Mô phỏng công nghệ sản xuất ethanol của nhà máy bioethanol dung quất

Hiện nay năng lượng tái tạo như năng lượng sinh học năng lượng mặt trời năng lượng gió là xu hướng mới trên thế giới xuất phát từ hậu quả của việc tiêu thụ quá mức nguồn năng lượng hóa thạch và nguồn dự trữ hạn chế của nguồn năng lượng này Ethanol sinh học trở nên đáng chú ý nhờ những ưu điểm của nó như thân thiện với môi trường nguồn nguyên liệu dồi dào và hơn thế nữa Nó có thể được thay thế hoàn toàn hoặc một phần nhiên liệu hóa thạch để làm giảm hiệu ứng nhà kính Với tiềm năng lớn như vậy ethanol sinh học phần lớn được sản xuất ở khắp nơi trên thế giới và tại Việt Nam Nhà máy ethanol sinh học Dung Quất là một trong những nhà máy sản xuất nhiên liệu sinh học với công nghệ hiện đại và năng suất cao Để hiểu sâu sắc về công nghệ sản xuất và xây dựng cơ sở dữ liệu về điều kiện vận hành của nhà máy này khi nguồn nguyên liệu thay đổi chúng tôi tiến hành mô phỏng công nghệ sản xuất ethanol sinh học bằng phần mềm Hysys Trong nghiên cứu này chúng tôi thực hiện mô phỏng các quá trình chưng cất và tách nước của nhà máy ethanol sinh học Dung Quất bằng cách sử dụng cơ sở dữ liệu ban đầu từ các điều kiện vận hành thực tế trong nhà máy này Nguyên liệu thô là dòng beer well từ quá trình lên men Ngoài ra chúng tôi cũng điều chỉnh các điều kiện hoạt động để có được chất lượng sản phẩm ethanol mong muốn Kết quả đã thực hiện mô phỏng thành công các quá trình với sai số giữa kết quả mô phỏng và dữ liệu ban đầu về lưu lượng và thành phần chính các dòng công nghệ nhỏ hơn 5 Sau đó chúng tôi thay đổi thành phần của dòng nguyên liệu beer well và tiến hành điều chỉnh các điều kiện vận hành của quá trình chưng cất để sản phẩm ethanol có chất lượng không đổi

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRẦN MINH TRIẾT MÔ PHỎNG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ETHANOL CỦA NHÀ MÁY BIOETHANOL DUNG QUẤT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÓA HỌC Đà Nẵng – Năm 2019 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRẦN MINH TRIẾT MÔ PHỎNG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ETHANOL CỦA NHÀ MÁY BIOETHANOL DUNG QUẤT Chuyên ngành: Kỹ thuật hóa học Mã số: 8520301 LUẬN VĂN THẠC SĨ Người hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN ĐÌNH MINH TUẤN Đà Nẵng – Năm 2019 LỜI CẢM ƠN Trong trình nghiên cứu hồn thành luận văn này, tơi nhận nhiều quan tâm giúp đỡ thầy cô giáo, bạn bè, đồng nghiệp, đặc biệt hướng dẫn, giúp đỡ tận tình TS Nguyễn Đình Minh Tuấn Tơi chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Đình Minh Tuấn, Ban lãnh đạo Khoa Hóa Trường Đại học Bách khoa Đà nẵng, quý thầy cô giáo bạn bè, gia đình, đồng nghiệp giúp đỡ tơi thực hoàn thành luận văn Trân trọng cảm ơn! TĨM TẮT MƠ PHỎNG CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT ETHANOL CỦA NHÀ MÁY BIOETHANOL DUNG QUẤT Học viên: Trần Minh Triết Chuyên ngành: Kỹ thuật hóa học Mã số: 8520301 Khóa: K35KHH.QNg Trường Đại học Bách khoa-ĐHĐN Tóm tắt - Hiện nay, lượng tái tạo lượng sinh học, lượng mặt trời, lượng gió xu hướng giới, xuất phát từ hậu việc tiêu thụ mức nguồn lượng hóa thạch nguồn dự trữ hạn chế nguồn lượng Ethanol sinh học trở nên đáng ý nhờ ưu điểm thân thiện với môi trường, nguồn nguyên liệu dồi Nó thay hồn tồn phần nhiên liệu hóa thạch để làm giảm hiệu ứng nhà kính Với tiềm lớn vậy, ethanol sinh học phần lớn sản xuất khắp nơi giới Việt Nam Nhà máy ethanol sinh học Dung Quất nhà máy sản xuất nhiên liệu sinh học với công nghệ đại suất cao Để hiểu sâu sắc công nghệ sản xuất xây dựng sở liệu điều kiện vận hành nhà máy nguồn nguyên liệu thay đổi, tiến hành mô công nghệ sản xuất ethanol sinh học phần mềm Hysys Trong nghiên cứu này, thực mơ q trình chưng cất tách nước nhà máy ethanol sinh học Dung Quất cách sử dụng sở liệu ban đầu từ điều kiện vận hành thực tế nhà máy Ngun liệu thơ dịng beer-well từ q trình lên men Ngồi ra, chúng tơi điều chỉnh điều kiện hoạt động để có chất lượng sản phẩm ethanol mong muốn Kết thực mô thành cơng q trình với sai số kết mô liệu ban đầu lưu lượng thành phần dịng cơng nghệ nhỏ 5% Sau đó, chúng tơi thay đổi thành phần dòng nguyên liệu beer-well tiến hành điều chỉnh điều kiện vận hành trình chưng cất để sản phẩm ethanol có chất lượng khơng đổi Từ khóa – Bioethanol; Mơ phỏng; Hysys; Chưng cất; Tách nước THE SIMULATION OF MANUFACTURING TECHNOLOGY AT DUNG QUAT BIOETHANOL FUEL FACTORY Abstract - Currently, renewable energy such as bioenergy, solar energy, wind energy is the new trend in the world, which comes from the consequence of excessive consumption of fossil energy source and limited reserves of this energy source Bio-ethanol becomes remarkable due to its advantages such as environmental friendliness, abundant raw materials and further more It can be completely or partly replacedfossil fuels to reduce the greenhouse effect With such great potential, bio-ethanol is lazrgely produced in all over the world and in Vietnam Dung Quat bio-ethanol plant is one of the biofuel production plant with modern technology and great productivity To deeply understand the production technology and build database of operating conditions of this plant when the feed sources change, we conduct the simulation of bio ethanol production technology by using Hysys software In this study, we perform the simulation of the processes of distillation and water separation of the Dung Quat bio-ethanol plant using the initial database from the actual operating conditions in this factory The raw material is beer-well stream from the fermentation process Additionally, we also adjust operating conditions in order to obtained the desired quality of the ethanol product As a result, the simulation of the processes are successfully done in considering that the differences in flowrate and composition of process streams between simulation results and the initial database are less than 5% Then, we modify the composition of material beer-well and conduct adjusting the operating conditions of distillation process to have the constant quality of the ethanol product Key words – Bioethanol; Simulation; Hysys; Distillation; Dehydration MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN TÓM TẮT MỤC LỤC DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài: Mục tiêu đối tượng nghiên cứu Nội dung nghiên cứu: Phương pháp nghiên cứu: .2 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài: Cấu trúc luận văn: CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan nhiên liệu sinh học, bioethanol 1.1.1 Nhiên liệu sinh học 1.1.2 Bioethanol .4 1.2 Tình hình sản xuất, tiêu thụ bioethanol giới Việt Nam .6 1.2.1 Tình hình sản xuất tiêu thụ bioethanol giới 1.2.2 Tình hình sản xuất tiêu thụ bioethanol Việt Nam 1.3 Nguyên liệu sắn để sản xuất bioethanol 1.3.1 Thành phần hóa học sắn 1.3.2 Thành phần tính chất tinh bột sắn 1.3.3 Tình hình sản xuất tiêu thụ sắn 1.4 Công nghệ sản xuất bioethanol .9 1.4.1 Công nghệ sản xuất truyền thống 1.4.2 Công nghệ sản xuất cồn cải tiến 10 CHƯƠNG GIỚI THIỆU NHÀ MÁY BIOETHANOL DUNG QUẤT 11 2.1 Tổng quan công nghệ sản xuất bioethanol Dung Quất 11 2.2 Nguyên liệu sản xuất 12 2.3 Các phân xưởng công nghệ 12 2.3.1 Kho chứa, nhà nghiền 12 2.3.2 Tách cát 13 2.3.3 Hồ hóa nấu 14 2.3.4 Lên men 15 2.3.5 Chưng cất 16 2.3.6 Tách nước 16 2.3.7 Phân xưởng thu hồi nén khí CO2 17 2.3.8 Phân xưởng tách, sấy tồn chứa bã 18 2.3.9 Phân xưởng xử lý nước thải 18 CHƯƠNG MÔ PHỎNG CÔNG ĐOẠN CHƯNG CẤT VÀ TÁCH NƯỚC CỦA NHÀ MÁY BIOETHANOL DUNG QUẤT 20 3.1 Giới thiệu phần mềm HYSYS 20 3.1.1 Giới thiệu chung 21 3.1.2 Các bước mô phần mềm Hysys v10 23 3.2 Tiến hành mô 25 3.2.1 Cơ sở liệu 25 3.2.2 Nhập thông số cho dịng cơng nghệ thiết bị 27 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 43 4.1 Phân tích kết mơ 43 4.1.1 Kết mô cụm chưng cất: 43 4.1.2 Kết mô cụm cụm tách nước: .46 4.2 Nghiên cứu thay đổi điều kiện vận hành cụm tháp chưng cất để đảm bảo chất lượng sản phẩm ethanol nguyên liệu từ công đoạn lên men biến động 47 4.2.1 Tháp C-4101 48 4.2.2 Tháp C-4102 49 4.2.3 Tháp rectifier column C-4201 .49 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .52 TÀI LIỆU THAM KHẢO 53 PHỤ LỤC QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (BẢN SAO) DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT STT Chữ viết tắt Diễn giải DDFS Distillery Dried Fiber Soluble PFD Process Flow Diagram QCVN Quy chuẩn Việt Nam SAR Bể phản ứng yếm khí UASB Upflow Anaerobic Sludge Blanket wt Khối lượng DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu bảng Tên bảng Trang 1.1: Thành phần hóa học củ sắn tươi 1.2: Thành phần hóa học sắn lát khơ 3.1 Lưu lượng thành phần nguyên liệu 25 3.2 Cân vật chất chưng cất tách nước 26 3.3 So sánh thành phần dịng ethanol 4036 mơ PFD 33 3.4 Vị trí đĩa nạp liệu, đĩa rút sản phẩm tháp Rectifier Column C-4201 36 3.5 Áp suất nhiệt độ dòng nguyên liệu cho tháp C-4201 36 3.6 So sánh thành phần dòng sản phẩm ethanol 90%wt công đoạn chưng cất 40 4.1 Lưu lượng dòng sản phẩm đỉnh đáy tháp chưng cất 43 4.2 So sánh thành phần dòng sản phẩm đỉnh tháp C-4101 43 4.3 So sánh thành phần dòng sản phẩm đáy tháp C-4101 44 4.4 So sánh thành phần dòng sản phẩm đỉnh tháp C-4102 44 4.5 So sánh thành phần dòng sản phẩm đáy tháp C-4102 44 4.6 So sánh thành phần dòng sản phẩm đỉnh tháp Rectifier Column 45 4.7 So sánh thành phần dòng sản phẩm thân tháp Rectifier Column 45 4.8 So sánh thành phần dòng sản phẩm đáy tháp Rectifier Column 45 4.9 So sánh thành phần nước bị hấp phụ Component Splitter 46 4.10 So sánh thành phần dòng ethanol 99%wt khỏi Component Splitter 46 4.11 So sánh thành phần dòng ethanol sản phẩm 46 4.12 Thành phần dịng beer well từ cơng đoạn lên men điều kiện vận hành bình thường tăng/giảm 2%wt 47 4.13 Điều kiện mô tháp Beer Column C-4101 điều kiện hoạt động bình thường nguyên liệu tăng/giảm 2%wt 48 Số hiệu Tên bảng bảng Trang ethanol Điều kiện mô tháp Beer Column C-4102 điều 4.14 kiện hoạt động bình thường nguyên liệu tăng/giảm 2%wt ethanol 49 Lưu lượng thành phần ethanol dòng sản phẩm 4.15 tháp beer column điều kiện hoạt động bình thường nguyên liệu tăng/giảm 2%wt ethanol 49 4.16 Điều kiện mô tháp Rectifier Column C-4201 điều kiện hoạt động bình thường nguyên liệu tăng/giảm 2%wt ethanol 50 4.17 Lưu lượng thành phần ethanol dòng sản phẩm công đoạn chưng cất điều kiện hoạt động bình thường nguyên liệu tăng/giảm 2%wt ethanol 51 3.2 Thành phần dòng nguyên liệu, hồi lưu sản phẩm Cấu tử Dịng 3022 4026 4015 Beer well Sản phẩm đỉnh tháp C-4102 Sản phẩm đỉnh tháp C-4101 H2O CO2 3-M-1C4ol Ethanol Inositol 88.55 0.11 0.05 11.29 0.0 48.29 0.5 0.25 50.96 0.0 46.91 0.51 0.26 52.32 0.0 4050 Hồi lưu tháp C-4201 7.56 0.00 0.00 92.44 0.0 4070 Hồi lưu từ công đoạn tách nước 43.04 0.03 0.27 56.65 0.0 4038 Hơi ethanol sau giai đoạn tách nước 50% 47.51 0.03 0.25 52.22 0.0 3046 H2O từ CO2 scrubber 97.93 0.09 0.00 1.98 0.0 7.54 0.05 0.00 92.41 0.0 46.57 0.05 10.91 42.48 0.0 0.22 0.00 0.48 99.3 0.0 4042 4041 4091 Sản phẩm đỉnh tháp C-4201 Sản phẩm thân tháp C-4201 Ethanol sản phẩm 3.3 Thông số tháp chưng cất thô C-4101, C-4102 Thông số Tháp C-4101 Tháp C-4102 20 20 89.9 102.3 53.8 72.3 0.97 1.1 0.21 0.34 Số đĩa thực tế Vị trí đĩa nạp liệu Nhiệt độ đỉnh tháp (oC) o Nhiệt độ đáy tháp ( C) Áp suất đỉnh tháp (bara) Áp suất đáy tháp (bara) 3.4 Thông số tháp chưng cất tinh C-4201 Số đĩa thực tế Vị trí đĩa nạp liệu Vị trí đĩa rút sản phẩm thân tháp Nhiệt độ đỉnh tháp (oC) Nhiệt độ đáy tháp (oC) Áp suất đỉnh tháp (bara) Áp suất đáy tháp (bara) 4050 4038 4070 3046 4041 59 28 39 46 52 45 112.3 141 3.4 3.7 3.5 Thông số bơm Khu vực Cụm chưng cất Cụm tách nước PC-4106A/B PC-4105A/B Dòng Vào→Ra 4020→4021 4008→4009 Áp suất (bara) Vào→Ra 0.34→4.4 1.1→6.3 PC-4103A/B PC-4202A/B PC-4201A/B 4034→4035 4036→4037 4053→4054 0.19→2.2 0.87→7.8 3.2→5 PC-4303A/B 4064→4066 0.38→8.6 Tên thiết bị 3.6 Thông số thiết bị trao đổi nhiệt Khu vực Dòng Nhiệt độ (oC) Vào→Ra 3022→4001 Vào→Ra 76.7→76.7 8303→8304 161.9→161.9 4009→4010 4003→4004 4015→4016 102.4→88.5 76.7→87.8 89.9→73.7 4023→4025 72.4→72 4029→4030 56.1→36.3 8105→8106 30→36.5 E-4103 4031→4031r 8205→8206 36.4→26.7 21.1→23.8 E-4204 4054→4058 4037→4038 140.9→90.5 57.2→116.7 4044→4057 113→135 8304→8405 162.4→162.3 4062→4063 121.9→35 8111→8112 4071→4072,4073 4069→4070 4072→4074,4075 3044→3045 4085→4084,4086 30→34.72 135→109.9 35.4→75.7 109.9→109 35.6→35.9 96.5→46.1 8115→8116 4089→4091 30→41 60.6→32.2 8113→8114 30→35.6 Tên thiết bị E-4104 E-4105 Cụm chưng cất E-4101 E-4108 E-4301 E-4303 Cụm tách nước E-4304 E-4305 E-4401 E-4402 PHỤ LỤC SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ MƠ PHỎNG 4.1 Sơ đồ cơng nghệ mơ cụm chưng cất 4.2 Sơ đồ công nghệ mô cụm tách nước ... chọn đề tài: "Mô công nghệ sản xuất Ethanol Nhà máy Bioethanol Dung Quất" Mục tiêu đối tượng nghiên cứu 2.1 Mục tiêu nghiên cứu: - Mô công nghệ sản xuất ethanol Nhà máy Bioethanol Dung Quất dựa số... sinh học, bioethanol tình hình sản xuất, tiêu thụ giới Việt Nam; nguyên liệu; công nghệ sản xuất Chương 2- Giới thiệu Nhà máy Bioethanol Dung Quất Giới thiệu nhà máy Bioethanol Dung Quất tổng... NHÀ MÁY BIOETHANOL DUNG QUẤT 11 2.1 Tổng quan công nghệ sản xuất bioethanol Dung Quất 11 2.2 Nguyên liệu sản xuất 12 2.3 Các phân xưởng công nghệ 12 2.3.1 Kho chứa, nhà