Nghiên cứu điều chế nhiên liệu lỏng sinh học từ rơm rạ việt nam

Luận văn tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội Trường đại học SƯ PHạM Hà NộI Khoa hóa học *********** Lương thị tuyết nga Nghiên cứu điều chế nhiên liệu lỏng sinh học từ rơm rạ việt nam Khoá luận tốt nghiệp đại học Chuyên ngành: Hóa công nghệ môi trường Người hướng dẫn khoa học Ts đặng tuyết phương Hà Nội - 2009 SV: Lương Thị Tuyết Nga GVHD: Đặng Tuyết Phương Luận văn tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội Trường đại học SƯ PHạM Hà NộI Khoa hóa học *********** Lương thị tuyết nga Nghiên cứu điều chế nhiên liệu lỏng sinh học từ rơm rạ việt nam Khoá luận tốt nghiệp đại học Chuyên ngành: Hóa công nghệ môi trường Hà Nội - 2009 SV: Lương Thị Tuyết Nga GVHD: Đặng Tuyết Phương Luận văn tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội Lời cảm ơn Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới TS Đặng Tuyết Phương tận tình đạo hướng dẫn suốt thời gian thực hoàn thành luận văn Tôi xin trân trọng cảm ơn tập thể cán phòng Hoá lý - Bề mặt – Viện Hoá Học – Viện Khoa Học Công Nghệ Việt Nam tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ suốt trình học tập nghiên cứu Tôi xin trân trọng cảm ơn thầy cô giáo trường ĐHSP Hà Nội tận tình dìu dắt suốt năm học vừa qua Hà Nội, ngày tháng năm 2009 Sinh viên Lương Thị Tuyết Nga SV: Lương Thị Tuyết Nga GVHD: Đặng Tuyết Phương Luận văn tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội Mục lục Mở đầu Chương 1: Tổng quan 1.1 Nhiên liệu sinh học (Bio-fuel) 1.2 Biomass 1.2.1 Khái niệm 1.2.2 Thành phần 1.3 Giới thiệu rơm rạ 1.3.1 Khái niệm 1.3.2 Thành phần hóa học 1.3.3 Thành phần nguyên tố 1.4 Các phương pháp chuyển hoá rơm rạ 1.4.1 Phương pháp khí hoá 1.4.2 Phương pháp thuỷ phân 1.4.3 Phương pháp nhiệt phân 1.5 Nhiệt phân rơm rạ 11 1.5.1 Cơ chế trình nhiệt phân 11 1.5.2 Sản phẩm trình 12 1.5.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình nhiệt phân 13 1.6 Hiện trạng nghiên cứu ứng dụng 14 Chương 2: Các phương pháp thực nghiệm 18 2.1 Phương pháp tiền xử lý rơm rạ 18 2.2 Phân tích thành phần hoá học rơm rạ 18 2.3 Phân tích nguyên tố 20 2.4 Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) 21 2.5 Phân tích nhiệt (DTA) 21 2.6 Phương pháp phổ hồng ngoại (IR) 22 2.7 Hệ thiết bị nhiệt phân rơm rạ 23 SV: Lương Thị Tuyết Nga GVHD: Đặng Tuyết Phương Luận văn tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2.7.1 Nhiệt phân rơm rạ môi trường N2 23 2.7.2 Nhiệt phân rơm rạ môi trường nước 23 Chương 3: Kết thảo luận 25 3.1 Phân tích rơm rạ 25 3.1.1 Phân tích nguyên tố 25 3.1.2 Phân tích thành phần hoá học 26 3.1.3 Phân tích hiển vi điện tử quét (SEM) 28 3.1.4 Phân tích phổ hồng ngoại (IR) 29 3.1.5 Phân tích nhiệt 30 3.2 Các yếu tố ảnh hưởng tới trình nhiệt phân 33 3.2.1 ảnh hưởng nhiệt độ 34 3.2.2 ảnh hưởng tốc độ gia nhiệt 35 3.2.3 ảnh hưởng tốc độ dòng nitơ 36 3.2.4 ảnh hưởng nước 38 Kết luận chung 40 Tài liệu tham khảo 41 SV: Lương Thị Tuyết Nga GVHD: Đặng Tuyết Phương Luận văn tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội Mở đầu Hiện nay, khủng hoảng lượng mối đe doạ với tất nước giới Bởi đôi với phát triển mạnh mẽ kinh tế, xã hội nhu cầu sử dụng lượng ngày tăng nhanh Nguồn lượng sử dụng lượng hoá thạch dầu mỏ, than đá, khí tự nhiên Đó nguồn lượng không tái tạo ngày cạn kiệt Theo tính toán Cơ quan lượng quốc tế (IEA – Iternational Energy Ageney) trữ lượng dầu mỏ đủ cung cấp cho người khoảng 42 năm tới [7] Việc sử dụng nhiên liệu hoá thạch thải lượng lớn khí CO2, SO2, NOx gây hiệu ứng nhà kính, ô nhiễm môi trường thay đổi khí hậu toàn cầu Vấn đề đặt phải tìm nguồn lượng thay vưà cung cấp cách ổn định lâu dài cho nhu cầu nhân loại, vừa thân thiện với môi trường Vì vậy, nhà khoa học tập trung nghiên cứu tìm nguồn lượng tái tạo Đây nguồn lượng mà đo chuẩn mực người vô hạn Năng lượng tái tạo bao gồm: Năng lượng sinh học, lượng mặt trời, lượng hydro, địa nhiệt, sức gió Trong lượng sinh học chiếm 63% tổng lượng tái tạo, cung cấp 15% nhu cầu lượng giới [16] Hướng nhiều nhà khoa học công nghệ quan tâm sản xuất lượng sinh học sử dụng nguồn nguyên liệu biomass như: chất thải, sản phẩm phụ từ nông – lâm nghiệp thân ngũ cốc, vỏ trấu, mùn cưa Các biomass loại phong phú, giá rẻ lại góp phần giải vấn đề rác thải Việt Nam nước xuất lúa gạo đứng thứ hai giới Từ năm 2002 đến trung bình nước ta sản xuất 34 triệu thóc/năm [12] Năm 2008 sản lượng lúa đạt 37,6 triệu tấn, chiếm 5,6% sản lượng lúa gạo toàn cầu [6] Do hàng năm nước ta thải khoảng 45,9 triệu rơm rạ Số SV: Lương Thị Tuyết Nga GVHD: Đặng Tuyết Phương Luận văn tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội rơm rạ phần dùng làm thức ăn cho trâu bò, phần làm phân bón sinh học, chủ yếu đốt bỏ cánh đồng lãng phí gây ô nhiễm môi trường [32] Nếu tận dụng nguồn rơm rạ để sản xuất nhiên liệu sinh học có ý nghĩa to lớn nhiều mặt Vì vậy, luận văn “Nghiên cứu điều chế nhiên liệu lỏng sinh học từ rơm rạ Việt Nam” SV: Lương Thị Tuyết Nga GVHD: Đặng Tuyết Phương Luận văn tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội chương 1: tổng quan 1.1 Nhiên liệu sinh học (Bio-fuel) Theo bách khoa toàn thư mở wikipedia, nhiên liệu sinh học (NLSH) loại nhiên liệu hình thành từ hợp chất có nguồn gốc động thực vật Ví dụ: Nhiên liệu chế xuất từ chất béo động thực vật (mỡ động vật, dầu dừa ), ngũ cốc (lúa mỳ, ngô, đậu tương ), sản phẩm thải nông nghiệp (rơm rạ, phân ), sản phẩm thải công nghiệp (mùn cưa, sản phẩm gỗ thải ), Dựa vào ứng dụng nguyên liệu dùng để sản xuất NLSH chia NLSH thành hai hệ [14]:  NLSH hệ thứ nhiên liệu sinh học sản xuất từ loại trồng ăn được, ví dụ: bioethanol từ đường ngũ cốc, biodiezel từ dầu mỡ động, thực vật …  NLSH hệ thứ hai nhiên liệu sinh học sản xuất từ loại thực vật không dùng làm lương thực, ví dụ: bio-oil sản xuất từ rơm rạ, phân… Hiện NLSH hệ thứ hai ưu tiên nghiên cứu sử dụng không ảnh hưởng đến tình hình lương thực giới Vì không tác động đến giá lương thực toàn cầu đảm bảo an ninh lương thực giới Có nhiều loại nguyên liệu dùng để sản xuất NLSH, luận văn quan tâm đến nguồn nguyên liệu dạng biomass Đó rơm rạ 1.2 Biomass 1.2.1 Khái niệm Theo từ điển trực tuyến Merriam-Webster [4], biomass vật liệu thực vật phế thải động vật sử dụng nguồn nhiên liệu Biomass bao gồm: chất béo động thực vật (mỡ động vật, dầu dừa…), ngũ cốc (lúa mỳ, ngô, đậu tương…), chất thải nông nghiệp (rơm rạ, phân…), sản phẩm thải công nghiệp (mùn cưa, sản phẩm gỗ thải…) … SV: Lương Thị Tuyết Nga GVHD: Đặng Tuyết Phương Luận văn tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội nlsh sản xuất từ biomass có nguồn gốc từ thực vật chiếm đến 76% [16] Trong trình sinh trưởng, thực vật hấp thụ CO2 dự trữ thông qua đường quang hợp Khi sử dụng NLSH sản xuất từ biomass có nguồn gốc thực vật giải phóng lượng co2 tương đương thực vật bị phân hủy tự nhiên đốt cháy, tức tạo chu trình cacbon khép kín (hình 1.1) Do đó, việc sử dụng nlsh không góp phần vào trình phát thải khí nhà kính [4, 16] Hình 1.1 Chu trình cacbon 1.2.2 Thành phần Thành phần hoá học biomass thể hình 1.2 Biomass Các hợp chất có khối lượng phân tử thấp Hợp chất vô Hợp chất hữu Các hợp chất trích ly Tro Các hợp chất có khối lượng phân tử lớn Polysaccarit Xenlulo Lignin Hemixenlulo Hình 1.2 Thành phần hoá học biomass Biomass thường chứa từ 70-90 % (khối lượng) đường polyme (xenlulo, hemixenlulo…), 10–20% lignin (hợp chất thơm hữu cơ), hợp chất khác : chất béo, chất màu, chất vô cơ… SV: Lương Thị Tuyết Nga GVHD: Đặng Tuyết Phương Luận văn tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 1.3 Giới thiệu rơm rạ 1.3.1 Khái niệm Rơm rạ sản phẩm trình trồng lúa Rơm bao gồm phần thân lúa lúa Rạ phần gốc lúa mà chứa chủ yếu thân lúa Thông thường sau thu hoạch người ta cắt ngang phần thân lúa, phần hạt chứa hạt lúa mang phần lại đồng rạ Trong thực tế, phân chia rơm rạ có tính tương đối người ta thường gọi chung rơm rạ (hình 1.3) Hình 1.3 Hình ảnh rơm rạ 1.3.2 Thành phần hóa học Thành phần rơm rạ xenlulo, hemixenlulo lignin Xenlulo, hemixenlulo lignin thường liên kết với tạo thành polyme lignoxenlulo  Xenlulo thành phần tế bào thực vật, tạo nên cấu trúc khung tinh thể hầu hết biomass trái đất Nó chiếm khoảng 40-50% thành phần biomass SV: Lương Thị Tuyết Nga 10 GVHD: Đặng Tuyết Phương Luận văn tốt nghiệp - Trường ĐHSP Hà Nội Đám phổ vùng 1425,70cm- 1: Dao động hoá trị nhân thơm vòng gắn với nhóm C-O có nhiều hemixenlulo lignin - Đám phổ vùng 1068,02cm-1: Thể dao động hoá trị C-O xenlulo, hemixenlulo lignin dao động hoá trị C-O-C xenlulo hemixenlulo - Đám phổ xấp xỉ 903cm- 1: Liên kết õ- gluco đơn vị đường sở xenlulo hemixenlulo Kết phân tích phổ IR hoàn toàn phù hợp với thành phần hoá học rơm rạ 3.1.5 Phân tích nhiệt Phân tích nhiệt nhằm xác định khoảng nhiệt tối ưu cho phản ứng nhiệt phân Phân tích nhiệt mẫu rơm rạ tốc độ gia nhiệt khác : 50C/phút, 100C/phút, 150C/phút Kết phân tích nhiệt thể hình 3.4 Đường TGA: màu xanh cây, đường DSC: màu đen, đường DTG: màu tím xanh SV: Lương Thị Tuyết Nga 35 GVHD: Đặng Tuyết Phương Luận văn tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội (a) (b) (c) Hình 3.4 Đồ thị phân tích nhiệt rơm rạ với tốc độ gia nhiệt 50C/phút (a), 100C/phút (b), 150C/phút (c) SV: Lương Thị Tuyết Nga 36 GVHD: Đặng Tuyết Phương Luận văn tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội Khi t0 < 1000C: Chủ yếu nước vật lý (hơi ẩm) số chất có nhiệt độ dễ bay đường TGA thể khối lượng khoảng 7-12% Đường DSC biểu thu nhiệt phù hợp với lý thuyết nước bay thu nhiệt Trên đường DTG cho thấy lượng nhiệt không lớn hàm lượng nước rơm rạ khoảng 7% Khi t0 > 1800C : Mất khối lượng cháy rơm rạ, khối lượng khoảng 80% Kết phù hợp với phân tích thành phần hoá học chất hữu Đường DSC thể pic toả nhiệt rơm rạ cháy toả nhiệt Khi t0 > 6000C : Sự khối lượng không đáng kể lại hợp chất không bị cháy khó bay Đây chủ yếu tro chứa hợp chất Si, K, Na… Tốc độ gia nhiệt ảnh hưởng đến nhiệt độ khối lượng Tốc độ gia nhiệt chậm khối lượng xảy khoảng nhiệt độ thấp Còn tốc độ gia nhiệt cao khối lượng xảy khoảng nhiệt độ cao Điều thể bảng 3.4 Bảng 3.4 Mối quan hệ nhiệt độ khối lượng tốc độ gia nhiệt Tốc độ gia nhiệt T0 bắt đầu xảy T0 kết thúc mất khối lượng 0C khối lượng 0C 180 570 10 185 685 15 190 780 tốc độ gia nhiệt thấp (50C/phút): Có giảm khối lượng xảy rõ ràng Trên đường DSC khoảng 1800C – 5700C có pic riêng biệt cho khối lượng hemixenlulo, xenlulozo lignin theo chiều 37 SV: Lương Thị Tuyết Nga GVHD: Đặng Tuyết Phương Luận văn tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội nhiệt độ tăng Với tốc độ gia nhiệt cao (100C/phút, 150C/phút) : Ta thấy 1pic tù Chứng tỏ chất hữu cháy lúc Như tốc độ gia nhiệt để phản ứng nhiệt phân xảy phải ≥10 0C/phút Trên đường DTG khoảng 3000C–3250C thời gian trì nhiệt độ lâu (xuất pic cao nhất) dự đoán thời điểm xenlulo bị nhiệt phân Điều phù hợp với kết phân tích hoá học thành phần xenlulo chiếm đa số rơm rạ Kết phân tích nhiệt cho ta dự đoán khoảng nhiệt độ nhiệt phân rơm rạ tối ưu 4000C–6000C Điều hoàn toàn phù hợp với nghiên cứu giới 3.2 Các yếu tố ảnh hưởng tới trình nhiệt phân Hệ nhiệt phân mà sử dụng bao gồm hệ : Hệ sử dụng dòng nước hệ sử dụng khí nitơ Nhiệt phân rơm rạ trình phức tạp, có nhiều yếu tố ảnh hưởng tới trình nhiệt phân: - Nhiệt độ nhiệt phân - Tốc độ gia nhiệt - Môi trường nhiệt phân tốc độ dòng - Thời gian lưu - Kích thước nguyên liệu - Xúc tác… Trong khuôn khổ luận văn, khảo sát số yếu tố: nhiệt độ, tốc độ gia nhiệt, tốc độ dòng nitơ, tốc độ dòng nước ảnh hưởng tới phân bố sản phẩm Điều kiện phản ứng nhiệt phân: - Kích thước rơm rạ 0,04 – 0,85 mm - Khối lượng rơm rạ 10g - Độ ẩm rơm rạ 10,5% - Thời gian trì nhiệt độ nhiệt phân 30 phút SV: Lương Thị Tuyết Nga 38 GVHD: Đặng Tuyết Phương Luận văn tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội - Sử dụng khí nitơ quét trước lúc nhiệt phân 15 phút - Nhiệt độ làm lạnh -100C 3.2.1 ảnh hưởng nhiệt độ Để khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ, ta thay đổi nhiệt độ từ 400 0C6000C Điều kiện thí nghiệm: tốc độ gia nhiệt 200C/phút, tốc độ dòng nitơ 10 ml/s Bảng 3.5 Kết khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ STT T0C Sản phẩm rắn Sản phẩm lỏng Sản phẩm khí g % g % g % 400 3,8429 38,43 4,2777 42.78 1,8793 18,79 450 3,5253 35,25 4,3432 43,83 2,0916 20,92 500 3,3296 33,30 4,5564 45,56 2,1139 21,14 550 2,9739 29,74 4,3498 48,35 2,1911 21,91 600 2,9473 29,47 4,3424 43,42 2,7102 27,1 % S¶n phÈm S¶n phÈm r¾n S¶n phÈm láng S¶n phÈm khÝ 60 50 42.78 40 38.43 43.83 35.25 45.56 33.3 18.79 20.92 43.42 29.74 30 20 48.35 21.14 21.91 29.47 27.1 10 400 450 500 550 600 NhiÖt ®é nhiÖt ph©n Hình 3.5 Đồ thị ảnh hưởng nhiệt độ nhiệt phân SV: Lương Thị Tuyết Nga 39 GVHD: Đặng Tuyết Phương Luận văn tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội Qua bảng số liệu 3.5 đồ thị 3.5 cho thấy: nhiệt độ tăng hiệu suất sản phẩm lỏng tăng đạt giá trị cực đại 550 0C với 48,35%, đến 6000C sản phảm lỏng giảm tới 43,42% Nhiệt độ tăng 4000C–6000C hiệu suất sản phẩm khí tăng 18,79–27,1%, hiệu suất sản phấm rắn giảm từ 38,43– 29,47% Giải thích: Khi nhiệt độ tăng phần khó biến đổi bị biến đổi thành sản phẩm lỏng, khí, hiệu suất than giảm Khi nhiệt độ tăng dao động nhiệt phân tử tăng làm cho trình cracking nhiệt xảy mạnh mẽ Nhiệt độ tăng phản ứng thứ cấp tăng làm cho phân tử khối trung bình bị bẻ gãy thành phân tử nhỏ (tạo khí) làm cho hiệu suất khí tăng Tại 5500C phản ứng cracking thứ cấp xảy chậm, hầu hết hợp chất hữu rơm rạ bị bẻ gãy thành phân tử trung bình làm cho hiệu suất sản phẩm lỏng đạt cực đại Tại 6000C phản ứng cracking xảy mãnh liệt làm cho hiệu suất sản phẩm lỏng giảm, sản phẩm khí tăng Từ kết thực nghiệm cho thấy, nhiệt độ tối ưu phản ứng nhiệt phân rơm rạ 5500C 3.2.2 ảnh hưởng tốc độ gia nhiệt Khảo sát ảnh hưởng tốc độ gia nhiệt thực ở: nhiệt độ tối ưu 5500C, tốc độ dòng nitơ 10 ml/s, thay đổi tốc độ gia nhiệt khác Bảng 3.6 Kết khảo sát ảnh hưởng tố độ gia nhiệt Sản phẩm rắn Sản phẩm lỏng Sản phẩm khí STT V C/phút g % g % g % 3,0481 30,48 4,2365 42,37 2,7154 27,15 10 3,0081 30,08 4,4365 44,37 2,5554 25,55 15 2,9812 29,81 4,7335 47,34 SV: Lương Thị Tuyết Nga 40 2,2853 22,85 GVHD: Đặng Tuyết Phương Luận văn tốt nghiệp 20 Trường ĐHSP Hà Nội 2,9739 29,74 4,385 % S¶n phÈm S¶n phÈm r¾ n 43,85 S¶n phÈm láng 2,1911 21,91 S¶n phÈm khÝ 60 50 47.34 48.35 29.81 29.74 44.37 42.37 40 30 30.48 27.15 30.08 25.55 22.85 21.91 20 10 10 15 20 T èc ®é gia nhiÖ t Hình 3.6 Đồ thị ảnh hưởng tốc độ gia nhiệt Qua bảng 3.6 hình 3.6 cho thấy tốc độ gia nhiệt tăng hiệu suất sản phẩm rắn giảm không đáng kể Do 550 0C hầu hết sản phẩm có khả biến đổi chuyển hoá hết Khi tăng tốc độ gia nhiệt sản phẩm lỏng có xu hướng tăng dần Khi tốc độ gia nhiệt chậm xu hướng tạo CO2 H2O Chính mà tăng tốc độ gia nhiệt sản phẩm lỏng tăng, sản phẩm khí giảm Từ kết thực nghiệm thấy rằng: phản ứng nhiệt phân nên thực với tốc độ gia nhiệt nhanh, tốc độ gia nhiệt tối thiểu 100C/phút 3.2.3 ảnh hưởng tốc độ dòng nitơ Khảo sát ảnh hưởng tốc độ dòng N2 đến phân bố sản phẩm điều kiện: nhiệt độ 5500C, tốc độ gia nhiệt 200/phút, tốc độ dòng tăng từ 4-16 ml/phút SV: Lương Thị Tuyết Nga 41 GVHD: Đặng Tuyết Phương Luận văn tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội Bảng 3.7 ảnh hưởng tốc độ dòng nitơ VN2 Sản phẩm rắn Sản phẩm lỏng Sản phẩm khí STT (ml) g % g % g % 3,0482 30,48 4,4366 44,37 2,5154 25,15 10 2,974 29,74 4,7822 47,82 2,2438 22,44 16 3,0088 30,09 4,8158 48,16 2,1754 21,75 S¶n phÈm r¾ n S¶n phÈm láng S¶n phÈm khÝ % S¶n phÈm 60 50 47.82 48.16 44.37 40 30.48 30 25.15 29.74 30.09 22.44 21.75 20 10 10 16 T èc ®é dßng Nit¬ Hình 3.7 Đồ thị ảnh hưởng tốc độ dòng nitơ Từ bảng 3.7 hình 3.7 nhận thấy rằng: Khi tăng tốc độ dòng nitơ 416 ml/s hiệu suất sản phẩm rắn giảm không đáng kể, hiệu suất sản phẩm lỏng tăng từ 44,37% – 48,16%, hiệu suất sản phẩm khí giảm từ 25,15% - 21,75% Kết giải thích sau: Khi tốc độ dòng nitơ tăng 416 ml/s, thời gian lưu khí nhiệt phân giảm từ 62–16s Khi thời gian lưu khí giảm, phản ứng thứ cấp xảy chậm làm giảm khả tạo khí tạo cốc làm hiệu suất sản phẩm khí than giảm, hiệu suất dầu tăng SV: Lương Thị Tuyết Nga 42 GVHD: Đặng Tuyết Phương Luận văn tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội So sánh tốc độ dòng nitơ 10 ml/s 16 ml/s dễ dàng nhận kết không khác nhiều Vì vậy, để giảm chi phí phản ứng nhiệt phân thực với tốc độ dòng 10 ml/s 3.2.4 ảnh hưởng tốc độ nước Phản ứng nhiệt phân sử dụng dòng nước điều kiện: nhiệt độ 5500C, tốc độ gia nhiệt 200C/phút, tốc độ dòng nước tăng từ 35–75 ml/s Kết trình khảo sát thể bảng 3.8 hình 3.8 Bảng 3.8 ảnh hưởng nước VH2O Sản phẩm rắn Sản phẩm lỏng Sản phẩm khí STT (ml)/s g % g % g % 35 2,805 28,05 4,6882 46,88 2,5068 25,07 50 2,7982 27,98 5,069 50,69 2,1328 21,33 75 2,6872 26,87 5,213 52,13 2,0998 21,00 S¶n phÈm r¾ n S¶n phÈm láng S¶n phÈm khÝ % S¶n phÈm 60 50.69 50 52.13 46.88 40 28.05 30 20 27.98 26.87 25.07 21.33 21 10 35 50 75 Tèc ®é h¬i n- í c Hình 3.8 Đồ thị ảnh hưởng dòng nước Từ bảng 3.8 hình 3.8 thấy tăng tốc độ dòng nước từ 3575 ml/s hiệu suất than giảm 28,05% - 26,87%, hiệu suất dầu tăng 46,88%52,13%, hiệu suất khí giảm 25,07 - 21,00% SV: Lương Thị Tuyết Nga 43 GVHD: Đặng Tuyết Phương Luận văn tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội Kết giải thích sau: Khi nhiệt phân với có mặt nước nước có tác dụng lôi quấn sản phẩm ngoài, cung cấp nhiệt độ cho trình nhiệt phân tham gia phản ứng với sản phẩm nhiệt phân Khi tăng nhiệt độ dòng nước áp suất ống nhiệt phân tăng lên áp suất tăng lên làm động lực để lôi quấn sản phẩm nhiệt phân ngoài, làm giảm thời gian lưu trình nhiệt phân Thời gian lưu giảm làm cho phản ứng thứ cấp xảy chậm giảm sản phẩm khí rắn, tăng sản phẩm lỏng Với tốc độ nước 50 ml/s 70 ml/s kết khác biệt lớn Mặt khác tăng lượng nước lượng mát nhiệt lớn khó khống chế nhiệt độ lò nhiệt phân tách nước khỏi sản phẩm khó khăn, tốn kém.Vì vậy, nhiệt phân nên thực tốc độ dòng nước 50 ml/s Kết luận: Qua khảo sát yếu tố ảnh hưởng cho thấy điều kiện tốt cho phản ứng nhiệt phân là: nhiệt độ 550 0C, tốc độ gia nhiệt ≥ 100C/phút, tốc độ 10 ml/s (sử dụng khí mang N2), 50 ml/s (sử dụng nước) SV: Lương Thị Tuyết Nga 44 GVHD: Đặng Tuyết Phương Luận văn tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội Kết luận chung Từ trình nghiên cứu rút kết luận sau: Qua phân tích thành phần nguyên tố rơm rạ miền Bắc miền Nam cho thấy thành phần nguyên tố rơm rạ hai miền khác không đáng kể Đặc điểm chung rơm rạ Việt Nam hàm lượng nguyên tố C hàm lượng O, hàm lượng N2 không đáng kể đặc biệt S Đây ưu điểm bật rơm rạ nước ta Từ số liệu nghiên cứu cho thấy nguồn rơm rạ Việt Nam dạng biomass tiềm để sản xuất NLSH Phân tích nhiệt rơm rạ cho biết khả nhiệt phân thành phần xenlulo, hemixenlulo, lignin rơm rạ từ xác định khoảng nhiệt độ nhiệt phân tối ưu 400 – 6000C Đã xây dựng lắp đặt thành công hệ nhiệt phân rơm rạ sử dụng hai dòng khí mang khác nitơ nước Nghiên cứu ảnh hưởng yếu tố đến trình nhiệt phân rơm rạ điều kiện không xúc tác là: nhiệt độ, tốc độ gia nhiệt, tốc độ dòng nitơ nước Đã tìm điều kiện nhiệt phân tối ưu là: nhiệt độ nhiệt phân 5500C, tốc độ gia nhiệt ≥ 200C/phút, tốc độ dòng nitơ 10 ml/s tốc độ nước 50 ml/s SV: Lương Thị Tuyết Nga 45 GVHD: Đặng Tuyết Phương Luận văn tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội Tài liệu tham khảo Tài liệu tiếng việt Báo Vietnamnet.com Biomass – công nghệ ủ rơm chạy máy www.khoahoc.net Trần Văn Đạt Nguồn lượng sinh học hội phát triển nông thôn www.khoahoc.net Không nên phớt lờ lượng biomass www.vietnamnet.vn Khủng hoảng lượng toàn cầu lựa chọn nhân loại www.tapchicongsan.org.vn Năm 2008, sản lượng gạo giới tăng 1,5% www.agro.gov.vn Nguồn lượng tái tạo quan trọng tương lai www.vinachem.com.vn Hồ Viết Quý.Các phương pháp phân tích công cụ hóa học đại NXB Đại học sư phạm, 2005 pgs.ts Đỗ Đình Rãng, pgs.ts đặng Đình Bạch, pgs.ts.Lê Thị Anh Đào, ths Nguyễn Mạnh Hà, ts Nguyễn Thị Thanh Phong Hóa học hữu nxbgd, 2007 10 Tiềm nhiên liệu sinh học việt nam lớn www.vietnam biotechnology website 11 Tiêu thụ lượng giới www.esit.vn 12 Nguyễn Thị Việt Triều, Lê Xuân Hiền, Trịnh Văn Thành, Nguyễn Thiên Vương, Vũ Minh Hoàng, Nguyễn Anh Hiệp Mặc Văn Phúc Nghiên cứu ảnh hưởng chất chất kết dính tỉ lệ hợp phần đến số tính chất vật liệu tổng hợp sở rơm rạ Tuyển tập báo cáo tổng kết đề tài khoa học công nghệ độc lập cấp viện khoa học công nghệ Việt Nam năm 2007 13 Vì nhiên liệu sinh học chưa quan tâm việt nam www.sinhhocvietnam.com tài liệu tiếng anh SV: Lương Thị Tuyết Nga 46 GVHD: Đặng Tuyết Phương Luận văn tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 14 Biofuel www.wikipedia.com 15 Ayhan Demirbaş and Goneno Ari Energy sources 24, 2002, pages 471482 16 Ayse Hilal Demirbas, Imren Demirbas Importance of rural bioenergy for developing countries Energy conversion and Management, 2007 17 Claudia Juliana Gusmer Dowsaz Understanding Biomass Pyrolysis Kinetics: Improved Modeling Based on Comprehensive Thermokinetic Analysis MasterClau, 2006 18 Dr Trương Nam Hai Current status of biomass utilization in Vietnam Biomass Asia workshop 2005 Tokyo-Tsukuba, Japan, January, 2005 19 Hemicellulose www.pri.edu 20.George W Huber, James A Dumesic An overview of aqueous- phase cartalytic processes for production of hydrogen and alkanes im a biorefinery Catalysis Today 111, 2006, pages 119-132 21 George W Huber, Sara Iborra and Avelino Corma Synthesis of Transportation Fuels from Biomass: Chemistry, Catalysts and Engineering Valencia Spain, 2006 22 E.F.Iliopoulou, E.V.Antonakou, S.A.Karakoulia, I.A.Vasalos, A.A.Lappas, K.S Triantafyllidis Catalytic conversion of biomass pyrolysis products by mesoporous materials: Effect of steam stability and acidity of Al-MCM-41 catalysts Chemical Engineering Journal, 2007 23 Kyung- Hae Lee, Bo- Seung Kang, Young-Kwon Park, and Joo- Sik Kim Influence of Reaction Temperature, Pretreatment, and a Char Removal System on the Production of Bio-oil from Rice Straw by Fast Pyrolysis, Using a Fluidized Bed Energy and Fluels 19, 2005, pages 2179-2184 SV: Lương Thị Tuyết Nga 47 GVHD: Đặng Tuyết Phương Luận văn tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 24 Sunggyu Lee Energy from Biomass Conversion Handbook of Alternative Fuel Technology, 2007 25 N.W.A.Lidula, N Mithulananthan, W Ongsakul, C Widja, R.Henson ASEAN towards clean and sustainable energy: Potentials, utilization and barriers Renewable Energy 32, 2007, pages 1441-1452 26 Dinesh Mohan, Charles U Pittman and Philip H Steele Pyrolysis of wood/biomass for bio-oil: A Critical Review Energy and Fuels 20, 2006, pages 848-889 27 Merete Hellner Nilsen, Eleni Antonakou, Aud Bouzga, Karina Mathisen, Michael Stocker Investigation of the effect of metal sites in Me-AlMCM-41 (Me = Fe, Cu or Zn) on the catalytic behavior during the pyrolysis of wooden based biomass Microporous and Mesoporous Materials 105, 2007, pages 189-203 28 Ayse E Putun, Esin Apaydin, Ersan Putun Rice straw as a bio-oil source via pyrolysis and steam pyrolysis Energy 29, 2004, pages 2171-2180 29 Ersan Putun, Funda Ates, Ayse Putun Catalytic pyrolysis of biomass in inert and steam atmospheres Fluel, 2007 30 Standard Operating Procedure for the Analysis of Particulate-Phase Organic Carbon in Great Lakes Waters Grace Analytical Lab, Chicago,1994 31 E.M.Sulman, V.V.Alferov, Yu.Yu Kosivtsov, A.I.Sidorov, O.S.Misnikov, A.E Afanasiev, N.Kumar, D.Kubicka, J.Agullo, T.Salmi, D.Yu.Murzin The development of the method of low-temperature peat pyrolysis on the basis of alumosilicate catalytic system Chemical Engineering Journal 134, 2007, pages 162-167 32 Xiao- Feng Sun, RunCang Sun, and Jing- Xia Sun Acetylation of Rice Straw with or without Catalysts and Its Characterization as a Natural SV: Lương Thị Tuyết Nga 48 GVHD: Đặng Tuyết Phương Luận văn tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội Sorbent in Oil Spill Cleanup Journal of Agricultural and Food Chemistry 50, 2002, pages 6428-6433 33 Keiichi Tomishige, Mohammad Asadullah, Kimio Kunimori Syngas production by biomass gasification using Rh/CeO2/SiO2 catalysts and fluidized bed reactor Catalysis Today 89, 2004, pages 389-403 34 Kostas S Triantafyllidis, Eleni F Iliopoulou, Eleni V Antonakou, Angelos A Lappas, Hui Wang, Thomas J Pinnavaia Hydrothermally stable mesoporous aluminosilicates (MSU-S) assembled from zeolite seeds as catalysts for biomass pyrolysis Microporous and Mesoporous Materials 99, 2007, pages 132-139 35 W.T Tsai, M K Lee, Y M Chang Fast pyrolysis of rice straw, Sugarcane bagasse and coconut shell in an induction – heating reactor J Anal Appl Pyrolysis 76, 2006, pages 230-237 36 Paul T Williams, Nittaya Nugranad Comparison of products from the pyrolysis and catalytic pyrolysis of rice husks Energy 25, 2000, pages 493-513 37 Yun Yu, Xia Lou and Hongwei Wu Biomass hydrolysis for surge recovery: A review Chemeca, 2007 SV: Lương Thị Tuyết Nga 49 GVHD: Đặng Tuyết Phương [...]... NLSH Đây cũng là phương pháp được chúng tôi sử dụng để Nghiên cứu điều chế nhiên liệu lỏng sinh học từ rơm rạ Việt Nam SV: Lương Thị Tuyết Nga 22 GVHD: Đặng Tuyết Phương Luận văn tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 chương 2: các phương pháp thực nghiệm 2.1 Phương pháp tiền xử lý rơm rạ Nguyên liệu: Nguồn nguyên liệu sử dụng trong luận văn này là rơm rạ của giống lúa khang dân ở Hà Nội và giống lúa MO 2717... trồng phổ biến vì năng suất cao ở miền Bắc và miền Nam nước ta - Rơm rạ được rửa sạch bằng nước - Sấy rơm rạ ở 100oC ± 5oC đến khô tương đối - Cắt nhỏ rơm rạ thành các hạt có kích thước ≤ 1mm - Trước mỗi thí nghiệm rơm rạ được sấy lại trong khoảng 2h ở 100oC ± 5oC 2.2 Phân tích thành phần hóa học của rơm rạ Phân tích thành phần hóa học của các mẫu rơm rạ đều được thực hiện theo phương pháp chuẩn của... tố trong rơm rạ Mẫu rơm rạ C H O N S H/C Miền Bắc 67,31 5,85 25,41 1,43 0,00 0,09 Miền Nam 64,38 5,39 29,21 1,02 0,00 0,84 Qua bảng 3.1 cho thấy: Trong rơm rạ thành phần C chiếm chủ yếu Miền Bắc là 67,31%, miền Nam là 64,38% Chứng tỏ thành phần chủ yếu trong rơm rạ là các chất hữu cơ Tỉ số H/C với rơm rạ miền Bắc là 0,09 miền Nam là 0,84 Tỉ số H/C < 1 chứng tỏ các hợp chất hữu cơ trong rơm rạ tồn tại... Trường ĐHSP Hà Nội 2 Từ số liệu phân tích cho thâý, sự khác biệt giữa rơm rạ miền Bắc và miền Nam là không đáng kể, do đó các thí nghiệm chỉ tiến hành với rơm rạ miền Bắc Thành phần các chất vô cơ có trong rơm rạ: Phân tích các chất vô cơ có trong rơm rạ về cơ bản dựa trên phân tích tro rơm rạ Kết quả phân tích thể hiện trong bảng 3.2 Bảng 3.2 Thành phần các chất vô cơ trong rơm rạ SiO2 (%) 72,59 K... vật liệu, phân biệt tâm axit Lewis và Bronsted, các nhóm cấu trúc bề mặt 27 SV: Lương Thị Tuyết Nga GVHD: Đặng Tuyết Phương Luận văn tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 Thực nghiệm: Phổ IR của rơm rạ được ghi trên máy Impact-410 (Đức), Viện Hóa Học- Viện Khoa Học Việt Nam 2.7 Hệ thiết bị nhiệt phân rơm rạ 2.7.1 Nhiệt phân rơm rạ trong môi trường N2 Nguyên tắc: Cho 10g rơm rạ có kích thước trong khoảng từ. .. khả năng nhiệt phân thì rơm rạ là nguồn biomass thuận lợi cho quá trình nhiệt phân Thành phần hoá học trong rơm và rạ khác nhau không nhiều Do đó, điều kiện nhiệt phân rơm và rạ không khác nhau Thực tế sản xuất không có sự phân biệt giữa rơm và rạ 3.1.3 Phân tích hiển vi quét điện tử (SEM) Phân tích SEM để quan sát rõ ràng hơn về rơm rạ Qua chụp ảnh SEM có thể biết kích thước rơm rạ nhiệt phân khoảng... rơm rạ chỉ phân tích những thành phần chính ảnh hưởng đến quá trình nhiệt phân Để xem xét sự khác nhau giữa rơm và rạ, chúng tôi tiến hành phân tích thành phần hoá học của rơm và rạ riêng biệt Kết quả phân tích thành phần hoá học của rơm và rạ được thể hiện trên bảng 3.3 SV: Lương Thị Tuyết Nga 31 GVHD: Đặng Tuyết Phương Luận văn tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 Bảng 3.3 Thành phần hoá học của rơm rạ. .. miền Nam là 29,21% chứng tỏ trong rơm rạ có nhiều hợp chất chứa O Do vậy, sản phẩm nhiệt phân rơm rạ có nhiều hợp chất của O Đây là nhược điểm của dầu sinh học, các hợp chất chứa O làm dầu nhiệt phân không bền về mặt hoá học, gây ăn mòn động cơ, làm giảm nhiệt trị cử dầu nhiệt phân Hàm lượng của nitơ không đáng kể nên không ảnh hưởng đến quá trình nhiệt phân Hầu như không tìm thấy S trong rơm rạ Việt Nam. .. chuyển hóa rơm rạ Bản thân biomass là một dạng nhiên liệu sinh học dạng thô Từ thời tiền sử, loài người đã biết đốt các cành cây để sưởi ấm và nấu chín thức ăn Hàng nghìn năm nay, gỗ và củi là nguồn nhiên liệu chính của con người [16] Tuy nhiên, việc sử dụng trực tiếp biomass như vậy ít hiệu quả kinh tế và lợi ích sử dụng do nhiệt trị thấp (15-18 kj/kg đối với củi, gỗ và 12-15 kj/kg đối với rơm, trấu),... Thành phần hoá học của rơm rạ Thành phần Rơm (%) Rạ (%) Hơi ẩm 7,08 7,00 Xenlulo 42,41 44,34 Hemixenlulo 12,65 11,44 Lignin 18,62 17,37 Các hợp chất trích ly 6,48 4,67 Tro 12,76 15,18 100 100 Tổng Từ bảng 3.3 có thể nhận thấy thành phần hoá học của rơm và rạ khác nhau không nhiều Xenlulo là hợp chất chiếm chủ yếu trong rơm và rạ Hàm lượng tro trong rạ lớn hơn rơm do rạ là phần dưới gốc cần có độ bền để ... [32] Nếu tận dụng nguồn rơm rạ để sản xuất nhiên liệu sinh học có ý nghĩa to lớn nhiều mặt Vì vậy, luận văn Nghiên cứu điều chế nhiên liệu lỏng sinh học từ rơm rạ Việt Nam SV: Lương Thị Tuyết... ĐHSP Hà Nội Trường đại học SƯ PHạM Hà NộI Khoa hóa học *********** Lương thị tuyết nga Nghiên cứu điều chế nhiên liệu lỏng sinh học từ rơm rạ việt nam Khoá luận tốt nghiệp đại học Chuyên ngành: Hóa... xem phương pháp có nhiều lợi để chuyển hoá rơm rạ thành NLSH Đây phương pháp sử dụng để Nghiên cứu điều chế nhiên liệu lỏng sinh học từ rơm rạ Việt Nam SV: Lương Thị Tuyết Nga 22 GVHD: Đặng