Nhiên liệu sinh học: Nguồn năng lượng tương lai(tt) pot

Nhiên liệu sinh học: Nguồn năng lượng tương lai(tt) IV. NHIÊN LIỆU SINH HỌC (BIOFUEL) - CÔNG NGHỆ VÀ ỨNG DỤNG 4. Sản xuất biofuel 4.7. Dimetylete Dimetylete (DME) hiện đang được sử dụng chủ yếu làm tác nhân khí phun trong các hộp phun. Nghiên cứu sử dụng DME làm nhiên liệu cho xe cộ mới chỉ được bắt đầu gần đây. Lý do khiến người ta quan tâm tới điều này là vào những năm 1990, có một nhóm các nhà nghiên cứu trong khi tìm phương pháp sản xuất xăng tổng hợp đi từ syngas, thì họ đã ngẫu nhiên phát hiện ra một phương pháp sản xuất DME từ khí này. Trước đó DME mới chỉ được sử dụng trong công nghiệp mỹ phẩm và chưa ai thành công trong việc thử dùng nó làm nhiên liệu cho động cơ diezel. Điều nổi trội của DME để nó có thể trở thành nhiên liệu hấp dẫn thay thế diezel là khả năng chất này giảm phát thải NO x khi sử dụng làm nhiên liệu. Hơn nữa, chất này có thể được sản xuất từ các nguồn nguyên liệu đa dạng, như sinh khối và khí tự nhiên. Cũng như metanol, bio-DME được sản xuất thông qua con đường khí hóa sinh khối thu syngas làm nguyên liệu. 4.7.1. Nguyên liệu sinh khối Cứ 3 tấn gỗ hoặc chất liệu có nguồn gốc từ gỗ sẽ sản xuất được 1 tấn DME. Điều này có nghĩa là năng suất chuyển hóa đạt 500 lít DME/ 1 tấn gỗ. 4.7.2. Công nghệ chuyển hóa bio- DME DME là ete đơn giản nhất có thể sản xuất trực tiếp từ nguồn syngas chứa CO và H 2 . Các phương pháp mới được nghiên cứu trong vòng hơn chục năm trở lại đây đã cho phép điều chế DME trực tiếp từ CO và H 2 trên những xúc tác đặc biệt. Hiện có 2 hãng của châu Âu là Air Product và Topsoe Haldor và một hãng của Nhật Bản là JFE sở hữu hai bí quyết công nghệ đang đi đầu trong phương pháp tổng hợp này: CO + H 2 ® CH 3 - O - CH 3 + H 2 O (Topsoe Haldor) CO + H 2 ® CH 3 - O - CH 3 + CO 2 (JFE) Giai đoạn đầu tiên nghiên cứu về chất xúc tác cho phản ứng tổng hợp DME trực tiếp được tiến hành trong khoảng thời gian từ 1989 - 1995. Việc nghiên cứu và sản xuất thử nghiệm ở quy mô phòng thí nghiệm khoảng 5 tấn/ ngày được thực hiện từ những năm 1995 - 2001. Những cơ sở đầu tiên trên thế giới sản xuất thử DME ở quy mô công nghiệp mới chỉ được thực hiện từ năm 2002 với công suất 100 tấn/ ngày. Dự kiến trong vài ba năm tới, người ta sẽ hoàn thiện công nghệ và đưa vào sản xuất đại trà DME trên quy mô công nghiệp. So với các loại xăng truyền thống thì nhiên liệu mới DME có nhiều ưu việt như giảm thiểu được lượng CO 2 và NO x phát thải, không sinh ra SO 2 … Song điều quan trọng là đầu vào để sản xuất DME là CO và H 2 tương đối dễ kiếm, có thể đi từ nhiều nguồn nguyên liệu khác nhau như khí tự nhiên, than đá, dầu nặng phế thải, khí metan tận thu từ các quá trình xử lý chất thải…thông qua quá trình khí hóa. Hạn chế của dạng nhiên liệu này là việc sử dụng chúng khá phức tạp. Công nghệ sản xuất DME giống với công nghệ sản xuất metanol nói trên. DME cũng có thể sản xuất từ nguồn metanol tinh khiết. Việc sản xuất này được thực hiện nhờ quá trình khử nước nhờ xúc tác: 2CH 3 OH ® CH 3 - O - CH 3 + H 2 O Trước tiên, metanol được gia nhiệt lên tới nhiệt độ 250 o C bằng hệ thống trao đổi nhiệt rồi mới đưa vào lò phản ứng. Phản ứng phát nhiệt xảy ra trong lò và DME hình thành. Các sản phẩm phản ứng có nhiệt độ 365 o C trước khi rời khỏi lò. Sau khi làm nguội, DME được tách khỏi nước, metanol và các thành phần khác. Sản phẩm cuối được tinh chế. Người ta thường kết hợp sản xuất metanol và DME trong cùng một quá trình. Như trên đã nói, trước khi được dùng làm nhiên liệu, DME chủ yếu được sử dụng làm vật liệu khí phun thay thế CFC s trong hộp phun. Hiện DME vẫn giữ vai trò chủ yếu trong ứng dụng này, chiếm tới 90% lượng DME sản xuất toàn cầu. DME cũng được sử dụng làm chất cải thiện khả năng đánh lửa ở động cơ chạy bằng metanol. Ngoài ra DME còn được sử dụng làm nhiên liệu cho nhà máy phát điện và phục vụ các nhu cầu dân dụng (nấu ăn và sưởi ấm), tuy nhiên thị trường này hiện chưa phát triển. Hiệp hội DME quốc tế (IDA) cho biết có triển vọng cung cấp lượng lớn DME giá rẻ (có nguồn gốc khí tự nhiên) cho nhà máy phát điện, nhiên liệu xe cộ và phục vụ gia đình từ năm 2005 này trở đi. 4.7.3. Thực trạng công nghệ và tính kinh tế Trên toàn cầu hiện mới có một số nhà máy quy mô nhỏ sản xuất DME từ metanol. Công nghệ tổng hợp DME trực tiếp từ syngas hiện vẫn đang tiếp tục nghiên cứu. Một số nhà máy pilot đang được xây dựng để thực hiện điều này. Công nghệ sản xuất DME từ nguyên liệu sinh khối cũng mới trong giai đoạn phát triển. Về nguyên tắc, công nghệ tổng hợp và xử lý các sản phẩm khí hóa từ sinh khối để sản xuất DME cũng giống như công nghệ đi từ khí tự nhiên. Giá thành sản xuất DME từ sinh khối chủ yếu được xác định thông qua chi phí nguyên liệu và đầu tư. Theo dự án Bio-DME của Bộ Năng lượng Thụy Điển (2002), chi phí đầu tư cho một nhà máy quy mô thương mại với công suất 200.000 tấn DME / năm dự tính cần 390 triệu euro hoặc tỷ suất đầu tư khoảng 2.000 euro/ tấn. Hiệp hội DME quốc tế cho rằng DME đi từ khí tự nhiên có thể đưa ra thị trường với giá cạnh tranh được với giá diezel truyền thống nguồn gốc dầu mỏ, nếu dầu mỏ với giá 23 USD/ thùng. DME sản xuất từ sinh khối sẽ đắt hơn vì chi phí nguyên liệu và vốn cao gấp đôi, còn chi phí sản xuất và bảo dưỡng cũng cao hơn 75%. Bộ [...]... 1930 Về cơ bản, đến nay nhiên liệu hóa thạch thường được sử dụng làm nguyên liệu cho quá trình này Các phát triển hiện nay tập trung vào việc sản xuất nhiên liệu Fischer - Tropsch trên cơ sở sinh khối Cũng giống như quá trình chuyển hóa metanol và DME, công nghệ Fischer - Tropsch cũng bắt đầu bằng khí hóa sinh khối lấy sản phẩm để tổng hợp tiếp tục 4.8.1 Nguyên liệu sinh khối Nhiên liệu lỏng Fischer -.. .Năng lượng Thụy Điển dự tính rằng giá thành sản xuất DME từ sinh khối sẽ vào khoảng 0,27 euro/ lít (14 euro/ GJ) Vì hàm năng lượng của DME thấp hơn diezel nên chi phí để tương đương 1 lít diezel sẽ vào khoảng 0,5 euro Nhờ công nghệ mới của các hãng nói trên, giá thành DME trong tương lai sẽ đủ sức cạnh tranh với các loại nhiên liệu truyền thống Theo số liệu của JFE thì với quy... Trong tương lai, việc hạn chế sử dụng xăng và diezel nguồn gốc dầu mỏ do ô nhiễm có thể sẽ tạo điều kiện để thị trường nhiên liệu Fischer Tropsch phát triển Hiện thời nếu giá dầu thô ổn định và chưa quá cao, việc sản xuất và tinh chế nhiên liệu từ dầu mỏ dùng cho xe cộ sẽ còn rẻ hơn so với sản xuất nhiên liệu 100% bằng phương pháp Fischer - Tropsch 4.8.4 Sử dụng Diezel Fischer - Tropsch là nhiên liệu. .. như Công ty Shell xây dựng ở Malaysia một nhà máy sản xuất nhiên liệu lỏng Fischer Tropsch từ khí tự nhiên Tại Nam Phi - Công ty Sasol cũng có một nhà máy sản xuất sử dụng than làm nguyên liệu Dùng sinh khối làm nguyên liệu cho quá trình Fischer - Tropsch còn đang trong giai đoạn nghiên cứu phát triển Khả năng khí hóa sinh khối hoặc nhiệt phân sinh khối (cùng với tạo ra bio-oil) để sản xuất khí tổng... hóa học CH3OCH3 C12H26 Trọng lượng phân tử 46 (kg/kmol) 55 - 60 Chỉ số xetan 0,67 Khối lượng riêng (kg/l) ở 15oC Trị giá năng lượng thấp hơn (MJ/kg) ở Diezel 170 200 50 (20oC) 0,84 28,4 42,7 18,8 35,7 15oC Trị giá năng lượng thấp hơn (MJ/l) ở 15oC 9,0 14,53 235 250 Tỉ lệ không khí/ nhiên liệu (kg không khí/ kg nhiên liệu) Nhiệt độ tự đánh lửa (oC) Chỉ số xetan của DME cao hơn diezel dầu mỏ nên thời gian... đưa ra giá thành sản xuất hydrocacbon Fischer - Tropsch chung tương đối thấp từ 11 - 13 euro/GJ thậm chí có thể thấp hơn, từ 8 - 11 euro/GJ đối với nhà máy lớn đa hệ thống Về lâu dài, giá thành có thể giảm xuống thấp hơn 9 euro/GJ Hiện tại giá thành nhiên liệu Fischer Tropsch cao hơn so với nhiên liệu có nguồn gốc dầu mỏ Sản phẩm nhiên liệu Fischer - Tropsch có thể được chấp nhận giá cao hơn vì ưu... hydrocraking có chọn lọc sản phẩm sáp thu được sẽ cho năng suất cao hơn so với sản xuất diezel phân đoạn trực tiếp từ syngas Khí thừa không chuyển hóa hết sau phản ứng tổng hợp có thể được đưa trở lại lò phản ứng để tăng năng suất sản phẩm nhiên liệu thu được Khí sản phẩm phụ có thể đưa vào chạy tổ hợp phát điện để tận dụng năng lượng Diezel Fischer - Tropsch là nhiên liệu phù hợp để chạy xe hoặc dành cho nhiều... - Tropsch là nhiên liệu có chất lượng cao và là nhiên liệu sạch với nhiều ưu điểm sử dụng cho động cơ diezel Bảng 9 dưới đây so sánh tính chất hai loại diezel Bảng 9 So sánh một số chỉ tiêu giữa diezel Fischer Tropsch và diezel dầu mỏ FischerTính chất nhiên Tropsch Diezel liệu diezel dầu mỏ Công thức hóa học Parafin Trọng lượng phân tử (kg/kmol) > 74 Chỉ số xetan Khối lượng riêng 0,78 (kg/l) ở 15oC... ước C12H26 170 200 50 0,84 15oC Trị giá calo thấp o hơn (MJ/l) ở 15 C Tỉ lệ không khí/ nhiên liệu (kg không khí/ kg nhiên liệu) Hàm lượng oxy (% trọng lượng) 42,7 35,7 ~0 3,57 14,53 72 0 - 0,6 4 77 Độ nhớt (mm2/ o giây) ở 20 C Điểm cháy (oC) Diezel Fischer-Tropsch có nhiều đặc điểm giống diezel dầu mỏ như: nhiệt lượng, mật độ, độ nhớt và điểm sôi Trong điều kiện bình thường, nó cũng ở dạng lỏng như... tính theo đơn vị năng lượng cũng chỉ tương đương so với gas hóa lỏng LNG và thấp hơn dầu diezel, gas LPG 4.7.4 Sử dụng DME DME thích hợp với động cơ diezel do nhiệt độ đánh lửa thấp và chỉ số xetan hợp lý Bảng 8 dưới đây cung cấp các thông số so sánh giữa DME và diezel Bảng 8 So sánh một số chỉ tiêu giữa DME và dầu diezel Tính chất nhiên liệu DME Công thức hóa học CH3OCH3 C12H26 Trọng lượng phân tử 46 . Nhiên liệu sinh học: Nguồn năng lượng tương lai(tt) IV. NHIÊN LIỆU SINH HỌC (BIOFUEL) - CÔNG NGHỆ VÀ ỨNG DỤNG 4. Sản xuất. thành nhiên liệu hấp dẫn thay thế diezel là khả năng chất này giảm phát thải NO x khi sử dụng làm nhiên liệu. Hơn nữa, chất này có thể được sản xuất từ các nguồn nguyên liệu đa dạng, như sinh. khí tự nhiên. Cũng như metanol, bio-DME được sản xuất thông qua con đường khí hóa sinh khối thu syngas làm nguyên liệu. 4.7.1. Nguyên liệu sinh khối Cứ 3 tấn gỗ hoặc chất liệu có nguồn