Báo cáo: TỐI ƯU HÓA QUÁ TRÌNH REFORMING ETANOL ĐỂ SẢN XUẤT H2 SỬ DỤNG XÚC TÁC Ni/Al2O3 TRÊN PHẦN MỀM HYSYS doc

Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Khoa Dầu Khí Bộ Mơn: Lọc Hóa Dầu ĐỀ TÀI: TỐI ƯU HĨA Q TRÌNH REFORMING ETANOL ĐỂ SẢN XUẤT H2 SỬ DỤNG XÚC TÁC Ni/Al2O3 TRÊN PHẦN MỀM HYSYS HN: 2011 SINH VIÊN THAM GIA ĐỀ TÀI:  Lương Văn Sơn  Ngô Thị Hạnh  Nguyễn Thị Thanh Mai Giáo Viên Hướng Dẫn: KS Đồn Văn Huấn MỤC ĐÍCH VÀ Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI Mục đích: Sản xuất hydro từ etanol nguồn ngun liệu biomass Tối ưu hóa q trình nhằm thu tối đa H2 giảm lượng CO2 thoát môi trường dựa vào mô phần mềm Hysys Tổng hợp xúc tác cho phản ứng nghiên cứu động học phản ứng xúc tác Ni/Al2O3 Ý nghĩa: - Sản xuất H2 nhằm thay nguồn nhiên liệu hóa thạch dần cạn kiệt, đồng thời giúp giảm nhiễm mơi trường nhiên liệu hóa thạch gây - Sản xuất H2 hướng mới, phương pháp có nhiều ưu điểm phương pháp khác có tính ứng dụng cao, đơn giản phù hợp với điều kiện nguồn nguyên liệu biomass sẵn có Việt Nam NỘI DUNG NGHIÊN CỨU  Giới thiệu nguồn nhiên liệu H2  Mơ q trình reforming etanol sản xuất H2 - Mơ q trình - Tối ưu hóa q trình  Mơ phản ứng reforming xúc tác Ni/Al2O3 - Nghiên cứu động học phản ứng - Tổng hợp xúc tác Ni/Al2O3 (đặc trưng phương pháp XRay + BET) - Mô phản ứng Hysys, đánh giá yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng  Kết luận kiến nghị CÁC NGUỒN NĂNG LƯỢNG HIỆN NAY Năng lượng mặt trời Năng lượng hóa thạch: dầu mỏ, than đá Năng lượng sinh khối Hạt nhân Sơ đồ sản xuất etanol từ sinh khối Xử lý nguồn biomass Xử lý sơ Sản xuất enzim Thủy phân xenlulozơ Etanol Lên men glucozơ Lên men pentozơ Thu hồi etanol Tận dụng licnin Với mục đích làm nhiên liệu, H2 có nhiều ưu điểm so với nhiên liệu hóa thạch Là nhiên liệu sạch, gần không Là nhiên liệu sạch, gần không phát khí thải phát khí thải Là nguồn lượng tái Là nguồn lượng tái sinh sinh Thay khí thiên nhiên cung cấp Thay khí thiên nhiên cung cấp lượng cho nhu cầu dân dụng lượng cho nhu cầu dân dụng Làm pin nhiên liệu cho động cơ, Làm pin nhiên liệu cho động cơ, chạy êm, không gây ồn chạy êm, không gây ồn Ứng dụng nguồn H2 Cơng nghệ hóa dầu Nguồn H2 Luyện kim, chất bán dẫn Công nghệ lọc dầu Nhiên liệu cho động Tại lại dùng etanol để sản xuất H2 ? Dễ reforming hydrocacbon Tiết kiệm lượng chi phí Tránh vấn đề nhiễm mơi trường Do không cần etanol tinh khiết nên bỏ qua công đoạn sấy khô, chưng cất, hấp phụ Do không dùng lưu huỳnh, xúc tác độc reforming hydrocacbon sử dụng nguồn etanol sinh khối Động học trình reforming etanol xúc tác Ni/Al2O3 Dựa chế Eley Rideal C2H6O + 3H2O 2CO2 + 6H2 (∆HO=174kJmol-1) 1.Hấp thụ etanol Lên bề mặt xúc tác C2H6O + (a) ↔ C2H6O(a) 2.Tương tác etanol Hấp thụ với vị trí lỗ Trống liền kề C2H6O(a) + (a) ↔ CH4O*(a) + CH2*(a) CH4*(a) + H2O(g) ↔ CO2 + 3H2 + (a) 3.Phản ứng bề mặt Hấp phụ & giải hấp phụ CH*2(a) + 2H2O(g) CO2 + 3H3 + (a) Tổng Hợp Xúc Tác Ni/Al2O3 Trong nghiên cứu này, tổng hợp xúc tác Ni/Al2O3 dựa phương pháp: - Phương pháp đồng kết tủa (coprecipitation) Dd Na2CO3 Ni(NO3).6H2O Al2(NO3)3.9H2O Dung dịch A 40oC Khuấy Sấy khô Lọc kết tủa Nung 600oC Mẫu CP - Phương pháp kết tủa hóa học (Precipitation) Ni(NO3)2.6H2O Khuấy 24h Lọc kết tủa Dung dịch B (Na2CO3 + Al2O3) Sấy khô Nung 600oC Mẫu PT Các mẫu xúc tác tổng hợp Mẫu xúc tác Ni (% KL) (M=58,69) Al (%kl) (M=27) CP10 10 47,63 CP15 15 44,98 CP20 20 42,34 PT10 10 47,63 PT15 15 44,98 PT20 20 42,34 400 d=1.413 d=1.562 500 d=1.997 d=2.421 600 d=2.803 Lin (Cps) Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - Mau CP5 700 300 200 100 20 30 40 50 60 70 2-Theta - Scale File: Son DH mo mau CP5.raw - Type: Locked Coupled - Start: 20.000 ° - End: 80.000 ° - Step: 0.030 ° - Step time: s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 11 s - 2-Theta: 20.000 ° - Theta: 10.000 ° - Chi: 00-004-0858 (D) - Aluminum Oxide - gamma-Al2O3 - Y: 86.62 % - d x by: - WL: 1.5406 - Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - Mau PT15 1500 Kết đo XRD 1400 d=2.555 1100 d=2.089 1200 1000 d=1.603 1300 900 800 d=1.743 d=1.277 d=1.481 d=1.548 100 d=1.965 d=2.421 200 d=1.513 300 d=1.206 400 d=1.240 d=1.236 d=2.386 500 d=1.405 d=3.490 600 d=1.375 700 20 30 40 50 60 70 2-Theta - Scale File: Son DH mo mau PT15.raw - Type: Locked Coupled - Start: 20.000 ° - End: 80.000 ° - Step: 0.030 ° - Step time: s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 19 s - 2-Theta: 20.000 ° - Theta: 10.000 ° - Chi 01-071-1123 (C) - Corundum - Al2O3 - Y: 42.51 % - d x by: - WL: 1.5406 - Rhombo.H.axes - a 4.76170 - b 4.76170 - c 12.99470 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 120.000 - Primitive - R-3c (167) - 01-089-5881 (C) - Nickel Oxide - NiO - Y: 3.80 % - d x by: - WL: 1.5406 - Cubic - a 8.35320 - b 8.35320 - c 8.35320 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Face-centered - Fm-3m (225) - 32 - 582 Kết Quả BET Kết đo BET mẫu xúc tác CP15 BET Surface Area: 204.0826 ± 0.6923 m²/g Mô phản ứng reforming xúc tác Ni/Al2O3 Name 78.81 oC 100oC Áp suất Thiết bị PFR Hơi nước Nhiệt độ Source: [http://en.wikipedia.org/wiki/Plug_flow_reactor_model] etanol 101.3Kpa 101.3Kpa Tốc độ dòng 100 kmol/h 150 kmol/h Mô phản ứng reforming xúc tác Ni/Al2O3 Các thông số Thiết bị PFR Kinetic reaction Total volume [m3] 2.355 Length [m] Catalyst Data Particle Diameter [mm] 0.6 Solid density [kg/m3] 2500 Mô phản ứng reforming xúc tác Ni/Al2O3 Dòng sản phẩm q trình phản ứng Worksheet Khơng có xúc tác Có xúc tác H2 0.5581 0.6469 CO2 0.1860 0.2156 etanol 0.1569 0.1092 H2O 0.0989 0.0283 Các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng reforming Ảnh hưởng nhiệt độ đến độ chuyển hóa etanol phần mol H2 Xu hướng tạo COx CH4 tăng áp suất tăng Các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng reforming Xu hướng tạo cốc giảm cách tăng nhiệt độ Xu hướng tạo cốc giảm cách tăng tỉ lệ nước so vơi etanol (S/C) KẾT LUẬN • Đã mơ thành cơng q trình reforming etanol để sản xuất hydro phần mềm Hysys Kết thu dòng sản phẩm H đạt độ tinh khiết cao • Đã tối ưu hóa q trình với mục đích tăng hàm lượng H giảm hàm lượng khí CO dựa vào thay đổi lưu lượng dịng nước khí • Đã tổng hợp thành công mẫu xúc tác PT15 CP15 Kết sau đo XRD BET cho thấy mẫu xúc tác có kích thước mao quản trung bình • Đã nghiên cứu mơ phản ứng reforming etanol xúc tác Ni/Al2O3 phần mềm Hysys KIẾN NGHỊ  Cần phân tích đặc trưng mẫu xúc tác với hàm lượng Ni khác tổng hợp để chọn xúc tác tối ưu  Nghiên cứu xúc tác khác CeO2-ZrO2  Tiến hành thực nghiệm phản ứng thực tế để so sánh với kết mô Hysys nhằm đánh giá mức độ tin cậy phần mềm ...  Mơ q trình reforming etanol sản xuất H2 - Mơ q trình - Tối ưu hóa q trình  Mơ phản ứng reforming xúc tác Ni/Al2O3 - Nghiên cứu động học phản ứng - Tổng hợp xúc tác Ni/Al2O3 (đặc trưng phương... lệ nước so vơi etanol (S/C) KẾT LUẬN • Đã mơ thành cơng q trình reforming etanol để sản xuất hydro phần mềm Hysys Kết thu dòng sản phẩm H đạt độ tinh khiết cao • Đã tối ưu hóa q trình với mục... CỦA ĐỀ TÀI Mục đích: Sản xuất hydro từ etanol nguồn nguyên liệu biomass Tối ưu hóa trình nhằm thu tối đa H2 giảm lượng CO2 mơi trường dựa vào mơ phần mềm Hysys Tổng hợp xúc tác cho phản ứng nghiên