làm giàu tro bay than bằng ozone

làm giàu tro bay than bằng ozone: Tổng quan

Việc làm giàu tro bay than (CFA) sử dụng ozone đại diện cho một phương pháp xử lý oxy hóa tiên tiến nhằm nâng cao tính chất của vật liệu cho các ứng dụng có giá trị cao hơn. chủ yếu, quá trình này tập trung vào việc loại bỏ carbon không cháy hết (mất mát khi đánh lửa, LỢI), đó là trở ngại lớn cho việc sử dụng CFA trong vật liệu xây dựng như bê tông. ôzôn (O₃), chất oxy hóa mạnh, phản ứng có chọn lọc và phân hủy các hạt cacbon dư trên bề mặt tro mà không làm thay đổi đáng kể các pha khoáng trơ. Phương pháp điều trị này cải thiện hoạt động của pozzolanic, giảm nhu cầu phụ gia tạo khí trong bê tông, và tăng độ trắng của tro, làm cho nó phù hợp cho các ứng dụng nhạy cảm hơn. Bài viết này phác thảo cơ chế quá trình, trình bày dữ liệu so sánh, thảo luận về một nghiên cứu trường hợp thực tế, và giải quyết các câu hỏi phổ biến liên quan đến công nghệ này.

Cơ chế xử lý và lợi thế so sánh

Trong quá trình đốt than, một phần carbon có thể không cháy hoàn toàn, còn lại trong tro bay dưới dạng hạt xốp. LOI cao ảnh hưởng tiêu cực đến hiệu suất của bê tông bằng cách hấp phụ các phụ gia hóa học và nước. Quá trình làm giàu ozone thường hoạt động ở nhiệt độ môi trường xung quanh hoặc tăng nhẹ. Phản ứng khí-rắn liên quan đến việc khuếch tán ozone vào cấu trúc carbon xốp, oxy hóa nó thành CO và CO₂.

Ưu điểm chính so với các phương pháp truyền thống (như tách nhiệt hoặc tĩnh điện) là tính chọn lọc và tiêu thụ năng lượng thấp hơn. Đốt nhiệt có thể thiêu kết các hạt tro, giảm khả năng phản ứng, trong khi việc tách tĩnh điện có những hạn chế về hiệu quả với các hạt mịn.

bàn 1: So sánh các phương pháp tận dụng tro bay
| Phương pháp | nguyên tắc | Lợi thế chính | Hạn chế chính | Giảm LOI điển hình |
| :--- | :--- | :--- | :--- | :--- |
| Xử lý bằng Ozon | Oxy hóa hóa học cacbon bằng O₃ | Tính chọn lọc cao; bảo tồn khả năng phản ứng của tro; điều kiện môi trường xung quanh | Chi phí tạo ra ozone; động học phản ứng | từ 5-8% ĐẾN <1-2% |
| Xử lý nhiệt | Đốt cháy carbon trong không khí ở nhiệt độ ~500-800°C | Hiệu quả loại bỏ carbon cao | Có thể làm giảm hoạt động của pozzolan; sử dụng năng lượng cao | Có thể đạt được <0.5% |
| Tách tĩnh điện| Tính phí chênh lệch của carbon/khoáng chất | Quá trình khô; không có hóa chất | Hiệu quả thấp hơn đối với tro rất mịn; nhạy cảm với độ ẩm | Biến, thường một phần |

Nghiên cứu trường hợp ứng dụng trong thế giới thực

Việc triển khai đáng chú ý của công nghệ này đã được chứng minh thông qua dự án hợp tác giữa các nhà nghiên cứu tại Trung tâm Nghiên cứu Năng lượng Ứng dụng của Đại học Kentucky. (NGÃ) và các đối tác công nghiệp vào đầu những năm 2000. Họ đã phát triển và thử nghiệm hệ thống dòng chảy liên tục quy mô thí điểm để tạo tro bay bằng ozon.

• Bối cảnh: Một nhà máy điện đang sản xuất tro bay với LOI thay đổi (từ 5% ĐẾN 8%), vượt quá giới hạn thông số kỹ thuật ASTM C618 đối với pozzolan Loại F (6% tối đa cho một số ứng dụng). Điều này khiến một phần đáng kể tro không thể bán được cho ngành bê tông..
• Quá trình: Hệ thống thí điểm bao gồm một lò phản ứng tầng sôi nơi tro bay được tiếp xúc với dòng không khí ozone (~3-5% O₃ theo trọng lượng). Thời gian cư trú được tối ưu hóa thành vài phút.
• Kết quả: Việc điều trị liên tục làm giảm LOI xuống dưới 2%. Các thử nghiệm bê tông với tro ozon hóa cho thấy nhu cầu phụ gia tạo khí đã bình thường hóa và cường độ nén được cải thiện so với hỗn hợp có tro carbon cao chưa được xử lý. Quá trình này được chứng minh là khả thi về mặt kỹ thuật để nâng cấp tro không đạt tiêu chuẩn thành sản phẩm cao cấp.
• kết quả: Trong khi thành công về mặt kỹ thuật, Khả năng tồn tại kinh tế toàn diện bị thách thức bởi vốn và chi phí vận hành của việc tạo ozone tại chỗ so với giá thị trường của tro bay vào thời điểm đó. Vụ việc vẫn là một bằng chứng xác thực về khái niệm, nhấn mạnh rằng tính khả thi về kinh tế gắn chặt với nhu cầu và quy định của thị trường khu vực.

Câu hỏi thường gặp (Câu hỏi thường gặp)

1. Liệu quá trình ozon hóa có ảnh hưởng đến các tính chất quan trọng khác của tro bay ngoài hàm lượng cacbon không??
   Nghiên cứu chỉ ra rằng hoạt động của ozone chủ yếu có tính chọn lọc đối với quá trình oxy hóa carbon. Các quả cầu silicat và aluminosilicate thủy tinh chịu trách nhiệm cho hoạt động của pozzolanic phần lớn vẫn còn nguyên vẹn. Trong thực tế, bằng cách loại bỏ lớp phủ carbon ngăn cản sự tương tác của nước, các Hiệu quả khả năng phản ứng của puzolan thường tăng. Thành phần nguyên tố chính (Và, Al, Fe) không thay đổi.

2. Rào cản kinh tế chính đối với việc áp dụng rộng rãi công nghệ này là gì?
   Rào cản chính là khả năng cạnh tranh về chi phí. Tạo ra ozone đòi hỏi năng lượng điện đáng kể (~10-20 kWh/kg O₃). Đối với khối lượng lớn, các mặt hàng có lợi nhuận thấp như tro bay dùng trong bê tông, chi phí vận hành này phải được chứng minh bằng mức giá cao hơn đáng kể cho tro được hưởng lợi hoặc chi phí tránh được từ phí chôn lấp. Khả năng tồn tại về mặt kinh tế được cải thiện khi chi phí xử lý tro có hàm lượng carbon cao cao hoặc thị trường có nhu cầu tro có LỢI ÍT rất thấp.

3. Xử lý bằng ozone có thể loại bỏ các chất ô nhiễm khác từ tro bay, chẳng hạn như thủy ngân?
   Một số nghiên cứu đã cho thấy lợi ích thứ cấp. Thủy ngân bị oxy hóa (Hg²⁺) các chất được hấp phụ trên tro bay dễ hòa tan hơn và có khả năng dễ dàng bị rửa trôi qua bước lọc tiếp theo hơn so với thủy ngân nguyên tố (Hg⁰). Mặc dù không phải chức năng chính của nó, Xử lý bằng ozone có khả năng góp phần vào chiến lược kiểm soát đa chất ô nhiễm bằng cách ổn định hoặc biến đổi các loại kim loại vi lượng.

4. Có nguy cơ tạo ra các sản phẩm phụ có hại trong quá trình ozon hóa không?
   Sản phẩm phản ứng chính là khí CO và CO₂ từ quá trình oxy hóa cacbon. Trong các điều kiện được kiểm soát điển hình cho ứng dụng này (phản ứng khí-rắn khô), có rất ít bằng chứng cho thấy sự hình thành các sản phẩm phụ nguy hiểm được quản lý như dioxin (đòi hỏi nguồn clo và chế độ nhiệt độ cụ thể). Khí thải của quá trình chủ yếu bao gồm oxy/ozone đã cạn kiệt và CO/CO₂.

5. Tro bay được ozon hóa hoạt động như thế nào trong quá trình tổng hợp geopolymer so với tro chưa được xử lý?
   Đối với geopolyme—chất kết dính thay thế được kích hoạt bằng dung dịch kiềm—hàm lượng carbon cao cũng có thể gây trở ngại bằng cách hấp thụ các chất kích hoạt kiềm và phá vỡ sự hình thành cấu trúc vi mô. Nghiên cứu ở giai đoạn đầu cho thấy tro bay carbon thấp được ozon hóa thể hiện khả năng phản ứng ổn định hơn và cho phép kiểm soát tốt hơn thời gian đông kết geopolymer và các tính chất cơ học do tính chất hóa học bề mặt đồng đều hơn.

Tóm lại, Làm giàu bằng ozone là một phương pháp đã được xác nhận về mặt khoa học để tinh chỉnh chất lượng tro bay than thông qua quá trình khử cacbon có chọn lọc. Việc triển khai thương mại của nó xoay quanh việc tối ưu hóa hiệu quả năng lượng trong bối cảnh kinh tế địa phương cụ thể xung quanh việc sử dụng chất thải sản xuất điện