Tài liệu Nghiên cứu tái sử dụng chất thải làm nhiên liệu thay thế trong sản xuất xi măng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ 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 và Công Nghệ Sinh Học của trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP.Hồ Chí Minh đã tận tình giảng dạy, truyền đạt những kiến thức, kinh nghiệm quý báo cho em trong thời gian học tập tại trường để em có một nền tảng có thể hoàn thành tốt khóa luận tốt nghiệp hôm nay. Để hoàn thành Đồ án tốt nghiệp này xin giử lời tri ân chân thành đến thầy Lâm Vĩnh Sơn, là người đã tận tình hướng dẫn cho em trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Đồ án này còn nhiều thiếu sót, do kiến thức không nhiều và thời gian còn hạn chế, kính mong được sự góp ý của quý Thầy, Cô, cùng bạn đọc chỉ dẫn thêm để Đồ án được hoàn thiện hơn. Xin trân trọng giử lời cám ơn tới gia đình, bạn bè những người luôn giúp đỡ và góp ý kiến giúp em trong quá trình thực hiện Đồ án tốt nghiệp. Cuối cùng, em xin chúc toàn thể các Thầy, Cô, gia đình và bạn bè sức khỏe, thành công và hạnh phúc. . TP.HCM, tháng 03 năm 2013 (Sinh viên thực hiện) 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 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 methane clathrates. Về tổng quát chúng được hình thành từ các phần còn lại của thực vật và động vật bị hóa thạch. khi chịu áp suất và nhiệt độ bên trong vỏ Trái Đất hàng triệu năm. Học thuyết phát sinh sinh vật được Georg Agricola đưa ra đầu tiên vào năm 1556 và sau đó là Mikhail Lomonosov vào thế kỷ 18. Cơ quan thông tin năng lượng Hoa Kỳ (EIA) ước tính năm 2006 rằng nguồn năng lượng nguyên thủy bao gồm 36,8% dầu mỏ, than 26,6%, khí thiên nhiên 22,9%, chiếm 86% nhiên liệu nguyên thủy sản xuất trên thế giới. Các nguồn nhiên liệu không hóa thạch bao gồm thủy điện 6,3%, năng lượng hạt nhân 6,0%, và năng lượng địa nhiệt, năng lượng mặt trời, năng lượng gió, nhiên liệu gỗ, tái chế chất thải chiếm 0,9%.Tiêu thụ năng lượng trên thế giới tăng mỗi năm khoảng 2,3%. Than là loại nhiên liệu được sử dụng phổ biến trong các lò gạch công nghiệp. Than hay các loại nhiên liệu rắn khác có những đặc tính cần thiết để có thể phân biệt thành các loại than tốt, than xấu, than dễ cháy, khó cháy, có 1 ĐỐ ÁN TỐT NGHIỆP nhiệt lượng cao, nhiệt lượng thấp v.v. Để có thể hiểu được đặc điểm của than ta có các đặc tính sau Thành phần hoá học của than: Trong than, các nguyên tố cấu thành bao gồm các thành phần sau: Cacbon. Cacbon là thành phần cháy chủ yếu trong nhiên liệu rắn, nhiệt lượng phát ra khi cháy của 1 kg cacbon gọi là nhiệt trị của cacbon, khoảng 34.150 kj/kg. Vì vậy lượng cacbon trong nhiên liệu càng nhiều thì nhiệt trị của nhiên liệu càng cao. Tuổi hình thành nhiên liệu càng già thì thành phần cacbon càng cao, song khi ấy độ liên kết của than càng lớn nên than càng khó cháy Hyđrô. Hydro là thành phần cháy quan trọng của nhiên liệu rắn, khi cháy toả ra nhiệt lượng 144.500 kj/kg. Nhưng lượng hyđrô có trong thiên nhiên rất ít. Trong nhiên liệu lỏng hyđrô có nhiều hơn trong nhiên liệu rắn. Các nhiên liệu hóa thạch là tài nguyên không tái tạo bởi vì trái đất mất 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. 2 ĐỐ ÁN TỐT NGHIỆP  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 những tác động quan trọng đến nước, môi trường sống và các loài. Cụ thể, các đập nước và các đường truyền tải cũng tác động đáng kể đến nước và đa dạng sinh học. Về thuật ngữ kinh tế, ô nhiễm từ nhiên liệu hóa thạch được xem là một yếu tố bên ngoài tiêu cực. Thuế là cách áp dụng một chiều để thực hiện chi phí xã hội một cách rõ ràng hay nói cách khác là chi phí ô nhiễm. Mục đích này làm cho giá nhiên liệu tăng cao để làm giảm nhu cầu sử dụng tức giảm lượng chất gây ô nhiễm và đồng thời tăng quỹ để phục hồi môi trường. 1.1.2. Hiện trạng phát thải CO 2 và tác hại của sự phát thải này . Trong khoảng vài chục năm gần đây, biến đổi khí hậu đã ảnh hưởng nghiêm trọng đến mọi quốc gia, gây ra những hậu quả nặng nề. Nguyên nhân của hiện tượng này là gì. Chúng ta sẽ tìm hiểu vấn đề xung quanh hiện tượng biến đổi khí hậu, mà trước hết là một số khái niệm: Sự ấm lên toàn cầu và 3 ĐỐ ÁN TỐT NGHIỆP phát thải khí CO 2 . Các nhà khoa học phân tích những nguyên nhân làm tăng CO 2 trong khí quyển như sau:  Chu trình cacbon Các nhà khoa học tính toán rằng, khoảng 4,5 tỷ năm trước đây, khi trái đất bắt đầu hình thành, CO 2 có thể chiếm đến 80% trong khí quyển. Nhưng cách 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 + H2 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 + H2 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 ra khỏi khí quyển hàng năm được cân bằng với lượng CO 2 sinh ra do thở và do phân hủy. Nhờ cơ chế này mà môi trường được ổn định Khi cây cối chết, chúng thải CO 2 ra, đó là quá trình bình thường của chu trình cacbon. Nhưng khi cây cối bị đốn chặt để làm chất đốt thì CO2 thải ra không khí nhiều hơn, vì thế tốc độ thải CO 2 càng gia tăng khi con người gia tăng việc đốn hạ cây xanh làm chất đốt. Nếu cây cối bị đốn hạ để làm vật liệu xây dựng, nhà cửa... mà không đốt thì CO 2 không phát thải nhiều, nhưng do thiếu cây xanh nên sự hấp thụ CO 2 trong không khí giảm đi và lượng CO 2 tăng lên. Theo thống kê của Liên hợp quốc, việc phá rừng mạnh trong 2 thập kỷ 80 và 90 (thế kỷ XX) đã làm cho lượng CO 2 trong không khí tăng lên, đồng thời lượng oxy trong không khí giảm đi rõ rệt. 4 ĐỐ ÁN TỐT NGHIỆP  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. C12 có 6 nơtron và 6 proton, là đồng vị cacbon bền vững nhất, còn C-13 có 7 nơtron, C-14 có 8 nơtron. Khi đo tỷ lệ đồng vị cacbon trong CO 2 có thể xác định được nguồn gốc của nó. Qua theo dõi, người ta biết được việc dùng xăng dầu, đốt than cho các nhà máy hoạt động phát thải nhiều khí CO 2 nhất hiện nay.  CO 2 và hiệu ứng nhà kính Hiệu ứng nhà kính do Jean Baptiste Joseph Fourier (người Pháp) lần đầu tiên đặt tên. Khái niệm này dùng để chỉ hiệu ứng xảy ra khi năng lượng bức xạ của tia nắng mặt trời xuyên qua cửa sổ (hoặc mái nhà bằng kính) một cách dễ dàng nhưng khi các vật thể trong nhà do hấp thụ bức xạ mặt trời nóng lên thì lại sản xuất ra tia hồng ngoại (mà tia hồng ngoại lại khó xuyên qua kính để ra ngoài). Vì vậy, nhiệt như bị “nhốt” lại ở phía trong khiến cho nhà bị nóng lên. Các bức xạ của mặt trời đi qua lớp khí quyển đến mặt đất cũng tương tự như vậy. Các bước sóng ngắn xuyên qua khí quyển tương đối dễ dàng đi xuống mặt đất làm nóng những vật thể hấp thụ ánh sáng mặt trời trên mặt đất. 5 ĐỐ ÁN TỐT NGHIỆP Khi nóng lên, các vật thể này lại bức xạ nhưng vì nhiệt độ thấp nên bước sóng của các tia bức xạ này dài, vào cỡ tia hồng ngoại. Khi bức xạ hồng ngoại đi vào khí quyển, nếu trong khí quyển có CO2 thì các phân tử CO 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 CO2 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 mẻ của nước ta, lượng chất thải cũng liên tục gia tăng, tạo sức ép rất lớn đối với công tác bảo vệ môi trường. Lượng phát thải lớn, là nguy cơ gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Hơn nữa, sự phát sinh chất thải nguy hại ở Việt Nam rất đa dạng về nguồn cũng như chủng loại trong khi công tác phân loại tại nguồn còn kém càng dẫn đến khó khăn cho công tác quản lý và xử lý. Trước sự gia tăng nhanh chóng của chất thải nguy hại, công tác quản lý, xử lý hiện nay chưa đáp ứng được yêu cầu về bảo vệ môi trường. Thực tế cho thấy, việc quản lý và xử lý chất thải không an toàn, đặc biệt là các loại chất thải 6 ĐỐ ÁN TỐT NGHIỆP nguy hại, đã để lại những hậu quả nặng nề về môi trường, gây ảnh hưởng tiêu cực đến sức khỏe cộng đồng như các điểm tồn lưu hóa chất, thuốc bảo vệ thực vật, các bãi rác không hợp vệ sinh, các bãi đổ chất thải của các nhà máy sản xuất .Vì vậy, quản lý và xử lý an toàn chất thải, đặc biệt là chất thải nguy hại nhằm giảm thiểu nguy cơ ô nhiễm môi trường và hạn chế các tác động xấu tới sức khỏe con người là một trong những vấn đề cấp bách trong công tác bảo vệ môi trường ở nước ta trong giai đoạn hiện nay. Với tốc độ phát triển kinh tế mạnh và nền công nghiệp là chủ đạo để phục vụ cho quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước thì chắc chắn quá trình hoạt động sản xuất công nghiệp sẽ tạo ra chất thải và việc quản lý chất thải đặc biệt là chất thải nguy hại. Chất thải có thể là dầu cặn, sơn thải, thuốc bảo vệ thực vật hết hạn, hóa chất thải,... hoặc vật liệu bị ô nhiễm từ quá trình sản xuất. Nó cũng có thể là các sản phẩm hết hạn hoặc các sản phẩm lỗi, vật liệu thừa sau khi kết thúc một đợt sản xuất. Dù ở dạng lỏng, rắn hoặc khí thì việc xử lý chất thải có trách nhiệm luôn là điều cần thiết. Vì vậy chúng ta phải có biện pháp quản lý chất thải để giảm thiểu tới mức thấp nhất có thể đến môi trường sống của chúng ta. Tháp quản lý chất thải mong muốn. Đây là một cách xếp loại các biện pháp xử lý chất thải rắn nói chung và xử 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. 7 ĐỐ ÁN TỐT NGHIỆP 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 8 ĐỐ ÁN TỐT NGHIỆP 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 làm giảm tiêu thụ, và nhờ đó giúp bảo tồn các nguồn nguyên liệu thô thiên nhiên. Biện pháp này giúp giảm thiểu mức năng lượng sử dụng và tránh được các nguy cơ ô nhiễm đất và nguốn nước ngầm vì chôn lấp. Các công ty có thể gia tăng uy tín thông qua việc sử dụng tài nguyên hiệu quả, cộng đồng có được công ăn việc làm trong ngành công nghiệp tái chế và môi trường bớt ô nhiễm. Nhưng đối với chất thải nguy hại như Thuốc bảo vệ thực vật, sơn thải ,dầu thải, bùn thải từ hệ thống xử lý nước….v v.. Nếu quy trình tái chế hoặc tái sử dụng không đúng cách thì có thể gây ảnh hưởng xấu tới môi trường . Cấp độ 4: Đồng Xử lý: là cấp độ nằm ở giữa tháp quản lý chất thải. Ở cấp độ này chất thải sẽ được tận dụng làm nguyên liệu hoặc có thể là nhiên liệu cho một ngày khác chứ không phát thải ra môi trường . Cấp độ 5: Thiêu Hủy: là biện pháp dùng nhiệt để thiêu hủy chất thải nói chung và chất thải nguy hại nói riêng. Phương pháp này đòi hỏi trình độ kỹ thuật cao vì phải dùng nhiệt đô rất cao và quy trình xử lý khí thải triệt để .Nếu thời gian các chất thải lưu trong lò đó không đủ lâu và nhiệt độ không đủ cao để phân hủy các hợp chất dioxin thì các hợp chất này sẽ phát thải gây ô nhiễm môi trường đồng thời phần tro còn lại nếu không được xử lý triệt để thì cũng gây ô nhiễm môi trường như thường . Cấp độ 6: Xử lý hóa học và Vật Lý: là phương pháp dùng tác nhân vật lý hay hóa học chuyển chất thải từ dạng có thể gây hại cho môi trường về dạng ít hoặc không gây hại cho môi trường .Ví dụ như Bê tông hóa các chất thải nhiễm kim loại …. 9 ĐỐ ÁN TỐT NGHIỆP Cấp độ 7: Chôn lấp: Biện pháp chôn lấp xếp cuối cùng, tuy nhiên đây lại là biện pháp rất phổ biến. Có gì không ổn ở đây. Khi chôn lấp, chất thải không bị tiêu hủy, quá trình phân hủy tạo ra khí mê tan (CH4 ), khí gây hiệu 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 1.450o 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. 10 ĐỐ ÁN TỐT NGHIỆP 1.2. Tính cấp bách của đề tài. Làm thế nào để giảm chi phí về năng lượng trong quá trình sản xuất Xi Măng, giảm tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch, giảm phát thải khí CO 2 và xử lý được chất thải công nghiệp. Một giải pháp cho 4 vấn đề trên đó cũng chính là tính cấp bách của đề tài nghiên cứu này . 1.3. Mục tiêu và phạm vi đề tài . Mục tiêu của đề tài nghiên cứu này là tìm nghiệm số thích hợp cho việc tái sử dụng chất thải làm nhiên liệu thay thế than trong quá trình nung luyện xi măng. Phạm vi của đề tài nghiên cứu là so sánh nhiệt lượng của chất thải với Than và đảm bảo việc sử dụng nguồn nhiên liệu thay thế than từ chất thải công nghiệp không ảnh hưởng đến chất lượng Xi Măng chứ không thiết kế lò nung Xi măng mới. 1.4. Phương pháp nghiên cứu . 1.4.1. Phương pháp luận . Nguồn nhiên liệu hóa thạch ngày một cạn kiệt, việc sử dụng không kiễm soát nguồn nguyên liệu này sẽ gây tác hại đến môi trường sinh thái và ảnh hưởng đến nguồn năng lượng cho thế hệ tương lai . Chất thải công nghiệp đặc biệt là chất thải nguy hại đang là một gánh nặng cho môi trường nếu chúng ta không có biện pháp kiễm soát và xử lý tốt . Lò nung xi măng có môi trường kiềm cao, nhiệt độ rất cao (14500C), kín và thời gian lưu cháy trong lò là rất lâu nên có thể phân hủy hoàn toàn các chất hữu cơ khó phân hủy . Các loại chất thải công nghiệp một số có giá trị nhiệt lượng cao vì vậy chúng ta có thể tái sử dụng chúng làm nhiên liệu thay thế than trong sản xuất xi măng. 11 ĐỐ ÁN TỐT NGHIỆP 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 . 12 ĐỐ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VÀ QUY TRÌNH SẢN XUẤT XI MĂNG 2.1. Lịch sử của thuật ngữ Xi Măng . Xi măng (từ tiếng Pháp: ciment) là chất kết dính thủy lực được tạo thành bằng cách nghiền mịn clinker, thạch cao thiên nhiên và phụ gia. Khi tiếp xúc với nước thì xảy ra các phản ứng thủy hóa và tạo thành một dạng hồ gọi là hồ xi măng. Tiếp đó, do sự hình thành của các sản phẩm thủy hóa, hồ xi măng bắt đầu quá trình ninh kết sau đó là quá trình hóa cứng để cuối cùng nhận được một dạng vật liệu có cường độ và độ ổn định nhất định. Vì tính chất kết dính khi tác dụng với nước, xi măng được xếp vào loại chất kết dính thủy lực. Thật ra xi măng trong xây dựng có thể là thủy lực hoặc không thủy lực. Các loại xi măng thủy lực tỉ như xi măng Portland cứng lại dưới tác động của nước do quá trình hydrat hóa khoáng vật, ở đây các phản ứng hóa học diễn ra không phụ thuộc vào lượng nước trong hỗn hợp nước-xi măng; loại xi măng này có thể giử được độ cứng khi đặt chìm trong nước hoặc thường xuyên tiếp xúc với nước. Phản ứng hóa học xảy ra khi các xi măng khan được trộn với nước và sinh ra các hydrat không tan trong nước. Trong khi đó các xi mang không thủy lực như vữa thạch cao buộc phải để khô mới giữ được độ bền vật lý. Đá xi măng là sản phẩm của quá trình thủy hóa xi măng đã đạt tới một cường độ nhất định. Công dụng quan trọng nhất của xi măng chính là sản xuất vữa và bê tông, chất kết dính của các kết tủa tự nhiên hoặc nhân tạo để hình thành nên vật liệu xây dựng vững chắc, chịu được tác động thường thấy của môi trường. Ở đây, không nên lầm lẫn bê tông với xi măng, vì xi măng là vật liệu được dùng để kết dính các vật liệu kết tập của xi măng, còn bê tông là sản phẩm của việc trộn xi măng với các vật liệu kết tập đó. 13 ĐỐ ÁN TỐT NGHIỆP 2.2. Hiện trạng ngành công nghiệp Việt Nam xi măng thời gian gần đây. 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 vực 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. 14 ĐỐ ÁN TỐT NGHIỆP Tuy nhiên sản lượng xi măng sản xuất trong những năm qua không đáp ứng được nhu cầu tiêu thụ trong nước: Trong những năm qua ngành xi măng đóng góp một phần không nhỏ vào tốc độ tăng trưởng kinh tế Việt Nam, trung bình từ 10% - 12% GDP. Vì thế Chính phủ xác định Xi măng là ngành phát triển chiến lược nhằm hỗ trợ phát triển kinh tế.  Các loại sản phẩm chính: Hiện nay trên sản phẩm xi măng trên thị trường có nhiều loại, tuy nhiên thông dụng trên thị trường Việt Nam gồm hai loại sản phẩm chính: Xi măng Portland chỉ gồm thành phần chính là clinker và phụ gia thạch cao. Ví dụ: PC 30, PC 40, PC 50. Xi măng Portland hỗn hợp vẫn với thành phần chính là clinker và thạch cao, ngoài ra còn một số thành phần phụ gia khác như đá pudôlan, xỉ lò. Ở thị trường các loại xi măng này có tên gọi như PCB 30, PCB 40  Thực trạng hoạt động của ngành công nghiệp xi măng Năng lực sản xuất và các yếu tổ ảnh hưởng tới sản xuất của doanh nghiệp trong ngành. Trong những năm gần đây, một số nhà máy sản xuất xi măng lớn tập trung nhiều vào thị trường trong nước do thị trường này đang tăng trưởng mạnh mẽ. Ngành công nghiệp xi măng Việt Nam hiện nay đã có khoảng 14 nhà máy xi măng lò quay với tổng công suất thiết kế là 21,5 triệu tấn/năm, 55 cơ sở xi măng lò đứng, lò quay chuyển đổi tổng công suất thiết kế 6 triệu tấn/năm, khoảng 18 triệu tấn xi măng được sản xuất từ nguồn clinker trong nước (ứng với 14,41 triệu tấn clinker). Hầu hết các nhà máy sản xuất xi măng sử dụng phương pháp kỹ thuật khô, ngoại trừ những nhà máy có lò trộn xi măng đứng với thiết bị và kỹ thuật lạc hậu, thì những nhà máy còn lại có năng suất trộn xi măng từ 1,4 triệu đến 2,3 15 ĐỐ ÁN TỐT NGHIỆP 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: 16 ĐỐ ÁN TỐT NGHIỆP Hiện nay trên thị trường giá bán xi măng của các doanh nghiệp Miền Bắc thường thấp hơn giá bán xi măng của các doanh nghiệp Miền Nam khoảng 250.000 đồng/ tấn tùy từng loại dao động xung quanh mức chênh lệch này. (tính đến cuối tháng 4 đầu tháng 5/2010). Tại sao có mức khác biệt này: như đã nêu ở trên, các doanh nghiệp phân bố không đều giữa các miền, giá đầu vào của nguyên vật liệu, cước phí vận chuyển, tổng nhu cầu xi măng tại miền Nam chiếm tới 40% tổng nhu cầu trong khi các doanh nghiệp miền Nam chỉ đáp ứng được 50% tổng nhu cầu đó. Ngoài ra do xi măng là ngành có vị trí quan trọng trong nền kinh tế nên Chính phủ vẫn nắm quyền kiểm soát giá cả, giá cả bị chặn đầu ra – nhưng giá nguyên liệu đầu vào không ngừng xu thế tăng lên. Đó là khó khăn rất lớn cho doanh nghiệp sản xuất trong ngành. Thị phần tiêu thụ lớn nhất thuộc về Tổng công ty Xi măng Việt Nam chiếm khoảng 40% toàn thị trường – Thị phần tiêu thụ xi măng trong 04 tháng đầu năm 2010 con số này là 41,1% . Các doanh nghiệp lớn trong ngành đều thuộc tổng công ty xi măng Việt Nam như: Hà Tiên1, 2, Xi măng Hoàng Thạch, Xi măng Hải Phòng….hơn 33 đơn vị gồm công ty con, công ty cổ phần - tổng công ty nắm quyền chi phối, công ty liên doanh liên kết. Thị phần của các doanh nghiệp xi măng nhỏ chiếm 31% toàn thị trường 04 tháng đầu năm 2010 con số này là 28,9% do vốn nhỏ, khả năng cạnh tranh kém. Ngành xi măng và các ngành nguyên vật liệu xây dựng khác sẽ hưởng lợi từ sự phát triển của lĩnh vực xây dựng, bất động sản và cơ sở hạ tầng. Triển vọng tăng trưởng hàng năm của nhu cầu xi măng trong giai đoạn 2011 -2016 vào khoảng 9%/năm và giai đoạn 2016 -2020 là 4,5%/năm. Nhu cầu xi măng được ước lượng sẽ đạt 76 triệu tấn vào năm 2015, hơn gấp 2 lần nhu cầu năm 2007 đã đạt mức 35,8 triệu tấn 17