DME-Nguồn nhiên liệu mới thay thế xăng dầu diesel
DME-Nguồn nhiên liệu mới thay thế xăng dầu diesel Mục lục MỤC LỤC 1 LỜI MỞ ĐẦU 2 MỤC TIÊU 3 TỔNG QUAN 4 I.1. NGUỒN GỐC HÌNH THÀNH DẦU MỎ 4 I.2. SỰ PHÁT TRIỂN CỦA DẦU MỎ 4 I.3. TÌNH HÌNH SỬ DỤNG HIỆN NAY 5 I.4. TÍNH CHẤT VẬT LÍ VÀ HOÁ HỌC: 6 I.5. NGUỒN NGUYÊN LIỆU ĐỂ SẢN XUẤT DME: 9 I.6. QUY TRÌNH SẢN XUẤT DME: 9 II. ĐẶC ĐIỂM CỦA ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG DME 14 III. CÁC ƯU ĐIỂM CỦA DME 15 III.2. VẤN ĐỀ VỀ MÔI TRƯỜNG 16 III.3. TÍNH KINH TẾ 16 IV. NHƯỢC ĐIỂM: 17 V. CÁC ỨNG DỤNG CỦA DME 18 VI. CÁC CHƯƠNG TRÌNH PHÁT TRIỂN DME TRÊN THẾ GIỚI 20 VI.1. NHẬT BẢN VÀ CHƯƠNG TRÌNH NHIÊN LIỆU MỚI – DME 20 VI.2. CHƯƠNG TRÌNH BIẾN THAN ĐÁ THÀNH NHIÊN LIỆU XANH Ở TRUNG QUỐC 22 VI.3. CHƯƠNG TRÌNH BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG Ở THỤY ĐIỂN NHỜ DME 23 VI.4. CHƯƠNG TRÌNH PHÁT TRIỂN DME Ở VIỆT NAM 24 VI.5. CHƯƠNG TRÌNH MỚI TỔNG HỢP DME 26 TỔNG KẾT 28 TÀI LIỆU THAM KHẢO 30 - 1 - DME-Nguồn nhiên liệu mới thay thế xăng dầu diesel Lời mở đầu Khai thác dầu mỏ dưới lòng đất, qua các quá trình chế biến phức tạp đã tạo ra các sản phẩm như xăng, dầu hỏa, dầu hôi, ga….như chúng ta đã biết thì khi khoáng chất được hình thành trải qua hàng trăm đến hàng tỷ tỷ năm. Mà với tình trạng khai thác hiện nay, thì tương lai không xa sẽ làm cho nguồn dầu mỏ trở nên cạn kiệt. Hơn thế nữa, ngày nay khí hậu trái đất ngày một nóng dần nên do sự ô nhiễm không khí ngày trở nên nghiêm trọng. Mà nguyên nhân chủ yếu là khí CO 2 của các nhà máy và các phương tiện giao thông (hiện tượng hiệu ứng nhà kính). Vấn đề đặt ra là có nguồn nguyên liệu thay thế xăng dầu làm giảm thiểu sự ô nhiễm môi trường và là nguồn thay thế nhiên liệu trong tương lai. Bên cạnh đó vấn đề giá dầu tăng vọt làm ảnh hưởng nhiều mặt đến kinh tế xã hội và hơn nữa là tình hình chính trị của các quốc gia. Chính vì vậy mà chúng tôi đã chọn đề tài: “DME - nguồn nhiên liệu thay thế xăng dầu diesel”. - 2 - DME-Nguồn nhiên liệu mới thay thế xăng dầu diesel Mục tiêu Hạn chế được sự ô nhiễm môi trường. Tăng cường an ninh năng lượng. Thay thế nguồn nhiên liệu truyền thống có nguy cơ cạn kiệt. Tận dụng nguồn nguyên liệu phế thải. Hạ giá thành các sản phẩm của dầu mỏ… - 3 - DME-Nguồn nhiên liệu mới thay thế xăng dầu diesel Tổng quan I.1. Nguồn gốc hình thành dầu mỏ Dầu mỏ được sinh ra từ xác chết của các sinh vật ở dưới đáy biển, hay từ xác thực vật vùi sâu dưới lòng đất. Khi thiếu khí oxi, bị đè nén dưới áp suất và nhiệt độ cao các chất hữu cơ này được chuyển hóa tạo thành dầu. Dầu được tích tụ trong các lớp đất đá, và do chúng nhẹ hơn nước nên dầu chuyển dần xuống các lớp đất đá không tan, thẩm thấu và tích tụ lại hình thành mỏ dầu. Dầu mỏ được sinh ra từ các phản ứng hóa học giữa cacbua kim loại với nước ở nhiệt độ cao dưới lòng đất qua hàng tỷ năm chúng chuyển hóa thành các hỗn hợp hydrocarbon khác nhau. Hợp chất hydrocarbon được tạo bởi những phản ứng hạt nhân dưới lòng đất. Có thể là do dưới lòng đất có nhiều yếu tố khác nhau nên phản ứng hạt nhân xảy ra. Ví dụ như có nhiều nguyên tố phóng xạ nằm sâu dưới lòng đất, do ảnh hưởng của nhiệt độ, áp suất… I.2. Sự phát triển của dầu mỏ Dầu được tìm thấy hàng ngàn năm trước công nguyên. Nhưng dấu tích của việc khai thác dầu mỏ được tìm thấy ở Trung Quốc khi cư dân bản địa khai thác dầu mỏ để sử dụng trong việc sản xuất muối ăn (vào thế kỷ IV). Khi đó người ta sử dụng đốt để làm bay hơi nước khi lắng đọng lại trở thành muối (đốt ngay tại các ruộng muối). Cho đến thế kỷ thứ XIX, người ta mới bắt đầu khai thác dầu theo mô hình công nghiệp hóa. Nó được xuất phát từ việc tìm kiếm một chất đốt cho đèn dầu (do dầu cá voi rất đắt, chỉ có những người giàu mới sử dụng. Hơn thế nữa, việc sử dụng nến làm bằng mỡ có mùi hôi). Do nhu cầu của xã hội lúc đó, tính cấp thiết nên giữa thế kỷ thứ XIX một số nhà khoa học đã tìm ra nhiều phương pháp để khai thác dầu mỏ theo mô hình công nghiệp hóa. - 4 - DME-Nguồn nhiên liệu mới thay thế xăng dầu diesel Năm 1855: nhà hóa học Mỹ - Benjamin Silliman đề nghị dùng axit Sunfuric làm sạch dầu mỏ làm nhiên liệu đốt. Ngày 27/8/1859: khoan dầu đầu tiên ở Pennsylani thuộc Wieze (Đức) bởi Edwin L. Drake, khoan với độ sâu 21,2 m. Từ đó người ta đã cải tiến dần dần cho đến nay vẫn còn tiếp tục tăng. Và độ sâu khai thác dầu mỏ ngày càng lập những kỷ lục mới. Và trong tương lai nó có còn hay không vẫn còn là một dấu chấm hỏi. Nhưng một điều chắc chắn là nó đang ngày càng cạn kiệt. Theo ước tính, với nhịp độ khai thác hiện nay thì trữ lượng dầu mỏ sẽ cạn trong vòng 30 - 35 năm nữa. I.3. Tình hình sử dụng hiện nay Hiện nay, tính trên toàn cầu, mức năng lượng đang sử dụng hàng ngày tương đương với khoảng 200 triệu thùng dầu mỏ (khoảng 10 tỷ tấn /năm). Trong số này, có khoảng 80% năng lượng có nguồn gốc là năng lượng hóa thạch (dầu mỏ, khí đốt, than đá). Năng lượng hạt nhân, thủy điện, năng lượng sinh học chiếm gần 20% còn lại. Tỷ lệ tăng sử dụng năng lượng trung bình hàng năm trên thế giới hiện nay là khoảng 1,5 - 2,0%. Điều này có nghĩa là khối lượng dầu mỏ khai thác phải tăng lên thêm hàng ngày là 1,5 triệu thùng. Trong 5 năm tới ngành dầu mỏ toàn cầu sẽ phải tăng thêm công suất tương ứng với mức khai thác 28,5 triệu thùng/ ngày (gấp 3 lần mức khai thác hiện tại của Ả rập Xê út). - 5 - DME-Nguồn nhiên liệu mới thay thế xăng dầu diesel I.4. Tính chất vật lí và hoá học: Công thức cấu tạo phân tử của DME . Dimethyl ether (DME) có nhiệt độ sôi -25,1 o C, nên trong điều kiện thường nó tồn tại dưới dạng khí, nhưng dễ được hóa lỏng. Áp suất hóa lỏng của nó ở 20 o C là 0,5 MPa, còn ở 38 o C là 0,6 MPa. Nó là một chất khí không màu và có thể sản xuất chế biến thành một loại khí gas hoá lỏng. Dimethyl ether (CH 3 OCH 3 ) còn được biết dưới tên methoxymethane, oxybismethane, methyl ether, ether gỗ hay DME - 6 - Cấu trúc phân tử của Dimethyl ether (CH 3 OCH 3 ) DME-Nguồn nhiên liệu mới thay thế xăng dầu diesel Bảng so sánh tính chất vật lý của DME và một số nhiên liệu khác. DME Methane (LNG) Propane Methanol Gas oil Công thức phân tử CH 3 OC H 3 CH 4 C 3 H 8 CH 3 O H - Điểm sôi (°C) -25.1 - 161.5 -42 64.8 180~ 360 Tỷ trọng (g/cm 3 ) (20°C) 0.67 - 0.49 0.79 0.84 Trọng lượng riêng của khí(g/cm 3 ) 1.59 0.55 1.52 - - Áp suất hơi bão hoà (atm,25°C) 6.1 - 9.3 - - Nhiệt đốt cháy (kcal/mol) 350 632 504 470 250 Giới hạn nổ (%) 3.4~17 5~15 2.1~ 9.4 5.5~3 6 0.6~7 .5 Chỉ số cetane 55~60 0 5 5 40~5 5 Nhiệt trị thấp (kcal/kg) 6,900 12,00 0 11,1 00 5,040 10,20 0 Dựa vào các số liệu trên ta thấy DME có thể thay thế cho nguồn nhiên liệu khác (methan, propan, methanol, gas oil), là nguồn nguyên liệu có chỉ số cetane cao hơn (55-60 so với 40-45), nhiệt độ bắt lửa thấp hơn (235 o C so với 250 o C) nên nhiên liệu DME đang là nguồn nhiên liệu thay thế có nhiều triển vọng nhất hiện nay. Sau đây là một số chỉ tiêu đánh giá chất lượng nhiên liệu diesel-DO - 7 - DME-Nguồn nhiên liệu mới thay thế xăng dầu diesel Chỉ tiêu chất lượng nhiên liệu Diesel - DO (TCVN 5689:2005) TT Tên chỉ tiêu Mức Phương pháp thử 1 Hàm lượng lưu huỳnh, mg/kg, max. 500 2500 TCVN 6701:2002 (ASTM D 2622)/ ASTM D 5453 2 Chỉ số xêtan, min. 46 ASTM D4737 3 Nhiệt độ cất, oC, 90% thể tích, max. 360 TCVN 2698:2002/ (ASTM D 86) 4 Điểm chớp cháy cốc kín, oC, min. 55 TCVN 6608:2000 (ASTM D 3828)/ ASTM D 93 5 Độ nhớt động học ở 40oC, mm2/ s 2 - 4,5 TCVN 3171:2003 (ASTM D 445) 6 Cặn các bon của 10% cặn chưng cất, %khối lượng, max. 0,3 TCVN 6324:1997 (ASTM D 189)/ ASTM D 4530 7 Điểm đông đặc, oC, max. + 6 TCVN 3753:1995/ ASTM D 97 8 Hàm lượng tro, %khối lượng, max. 0,01 TCVN 2690:1995/ ASTM D 482 9 Hàm lượng nước, mg/kg, max. 200 ASTM E203 10 Tạp chất dạng hạt, mg/l, max. 10 ASTM D2276 11 Ăn mòn mảnh đồng ở 50oC, 3 giờ, max. Loại 1 TCVN 2694: 2000/ (ASTM D 130-88) 12 Khối lượng riêng ở 15oC, kg/m3 820 – 860 TCVN 6594: 2000 (ASTM D 1298)/ ASTM 4052 13 Độ bôi trơn, µm, max. 460 ASTM D6079 14 Ngoại quan Sạch, trong ASTM D4176 1 So với diesel thì DME tốt hơn diesel, dựa vào bảng số liệu sau: Tính chất nhiên liệu DME Diezel Công thức hóa học Trọng lượng phân tử (kg/kmol) Chỉ số xetan CH 3 OCH 3 46 55 - 60 C 12 H 26 170 - 200 50 1 - 8 - DME-Nguồn nhiên liệu mới thay thế xăng dầu diesel Khối lượng riêng (kg/l) ở 15 o C Trị giá năng lượng thấp hơn (MJ/kg) ở 15 o C Trị giá năng lượng thấp hơn (MJ/l) ở 15 o C Tỉ lệ không khí/ nhiên liệu (kg không khí/ kg nhiên liệu) Nhiệt độ tự đánh lửa ( o C) 0,67 (20 o C) 28,4 18,8 9,0 235 0,84 42,7 35,7 14,53 250 Bàng so sánh một số chỉ tiêu giữa DME và dầu diezel Và tính chất hoá học đặc trưng nhất của Dimethyl eter là chất trung tính, trơ về mặt hoá học tương tự alkane nên DME được coi là nguồn nhiên liệu sạch. I.5. Nguồn nguyên liệu để sản xuất DME: Khí tự nhiên, dầu mỏ, than đá hoặc chất hữu cơ vi sinh, than bùn, chất thải lâm nghiệp như cành, ngọn và gốc cây tạp thừa thải trong rừng, nguyên liệu sinh khối, khí thải công nghiệp, dầu nặng phế thải, khí metane tận thu từ các quá trình xử lý chất thải…thông qua quá trình khí hóa. Những năm gần đây, tổng DME có xu hướng đi từ hỗn hợp khí gồm có CO, H 2 . I.6. Quy trình sản xuất DME: I.6.1. Cơ sở lý thuyết. Quá trình tổng hợp DME theo phương trình phản ứng sau: 3CO + 3H 2 CH 3 OCH 3 + CO 2 + 246.0kJ/mol DME Phản ứng này theo 3 bước: Bước 1: tổng hợp CH 3 OH, dựa vào phản ứng sau: 2CO + 4H 2 2CH 3 OH + 181.6kJ/mol DME Bước 2: quá trình hydrat hóa nhờ vào phản ứng: 2CH 3 OH CH 3 OCH 3 + H 2 O + 23.4kJ/mol DME Bước 3: khử bỏ H 2 O nhờ phản ứng sau: CO + H 2 O CO 2 + H 2 + 41.0kJ/mol DME Khi tạo thành khí CO 2 các nhà nghiên cứu Nhật Bản đã đưa ra một chu trình kín. Với sự kết hợp khí tự nhiện và khí CH 4 sinh ra khí CO và H 2. Phản ứng được đưa ra: 2CH 4 + O 2 + CO 2 3CO + 3H 2 + H 2 O Và khí CO và H 2 được tạo thành sẽ tiếp tục phản ứng nhờ vào các phản ứng - 9 - DME-Nguồn nhiên liệu mới thay thế xăng dầu diesel 2CO + 4H 2 CH 3 OCH 3 + H 2 O + 205.0kJ/DME-mol 2CO + 4H 2 2CH 3 OH + 181.6kJ/DME-mol Và cho trực tiếp ra DME trở lại với phản ứng ban đầu tạo thành một chu trình khép kín. 3CO + 3H 2 CH 3 OCH 3 + CO 2 + 246.0kJ/DME-mol Dựa vào động học của phản ứng, thì tất cả các phản ứng trên là phản ứng tỏa nhiệt. Vì vậy nhiệt độ phản ứng tăng và làm tăng quá trình tổng hợp CH 3 OH. Điều kiện tổng hợp DME nhiệt độ 210 – 290 o C, áp suất: 3 – 10 MPa, và chất xúc tác thích hợp cho quá trình tổng hợp methanol và dehyro hóa Để phản ứng thuận lợi nhất và chi phí thấp. Người ta tính toán rằng: dựa vào tỷ lệ giữa H 2 /CO bằng 1 thuận lợi hơn tỷ lệ giữa H 2 /CO bằng 2. Và họ còn kết hợp vào xúc tác nhằm tạo DME hiệu suất cao. I.6.2. Phương pháp tổng hợp DME: Người ta đưa ra hai cách: Cách 1: đi trực tiếp (tổng hợp ngay DME). Phương pháp này được ứng dụng nhiều hiện nay. - 10 - Lò reforming tổng hợp DME Khí tự nhiên [...]... nguồn nhiên liêu dự trữ III.3.Tính kinh tế Có thể giữ bình ổn và hạ thấp giá thành các nhiên liệu truyền thống Các chuyên gia thị trường tiêu thụ nhiên liệu cho biết nhiên liệu dimethylether (DME) có thể sản xuất dùng thay thế dầu diesel và có thể giữ đươc giá dầu thô - 16 - DME-Nguồn nhiên liệu mới thay thế xăng dầu diesel trên thế giới ở mức trên 40 đô la Mỹ/thùng Trong khi giá dầu thô hiện tại trên thế. .. 19 - DME-Nguồn nhiên liệu mới thay thế xăng dầu diesel DME Về quan điểm kỹ thụât của việc nghiên cứu này là cạnh tranh an toàn giữa các nguồn nhiên liệu truyền thống, khi nguồn nhiên liệu này có thể biến đổi thành nguồn nhiên liệu mới “DME” VI CÁC CHƯƠNG TRÌNH PHÁT TRIỂN DME TRÊN THẾ GIỚI VI.1 Nhật Bản và chương trình nhiên liệu mới – DME Cồn nhiên liệu và dimethyl ether(DME) là những loại nhiên liệu. .. trường - 27 - DME-Nguồn nhiên liệu mới thay thế xăng dầu diesel Tổng kết Đề tài của chúng tôi giới thiệu sơ lược về sự hình thành dầu mỏ, tình hình dầu mỏ hiện hiện nay và nghiên cứu một cách tổng quan về nguồn nhiên liệu mới DME Dầu mỏ được hình thành một cách tự nhiên, là nguồn nguyên liệu do thiên nhiên ban tặng cho chúng ta, và chúng ta hoàn toàn không thể chủ động được về nguồn nguyên liệu này Những... tìm ra những nguồn nhiên liệu mới để thay thế nguồn nhiên liệu truyền thống: nguồn nhiên liệu sinh học, năng lượng tái tạo, năng lượng hạt nhân… Khi nghiên cứu và tìm hiểu về Dimethyl ether chúng tôi nghĩ rằng DME là nguồn nhiên liệu mới khả thi nhất và dự kiến trong tương lai DME sẽ là nguồn nhiên liệu chính yếu thay thế nguồn nhiên liệu truyền thống có nguy cơ cạn kiệt Nguồn nguyên liệu đầu vào để sản... chuyển hóa từ than đá, thành nhiên liệu chủ lực thay thế diesel - 22 - DME-Nguồn nhiên liệu mới thay thế xăng dầu diesel Trong điều kiện nhiệt độ và áp suất bình thường, DME có thể được nén thành dạng lỏng và có thể sử dụng thay thế diesel với mức thải CO 2 tương đối thân thiện với môi sinh Các nhà nghiên cứu Trung Quốc cũng đã chế tạo các loại xe vận hành bằng DME Tuy nhiên, vấn đề hiện nay là tìm... DME (dimethyl ether), được xem là thế hệ thứ hai của nhiên liệu sinh học Sử dụng nguyên liệu là chất thải lâm nghiệp như cành, ngọn và gốc cây tạp thừa thãi trong rừng, hợp chất khí không mùi này được đánh giá là nhiên liệu thay thế hiệu quả nhất” Dự kiến trong 10 năm nữa, DME sẽ được đưa vào sản xuất trên diện rộng ở - 23 - DME-Nguồn nhiên liệu mới thay thế xăng dầu diesel Vaexjoe với công suất 400.000... tạo ra sản phẩm hỗn hợp giống như dầu mỏ, sau đó sẽ tiếp tục được lọc trước khi đem ra sử dụng Nhóm nghiên cứu cho rằng, quy trình DME ít tiêu tốn năng lượng và tạo ra sản phẩm DME, là loại nhiên liệu đặc biệt được sử dụng ngày càng nhiều trên - 26 - thế giới DME-Nguồn nhiên liệu mới thay thế xăng dầu diesel Xét về hiệu quả năng lượng, sản xuất nhiên liệu xăng và diesel có chi phí năng lượng thấp... 1 tấn DME phải cần đến 3 tấn nước) Nhược điểm ở nhiên liệu DME là nhiệt lượng thấp hơn diesel - 17 - DME-Nguồn nhiên liệu mới thay thế xăng dầu diesel V Các ứng dụng của DME DME ít độc và có thể dùng thay cho Freon trong máy lạnh hay dùng để sản xuất sol khí Có thể dùng làm dung môi chiết Trước kia, DME chủ yếu được sử dụng làm vật liệu khí phun thay thế CFCs trong hộp phun Hiện nay, DME vẫn giữ vai... Hino,… Trung Quốc cho biết kế hoạch sản xuất một loại nhiên liệu là dimethyl ether Loại nhiên liệu mới này thay thế cho diesel và dùng làm nhiên liệu cho xe buýt Việc sử dụng nhiên liệu này có thể tiết kiệm cho TP 37.000 USD/năm Hiện nay Trung Quốc và Nhật Bản đã cho vận hành một số xe tải và xe buýt diesel chạy bằng DME Hãng Volvo đã có xe tải thử nghiệm thế hệ ba chạy bằng DME, các công ty khác cũng đang... giai đoạn hiện nay khi giá dầu mỏ tăng rất cao và do áp lực của cơ - 21 - DME-Nguồn nhiên liệu mới thay thế xăng dầu diesel chế phát triển sạch (CDM) mà các nước công nghiệp hàng đầu trên thế giới sẽ phải thực hiện Chương trình DME không chỉ có riêng ở Nhật Bản mà còn được tiến hành ở một số nước khác như Đan Mạch, Mỹ, Hà Lan, áo Do nhận thức được vai trò quan trọng của nhiên liệu DME trong tương lai, . nguồn nhiên liệu thay thế xăng dầu diesel . - 2 - DME-Nguồn nhiên liệu mới thay thế xăng dầu diesel Mục tiêu Hạn chế được sự ô nhiễm môi trường. Tăng cường an ninh năng lượng. Thay thế nguồn nhiên. dùng thay thế dầu diesel và có thể giữ đươc giá dầu thô - 16 - DME-Nguồn nhiên liệu mới thay thế xăng dầu diesel trên thế giới ở mức trên 40 đô la Mỹ/thùng. Trong khi giá dầu thô hiện tại trên thế giới. nhiên liệu DME đang là nguồn nhiên liệu thay thế có nhiều triển vọng nhất hiện nay. Sau đây là một số chỉ tiêu đánh giá chất lượng nhiên liệu diesel- DO - 7 - DME-Nguồn nhiên liệu mới thay thế