Nghiên cứu tổng quan khả năng sản xuất và sử dụng ethanol làm nhiên liệu cho động cơ

Đồ án tốt nghiệp Trang MỤC LỤC MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU Chương I: NHỮNG HIỂU BIẾT CƠ BẢN VỀ NHIÊN LIỆU ETHANOL (XĂNG PHA CỒN, GASOHOL) I Vài nét lịch sử sử dụng nhiên liệu ethanol II Lợi ích hạn chế sử dụng nhiên liệu Ethanol .7 II.1 Lợi ích .7 II.1.1 Lợi ích kinh tế II.1.2 Lợi ích môi trường II.2 Hạn chế sử dụng nhiên liệu ethanol .8 III Tình hình sản xuất sử dụng nhiên liệu ethanol giới IV Một số thông tin giá ethanol nhiên liệu V Tình hình sản xuất khả sử dụng ethanol nhiên liệu nước ta .10 Chương II: CÁC PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT ETHANOL NHIÊN LIỆU 13 I Sản xuất ethanol từ nguyên liệu chứa tinh bột (sắn, ngô) 13 I.1 Tổng quan nguyên liệu 13 I.1.1 Thành phần quan trọng chủ yếu nguyên liệu chứa tinh bột để sản xuất ethanol 13 I.1.2 Nguyên liệu chứa tinh bột để sản xuất ethanol 14 I.1.2.1 Sắn 14 I.1.2.2 Ngô 15 I.2 Các cơng đoạn q trình sản xuất ethanol từ tinh bột 16 I.3 Thuyết minh công đoạn sản xuất ethanol từ tinh bột 18 I.3.1 Làm 18 I.3.2 Nghiền nguyên liệu .18 I.3.3 Nấu nguyên liệu 18 I.3.4 Đường hoá .19 I.3.5 Lên men 21 I.3.6 Chưng cất tinh chế rượu 26 II Sản xuất ethanol từ rỉ đường 30 II.1 Tổng quan nguyên liệu 30 II.1.1 Giới thiệu nguyên liệu 30 II.1.2 Bảo quản nguyên liệu .31 II.2 Các cơng đoạn việc sản xuất ethanol từ rỉ đường 32 II.2.1 Chuẩn bị dịch lên men .34 II.2.1.1 Pha loãng 34 II.2.1.2 Acide hóa 34 GVHD: Ths Trương Hữu Trì SVTH: Nguyễn Văn Chín LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp Trang II.2.1.3 Bổ sung chất sát trùng .35 II.2.1.4 Bổ sung chất dinh dưỡng 35 II.2.2 Lên men .35 II.2.3 Chưng cất tinh chế 36 III Sản xuất ethanol từ nguyên liệu chứa cellulose (rơm rạ, mùn cưa…) .37 III.1 Tổng quan nguyên liệu phương pháp sản xuất 37 III.1.1 Tổng quan nguyên liệu 37 III.1.2 Tổng quan phương pháp sản xuất 39 III.2 Chuẩn bị nguyên liệu 41 III.2.1 Mục đích .41 III.2.2 Sơ đồ khối .42 III.2.3 Thuyết minh sơ đồ 42 III.3 Tiền xử lí 42 III.3.1 Mục đích .42 III.3.2 Sơ đồ khối .43 III.3.3 Thuyết minh sơ đồ 43 III.4 Đường hoá lên men 45 III.4.1 Mục đích .45 III.4.2 Sơ đồ công nghệ trình đường hóa lên men 45 III.4.3 Thuyết minh sơ đồ cơng nghệ q trình đường hóa lên men 48 III.5 Tinh chế sản phẩm .52 III.5.1 Mục đích .52 III.5.2 Sơ đồ .53 III.5.3 Thuyết minh sơ đồ 55 III.6 Xử lý nước thải 59 III.6.1 Mục đích .59 III.6.2 Sơ đồ .59 III.6.3 Thuyết minh sơ đồ 61 IV Các phương pháp thu nhận cồn khan 61 IV.1 Mục đích 61 IV.2 Công nghệ tách nước tạo cồn khan 62 IV.2.1 Chưng cất chân không 62 IV.2.2 Dùng Na2SO4, CaSO4, CaCO3, CuSO4 khan để hấp phụ nước 63 IV.2.3 Bốc thẩm thấu qua màng lọc 63 IV.2.4 Chưng cất đẳng phí .64 IV.2.5 Hấp phụ rây phân tử 66 IV.2.5.1 Sơ đồ công nghệ 66 IV.2.5.2 Thuyết minh sơ đồ 68 IV.2.5.3 Tình hình làm khan cồn Việt Nam Zeolit: 69 IV.3 Nhận xét 70 IV Đánh giá phương pháp sản xuất ethanol 70 GVHD: Ths Trương Hữu Trì SVTH: Nguyễn Văn Chín LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp Trang Chương III: NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG PHỐI TRỘN ETHANOL VÀO CONDENSATE CỦA VIỆT NAM 73 I Tổng quan Xăng .73 I.1 Các tính chất xăng .75 I.1.1 Các tiêu tính chất vật lý 75 I.1.1.1 Khối lượng riêng .75 I.1.1.2 Áp suất bão hòa 75 I.1.1.3 Thành phần cất 76 I.1.2 Các tiêu tính chất sử dụng 77 I.1.2.1 Trị số octane 77 I.1.2.2 Nhiệt độ chớp cháy 80 I.1.2.3 Tính ổn định hóa học 80 I.1.2.4 Các tiêu khác .80 I.2 Lợi ích tác hại xăng 81 I.2.1 Lợi ích 81 I.2.2 Tác hại .81 I.2.2.1 Đối với sức khỏe người 82 I.2.2.2 Đối với môi trường 83 I.3 Các biện pháp kỹ thuật làm giảm mức độ gây ô nhiễm động xăng.86 I.3.1 Cải thiện động tối ưu trình cháy 86 I.3.2 Xử lí khí xả xúc tác 86 I.3.3 Cải thiện nhiên liệu cách sử dụng nhiên liệu hay dùng nhiên liệu thay .87 II Nghiên cứu khả phối trộn ethanol vào condensate Việt Nam 91 II.1 Giới thiệu chung condensate Việt Nam 91 II.1.1 Condensate .91 II.1.2 Thành phần đặc tính condensate Việt Nam 91 II.1.3 Tình hình khai thác trữ lượng condensate Việt Nam 91 II.1.4 Tình hình sử dụng condensate Việt Nam 92 II.2 Thuận lợi khó khăn việc pha ethanol vào condensate .93 II.2.1 Thuận lợi 93 II.2.1 Khó khăn 93 II.3 Khảo sát ảnh hưởng ethanol lên tính chất sử dụng nhiện liệu phối trộn vào condensate 94 II.3.1 Ảnh hưởng ethanol đến trị số octane xăng 94 II.3.2 Ảnh hưởng ethanol đến áp suất bão hòa xăng 94 II.3.4 Ảnh hưởng ethanol đến tách lớp Gasohol 102 II.3.5 Ảnh hưởng đến phát thải chất gây ô nhiễm 102 II.4 Xây dựng quy trình pha trộn Gasohol 104 II.4.1 Nguyên tắc pha trộn .104 II.4.2 Sơ đồ pha trộn 104 III Tính tốn phối trộn 106 GVHD: Ths Trương Hữu Trì SVTH: Nguyễn Văn Chín LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp Trang III.1 Mục đích 106 III.2 Nguyên tắc phối trộn 106 III.2.1 Tính số octane (RON) 106 III.2.2 Tỷ trọng (d154) .107 III.2.3 Tính % khối lượng lưu huỳnh (%S) .107 III.2.4 Tính hàm lượng Aromatic (%Ar) .107 III.2.5 Tính áp suất bão hịa (TVV) 108 III.3 Các tính chất nguồn phối trộn 109 III.3.1 Condensate 109 III.3.2 Ethanol 99,5% khối lượng 109 III.3.3 Reformate .109 III.3.4 Xăng FCC 110 III.3.5 Butane 110 III.4 Tiến hành phối trộn .111 III.4.1 Condensate ethanol 111 III.4.2 Condensate, ethanol reformate 112 III.4.3 Condensate, ethanol xăng FCC 113 III.4.4 Condensate, ethanol, xăng FCC, reformate butane 113 KẾT LUẬN .117 GVHD: Ths Trương Hữu Trì SVTH: Nguyễn Văn Chín LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp Trang LỜI MỞ ĐẦU Đã từ lâu, dầu mỏ giữ vai trò quan trọng chiến lược phát triển kinh tế quốc gia Hơn 90% lượng dầu mỏ khai thác phục vụ cho nhu cầu lượng xăng nhiên liệu, nhiên liệu phản lực, diesel, nhiên liệu đốt lị… Có thể nói dầu mỏ tảng tăng trưởng phát triển kinh tế quốc gia Trong năm gần đây, với leo thang giá xăng dầu gây nhiều tác động tiêu cực đến kinh tế giới Vì việc tìm kiếm nguồn lượng sạch, có khả tái tạo để thay phần xăng dầu trở thành vấn đề cấp thiết nhiều quốc gia quan tâm Một hướng hiệu sử dụng ethanol để pha vào xăng vừa làm tăng số octane, vừa làm giảm ô nhiễm môi trường nên xăng pha cồn ngày trở nên phổ biến toàn giới Hơn nữa, nước ta nước nơng nghiệp có nguồn nguyên liệu để sản xuất ethanol phong phú Việt Nam sở hữu hai đồng rộng lớn đồng Sông Hồng đồng Sông Cửu Long Đây vùng nguyên liệu lí tưởng, tiền đề cho đời nhà máy sản xuất ethanol từ cellulose (rơm rạ) Với lí trên, đề tài “nghiên cứu tổng quan khả sản xuất sử dụng ethanol làm nhiên liệu cho động cơ” bước ban đầu cho việc sản xuất ethanol nhiên liệu phục vụ cho nhu cầu lượng ngày gia tăng nước ta GVHD: Ths Trương Hữu Trì SVTH: Nguyễn Văn Chín LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp Trang Chương I: NHỮNG HIỂU BIẾT CƠ BẢN VỀ NHIÊN LIỆU ETHANOL (XĂNG PHA CỒN, GASOHOL) I Vài nét lịch sử sử dụng nhiên liệu ethanol Thời gian đầu ethanol dùng y tế, mỹ phẩm, dùng làm dung mơi sau biết đến nguồn nhiên liệu cho động đốt ứng dụng nhiều nước Anh, Pháp, Mĩ, Canada, Brazil… Ethanol cấu tử phối trộn làm tăng số octane xăng: Để tăng công suất động cơ, ta phải tăng số nén Khi tăng số nén ta cần phải tăng số octane xăng để tránh tượng cháy kích nổ nhiên liệu Trước đây, để tăng số octane, người ta thường dùng Tetra etyl chì bị cấm sử dụng chì độc, gây tổn thương cho hệ thần kinh trung ương, gây ô nhiễm mơi trường Nghiên cứu cho thấy dùng nhóm phụ gia hợp chất hữu chứa oxy như: metyl ter butyl ete (MTBE), etyl ter butyl ete (ETBE), methanol, ethanol, pha xăng làm tăng số octane xăng, làm xăng cháy tốt hơn, giảm phát thải khí gây nhiễm Mặt khác, cơng nghệ sản xuất không phức tạp, giá thành tương đối rẻ, thị trường dễ chấp nhận Ngày thấy ethanol hồn tồn có khả dùng làm nhiên liệu cho động đốt trong, thay phần nhiên liệu hóa thạch Ethanol đựơc dùng dạng cụ thể sau: ¾ Ethanol pha vào xăng với tỉ lệ nhỏ 15% Với tỉ lệ khơng cần thay đổi hay hiệu chỉnh động xăng Tuổi thọ, độ bền động không thay đổi [1] ¾ Ethanol nhiên liệu thay hồn toàn cho xăng dùng cho động đốt có cải tiến Dùng xe FFV (Flex-Fuel Vehicles- ơ-tơ nhiên liệu linh hoạt) Xe FFV tự động nhận biết hàm lượng cồn bình nhiên liệu để tự điều chỉnh góc đánh lửa sớm thay đổi lượng phun nhiên liệu Dùng xe FFV có tính kinh tế nhiên liệu cao xe khơng FFV, xe thiết kế tối ưu vật liệu, kết cấu buồng cháy hệ thống nhiên liệu Nhiên liệu E85 (có 85% ethanol xăng) loại nhiên liệu tốt cho xe FFV Riêng năm 2000 GVHD: Ths Trương Hữu Trì SVTH: Nguyễn Văn Chín LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp Trang Mỹ sản xuất 750.000 FFV Hiện Mỹ có khoảng triệu xe FFV với 169.000 trạm bán lẻ E85 Hãng GM năm 2005 cho đời hàng loạt mác xe chạy nhiên liệu E85 xe Chevrolet Avalanche, Suburban GMC Yukon XL, Chevrolet Silverado GMC, Chevrolet Tahoe cho cảnh sát Các nước khác có xe FFV BMW E85 Z4 3.0 Đức Xe FFV hiệu Falcon Taurus Mỹ châu Âu [1] II Lợi ích hạn chế sử dụng nhiên liệu Ethanol II.1 Lợi ích Sử dụng ethanol làm nhiên liệu khơng biện pháp tình nhằm làm tăng số octane xăng, thay cho phụ gia gây nhiễm mơi trường sinh thái, mà cịn đảm bảo an toàn lượng cho quốc gia nguồn lượng có khả tái tạo (Energie renouvelable) II.1.1 Lợi ích kinh tế Sản xuất ethanol làm nhiên liệu góp phần thúc đẩy nơng nghiệp phát triển ethanol sản xuất theo dây chuyền công nghệ sinh học, nguyên liệu sản xuất ethanol tinh bột loại củ hạt như: sắn, khoai, ngô, lúa, gạo, trái cây… Đây nguồn nguyên liệu dồi tự nhiên, tạo nhiều công ăn việc làm cho nhiều lao động nông thôn, giải lượng lương thực bị tù đọng đặc biệt khuyến khích tinh thần lao động sản xuất người dân Ngoài việc sử dụng nhiên liệu sinh học nói chung gasohol nói riêng giúp cho quốc gia chủ động sách lượng Nước có nhiều xăng sinh học phụ thuộc vào nước khác từ phát triển kinh tế cách bền vững II.1.2 Lợi ích môi trường Việc dùng ethanol làm nhiên liệu, có tác dụng ngăn chặn hiệu ứng nhà kính Vì mệnh danh “xăng xanh” Theo tính tốn cho thấy: thay việc đốt lít xăng lít ethanol giảm 40% lượng phát sinh khí CO2 vào khí giúp mơi trường xanh, Khi đốt ethanol cháy xảy hoàn toàn so với đốt xăng Ta thường thấy động xăng GVHD: Ths Trương Hữu Trì SVTH: Nguyễn Văn Chín LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp Trang thường xuất bụi bẩn hydrocacbon cháy khơng hết Điều phải tốn thời gian lau chùi, sửa chữa động Khi pha ethanol vào xăng làm cho xăng cháy hoàn toàn hơn, giảm phát thải khí gây nhiễm mơi trường Hơn nữa, ethanol điều chế từ sản phẩm nông nghiệp làm tăng diện tích đất trồng Điều có nghĩa làm tăng diện tích phổi trái đất lên [2] II.2 Hạn chế sử dụng nhiên liệu ethanol Hạn chế ethanol nhiên liệu tính hút nước Ethanol có khả hút ẩm hồ tan vơ hạn nước Do gasohol phải tồn trữ bảo quản hệ thống bồn chứa đặt biệt Về tượng gây ô nhiễm: giảm hàm luợng chất gây ô nhiễm HC, CO lại gây số hợp phần khác andehyt, NOx chất gây ô nhiễm [1] Do nhiệt trị ethanol nói riêng (PCIethanol =26,8 MJ/kg) loại ancol khác nói chung thấp so với xăng (PCIxăng =42,5 MJ/kg) nên dùng ethanol để pha trộn vào xăng làm giảm công suất động so với dùng xăng Tuy nhiên giảm công suất không đáng kể ta pha với số lượng [3] Tóm lại, việc sử dụng gasohol có nhiều ưu điểm có mặt hạn chế Tuy nhiên phân tích tương quan mặt lợi hại người ta thấy mặt lợi lớn hơn, mang ý nghĩa chiến lược III Tình hình sản xuất sử dụng nhiên liệu ethanol giới Ethanol sản xuất nhiều phương pháp khác nhau: ¾ Cơng nghệ sản xuất ethanol tổng hợp: Tổng hợp ethanol có nghĩa sản xuất ethanol phương pháp hoá học, giới người ta sản xuất ethanol nhiều phương pháp khác Trong cơng nghệ tổng hợp hố dầu ethanol sản xuất dây chuyền cơng nghệ hydrat hố khí etylen cơng nghệ cacbonyl hố với methanol Hydrat hố: CH2=CH2 + H2O C2H5OH Cacbonyl: CH3OH + CO + H2 C2H5OH + H2O GVHD: Ths Trương Hữu Trì SVTH: Nguyễn Văn Chín LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp Trang ¾ Cơng nghệ sản xuất ethanol sinh học: Công nghệ dựa q trình lên men nguồn hydratcacbon có tự nhiên như: nước ép, nước thải men bia, ngô, sắn, mùn, gỗ (C6H10O5)n + n H2O nC6H12O6 2C2H5OH + 2CO2 + Q Trong trình sản xuất ethanol sinh học phân thành cơng đoạn cơng đoạn lên men nhằm sản xuất ethanol có nồng độ thấp công đoạn làm khan để sản xuất ethanol có nồng độ cao để phối trộn vào xăng Hiện nay, tình hình sản xuất sử dụng ethanol giới phát triển mạnh mẽ [4] Brazil: sản lượng tiêu thụ ethanol đạt tới 14÷15 triệu tấn/năm đứng đầu giới Mỹ: Hình thành vành đai nơng nghiệp gồm nhiều ban chuyên sản xuất ngô, làm nhiêu liệu cho 50 nhà máy sản xuất ethanol sinh học với sản lượng tiêu thụ 13 triệu tấn/năm Các nước Canada, Mexico, Pháp, Thụy Điển, Úc, Nam Phi, Trung Quốc tùng bước phát triển công nghệ sản xuất nhiên liệu sinh học, chủ yếu nhiên liệu hóa thạch pha ethanol sinh học Tại Đơng Nam Á, Thái Lan nước đứng đầu sản xuất sử dụng ethanol làm nhiên liệu, khoảng 1,5-1,6 triệu tấn/năm IV Một số thông tin giá ethanol nhiên liệu Giá gasohol phụ thuộc nhiều vào giá ethanol nhiên liệu Khi sản xuất ethanol qui mô lớn, công nghệ tiên tiến từ mật đường, rơm rạ hay ngũ cốc giá rẻ giá thành ethanol hạ Trên giới, giá thành ethanol nhiên liệu trung bình khoảng 0,35 đến 0,39 USD/Lít (vào thời điểm năm 2004) [4] Ở Brazil, giá ethanol 95,57% khoảng 0,15 đến 0,24 USD/Lít, ethanol tuyệt đối 99,8% khoảng 0,25 đến 0,28 USD/Lít Thailan, lít gasohol pha trộn 10% thể tích ethanol có giá bán thấp xăng thơng thường từ 0,5 đên 1,5 Bath Trung Quốc, gasohol pha trộn 10% thể tích ethanol khoảng 3,16 Tệ/Lít GVHD: Ths Trương Hữu Trì SVTH: Nguyễn Văn Chín LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp Trang 10 Ở nước ta, chưa có nhà máy sản xuất ethanol nhiên liệu mà có nhà máy sản xuất cồn cơng nghiệp Ethanol tuyệt đối phải nhập từ nước với giá cao Hiện nay, nhà nước chủ trương sản xuất ethanol nhiên liệu để giảm bớt gánh nặng từ việc nhập xăng dầu V Tình hình sản xuất khả sử dụng ethanol nhiên liệu nước ta Ở nước ta, công nghệ sản xuất ethanol cịn nhỏ bé lạc hậu Chỉ có ngành sản xuất ethanol sinh học mà nguồn nguyên liệu chủ yếu từ tinh bột (sắn, ngô, khoai…) từ rỉ đường Hồn tồn chưa có nhà máy sản xuất ethanol từ nguồn nguyên liệu chứa cellulose (rơm rạ, mùn cưa, cỏ…) Sản phẩm chủ yếu ethanol thực phẩm (nồng độ 40% đến 45%) cồn công nghiệp (nồng độ từ 95,57% đến 96%), lượng nhỏ làm khan thành ethanol tuyệt đối (nồng độ 99,5%) Hiện có số nhà máy sản xuất ethanol cơng nghiệp có cơng suất tương đối nhà máy rượu Hà Nội, nhà máy rượu Bình Tây, nhà máy rượu Tam Hiệp Do chưa đáp ứng nhu cầu nên ta phải nhập lượng ethanol tuyệt đối đóng chai chủ yếu để làm hố chất cho nhu cầu khác Khơng có khả sử dụng ethanol tuyệt đối làm nhiên liệu giá thành đắt (Giá thời điểm cồn 99,5% loại Trung Quốc có giá 55.000đ/lít) Ở nước ta, muốn phát triển việc dùng ethanol làm nhiên liệu cần phải có chương trình sản xuất ethanol tầm cỡ quốc gia Việc địi hỏi bước thật cụ thể theo chiến lược hoạch định rõ ràng Trong tháng đầu năm nay, tình hình sản xuất ethanol nhiên liệu nước ta có bước khởi sắc Chỉ vòng tháng, nước ta chứng kiến kiện quan trọng để phát triển việc dùng ethanol nhiên liệu Đó là: ¾ Ngày 09/03/2007 Petrosetco (thuộc PetroVietnam) ký kết thỏa thuận hợp tác thành lập liên doanh xây dựng nhà máy sản xuất ethanol sinh học Việt Nam với tập đoàn Itochu Nhật Bản Toàn sản phẩm nhà máy cồn 99,8% cung ứng cho thị trường nước để pha vào xăng, phục vụ cho hoạt động công nghiệp giao thông vận tải Với cơng suất 100 triệu lít GVHD: Ths Trương Hữu Trì SVTH: Nguyễn Văn Chín LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp Acétaldéhyde Trang 103 +159 Tóm lại: Khi pha ethanol vào xăng bên cạnh mặt thuận lợi tồn mặt hạn chế Tuy nhiên, đứng trước thực trạng trái đất ngày bị ô nhiễm nghiêm trọng, dầu mỏ ngày cạn kiệt việc sử dụng ethanol cần thiết Sử dụng ethanol giúp cho quốc gia chủ động sách lượng mình, đảm bảo an ninh lựong quốc gia mà cịn làm giảm nhiễm mơi trường, cải thiện bầu khí Hơn nữa, nguồn nguyên liệu để sản xuất ethanol phong phú, giá chấp nhận nhiên liệu ethanol ngày sử dụng rộng rãi tồn giới Hình 3.5: Tình hình sản xuất nhiên liệu ethanol, biodiesel giới : Hình cho ta thấy phát triển mạnh mẽ việc dùng ethanol làm nhiên liệu năm gần Năm 2000 sản lượng ethanol sử dụng làm nhiên liệu giới khoảng 15 triệu Theo dự kiến, đến năm 2010, sản lượng ethanol sử dụng làm nhiên liệu đạt 80 triệu tức tăng đến 433,33% so với năm 2000 GVHD: Ths Trương Hữu Trì SVTH: Nguyễn Văn Chín LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp Trang 104 II.4 Xây dựng quy trình pha trộn Gasohol II.4.1 Nguyên tắc pha trộn Vì tiêu quan trọng Gasohol thương phẩm số octane nên ta lấy RON làm thước đo phẩm chất Gasohol cần pha trộn Sau đạt tiêu RON ta xét tiếp tiêu khác như: Áp suất bão hòa Reid, độ acide, độ ăn mòn đồng… II.4.2 Sơ đồ pha trộn GVHD: Ths Trương Hữu Trì SVTH: Nguyễn Văn Chín LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths Trương Hữu Trì Trang 105 SVTH: Nguyễn Văn Chín LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp Trang 106 Dựa vào nguyên liệu ban đầu condensate Bạch Hổ hay condensate Nam Cơn Sơn reformate, tiến hành tính tốn pha trộn mẫu xăng gốc có RON phù hợp Từ xăng gốc đó, pha chế Gasohol có RON 90, 92 95 Phương pháp: Dựa vào công thức tính RON hỗn hợp: RONHH=∑Vi*RONi Sau tính tốn pha chế mẫu theo RON tính tốn ta tiến hành xác định RON động theo tiêu chuẩn ASTM 2699 Những mẫu có RON khơng phù hợp, ta tiến hành tính tốn pha chế lại Còn mẫu đạt tiêu RON ta tiến hành kiểm tra tính sử dụng khác Gasohol như: áp suất bão hòa Reid, tỷ trọng, thành phần cất, độ acide, độ ăn mòn đồng… Những mẫu khơng đạt tiêu chuẩn loại bỏ Những mẫu có tính chất gần đạt tiêu chuẩn ta tiến hành điều chỉnh tính sử dụng để đạt tiêu chuẩn Như ta có mẫu Gasohol đạt đầy đủ tiêu đề III Tính tốn phối trộn III.1 Mục đích Dựa vào nguồn nguyên liệu là: ethanol 99,5% kl, condensate, reformate, xăng FCC, C4 ta tiến hành phối trộn để tạo mẫu Gasohol thỏa mãn theo tiêu chuẩn TCVN 6776:2005 Các tiêu cần đạt được: ¾ Chỉ số octane (RON) ¾ Tỷ trọng (d154) ¾ Hàm lượng lưu huỳnh (%S) ¾ Hàm lượng Aromatic (%Ar) ¾ Áp suất bão hịa (TVV) III.2 Ngun tắc phối trộn III.2.1 Tính số octane (RON) Chỉ số octane hỗn hợp tính tốn dựa vào tính cộng tính theo thể tích cấu tử đem phối trộn GVHD: Ths Trương Hữu Trì SVTH: Nguyễn Văn Chín LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp Trang 107 RONHH = ∑RONi*Vi Với: RONHH: Chỉ số octane hỗn hợp (Gasohol) RONi : Chỉ số octane cấu tử thứ i Vi : % thể tích cấu tử thứ i III.2.2 Tỷ trọng (d154) Tỷ trọng hỗn hợp tính tốn dựa vào tính cộng tính theo thể tích cấu tử đem phối trộn (d154)HH = ∑(d154)i*Vi Với: (d154)HH : Tỷ trọng hỗn hợp (Gasohol) (d154)i : Tỷ trọng cấu tử thứ i Vi : % thể tích cấu tử thứ i III.2.3 Tính % khối lượng lưu huỳnh (%S) Phần trăm khối lượng lưu huỳnh hỗn hợp tính tốn dựa vào tính cộng tính theo khối lượng cấu tử đem phối trộn %SHH = ∑%Si*mi Với: %SHH: % khối lượng lưu huỳnh hỗn hợp (Gasohol) %Si : % khối lượng lưu huỳnh cấu tử thứ i mi : % khối lượng cấu tử thứ i III.2.4 Tính hàm lượng Aromatic (%Ar) Phần trăm thể tích Ar hỗn hợp tính theo cơng thức: (%V Ar) HH = ∑ (V Ar) V i HH Với: (%VAr)HH : % thể tích Ar hỗn hợp (VAr)i: thể tích Ar có cấu tử thứ i GVHD: Ths Trương Hữu Trì SVTH: Nguyễn Văn Chín LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp Trang 108 III.2.5 Tính áp suất bão hòa (TVV) Áp suất bão hòa xăng gốc tính tốn dựa vào tính cộng tính theo phần mol cấu tử đem phối trộn TVVxăng gốc = ∑TVVi*ni Với: TVVxăng gốc : Áp suất bão hòa xăng gốc (Gasohol) TVVi : Áp suất bão hòa cấu tử thứ i ni : phần mol cấu tử thứ i Sau tính áp suất bão hịa xăng gốc, dựa vào đồ thị thực nghiệm (một cách gần đúng) ta tính áp suất bão hịa Gasohol Đồ thị: Ảnh hưởng ethanol đến RVP pha vào xăng 0.700 0.600 0.500 R V P (b a r) Poly (Thực nghiệm) 0.400 y = -3.5342x + 6.1842x - 3.7815x + 0.6804x + 0.6157 0.300 R = 0.9927 0.200 0.100 0.000 0% 10% 20% 30% GVHD: Ths Trương Hữu Trì 40% 50% % thể tích ethanol 60% 70% 80% 90% 100% SVTH: Nguyễn Văn Chín LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp Trang 109 III.3 Các tính chất nguồn phối trộn III.3.1 Condensate Dựa theo số liệu phân tích mẫu condensate dùng để phối trộn xăng PDC-Phú Mỹ (Phân tích phịng hóa nghiệm Cơng Ty TNHH Dịch Vụ Giám Định Á Châu ngày 28-30/04/2007) ta xác định tính chất: - RON=66,1 - %S =0,01 (%kl) - D154 = 0,6601 - RVP=11,9 psi=0,82 bar => TVV=0,869 bar (tra theo trang162, T2, Pétrole Brut) - PM =80,9 g/mol (theo PROII) - %tt Ar =1.16% III.3.2 Ethanol 99,5% khối lượng Các tính chất: - RON = 115 - %S = (%kl) - D154 = 0,795 (theo PROII) - TVV = 2,4psi = 0.165 bar (Thực nghiệm) - PM - %tt Ar = = 45,7 g/mol (theo PROII) III.3.3 Reformate Dựa vào số liệu Reformate dầu ARABIAN Light, ta xác định tính chất: - RON = 97 - %S - D154 = 0,7802 - TVV = 0,54 bar - PM - %tt Ar = 65% = (%kl) = 96 g/mol GVHD: Ths Trương Hữu Trì SVTH: Nguyễn Văn Chín LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp Trang 110 III.3.4 Xăng FCC Dựa vào số liệu xăng FCC dầu ARABIAN Light, ta xác định tính chất: - RON = 92 - %S = 0,218 (%kl) - D154 = 0,75 - TVV = 0,682 bar - PM = 104 g/mol - %tt Ar = 18.7% III.3.5 Butane Dựa vào số liệu butane dầu ARABIAN Light, ta xác định tính chất: - RON = 102 - %S - D154 = 0,5794 - TVV = bar - PM - %tt Ar = 0% = (%kl) = 58 g/mol GVHD: Ths Trương Hữu Trì SVTH: Nguyễn Văn Chín LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp Trang 111 III.4 Tiến hành phối trộn Dùng Solver phần mềm excel đồ thị thực nghiệm để tính tốn Kết phối trộn với cấu tử khác nhau: III.4.1 Condensate ethanol Bảng 3.12: Kết phối trộn condensate ethanol Condensate Ethanol A92 1000 (t/an) 424.41 575.59 1000.00 1000.00 1000.00 d154 0.6601 0.7950 0.7316 1000 (m3/an) 642.95 724.01 1366.96 %S 0.010 0.000 0.004 0.050 RON 66.1 115.0 92.0 92.0 TVVxăng gốc (bar) 0.869 0.165 0.869 TVVGasohol (bar) Min 0.7250 0.430 PM (g/mol) 80.9 45.7 %Ar 0.0116 0.0000 %Thể tích 48.0% 54.1% % Khối lượng 42.4% 57.6% Max 0.7800 0.750 0.01 0.4 TVVGasohol = TVVxăng gốc + ΔTVV Với ΔTVV độ thay đổi TVV pha ethanol vào xăng (theo đồ thị) ΔTVV=(TVVx%Et-TVV0%Et) %tt ethanol = 54,1% => Tra đồ thị thực nghiệm: TVVGasohol = TVVxăng gốc + ΔTVV=0,869+(0,553-0,595)=0,827>0,75 (loại) GVHD: Ths Trương Hữu Trì SVTH: Nguyễn Văn Chín LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp Trang 112 III.4.2 Condensate, ethanol reformate Bảng 3.13: Kết phối trộn condensate, reformate ethanol Condensate Reformate Ethanol A92 Min Max 1000 (t/an) 255.71 510.61 233.69 1000.00 1000.00 1000.00 d154 0.6601 0.7802 0.7950 0.7486 1000 (m3/an) 387.38 654.46 293.95 1335.78 %S 0.010 0.000 0.000 0.003 0.050 RON 66.1 97.0 115.0 92.0 92.0 TVVxăng gốc (bar) 0.869 0.540 0.165 0.663 TVVGasohol (bar) PM (g/mol) 0.708 80.9 96.0 45.7 % Ar 0.0116 0.6500 0.0000 %Thể tích 28.9% 48.9% 22.0% % Khối lượng 25.6% 51.1% 23.4% 0.32 0.7250 0.430 0.7800 0.750 0.40 %tt ethanol = 22% => Tra đồ thị thực nghiệm: TVVGasohol = TVVxăng gốc + ΔTVV=0,663+(0,64-0,595)=0,7080,05% (loại) III.4.4 Condensate, ethanol, xăng FCC, reformate butane Bảng 3.15: Kết phối trộn condensate, ethanol, xăng FCC, reformate butane Condensate Reformate Ethanol Xăng FCC C4 A92 Min Max 0.00 1000 1000 1000 0.747 0.725 0.780 1000 (t/an) 218.20 342.36 220.09 219.35 d154 0.6601 0.7802 0.795 0.7500 0.5794 1000 (m3/an) 330.56 438.81 276.84 292.47 0.00 1338.68 %S 0.010 0.000 0.000 0.218 0.000 0.050 RON 66.1 97.0 115.0 92.0 102.0 92.0 TVVxăng gốc (bar) 0.869 0.540 0.165 0.682 4.000 0.682 TVVGasohol (bar) PM (g/mol) 0.730 80.9 96.0 45.7 104.0 58.0 %V Ar 0.0116 0.65 0.00 0.187 0.00 %Thể tích 24.7% 32.8% 20.7% 21.8% 0.0% % Kl 21.8% 34.2% 22.0% 21.9% 0.0% GVHD: Ths Trương Hữu Trì 0.26 0.050 92.0 0.430 0.750 0.40 SVTH: Nguyễn Văn Chín LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp Trang 114 %tt ethanol = 20,7% => Tra đồ thị thực nghiệm: TVVGasohol = TVVxăng gốc + ΔTVV=0,682-(0,643-0,595)=0,73 Tra đồ thị thực nghiệm: TVVGasohol = TVVxăng gốc + ΔTVV=0,637-(0,652-0,595)=0,694