Hoàn thiện công nghệ sản xuất biodiesel từ dầu thực việt nam ở qui mô pilot có công suất 100 kg trên ngày

Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước:II.1.1.TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ SỬ DỤNG BIODIESEL TRÊN THẾ GIỚI Nghiên cứu sử dụng dầu thực vật làm nhiên liệu đã được Rudolf Diesel tiến hành các

BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI CẤP VIỆN KH&CN VIỆT NAM

NĂM 2007-2008 Phần I: Thông tin chung về đề tài:

I.1 Tên đề tài: Hòan thiện công nghệ sản xuất biodiesel từ dầu thực

vật Việt nam ở qui mô pilot có công suất 100 KG/ngày

I.2 Thuộc hướng: Khoa học vật liệu

I.3 Thời gian thực hiện: từ 01/01/2007- đến 31/12/2008 I.4 Cấp quản lý: Viện KH&CN VIỆT NAM

I.5 Kinh phí: 300.000.000,00 đồng VN( Ba trăm triệu đồng VN)

Tổng số: 300.000.000,00 đồng

Trong đó, từ ngân sách SNKH: 300.000.000,00 đồng

I.6 Thuộc chương trình (nếu có): KHCN cấp Viện KH&CN VN 2007-2008

I.7 Chủ nhiệm đề tài:

- Họ và tên: Hồ Sơn Lâm

- Học hàm, học vị: PGS.TS

- Chức vụ: Viện trưởng, NCVCC

- Điện thoại: 08.8237926 ,Fax: 08.8236073, E-mail:imshcm@hcm.vnn.vn

- Địa chỉ cơ quan công tác: Số 1.Mạc Đĩnh Chi, Q1-TPHCM

I.8 Những người tham gia thực hiện đề tài:

STT Họ và tên Cơ quan công tác Trách nhiệm

trong đề tài Số thánglàm việc

cho đề tài1

ĐH TĐT

ĐH TĐT

Chủ nhiệmThành viênThành viênThành viênThành viênThành viênThành viênThành viên

Kế toánThành viên

SV làm LV

Sv làm LV

241224241224121224120303

I.8 Đơn vị chủ trì đề tài: Viện Khoa học Vật liệu Ứng dụng

- Điện thoại: 08.8243507 Fax:08.8236073, E-mail:imshcm@hcm.vnn.vn

- Địa chỉ: Số 1.Mạc Đĩnh Chi, Q1-TPHCM

Phần II: Nội dung KH&CN của đề tài:

II.1 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước:

II.1.1.TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ SỬ DỤNG BIODIESEL TRÊN THẾ GIỚI

Nghiên cứu sử dụng dầu thực vật làm nhiên liệu đã được Rudolf Diesel tiến hành cáchđây trên 100 năm

Tháng giêng năm 1991, chương trình nghiên cứu sử dụng Biodiesel của CHLB Đứcbắt đầu chính thức hoạt động, thế mà 10 năm sau sản lượng Biodiesel của Đức đã đạt trên 1triệu tấn/năm Chỉ trong thời gian tương đối ngắn hàng loạt các nhà máy sản xuất nhiên liệubiodiesel ở qui mô công nghiệp với công suất vài trăm ngàn tấn/năm đã ra đời, tập trungnhiều nhất ở Đức, Italia, áo, Pháp, Thụy Điển, Tây Ban Nha Tổng công suất hiện nay củachâu âu là 2 triệu tấn Trong khi đó tại châu á, việc nghiên cứu và ứng dụng BDF cũng pháttriển mạnh, tiêu biểu như: ấn Độ, Trung Quốc, Nhật Bản, Hồng Kông Ngoài ra, các nướcChâu Phi và Châu úc cũng đang bước đầu triển khai nghiên cứu nhiều về BDF Trong thực

tế, trên thế giới, nước sử dụng rộng rãi BDF nhất hiện nay là Hoa Kỳ với nhiều chính sách

ưu đãi

Từ năm 2001, Anh cũng đã đưa ra thị trường nhiên liệu chứa 5% biodiesel Hiện naytoàn bộ nhiên liệu diesel của châu Âu trên thị trường đều chứa 5% biodiesel (Từ 1/1/2005).Năm 2003 Đức có hơn 1500 trạm bơm nhiên liệu BDF với tổng sản lượng BDF trên 1 triệutấn, tương đương trên 20 triệu tấn nhiên liệu phối trộn B5

Tại các nước EU, thuế nhiên liệu cấu thành khoảng 50% giá bán diesel Tháng2/1994, Nghị viện Châu Âu đã quyết định giảm 90% thuế nhiên liệu cho BDF (Pháp vàĐức miễn thuế hoàn toàn cho BDF) Với những luật định ưu đãi về thuế, Châu Âu dự tính

sẽ tăng thị phần biodiesel từ 2% năm 2005 lên 5,75% năm 2010 (tương đương 7 triệu tấnBDF) đến năm 2020 đạt 20% Nguyên liệu cho sản xuất BDF ở Châu Âu là dầu thực vậttrong đó đa số có nguồn gốc dầu hạt cải và dầu hạt hướng dương

Biodiesel được bán tại Mỹ chứa 20% biodiesel (gọi là B20) Năm 1992, Hội đồngbiodiesel quốc gia được thành lập nhằm phối hợp thực hiện các chương trình kỹ thuật vàđiều phối BDF Tháng 3/2002, bang Minnesota ban hành đạo luật qui định toàn bộ nhiênliệu diesel trên thị trường phải chứa ít nhất 2% biodiesel Việc nghiên cứu, sản xuất, kinhdoanh và thử nghiệm BDF được phát triển rộng khắp ở nhiều bang như: California,Nevada, Idaho, Alaska, Missouri… Năm 2001, ASTM (American Society for TestingMaterials) hoàn chỉnh bộ tiêu chuẩn D – 6751 cho nhiên liệu B20 Hiện nay, có trên 100công sở và tập đoàn lớn đăng ký sử dụng BDF cho các phương tiện công cộng như BộQuốc phòng, Hải quân, Bộ Năng lượng, Bưu điện, Bộ Giao thông, Các Sở giáo dục… Ngoài ra, Mỹ đã thông qua đạo luật Chiến lược năng lượng, quyết định thay thế 10%

DO bằng BDF vào năm 2000, và đến năm 2010 sẽ là 30% Tháng 8/1999, tổng thốngClinton ký quyết định mở rộng sử dụng BDF Ngày 8/8/2005, tổng thống Bush đã phêchuẩn điều luật ưu đãi về thuế cho sản xuất kinh doanh và sử dụng BDF: 1$/1 galon BDF

từ VO và 0,5$/1 galon BDF từ dầu VO thải; điều luật này sẽ có hiệu lực kéo dài đến hếtnăm 2008

Ngày 10/8/2005 tổng thống Bush cũng đã phê duyệt cấp kinh phí 8 triệu USD chochương trình nghiên cứu về BDF của ủy ban Biodiesel quốc gia Với sự phát triển không

ngừng của sản xuất và tiêu thụ cùng với các ưu đãi về thuế, giá bán BDF từ dầu đậu nànhtại Mỹ giảm dần: từ 3 – 4 USD/gallon (1gallon ~ 3,7854 lít) năm 1993 giảm xuống 2,81

$/gallon B2-B5; 2,91 USD/gallon B20 vào tháng 9/2005, tiến gần đến giá bán DO là 2,91

$/galon DO vào cùng thời điểm (Bảng 1) Năm 2004 Mỹ đã sử dụng trên 36 tỷ gallon BDF

B ng 1: Giá nhiên li u trung bình tháng 9/2005 (USD/gallon,1 gallon = 3,8 l).ệu trung bình tháng 9/2005 (USD/gallon,1 gallon = 3,8 l)

Xăng Diesel Ethanol

(E85) CNG Biodiesel(B20) Biodiesel(B2-B5) Biodiesel(B100)

Châu Đại Dương: Australia đang sản xuất biodiesel theo tiêu chuẩn của EU từ dầu ănphế thải Hiệu nước này tiêu thụ khoảng trên 100.000 tấn BDF từ nguồn dầu phế thải Tại Châu Á, nghiên cứu về BDF phát triển mạnh ở Trung Quốc, Nhật Bản, HồngKông, Ấn độ… Ấn độ là nước tiêu thụ DO lớn (40 triệu tấn hàng năm) đã có kế hoạch pháttriển các đồn điền trồng cây Jatropha ở những vùng đất khô cằn chỉ để cung cấp nguyênliệu sản xuất BDF Jatropha là loại cây lâu năm và chịu hạn tốt, theo tính toán từ năm thứhai bắt đầu cho hạt và từ năm thứ năm cho sản lượng ổn định 1- 2 tấn biodiesel/hecta/năm.Tuân thủ nghị định thư Kyoto, nhằm thực hiện nghĩa vụ giảm 6% khí thải CO2, từ năm

1995 Nhật đẩy mạnh nghiên cứu sản xuất và từ năm 1997 đưa nhiên liệu BDF vào phươngtiện giao thông nội thành Một nhà máy công suất 200 nghìn tấn/năm được xây dựng để xử

lý dầu thực vật phế thải của vùng Tokyo Thành phố Tokyo đã sử dụng biodiesel cho xe tải

và toàn bộ xe bus với hàm lượng 20% BDF + 80% DO Nhật Bản cũng là nước đầu tiênnghiên cứu việc áp dụng kỹ thuật môi trường tới hạn và kỹ thuật siêu âm vào điều chếBDF Mối quan tâm của Nhật tập trung vào dầu cọ, canola, hướng dương Trung Quốc,Hồng Kông cũng đã thử nghiệm dùng BDF cho xe tải, xe bus BDF ở đây được điều chếchủ yếu từ dầu và mỡ thải

Các nước Đông Nam Á như Malaysia, Thái Lan, Philippines… cũng bắt đầu quantâm đến sản xuất biodiesel, đặc biệt là từ dầu cọ (Malaysia, Thái Lan) và dầu dừa(Philippines)

Sử dụng BDF góp phần giải quyết an ninh năng lượng, thay thế nguồn nhiên liệu hóathạch đang cạn dần, góp phần đa dạng hóa và tạo ra nguồn năng lượng sạch Trong tươnglai, khi các nguồn năng lượng truyền thống cạn dần thì khả năng sử dụng nguồn nhiên liệumới sẽ có nhiều triển vọng hơn Do đó, dạng nhiên liệu mới được tạo ra từ dầu thực vật cóthể sẽ là tiền đề cho việc định hướng phát triển cây thực vật có dầu và mở rộng ngànhcông-nông nghiệp sản xuất và tinh chế dầu thực vật làm nhiên liệu ở qui mô lớn Khó khănlớn nhất khi mở rộng sản xuất biodiesel từ dầu thực vật là giá thành sản xuất cao hơn nhiều

so với DO Giá thành sản xuất BDF vẫn còn cao gấp khoảng 2 lần giá thành DO, do đó cần

có ưu đãi về thuế Nếu sử dụng dầu thực vật phế thải để sản xuất BDF thì giá thành sẽ giảm

đi rất nhiều và mang lại hiệu quả kinh tế

II.1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ SỬ DỤNG BIODIESEL Ở VIỆT NAM

Ở Việt nam trong vòng 20 năm trở lại đây đã bắt đầu có những công trình nghiên cứu

về biodiesel, tuy nhiên do còn một số hạn chế trong kết quả nghiên cứu cũng như chưa cónhững chính sách khuyến khích từ phía Nhà nước nên biodiesel chưa được ứng dụng rộngrãi Nhìn chung, các công trình tập trung chủ yếu vào nghiên cứu cơ bản, cơ chế phản ứng,xúc tác, cracking trong hơi nước

Việc điều chế và thử nghiệm BDF từ dầu thực vật tai nước ta bắt đầu được quan tâm

từ những năm 1980 Trong khoảng 5 năm gần đây các nghiên cứu về điều chế BDF đượcchú ý nhiều, chủ yếu theo phương pháp este hóa với nguồn nguyên liệu từ dầu đậu nành,dầu dừa, dầu ăn phế thải Một số công trình nghiên cứu phản ứng transeste hoá bằng sóngsiêu âm Tuy nhiên, kết quả đạt được của các nghiên cứu trên chỉ mang tính định hướng,thăm dò và việc thử nghiệm biodiesel chưa phát triển rộng khắp

Trong những nổ lực nhằm đưa dạng nhiên liệu này vào phục vụ đời sống thực tế, hiệnnay đã có những đơn vị và cá nhân tiến hành sản xuất biodiesel trên các dạng nhiên liệusau:

+Mỡ cá: Các đơn vị SX và CB cá ở ĐBSCL, với lượng mỡ cá hàng năm lên đến vài trăm ngàn tấn, đã và đang xây dựng những cơ sở chuyển mỡ cá thành biodiesel Hiện nay

đã có sản phẩm bán trên thị trường tự do.( Không rõ chất lượng)

+Saigon petro kết hợp với một số doanh nghiệp xây dựng hệ thống thu gom dầu ăn phế thải để sản xuất Biodiesel.Dự kiến vài năm tới sẽ có sản phẩm

+Một số nhà máy chế biến dầu ăn, sử dụng loại dầu phế thải, đang nghiên cứu qui trình sử dụng dạng nguyên liệu này cho việc đốt lò hay sử dụng cho máy phát điện của nhà máy

(Thông tin từ tham luận của các đại biểu tại Hội thảo Khoa học về nhiên liệu có

nguồn gốc sinh học, ngày 23/8/2006 tại TPHCM)

Từ năm 1999, Phân viện khoa học vật liệu tại TPHCM thuộc TTKHTN&CN QG( nay

là Viện Khoa học Vật liệu ứng dụng thuộc Viện Khoa học và Công nghệ Việt nam) đã cóchương trình hợp tác với Viện Hoá kỷ thuật, Đại học Tổng hợp Jena-CHLB Đức để tiếnhành nghiên cứu sử dụng dầu thực vật Việt nam làm nhiên liệu Biodiesel Để thực hiệnchương trình trên, Viện Khoa học Vật liệu ứng dụng đã đề xuất và thực hiện một số đề tài

+Năm 2005-2006: Đề tài cấp Viện KH&CN VN: Nghiên cứu sử dụng dầu thực vậtViệt nam làm nhiên liệu Biodiesel.

+Năm 2007-2008: Đề tài cấp Viện KH&CN Việt nam: Hòan thiện công nghệ sản xuất

biodiesel từ dầu thực vật Việt nam ở qui mô pilot có công suất 100 KG/ngày

Qua gần 10 năm, các đề tài trên đã hình thành một chùm công nghệ chiết dầu thựcvật và chế biến các sản phẩm phụ đồng hành, làm tăng hiệu quả sử dụng của dầu thực vật.Công nghệ này đã sử dụng tòan bộ hạt có dầu và không có bả thải Từ đó, việc chọn sảnphẩm chính của công nghệ sẽ do thị trường và cách tiếp thị quyết định Một số sản phẩmcủa Công nghệ này đã được sản xuất thử nghiệm :

+Sản phẩm 1: Ván ép bền nước từ vỏ sừng các lọai hạt

+Sản phầm 2: Saponyl từ dầu hạt Trẩu

+Sản phẩm 3: Chất tăng trọng từ bả Trẩu

+Sản phẩm 6: Dầu trẩu chất lượng cao dùng cho xuất khẩu

+Sản phẩm 7: Biodiesel từ một số dầu thực vật khác nhau, đã chạy thử trên động cơmáy phát điện và xe ôtô MEKONG

+Sản phẩm 4: Glyxerin : Đã có sản phẩm trong phòng TN, với lượng nhỏ

+Sản phẩm 5: Đang tiếp tục nghiên cứu Polyme tự phân hủy trên cơ sở glyxerin vớikết quả khả quan

II.1.3.KHẢ NĂNG PHÁT TRIỂN BIODIESEL Ở VIỆT NAM

Nếu chỉ tính riêng dầu diesel, hàng năm Việt nam phải nhập khẩu khoảng 5 triệutấn.Theo dự kiến, đến 2010, khu lọc hoá dầu Dung quất mới đi vào hoạt động, nhưng sảnphẩm của nó cũng chưa đủ để cung cấp cho sử dụng trong nước

Với đà phát triển, nhu cầu nhiên liệu ngày càng tăng, trong khi nhiên liệu hoáthạch(dầu mỏ) luôn bị chi phối bởi sự bất ổn của thị trường, làm cho giá của nó ngày càngleo thang, ảnh hưởng không nhỏ đến sản xuất Ngoài ra, xu thế chung của thế giới là tăng tỷtrọng nhiên liệu sinh học trong tổng nhiên liệu cần có để một mặt, không bị áp lực của việctăng giá dầu, mặt khác góp phần cải thiện môi trường khí thải

Như vậy, có thể đánh giá khả năng phát triển biodiesel của Việt nam theo các quanđiểm sau đây:

1 Xét yếu tố thị trường, nhu cầu cũng như xu hướng chung của khu vực và thế giới,việc sử dụng Biodiesel ở Việt nam là có cơ sở và triển vọng lớn

2 Hơn nữa, Việt nam nằm gần 2 quốc gia luôn “khát” năng lượng là Trung quốc vàNhật bản, dẫn tới khả năng cung cấp biodiesel cho hai thị trường này là hiện thực

3.Việt nam là một nước có nguồn tài nguyên dầu thực vật khá phong phú, dẫn đếnviệc cung cấp nguyên liệu cho biodiesel sẽ dễ dàng hơn nhiều quốc gia khác

Tuy nhiên, từ 1999-đến nay, trong khoảng thời gian 10 năm, chúng tôi đã nghiêncứu khá kỷ những loại dầu thực vật có thể dùng làm nhiên liệu để sản xuất biodiesel vànhận thấy một thực trạng là - sản xuất và tiêu thụ dầu thực vật ở nước ta thuộc loại thấp sovới thế giới: Theo Bộ ytế, mức tiêu thụ dầu thực vật được qui định đến năm 2000 đạt 7kgdầu/ người/ năm, đến năm 2010 đạt 9kg dầu/ người/ năm Trong khi đó, mức phấn đấu nàycòn quá thấp so với khuyến cáo của tổ chức y tế thế giới ( WHO) là 22kg dầu/ người/

năm.Nếu đến năm 2000, dân số nước ta đạt khoảng 80 Triệu người và đến năm 2010, dân

số đạt khoảng 90 Triệu người thì với các chỉ tiêu của Bộ y tế đề ra, cần có một lượng dầuthực vật tạm tính tương ứng như sau:

+Năm 2000: 7kg/người/ năm x 80 Triệu người =560.000 Tấn

+Năm 2010: 9kg/người/năm x 90 Triệu người =810.000 Tấn

Nếu thực hiện theo khuyến cáo cuả WHO (22kg/người/năm), ta có:

+Năm 2000:22kg/người/năm x 80 Triệu người =1.760.000 Tấn

+Năm 2010:22kg/người/ năm x 90 Triệu người =1.980.000 Tấn

Hiện nay Việt nam mới tự túc được 10 – 15% nguyên liệu sản xuất dầu, nhập 90% nguyên liệu VO thô Việc phát triển cây có dầu trong những năm qua gặp nhiều khókhăn như: cây có dầu nhạy cảm thời tiết, sâu bệnh; năng suất thấp so với thế giới; khó cạnhtranh với các loại cây ăn quả hoặc cây công nghiệp khác…

85-Từ những số liệu kể trên, có thể dễ dàng nhận thấy rằng để đáp ứng nhu cầu theo chỉtiêu của Bộ y tế đã khó, chưa nói đến đáp ứng chỉ tiêu của WHO

Do đó, thị trường dầu thực vật Việt nam vẫn là một thị trường mở và có tiềm năngkhá lớn, chưa kể đến việc sản xuất cho xuất khẩu sang các thị trường khác khá thuận lợinhư Nga và các nước SNG, Tây âu, Mỹ, Nhật bản, Trung quốc, Ấn độ và các nước Arập

Xuất phát từ thực tế trên đây, có thể khẳng định tiềm năng của Biodiesel ởViệt nam là rất lớn và có triển vọng

II.1.4 TÓM TẮT NỘI DUNG ĐÃ THỰC HIỆN TRONG NĂM 2005-2006:

Trong giai đoạn 2005-2006, chúng tôi đã được Hội đồng KH ngành KHVL cấp kinh

phí để thực hiện đề tài Cấp Viện KH&CN VN: “Nghiên cứu tổng hợp Biodiesel từ dầu thực vật Việt nam” Nội dung chủ yếu của đề tài:

a/ Nội dung:

+Nghiên cứu công nghệ chuyển hóa một số dầu thực vật VN thành nhiên liệubiodiesel: Dầu dừa (tiền giang), dầu Gòn ( Tiền giang), Cao su (Bình phước), Trẩu (Hàgiang) Sở ( Hà giang), Cọ núi(Hà giang), Hạt cải (Hà giang), Bông vải( Ninh thuận), DầuĐậu nành (Đồng nai), Cọ (Malaixia), Cải dầu ( Rape-Đức)

+Nghiên cứu các chỉ số hóa lý của các mẫu dầu nói trên theo các tiêu chuẩn quốc tế

về biodiesel: độ nhớt, tỷ trọng, nhiệt lượng, nhiệt chớp cháy, chỉ số cetan( phương pháptính tóan), hàm lượng etyleste, hàm lượng Mono, Di-triglyxerit trong etyleste, hàm lượngnước, chỉ số axit, bazo, iod, chỉ số ổn định oxy hóa,

+Động học và cơ chế phản ứng Transeste hóa

+Các lọai xúc tác cho phản ứng transeste hóa

+Điều kiện phản ứng trong phòng thí nghiệm: tỷ lệ các chất tham gia phản ứng, hàmlượng và thành phần xúc tác, nhiệt độ phản ứng, thời gian phản ứng

+Nghiên cứu phụ gia chống oxy hóa

+Nghiên cứu phối trộn thành các mẫu tiêu chuẩn từ các lọai dầu khác nhau: Bio-1,Bio-2 và Bio-3 và so sánh với dầu cải của Đức: theo tiêu chuẩn EDIN 51606:

Bảng 1

STT Chỉ số Đơn vị RME Bio-1

IAMS

Bio-2 IAMS

Bio-3 IAMS

E DIN 51606

-(*) RME= Metyl este; Bio= Etyleste, (**) Xác định theo DIN EN ISO 4264

+Nghiên cứu thành phần khí thải của động cơ phát điện chạy dầu diesel có phối trộn5-20% biodiesel(Bio-2)

+Nghiên cứu thành phần khí thải của động xe ô tô MEKONG có phối trộn 5-20%biodiesel (Bio-1)

Có thể tóm tắt tòan bộ các công nghệ đã hòan chỉnh như sau:

Trong công nghệ trên, những vấn đề sau đây đã được nghiên cứu ở qui mô pilot:+Công nghệ chiết dầu thực vật.(20kg/mẻ)

+Công nghệ sản xuất vỏ thành ván ép (0,5 x 0,5 x 001 m)

+Công nghệ lên men bả thành chất tăng trọng (20kg/mẻ)

II.2 Mục đích của nghiên cứu hòan thiện công nghệ ở qui mô pilot:

Qua thực tế, chúng tôi nhận thấy một số vấn đề sau cần phải được tiếp tục tiến hànhnghiên cứu ở qui mô pilot:

1.Thiết bị phản ứng có qui mô lớn hơn bình cầu trong phòng thí nghiệm( 2 lít): Khibình phản ứng có dung tích đến 100lít, chế độ tỏa nhiệt của thiết bị cấp nhiệt, ổn nhiệt, chế

độ khuấy, mô tơ, chế độ nạp liệu, hàm lượng xúc tác, tỷ lệ chất tham gia phản ứng, thờigian phản ứng đều khác xa so với kết quả trong phòng thí nghiệm

2.Thiết bị và qui trình rửa, sấy, lọai tạp chất hòan tòan khác Những loại xúc táccông nghiệp sử dụng trong sản xuất biodiesel của Châu Âu chỉ phù hợp với nguyên liệu của

họ như dầu Canol, Dầu Rape, Dầu hướng dương đối với các loại dầu thực vật của Việtnam không thể áp dụng được

3.Thành phần và tính chất hóa học của sản phẩm theo chế độ công nghệ sẽ có nhữngthay đổi so với kết quả trong phòng thí nghiệm

4.Hiệu suất và các chỉ tiêu kinh tế của quá trình sản xuất ở qui mô pilot cần đượcnghiên cứu cho phù hợp

Bả Chiết xuất

SX biodiesel

Thức ăn gia súc

Thuốc trừ sâu SH

Glyxerin thương phẩm Biodiesel NC tổng hợp Polyme tự phân hủy từ

glyxerin

Vì vậy, nếu đề tài dừng lại ở mức độ phòng thí nghiệm sẽ khó lòng chuyển thànhsản phẩm bán được Cách tốt nhất là triển khai nghiên cứu ở qui mô pilot, có công suất 100kg/ngày, trên cơ sở đó mới có thể có các số liệu kỷ thuật cho tính tóan hiệu quả kinh tế.

II.2.1 Mục tiêu của đề tài:

+Đề xuất thiết kế chế tạo thiết bị và xây dựng pilot sản xuất BIODIESEL từ các lọaidầu thực vật Việt nam khác nhau có qui mô 100kg sản phẩm/ ngày

+Xác định các thông số công nghệ trên qui mô pilot đã chế tạo

+Xác định thành phần, tính chất của sản phẩm BIODIESEL sản xuất được theo tiêuchuẩn Việt nam( TCVN-1/2008) dùng làm nhiên liệu diesel

+ Sơ bộ tính toán các số liệu kinh tế từ pilot:

II.2.2 Phương pháp nghiên cứu và kỷ thuật sử dụng:

Phương pháp chính cho quá trình nghiên cứu là kết hợp nghiên cứu cơ bản với ứngdụng thực tế gồm:

1.Cơ sở lý thuyết của các quá trình truyền nhiệt, quá trình khuấy trộn và tách chiết

Đã nghiên cứu trong phòng thí nghiệm ở giai đọan đầu(nói ở trên).Dùng các bài tóan vềnhiệt động học để tính tóan khối lượng vật chất

2.Cơ sở lý thuyết của xúc tác,đã nghiên cứu và thực hiện trong phòng thínghiệm ,nói ở trên Kỷ thuật sử dụng xúc tác được tính tóan trên cơ sở tỷ lệ mol của các tácchất và khả năng chuyển dịch ion H+ của phản ứng

3.Tính tóan thiết bị, bao gồm cả hệ truyền nhiệt, hệ thống khuấy đảo, hệ thống làmlạnh để ngưng tụ cũng như thiết bị chiết glyxerin, rửa , lọai nước liên tục

II.2.3 Những nội dung nghiên cứu:

a/ Gia công thiết bị:

+ Tính tóan thiết bị và lên bản vẻ kỷ thuật của thiết bị chính là bình phản ứng

+ Gia công thiết bị, bao gồm chủng lọai vật liệu, kết cấu, khả năng truyền nhiệt vàkhông bị ăn mòn

+Gia công hệ thiết bị phụ trợ: Cấp nhiệt, bơm nguyên liệu, máy khuấy, hệ thốngtách sản phẩm, hệ thống làm sạch (rửa) sản phẩm, hệ thống làm khô( lọai nước)

+Hệ thống đo đếm tiêu tốn điện nước, nguyên liệu

+Xử lý nước thải, thu gom sản phẩm chính và phụ)

b/ Lắp đặt và vận hành thiết bị:

+Kiểm tra thiết bị được gia công

+Kết nối và vận hành thử (nước)

+Bảo hộ lao động (cháy nổ)

c/ Nghiên cứu công nghệ:

+Nghiên cứu tỷ lệ nguyên liệu, xúc tác, nhiệt độ và thời gian phản ứng, thời giantrích ly, rửa, sấy khô sản phẩm

+Nghiên cứu thành phần sản phẩm để xác định hiệu suất

+Nghiên cứu các thông số kinh tế, kỷ thuật (Điện, nước, nhân công, giá nguyên liệu,thành phẩm)

+Xác định lại tỷ lệ phối trộn, phụ gia chống oxy hóa

+Kiểm tra và tính tóan các chỉ số trên cơ sở TCVN

+Thử nghiệm trên động cơ máy phát điện so sánh với DIESEL không phối trộn(lượng điện phát ra, lượng nhiên liệu tiêu tốn)

+Thử nghiệm trên động cơ xe ôtô MEKONG so sánh với diesel dầu mỏ( nhiên liệutiêu tốn /km )

+Tính tóan hiệu quả kinh tế theo giá thị trường

II.2.4 Dạng kết quả:

Đây là một đề tài triển khai pilot, nên sản phẩm của nó gồm 2 phần rõ rệt:

1.Nghiên cứu cơ bản: Chủ yếu nghiên cứu công nghệ và các chế độ công nghệ trên

hệ pilot có công suất lớn hơn phòng thí nghiệm Sản phẩm chính là:

+Các điều kiện tối ưu: Nhiệt độ, Xúc tác, Thời gian phản ứng, Tỷ lệ mol các tác chất+Các điều kiện hỗ trợ: Chế độ rửa, làm sạch, tách, loại nước và tạp chất

+Các chỉ số của sản phẩm theo tiêu chuẩn EDIN và ASTM

2.Nghiên cứu ứng dụng triển khai:

+Hệ thiết bị có công suất 100kg/ngày

+1000 kg sản phẩm biodiesel (Đây là sản phẩm kèm theo của kinh phí thực hiện đềtài, việc tiếp tục sản xuất ra sản phẩm, cần có kinh phí tiếp để thu mua nguyên liệu, hoáchất, trả công và các chi phí khác,sẽ được tiến hành vay vốn trong dự án sản xuất thửnghiệm sau khi nghiệm thu đề tài)

+Hiệu quả kinh tế của sản phẩm

3/Khả năng và phương thức ứng dụng kết quả đề tài.

Khi đề tài kết thúc, có thể:

+Tiếp tục sản xuất sản phẩm

+Chuyển giao công nghệ cho doanh nghiệp sản xuất nhiên liệu sinh học

4/Các tác động khác của kết quả đề tài (về đào tạo cán bộ, đối với lĩnh vực khoa học có liên quan, đối với sự phát triển KT-XH).

+Pilot là một cơ sở vật chất rất quan trọng cho việc nghiên cứu hoàn thiện qui trìnhcông nghệ cũng như tìm kiếm các giải pháp khác: Nghiên cứu hệ xúc tác khác, nghiên cứucác chế độ công nghệ mới

+Tạo nên một qui trình khép kín với nhiều công đoạn khác nhau đã được nghiên cứu

từ trước để sử dụng một cách hợp lý và hiệu quả nguồn dầu béo Việt nam

+Là cơ sở cho sinh viên, NCS tiếp cận thực tế công nghệ sạch( không bả thải)

+Từ mô hình trên, có thể nhân rộng ra nhiều cơ sở để góp phần sản xuất nhiên liệu

có nguồn gốc sinh học trong cả nước

Phần III: Kết quả thực hiện đề tài:

III.1 Đề xuất thiết kế chế tạo thiết bị và xây dựng pilot sản xuất BIODIESEL từ các lọai dầu thực vật Việt nam khác nhau có qui mô 100 kg sản phẩm/ ngày.

III.1.1.THIẾT KẾ NỒI PHẢN ỨNG VỚI CÔNG SUẤT 50Kg DẦU/MẺ

A/ Tính thiết bị kiểu vỏ áo:

+ m dầu mè = 100 kg/ngày.1 ngày làm 2 mẻ, 1 mẻ 5 tiếng

 m = 50 kg dầu mè +16,3kg CH3OH + 4kg H2SO4 =70,3kg/mẻ

3

058 , 0 5

2

/ 54 , 211 1

k   



Xét tỉ số:

50 9 , 23559 95

, 0 795 , 8529

10 54 ,

nên bỏ qua  ở mẫu số

 Bề dày tối thiểu:

m m

0 10 54 , 211 2

795 , 8529 4

, 0 2

C1 : đại lượng bổ sung do ăn mòn C1 = 1 mm

C2 : đại lượng bổ sung do bào mòn C2 = 0

C3 : đại lượng bổ sung do dung sai âm của chiều dày C3 = 0,6 mm

(Bảng XIII – 9[2])

S = 6 + 1 + 0 + 1 = 8 mm

Hình 2: Thiết bị phản ứng kiểu vỏ áo

III.1.2.CÁNH KHUẤY VÀ MOTOR

III.1.2.1: CHỌN VÀ TÍNH TOÁN CÁNH KHUẤY KIỂU CHÂN VỊT

d

D

190 19

, 0 1 , 2

4 , 0 1

5 , 15

3 , 0 7 , 16 5 , 869

2 2

5 nguyên liệu vào

6 nước nóng ra

7 sản phẩm

6 , 2 ) lg(Re

3 , 0 7 , 16

 Công suất mở máy

Khi mở máy cần có công suất để thắng lực quán tính và lực ma sát

K = 0,387 a với a = 0,15 (T 735 –[1])

W n

5 , 12

K m w H

t

r A

1 3

10 2205 188

04 , 2 04

,

4 1

, 0

0 11 , 5 10 50

t

895 , 0

32 50 5

9 886 , 1 1625 32

5

9 886 , 1

1625

5 , 0 5

9 , 4

10 5 , 11 45

, 84313 36

,

0

14 , 0

3

3 67

, 0

Nu D

4 , 0

2326 , 0 07 ,

% 16 46

, 33688

6 , 28263 46

, 33688

t

r A

1 3

10 2171 191

04 , 2 04

,

4 1

1 11364 , 44 3 34093 , 33W/m t

0 11 , 5 10 50

do kg J d

t

895 , 0

32 50 5

9 886 , 1 1625 32

5

9 886 , 1

1625

5 , 0 5

4 , 4

10 5 , 11 45

, 84313 36

,

0

14 , 0

3

3 67

, 0

Nu D

4 , 0

2326 , 0 37 ,

, 34093

33474 33

, 34093

1 3

, 16

10

* 8 44 , 11364 1

1 1

1

1

3

2 1

t C G

Q c d 1960 , 89 ( 70 30 ) 363 , 13

3 3600

50 )

, 34093

2

2 15 015

0 665 , 33783

56 , 510

cm m

III.1.4.THIẾT BỊ NGƯNG TỤ KIỂU ỐNG LỒNG ỐNG

Theo định luật bảo toàn khối lượng G đ G c W

Gđ: lượng nguyên liệu vào, Gđ = 70,3 kg/3h

Gc:lượng sản phẩm sau phản ứng, Gc = m pha ester+ m pha glyxerin

Gc = 50,13+18,45 =68,58 kg/3h

W:lượng hơi CH3OH bay lên, W = 70,3-68,58 =1,72 kg/3h = 0,57kg/h

Hình 4:Nguyên tắc truyền nhiệt (từ CH3OH sang nước lạnh)

Dòng lạnh (nước lạnh): t đ=22oC

tc = 32oC

Hơi CH3OH đi trong ống, nước đi ngoài ống

Hiệu nhiệt độ trung bình giữa hai lưu thể

Hiệu số nhiệt độ lớn ∆t1 = 65,4 - 22 = 43,4oC

Hiệu số nhiệt độ bé ∆t1 = 65,4 - 32 = 33,4oC

4 , 33

4 , 43

t

2

4 , 33 4 , 43 2

2 1

Q = W CH3OH  r (Tr 273 nguye bin)

WCH3OH: lượng hơi Metylic cần ngưng tụ

r: ẩn nhiệt ngưng tụ của Metylic, r =262,2 kcal/kg (bảng I-212-[T1])

Chế độ chuyển động của nước trong ống dẫn

29

29

38 2 2 2

D: đường kính trong của ống ngoài, m

d: đường lính ngoài của ống trong, m

: khối lượng riêng của nước ở 27oC, kg/m3

6 , 8

75 , 995 021 , 0 2 , 0

5 , 1

Pr

97 , 5 ( 95 , 5 35 , 48355 021

,

0

t t







 Hệ số cấp nhiệt được tính theo công thức  Nu d

: hệ số dẫn nhiệt của nước ở 27oC, W/m.độ

 = 0,526 kcal/m.h.độ = 0,526 1,163 =0,612 W/m.độ

25 , 0

25 , 0

) Pr

97 , 5 ( 62 , 7378 021

, 0

612 , 0 )

Pr

97 , 5 ( 188

,

1

H t

g r

4 , 27 10

4 , 3

204625 ,

0 81 , 9 751 95 , 1097464 15

, 1 15

,

4

3 2

4

3 2

g r

97 , 48438

08 , 46596 97

, 48438

1 3

, 16

002 , 0 7766 1

1 1

,33

4,43ln

4,334,43ln

2 1

2 1

t t

t

2 2

log

38 0038

, 0 18 , 38 8 , 1223

81 , 173

cm m

III.1.5.THIẾT BỊ GIA NHIỆT CHUNG

III.1.6 HỆ CẤT CHÂN KHÔNG.

III.1.7 SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ CỦA PILOT:

a/ Sơ đồ công nghệ:

Hình:5 Sơ đồ công nghệ

b/ Diễn giải sơ đồ công nghệ và các bước vận hành pilot:

1 Lò dầu: Dầu truyền nhiệt được chứa

trong nồi thép, bên ngòai có vỏ bảo ôn

(Phần thiết kế dưới đây) Lò được cấp

nhiệt bằng than đá Bên trong có hệ

thống cấp nhiệt bằng điện để ổn định

nhiệt độ dầu, phòng trường hợp hết

than, chưa kịp cháy…được gắn với rơ le

nhiệt để điều khiển nhiệt độ theo chế độ

công nghệ Dầu được bơm B1 bơm qua

vỏ áo của nồi phản ứng và nồi cất chân

không

Sau khi dầu vào đầy vỏ áo của nồi phản ứng( nồi cất chân không), được trả về lò dầu

và tiếp tục lấy nhiệt cung cấp cho nồi phản ứng Nhiệt độ của dầu được nâng lên tối đa là

130 oC

Nhiệt độ bắt đầu cho qua bình phản ứng ở vùng 70-90 oC

2 Nồi phản ứng (PU): Nồi phản ứng bằng inox, được chế tạo hai lớp: lớp trong chứa dầu

thực vật, lớp ngòai (vỏ áo) chứa dầu tải nhiệt, bằng inox chịu nhiệt và axít (phần thiết kếdưới đây)

LO DAU

CK1

PHA 1PHA 2

Bơm dầu B1

Rơ le nhiệt

Lò than

Nồi dầu

Dầu thực vật và Metanol

được bơm B2 bơm vào nồi

phản ứng theo số liệu cho

trước Công suất tối đa của nồi

phản ứng là 150Kg/ mẻ Tỉ lệ

metanol/ dầu là 15-20%

Sau khi đã nạp liệu, máy

khuấy bắt đầu làm việc và nhiệt

độ dầu tải nhiệt đã đạt yêu cầu,

mở các van và bơm B1 để cho

dầu qua vỏ áo của nồi phản

ứng

Khi nhiệt độ của nguyên

liệu trong nồi phản ứng đã đạt

Trong quá trình lắng trong thiết bị lắng BL, sản phẩm tách làm 2 pha: Pha dầu ở trên

và pha glyxerin, xúc tác ở dưới Pha glyxerin được tách khỏi pha dầu, tiến hành trung hòa

để nhận glyxerin thô và Na2SO4 Phần dầu được đưa lên bình rửa R

3 Rửa biodiesel:

Nguyên tắc rửa như sau: Cho 100kg sản phẩm (Ester) vào bình rửa Bơm nước muốibảo hòa vào bình R theo tỷ lệ Dầu/nước muối = 1/ 2-2,5 Khuấy mạnh trong 30 phút, đểtách lớp, trả phần nước muối trở lại bồn chứa Bơm nước sạch trong bồn chứa thứ 2 vàobình rửa R với tỷ lệ như trên, khuấy mạnh trong 30 phút,

Đồng hồ chỉ nhiệt độ PH

B3- Bơm axít

B2- Bơm nguyên liệu

Máy khuấy

Sinh hàn

Nồi phản ứng

để lắng, trả nước về bồn chứa 2.

Tiếp tục cho nước sạch ( nước đã

xử lý) vào rửa như trên thêm 2-3

lần Lúc này có thể thải trực tiếp ra

ngòai Nước rửa trong hai bồn

chứa, sau một thời gian làm việc,

phải kiểm tra lại độ pH, nếu pH

quá thấp( 4-5) cần trung hòa trước

khi sử dụng

Sau khi để lắng, sản

phẩm(ester) được đưa qua hệ

chưng cất chân không CK để tiến

hành chưng cất Theo tiêu chuẩn

VN cũng như tiêu chuẩn của nhiều

nước khác, 90% thể tích cất có

nhiệt độ sôi dưới 360oC

Phần còn lại được đưa qua

bơm B2 để tái phản ứng Dây

chuyền cất chân không được giới

thiệu ở phần trước đây

4 Cất chân không:

Nước vào

Nước ra

Máy khuấy

Bình rửa R