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

UỶ BAN NHÂN DÂN TP.HCM SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ BÁO CÁO NGHIỆM THU (Đã chỉnh sửa theo góp ý của 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 TÓM TẮT NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 1/ Đã đưa ra hệ chất tạo nhũ từ dầu dừa và dầu Jatropha có khả năng tạo nhũ nước trong dầu tốt và hỗn hợp PGĐCN ổn định hệ nhũ, hỗ trợ cho quá trình đốt cháy, giảm ô nhiễm môi trường và ăn mòn thiết bị. 2/ Đã tổng hợp chất phụ gia đa chức năng từ muối MgCl 2 trong dung môi hydrocarbon thơm và peroxid hữu cơ có khả năng cải thịên hiệu quả đốt cháy, giảm các khí thải NO X , SO X , CO. 3/ Sau khi thử nghiệm và tối ưu hoá các hàm lượng nước, chất tạo nhũ, phụ gia đa chức năng, đã đưa ra các sản phẩm đề tài: - Hệ nhiên liệu nhũ tương dầu FO với tỷ lệ 89%FO, 10% nước, chất tạo nhũ và phụ gia vừa đủ - Hệ dầu FO và 1/1000 chất phụ gia - Hệ nhiên liệu 80% DO và 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 đã cho hiệu quả cải thiện khí thải rõ rệt, giảm 40% NO x và 40,99% SO 2 so với mẫu trắng (nhiên liệu FO) và cũng tốt hơn nhiều so với các phụ gia thương mại đối chứng. 5/ Đã đưa ra quy trình, sơ đồ công nghệ, bảng vẽ kỹ thuật và bảng tính toán khấu hao của thiết bị sản xuất hệ nhiên liệu nhũ tương FO/PGĐCN công suất 0.2; 1; 10m 3 /h 6/ Theo kết quả tính toán sơ bộ, khi sử dụng hệ nhiên liệu nhũ tương có thể tiết kiệm được 640 ngàn trên mỗi tấn 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 MgCl 2 in hydrocarbon solvent and organic peroxide improving combustion effect and reduce exhaust fumes NO X , SO X , 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% NO x and 40,99% SO 2 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; 1 and 10m 3 /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 và tình trạng ô nhiễm khí thải Error! Bookmark not defined. 1.1.1. Giới thiệu về 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 trong quá trình vận chuyển, tồn trữ và sử dụng dầu FO Error! Bookmark not defined. e. Nhu cầu tiêu thụ nhiên liệu FO ở TPHCM trong những năm gần đây: Error! Bookmark not defined. 1.1.2. Tác động ô nhiễm môi trường từ khí thải từ các lò đốt dầu FO Error! Bookmark not defined. a. Ô nhiễm SO x Error! Bookmark not defined. b. Ô nhiễm NO x Error! Bookmark not defined. c. Tro và khói Error! Bookmark not defined. d. Ô nhiễm CO Error! Bookmark not defined. e. Ô nhiễm do Hydrocarbon CxHy Error! Bookmark not defined. f. Ô nhiễm do các Aldehyde Error! Bookmark not defined. 1.1.3. Tình hình nghiên cứu cải thiện ô nhiễm khí thải do đốt dầu FO Error! Bookmark not defined. 1.2. Cấu tạo đầu phun lò đốt dầu FO Error! Bookmark not defined. 1.2.1. Vòi phun dầu bằng hơi nước hoặc không khí có áp suất cao Error! Bookmark not defined. 1.2.2. Vòi phun dầu bằng không khí có áp suất thấpError! Bookmark not defined. 1.2.3. Vòi phun cơ khí Error! Bookmark not defined. 1.3. Nhũ tương nước/dầu và hiệu ứng phun mù nhiên liệu thứ cấp của các hạt vi nhũ Error! Bookmark not defined. 1.3.1.Hiệu ứng phun mù nhiên liệu thứ cấp của các hạt vi nhũError! Bookmark not defined. 1.3.2. Quá trình tạo nhũ tương dầu FO Error! Bookmark not defined. 1.4. Thành phần và tính chất của 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 trong và ngoài nước Error! Bookmark not defined. 1.5.1.Tình hình nghiên cứu ngoài nước Error! Bookmark not defined. 1.5.2.Tình hình nghiên cứu trong nước Error! Bookmark not defined. 1.6. Giới thiệu một số chất HĐBM thương mại Error! Bookmark not defined. 1.7. Giới thiệu một số phụ gia thương mại trên thị trườngError! Bookmark not defined. 1.8. Những kết quả nghiên cứu của đề tài Error! Bookmark not defined. 1.8.1. Thành phần và tính chất của phụ gia đa chức năng (PGĐCN) Error! Bookmark not defined. 1.8.2. Thành phần và tính chất của phụ gia hỗ trợ cháyError! Bookmark not defined. 1.8.3. Thành phần và tính chất của tác nhân bền nhũError! Bookmark not defined. CHƯƠNG II: THỰC NGHIỆM Error! Bookmark not defined. 2.1. Hoá chất và 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 các qui trình tổng hợp chất HĐBM Error! Bookmark not defined. 3.1. Nghiên cứu tổng hợp chất HĐBM không ion Error! Bookmark not defined. 3.1.1. Nhận danh sản phẩm của phản ứng tổng hợp chất HĐBM Error! Bookmark not defined. 3.1.2. Tối ưu hóa phản ứng tạo chất HĐBM từ glyxêrin và dầu dừa Error! Bookmark not defined. 3.2. Khảo sát tính chất của hỗn hợp PGĐCN Error! Bookmark not defined. 3.3. Khảo sát tính chất của hệ nhũ tương nước/dầu. Error! Bookmark not defined. 3.3.1. Ảnh hưởng của hàm lượng chất HĐBM đến hệ nhũ tương nước/dầu Error! Bookmark not defined. 3.3.2. Khảo sát các đặc trưng của hệ nhiên liệu nhũ tương nước/dầu FO khi thay đổi hàm lượng nước Error! Bookmark not defined. 3.3.3. Ảnh hưởng của PGĐCN đến độ bền của hệ nhiên liệu nhũ tương dầu FO Error! Bookmark not defined. 3.3.4. Tính chất của sản phẩm nhiên liệu nhũ tương nước/dầu FO Error! Bookmark not defined. 3.3.5. Khảo sát hiệu quả đốt cháy và khả năng giảm ô nhiễm khí thải của 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 năng HLB: Hyrophile-lipophile-balance PGTM-PT: Phụ gia thương mại PT (Mỹ) PGTM-TN: Phụ gia thương mại trong 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 và các phương pháp kiểm tra dầu FO theo ASTM Bảng 1.2: Bảng phân loại dầu FO dựa vào độ nhớt và hàm lượng lưu huỳnh Bảng 1.3: Các chỉ tiêu chất lượng của nhiên liệu đốt lò theo TCVN 6239-2002 Bảng 1.4: Tải lượng các chất gây ô nhiễm không khí do đốt dầu FO của một số ngành Công nghiệp trên địa bàn TPHCM Bảng 1.5: Nồng độ chất ô nhiễm trong khói thải đốt dầu FO đo được ở một số nhà máy ở 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 tại Việt Nam Bảng 1.7 : Các giá trị HLB tương ứng với ứng dụng của chất HĐBM Bảng 1.8: Tên thương mại, cấu trúc và giá trị HLB của một số chất HĐBM Bảng 1.9: Tỷ lệ (W) các chất HĐBM Span 80 và Tween 80 và giá trị HLB Bảng 1.10: So sánh chức năng của một số phụ gia thương mại với phụ gia- sản phẩm của đề tài Bảng 2.1. Các thông số của phương án quay bậc hai Bảng 2.2. Giá trị các hằng số trong các biểu thức tính hệ số hồi qui. Bảng 3.1. Thí nghiệm theo nhân tố toàn phần 2 3 : Bảng 3.2. Ma trận mã hoá của thí nghiệm theo phương án quay bậc hai của Box và Hunter Bảng 3.3. So sánh các chỉ tiêu của nhiên liệu nhũ tương dầu FO và 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 của các hệ nhiên liệu phối trộn Bảng 3.7. Kết quả phân tích hàm lượng khí thải của mẫu 1 Bảng 3.8. Kết quả phân tích hàm lượng khí thải của mẫu 2 Bảng 3.9. Kết quả phân tích hàm lượng khí thải của mẫu 3 Bảng 3.10. Kết quả phân tích hàm lượng khí thải trung bình của 3 mẫu Bảng 3.11. Kết quả phân tích hàm lượng khí thải trung bình của 4 mẫu Bảng 3.12. Kết quả phân tích hàm lượng khí thải trung bình của 3 mẫu Bảng 3.13. Kết quả phân tích hàm lượng khí thải trung bình của 4 mẫu DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Đồ thị 1.1: Hình biểu diễn nhu cầu tiêu thụ dầu FO ở Thành phố Hồ Chí Minh từ năm 2000- 2005 Hình 1.2. Đồ thị biểu diễn thành phần nhiên liệu tiêu thụ của Tp. Hồ Chí Minh từ năm 2001- 2005 Hình 1.3: Vòi phun dầu có áp suất cao Hình 1.4: Vòi phun dầu bằng không khí Hình 1.5: Mô hình quá trình cháy của một giọt nhiên liệu nhũ tương dầu Hình 1.6: Quá trình cháy của giọt dầu FO Hình 1.7: Quá trình cháy của giọt nhiên liệu nhũ tương dầu FO Hình 1.8: Các loại chất HĐBM Hình 1.9: Mô hình nhũ tương dầu/nước với sự có mặt của chất HĐBM Hình 1.10:Sản phẩm phản ứng tran-este hóa Hình 3.1: Sơ đồ tổng hợp chất HĐBM của phản ứng trans-este hóa Hình 3.2: Sơ đồ cơ chế của phản ứng trans-este hóa Hình 3.3. Đồ thị biểu diễn hàm số (3.2) thể hiện bề mặt đáp ứng và vùng tối ưu. Hình 3.4: Phổ IR của glyxêrin Hình 3.5: Phổ IR của hợp chất cơ kim giữa Mg và glyxêrin Hình 3.6. Ảnh hưởng của hàm lượng chất HĐBM đến tính chất của hệ nhũ Hình 3.7. Ảnh hưởng của hàm lượng nước đến độ bền của 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 của hệ nhũ tương FO với hàm lượng nước 10% sau 1 năm bảo quản- Kích thước hạt nhũ: 5-18 µm Hình 3.13. Ảnh hưởng của hàm lượng PGĐCN đến độ bền nhũ tương FO Hình 3.14. Đồ thị biểu diễn hàm lượng NO x ở các lần đo khác nhau Hình 3.15. Đồ thị biểu diễn hàm lượng SO 2 ở các lần đo khác nhau Hình 3.16. Đồ thị biểu diễn hàm lượng SO 2 , NO x , CO của các nhiên liệu khác nhau Hình 3.17: Hàm lượng khí CO của các mẫu nhiên liệu khác nhau Hình 3.18: Hàm lượng khí NO x của các mẫu nhiên liệu khác nhau Hình 3.19 : Hàm lượng khí SO 2 của các mẫu nhiên liệu khác nhau [...]... nhiên li u nhũ tương t d u FO và nư c nh m c i thi n hi u su t đ t c a d u FO và sau này là ph gia cho d u FO [19] Tuy nhiên, các s n ph m đư c ng d ng ngay mà không có các thông s phân tích hàm lư ng khí th i, ch đánh giá b ng màu khói tr ng hay khói đen ThS Nguy n Thành Vinh cũng công b m t công trình nghiên c u ph gia gi m khí th i SOx cho d u FO [20] Tuy nhiên, k t qu nghiên c u chưa đư c đưa vào... hình nghiên c u ngoài nư c Ph gia đa ch c năng cho d u FO đư c s d ng ph bi n th gi i như M (Alken Even Flo, HFX, Pentol, E-oil…), nhi u nư c trên n đ (Residuumsol), Thái Lan (Devis)… Tuy nhiên, do các k t qu nghiên c u có tính thương m i cao nên h u như không có công trình nào công b các k t qu nghiên c u này 1.5.2.Tình hình nghiên c u trong nư c Đã có m t s công trình nghiên c u c a TS Lê Mư i v v... n pháp náy th c ch t không có l i cho môi trư ng vì không h n ch đư c t i lư ng ô nhi m mà ngư c l i làm tăng m c đ ô nhi m không khí trong khu v c Dư i đây là m t s bi n pháp c i thi n ô nhi m môi trư ng đư c các nhà máy Vi t Nam s d ng v i các ưu và như c đi m c a chúng : B ng 1.6: M t s bi n pháp c i thi n khí th i d u FO t i Vi t Nam [5] Bi n pháp Như c đi m - Đơn gi n, không t n kém - Chi phí thay... thương m i: - Trong nư c: ph gia đa ch c năng cho nhiên li u FO c a ti n sĩ Lê Mư i - Nư c ngoài: ph gia PT dành cho nhiên li u FO (M ) * Các hoá ch t đ t ng h p h ch t HĐBM - D u d a (công nghi p) - D u Jatropha (Vi n Sinh h c Nhi t đ i- Vi n Khoa h c Công ngh Vi t Nam) - Glyxêrin (công nghi p) - NaOH (Trung Qu c) * Các hoá ch t đ t ng h p h PGĐCN: - Dung môi thơm (công nghi p): toluen, xylen, phenol -... g c PT-FUEL OIL đư c s d ng trong các lò đ t gia đình, chung cư, cao c, khu công nghi p và các nhà máy đi n PT có nhi u s n ph m như: PT-FUEL OIL (dùng cho FO c n, bunker C và các lo i d u trung gian), PT-FUEL OIL Maritime (dùng cho các tàu đi bi n)… B ng 1.10 So sánh ch c năng c a m t s ph gia thương m i v i ph gia- s n ph m c a đ tài STT Tên ph gia Ch c năng chính 1 HFX Tăng tính d ch y c a d u c... Félix Barreras, khi s d ng ph gia ch a Mg hàm lư ng SOx gi m, hàm lư ng lưu huỳnh trong x tăng lên và lưu huỳnh t n t i trong x d ng mu i sunfat: 3MgSO4.CaSO4 nhưng mu i này cũng giúp cho vi c v sinh lò hơi d dàng hơn nh đ c tính x p, không gây ô nhi m môi trư ng [12] Tác đ ng c a PGĐCN đ n kh năng gi m thi u khí th i ô nhi m môi trư ng c a h nhiên li u nhũ tương nư c/d u FO s đư c ki m ch ng qua quá... u FO năm 2007: (7% +2%) * 862.560.600 (lít) + 862.560.600 (lít) = 940.191.054 (lít) -5- Chương 1 Tuy nhiên, v i giá xăng d u tăng v t như hi n nay, nhi u cơ s s d ng d u FO chuy n sang s d ng than cám đ ti t ki m chi phí Đi u này d n đ n s gia tăng đáng k v ô nhi m môi trư ng Hi n nay vi c b o v môi trư ng đang là v n đ c p thi t c a c th gi i l n Vi t Nam Vì chính ph Vi t Nam đã ban hành lu t v môi. .. ch t ô nhi m không khí đ c trưng như: SO2, NO2, CO, b i và các ch t ô nhi m nguy hi m khác như: SO3, aldehyde, carbua hydro § Là ngu n gây ô nhi m nhi u nh t và gây nh hư ng x u đ n s c kho cho nhân dân xung quanh các nhà máy có đ t d u và là ngu n th i b thưa ki n nhi u nh t B ng 1.4: T i lư ng các ch t gây ô nhi m không khí do đ t d u FO c a m t s ngành Công nghi p trên đ a bàn TPHCM [5] Ch t ô nhi... nhiên li u không cháy) -9- Chương 1 Khói ta trông th y là b i m n d ng sol khí c h t 0,3-0,5 µm S cháy không tr n v n là ngu n th i chính [4] d Ô nhi m CO CO sinh ra do cháy không hoàn toàn mà nguyên nhân là do không đ m b o t l không khí và nhiên li u h p lí; không hoà tr n t t gi a nhiên li u và không khí; th i gian lưu c a h n h p nhiên li u trong ng n l a không đ và đ ngu i nhanh c a s n ph m cháy trên...Chương 1 CHƯƠNG 1: T NG QUAN 1.1 D u FO và tình tr ng ô nhi m khí th i 1.1.1 Gi i thi u v d u FO a Thành ph n D u FO (Fuel Oil) là nhiên li u đ t đ cung c p nhi t cho nhi u thi t b trong nhi u ngành công nghi p khác nhau Theo ASTM d u FO đư c chia thành hai nhóm r ng d a trên công ngh s n xu t: d u chưng c t và d u c n D u FO chưng c t hay còn g i là d u FO nh là các phân đo n s n ph m chưng c t . CÔNG NGHỆ BÁO CÁO NGHIỆM THU (Đã chỉnh sửa theo góp ý của Hội đồng nghiệm thu) NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG PHỤ GIA ĐA CHỨC NĂNG CHO DẦU FO, CẢI THIỆN HIỆU QUẢ ĐỐT CHÁY, GIẢM THIỂU. nhũ, phụ gia đa chức năng, đã đưa ra các sản phẩm đề tài: - Hệ nhiên liệu nhũ tương dầu FO với tỷ lệ 89 %FO, 10% nước, chất tạo nhũ và phụ gia vừa đủ - Hệ dầu FO và 1/1000 chất phụ gia - Hệ. nhũ tương FO/ phụ gia thế hệ mới vừa tiết kiệm chi phí lắp đặt, thay thế thiết bị đốt, vừa tiết kiệm nhiên liệu, vừa đảm bảo hiệu quả cải thiện môi trường. 1.1.2. Tác động ô nhiễm môi trường