BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC K Ỹ THUẬT CÔNG NGHỆ TP.HCM
KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ CÔNG NGHỆ SINH HỌC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU TÁI SỬ DỤNG CHẤT THẢI LÀM NHIÊN LIỆU THAY
THẾ TRONG SẢN XUẤT XI MĂNG

Ngành : MÔI TRƯỜNG
Chuyên ngành : KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG Giảng viên hướng dẫn: Th.S: Lâm Vĩnh Sơn
Sinh viên thực hiện: Lương Thiện Tùng
MSSV: 1191080120 Lớp: 11HMT01 TP.Hồ Chí Minh, tháng 03/2013 LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên, em xin chân thành cảm ơn tới các Thầy, Cô trong khoa Môi Trường


Lương Thiện Tùng
LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan kết quả Đồ án là kết quả nghiên cứu của riêng tôi dưới sự
hướng dẫn của Thạc sĩ Lâm Vĩnh Sơn . Những kết số liệu và kết quả trong đồ án
là trung thực, được thực hiên trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết,khảo sát tình hình
thực tiễn và thử nghiệm thực tiển tại phòng thí nghiệm .
Nội dung Đồ án có tham khảo và sử dụng các tài liệu, thông tin được tải trên các
tác phẩm, tạp chí và các trang web theo danh mục tài liệu của Đồ án.

ĐỐ ÁN TỐT NGHIỆP
1
CHƯƠNG I : MỞ ĐẦU
1.1. Đặt vấn đề
1.1.1 Nguồn nhiên liệu hóa thạch ngày cạn kiệt và tác hại của việc sử
dụng quá mức đến môi trường .
Nhiên liệu hóa thạch là các loại nhiên liệu được tạo thành bởi quá trình phân
hủy kỵ khí của các sinh vật chết bị chôn vùi cách đây hơn 300 triệu năm.Các
nguyên liệu này chứa hàm lượng cacbon và hydrocacbon cao.
Các nhiên liệu hóa thạch thay đổi trong dải từ chất dễ bay hơi với tỷ số
cacbon:hydro thấp như methane, dầu hỏa dạng lỏng, đến các chất không bay
hơi chứa toàn là cacbon như than đá. Methane có thể được tìm thấy trong các
mỏ hydrocacbon ở dạng riêng lẻ hay đi cùng với dầu hỏa hoặc ở dạng

hàng triệu năm để tạo ra chúng và lượng tiêu thụ đang diễn ra nhanh hơn tốc
độ được tạo thành. Sản lượng và tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch làm tăng các
mối quan tâm về môi trường. Thế giới đang hướng tới sử dụng các nguồn
năng lượng tái tạo là một trong những cách giúp giải quyết vấn đề tăng nhu
cầu năng lượng.
Việc đốt nhiên liệu hóa thạch tạo ra khoảng 21,3 tỉ tấn carbon dioxide
hàng năm, nhưng người ta ước tính rằng các quá trình tự nhiên có thể hấp thu
phân nửa lượng khí thải trên, vì vậy hàm lượng cacbon dioxit sẽ tăng 10,65 tỉ
tấn mỗi năm trong khí quyển (một tấn cacbon tương đương 44/12 hay 3,7 tấn
cacbon đioxit). Cacbon đioxit là một trong những khí nhà kính làm tăng lực
phóng xạ và góp phần vào sự nóng lên toàn cầu, làm cho nhiệt độ trung bình
bề mặt của Trái Đất tăng. ĐỐ ÁN TỐT NGHIỆP
3

Tác hại môi trường :
Ở Hoa Kỳ, có hơn 90% lượng khí nhà kính thải vào môi trường từ việc đốt
nhiên liệu hóa thạch. Đốt nhiên liệu hóa thạch cũng tạo ra các chất ô nhiễm
không khí khác như các ôxít nitơ, điôxít lưu huỳnh, hợp chất hữu cơ dễ bay
hơi và các kim loại nặng.
Theo Bộ Môi trường Canada: "Ngành điện là duy nhất trong số những
ngành công nghiệp trong đóng góp rất lớn của nó vào các phát thải liên quan
đến hầu hết các vấn đề về không khí. Sản xuất điện thải ra một lượng lớn các
ôxít nitơ và điôxít lưu huỳnh tại Canada, tạo ra sương mù và mưa axít và hình
thành vật chất hạt mịn. Nó là nguồn thải thủy ngân công nghiệp lớn nhất
không thể kiểm soát được tại Canada. Các nhà máy phát điện sử dụng nhiên
liệu hóa thạch cũng phát thải vào môi trường điôxít cacbon, một trong những
chất tham gia vào quá trình biến đổi khí hậu. Thêm vào đó, ngành này có

đây 2 tỷ năm, lượng CO
2
chỉ còn khoảng 20-30%. Trong khí quyển còn nhiều
CO
2
nên sự sống vẫn tồn tại. Cây cối quang hợp rất mạnh làm cho nồng độ
CO
2
giảm xuống và lượng oxy trong khí quyển tăng lên.
Quá trình quang hợp tạo ra phản ứng: CO
2
+ H
2
O + năng lượng mặt trời 
O
2
+ Đường.
Cây cối cũng như động vật khi hít thở tạo ra phản ứng: Đường + O
2
 CO
2
+
H
2
O + Năng lượng.
Ngoài ra, khi cây cối và động vật chết, xác chết bị phân huỷ làm cho CO
2

thoát ra. Lượng CO
2

ĐỐ ÁN TỐT NGHIỆP
5
 Sự ấm lên toàn cầu
Các nhà khoa học lý giải rằng, do có nhiều phát thải khí CO
2
nên đại
dương mới ấm lên. Nhưng có rất nhiều CO
2
bị giam giữ trong nguồn nước
trên bề mặt đại dương và khi nhiệt độ đại dương tăng lên thì xảy ra hiện tượng
giải phóng nhiều CO
2
bị giam giữ đó (vì độ hoà tan của CO
2
trong nước biển
tỷ lệ nghịch với nhiệt độ). Như vậy, khi trái đất ấm lên, lượng CO
2
trong nước
ở đại dương giảm đi còn lượng CO
2
trong không khí trên mặt nước lại tăng
lên.
Tóm lại, có nhiều nguyên nhân làm cho lượng CO
2
trong không khí tăng
lên. Có thể phân biệt được CO
2
tăng lên trong khí quyển là từ nguồn gốc nào
nhờ cách đo đồng vị phóng xạ. Cacbon có 3 đồng vị: C-12, C-13 và C-14. C-
12 có 6 nơtron và 6 proton, là đồng vị cacbon bền vững nhất, còn C-13 có 7

2
hấp thụ hồng
ngoại rất mạnh (do cấu tạo của phân tử CO
2
, tia hồng ngoại kích thích mạnh
các dao động nguyên tử trong phân tử CO
2
). Vì vậy, tia hồng ngoại (tức là
sức nóng) không thoát ra khỏi khí quyển được mà bị nhốt lại, khiến trái đất
nóng lên. Như vậy, các phân tử khí CO
2
trong khí quyển có tác dụng như là
lớp kính ở hiệu ứng nhà kính. Trong khí quyển không phải chỉ có CO
2
gây ra
hiệu ứng nhà kính mà còn nhiều loại nữa như hơi nước, mê tan, CFC Tuy
nhiên, nếu phát thải ra quá nhiều thì hiệu ứng nhà kính do CO
2
gây ra khá
lớn, ảnh hưởng mạnh đến sự tăng nhiệt độ trái đất, tức là làm cho nhiệt độ
toàn cầu tăng lên. Do đó, muốn giảm thiểu sự ấm lên của toàn cầu cần làm
giảm phát thải CO
2
.
1.1.3. Tình hình ô nhiễm chất thải rắn đặc biệt là chất thải nguy hại .
Chất thải công nghiệp đặc biệt là chất thải nguy hại đã được nhiều nước
trên thế giới quan tâm nghiên cứu từ lâu vì chất thải nguy hại ảnh hưởng đến
môi trường và sức khỏe con người. Quản lý chất thải nguy hại là một vấn đề
tương đối mới mẻ và đang khá bức xúc trong công tác bảo vệ môi trường tại
Việt Nam hiện nay. Cùng với quá trình công nghiệp hoá, hiện đại hoá mạnh

lý chất thải công nghiệp không nguy hại và nguy hại nói riêng. theo từng cấp
độ, từ hình thức lý tưởng nhất không tạo ra hoặc tạo ra rất ít chất thải đến hình
thức xử lý chất thải “tệ hại nhất” hoàn toàn không kiểm soát ở phần dưới
hình.

ĐỐ ÁN TỐT NGHIỆP
8

Hình 1.1: Sơ đồ tháp quản lý chất thải rắn.

Các biện pháp này thường được phân chia như sau:
Cấp độ 1 :Ngăn ngừa chất thải thải : là cấp độ lý tưởng nhất nhằm ngăn
ngừa chất thải, là cách tốt và lý tưởng nhất nhưng chúng ta ( nước đang phát
triển) không thể thực hiện được vì bất cứ quy trình sản xuất này dù tối ưu đến
đâu cũng phát sinh ra chất thải và ở cấp độ một này không thể thực hiện được
trừ khi chúng ta không hoạt động sản xuất hoặc như di dời cơ sở sản xuất ra
khởi lảnh thổ Việt Nam như những nước phát triển khác đã làm nhằm bảo vệ
môi trường cho nước họ .
Cấp độ 2: Giảm thiểu chất thải : là khả thi có thể thực hiện được nhằm giảm
thiểu tới mức thấp nhất có thể sự sinh ra chất thải bằng cách tối ưu hóa quy
ĐỐ ÁN TỐT NGHIỆP
9
trình sản xuất (sản xuất sạch hơn và hướng tới không phát thải) đồng thời nó
cũng mang lại hiệu quả kinh tế cao cho doanh nghiệp vì tiết kiệm được
nguyên nhiên liệu và nâng cao nâng suất .
Cấp độ 3: Tái sử dụng hoặc tái chế: biện pháp này được xếp ở vị trí cao hơn
đồng xử lý bởi vì thường tái sử dụng các nguyên liệu thô. Tái chế hiệu quả sẽ

ứng nhà kính với nồng độ cao gấp nhiều lần so với khí carbon dioxit (CO
2
).
Khu vực chôn lấp nếu không được xây dựng và quản lý thích đáng về lâu dài
sẽ gây ô nhiễm cho đất đai và nước ngầm tại khu vực đó, đe dọa đến sức khỏe
con người và hệ sinh thái .
1.1.4. Ngành công nghiệp Xi Măng đang gặp nhiều khó khăn .
Ngành Xi măng đã trở thành ngành kinh tế then chốt, góp phần vào công
cuộc xây dựng cơ sở hạ tầng, thúc đẩy sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại
hóa đất nước. Tuy nhiên trong thời gian gần ngành Xi măng phải đối mặt với
nhiều khó khăn do ảnh hưởng cuộc suy thoái kinh tế. Ngành địa ốc bị đóng
băng, cộng với việc nguồn cung trên thị trường quá nhiều, điều này đã trở
thành một thách thức sống còn cuả các công ty xi Măng. Nhiều công ty nhỏ
đã phải đóng cửa nhà máy.
Các công ty cỏn lại phải tối ưu hóa quy trình sản xuất nhằm giãm chi phí
sản xuất để tồn tại và cạnh tranh trong gia đoạn khó khăn này. Công nghệ sản
xuất xi măng hiện nay sử dụng nguồn năng lượng chính là than và điện. Đá
vôi, đất sét sau khi đập, sấy và nghiền sơ bộ được chuyển vào lò nung clinker
ở nhiệt độ 1.450
o
C. Nung clinker là khâu quan trọng và củng là khâu tốn
nhiều năng lượng nhất trong sản xuất Xi Măng. Muốn giãm chi phi sản xuất
thì khâu này có thể thực hiện được nếu chúng ta tìm đươc nguồn nhiên liệu
khác rẻ tiền hơn hoặc tận dụng chất thải của ngành khác có nhiệt lượng tương
đương với than.

ĐỐ ÁN TỐT NGHIỆP
11
1.2. Tính cấp bách của đề tài.
Làm thế nào để giảm chi phí về năng lượng trong quá trình sản xuất Xi

12
1.4.2. Phương pháp cụ thể .
Phương pháp phân tích nhiệt lượng, so sánh nhiệt lượng của than và hỗn
hợp 15 loại chất thải và tìm ra nghiệm số thay thế than bằng chất thải .
Bên cạnh đó là phương pháp phân tích hóa học để phân tích thành phần và
tính chất của chất thải đảm bảo rằng việc tái sử dụng chất thải làm nhiên liệu
thay thế than không ảnh hưởng đến chất lượng xi măng cũng như không ảnh
hưởng đến môi trường . ĐỐ ÁN TỐT NGHIỆP
13

Nền kinh tế thế giới trong những năm qua (2000 - 2007) bước vào giai đoạn
phát triển ổn định và có thiên hướng chú ý vào nền kinh tế Châu Á. Tiêu dùng
xi măng trong những năm trở lại đây không ngừng tăng trưởng và là động lực
quan trọng thúc đẩy ngành công nghiệp xi măng phát triển tại một số nước
đang phát triển như: Trung Quốc, Thái Lan, Ấn Độ, Indonesia… (trên thế giới
hiện nay có khoảng hơn 160 nước sản xuất xi măng, tuy nhiên các nước có
ngành công nghiệp xi măng chiếm sản lượng lớn của thế giới thuộc về Trung
Quốc, Ấn Độ và một số nước như khu vự
c Đông Nam Á là Thái Lan và
Indonesia).
Theo dự báo nhu cầu sử dụng xi măng từ nay đến năm 2020: Tăng hàng
năm 3,6% năm nhu cầu sử dụng xi măng có sự chênh lệch lớn giữa các khu
vực trên thế giới: (nhu cầu các nước đang phát triển 4,3% năm, riêng châu Á
bình quân 5%/năm, các nước phát triển xấp xỉ 1%/năm. Ngoài ra tình trạng dư
thừa công suất của các nhà máy là phổ biến ở Đông Âu, Đông Nam Á (Thái
Lan, ngược lại ở Bắc Mỹ).
Các nước tiêu thụ lớn xi măng trong những năm qua phải kể đến: Trung
Quốc, Ấn Độ, Mỹ, Nhật bản, Hàn Quốc, Nga, Tây Ban Nha, Italya, Braxin,
Iran, Mê hy cô, Thổ Nhĩ Kỳ, Việt Nam, Ai Cập, Pháp, Đức…
Xi măng là một trong những ngành công nghiệp được hình thành sớm nhất ở
nước ta (cùng với các ngành than, dệt, đường sắt).
Ngày 25/12/1889 khởi công xây dựng nhà máy xi măng đầu tiên của ngành
Xi măng Việt Nam tại Hải Phòng.
Đến nay đã có khoảng 90 Công ty, đơn vị tham gia trực tiếp sản xuất và
phục vụ sản xuất xi măng trong cả nước, trong đó: khoảng 33 thành viên
thuộc tổng công ty xi măng Việt Nam, 5 công ty liên doanh, và hơn 50 công
ty nhỏ và các trạm nghiền khác.
ĐỐ ÁN TỐT NGHIỆP
15
Tuy nhiên sản lượng xi măng sản xuất trong những năm qua không đáp ứng

16
triệu tấn mỗi năm với thiết bị và trình độ kỹ thuật tương đương với nhữn nhà
máy khác ở Đông Nam Á.
Việt Nam đang có khoảng 31 dự án xi măng lò quay với tổng công suất thiết
kế là 39 triệu tấn được phân bổ ở nhiều vùng trên cả nước. (Đa số tập trung ở
miền Bắc, miền Trung và chỉ có 4/31nằm ở miền Nam).
Hiện nay các nhà máy xi măng phân bố không đều giữa các khu vực. Hầu hết
các nhà máy tập trung nhiều tại miền Bắc nơi có vùng nguyên liệu đầu vào
lớn, trong khi đó các nhà máy lớn phía Nam rất hạn chế. Do đó nguồn cung xi
măng ở phía Bắc thì dư thừa trong khi miền Nam lại thiếu hụt.

Những yếu tố ảnh hưởng tới năng lực sản xuất của doanh nghiệp:
Các DN miền Bắc có vị trí địa lý thuận lợi cho việc khai thác nguyên vật
liệu đầu vào do đó chủ động được về năng lực sản xuất. Doanh nghiệp miền
Nam thì ngược lại.
Giá than đá, thạch cao và clinker những nguyên liệu đầu vào chính dùng
cho sản xuất xi măng vẫn tăng đều qua các năm. Mà những nguyên liệu đầu
vào này Việt Nam phải nhập khẩu với khối lượng rất lớn. Ngoài ra giá gas,
dầu hiện nay biến động ảnh hưởng tới cước phí vận chuyển tăng. Ảnh hưởng
tiêu cực đến sản xuất và kết quả hoạt động của ngành.
Trình độ công nghệ của ngành lạc hậu cũ kỹ thừa hưởng của Nga, Pháp,
Trung Quốc những năm 50 của thế kỷ trước vẫn còn được sử dụng. (Không
riêng gì VN, Trung Quốc cũng đang lâm vào tình trạng này). Hiện này với các
dự án dây chuyền, nhà máy xi măng lớn đang triển khai hy vọng sẽ thay thế
công nghệ cũ, giúp năng lực sản xuất được tăng lên gấp nhiều lần
Tuy nhiên vốn đầu tư ban đầu vào máy móc thiết bị ngành xi măng là rất
lớn, đó là sức ép đối với các doanh nghiệp sản xuất trong ngành khi muốn gia
tăng công suất, đổi mới công nghệ.

Thị trường, thị phần và các yếu tố ảnh hưởng:

ĐỐ ÁN TỐT NGHIỆP
18
Tuy nhiên theo dự báo hiện nay có rất nhiêu các dự án sắp đi vào giai đoạn
hoạt động. Mặc dù nhu cầu sử dụng lớn, nhưng với công suất dự kiến đến
cuối năm 2009 ngành xi măng không những đáp ứng đủ nhu cầu của thị
trường mà còn phải tính tới việc xuất khẩu. Buộc các công ty trong ngành
phải có hướng đi rõ ràng trong sản xuất kinh doanh, có lộ trình cụ thể nhằm
đạt được những mục tiêu đề ra. Nếu các doanh nghiệp không có kế hoạch sớm
lộ trình xuất khẩu sẽ dẫn tới tình trạng “thừa” xi măng – lãng phí trong khai
thác công suất máy móc, giảm lợi nhuận kinh doanh.
Một nhân tố ảnh hưởng khác đó là nước ta có vị trí địa lý sát với quốc gia sản
xuất xi măng lớn nhất thế giới Trung Quốc, do đó phải cụ thể hóa thị trường
xuất khẩu khi nhu cầu trong nước đã tạm thời ổn định.
Công nghệ sản xuất hiện tại là công nghệ lò đứng và công nghệ lò quay. Về
cơ bản quy trình sản xuất giống nhau chỉ khác biệt ở lò nung, lò nung kiểu
đứng lạc hậu hơn lò quay.
2.3 . Công nghệ sản xuất xi mang lò quay.
Đồ án này nghiên cứu công nghệ sản xuất lò quay. Trong một giờ, lò nung
clinker tiêu thụ 300 tấn nguyên liệu thô, công suất 4500 tấn clinker / ngày.

ĐỐ ÁN TỐT NGHIỆP
19
2.3.1. Quy trình sản xuất.


xuất để thay thể một phần nguyên liệu thô thiên nhiên.
Thành phần chính của Clinker là Oxit Canxi (CaO): 59 – 67%, Oxit Silic
(SiO
2
) : 16 – 26%, Oxit Nhôm (Al
2
O
3
): 4 – 8%, Oxit Sắt (Fe
2
O
3
) 2 – 5%.

Bảng 2.1 :Thành phần hóa học chính trong sản xuất xi măng
Thành phần chính
Nguyên liệu cung cấp
Calcium – CaO
Đá vôi, san hô, vỏ sò…
Alumina - Al
2
O
3

Đất sét, quặng Bauxite
Silica - SiO
2

Đất sét, cát, thạch anh…
Ferrite – Fe

> 800
CaCO
3
-> CaO + CO
2

Phản ứng đầu tiên của hỗn hợp.
Hìnhthành khoáng belite,
aluminates, ferrites.
>1250
Thiêu kết
Hình thành pha lỏng
~1450
Nóng chảy
Hình thành khoáng alite Hình thành khoáng alit và belite
1300 – 1240
Làm nguội
Kết tinh khoáng aluminate và ferrite
1240-300
Làm nguội
nhanh
Tạo trạng thái giả bền cho các
khoáng trong clinker

Clinker sau khi nung sẽ được làm nguội nhanh tạo trạng thái giả bền cho
các khoáng trong clinker, clinker được trộn với các phụ gia như thạch cao,
pozzolana, xỉ, tro bay… tùy thuộc vào loại xi măng cần sản xuất. Hỗn hợp