Nghiên cứu hoàn thiện quá trình sản xuất dầu nhiệt phân từ biomass bằng phương pháp nhiệt phân có xúc tác

Các sản phẩm dầu mỏ hiện nay vẫn là nguồn cung cấp nhiên liệu chủ yếu cho đời sống, sinh hoạt và sản xuất của con người. Việc tiêu thụ năng lượng ngày càng gia tăng trong khi đó thì nguồn nhiên liệu hóa thạch đang ngày càng cạn kiệt. Thêm vào đó, các cuộc xung đột chính trị, tranh chấp lãnh thổ trên thế giới góp phần đẩy tăng giá của nhiên liệu. Hơn nữa, việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch đã gây ra những hậu quả nghiêm trọng cho môi trường (hiện tượng trái đất nóng lên do hiệu ứng nhà kính, ô nhiễm không khí…) Trong sự cố gắng giảm sự phụ thuộc vào dầu mỏ và giảm ô nhiễm môi trường, công cuộc tìm kiếm các nguồn năng lượng thay thế trở thành việc làm có tính sống còn trong những thập kỉ tới. Rất nhiều nguồn nhiên liệu thay thế đã được nghiên cứu, ứng dụng và năng lượng sinh học – nguồn năng lượng sạch và có khả năng tái tạo – đã và đang được nghiên cứu và đưa vào sử dụng, sẽ trở thành nguồn năng lượng đầy hứa hẹn cung cấp nguồn năng lượng cho công nghiệp và đời sống trong tương lai. Nhiên liệu sinh học hình thành từ các hợp chất có nguồn gốc động – thực vật được nhiều nước trên thế giới coi là “giải pháp xanh”. Nó có khả năng tái sinh, tính trung tính về cacbon, có thể bù đắp cho sự thiếu hụt nguồn nhiên liệu hóa thạch trong tương lai và giảm bớt ô nhiễm môi trường. Biooil nhiên liệu có nhiều ưu điểm như: không phát thải SOx; CO2 phát thải không đáng kể, thấp hơn khoảng 7%; giảm 50% phát thải NOx; giảm 75% khí nhà kính. Cùng với bioetanol, diesel từ biomass là một sản phẩm nhiên liệu đang được nghiên cứu, phát triển công nghệ sản xuất diesel từ các phế phẩm nông nghiệp như bã mía, rơm rạ, vỏ trấu, hạt cao su, mỡ cá… những nguồn nguyên liệu chứa lignocellulose được cho là đầy triển vọng, rẻ tiền, khối lượng hàn năm rất lớn, không có tính cạnh tranh với lương thực thế giới và góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường do đốt bỏ hay thải bỏ các nguồn nguyên liệu này. Ở Việt Nam, phế phẩm nông nghiệp rất nhiều nhưng vẫn chưa được xử lý hợp lí. Nguồn phụ phẩm, phế thải nông nghiệp như rơm rạ,…đang được xử lý chủ yếu là đốt bỏ ở các vùng nông thôn. Nhận thấy thuận lợi về nguồn nguyên liệu biomass, Việt Nam đã và đang thực hiện nghiên cứu và sản xuất nhiên liệu sinh học. Nhà nước Việt Nam cũng đã có những chính sách ưu tiên, tạo điều kiện phát triển như: năm 2007, bộ tiêu chuẩn về xăng sinh học và dầu nhờn sinh học được ban hành; 20112007, Thủ tướng chính phủ phê duyệt” Đề án phát triển năng lượng sinh học đến 2015, tầm nhìn đến 2025”; 102008, Bộ Công thương phê duyệt dự án trồng cây để phục vụ cho sản xuất nhiên liệu sinh học… Hiện nay, trên thế giới, nhiên liệu sinh học đã được sử dụng rất nhiều, thay thế cho nguồn nhiên liệu hóa thạch. Brazil là đất nước đứng đầu về sản xuất và sử dụng nhiên liệu sinh học Etanol từ mía đường. Cùng với một số quốc gia khác trên thế giới như Mỹ, cộng đồng châu Âu, Trung Quốc, Ấn Độ, Malaysia, Indonesia,…đã nghiên cứu và sử dụng thành công nhiên liệu sinh học thay thế nhiên liệu hóa thạch. Với đề tài: “Nghiên cứu hoàn thiện quá trình sản xuất dầu nhiệt phân từ biomass bằng phương pháp nhiệt phân”, qua những cơ sở nghiên cứu đã có từ đề tài: “Nghiên cứu khả năng sản xuất dầu nhiên liệu từ biomass bằng phương pháp nhiệt phân” – giai đoạn nghiên cứu 1, được tiếp tục tối ưu các thông số để thu được dầu nhiệt phân có thể thay thế cho dầu đốt, dầu diesel tập trung vào nguồn nguyên liệu hạt cao su. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài: Xác định các thông số điều kiện của quá trình nhiệt phân tầng cố định để thu được dầu nhiệt phân từ hạt cao su. Nghiên cứu khả năng cải thiện dầu nhiệt phân bằng các xúc tác khác nhau.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU Khoa Hóa Học & CNTP PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN/ KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: NGUYỄN THỊ BÍCH THẢO Ngày sinh: 11/05/1992 MSSV : 1052010200 Lớp: DH10H2 Địa chỉ : 899/1A – Bình Giã – Phường 10 – Tp.Vũng Tàu E-mail : bichthao110592@gmail.com Trình độ đào tạo : Đại học Hệ đào tạo : Chính Quy Ngành : Công nghệ kỹ thuật hóa học Chuyên ngành : Hóa Dầu 1. Tên đề tài: “ Nghiên cứu hoàn thiện quá trình sản xuất dầu nhiệt phân từ biomass bằng phương pháp nhiệt phân có xúc tác” 2. Giảng viên hướng dẫn: Th.S NGUYỄN QUỐC HẢI 3. Ngày giao đề tài: 03/2014 4. Ngày hoàn thành đồ án/ khoá luận tốt nghiệp: 5/7/2014 Bà Rịa-Vũng Tàu, ngày 26 tháng 03 năm 2014 GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC HIỆN (Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên) ThS. Nguyễn Quốc Hải Nguyễn Thị Bích Thảo TRƯỞNG BỘ MÔN TRƯỞNG KHOA (Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên) TS. Lê Thanh Thanh PGS.TS. Nguyễn Văn Thông 1 LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan tự thực hiện đồ án dưới sự hướng dẫn của giáo viên hướng dẫn. Kết quả trình bày trong đồ án là do tôi thu thập được trong quá trình thực nghiệm và sử dụng tài liệu tham khảo được trích dẫn trong phần tài liệu tham khảo. Nếu có sai phạm tôi xin chịu trách nhiệm. Bà Rịa-Vũng Tàu, ngày 05 tháng 07 năm 2014 Sinh viên thực hiện Nguyễn Thị Bích Thảo 2 LỜI CẢM ƠN Trước hết, tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trong khoa Hóa Học và Công Nghệ Thực Phẩm, trường đại học Bà Rịa - Vũng Tàu đã tận tình truyền đạt cho tôi những kiến thức quý báu và tạo điều kiện được học hỏi và bổ sung kiến thức trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu khoa học. Đặc biệt, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Nguyễn Quốc Hải đã tận tình hướng dẫn, thảo luận và đóng góp ý kiến và kinh nghiệm trong suốt quá trình nghiên cứu đề tài này. Tôi xin gửi lời cảm ơn đến toàn thể ban giám đốc cũng như các anh chị Trung tâm nghiên cứu và phát triển công nghệ lọc hóa dầu - trường đại học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi có thể hoàn thành đề tài này. Cuối cùng, tôi muốn gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè, những người đã giúp đỡ rất nhiều, động viên cố gắng vượt qua những khó khăn trong học tập và cuộc sống. Tôi xin chân thành cảm ơn! MỤC LỤC 3 4 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ASTM: American Society for Testing and Materials BET: Xác định diện tích bề mặt GC – MS: Gas Chromatography Mass Spectrometry (Sắc ký khí – khối phổ) TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam 5 DANH MỤC BẢNG DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH 6 7 Đồ án tốt nghiệp Đại học – Khóa 2010-2014 Trường ĐH BR-VT Khoa Hóa Học & CNTP 8 Chuyên ngành Hóa Dầu Đồ án tốt nghiệp Đại học – Khóa 2010-2014 Trường ĐH BR-VT LỜI MỞ ĐẦU Các sản phẩm dầu mỏ hiện nay vẫn là nguồn cung cấp nhiên liệu chủ yếu cho đời sống, sinh hoạt và sản xuất của con người. Việc tiêu thụ năng lượng ngày càng gia tăng trong khi đó thì nguồn nhiên liệu hóa thạch đang ngày càng cạn kiệt. Thêm vào đó, các cuộc xung đột chính trị, tranh chấp lãnh thổ trên thế giới góp phần đẩy tăng giá của nhiên liệu. Hơn nữa, việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch đã gây ra những hậu quả nghiêm trọng cho môi trường (hiện tượng trái đất nóng lên do hiệu ứng nhà kính, ô nhiễm không khí…) Trong sự cố gắng giảm sự phụ thuộc vào dầu mỏ và giảm ô nhiễm môi trường, công cuộc tìm kiếm các nguồn năng lượng thay thế trở thành việc làm có tính sống còn trong những thập kỉ tới. Rất nhiều nguồn nhiên liệu thay thế đã được nghiên cứu, ứng dụng và năng lượng sinh học – nguồn năng lượng sạch và có khả năng tái tạo – đã và đang được nghiên cứu và đưa vào sử dụng, sẽ trở thành nguồn năng lượng đầy hứa hẹn cung cấp nguồn năng lượng cho công nghiệp và đời sống trong tương lai. Nhiên liệu sinh học hình thành từ các hợp chất có nguồn gốc động – thực vật được nhiều nước trên thế giới coi là “giải pháp xanh”. Nó có khả năng tái sinh, tính trung tính về cacbon, có thể bù đắp cho sự thiếu hụt nguồn nhiên liệu hóa thạch trong tương lai và giảm bớt ô nhiễm môi trường. Bio-oil nhiên liệu có nhiều ưu điểm như: không phát thải SO x ; CO 2 phát thải không đáng kể, thấp hơn khoảng 7%; giảm 50% phát thải NO x ; giảm 75% khí nhà kính. Cùng với bioetanol, diesel từ biomass là một sản phẩm nhiên liệu đang được nghiên cứu, phát triển công nghệ sản xuất diesel từ các phế phẩm nông nghiệp như bã mía, rơm rạ, vỏ trấu, hạt cao su, mỡ cá… những nguồn nguyên liệu chứa lignocellulose được cho là đầy triển vọng, rẻ tiền, khối lượng hàn năm rất lớn, không có tính cạnh tranh với lương thực thế giới và góp phần Khoa Hóa Học & CNTP 9 Chuyên ngành Hóa Dầu Đồ án tốt nghiệp Đại học – Khóa 2010-2014 Trường ĐH BR-VT giảm thiểu ô nhiễm môi trường do đốt bỏ hay thải bỏ các nguồn nguyên liệu này. Ở Việt Nam, phế phẩm nông nghiệp rất nhiều nhưng vẫn chưa được xử lý hợp lí. Nguồn phụ phẩm, phế thải nông nghiệp như rơm rạ,…đang được xử lý chủ yếu là đốt bỏ ở các vùng nông thôn. Nhận thấy thuận lợi về nguồn nguyên liệu biomass, Việt Nam đã và đang thực hiện nghiên cứu và sản xuất nhiên liệu sinh học. Nhà nước Việt Nam cũng đã có những chính sách ưu tiên, tạo điều kiện phát triển như: năm 2007, bộ tiêu chuẩn về xăng sinh học và dầu nhờn sinh học được ban hành; 20/11/2007, Thủ tướng chính phủ phê duyệt” Đề án phát triển năng lượng sinh học đến 2015, tầm nhìn đến 2025”; 10/2008, Bộ Công thương phê duyệt dự án trồng cây để phục vụ cho sản xuất nhiên liệu sinh học… Hiện nay, trên thế giới, nhiên liệu sinh học đã được sử dụng rất nhiều, thay thế cho nguồn nhiên liệu hóa thạch. Brazil là đất nước đứng đầu về sản xuất và sử dụng nhiên liệu sinh học Etanol từ mía đường. Cùng với một số quốc gia khác trên thế giới như Mỹ, cộng đồng châu Âu, Trung Quốc, Ấn Độ, Malaysia, Indonesia,…đã nghiên cứu và sử dụng thành công nhiên liệu sinh học thay thế nhiên liệu hóa thạch. Với đề tài: “Nghiên cứu hoàn thiện quá trình sản xuất dầu nhiệt phân từ biomass bằng phương pháp nhiệt phân”, qua những cơ sở nghiên cứu đã có từ đề tài: “Nghiên cứu khả năng sản xuất dầu nhiên liệu từ biomass bằng phương pháp nhiệt phân” – giai đoạn nghiên cứu 1, được tiếp tục tối ưu các thông số để thu được dầu nhiệt phân có thể thay thế cho dầu đốt, dầu diesel tập trung vào nguồn nguyên liệu hạt cao su. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài: - Xác định các thông số điều kiện của quá trình nhiệt phân tầng cố định để thu được dầu nhiệt phân từ hạt cao su. - Nghiên cứu khả năng cải thiện dầu nhiệt phân bằng các xúc tác khác nhau. Khoa Hóa Học & CNTP 10 Chuyên ngành Hóa Dầu [...]... chất phân đoạn chưng cất thu được như với mẫu dầu nhiệt phân thô, so sánh các kết quả thu được với phân đoạn tương ứng của nhiên liệu từ dầu mỏ Khoa Hóa Học & CNTP 11 Chuyên ngành Hóa Dầu Đồ án tốt nghiệp Đại học – Khóa 2010-2014 Trường ĐH BR-VT CHƯƠNG I CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Quá trình nghiên cứu giai đoạn 1 Đề tài: Nghiên cứu khả năng sản xuất dầu nhiên liệu từ biomass bằng phương pháp nhiệt phân ... phân có xúc tác, đánh giá và so sánh hiệu quả của các xúc tác được sử dụng, tìm lượng xúc tác sử dụng thích hợp vừa tiết - kiệm lại có hiệu xuất cao Thực hiện đo độ nhớt, điểm chớp cháy cốc hở, nhiệt trị, xác định thành phần của các mẫu dầu nhiệt phân Đánh giá các tính chất hóa lý của - sản phẩm dầu nhiệt phân thô Đo BET xác định diện tích bề mặt của các xúc tác Chưng cất phân đoạn dầu nhiệt phân thô... giảm Như vậy nhiệt độ có ảnh hưởng đáng kể đến quá trình nhiệt phân, nhiệt độ thích hợp có thể chọn cho quá trình nhiệt phân biomass là 400oC 1.2.2 Ảnh hưởng của độ ẩm nguyên liệu đến quá trình nhiệt phân [7] Khoa Hóa Học & CNTP 21 Chuyên ngành Hóa Dầu Đồ án tốt nghiệp Đại học – Khóa 2010-2014 Trường ĐH BR-VT Nhiệt phân ở điều kiện nhiệt độ tối ưu là 400 oC, giữ cố định các thông số gia nhiệt với tốc... giai đoạn đầu nghiên cứu về phương pháp sản xuất dầu nhiên liệu từ biomass bằng phương pháp nhiệt phân trong đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường – trường Đại học Bà Rịa Vũng Tàu thực hiện năm 2013 1.1.1 Mục đích nghiên cứu [3] Nhiên liệu sinh khối biomass là nguồn năng lượng tái sinh cổ xưa nhất, tốt nhất, phong phú nhất trên thế giới và có khả năng chuyển thành các nhiên liệu lỏng, thân thiện môi trường... chia nhiệt phân thành hai quá trình: nhiệt phân sơ cấp và nhiệt phân thứ cấp • Nhiệt phân sơ cấp [3] Như đã nói ở trên, thành phần chính của sinh khối biomass là cellulose (38-50%), hemicellulose (23-32%), lignin (15-25%) Đây là các chất cao phân tử được cấu thành từ các phân tử đường và có thể được bẻ gãy thành các phân tử đường đơn lẻ Quá trình nhiệt phân sơ cấp là quá trình xảy ra trong pha rắn,... nghiên cứu và thực hiện trong đề tài là: - Tìm hiểu quá trình chuyển hóa biomass thành bio-oil bằng phương - pháp nhiệt phân tầng cố định Tiến hành các thí nghiệm nhiệt phân không xúc tác, xác định các thông số tối ưu đem lại hiệu quả mong muốn như: tốc độ gia nhiệt, tốc độ sục - khí N2, kích thước nguyên liệu Tổng hợp, hoạt hóa các xúc tác KOH/γ–Al2O3, Bentonit/H+, Zeolit 3A Tiến hành nhiệt phân có. .. cấp[3] Quá trình nhiệt phân thứ cấp là quá trình xảy ra trong pha khí Các hợp chất dễ bay hơi sẽ bị phân hủy nhiệt và hình thành nên các metaplast nhỏ hơn nữa, và dẫn đến tạo ra nhiều khí CO, H2 Điều này làm cho sản phẩm lỏng, tức dầu nhiệt phân giảm Điều kiện nhiệt độ cao, thời gian phản ứng dài, sẽ thúc đẩy quá trình này 1.2 Kết quả thí nghiệm nghiên cứu giai đoạn 1 1.2.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá. .. KOH có thể bị bong ra và bị loại trong quá trình rửa sản phẩm do đó làm giảm hoạt tính của xúc tác khi tái sử dụng KOH bị bong ra còn tham gia phản ứng xà phòng, gây khó khăn cho quá trình tinh chế sản phẩm, làm giảm tính bôi trơn của sản CHƯƠNG II THỰC NGHIỆM 2.1 Quy trình công nghệ 2.1.1 Mục đích, phương pháp nghiên cứu a) Mục đích Thực hiện quá trình chuyển hóa hạt cao su trong điều kiện không có xúc. .. Bentonit/H+ Khảo sát ảnh hưởng của các xúc tác lên thành phần của bio-oil b) Phương pháp nghiên cứu Thực hiện việc chuyển hóa trên bằng phương pháp nhiệt phân thu lỏng, thiết bị nhiệt phân là thiết bị nhiệt phân tầng cố định, làm lạnh bằng thiết bị ngưng tụ và sinh hàn ống xoắn 2.1.2 Nguyên liệu, hóa chất; dụng cụ, thiết bị a) Nguyên liệu, hóa chất - Hạt cao su Bentonit (Sản xuất bởi DMC Miền Nam) HCl 10%... lượng Từ sinh khối, có thể sản xuất ra nhiên liệu khí cũng như nhiên liệu lỏng làm chất đốt hay nhiên liệu cho động cơ Nhiên liệu lỏng từ sinh khối được tổng hợp thông qua một quá trình gọi là nhiệt phân trong điều kiện thiếu oxy Sau khi nhiệt phân thu được chất lỏng gọi là dầu nhiệt phân, hay còn gọi là bio-oil, sau khi được cải thiện các tính chất, làm giảm thành phần oxy, cải thiện độ bền nhiệt . Nghiên cứu hoàn thiện quá trình sản xuất dầu nhiệt phân từ biomass bằng phương pháp nhiệt phân , qua những cơ sở nghiên cứu đã có từ đề tài: Nghiên cứu khả năng sản xuất dầu nhiên liệu từ biomass. THUYẾT 1.1. Quá trình nghiên cứu giai đoạn 1 Đề tài: Nghiên cứu khả năng sản xuất dầu nhiên liệu từ biomass bằng phương pháp nhiệt phân là giai đoạn đầu nghiên cứu về phương pháp sản xuất dầu nhiên. tiêu nghiên cứu của đề tài: - Xác định các thông số điều kiện của quá trình nhiệt phân tầng cố định để thu được dầu nhiệt phân từ hạt cao su. - Nghiên cứu khả năng cải thiện dầu nhiệt phân bằng