Nghiên cứu xây dựng hệ thống phụ gia đa chức năng cho dầu fo nhằm cải thiện hiệu quả đốt cháy giảm thiểu ô nhiễm môi trường

ỦY BAN NHÂN DÂN TP.HCM SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN KHOA HỌC VẬT LIỆU ỨNG DỤNG BÁO CÁO NGHIỆM THU NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG PHỤ GIA ĐA CHỨC NĂNG CHO DẦU FO, CẢI THIỆN HIỆU QUẢ ĐỐT CHÁY, GIẢM THIỂU Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: PGS.TS NGUYỄN PHƯƠNG TÙNG THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH THÁNG 11/2007 UỶ BAN NHÂN DÂN TP.HCM SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ BÁO CÁO NGHIỆM THU (Đã chỉnh sửa theo góp ý Hội đồng nghiệm thu) NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG PHỤ GIA ĐA CHỨC NĂNG CHO DẦU FO, CẢI THIỆN HIỆU QUẢ ĐỐT CHÁY, GIẢM THIỂU Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: PGS.TS NGUYỄN PHƯƠNG TÙNG VIỆN KHOA HỌC VẬT LIỆU ỨNG DỤNG SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH THÁNG 05/2008 TĨM TẮT NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 1/ Đã đưa hệ chất tạo nhũ từ dầu dừa dầu Jatropha có khả tạo nhũ nước dầu tốt hỗn hợp PGĐCN ổn định hệ nhũ, hỗ trợ cho trình đốt cháy, giảm nhiễm mơi trường ăn mịn thiết bị 2/ Đã tổng hợp chất phụ gia đa chức từ muối MgCl2 dung môi hydrocarbon thơm peroxid hữu có khả cải thịên hiệu đốt cháy, giảm khí thải NOX, SOX, CO 3/ Sau thử nghiệm tối ưu hoá hàm lượng nước, chất tạo nhũ, phụ gia đa chức năng, đưa sản phẩm đề tài: - Hệ nhiên liệu nhũ tương dầu FO với tỷ lệ 89%FO, 10% nước, chất tạo nhũ phụ gia vừa đủ - Hệ dầu FO 1/1000 chất phụ gia - Hệ nhiên liệu 80% DO 20% nhiên liệu nhũ tương FO/PGĐCN 4/ Hệ nhiên liệu FO/PGĐCN, hệ nhiên liệu nhũ tương DO/(FO/PGĐCN) tỷ lệ 8/2 cho hiệu cải thiện khí thải rõ rệt, giảm 40% NOx 40,99% SO2 so với mẫu trắng (nhiên liệu FO) tốt nhiều so với phụ gia thương mại đối chứng 5/ Đã đưa quy trình, sơ đồ cơng nghệ, bảng vẽ kỹ thuật bảng tính toán khấu hao thiết bị sản xuất hệ nhiên liệu nhũ tương FO/PGĐCN công suất 0.2; 1; 10m3/h 6/ Theo kết tính tốn sơ bộ, sử dụng hệ nhiên liệu nhũ tương tiết kiệm 640 ngàn nhiên liệu SUMMARY OF RESEARCH CONTENT 1/ Providing emulsifier from coconut and Jatropha oil which can be able to emulsify water in oil and mulfifuntion additive mixture for emulsion stability, assisting combustion, reducing air polution and equipment corrosion 2/ Providing with synthesis of mulfifuntion additives from MgCl2 in hydrocarbon solvent and organic peroxide improving combustion effect and reduce exhaust fumes NOX, SOX, CO 3/ After testing and optimizing some factors like water content, emulsifier, multifunction additive, some products have been presented: - Emulsion FO fuel oil system with the ratio 89% FO, 10% water, enough emulsifier and additive - FO and 1/1000 additive systems - The system of 80% DO and 20% of the emulsion FO/multifunction additive system 4/ The FO/multifunction additive system, the emulsion DO/(FO/multifunction additive with ratio 8/2 giving an obvious improving effect on reducing exhaust fumes, reducing 40% NOx and 40,99% SO2 in compare with FO sample and even better than commercial additive control samples 5/ Presenting the process, technological diagram, technical drawing and the table of depreciation for the equipment with output capacity 0.2; and 10m3/h 6/ According to the initial results, it saves of 640.000VND for each ton of fuel when using the emulsion fuel system MỤC LỤC DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN Error! Bookmark not defined 1.1 Dầu FO tình trạng nhiễm khí thải Error! Bookmark not defined 1.1.1 Giới thiệu dầu FO Error! Bookmark not defined a Thành phần Error! Bookmark not defined b Phân loại dầu FO Error! Bookmark not defined c Công dụng Error! Bookmark not defined d Các vấn đề gặp phải trình vận chuyển, tồn trữ sử dụng dầu FOError! Bookmark e Nhu cầu tiêu thụ nhiên liệu FO TPHCM năm gần đây:Error! Bookmark not de 1.1.2 Tác động nhiễm mơi trường từ khí thải từ lị đốt dầu FOError! Bookmark not define a Ơ nhiễm SOx Error! Bookmark not defined b Ô nhiễm NOx Error! Bookmark not defined c Tro khói Error! Bookmark not defined d Ô nhiễm CO Error! Bookmark not defined e Ô nhiễm Hydrocarbon CxHy Error! Bookmark not defined f Ô nhiễm Aldehyde Error! Bookmark not defined 1.1.3 Tình hình nghiên cứu cải thiện ô nhiễm khí thải đốt dầu FOError! Bookmark not defin 1.2 Cấu tạo đầu phun lò đốt dầu FO Error! Bookmark not defined 1.2.1 Vòi phun dầu nước khơng khí có áp suất caoError! Bookmark not defined 1.2.2 Vịi phun dầu khơng khí có áp suất thấpError! Bookmark not defined 1.2.3 Vịi phun khí Error! Bookmark not defined 1.3 Nhũ tương nước/dầu hiệu ứng phun mù nhiên liệu thứ cấp hạt vi nhũ Error! Bookmark not defined 1.3.1.Hiệu ứng phun mù nhiên liệu thứ cấp hạt vi nhũError! Bookmark not defined 1.3.2 Quá trình tạo nhũ tương dầu FO Error! Bookmark not defined 1.4 Thành phần tính chất hệ chất HĐBM Error! Bookmark not defined 1.4.1 Định nghĩa Error! Bookmark not defined 1.4.2 Phân loại Error! Bookmark not defined 1.4.3 Chỉ số HLB ( Hydrophilic-Lipophilic Balance value)Error! Bookmark not defined 1.5.Tình hình nghiên cứu ngồi nước Error! Bookmark not defined 1.5.1.Tình hình nghiên cứu ngồi nước Error! Bookmark not defined 1.5.2.Tình hình nghiên cứu nước Error! Bookmark not defined 1.6 Giới thiệu số chất HĐBM thương mại Error! Bookmark not defined 1.7 Giới thiệu số phụ gia thương mại thị trườngError! Bookmark not defined 1.8 Những kết nghiên cứu đề tài Error! Bookmark not defined 1.8.1 Thành phần tính chất phụ gia đa chức (PGĐCN)Error! Bookmark not defined 1.8.2 Thành phần tính chất phụ gia hỗ trợ cháyError! Bookmark not defined 1.8.3 Thành phần tính chất tác nhân bền nhũError! Bookmark not defined CHƯƠNG II: THỰC NGHIỆM Error! Bookmark not defined 2.1 Hoá chất thiết bị Error! Bookmark not defined 2.1.1 Hoá chất Error! Bookmark not defined 2.1.2 Dụng cụ, thiết bị Error! Bookmark not defined 2.2 Phương pháp nghiên cứu Error! Bookmark not defined 2.2.1 Phương pháp tổng hợp hệ chất HĐBM không ionError! Bookmark not defined 2.2.2 Phương pháp tổng hợp hỗn hợp PGĐCN Error! Bookmark not defined 2.2.3 Phối trộn hệ nhũ tương nước/dầu FO Error! Bookmark not defined 2.3 Phương pháp tối ưu hóa thực nghiệm qui trình tổng hợp chất HĐBMError! Bookmark not 3.1 Nghiên cứu tổng hợp chất HĐBM không ion Error! Bookmark not defined 3.1.1 Nhận danh sản phẩm phản ứng tổng hợp chất HĐBMError! Bookmark not defined 3.1.2 Tối ưu hóa phản ứng tạo chất HĐBM từ glyxêrin dầu dừaError! Bookmark not defined 3.2 Khảo sát tính chất hỗn hợp PGĐCN Error! Bookmark not defined 3.3 Khảo sát tính chất hệ nhũ tương nước/dầu Error! Bookmark not defined 3.3.1 Ảnh hưởng hàm lượng chất HĐBM đến hệ nhũ tương nước/dầuError! Bookmark not d 3.3.2 Khảo sát đặc trưng hệ nhiên liệu nhũ tương nước/dầu FO thay đổi hàm lượng nước Error! Bookmark not defined 3.3.3 Ảnh hưởng PGĐCN đến độ bền hệ nhiên liệu nhũ tương dầu FOError! Bookmark 3.3.4 Tính chất sản phẩm nhiên liệu nhũ tương nước/dầu FOError! Bookmark not defined 3.3.5 Khảo sát hiệu đốt cháy khả giảm ô nhiễm khí thải hệ nhiên liệu nhũ tương nước/dầu FO Error! Bookmark not defined CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN Error! Bookmark not defined TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT HĐBM: Hoạt động bề mặt BM: Bề mặt PGĐCN: Phụ gia đa chức HLB: Hyrophile-lipophile-balance PGTM-PT: Phụ gia thương mại PT (Mỹ) PGTM-TN: Phụ gia thương mại nước (TS Lê Mười) LAS: Linear Alkyl Benzen Sulphonat SPAN 80: Sorbitan monooleate TWEEN 80: Polyoxyethylene sorbitan monooleate TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam ASTM: American Society for Testing and Materials FO: Fuel oil DO: Diesel oil TCCP: Tiêu chuẩn cho phép CEFINEA: Center for Environmental Technology HLB: Hydrophilic-Lipophilic Balance value DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Phân loại phương pháp kiểm tra dầu FO theo ASTM Bảng 1.2: Bảng phân loại dầu FO dựa vào độ nhớt hàm lượng lưu huỳnh Bảng 1.3: Các tiêu chất lượng nhiên liệu đốt lò theo TCVN 6239-2002 Bảng 1.4: Tải lượng chất gây ô nhiễm không khí đốt dầu FO số ngành Cơng nghiệp địa bàn TPHCM Bảng 1.5: Nồng độ chất ô nhiễm khói thải đốt dầu FO đo số nhà máy Thành phố Hồ Chí Minh ( Số liệu lấy từ CEFINEA 2/1999 – 2000) Bảng 1.6: Một số biện pháp cải thiện khí thải dầu FO Việt Nam Bảng 1.7 : Các giá trị HLB tương ứng với ứng dụng chất HĐBM Bảng 1.8: Tên thương mại, cấu trúc giá trị HLB số chất HĐBM Bảng 1.9: Tỷ lệ (W) chất HĐBM Span 80 Tween 80 giá trị HLB Bảng 1.10: So sánh chức số phụ gia thương mại với phụ gia- sản phẩm đề tài Bảng 2.1 Các thông số phương án quay bậc hai Bảng 2.2 Giá trị số biểu thức tính hệ số hồi qui Bảng 3.1 Thí nghiệm theo nhân tố tồn phần 23: Bảng 3.2 Ma trận mã hố thí nghiệm theo phương án quay bậc hai Box Hunter Bảng 3.3 So sánh tiêu nhiên liệu nhũ tương dầu FO nhiên liệu FO Bảng 3.4 Các mẫu phối trộn hệ nhiên liệu nhũ tương nước/dầu FO Bảng 3.5 Các mẫu phối trộn hệ nhiên liệu nhũ tương nước/dầu FO với dầu DO Bảng 3.6 Các tính chất lý hóa hệ nhiên liệu phối trộn Bảng 3.7 Kết phân tích hàm lượng khí thải mẫu Bảng 3.8 Kết phân tích hàm lượng khí thải mẫu Bảng 3.9 Kết phân tích hàm lượng khí thải mẫu Bảng 3.10 Kết phân tích hàm lượng khí thải trung bình mẫu Bảng 3.11 Kết phân tích hàm lượng khí thải trung bình mẫu Bảng 3.12 Kết phân tích hàm lượng khí thải trung bình mẫu Bảng 3.13 Kết phân tích hàm lượng khí thải trung bình mẫu DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Đồ thị 1.1: Hình biểu diễn nhu cầu tiêu thụ dầu FO Thành phố Hồ Chí Minh từ năm 2000- 2005 Hình 1.2 Đồ thị biểu diễn thành phần nhiên liệu tiêu thụ Tp Hồ Chí Minh từ năm 2001- 2005 Hình 1.3: Vịi phun dầu có áp suất cao Hình 1.4: Vịi phun dầu khơng khí Hình 1.5: Mơ hình trình cháy giọt nhiên liệu nhũ tương dầu Hình 1.6: Quá trình cháy giọt dầu FO Hình 1.7: Quá trình cháy giọt nhiên liệu nhũ tương dầu FO Hình 1.8: Các loại chất HĐBM Hình 1.9: Mơ hình nhũ tương dầu/nước với có mặt chất HĐBM Hình 1.10:Sản phẩm phản ứng tran-este hóa Hình 3.1: Sơ đồ tổng hợp chất HĐBM phản ứng trans-este hóa Hình 3.2: Sơ đồ chế phản ứng trans-este hóa Hình 3.3 Đồ thị biểu diễn hàm số (3.2) thể bề mặt đáp ứng vùng tối ưu Hình 3.4: Phổ IR glyxêrin Hình 3.5: Phổ IR hợp chất kim Mg glyxêrin Hình 3.6 Ảnh hưởng hàm lượng chất HĐBM đến tính chất hệ nhũ Hình 3.7 Ảnh hưởng hàm lượng nước đến độ bền hệ nhũ tương FO Hình 3.8: Hàm lượng nước: 5% Kích thước hạt nhũ: 5-12 µm Hình 3.9: Hàm lượng nước:10% Kích thước hạt nhũ: 5-12 µm Hình 3.10: Hàm lượng nước: 15% Kích thước hạt nhũ: 15-20 µm Hình 3.11: Hàm lượng nước: 20% Kích thước hạt nhũ: 5-30 µm Hình 3.12 Hình SEM hệ nhũ tương FO với hàm lượng nước 10% sau năm bảo quản- Kích thước hạt nhũ: 5-18 µm Hình 3.13 Ảnh hưởng hàm lượng PGĐCN đến độ bền nhũ tương FO Hình 3.14 Đồ thị biểu diễn hàm lượng NOx lần đo khác Hình 3.15 Đồ thị biểu diễn hàm lượng SO2 lần đo khác Hình 3.16 Đồ thị biểu diễn hàm lượng SO2, NOx, CO nhiên liệu khác Phụ lục 7: Tính chất hóa lý nhiên liệu FO Phụ lục 8: Tính chất hóa lý nhiên liệu nhũ tương FO/PGĐCN Phụ lục 9: Kết phân tích số mẫu 3: DO:FO= 8:2 Phụ lục 10: Kết phân tích số mẫu (DO: nhũ tương FO/PGĐCN = 8:2) Phụ lục 11: Kết thử nghiệm ăn mòn đồng Phụ lục 12: Kết kiểm chứng hàm lượng khí thải loại nhiên liệu thử nghiệm (DO: nhiên liệu thử nghiệm = 8:2) Phụ lục 13: Kết kiểm chứng hàm lượng khí thải loại nhiên liệu FO Phụ lục 14: Hình đốt thử nghiệm lị đốt thuộc nhà máy A41 đường Cộng Hòa, phường 12, Quận Tân Bình, TP HCM Phụ lục 15: Hình đốt thử nghiệm Viện Kỹ thuật nhiệt đới bảo vệ môi trường - 56 Trương Quốc Dung, Q Phú Nhuận Phụ lục 16: Hình đốt thử nghiệm Nhà máy lọc dầu Cát Lái- Công ty TNHH thành viên Saigon Petro Phụ lục 17: Hình đốt thử nghiệm sở mắc hồ dệt Trung Chánh- Huyện Hóc Mơn,TP.HCM