng nhiệt độ sôi từ 800

C đến450

0C.

Hình 3.11 Sơ đồ tiến hành thí nghiệm





Tr

ư

ờ

n

g Đ

H

Bà

R

ị

a

V

ũ

n

g

Tà

u



CHƢƠNGIV

KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

IV.1 Khảo sát sự ảnh hƣởng của nhiệt độ đến quá trình nhiệt phân xúc tác

IV.1.1 Tiến hành thí nghiệm

Cố định lượng bao ni lông phế thải nhập liệu là 200g, tốc độ gia nhiệt trung bình là

100C/phút. Lượng xúc tác Zeolite 3A cũng cố định theo tỷ lệ xúc tác/ nguyên liệu là

1:4, tương ứng với 50g zeolite 3A.

Tiến hành lần lượt từng thí nghiệm với các mốc nhiệt độ lần lượt là: 440 0C, 450

0C,

5000C, 550

0C, 600

0C.

So sánh hiệu suất sản phẩm lỏng thu được ở từng mốc nhiệt độ với nhau. Sau đó

tiến hành đo độ nhớt, nhiệt độ chớp cháy, nhiệt trị của từng mẫu dầu thu được.

IV.1.2 Kết quả và bàn luận

Bảng 4.1. Kết quả khảo sát sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình nhiệt phân xúc

tác Zeolit 3A với tỉ lệ 1:4

STTNhiệt độ

(0C)

Khốilƣợng

sản

phẩm

lỏng (g)

Hiệu

suất lỏng

(%)

Nhiệt trị

(cal/g)

Độ nhớt

ở 400C

(cst/s)

Nhiệt độ

chớp

cháy cốc

hở (0C)

1 440 18,79 9,40 - 0,41

35

2 450 72,42 36,21 7073,46 0,45

3 500 63,42 31,71 - 0,73

4 550 51,67 25,84 - 0,89

5 600 35,89 17,95 - 1,22





Tr

ư

ờ

n

g Đ

H

Bà

R

ị

a

V

ũ

n

g

Tà

u



Giản đồ 4.1. Sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến khối lượng sản phẩm lỏng của quá

trình nhiệt phân dùng xúc tác zeolite 3A với tỷ lệ 1:4

Hình 4.1 Sản phẩm sau khi nhiệt phân với xúc tác zeolite 3A với mốc nhiệt độ khác

nhau

Đánh giá kết quả

Quá trình nhiệt phân xúc tác dưới 4500C phải tốn rất nhiều thời gian mới thu được

lượng lỏng và hiệu suất thu được rất thấp. Sau đó tăng nhiệt độ thì thời gian cần thiết

giảm đi và hiệu suất cũng tăng lên. Đối với zeolite 3A thì nhiệt độ thu được hiệu suất

lỏng cao nhất là 4500C với tỷ lệ zeolite 3A là 1:4. Nhiệt độ tăng quá cao thì hiệu suất

lỏng lại giảm mạnh hơn nhưng lượng khí thoát ra lại nhiều lên và lượng cặn cũng ít đi,

do điều kiện thí nghiệm không thể tính toán chính xác lượng cặn và khí thoát ra nhưng

trong quá trình nghiên cứu cũng có đánh giá một cách tương đối 2 đại lượng này để có

cái nhìn tổng quát hơn về sự ảnh hưởng của nhiệt độ đối với quá trình nhiệt phân xúc

tác.

Sản phẩm có độ nhớt, nhiệt độ chớp cháy thấp.





Tr

ư

ờ

n

g Đ

H

Bà

R

ị

a

V

ũ

n

g

Tà

u



Giải thích hiện tƣợng

Điều đó có nghĩa là khi nhiệt phân dưới 4500C thì ở nhiệt độ này sự đứt mạch

polymer còn thấp, nhiệt độ này vẫn chưa thể bẻ gãy nhiều liên kết giữa các nguyên tử.

Mạch bị đứt chủ yếu là các nguyên tử ở đầu và cuối mạch, và vai trò của xúc tác chưa

cao. Khi tăng nhiệt độ đồng nghĩa với quá trình đứt mạch diễn ra mãnh liệt hơn , không

chỉ cắt mạch ở đầu và cuối còn có sự cắt mạch ngẫu nhiên, cắt mạch tại vị trí , quá

trình đồng phân hóa, chuyển vị hydro, ankyl hóa cũng tăng dần lên nên hiệu suất lỏng

cũng tăng lên theo nhiệt độ, song khi lên nhiệt độ cao do ảnh hưởng của xúc tác,các

phản ứng cracking diễn ra mạnh liệt hơn nên các mạch hydrocacbon olefin và

hydrocarbon thơm mạch ngắn xuất hiện nhiều hơn, đồng thời quá trình nhiệt phân thứ

cấp cũng diễn ra mạnh mẽ hơn làm cho các mạch hydrocacbon này trở nên ngắn hơnnữa, do đó hiệu suất lỏng giảm xuống đồng nghĩa với hiệu suất khí tăng cao và ở nhiệt

độ càng cao thì quá trình nhiệt phân càng triệt để nên lượng cặn cũng ít dần đi.

Như vậy vai trò chọn lọc của xúc tác 3A có cửa sổ mao quản nhỏ nên hydrocarbon

sau khi qua xúc tác đã có mạch ngắn nhưng lại bị quá trình nhiệt phân thứ cấp phân

hủy nên hiệu suất lỏng giảm mạnh khi ở nhiệt độ cao 6000C. Cho nên với sản phẩm

lỏng thu được sẽ có nhiều các hydrocarbon mạch ngắn nên độ nhớt của dầu tương đối

thấp. Ở nhiệt độ cao độ nhớt lại tăng lên chứng tỏ lúc này phản ứng tạo thành nhiều

các parafin mạch nhánh và các aromat do các phản ứng đồng phân hóa và đóng vòng

olefin tăng lên. Song các parafin, cycloparafin, naphten, olefin và aromat có mạch

chính và mạch nhánh rất ngắn nên độ nhớt tăng không nhiều cho nên nhiệt độ chớp

cháy cũng khá thấp. Do đó ảnh hưởng của xúc tác cũng yếu dần khi ở nhiệt độ tăng

cao cũng là yếu tố làm cho độ nhớt thấp.

Kết luận

Quá trình nhiệt phân xúc tác ở các nhiệt độ khác nhau thì khả năng cracking và xảy

ra các phản ứng khác cũng khác nhau. Đồng thời sản phẩm thu được ở các khoảng

nhiệt độ này cũng khác nhau. Trong quá trình nhiệt phân khi tăng hiệu suất lỏng thì

hiệu suất khí lại giảm và ngược lại. Và quá trình nhiệt phân càng triệt để nếu nhiệt độ

của quá trình càng cao lượng cốc thu được càng ít. Ảnh hưởng của xúc tác lên hiệu

suất và cấu trúc sản phẩm sẽ giảm nếu nhiệt độ tăng cao. Do đó cần có nhiều nghiêncứu để chọn ra nhiệt độ tối ưu đảm bảo hiệu suất và chất lượng sản phẩm thu được. Ta





Tr

ư

ờ

n

g Đ

H

Bà

R

ị

a

V

ũ

n

g

Tà

u



có thể dùng biểu đồ sau để thể hiện sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình nhiệt

phân xúc tác :

Biểu đồ 4.1 Quá trình chuyển đổi trong quá trình nhiệt phân xúc tác phá hũy mạch

polymer(PE)[9,212]

Quá trình tăng nhiệt độ đồng nghĩa với mũi tên đi xuống và ngược lại giảm nhiệt độ

thì quá trình biến đổi sẽ theo chiều đi lên của mũi tên. Biểu đồ này được áp dụng trong

khoảng nhiệt độ nhất định,với nhiệt độ tối ưu là thấp nhất.

IV.2 Khảo sát ảnh hƣởng của tỷ lệ zeolite 3A đến quá trình nhiệt phân


Cố định lượng nguyên liệu bao ni lông phế thải là 200g, nhiệt độ của quá trình nhiệt

phân là 4500C. Tốc độ gia nhiệt trung bình 100C/ phút. Làm lạnh bằng nước có nhiệt

độ là 300C đến 350C.

Tiến hành thí nghiệm lần lượt với các tỷ lệ xúc tác zeolite 3A trên nguyên liệu như

sau: 1:3, 1:4, 1:6, 1:8. Tương ứng với lượng xúc tác phải dùng trong mỗi lần thí

nghiệm là 66,33g; 50g; 33,67g; 25g.

So sánh kết quả giữa các lần thí nghiệm. Sau đó tiến hành đo độ nhớt, nhiệt trị,

nhiệt độ chớt cháy.


Bảng 4.2. Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ zeolite đến quá trình nhiệt phân xúc tác tại

4500C





Tr

ư

ờ

n

g Đ

H

Bà

R

ị

a

V

ũ

n

g

Tà

u



STTTỷ lệ

zeolite

Khối

lƣợng

zeolite

(g)

Khối

lƣợng

sản

phẩm

lỏng (g)

Hiệu

suất

lỏng

(%)

Nhiệt trị

(cal/g)

Độ nhớt

(cst/s)

Nhiệt

độ chớp

cháy

cốc hở

(0C)

1 1:3 66,33 60,56 30,28 - 0,34

342 1:4 50,00 72,42 36,21 7073,46 0,45

3 1:6 33,67 68,22 34,11 - 0,47

4 1:8 25,00 65,69 32,85 - 0,51

Hình 4.2 Sản phẩm thu được dầu thu được khi nhiêt phân với các tỷ lệ xúc tác zeolite3A khác nhau

Đánh giá kết quả thu đƣợc

Kết quả thí nghiệm cho thấy hiệu suất lỏng cao nhất khi sử dụng xúc tác zeolite 3A

với tỷ lệ là 1:4. Và trong nhiệt phân xúc tác khi tăng lượng xúc tác thì thời gian nhiệt

phân giảm và sản phẩm khí tăng lên rất nhiều, sản phẩm lỏng và cặn cacbon có xu

hướng giảm. Lượng xúc tác thêm vào ảnh hưởng sâu sắc đến tốc độ của quá trình nhiệt

phân. Độ nhớt và nhiệt độ chớp cháy còn thấp.

Khi khảo sát sự ảnh hưởng của xúc tác thì ta thấy độ nhớt và nhiệt độ chớp cháy

giảm so với khi khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ.


Khi ta tăng lượng xúc tác sử dụng đồng nghĩa tăng lượng hydrocacbon nhẹ được tạo

thành do khả năng vượt hàng rào năng lượng hoạt hóa tạo thuận lợi cho các phản ứng





Tr

ư

ờ

n

g Đ

H

Bà

R

ị

a

V

ũ

n

g

Tà

u



bẻ mạch và tính chọn lọc của xúc tác cũng tăng lên. Điều này sẽ nâng cao chất lượng

dầu nhiêu liệu song cũng làm cho hiệu suất lỏng giảm đi.

Thời gian phản ứng phụ thuộc vào tốc độ bẻ gãy mạch hydrocacbon trong quá trình

nhiệt phân, với lượng xúc tác lớn thì bề mặt phản ứng cũng tăng lên, nhờ v ào các tâm

axit của xúc tác zeolite 3A thì tốc độ này được tăng cao và các ion cacboni C+ cũng

hình thành nhiều hơn. Và với đường kính cửa sổ mao quản 3A0 [4,92] thì khả năng

chọn lọc tốt các hydrocacbon có phân tử lượng thấp, cấu trúc mạch không phức tạp

nhiều vòng và mạch nhánh dài sẽ làm chất lượng sản phẩm lỏng sẽ được nâng cao.

Dầu lỏng sẽ chứa nhiều olefin và aromat hơn.

Chính những điều này cũng giải thích cho độ nhớt giảm vì chứa nhiều hơn các

olefin và hydrocarbon nhẹ, ít vòng và nhánh. Và điều này đã góp phần giảm nhiệt độ

chớp cháy của sản phẩm lỏng, đây là điều không mong muốn khi tồn trữ nhiên liệu,

song nó không phải vấn đề lớn lắm.

Khi tăng lượng xúc tác lên quá cao như trong nghiên cứu này tỷ lệ là 1:3 thì với

lượng xúc tác lớn như vậy sẽ đóng vai trò như một quá trình nhiệt phân thứ cấp bẻ gãy

các mạch hydrocacbon này thành những mạch nhỏ hơn và khi đó khí thoát ra sẽ là

những hydrocacbon như C3, C4, C5 và các hydrocarbon nhẹ khác, điều này sẽ làm giảmmạnh hiệu suất lỏng thu được. đồng thời các phản ứng đóng vòng olefin cũng tăng lên

cao tạo ra nhiều aromat:

Độ nhớt và nhiệt độ chớp cháy giảm hơn so với thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của

nhiệt độ vì khi dùng xúc tác zeolite 3A đã giảm lượng sản phẩm có khả năng ảnh

hưởng tới độ tăng của các thông số trên. Vậy có nghĩa là zeolite 3A là xúc tác có

khuynh hướng tạo thành sản phẩm hydrocarbon thơm ít vòng, khoảng 1,2 cho đến 3

vòng và nếu có nhánh thì chúng rất ngắn đa số sẽ là metyl, ethyl. Và hàm lượng các

parafin không nhiều hoặc không còn nhưng các olefin mạch ngắn,ít nhánh sẽ được tạo

thành. Nên độ nhớt sẽ tương đối đồng đều.





Tr

ư

ờ

n

g Đ

H

Bà

R

ị

a

V

ũ

n

g

Tà

u



Kết luận

Ứng với tỷ lệ xúc tác khác nhau ta có thể thu được các sản phẩm có cấu trúc khác

nhau. Tăng lượng xúc tác thì giảm thời gian phản ứng và tốc độ của phản ứng đượ c

đẩy lên cao. Tại một điều kiện phản ứng nhất định ta luôn tìm được một tỷ lệ xúc tác

trên nguyên liệu tối ưu để có được hiệu suất lỏng cao. Với xúc tác zeolite 3A thì quá

trình nhiệt phân sẽ thu được sản phẩm có tính chất gần nhiên liệu xăng hơn diesel.

IV.3 Khảo sát sự ảnh hƣởng xúc tác bentonite đến quá trình nhiệt phân


Tiến hành tương tự như đối với zeolite 3A ta cố định lượng nguyên liệu là 200g,

nhiệt độ của quá trình nhiệt phân là 4500C. Tốc độ gia nhiệt trung bình 100C/ phút.

Làm lạnh bằng nước có nhiệt độ là 300C đến 350C.

Tiến hành thí nghiệm lần lượt với các tỷ lệ xúc tác bentonite/nguyên liệu như sau:

1:3, 1:4, 1:6, 1:8. Tương ứng với lượng xúc tác phải dùng trong mỗi lần thí nghiệm là

66,33g; 50g; 33,67g; 25g.

So sánh kết quả giữa các lần thí nghiệm. Sau đó tiến hành đo độ nhớt, nhiệt trị,

nhiệt độ chớt cháy.


Bảng 4.3 Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ bentonite đến quá trình nhiệt phân xúc tác tại

4500C

STT Tỷ lệbentonite

Khối

lƣợngbentonite

(g)

Khối

lƣợng

sản

phẩm

lỏng (g)

Hiệu

suấtlỏng

(%)

Nhiệt trị(cal/g)

Độ

nhớt

(cst/s)

Nhiệt

độ

chớpcháy

cốc hở

(0C)

1 1:3 66,33 70,78 35,39 - 1,53

36 2 1:4 50,00 76,69 38,35 9855,01 1,11

3 1:6 33,67 74,25 37,13 - 0,92

4 1:8 25,00 73,63 36,82 - 0,87





Tr

ư

ờ

n

g Đ

H

Bà

R

ị

a

V

ũ

n

g

Tà

u



Giản đồ 4.3 Khảo sát ảnh hưởng của tỷ khối lượng xúc tác thêm vào của 2 loại xúc tác

đến khối lượng sản phẩm lỏng thu được của quá trình nhiệt phân

Hình 4.3 Sản phẩm dầu của quá trình nhiệt phân xúc tác bentonite

Ta cũng cần khảo sát yếu tố thời gian phản ứng trong mỗi quá trình để có cái nhìn

tổng quan cho các quá trình nhiệt phân nêu trên. Đó là yếu tố giúp ta có định hướng

phát triển trên quy mô lớn hơn:

Bảng 4.4 Ảnh hưởng của thời gian đến quá trình nhiệt phân dùng xúc táczeolite 3A

tỷ lệ 1:4

STT Nhiệt độ (0C) Thời gian nhiệt

phân ( phút)

Sản phẩm lỏng (g)

1 440 180 18,79

2 450 120 72,42

3 500 100 63,42

4 550 90 51,675 600 80 35,89





Tr

ư

ờ

n

g Đ

H

Bà

R

ị

a

V

ũ

n

g

Tà

u



Bảng 4.5 Ảnh hưởng của thời gian đến quá trình nhiệt phân theo các tỷ lệ khác

nhau khi dùng xúc tác zeolite 3A

STT Tỷ lệ zeolite 3A Thời gian nhiệt

phân (phút)


1 1:3 90 60,59

2 1:4 120 72,42

3 1:6 130 68,22

4 1:8 150 65,69

Bảng 4.6 Ảnh hưởng của thời gian đến quá trình nhiệt phân theo các tỷ lệ khác

nhau khi dùng xúc tác bentonite

STT Tỷ lệ bentonite Thời gian nhiệt

phân (phút)


1 1:3 150 70,78

2 1:4 180 76,69

3 1:6 210 74,25

4 1:8 230 73,63

Giản đồ 4.4 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến khối lượng sản phẩm lỏng trong

quá trình nhiệt phân.





Tr

ư

ờ

n

g Đ

H

Bà

R

ị

a

V

ũ

n

g

Tà

u



Đánh giá kết quả thu đƣợc

Trong nhiệt phân xúc tác sử dụng zeolite 3A sản phẩm khí nhiều hơn hẳn khi sử

dụng bentonite. Sản phẩm lỏng khi dùng bentonite thu được nặng hơn so với zeolite .

Hiệu suất của sản phẩm lỏng thu được của bentonite cao hơn so với zeolite 3A.

Nhiệt trị độ nhớt và nhiệt độ chớp cháy khi dùng xúc tác bentonite đều cao hơn so

với khi dùng zeolite 3A trong quá trình nhiệt phân bao ni lông.

Trong cả 3 quá trình khảo sát trên thì đối với quá trình khảo sát nhiệt phân dùng xúc

tác bentonite mất nhiều thời gian nhất. Sau đó mới đến quá trình khảo sát nhiệt phân

với xúc tác zeolite 3A. Còn với quá trình khảo sát nhiệt phân xúc tác chịu ảnh hưởng

của nhiệt độ thì thời gian phụ thuộc vào nhiệt độ rất lớn, khi nhiệt phân tại nhiệt độ cao

thì thời gian là ngắn nhất nhưng ở nhiệt độ thấp hơn thì thời gian tăng lên rõ rệt.


Điều này là do với cấu trúc lỗ xốp và đường kính mao quản của bentonite lớn hơn

nhiều so với zeolite 3A thì các phân tử lớn sẽ dễ dàng đi qua mà chưa bị bẽ gãy mạch

trong giai đoạn này nên khi nhiệt phân sẽ ưu tiên tạo ra những hydrocacbon có mạch

dài và nặng hơn so với zeolite 3A, đồng thời do nghiên cứu chỉ làm lạnh bằng nước

nên những hydrocarbon này dễ dàng ngưng tụ hơn so với quá trình nhiệt phân zeolite

3A. Và do đó hiệu suất lỏng của bentonite cao. Có nghĩa là khi dùng bentonite khi hàm

lượng các hydrocarbon thơm giảm thay vào đó là lượng parafin tăng lên nên độ nhớt,

nhiệt độ chớp cháy và nhiệt trị tăng so với khi dùng xúc tác zeolite 3A.

Cả hai loại xúc tác zeolite 3A và bentonite đều đạt hiểu suất lỏng cao nhất với tỷ lệ

1:4 khi khảo sát ở 4500C. Tỷ lệ 1:4 là tỷ lệ tối ưu của hai loại xúc tác đảm bảo khả

năng nhiệt phân bẻ gãy mạch diễn ra mạnh liệt nhất.

Thời gian phản ứng phụ thuộc chủ yếu vào tốc độ bẻ gãy mạch polymer trong bao bì

phế thải. Nhìn vào giản đồ 4.3 ta thấy rỏ zeolite 3A cho thời gian nhiệt phân ngắn hơn

bentonite, điều này chứng tỏ khả năng xúc tác của zeolite 3A là tốt hơn so với

bentonite. Và nó phụ thuộc nhiều vào tâm phản ứng trên mỗi loại xúc tác, ở đây tâm

xúc tác của zeolite 3A giúp cho phản ứng bẻ gãy mạch diễn ra dễ dàng hơn nhờ các

tâm axit lewis và bronsted. Để nâng cao khả năng phản ứng của bentonite thì cần hoạt





Tr

ư

ờ

n

g Đ

H

Bà

R

ị

a

V

ũ

n

g

Tà

u



hóa hơn nữa các tâm phản ứng và đưa chúng với mật độ dày hơn và sự phân bố rộng

hơn trên chất mang bentonite. Điều này sẽ cải thiện khả năng xúc tác của bentonite.

Kết luận

Quá trình nhiệt phân với xúc tác bentonite thì sẽ thu được hiệu suất lỏng lớn và chấtlượng sản phẩm sẽ có nhiều olefin, naphten, parafin và một ít aromat hoặc dạng trung

gian của naphten và aromat. Nhưng hàm lượng hydrocarbon thơm, olefin thì sử dụng

zeolite 3A sẽ thu được cao hơn.

Nghiên cứu này sử dụng xúc tác trộn trực tiếp vào nguyên liệu nên sẽ đánh giá khả

năng xúc tác nhờ vào các tâm hoạt tính trên xúc tác. Còn về khả năng chọn lọc dựa vào

cấu trúc mao quản sẽ có sự ảnh hưởng kém hơn. Và về điểm này thì xúc tác zeolite 3A

tỏ ra vượt trội hơn so với bentonite.

Với hàm lượng các parafin và naphten có thể được tạo ra nhiều hơn thì dầu thu

được khi dùng xúc tác bentonite có khuynh hướng phát triển theo hướng nhiên liệu

diesel.

IV.4 Tổng kết kết quả phân tích thành phn sản phẩm

Sản phẩm dầu thu được của tất cả thí nghiệm đem đi chưng cất theo phương pháp

ASTM ta thu được các sản phẩm ở các phân đoạn từ trái sang phải: 1000C – 210

0C,

2100C – 300

0C, 300

0C – 380

0C, và phân đoạn trên 3800C.

Hình 4.4 Sản phẩm dầu thu được sau khi chưng cất theo phương pháp ASTM

Sau khi đem sản phẩm đi phân tích sắc ký khí – khối phổ (GC-MS) thì kết quả thu

được rất hợp lý, trong dầu thu được chiếm phần lớn là các aromat một vòng như,

benzen, toluen, xylen có nhánh ngắn và hai vòng như naphten, cùng các đồng đẳng của

nó. Trong dầu thu được còn chứa một lượng rất lớn các olefin và đồng đẳng của nó và





Tr

ư

ờ

n

g Đ

H

Bà

R

ị

a

V

ũ

n

g

Tà

u



một lượng nhỏ các parafin cùng cycloparafin. Tất cả chúng đều có mạch chính và

nhánh ngắn.

Hình 4.5 Kết quả phân tích sắc ký khí - khối phổ(GC - MS) sản phẩm chưng cất

ASTM của dầu nhiệt phân

Như vậy quá trình nhiệt phân xúc tác sẽ ưu tiên tạo thành các loại hydrocarbon

thơm ít vòng ít nhánh là nhiều nhất. Sau hydrocarbon thơm thì sẽ ưu tiên tạo thành các

olefin, cycloparafin, diolefin, dạng trung gian giữa hydrocarbon thơm và naphten.

Cuối cùng các parafin sẽ tạo thành ít nhất và muốn tăng hàm lượng này lên cần phối

hợp sử dụng xúc tác khác hay điều chỉnh và bố trí xúc tác bentonite tối ưu hơn.

Các thông số chi tiết về kết quả phân tích tham khảo phụ lục 2.





Tr

ư

ờ

n

g Đ

H

Bà

R

ị

a

V

ũ

n

g

Tà

u



So sánh các thông số dầu nhiệt phân tại 4500C và tỷ lệ xúc tác trên nguyên liệu 1:4

với xăng và dầu diesel nhiên liệu:

Nhiên liệu Nhiệt trị

(cal/g)

Độ nhớt

động học ở400C (cst)

Nhiệt độ

chớp cháy

cốc hở ở

370C (0C)

Lƣợng

aromat(%V)

Lƣợng

olefin (%V)

Dầu zeolite

3A7073,46 0,45 35 - -

Dầu

bentonite9855,01 1,11 36 - -

Xăng 11469 0,71 - 0,88 -40 40 38

Diesel 10030 2 - 4,5 60 45 25

Bảng 4.6 So sánh thông số dầu nhiệt phân tại 4500C và tỷ lệ xúc tác trên nguyên liệu

1:4 với xăng và dầu diesel nhiên liệu[3]

Như vậy có thể thấy trong xăng và nhiên liệu diesel chứa một lượng khá lớn các

aromat và olefin. Nên dầu nhiệt phân xúc tác có thể phát triển thành nhiên liệu giống

như xăng hoặc diesel. Nhiệt trị của dầu dùng xúc tác bentonite khá cao gần bằng nhiệt

trị của dầu diesel nên sẽ dễ dàng phát triển thành dầu diesel nhưng cần cải thiện hiệu

suất hơn nữa. Đối với dầu nhiệt phân dùng xúc tác zeolite 3A có lượng aromat và

olefin rất cao song hàm lượng parafin còn quá ít nhưng vẫn có thể phát triển thành

thành nhiên liệu gần giống xăng nhờ vào hàm lượng aromat và olefin.





Tr

ư

ờ

n

g Đ

H

Bà

R

ị

a

V

ũ

n

g

Tà

u



CHƢƠNG V

KÊT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

V.1 Kết luận chung

Quá trình nghiên cứu ta đã thực hiện đƣợc:

- Nghiên cứu sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình nhiệt phân với xúc tác

zeolite 3A có tỷ lệ xúc tác/ nguyên liệu là 1:4.

- Nghiên cứu sự ảnh hưởng của xúc tác zeolite 3A đến quá trình nhiệt phân.

- Nghiên cứu sự ảnh hưởng của xúc tác bentonite đến quá trình nhiệt phân.

Qua kết quả phân tích và số liệu thực nghiệm ta thu đƣợc một số kết

luận sau:

- Zeolite 3A và bentonite là những xúc tác ít khi được nghiên cứu trong quá trình

nhiệt phân bao ni lông. Các nghiên cứu trên thế giới đang tập trung vào những

xúc tác có kích thước mao quản lớn như ZSM 5, ZSM 11, zeolite Y, X có cửa

sổ mao quả lớn hơn và các xúc tác oxit kim loại phụ vụ cho quá trình nhiệt phân

tầng cố định nhằm nâng cao chất lượng. Do đó nghiên cứu này cũng mở ra một

lựa chọn nữa cho quá trình nhiệt phân bao ni lông để thu được dầu nhiên liệu có

tính chất giống xăng thì dùng xúc tác zeolite 3A sẽ thu được sản phẩm chứanhiều các nhiều hydrocarbon thơm và olefin, còn nếu muốn thu được dầu nhiên

liệu có tính chất giống dầu diesel ta sử dụng xúc tác bentonite sẽ thu được sản

phẩm có nhiều parafin và naphten, mà giá thành cho xúc tác khá r ẻ và dễ tìm.

- Nghiên cứu đã cho thấy rõ sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình nhiệt phân

xúc tác và một chú ý cần lưu ý khi tăng nhiệt độ lên cao thì ảnh hưởng của xúc

tác bị kém đi, và hiệu suất sản phẩm lỏng thu được cao nhất tại 4500C. Nghiên

cứu cũng chỉ ra ảnh hưởng của xúc tác zeolite 3A và bentonite đến quá trình

nhiệt phân tại nhiệt độ trên. Kết quả thu được là hiệu suất lỏng cao nhất ở tỷ lệ

xúc tác trên nguyên liệu là 1:4.

- Dầu lỏng thu được có tính chất gần giống dầu diesel (DO). Có nhiệt trị khá cao

9855,01cal/g. Nhưng màu sắc và tính chất cũng chưa đáp ứng được như dầu

diesel thươ ng phẩm. Đồng thời dầu này còn chứa nhiều aromat độc hại. Điều

này là do điều kiện thí nghiệm chưa hiệu quả và lượng xúc tác lựa chọn chưa

phù hợp.





Tr

ư

ờ

n

g Đ

H

Bà

R

ị

a

V

ũ

n

g

Tà

u



- Hiệu suất lỏng thu được chưa cao và chưa đánh giá được lượng cặn cũng như

lượng khí của quá trình nhiệt phân. Điều này là do điều kiện thí nghiệm còn quá

nhiều khó khăn và trong quá trình nhiệt phân bị mất mát một lượng khá lớn,

cùng với hệ thống ngưng tụ không hiệu quả gây thất thoát lớn.

V.2 Kiến nghị

Mặc dù đã có nhiều cố gắng nhưng do thời gian thực hiện luận văn có hạn nên chưa

thể khảo sát hết và đầy đủ các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất quá trình và chất lượng

sản phẩm. Do vậy nếu đề tài này được tiếp tục nghiên cứu thì nên quan tâm đến các

yếu tố sau:

- Thiết kế lại hệ thống nhiệt phân cỡ nhỏ để nghiên cứu tốt và nhanh hơn, đồng

thời phải loại hết lượng oxy trong quá trình nhiệt phân.

- Lắp đặt thêm hệ thống bơm tuần hoàn và thiết bị ngưng tụ để có thể ngưng tụ

hoàn toàn các khí có khả năng ngưng tụ, làm tăng hiệu suất lỏng.

- Nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất đến quá trình nhiệt phân.

- Nghiên cứu ảnh hưởng của các loại khí mang. Nhằm loại hết oxy trong quá

trình nhiệt phân.

-

Nghiên cứu ảnh hưởng của sự khuấy trộn và các loại xúc tác khác nhau đến quátrình nhiệt phân. Và khảo sát thêm tốc độ gia nhiệt ảnh hưởng đến quá trình

nhiệt phân.

- Khảo sát thêm các phương pháp hoá lý và hoá học nhằm cải thiện chất lượng

dầu sau nhiệt phân.

- Thiết kế hệ thống có thể kết hợp sự dụng các loại xúc tác khác nhau ở mỗi giai

đoạn khác nhau nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm.

Hy vọng rằng các vấn đề này sẽ được quan tâm nghiên cứu trong những lần thực

hiện tiếp theo.





Tr

ư

ờ

n

g Đ

H

Bà

R

ị

a

V

ũ

n

g

Tà

u



PHỤ LỤC 1

MỘT SỐ CHỈ TIÊU CHẤT LƢỢNG CỦA XĂNG VÀ DIESEL

1. Trị số cetan

Là một đơn vị đo quy ước đặc trưng cho tính bốc cháy của nhiên liệu diezen và

được đo bằng % thể tích hàm lượng n – cetan (C16H34) trong hỗn hợp của nó với metyl

naphtalen ở điều kiện tiêu chuẩn. (Theo quy ước metyl naphtalen có trị số cetan = 0 và

n – cetan có trị số cetan =100).

Trị số cetan có thể tính theo công thức sau (ASTM D 976):

CI = 454,74 – 1641,41d + 774 d

2

– 0,554 T50 + 97,083 (logT50)

2

d: tỷ trọng của dầu ở 15,6oC (hay 60oF)

T50: nhiệt độ sôi của dầu ở 50% thể tích (oC)

Trị số cetan, ngoài ý nghĩa là thước đo chất lượng cháy của nhiên liệu còn ảnh

hưởng đến sự cháy kích nổ. Yêu cầu của trị số cetan phụ thuộc vào thiết kế, kích

thước, đặc điểm của sự thay đổi tốc độ và tải trọng của động cơ, phụ thuộc vào điểm

khởi động, điều kiện khí quyển.

Sự gia tăng trị số cetan khi vượt quá giá trị thực tế yêu cầu sẽ không cải thiện được

tính năng động cơ về mặt vật chất. Vì vậy trị số cetan nên quy định thấp đến mức có

thể dễ mua.

2. Nhiệt độ bắt cháy cốc kín

Là nhiệt độ thấp nhất (ở điều kiện áp suất không khí) mẫu nhiên liệu hầu như bắt

cháy khi có ngọn lửa xuất hiện.

Nhiệt độ chớp cháy có ý nghĩa quan trọng đối với quá trình vận chuyển và tồn chứa

nhiên liệu. Nhiệt độ chớp cháy quá thấp rất dễ gây cháy nổ. Nó cũng là dấu hiệu cho

thấy nhiên liệu đã bị lẫn với loại khác có độ bay hơi cao hơn. Nhiệt độ chớp cháy hầu

như không có ý nghĩa đối với chất lượng của nhiên liệu khi đánh giá trên góc độ tính

năng kỹ thuật của các thiết bị sử dụng nó.

3. Độ nhớt động học





Tr

ư

ờ

n

g Đ

H

Bà

R

ị

a

V

ũ

n

g

Tà

u



Độ nhớt của nhiên liệu diezen rất quan trọng vì nó ảnh hưởng đến khả năng bơm và

phun nhiên liệu vào buồng đốt. Độ nhớt của nhiên liệu có ảnh hưởng lớn đến kích

thước và hình dạng của kim phun. Nhiên liệu có độ nhớt quá cao rất khó nguyên tử

hoá, các tia nhiên liệu khó phân tán đều trong buồng đốt. Kết quả làm giảm hiệu suất

và công suất động cơ. Đối với các động cơ nhỏ, các tia nhiên liệu có thể chạm vào

thành xi lanh, cuốn đi lớp dầu bôi trơn và làm tăng độ lẫn nhiên liệu trong dầu nhờn.

Đây là nguyên nhân gây ăn mòn nhanh.

Nhiên liệu có độ nhớt quá thấp khi được phun vào xi lanh sẽ tạo thành các hạt quá

mịn, không thể tới được các vùng xa kim phun và do hỗn hợp (NL + KK) tạo thành

trong xi lanh không đồng nhất, nhiên liệu cháy không đều, công suất giảm. Nhiên liệu

có độ nhớt quá thấp có thể gây ra hiện tượng rò rỉ tại bơm, làm sai lệch kết quả đongđếm dẫn đến thay đổi tỉ lệ pha trộn không khí/ nhiên liệu. Mức độ mài mòn của các chi

tiết trong hệ thống cung cấp nhiên liệu tăng khi độ nhớt của nhiên liệu giảm.

4. Cặn cacbon

Là lượng cặn còn lại sau khi cho bay hơi và nhiệt phân nhiên liệu. Cặn cacbon gây

nên sự chênh lệch nhiệt độ giữa những điểm có cặn và những điểm không có cặn làm

tăng ứng suất nội của vật liệu làm buồng đốt, dẫn tới biến dạng và có khi phá hủy buồng đốt. Nếu các mẫu cặn cacbon bám trên thành buồng đốt bong ra và theo hỗn

hợp khí đi tới buồng giản nở thì chúng có thể va đập vào cánh tuabin gây ăn mòn cánh

tuabin. Cặn cacbon cũng là nguyên nhân gây ra hiện tượng khí xả có màu đen và làm

giảm hệ số toả nhiệt.

5. Nhiệt trị

- Nhiệt cháy là lượng nhiệt toả ra khi đốt cháy một lượng (thể tích hoặc trọnglượng) nhiên liệu với điều kiện là nhiệt độ của nhiên liệu trước khi đốt và sản phẩm

cháy là 20oC. Nhiệt cháy là một trong những đặc tính chủ yếu của nhiên liệu.

- Nhiệt cháy cao được xác định bằng phưong pháp đồ thị.

- Nhiệt cháy thấp khi tính phải trừ đi lượng nhiệt do hơi nước ngưng tụ.

6. Nƣớc và tạp chất cơ học





Tr

ư

ờ

n

g Đ

H

Bà

R

ị

a

V

ũ

n

g

Tà

u



Hàm lượng nước và cặn là một trong những chỉ tiêu quan trọng của nhiên liệu.

Nhiên liệu có hàm lượng nước và cặn cao ảnh hưởng đến chất lượng tồn chứa và sử

dụng.

Nước rất dễ lẫn vào nhiên liệu (ngưng tụ, bơm chuyển, …) khi áp suất khí quyển

giảm đột ngột, hơi nước trong không khí trên bề mặt dầu sẽ ngưng tụ lại. Ngoài ra,

nước cũng có thể lẫn vào nhiên liệu do mưa, ngập, bể chứa không kín,…

Cặn thường bao gồm cặn cacbon, kim loại và các tạp chất vô cơ khác. Cặn được tạo

thành do một số nguyên nhân sau:

- Chất bẩn có trong bể và đường ống.

- Các chất bẩn lẫn trong nhiên liệu do sơ suất trong quá trình bảo quản, tồn chứa và

bơm chuyển.

- Bụi bẩn trong không khí.

7. Tỉ trọng

Là đại lượng đặc trưng cho độ nặng nhẹ, đặc chắc của nhiên liệu.

So với chỉ tiêu khác thì tỉ trọng không phải là yếu tố quan trọng để đánh giá chất

lượng của nhiên liệu, tuy nhiên nó cũng có ý nghĩa nhất định. Nếu hai nhiên liệu cócùng giới hạn nhiệt độ sôi thì nhiên liệu nào có tỉ trọng cao hơn thường có hàm lượng

các hydrocacbon thơm và naphthenic cao hơn. Các nhiên liệu có tỉ trọng thấp thường

có nhiều parafin. Nhiệt trị (trên một đơn vị khối lượng) của nhiên liệu cũng có xu

hướng giảm khi tỉ trọng tăng.





Tr

ư

ờ

n

g Đ

H

Bà

R

ị

a

V

ũ

n

g

Tà

u



Trích trong [10,200]





Tr

ư

ờ

n

g Đ

H

Bà

R

ị

a

V

ũ

n

g

Tà

u



Đặc tính của dàu diesel [10,250]





Tr

ư

ờ

n

g Đ

H

Bà

R

ị

a

V

ũ

n

g

Tà

u



Nhiệt trị của một nhiên liệu[ 7]

Nhiệt trị của một số số hydrocarbon [ 7]





Tr

ư

ờ

n

g Đ

H

Bà

R

ị

a

V

ũ

n

g

Tà

u







Tr

ư

ờ

n

g Đ

H

Bà

R

ị

a

V

ũ

n

g

Tà

u



PHỤ LUC 2

1. Kết quả đo nhiệt trị du nhiêt phân ( có danh sách kèm theo)

2. Kết quả phân tích sắc ký khí khối phổ ( có danh sách kèm theo)





H

Bà

R

ị

a

V

ũ

n

g

Tà

u


TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Mai Hữu Khiêm, Bài giảng kỹ thuật xúc tác, NXB đại học quốc gia TP Hồ Chí

Minh, 2007.

[2] Trung tâm thông tin KH&CN Quốc gia, “CHẤT THẢI NHỰA, TÚI NI

LÔNG & CÔNG NGHỆ XỬ LÝ”, Trung tâm thông tin KH&CN Quốc gia.

[3] Trương Hữu Trì, Giáo trình các sản phẩm dầu mỏ thương phẩm, 2006

[4] Ademiluyi, T; Akpan, Preliminary evaluation of fuel oil produced from

pyrolysis of low density polyethylene water- sachet wastes, Department of

Chemical/Petrochemical Engineering, Rivers State University of Science and

Technology. Port – Harcourt. Nigeria.

[5] Ademiluyi, T;Adebayo, T A, Fuel gases from pyrolysis of waste Polyethylene

sachets, Department of Chemical/ petrochemical Engineering, Rivers State University.

[6] Engr. C. O. Osueke, I. O. Ofundu, Conversion of waste plastics by means

pyrolysis, International journal of advances engineering sciences and technologies.

[7] http://en.wikipedia.org/wiki/Heat_of_combustion.

[8] Ifedinma Ofoma, Catalytic pyrolysis of polyolefine, Georgia Institute of

Technology,2006.

[9] J. Scheirs and W. Kaminsky, Feedstock Recycling and Pyrolys is of Waste

Plastics: Converting Waste Plastics into Diesel and Other Fuels, John Wiley & Sons,

2006.

[10] Lattimer RP (2003), pyrolysis mass spectrometry of acrylic acid polymer.Journal analytical and applied pyrolysis .


nghiÊn cỨu khẢ nĂng sẢn xuẤt dẦu nhiÊn liỆu tỪ bao bÌ phẾ thẢi bẰng phƯƠng...

Documents