07/02/2020
Thời hạn xóa bỏ hoàn toàn các lò vôi thủ công vào năm 2020 theo yêu cầu của Chính phủ trong Quyết định số 1469/QĐ-TTg ngày 22/8/2014 sắp đến [1]. Mặc dù các địa phương và doanh nghiệ (DN) sản xuất vôi đang gấp rút triển khai nhưng khó đạt được kết quả như mong muốn. Bởi vậy, việc triển khai đầu tư công nghệ sản xuất vôi công nghiệp và sản xuất CO2 lỏng từ nguồn khí thải các lò vôi công nghiệp chắc chắn sẽ là một giải pháp hữu hiệu mang lại lợi ích cho DN, góp phần BVMT.
Khái quát về công nghệ sản xuất vôi công nghiệp
Có thể khẳng định, một trong các giải pháp hữu hiệu nhằm xóa bỏ lò vôi thủ công là phải gấp rút hỗ trợ các DN sản xuất vôi tiếp cận và làm chủ công nghệ sản xuất vôi công nghiệp. Dưới đây là mô tả khái quát về công nghệ sản xuất vôi công nghiệp đã được triển khai tại tỉnh Hà Nam[5] và tỉnh Thái Nguyên [6].
- Công đoạn xử lý đá vôi: Đá vôi từ các mỏ đá được vận chuyển về, sau đó qua băng tải đến máy làm sạch có vòi phun nước cao áp (áp lực 30 ÷ 45 kg/cm2) để rửa sạch đất bám dính. Sau đập nghiền, đá vôi được qua máy sàng rung phân loại, đá vôi kích thước đạt tiêu chuẩn (<10 mm) sẽ được vận chuyển đến Silô vận hành chuẩn bị cho công đoạn nung vôi.
- Công đoạn nung vôi: Quá trình nung vôi được thực hiện tại lò đứng (loại Parallel Plow Regennerative EOD Kilns ofer) kích thước ф4,0×60m, công suất là 600 tấn/ngày. Lò đứng loại này bao gồm các thiết bị sau: Thiết bị trao đổi nhiệt (hệ thống tiền gia nhiệt); Thiết bị làm nguội (kiểu Grate loại tấm cố định): Hệ thống điện điều khiển vận hành lò bằng chương trình PLC và quy trình vận hành bằng bộ biến tần; Các thiết bị cảm biến Sensors giám sát tốc độ vòng quay, nhiệt độ, động cơ điện, dầu mỡ bôi trơn trong quá trình vận hành, độ ổn định của thân vỏ lò… Quá trình nung vôi diễn ra trong lò qua 3 vùng (vùng sấy sơ bộ; vùng nung; vùng làm nguội).
- Công đoạn nghiền và đóng bao sản phẩm: Vôi sau khi nung được băng tải vận chuyển tới máy nghiền và qua máy sàng để tạo sản phẩm là vôi hoạt tính (cỡ hạt >5 mm) cung cấp theo nhu cầu của khách hàng.
- Công đoạn xử lý khí bụi thải phát sinh trong quá trình nung vôi: Khí bụi thải được xử lý bằng thiết bị lọc bụi túi vải. Đây là thiết bị được sử dụng rất phổ biến cho các loại bụi mịn, khô khó tách khỏi không khí nhờ lực quán tính và ly tâm. Luồng không khí có bụi sẽ được thổi qua các túi vải mịn, túi vải sẽ ngăn các hạt bụi lại và chỉ để không khí đi qua... Sau khi lọc, không khí được hút bằng quạt gió lên ống khói thoát ra môi trường. Mặc dù đã được xử lý qua hệ thống xử lý khí bụi thải, nhưng khí tại miệng ống khói thải lò vôi vẫn còn một số lượng lớn khi CO2 cần được thu hồi và xử lý để sản xuất CO2 lỏng.
Nhu cầu sử dụng CO2 dạng khí, lỏng và rắn
Khí CO2 (điôxít cacbon) là khí hợp chất (gồm 1 nguyên tử các bon và 2 nguyên tử ôxy) tồn tại trong khí quyển, trong các núi lửa và trong khí thải công nghiệp.
Các nghiên cứu về khoa học khí hậu và hệ thống quan trắc khí hậu toàn cẩu (GCOS) đã chỉ ra rằng, hoạt động của các ngành công nghiệp và hoạt động của con người đã phát thải ra nhiều loại khí thải nhà kính (CO2, CH4, N20, PFCs, SF6…). Vì thế, mục tiêu và nhiệm vụ các quốc gia trên thế giới luôn đặt lên hàng đầu trong các diễn đàn “Hội nghị về chống BĐKH trên phạm vi toàn cầu (gọi tắt COP)” là giảm tối đa lượng phát thải các loại khí nhà kính [2], trong đó chú trọng thu hồi và sử dụng khí CO2 để sản xuất CO2 lỏng và rắn cho nhu cầu công nghiệp và dân sinh. Vì CO2 dạng khí, lỏng và rắn có những ứng dụng cho các mục đích sau đây [5]:
- Khí CO2 cần cho thực vật để quang hợp và kích thích sự tăng trưởng, tiêu diệt sâu hại (rầy trắng, nhện);
- Trong công nghiệp chế biến thực phẩm: Khí CO2 dùng để tạo khí (gas) cho các loại đồ uống và bột nở để sản xuất các loại bánh nướng; CO2 lỏng hoặc CO2 rắn (đá khô) làm lạnh (ở nhiệt độ -79°C) để bảo quản, lưu trữ và vận chuyển các loại kem và các thực phẩm đông lạnh…;
- Khí CO2 được sử dụng làm khí điều áp, áo phao cứu hộ, súng hơi, hộp sơn xịt, bơm lốp xe…; CO2 lỏng đã nén dùng để dập lửa; Sử dụng cho hàn hơi và dùng trong các giếng khoan dầu mỏ;
- Trong y học: Với 5% CO2 lỏng thêm vào ôxy nguyên chất để trợ thở và để ổn định cân bằng O2/CO2 trong máu; Dùng trong dược phẩm và một số ngành chế biến hóa chất khác;
- CO2 rắn (đá khô dạng viên - pellet) được sử dụng cho các ngành công nghiệp (thực phẩm, sản xuất giấy, điện, in ấn, lắp ráp ô tô, sản xuất phụ tùng ô tô, xà phòng, cảng biển, hàng không…); Các viên đá khô được bắn vào bề mặt để làm sạch dầu mỡ, sơn, cặn bẩn, vệ sinh turbin máy phát điện…;
- CO2 rắn (đá khô dạng khối - block) sử dụng làm lạnh thực phẩm, ướp lạnh kem, rau củ quả và các mặt hàng thủy hải sản, giữ cho thực phẩm tươi ngon và bảo quản lâu; Bảo quản vacxin, máu, mẫu sinh học, lưu trữ mô, tế bào sống, lưu trữ mô (nội tạng, bộ phận cơ thể) và dùng để bảo quản thi thể, xác ướp; Tạo hiệu ứng sương mù trong lễ hội và tiệc cưới…
Do nhu cầu CO2 lỏng và rắn được sử dụng rộng rãi, nên trong giai đoạn vừa qua Việt Nam phải nhập CO2 lỏng từ Trung Quốc với chi phí vận chuyển cao. Nắm bắt được nhu cầu này, nhiều DN và Nhà máy (khí, điện, đạm và sản xuất vôi)của Việt Nam đã đầu tư hệ thống sản xuất CO2 lỏng từ nguồn khí thải. Nhưng do nhiều nguyên nhân nên các DN sản xuất CO2 lỏng không đáp ứng nhu cầu thị trường (do thiếu vốn, không đảm bảo công suất thiết kế…).
Công nghệ sản xuất CO2 lỏng từ khí thải của các ngành công nghiệp
Để hạn chế lượng khí CO2 từ khí thải của các ngành công nghiệp (nhiệt điện, xi măng, phân đạm, sản xuất vôi công nghiệp, sản xuất cồn và hydro…) nhiều quốc gia trên thế giới đã nghiên cứu thành công và thực hiện có hiệu quả công nghệ sản xuất CO2 lỏng phục vụ cho nhu cầu công nghiệp và dân sinh. Ngoài việc mang lại hiệu quả kinh tế cho các nhà đầu tư, sản xuất CO2 lỏng đã góp phần giảm lượng khí thải CO2 từ các ngành công nghiệp nêu trên. Quy trình công nghệ sản xuất CO2 lỏng gồm 4 bước cơ bản sau [5]: i) Thu hồi khí CO2 từ nguồn thải, làm sạch tới độ tinh khiết (yêu cầu 99,9% CO2); ii) Nén, ngưng tụ và làm lạnh trong các thiết bị chuyên dụng; iii) Bơm CO2 lỏng vào các bể (bồn), kho chứa; iv) Đóng chai hoặc chứa vào xe bồn để vận chuyển đến địa điểm lưu giữ hay cung cấp cho các cở sở có nhu cầu sử dụng CO2 lỏng.
Khái quát công nghệ sản xuất CO2 lỏng từ khí thải lò vôi công nghiệp tại một số DN ở Việt Nam
“Dự án đầu tư Nhà máy sản xuất vôi công nghiệp và thu hồi xử lý khí lò vôi để sản xuất CO2 lỏng tại xã Thanh Sơn, huyện Kim Bảng, tỉnh Hà Nam” (gọi tắt là Dự án) do Công ty TNHH Hoàng Sơn làm Chủ đầu tư [5] có tổng mức đầu tư 212 tỷ đồng bao gồm: i) Dây chuyển sản xuất vôi công nghiệp với công suất 216.000 tấn vôi/năm cho 2 giai đoạn, tổng mức đầu tư 172 tỷ đồng; ii) Dây chuyền sản xuất CO2 lỏng với công suất 15.000 tấn CO2 lỏng/năm, tổng mức đầu tư 40 tỷ đồng.
Dự án đã hoàn thiện lắp đặt và sẽ đưa vào sản xuất từ tháng 12/2019. Dây chuyền sản xuất CO2 lỏng được nêu trong hình 1.
Hình1. Dây chuyền sản xuất CO2 lỏng tại xã Thanh Sơn (Công ty TNHH Hoàng Sơn là Chủ đầu tư)
Sơ đồ công nghệ của Dự án nêu trên bao gồm hệ thống thiết bị của 2 công đoạn sản xuất được mô tả tóm tắt (hình 2) như sau:
- Công đoạn 1 (tách và làm giàu khí CO2): Khói từ miệng ống khói lò vôi được quạt hút vào ống và đẩy vào tháp rửa để loại bỏ các khí gây ăn mòn (như SOx, H2S...) và bụi bẩn; Sau đó chúng được đưa vào tháp hấp thụ khí để làm giàu CO2; Tiếp đến được đưa vào tháp giải phóng CO2 (bằng cách tăng lên nhiệt độ cao để tách khí CO2 cho thoát lên đỉnh tháp); Khí CO2 sau đó đưa qua hệ thống tách ẩm để đạt độ tinh khiết cao (>99,5% CO2), sau đó được làm mát và đưa vào hệ thống hóa lỏng CO2.
- Công đoạn 2 (hóa lỏng để tạo ra sản phẩm CO2 lỏng): Khí CO2 tinh khiết từ hệ thống tách và làm giàu (tại Công đoạn 1) được chứa trong Balong và sau đó đưa qua hệ thống máy nén khí cao áp (áp suất nén từ 17 tới 18 barg) và tiếp tục đưa qua hệ thống khử mùi bằng than hoạt tính, qua cột sấy khô bằng sàn ZEONIT để loại bỏ nước; Cuối cùng khí CO2 sẽ được hóa lỏng trong thiết bị ngưng ở nhiệt độ -30°C tới -32°C.
Sản phẩm CO2 lỏng đạt độ tinh khiết từ 99,95% - 99,98% CO2 sẽ được lưu trữ trong các bồn chứa chuyên dụng ở nhiệt độ -23°C tới -25°C đặt tại kho sản phẩm trong mặt bằng của Dự án. CO2 lỏng từ các bồn chứa này sẽ được chiết nạp vào chai (hình 3) hay bơm vào bồn chứa đặt trên xe chuyên dụng (hình 4) để vận chuyển đến nơi tiêu thụ.
| Bể cấp nước sạch | Ống khói lò vôi |
Hình 2. Sơ đồ công nghệ sản xuất CO2 lỏng từ khí thải lò vôi công nghiệp của Dự án [5]
Hình 3. Các loại bình chứa CO2 lỏng
Hình 4. Bồn chứa và xe bồn chuyên dụng vận chuyển CO2 lỏng đến nơi tiêu thụ
Lợi ích của Dự án sản xuất CO2 lỏng từ khí thải lò vôi
Kết quả phân tích hiệu quả kinh tế - tài chính của Dự án sản xuất CO2 lỏng từ khí thải lò vôi nêu trên [5] cho thấy: i) Dự án có hiệu quả cao và có khả năng hoàn trả được gốc và lãi vay theo đúng khế ước vay trong vòng 4 năm; ii) Hệ số hoàn vốn nội bộ (IRR) trung bình là 17,9 %; iii) Năm sản xuất thứ nhất Dự án đã có lãi 2,45 tỷ đồng, năm thứ hai lãi 3,67 tỷ đồng và tổng lợi nhuận bình quân 10 năm là 6,4 tỷ đồng/năm; iv) Nộp thuế hàng năm trên 3,3 tỷ đồng, thời gian thu hồi vốn đầu tư 5 năm; v)Tạo công ăn việc làm cho hàng trăm lao động trực tiếp của Công ty TNHH Hoàng Sơn và lao động địa phương. Kết quả Dự án sản xuất CO2 lỏng từ khí thải lò vôi nêu trên của Công ty TNHH Hoàng Sơn không chỉ mang lại lợi ích kinh tế tài chính cho các DN tham gia đầu tư, mà còn mang lại những lợi ích thiết thực sau đây:
- Tạo bước đột phá về công nghệ thu hồi và xử lý khí thải từ các lò vôi để sản xuất CO2 lỏng là công nghệ mà các DN sản xuất vôi tại các địa phương rất quan tâm;
- Góp phần đảm bảo mục tiêu mà các DN sản xuất vôi đang phấn đấu thực hiện: “Đến năm 2020 loại bỏ toàn bộ các lò thủ công gián đoạn và thủ công liên hoàn (thủ phạm phát ra khí thải gây ô nhiễm môi trường) trên phạm vi toàn quốc theo chỉ đạo của Chính phủ tại Quyết định số 1469/QĐ-TTg ngày 22/8/2014 và của Bộ Xây dựng tại Quyết định số 507/QĐ-BXD ngày 27/4/2015 [1].
- Góp phần giảm được lượng phát thải khí CO2, BVMT quanh khu vực Nhà máy sản xuất vôi.
Qua các phân tích nêu trên, việc triển khai các dự án đầu tư thu hồi khí lò vôi để sản xuất CO2 lỏng gắn với các Dự án sản xuất lò vôi công nghiệp tại một số địa phương chắc chắn sẽ là một giải pháp hữu hiệu mang lại lợi ích cho DN và góp phần BVMT chống tác động của BĐKH ở Việt Nam và trên toàn thế giới.
TS. Nghiêm Gia
Hội Khoa học Kỹ thuật Đúc Luyện kim Việt Nam
(Nguồn: Bài đăng trên Tạp chí Môi trường, số Chuyên đề Tiếng việt 3/2019)
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Quy hoạch tổng thể phát triển vật liệu xây dựng Việt Nam đến năm 2020 và định hướng đến năm 2030 theo Quyết định số 1469/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ ngày 22/8/2014; Quyết định số 507/QĐ-BXD ngày 27/4/2015của Bộ Xây.
2. TS. Nghiêm Gia, ThS. Nguyễn Đức Vinh Nam và nnk: “Đánh giá tác động và đề xuất giải pháp ứng phó với BĐKHvà nước biển dâng của ngành Thép Việt Nam”. Đề tài NCKH cấp Bộ. Hà Nội năm 2010-2011;
3. TS. Lê Văn Thành: “Hoạt động khoáng sản làm vật liệu xây dựng thông thường – Những bất cập và hệ lụy”. Hội nghị KHCN Mỏ tại Quảng Ninh tháng 8-2018.
4. TS. Nghiêm Gia: “Giải pháp nào để xóa bỏ lò vôi thủ công vào năm 2020”. Tạp chí Môi trường tháng 2-2019.
5. Báo cáo nghiên cứu khả thi “Dự án đầu tư Nhà máy sản xuất vôi công nghiệp và thu hồi xử lý khí lò vôi để sản xuất CO2 lỏng” tại xã Thanh Sơn, huyện Kim Bảng, tỉnh Hà Nam do Công ty TNHH Hoàng Sơn làm Chủ đầu tư. Tháng 12/2018.
6. Báo cáo nghiên cứu khả thi “Dự án đầu tư Nhà máy sản xuất vôi công nghiệp”tại mỏ đá Núi Voi, thị trấn Chùa Hang, huyện Đồng Hỷ, tỉnh Thái Nguyên do Công ty Cổ phần Cơ điện luyện kim Thái Nguyên làm Chủ đầu tư. Tháng 12/2017.
