Tiểu Luận Nghiên cứu công nghệ tinh chế Biogas để nâng cao khả năng ứng dụng trong công nghiệp ( 2013)

PHẦN I: MỞ ĐẦU
Tình trạng năng lượng ngày càng khan hiếm trên thế giới, đặc biệt là các loại năng lượng hoá thạch như dầu khí và than đá, trữ lượng dầu ước tính sẽ cạn kiệt vào năm 2050. Tương tự các mỏ than cũng đang được khai thác tối đa tăng theo nhu cầu năng lượng của các nước trên thế giới đặc biệt là Trung Quốc và Ấn Độ. Trung Quốc hiện tại là một nước tiêu thụ dầu mỏ đứng thứ hai thế giới chỉ sau Hoa Kỳ. Trước tình trạng trên từ hơn 20 năm qua, nhiều nhà khoa học trên thế giới đã bắt đầu truy tìm loại năng lượng khác mà nhất là các loại năng lượng tác lập, mà gần gũi với chúng ta nhất, đó là năng lượng có được từ rác hữu cơ của gia đình và phân chuồng của gia súc như , trâu, bò, ngựa, heo Một trong những nguồn năng lượng thay thế năng lượng hoá thạch và củi đốt đã được áp dụng ở vùng nông thôn và đem lại hiệu quả cao đó là mô hình hầm khí Biogas hộ gia đình. Ý tưởng thu hồi khí mêtan từ quá trình phân huỷ kị khí đã được tiến hành ở Ấn Độ năm 1930. Khoảng 20 chục năm gần đây, việc nghiên cứu thí nghiệm dùng phân gia súc để sản xuất khí sinh vật được tiến hành mạnh mẽ ở các nước đang phát triển, đặc biệt là Ấn Độ và một số nước Châu Á.
Lợi điểm trong việc sản xuất khí sinh học là: giải quyết được một số vấn đề năng lượng cho địa phương và ngay cả trên bình diện quốc gia, chính quyền trung ương có thể quân bình được cán cân phân phối và quân bình năng lượng, giảm thiểu được ngoại tệ do nhập cảng xăng dầu. Do đó hai lĩnh vực môi trường và kinh tế gặt hái được nhiều phúc lợi xã hội nhất.
Biogas được coi là một trong những nguồn năng lượng tái sinh rẻ nhất ở vùng nông thôn tại các nước phát triển. Sản xuất biogas không những tiết kiệm được củi mà còn thu lợi nhuận cho những hệ thống nông trại được hòa nhập bằng cách biến đổi phân chuồng thành phân bón được cải tiến cho vụ mùa hoặc hồ nuôi cá và tưới cây. Những thuận lợi khác của phân hủy sinh học bao gồm làm bớt mùi phân chuồng, loại bỏ khói khi nấu và làm giảm bớt mầm bệïnh và do đó cải tiến vệ sinh ở nông thôn.
Về lợi ích môi trường, khí mêtan sinh học là một loại năng lượng sạch nhất tính đến ngày hôm nay. Nếu mêtan không được thu hồi từ các bãi rác, các đầm phế thải v.v sẽ là một nguồn ô nhiễm ảnh hưởng đến hiệu ứng nhà kính nhiều nhất. Nếu dùng mêtan thay thế các loại nhiên liệu hoá thạch có được nhiều lợi điểm vì phóng thích các loại khí thải ít hơn khi sử dụng. Và một lợi ích không nhỏ cho môi trường đó là hệ thống sinh khí sẽ giải toả được diện tích phế thải và tạo thêm nguồn thu nhập mới cho nông dân.
Thành phần chủ yếu của khí sinh học (KSH) là CO[SUB]2[/SUB] và CH[SUB]4[/SUB]. Khí mêtan có thể cháy được nên khí sinh học là chất khí cháy được. Hàm lượng mêtan trong hỗn hợp khí dao động từ 50-75%. Phần khí còn lại chủ yếu là CO[SUB]2[/SUB], thường dao động từ 25-50%. Ngoài ra hỗn hợp khí còn chứa dấu vết các khí H[SUB]2[/SUB]S (0-3%), H[SUB]2[/SUB], N[SUB]2[/SUB], O[SUB]2[/SUB], hơi nuớc, (khoảng 1%) v.v
Trong các thành phần trên, H[SUB]2[/SUB]S dù chỉ chiếm một tỉ lệ rất nhỏ, nhưng là khí có hại nhất. Khi sử dụng để nấu bếp H[SUB]2[/SUB]S gây ăn mòn các ống dẫn, bếp nấu và làm cho Biogas có mùi hôi khó chịu, H2S khi cháy tạo thành SO[SUB]2[/SUB] cũng là một khí độc hại đối với sức khoẻ con người. Khi sử dụng cho động cơ H2S gây ăn mòn các chi tiết của đường ống nạp thải và buồng cháy, làm giảm tuổi thọ của động cơ. Khí CO[SUB]2 [/SUB]tuy không ăn mòn như H[SUB]2[/SUB]S nhưng sự hiện diện của nó với hàm lượng lớn làm giảm nhiệt trị của nhiên liệu, thành phần hơi nước cũng tương tự như CO[SUB]2[/SUB].
Chính vì những lý do trên mà ta cần phải loại bỏ các khí độc H[SUB]2[/SUB]S và CO[SUB]2[/SUB] để tăng hiệu quả sử dụng khí biogas. Từ đó chúng tôi đã nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu công nghệ tinh chế Biogas để nâng cao khả năng ứng dụng trong công nghiệp”.















PHẦN II: TỔNG QUAN
I. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC.
1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới.
Việc nghiên cứu và ứng dụng Biogas đã xuất hiện từ lâu. Phát triển mạnh nhất là ở các nước: Trung Quốc,Ấn Độ, Thuỵ Điển, Đức, Đan Mạch
a) Ở Trung Quốc
Trong suốt thời gian đã qua, gần đây, Trung Quốc đã có nhiều bài học. Sau 1975 những khẩu hiệu như là “biogas cho mọi hộ gia đình” đã đưa đến 1.6 triệu thiết bị phân hủy được xây dựng hàng năm, chủ yếu là những thiết bị phân hủy kiểu mái vòm bằng bêtông, giá rẻ nhưng chất lượng thấp. Đến năm 1982, hơn 7 triệu thiết bị phân hủy được lắp đặt ở Trung Quốc. Năm 1980, hơn 50% thiết bị đó không sử dụng được. Kết quả năm 1979, hoạt động của các thiết bị làm chậm lại ít hơn 1/3 của năm trước. Theo báo cáo của Marchaim (1992) có khoảng 5 triệu gia đình với quy mô xí nghiệp hoạt động ở Trung Quốc năm 1992. Một số đã được thiết kế lại để tránh hiện tượng rò rỉ. Theo số liệu thu được thì chỉ khoảng 3 triệu thiết bị phân hủy được vận hành vào năm 1991. Do thiếu nguồn nhân lực được huấn luyện tốt để xây dựng và sửa chữa chúng, những yếu kém này đưa đến hậu quả của những thiết bị phân hủy bằng bêtông. Gần đây, người ta quan tâm đến việc kết hợp số lượng với chất lượng của các xí nghiệp và việc làm cho kĩ thuật công nghệ phù hợp với những điều kiện địa phương. Trước khi những thiết bị phân hủy được giới thiệu thì đầu tiên phải nghiên cứu vế điện kiện khí hậu phải tốt như những điều kiện xã hội và văn hóa.
Chính phủ Trung Quốc đã đầu tư mạnh vào tốc độ phát triển biogas và thỉnh thoảng trợ cấp tiền từ chính quyền địa phương và phường xã lên đến 75%. Trong những năm gần đây, số lượng nhà máy được xây dựng hàng năm đột ngột giảm do tiền trợ cấp của chính phủ giảm với sự chuyển hợp lí từ nhiên liệu biogas đến than đá. Hạn chế lớn nhất của chương trình biogas là giá cả của những thiết bị phân hủy. Bài học từ sự phổ biến biogas chỉ thành công khi lợi nhuận trực tiếp đến những người nông dân được rõ ràng.