Phó Giáo sư Tiến sĩ Nguyễn Minh Ngọc (Giám đốc Trung tâm Nghiên cứu và Ứng dụng Vật liệu Xanh, Công ty TNHH GTS InnoLab) cùng nhóm nghiên cứu của ông tại Viện Dầu khí Việt Nam và Trường Đại học Dầu khí Việt Nam đã tiến hành nghiên cứu về quá trình trao đổi nhiệt trong lò phản ứng quay với cao su lốp xe vụn. Công trình của họ nhằm mục đích phát triển một quy trình nhiệt phân hiệu quả cho các ứng dụng quy mô lớn. Kết quả này sẽ làm giảm thời gian xử lý nhiệt, giảm chi phí nhiên liệu, tăng cường quá trình trao đổi nhiệt, tối ưu hóa việc thu gom khí và tăng sản lượng dầu từ vật liệu tái chế.
Kể từ khi ngành công nghiệp cao su ra đời, chúng ta đã phải vật lộn với câu hỏi phải làm gì với tất cả các chất thải cao su. Với sự gia tăng các vật liệu phế thải, như cao su, không dễ phân hủy, việc quản lý và xử lý chất thải cao su đã trở thành vấn đề cấp bách. Ví dụ, tại tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu, hơn 100 tấn lốp xe cũ được thu gom hàng ngày từ các cửa hàng sửa chữa ô tô, như Phó Giáo sư Tiến sĩ Nguyễn Minh Ngọc, Giám đốc Trung tâm Nghiên cứu và Ứng dụng Vật liệu Xanh tại Công ty TNHH GTS Innolab đã đề cập.
Nhiều biện pháp đã được thực hiện để tận dụng các nguồn nguyên liệu thô hoặc giảm thiểu tác động môi trường của chất thải như lốp xe cũ và nhựa. Tuy nhiên, Tiến sĩ Nguyễn Mạnh Huân từ Viện Dầu khí Việt Nam cho biết, "Các cơ sở tái chế các vật liệu này thường dựa vào các phương pháp thực nghiệm hơn là các tính toán chính xác, dẫn đến những hạn chế đáng kể trong quá trình nhiệt phân". Những hạn chế này dẫn đến hiệu quả thu hồi các nguyên liệu thô có giá trị như dầu và muội than giảm và khiến nhiệt dư thừa từ khí ngưng tụ bị lãng phí, góp phần tạo ra khí thải thứ cấp. Ngoài ra, quá trình nhiệt phân có xu hướng kéo dài hơn.
Vấn đề này đã khiến Tiến sĩ Nguyễn Minh Ngọc và các kỹ sư tại Nhà máy Năng lượng tái tạo DVA (Nhà máy DVA), một phần của hệ sinh thái với GTS InnoLab, hợp tác để phát triển một quy trình nhiệt phân được tối ưu hóa hơn. Mục tiêu là nâng cao hiệu quả, cải thiện chất lượng sản phẩm và đảm bảo an toàn cháy nổ trong toàn bộ chuỗi công nghệ nhiệt phân.
Như Tiến sĩ Nguyễn Minh Ngọc, Phó Giáo sư, đã chỉ ra, đã có rất nhiều nghiên cứu về các vấn đề nhiệt nhưng lại thiếu đáng kể khi nói đến các ứng dụng thực tế cho lò nhiệt phân lốp xe cũ. Điều này bao gồm các sơ đồ xử lý nhiệt minh họa mối quan hệ giữa thời gian và nhiệt độ cho từng giai đoạn nhiệt phân (làm nóng, duy trì nhiệt, làm mát). Do đó, mục tiêu chính của họ là xác định nhiệt sinh ra do đốt nhiên liệu GAS dư thừa, nhiệt độ bên trong buồng đốt, nhiệt độ bên ngoài và nhiệt độ bên trong vỏ lò phản ứng. Họ cũng hướng đến mục tiêu tăng cường truyền nhiệt và hiệu quả khi cắt lốp xe và cải thiện tính khí động học của luồng khí nóng. Hơn nữa, họ có kế hoạch tạo biểu đồ xử lý nhiệt và biểu đồ bảo toàn vật liệu, và triển khai kết quả tính toán nhiệt trong các ứng dụng thực tế tại các nhà máy, trung tâm điều khiển chung và trung tâm xử lý. Điều này bao gồm hệ thống đo cảm biến nhiệt độ, áp suất và thể tích dầu và khí hình thành trong quá trình xử lý nhiệt.
Lượng nhiệt hấp thụ bởi vật liệu lốp cao su phế thải bị ảnh hưởng đáng kể bởi các yếu tố như nguồn nhiệt, phương pháp truyền nhiệt (bức xạ, đối lưu, dẫn nhiệt) và đặc biệt là hình dạng và kích thước của lốp. Tăng diện tích tiếp xúc của nguồn nhiệt bằng cách gia công và cắt lốp thành các mảnh nhỏ hơn có thể tăng cường khả năng hấp thụ nhiệt. Để thực hiện các phép tính, nhóm nghiên cứu đã sử dụng các thông số kỹ thuật từ nhà máy DVA. Lò phản ứng quay được sử dụng để nhiệt phân lốp ô tô cũ tại nhà máy DVA có hình trụ với đường kính 3000 mm và chiều dài 7000 mm. Trong quá trình nhiệt phân, nhiệt độ sinh ra do đốt GAS trong buồng đốt sẽ làm nóng lớp vỏ ngoài của lò, được làm bằng thép hợp kim A515 dày 22 mm.
Nhiệt độ bên trong lò nhiệt phân tăng dần lên trên 600°C (ước tính dựa trên các phép tính). Lò được bịt kín hoàn toàn để ngăn oxy xâm nhập, có thể gây cháy hoặc nổ. Nhiệt độ bề mặt của vỏ lò được truyền đến vật liệu lốp thô, nâng nhiệt độ lên 500°C, tại đó sản sinh ra các chất dễ bay hơi, hỗn hợp khí cacbon và hydro (CH). Dòng khí được chiết xuất và ngưng tụ để tạo thành Dầu nhiệt phân lốp (TPO), chiếm khoảng 48% vật liệu đầu vào. Các khí không ngưng tụ và GAS còn lại chiếm khoảng 14-15% và được sử dụng để làm nhiên liệu cho lò.
“Ban giám đốc và đội ngũ kỹ thuật đã đầu tư nhiều công sức vào việc thiết kế và chế tạo các thiết bị hỗ trợ, cải tiến nguyên lý hoạt động của máy móc chuyên dụng và điều chỉnh công nghệ cấp liệu, xử lý nhiệt và chu trình vận hành của lò nhiệt phân để đáp ứng các yêu cầu cụ thể của từng giai đoạn”, PGS.TS. Nguyễn Minh Ngọc chia sẻ về quá trình tính toán.
Mặc dù có lợi thế về sự hợp tác và nghiên cứu thực tế tại nhà máy, việc giải quyết vấn đề này vẫn còn phức tạp. Khía cạnh thách thức nhất nằm ở việc vận hành lò phản ứng nhiệt phân quay ở nhiệt độ cao trong môi trường kín, không có oxy (vì sự hiện diện của oxy có thể khiến khí thoát ra từ cao su bốc cháy, dẫn đến các vụ nổ nguy hiểm). "An toàn phải luôn là ưu tiên hàng đầu của chúng tôi, thậm chí còn cao hơn cả sản lượng sản phẩm và kinh tế", nhóm nghiên cứu nhấn mạnh. Do đó, vấn đề quản lý nhiệt và thiết bị đồng bộ phải được giải quyết theo cách thống nhất, bao gồm đầu tư vào các thiết bị cần thiết, thậm chí là thiết bị nhập khẩu đắt tiền, để đáp ứng các tiêu chuẩn yêu cầu.
Ngoài ra, nhóm nghiên cứu cũng phân tích công nghệ cắt lốp xe thành các mảnh nhỏ 2-4 mm (một phương pháp được sử dụng trên toàn cầu, nhưng cho đến nay vẫn chưa có tính toán cụ thể). Kết quả cho thấy phương pháp này làm tăng tỷ lệ diện tích bề mặt lên 97 lần, tăng đáng kể khả năng hấp thụ nhiệt thông qua bức xạ và dẫn nhiệt, giảm chu kỳ xử lý nhiệt xuống 1-2 giờ. Ngoài ra, do thể tích vật liệu lốp xe giảm khi nén chặt nên khả năng chứa nguyên liệu tăng từ 12 tấn lên 15 tấn, dẫn đến sản lượng dầu khí cao hơn. Công nghệ nạp liệu cũng được nâng cấp từ thủ công lên tự động, sử dụng băng tải trục vít và thiết bị đùn.
Nghiên cứu đã chứng minh tiềm năng đáng kể trong việc nâng cao hiệu suất lò, giảm chi phí nhiên liệu và cải thiện quá trình trao đổi nhiệt và thu khí, cuối cùng là tăng sản lượng dầu. Ngoài ra, các phát hiện nhấn mạnh tầm quan trọng của việc tuân thủ chặt chẽ các quy tắc vận hành khi xử lý các công nghệ phức tạp liên quan đến rủi ro về áp suất, nhiệt độ và an toàn. "Các hoạt động công nghệ phải được giám sát thông qua hệ thống kỹ thuật số trên màn hình điều khiển trung tâm và phải có chương trình đào tạo kỹ lưỡng cho các nhà quản lý, nhân viên kỹ thuật và công nhân sản xuất", Phó Giáo sư Tiến sĩ Nguyễn Minh Ngọc nhấn mạnh.
Ông nói thêm, "Chúng tôi hiện đã hoàn toàn làm chủ công nghệ nhiệt phân, đặc biệt là trong bối cảnh nhiệt phân lốp xe bị nghiền nát và đã sẵn sàng chuyển giao công nghệ này cho bất kỳ đơn vị nào có nhu cầu".
Lốp xe bị hỏng chỉ là một trong những loại chất thải cần cải thiện hiệu quả xử lý. "Có nhiều loại chất thải rắn có tác động đáng kể đến môi trường, chẳng hạn như chất thải nhựa, chất thải của ngành may mặc và các sản phẩm phụ từ nông nghiệp như vỏ trái cây, vỏ sầu riêng, vỏ dừa, nón thông và trấu", Phó Giáo sư Tiến sĩ Nguyễn Minh Ngọc giải thích. Đây là lý do tại sao nhóm nghiên cứu có kế hoạch mở rộng các nghiên cứu nhiệt phân của họ sang nhiều loại chất thải rắn khác nhau và nghiên cứu khả năng sử dụng chất thải carbon đen từ quy trình nhiệt phân để phát triển các vật liệu thân thiện với môi trường, sáng tạo. Ví dụ, Tiến sĩ Nguyễn Minh Ngọc hình dung việc sử dụng chất thải carbon đen để sản xuất phân bón Biochar phục vụ mục đích nông nghiệp.
Nhóm nghiên cứu gồm:
Bài viết do chị Mỹ Hạnh đăng trên báo Bộ Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
GTST, viết tắt của Green Technology Solutions Trading, nổi trội trong thương mại quốc tế bằng cách tập trung vào các mặt hàng xanh và cung cấp vật liệu bền vững, ít carbon cho các nhà sản xuất để giảm lượng khí thải CO2 và thúc đẩy nền kinh tế tuần hoàn. Bằng cách tích hợp các công nghệ tiên tiến, chúng tôi giúp các doanh nghiệp giảm thiểu lượng khí thải carbon và đóng góp vào các nỗ lực ứng phó với biến đổi khí hậu toàn cầu, định vị mình là đơn vị dẫn đầu trong các hoạt động thương mại thân thiện với môi trường.
.jpg)
.jpg)
