BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

ĐINH QUỐC CƯỜNG

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ CÔNG NGHỆ CỦA THIẾT BỊ
NHIỆT PHÂN NHIỆT ĐỘ THẤP TÁI CHẾ PHẾ THẢI GIÀY DA
THÀNH SẢN PHẨM DẠNG NHIÊN LIỆU

LUẬN VĂN THẠC SỸ
KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

Hà Nội – Năm 2014


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

ĐINH QUỐC CƯỜNG

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ CÔNG NGHỆ CỦA THIẾT BỊ
NHIỆT PHÂN NHIỆT ĐỘ THẤP TÁI CHẾ PHẾ THẢI GIÀY DA
THÀNH SẢN PHẨM DẠNG NHIÊN LIỆU

Chuyên ngành: KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

LUẬN VĂN THẠC SỸ
KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG


1.5.6.
1.5.7.
1.5.8.
1.5.9.
1.6.
1.6.1.
1.6.2.
1.7.
1.8.
1.9.

Đặc điểm chung của phế thải rắn từ quá trình gia công sản xuất giầy da tại
Việt Nam ........................................................................................................ 12
Ảnh hƣởng của phế thải giầy da đến con ngƣời và môi trƣờng ..................... 14
Lịch sử hình thành công nghệ nhiệt phân chất thải rắn hữu cơ ..................... 16
Cơ sở lý thuyết công nghệ nhiệt phân ............................................................ 17
Sự hình thành các sản phẩm nhiệt phân dạng lỏng ........................................ 19
Sự hình thành sản phẩm nhiệt phân dạng rắn- than nhiệt phân ..................... 19
Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình nhiệt phân chất thải rắn hữu cơ ............ 19
Nhiệt độ nhiệt phân ........................................................................................ 19
Tốc độ nâng nhiệt ........................................................................................... 22
Cấu trúc, thành phần hóa học và kích thƣớc của nguyên liệu nhiệt phân ...... 23
Thời gian nhiệt phân....................................................................................... 23
Dạng lò phản ứng và hệ thống thiết bị ........................................................... 24
Sự tồn tại của oxy trong lò phản ứng ............................................................. 24
Trạng thái lỏng và hơi của nguyên liệu trong quá trình nhiệt phân ............... 24
Chất xúc tác .................................................................................................... 25
Áp suất............................................................................................................ 25
Phân loại công nghệ và thiết bị nhiệt phân .................................................... 26
Phân loại công nghệ nhiệt phân ..................................................................... 26


Đối tƣợng nghiên cứu ..................................................................................... 38
Mẫu thí nghiệm nhiệt phân............................................................................. 40
Phƣơng pháp nghiên cứu ................................................................................ 41
Mục tiêu thí nghiệm ....................................................................................... 41
Yêu cầu thiết bị thí nghiệm ............................................................................ 41
Thiết kế chế tạo thiết bị thí nghiệm nhiệt phân .............................................. 42
Sơ đồ công nghệ hệ thống thiết bị thí nghiệm nhiệt phân .............................. 42
Mô tả chi tiết hệ thống thiết bị thí nghiệm nhiệt phân ................................... 43
Tính toán một số thông số thiết bị chính trong hệ thống thiết bị thí nghiệm
nhiệt phân ....................................................................................................... 44
Thiết kế hệ thống thiết bị thí nghiệm nhiệt phân ........................................... 48
Sản phẩm chế tạo thiết bị thí nghiệm nhiệt phân ........................................... 51
Quy trình thí nghiệm ...................................................................................... 52
Kết quả thí nghiệm ......................................................................................... 54
Kết quả thí nghiệm xác định nhiệt độ nhiệt phân phế thải da thuộc .............. 55
Kết quả thí nghiệm xác định tốc độ nâng nhiệt thích hợp đối với nhiệt
phân phế thải da thuộc .................................................................................... 62
Đánh giá sản phẩm nhiệt phân dạng nhiên liệu.............................................. 66
Kết luận chƣơng 2 .......................................................................................... 69

CHƢƠNG 3: ĐỀ XUẤT SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ THIẾT BỊ NHIỆT
PHÂN TÁI CHẾ PHẾ THẢI GIẦY DA CÔNG SUẤT 50 KG/MẺ ............. 70
3.1.
3.2.
3.3.
3.4.
3.5.

Đề xuất sơ đồ công nghệ tổ hợp thiết bị nhiệt phân nhiệt độ thấp tái chế

Dƣơng Văn Long – Giám đốc TT Công nghệ và Thiết bị Môi trƣờng – Viện
Nghiên cứu Cơ khí – Bộ Công Thƣơng đã tận tình hƣớng dẫn, chỉ bảo và tạo điều
kiện để tôi có thể thực hiện luận văn này.
Tôi xin gửi lời cảm ơn đến các Thầy Cô trong Viện Khoa học và Công nghệ
Môi trƣờng - Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội, đã giúp đỡ, tạo mọi điều kiện
thuận lợi cho tôi đƣợc học tập và nghiên cứu.
Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban Giám đốc, các cán bộ và công nhân viên Công
ty CP Xây dựng và Giầy da Hồng Việt - huyện Xuân Trƣờng - tỉnh Nam Định đã
hợp tác tốt giúp tôi hoàn thành luận văn này.
Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè và đồng nghiệp tại Viện
Nghiên cứu Cơ khí – Bộ Công Thƣơng (NARIME) đã luôn bên cạnh ủng hộ, giúp
đỡ và động viên trong suốt thời gian thực hiện luận văn.
Xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 20 tháng 10 năm 2014
Học viên

Đinh Quốc Cƣờng

4


DANH MỤC KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT

BAT

Công nghệ hiện có tốt nhất” (Best Available Technology - BAT)

BVMT


PAHs

Hợp chất đa vòng

PCB

Polychlorinated Biphenyls (Chất hữa cơ khó phân hủy)

PTDR

Plasma Thermal Destruction Recovery (Nhiệt phân bằng plasma)

QCVN

Quy chuẩn Việt Nam

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

UNEP

United Nations Environment Programme (Chƣơng trình Môi
trƣờng của Liên Hợp Quốc)

VOCs

Volatile organic compounds (Chất hữu cơ dễ bay hơi)

VSV



DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1 Quá trình gia công sản xuất giầy da công nghệ ép-dán ............................. 13
Hình 1.2. Sơ đồ nguyên lý quá trình nhiệt phân ....................................................... 17
Hình 1.3: Hình ảnh qua kính hiển vi điện tử SEM cấu trúc phế thải da thuộc ......... 22
Hình 1.4. Hệ thống thiết bị nhiệt phân dạng lò đứng cố định công suất 50 tấn/ngày
Advanced Biorefinery ............................................................................................... 28
Hình 1.5: Sơ đồ hệ thống thiết bị nhiệt phân dạng lò quay....................................... 29
Hình 1.6: Lò phản ứng nhiệt phân dạng quay do Trung Quốc chế tạo ..................... 29
Hình 1.7: Sơ đồ hệ thống lò phản ứng nhiệt phân dạng trục vít và hệ thống lò phản
ứng nhiệt phân dạng trục vít Northern Poultry Cluster Ltd ...................................... 30
Hình 1.8: Hệ thống nhiệt phân lốp xe phế thải cố định ROI-Mỹ.............................. 31
Hình 1.9: Nhà máy nhiệt phân lốp phế thải WasteGen (Anh) và Technip (Đức)..... 32
Hình 1.10: Hệ thống nhiệt phân nhựa phế thải KIER (Hàn Quốc) .......................... 33
Hình 1.11: Sơ đồ nhiệt phân nhựa phế thải Nanofuel Engineering, Đức. ................ 33
Hình 1.12: Sơ đồ hệ thống thiết bị nhiệt phân biomass hãng Mitsui (Nhật Bản) ..... 34
Hình 2.1 : Hiện trạng sản xuất của Công ty Cổ phần Xây dựng và Giầy da Hồng
Việt - huyện Xuân Trƣờng - tỉnh Nam Định ............................................................. 38
Hình 2.2 : Hiện trạng chất thải rắn của Công ty Cổ phần Xây dựng và Giầy da Hồng
Việt - huyện Xuân Trƣờng - tỉnh Nam Định ............................................................. 39
Hình 2.3: Bãi đổ hở phế thải sản xuất của công ty CP Xây dựng và Giầy da Hồng
Việt. ........................................................................................................................... 39
Hình 2.4: Mẫu thí nghiệm nhiệt phân phế thải da giầy ............................................. 41
Hình 2.5: Sơ đồ công nghệ hệ thống thiết bị thí nghiệm nhiệt phân phế thải da thuộc42
Hình 2.6: Sơ đồ hệ thống điện điều khiển thiết bị thí nghiệm nhiệt phân ................ 46
Hình 2.7: Thiết kế thiết bị thí nghiệm nhiệt phân phế thải da thuộc......................... 48
Hình 2.8: Thiết kế lò thí nghiệm nhiệt phân ............................................................. 49
Hình 2.9: Sơ đồ bố trí điện trở cấp nhiệt của lò thí nghiệm nhiệt phân .................... 50
Hình 2.10: Thiết kế bộ phận ngƣng tụ gián tiếp của thiết bị thí nghiệm nhiệt phân 50

một trong những ngành công nghiệp chính đƣa nền kinh tế Việt Nam phát triển. Da
giày là một trong ba ngành đem lại kim ngạch xuất khẩu lớn nhất hiện nay sau dầu
thô và dệt may, chiếm trên 10% tổng kim ngạch xuất khẩu[6]. Sự tăng trƣởng mạnh
mẽ của ngành sản xuất giầy da một mặt góp phần tích cực cho sự phát triển của đất
nƣớc, mặt khác đã làm phát sinh lƣợng CTR ngày càng lớn. CTR từ quá trình sản
xuất trong các nhà máy giầy da có chứa các thành phần nguy hại (nhƣ bavia da
thuộc có chứa Cr3+, bavia cao su…) là một điều đáng lo ngại đối với môi trƣờng nếu
không có phƣơng án xử lý hiệu quả. Tất cả các nhà máy gia công sản xuất giày da ở
Việt Nam đều sử dụng nguyên liệu da thuộc bằng muối Cr trong quá trình sản xuất
và phát thải khối lƣợng lớn bavia da thuộc chứa Cr3+ gây ô nhiễm đáng kể đối với
môi trƣờng. Điều nguy hiểm là Cr3+ khi gặp điều kiện thuận lợi bị chuyển hóa thành
Cr6+, là dạng chất độc con ngƣời dễ hấp thụ, có thể gây ung thƣ, tử vong bằng cả ba
con đƣờng hô hấp, tiêu hóa và tiếp xúc với da[9].
Nhu cầu cấp thiết đƣợc đặt ra đối với công tác xử lý chất thải rắn tại Việt
Nam là cần nghiên cứu, lựa chọn, ứng dụng các công nghệ xử lý chất thải rắn đáp
ứng đƣợc các tiêu chí về kỹ thuật nhƣ hiệu quả xử lý, giải pháp xử lý chất thải thứ
cấp, mức độ cơ khí hóa, tự động hóa, thuận tiện trong vận hành..., về kinh tế nhƣ chi
phí đầu tƣ, vận hành, bảo dƣỡng,..., về sự phù hợp với điều kiện Việt Nam và về an
toàn, thân thiện môi trƣờng nhƣ chỉ số an toàn kỹ thuật, chỉ số thân thiện môi
trƣờng,... Dựa trên các tiêu chí này đề tài ”Nghiên cứu xác định chế độ công nghệ
của thiết bị nhiệt phân nhiệt độ thấp tái chế phế thải giày da thành sản phẩm dạng
nhiên liệu’’ đƣợc đề xuất với mục tiêu xác định các thông số công nghệ cơ bản phục
vụ công tác thiết kế, chế tạo sản phẩm thiết bị nhiệt phân đủ điều kiện ứng dụng vào
thực tế. Đây là nội dung nghiên cứu đƣợc phát triển từ nhiệm vụ KH&CN cấp Nhà
nƣớc mã số 01/HĐ-ĐT.01.11/CNMT (thực hiện năm 2011-2012) “Nghiên cứu thiết
kế, chế tạo tổ hợp thiết bị tái chế chất thải nguồn gốc hữu cơ thành nhiên liệu” thuộc
“Chƣơng trình nghiên cứu khoa học, ứng dụng và chuyển giao công nghệ phát triển

9



CHƢƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ PHẾ THẢI RẮN DA GIẦY VÀ

CÔNG NGHỆ NHIỆT PHÂN XỨ LÝ PHẾ THẢI RẮN
Trong những năm gần đây, ngành công nghiệp Da - Giầy Việt Nam đã phát
triển mạnh mẽ và trở thành một trong những ngành công nghiệp có sự đóng góp to
lớn đối với sự phát triển kinh tế xã hội của đất nƣớc. Có thể khẳng định, ngành da
giày Việt Nam liên tục gây những ngạc nhiên khi liên tiếp đạt đƣợc những thành
quả đáng kể trong kim ngạch xuất khẩu.
Ở thời điểm này, ngành da giày Việt Nam thuộc Top 10 nƣớc xuất khẩu hàng
đầu thế giới về da giày và là một trong những nhà gia công sản xuất, xuất khẩu sản
phẩm giày dép với khoảng 50 quốc gia. Hầu hết các thƣơng hiệu giày thể thao quốc
tế lớn nhƣ Nike, Adidas và Reebok … đều có nhà sản xuất gia công tại Việt Nam.
Theo các số liệu của Tổng Cục Hải Quan [5,6], kim ngạch xuất khẩu giày dép của
Việt Nam sang các thị trƣờng trong 11 tháng đầu năm 2013 đạt 7,48 tỷ USD, chiếm
6,21% trong tổng kim ngạch xuất khẩu hàng hóa của cả nƣớc, tăng 14,7% so với
cùng kỳ năm 2012. Tính riêng trong tháng 11 năm 2013, kim ngạch xuất nhóm hàng
này đạt trên 807,73 triệu USD, tăng 12,7% so với tháng 10/2013.
Sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp Da-Giầy cũng k o theo tình
trạng ô nhiễm môi trƣờng ngày càng gia tăng do các nguồn thải chƣa đƣợc xử lý
hoặc xử lý không đạt tiêu chuẩn. Các cơ sở sản xuất gia công giầy da chủ yếu là các
doanh nghiệp vừa và nhỏ, còn hạn chế về tài chính, trình độ công nghệ thấp, tỷ lệ
phát thải cao, suất tiêu hao tài nguyên lớn, trình độ và năng lực quản lý có hạn, phần
lớn phân bố xen lẫn trong khu dân cƣ nên việc đầu tƣ cho công tác bảo vệ môi
trƣờng gặp rất nhiều khó khăn, đặc biệt là trong việc xử lý các phế thải rắn phát sinh
từ quá trình gia công sản xuất giầy da. Nhằm đạt đƣợc hiệu quả cao trong quá trình
xử lý, cần nắm vững các đặc tính chính của chất thải rắn phát sinh từ quá trình gia
công sản xuất giày da. Các đặc tính này đã đƣợc nghiên cứu, phân tích và tóm tắt


Công nghệ ép – dán (hay dán nguội): mũ giày và đế giày đƣợc xử lý riêng,
sau đó đƣợc ép dính và xử lý hoàn tất. Xu hƣớng chung của các hãng giày
trên thế giới và Việt Nam là sản xuất theo công nghệ này.
Hiện tại, các nhà máy gia công sản xuất giày Việt Nam đều sử dụng công

nghệ ép-dán. Các công đoạn sản xuất chính của công nghệ ép dán gồm các khâu
chuẩn bị nguyên vật liệu, khâu cắt tạo hình, khâu may định vị và khâu ép dán.
Nguyên vật liệu sau khi đƣợc nhập về nhà máy sẽ đƣợc phân loại, theo kế hoạch
chuyển đến các công đoạn sản xuất. Sản phẩm giày hoàn chỉnh gồm các bộ phận
chính là mũ giày, đế giày và phụ kiện. Nguyên vật liệu sản xuất mũ giày chủ yếu là
da thuộc, vải,... Các nguyên vật liệu này đƣợc cắt, chặt theo khuôn mẫu và làm nhẵn
hoặc in logo theo yêu cầu. Sau đó chuyển sang công đoạn khâu may mũ giày, chủ
yếu là may máy, may thủ công để định vị các chi tiết mũ giầy. Phần đế giày đƣợc
cắt, ép, dán từ cao su, tấm xốp EVA và các phụ gia khác. Sau khi kiểm tra đạt yêu
cầu, phần đế giày và mũ giày sẽ đƣợc ghép lại bằng công đoạn ép dán (hay còn gọi
là ép nguội) thành sản phẩm giày đã hoàn thiện. Sản phẩm này đƣợc đóng gói cùng
phụ kiện giày và chuyển vào kho chứa sản phẩm [9]. Quá trình gia công sản xuất
trên đƣợc trình bày ở sơ đồ hình 1.1.

12


Hình 1.1 Quá trình gia công sản xuất giầy da công nghệ ép-dán [5]

Ngành gia công sản xuất da giày sử dụng nhiều chất độc hại, các chất chứa
kim loại nặng, nên phát thải chất thải rắn nhất là chất thải rắn khó phân hủy (cao su,
vụn xốp, da thuộc…). Chất thải rắn trong quá trình sản xuất giầy dép da chủ yếu là
chất thải rắn sinh hoạt và phế thải từ quá trình gia công sản xuất nhƣ các loại bavia
giầy dép bằng các vật liệu nhƣ da thuộc, cao su… Trong các loại chất thải rắn này,


13

Tỷ lệ %
Khoảng 15%
Khoảng 45%
Khoảng 15%


Xâm nhập qua da: Crom và các hợp chất của crom chủ yếu gây các bệnh
ngoài da, đặc biệt dễ nhận thấy là lở lo t niêm mạc mũi, thủng phần sụn vách
mũi. Khi da tiếp xúc trực tiếp vào dung dịch Cr6+, chỗ tiếp xúc dễ bị nổi
phồng và lo t sâu, có thể bị lo t đến xƣơng. Khi Cr6+ xâm nhập vào cơ thể
qua da, nó kết hợp với prôtêin tạo thành phản ứng kháng nguyên. Kháng thể
gây hiện tƣợng dị ứng, bệnh tái phát. Khi tiếp xúc trở lại, bệnh sẽ tiến triển
nặng hơn nếu không đƣợc cách ly;

-

Xâm nhập theo đƣờng hô hấp: dẫn tới bệnh viêm yết hầu, viêm phế quản,
viêm thanh quản do niêm mạc bị kích thích (sinh ngứa mũi, hắt hơi, chảy
nƣớc mũi. Khi ở dạng Cr2O3, hơi hoá chất này gây bỏng nghiêm trọng cho hệ
thống hô hấp của ngƣời bị thấm nhiễm;
Nhiễm độc Crom dạng lâu dài có thể dẫn đến bị ung thƣ phổi, ung thƣ gan,

loét da, viêm da, mụn cơm, viêm gan, viêm thận, thủng vách ngăn mũi đau răng,
tiêu hoá k m, gây độc cho hệ thần kinh và tim… Qua các phân tích trên, có thể kết
luận phế thải da thuộc chứa Crom từ quá trình gia công sản xuất giầy da gây tác hại
nghiêm trọng đến con ngƣời và môi trƣờng xung quanh khi không quản lý, xử lý
triệt để hoặc không có phƣơng án xử lý phù hợp. Đây là một trong những chất thải
nguy hại nhất khi đƣa ra môi trƣờng mà không qua xử lý.

15


1.3.

Lịch sử hình thành công nghệ nhiệt phân chất thải rắn hữu cơ

16


Hiện nay, công nghệ nhiệt phân khí hóa đã và đang đƣợc nghiên cứu phát
triển mạnh mẽ tại tất cả những cƣờng quốc về khoa học kỹ thuật. Dƣới áp lực về
một cuộc khủng hoảng nhiên liệu sắp xảy ra trên toàn thế giới cũng nhƣ những tác
động xấu đến môi trƣờng của việc xử lý chất thải rắn nguồn gốc hữu cơ theo các
phƣơng pháp cổ điển nhƣ chôn lấp, thiêu đốt,… các nhà khoa học trên thế giới đều
coi hƣớng công nghệ nhiệt phân khí hóa xử lý chất thải rắn nguồn gốc hữu cơ nhƣ
một hƣớng công nghệ tối ƣu có thể giải quyết phần lớn các vấn đề trên.
1.4.

Cơ sở lý thuyết công nghệ nhiệt phân
Bản chất của công nghệ nhiệt phân là quá trình phân hủy hợp chất (cụ thể là

chất thải rắn (CTR) có nguồn gốc hữu cơ) xảy ra ở điều kiện nhiệt độ thích hợp, có
hoặc không có chất xúc tác, áp suất thấp trong môi trƣờng không có ôxy hoặc thiếu
ôxy tạo thành than bán cốc (có nhiệt trị tƣơng đƣơng than cám III), dầu đốt (tƣơng
đƣơng dầu FO ) và khí đốt (khí tổng hợp).

Hình 1.2. Sơ đồ nguyên lý quá trình nhiệt phân có xúc tác xử lý CTR cao su, nhựa, biomass
thành các sản phẩm nhiên liệu và mô phỏng quá trình cracking liên kết C-C [30]

Phản ứng nhiệt phân (pyrolysis) hay còn gọi là phản ứng cracking nhiệt là
phản ứng phân huỷ các hợp chất hữu cơ dƣới tác dụng của nhiệt độ trong môi
trƣờng không có (hoặc có ít) oxy [4].
Quá trình nhiệt phân hợp chất hữu cơ bao gồm ba giai đoạn cơ bản:
- Giai đoạn đầu: kích hoạt phân cắt mạch;
- Giai đoạn giữa: tiếp nối phân cắt mạch;
- Giai đoạn cuối: cắt đứt mạch.


C2H5 + C12H26

∙

C2H6 + C12H25

Các gốc tự do R∙ chịu sự phân cắt β: Các gốc tự do R∙ mới này không bền nhiệt, chỉ
tồn tại trong khoảng thời gian rất ngắn và bị cắt đứt liên kết C-C ở vị trí β so với
electron độc thân tạo thành gốc tự do khác.
Ví dụ:

∙

C8H17CH2CH2ĊHCH3

C8H17CH2 + C3H6

Quá trình trên cứ tiếp tục đến khi tạo ra etilen và gốc metyl.
Ví dụ:
C8H17CH2CH2ĊHCH3
C3H6 + 4C2H4 + CH3∙
Các gốc tự do không có liên kết β C-C bị phân tách tạo thành hydro nguyên tử:
Ví dụ:
C2H5∙
C2H4 + H∙
Khả năng bền nhiệt của các gốc tự do trong quá trình nhiệt phân đƣợc xắp xếp nhƣ
sau: H∙ > CH3∙ > C2H5∙ > izo-C3H7∙ > three-C4H9∙.
Các gốc tự do này tham gia vào phản ứng nối mạch, lấy nguyên tử hydro của
hydrocacbon mạch dài và tạo thành gốc tự do có khối lƣợng phân tử lớn hơn:

1.4.2. Sự hình thành sản phẩm nhiệt phân dạng rắn- than nhiệt phân
Quá trình nhiệt phân có thể tạo thành ba loại than cốc khác nhau về cấu trúc.
Đó là dạng thanh (sợi, dây), dạng lớp dị hƣớng (tạo ra các lớp bền vững) và cuối
cùng là loại xốp vô định hình (các lớp màu đen không bền). Than nhiệt phân tạo
thành do ngƣng đọng các anken và hydrocacbon thơm hình thành ngay trong giai
đoạn đầu của phản ứng. Các phân tử kết ngƣng trên bề mặt của lò phản ứng và dần
dần hình thành than nhiệt phân, hoặc tạo thành các giọt lỏng ổn định trong pha khí
(sự sản sinh ra cốc) để cuối cùng kết tủa bề mặt thiết bị hoặc các hạt cốc nhỏ theo
khí nhiệt phân ra khỏi vùng phản ứng. Than nhiệt phân cũng là kết quả của quá
trình phân rã trực tiếp hydrocacbon, phân rã các radical trung gian thành cacbon và
hydro. Tỷ lệ số lƣợng của hai hƣớng tạo thành than nhiệt phân phụ thuộc vào các
điều kiện phản ứng của quá trình nhiệt phân (nhƣ cấu trúc, áp suất, nhiệt độ phản
ứng, vật liệu thành lò phản ứng v.v.). Nếu có xúc tác, than nhiệt phân sẽ đƣợc tạo
thành ở nhiệt độ thấp. Ở nhiệt độ cao, mức độ chuyển hóa hydrocacbon cao sẽ làm
tăng sản phẩm than cốc lớp dị hƣớng và lớp vô định hình.
1.5.

Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình nhiệt phân chất thải rắn hữu cơ
Quá trình nhiệt phân chất thải rắn hữu cơ là một trong những quá trình sử

dụng nhiệt khử cấu trúc rất phức tạp. Trong đó, các yếu tố ảnh hƣởng lớn nhất đến
quá trình nhiệt phân chính là các thông số công nghệ của quá trình nhiệt phân. Các
yếu tố chính ảnh hƣởng đến quá trình nhiệt phân đƣợc phân tích dƣới đây.
1.5.1. Nhiệt độ nhiệt phân

19


Đây là thông số công nghệ quan trọng nhất và có ảnh hƣởng lớn nhất đến
quá trình nhiệt phân. Các nguyên liệu khác nhau có nhiệt độ nhiệt phân khác nhau

Trên thế giới hiện nay vẫn đang trong quá trình nghiên cứu về nhiệt phân phế
thải da thuộc. Mới chỉ có một số nhỏ các kết quả nghiên cứu ảnh hƣởng nhiệt độ
nhiệt phân phế thải da thuộc đƣợc công bố trên thế giới. Chủ yếu tại các nƣớc có
ngành công nghiệp da phát triển mạnh nhƣ Ấn Độ, Thổ Nhĩ Kỳ… Các kết quả
nghiên cứu quan trọng về nhiệt độ nhiệt phân đƣợc trình bày dƣới bảng sau.
Bảng 1.2: Nhiệt độ nhiệt phân của một số nghiên cứu nhiệt phân phế thải da thuộc đã
công bố trên thế giới [10]
STT
1
2
3
4
5

Tên tác giả nghiên cứu nhiệt phân
phế thải da thuộc đã công bố
Yılmaz [24]
Sethuraman [28]
Murata [23]
Aguado [11]
Moriya [22]

Nhiệt độ nhiệt phân
(độ C)
400-600
200-500
200-400
180-400
180-400


phẩm lỏng – dầu nhiệt phân chƣng cất, hình ảnh kính hiển vi điện tử cho thấy dầu
chƣng cất không tinh khiết đồng nhất, nó đƣợc trộn lẫn với các chất khác (Hình
1.3.d).

Hình 1.3: Hình ảnh qua kính hiển vi điện tử (SEM): cấu trúc phế thải da thuộc(a); sản
phẩm than nhiệt phân (b,c) và dầu nhiệt phân phế thải da thuộc (d)[28]

Kết quả cho thấy nhiệt độ nhiệt phân càng cao, tỷ lệ sản phẩm nhiệt phân
dạng lỏng và rắn giảm, sản phẩm nhiệt phân dạng khí tăng. Nguyên nhân chính là
do các thành phần hữu cơ khi bị cracking nhiệt trong điều kiện không có ô xy sẽ
phân hủy thành các chất có trọng lƣợng phân tử thấp hơn ở trạng thái lỏng. Nhiệt độ
nhiệt phân thích hợp đối với phế thải da thuộc nhằm đạt tỷ lệ cao sản phẩm dầu
nhiệt phân trong khoảng 180 – 300 độ C.
1.5.2. Tốc độ nâng nhiệt
Có 3 tốc độ nâng nhiệt phổ biến trong quá trình nhiệt phân là 5 độ C/phút; 10
độ C/phút; 20 độ C/phút. Các kết quả nghiên cứu ảnh hƣởng của tốc độ nâng nhiệt

22


đến quá trình nhiệt phân cho thấy tỷ lệ sản phẩm than nhiệt phân ít thay đổi bất kể
tốc độ nâng nhiệt nào. Tốc độ nâng nhiệt của quá trình nhiệt phân càng tăng, tốc độ
phản ứng nhiệt phân sẽ tăng ở nhiệt độ cao hơn. Tốc độ nâng nhiệt (° C/phút) còn
có tác động đến tỷ lệ sản phẩm nhiệt phân. Ở tốc độ nâng nhiệt thấp, sản phẩm dạng
khí có tỷ lệ cao hơn so với tốc độ nâng nhiệt cao. Tốc độ nâng nhiệt càng cao, các
thành phần benzen, pentan-2 và phân đoạn methanol sẽ tăng, thành phần pentan-1
và phân đoạn ethanol sẽ giảm. Tốc độ nâng nhiệt cũng có ảnh hƣởng lớn đến thành
phần của sản phẩm dầu nhiệt phân. Tốc độ nâng nhiệt càng thấp, tỷ lệ gasoline sẽ
càng giảm, tỷ lệ diesel oil và heavy oil tăng cao. Tốc độ nâng nhiệt càng cao thì tỷ
lệ gasoline sẽ tăng nhƣng tỷ lệ diesel oil và heavy oil sẽ giảm[33].