Nghiên cứu tối ưu quá trình tiền xử lý rơm rạ bằng phương pháp nổ hơi phục vụ sản xuất ethanol nhiên liệu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - LÊ NGUYỄN TƢỜNG VÂN NGHIÊN CỨU TỐI ƢU QUÁ TRÌNH TIỀN XỬ LÝ RƠM RẠ BẰNG PHƢƠNG PHÁP NỔ HƠI PHỤC VỤ SẢN XUẤT ETHANOL NHIÊN LIỆU CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT HÓA DẦU LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 07 năm 2011 CƠNG TRÌNH ĐƢỢC HỒN THÀNH TẠI TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hƣớng dẫn khoa học: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét 1: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét 2: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Luận văn thạc sĩ đƣợc bảo vệ Trƣờng Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp.HCM ngày … tháng … năm … Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Bộ môn quản lý chuyên ngành sau luận văn đƣợc sửa chữa (nếu có) Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Bộ môn quản lý chuyên ngành i TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc Tp HCM, ngày 01 tháng 07 năm 2011 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Ngày, tháng, năm sinh: 16/12/1985 Nơi sinh: Lâm Đồng Chuyên ngành: Kỹ thuật Hóa dầu MSHV: 10400165 I – TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu tối ƣu trình tiền xử lý rơm rạ phƣơng pháp nổ phục vụ sản xuất Ethanol nhiên liệu II – NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Nghiên cứu tr nh nổ (steam explosion) nguyên liệu rơm rạ phục vụ sản xuất Bioethanol nhằm tìm thông số tối ƣu cho tr nh Nghiên cứu ảnh hƣởng yếu tố công nghệ (nhiệt độ, thời gian lƣu) đến trình nổ Ảnh hƣởng việc xử lý rơm rạ NaOH trƣớc nổ đến hiệu suất nổ III – NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: ngày 30 tháng 01 năm 2011 IV – NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: ngày 01 tháng 07 năm 2011 V – CÁN BỘ HƢỚNG DẪN: PGS.TS PHAN ĐÌNH TUẤN TS HUỲNH QUYỀN CÁN BỘ HƢỚNG DẪN TS HUỲNH QUYỀN PGS.TS PHAN ĐÌNH TUẤN ii CHỦ NHIỆM BỘ KHOA QL MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN CHUYÊN NGÀNH NGÀNH LỜI CÁM ƠN Luận văn đƣợc thực với hỗ trợ, giúp đỡ trực tiếp thiết thực PGS.TS Phan Đ nh Tuấn, TS Huỳnh Quyền anh chị cán Trung Tâm Nghiên Cứu Cơng Nghệ Lọc Hóa Dầu Em xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến thầy Tuấn thầy Quyền hƣớng dẫn, truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm tạo điều kiện thuận lợi cho em thực luận văn suốt thời gian qua Xin cảm ơn thầy thuộc mơn Hóa Dầu dạy dỗ tạo kiến thức tảng có lời tƣ vấn, góp ý q trình bảo vệ đề cƣơng, giúp em có hƣớng để thực đề tài Xin cảm ơn anh chị Trung Tâm Lọc Hóa Dầu bạn sinh viên tham gia thực Các anh chị bạn giúp đỡ nhiều để hoàn thành luận văn Và cuối cùng, gia đ nh – ngƣời tơi u q nhất, ln nguồn động viên lớn lao Xin cảm ơn ngƣời gia đ nh, bạn bè xung quanh, ngƣời bên tôi, chỗ dựa tinh thần vững giúp làm việc học tập Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 01 tháng 07 năm 2011 Học viên thực luận văn Lê Nguyễn Tƣờng Vân iii ABSTRACT Rice straw is one kind of lignocellulosic material that has been considered a promising resource to produce bio-fuels Pretreatment of rice straw help to improve the biodegradability A variety of pretreatment methols (biological, physical and chemical methods) has been assessed for their technical and economical effectiveness at pretreating lignocellulosic residues One of the technologies that is currently evaluated is steam explosion Alkali pretreatment has also been proven to be a promising one This research focused on investigating the steam explosion in two kinds of straw: one is the untreated (raw) rice straw and one is the NaOH treated rice straw The purpose is finding the optimum conditions for pretreatment of material The analytical results were used to evaluate: the total mass recovery, weight loss by water extraction, composition of explosed straw (cellulose, hemicellulose and lignin) and the enzymatic hydrolysis The process of alkaline treatment was operated at ambient temperature within hours, and no extra energy input required With the steam explosion, a range of operating temperatures (190oC – 240oC) and residence times (1-5 min) was used to pretreat rice straw in a reator The analytical result showed that the best pretreatment options is for treated straw at 210oC, min, NaOH 3% : % cellulose, hemicellulose and lignin after steam explosion are 78,39%; 5,52%; 13,37% in the total This sapmle was introdued to hydrolyzed step with the condition: 11% of dry solid, 5% enzyme, 50oC and pH=4,8 With this condition, 69,03 g/l glucose was formed and the yeild of 80,06% was ontained The study has proved the combine elements of both physical and chemical methods was such a suitable pretreatment process for producing bio-ethanol from rice straw iv TÓM TẮT LUẬN VĂN Rơm rạ dạng lignocellulose – nguồn nguyên liệu đầy hứa hẹn để sản xuất nhiên liệu sinh học thay cho nhiên liệu hóa thạch tƣơng lai gần Q trình tiền xử lý giúp cải thiện khả phân hủy sinh học vật liệu, nâng cao hiệu bƣớc thủy phân xơ sợi đƣợc giải phóng enzyme dễ dàng cơng Nhiều phƣơng pháp tiền xử lý (vật lý, hóa học sinh học) đƣợc nghiên cứu ứng dụng Phƣơng pháp nổ xử lý nguyên liệu với NaOH đem tới hiệu tách loại hemicellulose lignin cao Nghiên cứu tập trung khảo sát trình nổ hai loại nguyên liệu: rơm nguyên liệu thô rơm nguyên liệu qua tiền xử lý với NaOH nồng độ 1%, 2% 3% Mục đích để t m điều kiện tiền xử lý tốt cho nguyên liệu Phƣơng pháp phân tích xơ sợi (xác định hàm lƣợng mát, thành phần mẫu sau nổ nhƣ cellulose, hemicellulose lignin) đƣợc tiến hành để đánh giá hiệu tiền xử lý Quá trình tiền xử lý với NaOH đƣợc tiến hành điều kiện nhiệt độ thƣờng, vịng 8h Q trình nổ đƣợc khảo sát khoảng nhiệt độ từ 190oC đến 240oC, thời gian lƣu từ 1-5ph Kết thí nghiệm trình tiền xử lý tốt rơm xử lý NaOH 3%, nhiệt độ nổ 210oC thời gian lƣu 1ph Kết phân tích đƣợc thành phần phần trăm thành phần mẫu nguyên liệu sau xử lý là: cellulose 78,39%; hemicellulose 5,52% lignin 13,37% Nghiên cứu chứng tỏ tiền xử lý kết hợp phƣơng pháp vật lý (nổ hơi) phƣơng pháp hóa học (ngâm với NaOH 3%) giúp làm giảm đáng kể lƣợng hemicellulose lignin, điều tạo thuận lợi cho trình enzyme tiếp cận với bề mặt xơ sợi, làm tăng hiệu thủy phân v MỤC LỤC LỜI CÁM ƠN iii ABSTRACT iv TÓM TẮT LUẬN VĂN v MỤC LỤC vi DANH MỤC HÌNH ix DANH MỤC BẢNG xi Chƣơng 1: ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1 Lý nghiên cứu Ethanol từ rơm rạ 1.2 Mục tiêu nội dung nghiên cứu Chƣơng 2: TỔNG QUAN 2.1 Vấn đề an ninh lƣợng biến đổi khí hậu – xu hƣớng tiêu dùng lƣợng giới 2.1.1 Vấn đề an ninh lƣợng biến đổi khí hậu 2.1.2 Xu hƣớng tiêu dùng lƣợng giới 2.2 Nhiên liệu Ethanol sinh học 2.2.1 Định nghĩa 2.2.2 Phân loại dạng nhiên liệu sinh học 2.2.3 Phân loại nguồn nguyên liệu đầu vào để sản xuất nhiên liệu sinh học 2.3 Lịch sử phát triển nhiên liệu sinh học giới 2.4 Cung cầu cho sản phẩm Ethanol giới 2.5 Những lợi ích sử dụng lƣợng sinh học 11 2.5.1 Lợi ích an ninh lƣợng quốc gia 11 2.5.2 Lợi ích mơi trƣờng kỹ thuật sản xuất 11 2.5.3 Lợi ích mặt kinh tế 12 2.6 Bất lợi việc sử dụng nhiên liệu sinh học 13 2.6.1 Ảnh hƣởng đến môi trƣờng 13 2.6.2 Ảnh hƣởng đến an ninh lƣơng thực 14 2.7 Tình hình nghiên cứu, sản xuất sử dụng Ethanol Việt Nam 15 2.7.1 Lịch sử phát triển nhiên liệu sinh học Việt Nam 15 2.7.2 Khung pháp lý 15 2.7.3 Dự báo Ethanol nhiên liệu tƣơng lai VN 16 vi 2.7.4 Cung cân đối nhu cầu Ethanol tƣơng lai Việt Nam 17 2.8 Tình hình nghiên cứu công nghệ sản xuất Ethanol từ rơm rạ 18 2.8.1 Tiềm năng lƣợng sinh học từ phế thải nông nghiệp 18 2.8.2 Tiềm nguyên liệu rơm rạ để sản xuất Ethanol nƣớc 18 2.8.3 Các phƣơng thức xử lý tận dụng rơm rạ 19 2.8.4 Các nhƣợc điểm sử dụng rơm để sản xuất nhiên liệu sinh học 20 2.8.5 Các cơng trình nghiên cứu trƣớc tồn đọng cần giải 21 Chƣơng 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 24 3.1 Tính chất thành phần rơm rạ 24 3.1.1 Cấu trúc thành tế bào thực vật 24 3.1.2 Thành phần hóa học 25 3.2 Quá trình sản xuất Ethanol từ rơm rạ 36 3.2.1 Sơ đồ chung tr nh sản xuất Ethanol từ Biomass 36 3.2.2 Tiền xử lý 38 3.2.3 Thủy phân 47 3.2.4 Lên men 49 3.2.5 Công đoạn chƣng cất - khử nƣớc 50 Chƣơng 4: THỰC NGHIỆM 51 4.1 Các thiết bị sử dụng q trình làm thí nghiệm 51 4.1.1 Thiết bị, dụng cụ sử dụng tr nh phân tích xơ sợi 51 4.1.2 Thiết bị sử dụng trình tiền xử lý phƣơng pháp nổ 51 4.1.3 Thiết bị sử dụng trình thủy phân enzyme 52 4.1.4 Thiết bị để phân tích mẫu 52 4.1.5 Thiết bị đo 52 4.2 Trình tự thí nghiệm 53 4.2.1 Phân tích hàm ẩm 53 4.2.2 Phân tích thành phần xơ sợi biomass 53 Chƣơng 5: KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 61 5.1 Phân tích thành phần nguyên liệu trƣớc tiền xử lý 61 5.2 Tiền xử lý NaOH 63 vii 5.2.1 Sự thay đổi nguyên liệu sau xử lý với NaOH 64 5.2.2 Phân tích thành phần nguyên liệu sau xử lý với NaOH 65 5.2.3 Tiền xử lý nguyên liệu phƣơng pháp nổ 67 5.3 Quá trình thủy phân 83 Chƣơng 6: KẾT LUẬN 89 Chƣơng 7: KIẾN NGHỊ 90 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 91 PHỤ LỤC 94 viii DANH MỤC HÌNH Hình 2-1 Hình minh họa cho mía Hình 2-2 Hình minh họa loại nơng phẩm dùng để sản xuất bio-diesel Hình 2-3 Nguyên liệu sắn lát Hình 2-4 Nguồn nguyên liệu sản xuất nhiên liệu sinh học Hình 2-5 Sơ đồ biểu diễn sản lượng Ethanol gới qua năm Hình 2-6 So sánh cung – cầu Ethanol giới từ năm 2010 - 2020 10 Hình 2-7 Sản lượng Ethanol giới 1997-2008 (Đơn vị: triệu lít) 10 Hình 2-8 Thương mại quốc tế Ethanol 11 Hình 3-1 Cấu trúc tế bào thực vật 24 Hình 3-2 Cấu trúc thành tế bào thực vật 24 Hình 3-3 Thành phần hóa học rơm rạ 25 Hình 3-4 Thành phần hóa học cellulose 26 Hình 3-5 Thành phần cấu trúc liên kết mạch cellulose 26 Hình 3-6 Hai dạng cấu trúc Cellulose 27 nh 3-7 ác đơn vị mắc ch hemicellulose 29 Hình 3-8 Cấu trúc xylose 29 Hình 3-9 Bộ khung đơn vị mắc xích lignin 30 Hình 3-10 Đơn vị cấu trúc lignin 30 Hình 3-11 Các liên kết cấu trúc lignin 31 Hình 3-12 Các nhóm chức lignin 33 Hình 3-13 Các liên kết lignin với hemicellulose với cellulose 34 Hình 3-14 Một số ví dụ chất trích ly 35 Hình 3-15 Sơ đồ chung trình sản xuất Ethanol từ rơm rạ 36 Hình 3-16 Sơ đồ thể ba qui trình sản xuất Bioethanol từ rơm rạ 37 Hình 3-17 Hình ảnh sợi nh n kính hiển vi điện tử 38 Hình 3-18 Sơ đồ phản ứng NaOH cắt mạch liên kết este lignin hợp chất carbohydrate 43 Hình 3-19 Sơ đồ phản ứng lignin NaOH 43 Hình 3-20 Quá trình phân tách methoxyl từ cấu trúc lignin 443 Hình 4-1 Hệ thống nổ nguyên liệu 51 Hình 4-2 Bể lắc ổn nhiệt phục vụ cho trình thủy phân 52 Hình 4-3 Máy ly tâm (a), máy rung (b), máy sắc ký lỏng (c) 52 Hình 4-4 Máy đo p (a); ân (b) Tủ sấy (c) 52 Hình 4-5 Hình ảnh thí nghiệm phân tích thành phần sợi 54 Hình 4-6 Dụng cụ thí nghiệm 55 Hình 5-1 Thành phần rơm trước nổ 62 Hình 5-2 So sánh thành phần rơm thực nghiệm từ tài liệu tham khảo[1] 63 nh 5-3 nh ảnh rơm nguyên liệu trước sau hi l với a 64 Hình 5-4 Dung dịch tách sau xử l rơm nguyên liệu với NaOH 64 nh 5-5 Thành phần phần trăm mẫu sau hi l với a 65 ix Bảng 0-34 Thành phần rơm rạ sau nổ 210o mẫu N1E1 Thành phần Khối lƣợng (g) Phần trăm (%) Hiệu suất thu hồi (%) Chất béo 0,24 0,19 2,94 Chất trích ly 3,12 2,40 11,69 Cellulose 78,15 60,12 84,38 Hemicellulose 22,40 17,23 40,47 Lignin 23,45 18,04 47,69 Tro 2,63 2,02 14,75 Tổng cộng 130,00 100,00 Bảng 0-35 Thành phần rơm rạ sau nổ 220 52,02 o mẫu N1E1 Thành phần Khối lƣợng (g) Phần trăm (%) Hiệu suất thu hồi (%) Chất béo 0,19 0,15 2,34 Chất trích ly 1,60 1,28 5,98 Cellulose 78,06 50,50 84,28 Hemicellulose 21,65 17,33 39,11 Lignin 22,07 17,67 44,88 Tro 1,34 1,07 7,53 Tổng cộng 124,91 100,00 49,99 Bảng 0-36 Thành phần rơm rạ sau nổ 230o mẫu N1E1 Thành phần Khối lƣợng (g) Phần trăm (%) Hiệu suất thu hồi Chất béo 0,17 0,17 2,05 Chất trích ly 1,25 1,24 4,66 Cellulose 70,16 69,67 75,75 Hemicellulose 12,46 12,37 22,51 Lignin 15,67 15,56 31,87 Tro 1,00 1,00 5,63 Tổng cộng 100,71 100,00 40,30 105 Bảng 0-37 Thành phần rơm rạ sau nổ 240o mẫu N1E1 Thành phần Khối lƣợng (g) Phần trăm (%) Hiệu suất thu hồi (%) Chất béo 0,14 0,16 1,71 Chất trích ly 0,58 0,65 2,16 Cellulose 62,77 71,12 67,77 Hemicellulose 10,25 11,61 18,52 Lignin 13,52 15,32 27,49 Tro 1,00 1,14 5,62 Tổng cộng 88,26 100,00 35,32 Bảng 0-38 Bảng tổng ết hiệu suất thu hồi thành phần sau nồ điều iện nhiệt độ mẫu N1E1 Hiệu suất thu hồi (%) Thành phần 190oC 200oC 210oC 220oC 230oC 240oC Chất béo 6,99 4,26 2,94 2,34 2,05 1,71 Chất trích ly 19,74 11,82 11,69 5,98 4,66 2,16 Cellulose 86,60 84,48 84,38 84,28 75,75 67,77 Hemicellulose 62,26 45,38 40,47 39,11 22,51 18,52 Lignin 77,38 62,49 47,69 44,88 31,87 27,49 Tro 29,62 25,64 14,75 7,53 5,63 5,62 Tổng cộng 65,57 56,90 52,02 49,99 40,30 35,32 Bảng 0-39 Thành phần rơm rạ sau nổ 190oC mẫu N1E2 Thành phần Khối lƣợng (g) Phần trăm (%) Hiệu suất thu hồi (%) Chất béo 0,32 0,25 3,90 Chất trích ly 2,11 1,62 7,90 Cellulose 78,11 60,03 84,33 Hemicellulose 22,34 17,17 40,36 Lignin 24,11 18,53 49,03 Tro 3,12 2,40 17,50 Tổng cộng 130,11 100,00 52,07 106 Bảng 0-40 Thành phần rơm rạ sau nổ 200o mẫu N1E2 Thành phần Khối lƣợng (g) Phần trăm (%) Hiệu suất thu hồi (%) Chất béo 0,21 0,18 2,56 Chất trích ly 1,23 1,07 4,61 Cellulose 75,25 65,77 81,24 Hemicellulose 17,15 14,99 30,98 Lignin 19,34 16,90 39,33 Tro 1,24 1,08 6,96 Tổng cộng 114,42 100,00 45,79 Bảng 0-41 Thành phần rơm rạ sau nổ 210o mẫu N1E2 Thành phần Khối lƣợng (g) Phần trăm (%) Hiệu suất thu hồi Chất béo 0,20 0,18 2,44 Chất trích ly 1,17 1,05 4,38 Cellulose 75,19 67,26 81,18 Hemicellulose 15,08 13,49 27,24 Lignin 19,01 17,01 38,66 Tro 1,14 1,02 6,40 Tổng cộng 111,79 100,00 44,74 Bảng 0-42 Thành phần rơm rạ sau nổ 220o mẫu N1E2 Thành phần Khối lƣợng (g) Phần trăm (%) Hiệu suất thu hồi (%) Chất béo 0,19 0,20 2,35 Chất trích ly 0,43 0,46 1,62 Cellulose 70,18 74,35 75,77 Hemicellulose 12,57 13,32 22,71 Lignin 10,13 10,73 20,60 Tro 0,89 0,94 4,99 Tổng cộng 94,40 100,00 37,78 107 Bảng 0-43 Thành phần rơm rạ sau nổ 230o mẫu N1E2 Thành phần Khối lƣợng (g) Phần trăm (%) Hiệu suất thu hồi (%) Chất béo 0,05 0,07 0,66 Chất trích ly 0,33 0,40 1,22 Cellulose 63,28 77,56 68,32 Hemicellulose 8,14 9,98 14,71 Lignin 9,27 11,36 18,85 Tro 0,52 0,64 2,92 Tổng cộng 81,59 100,00 32,65 Bảng 0-44 Bảng tổng ết hiệu suất thu hồi thành phần sau nồ điều iện nhiệt độ mẫu N1E2 Hiệu suất thu hồi (%) Thành phần 190oC 200oC 210oC 220oC 230oC Chất béo 3,90 2,56 2,44 2,35 0,66 Chất trích ly 7,90 4,61 4,38 1,62 1,22 Cellulose 84,33 81,24 81,18 75,77 68,32 Hemicellulose 40,36 30,98 27,24 22,71 14,71 Lignin 49,03 39,33 38,66 20,60 18,85 Tro 17,50 6,96 6,40 4,99 2,92 Tổng cộng 52,07 45,79 44,74 37,78 32,65 Bảng 0-45 Thành phần rơm rạ sau nổ 190o mẫu N2E1 Chất béo Khối lƣợng (g) 0,50 Phần trăm (%) 0,32 Hiệu suất thu hồi (%) 6,04 Chất trích ly 4,25 2,79 15,92 Cellulose 79,24 52,03 85,55 Hemicellulose 35,90 23,57 64,87 Lignin 29,17 19,15 59,32 Tro 3,25 2,13 18,23 Tổng cộng 152,31 100,00 65,66 Thành phần 108 Bảng 0-46 Thành phần rơm rạ sau nổ 200o mẫu N2E1 Chất béo Khối lƣợng (g) 0,23 Phần trăm (%) 0,17 Hiệu suất thu hồi (%) 2,80 Chất trích ly 2,15 1,57 8,05 Cellulose 76,19 55,65 82,26 Hemicellulose 28,13 20,55 50,82 Lignin 27,16 19,84 55,23 Tro 3,04 2,22 17,05 Tổng cộng 136,90 100,00 54,79 Thành phần Bảng 0-47 Thành phần rơm rạ sau nổ 210o mẫu N2E1 Thành phần Khối lƣợng (g) Phần trăm (%) Hiệu suất thu hồi (%) Chất béo 0,16 0,16 1,90 Chất trích ly 2,01 2,11 7,52 Cellulose 63,15 66,26 68,18 Hemicellulose 14,30 15,00 25,84 Lignin 13,58 14,25 27,62 Tro 2,12 2,22 11,89 Tổng cộng 95,31 100,00 38,14 Bảng 0-48 Thành phần rơm rạ sau nổ 220o mẫu N2E1 Thành phần Khối lƣợng (g) Phần trăm (%) Hiệu suất thu hồi Chất béo 0,03 0,04 0,41 Chất trích ly 1,92 2,23 7,20 Cellulose 60,92 50,50 65,77 Hemicellulose 10,85 12,58 19,60 Lignin 10,62 12,32 21,60 Tro 1,87 2,17 10,49 Tổng cộng 86,22 100,00 34,50 109 Bảng 0-49 Thành phần rơm rạ sau nổ 230o mẫu N2E1 Thành phần Khối lƣợng (g) Phần trăm (%) Hiệu suất thu hồi (%) Chất béo 0,02 0,03 0,24 Chất trích ly 0,58 0,75 2,17 Cellulose 55,87 71,90 60,32 Hemicellulose 10,67 13,73 19,28 Lignin 9,23 11,88 18,77 Tro 1,34 1,72 7,52 Tổng cộng 77,71 100,00 31,10 Bảng 0-50 Thành phần rơm rạ sau nổ 240o mẫu N2E1 Chất béo Khối lƣợng (g) 0,00 Phần trăm (%) 0,00 Hiệu suất thu hồi (%) 0,00 Chất trích ly 0,00 0,00 0,01 Cellulose 51,05 74,52 55,11 Hemicellulose 8,25 12,04 14,91 Lignin 9,15 13,36 18,61 Tro 0,05 0,08 0,30 Tổng cộng 68,51 100,00 27,42 Thành phần Bảng 0-51 Bảng tổng ết hiệu suất thu hồi thành phần sau nồ điều iện nhiệt độ mẫu N2E1 Hiệu suất thu hồi (%) Thành phần 190oC 200oC 210oC 220oC 230oC 240oC Chất béo 0,57 0,355 1,90 0,41 0,24 0,00 Chất trích ly 5,12 3,165 7,52 7,20 2,17 0,01 Cellulose 85,55 82,26 68,18 65,77 60,32 55,11 Hemicellulose 64,87 50,80 25,84 19,60 19,28 14,91 Lignin 59,32 55,23 27,62 21,60 18,77 18,61 Tro 5,93 3,666 11,89 10,49 7,52 0,30 Tổng cộng 161,78 100.000 38,14 34,50 31,10 27,42 110 Bảng 0-52 Thành phần rơm rạ sau nổ 190o mẫu N2E2 Chất béo Khối lƣợng (g) 0,43 Phần trăm (%) 0,35 Hiệu suất thu hồi (%) 5,27 Chất trích ly 2,15 1,73 8,05 Cellulose 76,68 61,65 82,79 Hemicellulose 15,67 12,60 28,31 Lignin 21,33 17,15 43,38 Tro 8,12 6,53 45,55 Tổng cộng 124,38 100,00 49,78 Thành phần Bảng 0-53 Thành phần rơm rạ sau nổ 200o mẫu N2E2 Thành phần Khối lƣợng (g) Phần trăm (%) Hiệu suất thu hồi Chất béo 0,03 0,03 0,37 Chất trích ly 1,21 1,21 4,53 Cellulose 70,09 69,91 75,67 Hemicellulose 11,78 11,75 21,28 Lignin 12,83 12,80 26,09 Tro 4,32 4,31 24,24 Tổng cộng 100,26 100,00 40,12 Bảng 0-54 Thành phần rơm rạ sau nổ 210o mẫu N2E2 Thành phần Khối lƣợng (g) Phần trăm (%) Hiệu suất thu hồi Chất béo 0,00 0,00 0,05 Chất trích ly 0,50 0,59 1,87 Cellulose 64,25 75,43 69,37 Hemicellulose 6,78 7,96 12,25 Lignin 11,49 13,49 23,37 Tro 2,16 2,53 12,10 Tổng cộng 85,18 100,00 34,09 111 Bảng 0-55 Thành phần rơm rạ sau nổ 220o mẫu N2E2 Thành phần Khối lƣợng (g) Phần trăm (%) Hiệu suất thu hồi (%) Chất béo 0,00 0,00 0,00 Chất trích ly 0,25 0,31 0,92 Cellulose 60,18 76,24 64,97 Hemicellulose 6,14 7,78 11,09 Lignin 10,58 13,40 21,51 Tro 1,79 2,27 10,04 Tổng cộng 78,93 100,00 31,59 Bảng 0-56 Thành phần rơm rạ sau nổ 230o mẫu N2E2 Chất béo Khối lƣợng (g) 0,00 Phần trăm (%) 0,00 Hiệu suất thu hồi (%) 0,00 Chất trích ly 0,00 0,00 0,00 Cellulose 60,01 79,32 64,78 Hemicellulose 5,94 7,85 10,73 Lignin 9,13 12,07 18,57 Tro 0,58 0,77 3,25 Tổng cộng 75,66 100,00 30,28 Thành phần Bảng 0-57 Bảng tổng ết hiệu suất thu hồi thành phần sau nồ điều iện nhiệt độ mẫu N2E2 Hiệu suất thu hồi (%) Thành phần 190oC 200oC 210oC 220oC 230oC Chất béo 5,27 0,37 0,05 0,00 0,00 Chất trích ly 8,05 4,53 1,87 0,92 0,00 Cellulose 82,79 75,67 69,37 64,97 64,78 Hemicellulose 28,31 21,28 12,25 11,09 10,73 Lignin 43,38 26,09 23,37 21,51 18,57 Tro 45,55 24,24 12,10 10,04 3,25 Tổng cộng 49,78 40,12 34,09 31,59 30,28 112 Bảng 0-58 Thành phần rơm rạ sau nổ 190o mẫu N3E1 Chất béo Khối lƣợng (g) 0,31 Phần trăm (%) 0,28 Hiệu suất thu hồi (%) 3,78 Chất trích ly 3,25 2,96 12,17 Cellulose 75,23 68,53 81,22 Hemicellulose 12,46 11,35 22,51 Lignin 15,67 14,28 31,87 Tro 2,85 2,60 15,99 Tổng cộng 109,77 100,00 43,93 Thành phần Bảng 0-59 Thành phần rơm rạ sau nổ 200o mẫu N3E1 Thành phần Khối lƣợng (g) Phần trăm (%) Hiệu suất thu hồi (%) Chất béo 0,21 0,20 2,50 Chất trích ly 2,97 2,94 11,12 Cellulose 74,25 73,46 80,16 Hemicellulose 8,35 8,26 15,09 Lignin 13,73 13,58 27,92 Tro 1,57 1,55 8,81 Tổng cộng 101,08 100,00 40,45 Bảng 0-60 Thành phần rơm rạ sau nổ 210o mẫu N3E1 Thành phần Khối lƣợng (g) Phần trăm (%) Hiệu suất thu hồi (%) Chất béo 0,05 0,05 0,59 Chất trích ly 2,17 2,33 8,13 Cellulose 72,98 78,39 78,79 Hemicellulose 5,14 5,52 9,29 Lignin 12,45 13,37 25,32 Tro 0,31 0,34 1,76 Tổng cộng 93,10 100,00 37,26 113 Bảng 0-61 Thành phần rơm rạ sau nổ 220o mẫu N3E1 Thành phần Khối lƣợng (g) Phần trăm (%) Hiệu suất thu hồi Chất béo 0,02 0,02 0,23 Chất trích ly 1,12 1,36 4,21 Cellulose 65,98 50,50 71,23 Hemicellulose 4,15 5,02 7,50 Lignin 11,11 13,44 22,59 Tro 0,29 0,35 1,62 Tổng cộng 82,67 100,00 33,09 Bảng 0-62 Thành phần rơm rạ sau nổ 230o mẫu N3E1 Chất béo Khối lƣợng (g) 0,00 Phần trăm (%) 0,00 Hiệu suất thu hồi (%) 0,04 Chất trích ly 0,51 0,67 1,92 Cellulose 63,16 82,08 68,19 Hemicellulose 4,05 5,26 7,32 Lignin 9,07 11,79 18,44 Tro 0,15 0,20 0,86 Tổng cộng 76,95 100,00 30,80 Thành phần Bảng 0-63 Thành phần rơm rạ sau nổ 240o mẫu N3E1 Chất béo Khối lƣợng (g) 0,00 Phần trăm (%) 0,00 Hiệu suất thu hồi (%) 0,00 Chất trích ly 0,00 0,00 0,00 Cellulose 60,12 82,08 64,91 Hemicellulose 4,01 5,47 7,24 Lignin 9,12 12,45 18,55 Tro 0,01 0,01 0,03 Tổng cộng 73,25 100,00 29,31 Thành phần 114 Bảng 0-64 Bảng tổng ết hiệu suất thu hồi thành phần sau nồ điều iện nhiệt độ mẫu N3E1 Hiệu suất thu hồi (%) Thành phần 190oC 200oC 210oC 220oC 230oC 240oC Chất béo 3,78 2,50 0,59 0,23 0,04 0,00 Chất trích ly 12,17 11,12 8,13 4,21 1,92 0,00 Cellulose 81,22 80,16 78,79 71,23 68,19 64,91 Hemicellulose 22,51 15,09 9,29 7,50 7,32 7,24 Lignin 31,87 27,92 25,32 22,59 18,44 18,55 Tro 15,99 8,81 1,76 1,62 0,86 0,03 Tổng cộng 43,93 40,45 37,26 33,09 30,80 29,31 Bảng 0-65 Thành phần rơm rạ sau nổ 190o mẫu N3E2 Thành phần Khối lƣợng (g) Phần trăm (%) Hiệu suất thu hồi (%) Chất béo 0,25 0,25 3,05 Chất trích ly 2,68 2,71 10,04 Cellulose 70,25 71,05 75,84 Hemicellulose 8,46 8,56 15,28 Lignin 15,11 15,28 30,73 Tro 2,12 2,14 11,89 Tổng cộng 98,87 100,00 39,57 Bảng 0-66 Thành phần rơm rạ sau nổ 200o mẫu N3E2 Thành phần Khối lƣợng (g) Phần trăm (%) Hiệu suất thu hồi Chất béo 0,21 0,23 2,56 Chất trích ly 1,23 2,60 8,80 Cellulose 63,25 75,38 73,68 Hemicellulose 4,15 9,00 14,72 Lignin 6,34 11,42 21,03 Tro 1,24 1,37 6,96 Tổng cộng 76,42 100,00 36,23 115 Bảng 0-67 Thành phần rơm rạ sau nổ 210o mẫu N3E2 Thành phần Khối lƣợng (g) Phần trăm (%) Hiệu suất thu hồi (%) Chất béo 0,00 0,00 0,00 Chất trích ly 0,52 0,84 1,94 Cellulose 50,96 82,64 55,02 Hemicellulose 3,91 6,34 7,06 Lignin 5,78 9,37 11,75 Tro 0,50 0,81 2,79 Tổng cộng 61,67 100,00 24,68 Bảng 0-68 Thành phần rơm rạ sau nổ 220o mẫu N3E2 Chất béo Khối lƣợng (g) 0,00 Phần trăm (%) 0,00 Hiệu suất thu hồi (%) 0,00 Chất trích ly 0,00 0,00 0,00 Cellulose 45,79 86,25 49,44 Hemicellulose 2,17 4,09 3,92 Lignin 5,13 9,66 10,43 Tro 0,00 0,00 0,00 Tổng cộng 53,09 100,00 21,25 Thành phần Bảng 0-69 Thành phần rơm rạ sau nổ 230o mẫu N3E2 Chất béo Khối lƣợng (g) 0,00 Phần trăm (%) 0,00 Hiệu suất thu hồi (%) 0,00 Chất trích ly 0,00 0,00 0,00 Cellulose 42,19 85,60 45,55 Hemicellulose 2,05 4,16 3,70 Lignin 5,05 10,24 10,27 Tro 0,00 0,00 0,00 Tổng cộng 49,29 100,00 19,73 Thành phần 116 Bảng 0-70 Bảng tổng ết hiệu suất thu hồi thành phần sau nồ điều iện nhiệt độ mẫu N3E2 Hiệu suất thu hồi (%) Thành phần 190oC 200oC 210oC 220oC 230oC Chất béo 3,05 2,56 0,00 0,00 0,00 Chất trích ly 10,04 8,80 1,94 0,00 0,00 Cellulose 75,84 73,68 55,02 49,44 45,55 Hemicellulose 15,28 14,72 7,06 3,92 3,70 Lignin 30,73 21,03 11,75 10,43 10,27 Tro 11,89 6,96 2,79 0,00 0,00 Tổng cộng 39,57 36,23 24,68 21,25 19,73 Số liệu thủy phân Bảng 0-71 Nồng độ glucose thu theo thời gian mẫu rơm thô rơm xử l sơ với NaOH Nồng độ Glucose (g/l) Thời gian S0 N1 N2 N3 0 0,00 0,00 0,00 0,46 11,3 15,35 28,17 16 0,53 11,98 17,33 30,12 24 1,04 12,02 18,12 34,75 48 1,52 12,45 18,79 38,96 54 1,64 12,78 19,02 39,05 72 1,86 13,68 19,21 39,71 117 Bảng 0-72 Nồng độ glucose thu theo thời gian mẫu rơm thô sau nổ Nồng độ Glucose (g/l) Thời gian E1(240) E2(230) E3(220) E4(220) E5(220) 0 0 0,00 0,00 37,25 38,53 35,18 37,79 38,11 16 42,15 44,12 42,21 41,16 43,76 24 45,68 48,53 46,22 45,97 47,61 48 45,92 54,81 49,56 48,79 49,13 54 45,98 55,65 50,13 49,39 51,22 72 46,03 56,21 51,76 52,15 51,96 Bảng 0-73 Nồng độ glucose thu theo thời gian mẫu rơm lý với NaOHvà thủy phân Nồng độ Glucose (g/l) Thời gian N1E1(230) N1E2(220) N2E1(220) N2E2(210) N3E1(210) N3E2(200) 0 0 0 0,00 43,12 43,56 42,97 44,12 44,79 45,38 16 45,15 45,31 45,56 47,99 53,92 48,95 24 53,99 54,07 53,12 56,01 59,15 55,89 48 54,96 55,12 55,43 57,12 67,01 60,86 54 56,19 55,97 57,6 59,04 67,19 63,76 72 56,25 57,03 58,12 62,13 69,03 64,29 118 Bảng 0-74 Hiệu suất thủy phân mẫu đại diện Hiệu suất thủy phân (%) Thời gian S0 N3 E2(230) N3E1(210) 0 0,00 0,00 0,00 1,13 45,13 52,51 51,94 16 1,30 48,25 60,13 62,53 24 2,55 55,67 66,14 68,60 48 3,73 62,41 74,70 77,71 54 4,02 62,56 75,84 77,92 72 4,56 63,61 76,60 80,06 119 ... 3.2 Q trình sản xuất Ethanol từ rơm rạ 3.2.1 Sơ đồ chung trình sản xuất Ethanol từ rơm rạ Hình 3-15 Sơ đồ chung trình sản xuất Ethanol từ rơm rạ Nguyên liệu Biomass H2O Tiền xử lý (nổ hơi) H2O... số nghiên cứu gi i Bài nghiên cứu nghiên cứu: Quá trình nổ tiền xử lý nguyên liệu bã mía phục vụ sản xuất Bioethanol (tài liệu tham khảo [34]) Trong nghiên cứu này, tác giả thực nhằm mục đích nghiên. .. phục vụ sản xuất Ethanol nhiên liệu II – NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Nghiên cứu tr nh nổ (steam explosion) nguyên liệu rơm rạ phục vụ sản xuất Bioethanol nhằm tìm thơng số tối ƣu cho tr nh Nghiên cứu