Đã có nhiều nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến hiệu quả thu hồi sản phẩm từ quá trình nhiệt phân nhanh [79], [80], [99] Các nghiên cứu cho thấy rằng, nhiệt độ phản ứng càng tăng thì dầu sinh học thu hồi càng tăng, còn
hàm lượng chất rắn và khí không ngưng càng giảm Tuy nhiên, nếu tiếp tục tăng nhiệt độ phản ứng lên quá cao (lớn hơn 510 °C) thì sẽ xuất hiện các phản ứng thứ cấp làm phân hủy các hợp chất hữu cơ ở thể khí, dẫn đến sự giảm hàm lượng dầu sinh học Cụ thể, ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến hiệu quả thu hồi dầu sinh học từ quá trình nhiệt phân một số loại sinh khối phổ biến như bã mía, gỗ phong, gỗ bạch dương, 100%
Nhiệt độ, °C
Hình 1 10: Ảnh hưởng nhiệt độ phản ứng đến hiệu quả dầu thu hồi của một số sinh khối [90]
Maple: gỗ phong, poplar aspen: gỗ bạch dương, bagasse: bã mía, pine bark: gỗ thông
cenllulose và vỏ cây thông đã
được Toft tổng hợp thể hiện trên hình 1 10 [90]
Ngoài ra, Xiong và các cộng sự (2013) [80] đã nghiên cứu mô phỏng kết hợp với nghiên cứu thực nghiệm quá trình nhiệt phân sinh khối trong lò tầng sôi, kết quả cho thấy hàm lượng dầu giảm đáng kể khi nhiệt độ phản ứng lớn hơn 550 °C Hoặc là, trong nghiên cứu thực nghiệm nhiệt phân nhanh sinh khối trong lò tầng sôi, B M Phan cùng các cộng sự (2014) [9] chỉ ra rằng khoảng nhiệt độ tối ưu để hàm lượng dầu sinh học thu hồi dầu cao nhất là 450 đến 510 °C
Như vậy, có thể kết luận rằng trong quá trình nhiệt phân nhanh nhiệt độ phản ứng đóng vai trò rất quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả thu hồi dầu sinh học Do đó, trong quá trình tính toán thiết kế và vận hành, kiểm soát chặt chẽ thông số nhiệt độ phản ứng là một trong các yếu tố được quan tâm hàng đầu
Ngoài ra, kết quả nghiên cứu còn cho thấy nhiệt độ phản ứng còn ảnh hưởng đến thành phần các hợp chất có trong dầu sinh học Khi nhiệt độ phản ứng từ 400 đến 600 °C thì hàm lượng nước trong dầu sinh học có xu hướng tăng từ 23,33 đến 27,17% dẫn đến giảm chất lượng của dầu sinh học [57], [72]
md/ ms0
x 10 0
1 4 3 Ảnh hưởng của thời gian lưu sản phẩm phản ứng và lưu lượng khí cấp nhiệt
Đối với quá trình nhiệt phân nhanh trong lò tầng sôi, thời gian lưu sản phẩm phản ứng trong lò đóng vai trò rất quan trọng trong việc nâng cao hàm lượng dầu thu hồi cũng như chất lượng của dầu Các nghiên cứu chỉ ra rằng nếu thời gian lưu sản phẩm phản ứng càng lâu thì hiệu quả thu hồi dầu càng giảm [9], [14], [79], [80] Các sản phẩm tạo ra từ quá trình nhiệt phân nếu như chưa được thoát ra khỏi lò phản ứng sẽ tiếp tục bị phân hủy dẫn đến tăng hàm lượng khí không ngưng và giảm hàm lượng dầu Tuy nhiên, đến nay việc xác định thời gian lưu sản phẩm phản ứng trong lò chủ yếu bằng nghiên cứu thực nghiệm Các tác giả B M Phan (2014) [9], Trung Ngoc Trinh (2013) [93], Q Xue (2012) [79], Qingang Xiong (2013) [80] đã nghiên cứu thực nghiệm và kết luận rằng khả năng thu hồi dầu sinh học đạt tối đa với điều kiện thời gian lưu sản phẩm phản ứng của các hạt sinh khối trong lò không được vượt quá 2 s Scott (1999) [34] đã nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian lưu đối với quá trình nhiệt phân bã mía trong lò tầng sôi và kết quả chỉ ra rằng hàm lượng dầu giảm từ 75% xuống 60 % khi thời gian lưu tăng từ 0,2 đến 0,9 s tại nhiệt độ 525 °C
Ngoài ra, bằng nghiên cứu mô phỏng số của các tác giả Andrés Anca-Couce & Nico Zobel (2012) [3], Di Blasi (2000) [18], A V Bridgwater (1999) [14] đều cho rằng thời gian lưu sản phẩm phản ứng của các hạt sinh khối trong lò phản ứng nhiệt phân nhanh không được quá 2s, đồng thời kết quả cũng cho thấy thời gian lưu phụ thuộc vào kích cỡ hạt sinh khối
Trong thực tế, chiều cao lò phản ứng không thay đổi nên việc điều khiển thời gian lưu sản phẩm phản ứng bằng cách điều chỉnh lưu lượng khí cấp vào lò Hàm lượng dầu sinh học thu hồi phụ thuộc vào lưu lượng (vận tốc) khí nitơ được thể hiện trên hình 1 11
Từ kết quả nghiên cứu trên hình 1 11 cho thấy trong quá trình nhiệt phân nhanh, nếu tăng lưu lượng khí thì khối lượng dầu thu hồi tăng dần và đạt giá trị cực đại Tuy nhiên, nếu tiếp tục tăng nữa thì khối lượng dầu thu được giảm dần, đồng thời khối lượng chất rắn có xu hướng tăng dần Điều này có thể được giải thích khi lưu
lượng khí tăng thì thời gian lưu khí trong lò phản ứng càng giảm nên một lượng sinh khối chưa kịp tham gia phản ứng nhiệt phân đã thoát ra khỏi lò và hàm lượng sản phẩm chất rắn thu hồi có xu hướng tăng dần, vì vậy hàm lượng dầu có xu hướng giảm dần Như vậy, trong mỗi điều kiện phản ứng (nhiệt độ, kích cỡ hạt sinh khối, loại sinh khối, thể tích lò) lưu lượng khí có một khoảng giá trị thích hợp để hàm lượng dầu thu hồi cao nhất Do đó, trong quá trình tính toán thiết kế cũng như vận hành hệ thống nhiệt phân nhanh sinh khối trong lò tầng sôi, không thể không cân nhắc đến thời gian lưu sản phẩm phản ứng bằng cách điều chỉnh lưu lượng khí cấp để lượng dầu thu hồi được lớn nhất
a) b)
Hình 1 11: Hàm lượng dầu sinh học thu hồi phụ thuộc vào lưu lượng khí a) Kết quả nghiên cứu của Qingang Xiong (2013) [80] b) Kết quả nghiên cứu của B M Phan (2014) [9]
Tuy nhiên, đến nay việc xác định thời gian lưu sản phẩm phản ứng cho mỗi loại sinh khối tương ứng với mỗi kích cỡ chủ yếu bằng phương pháp thực nghiệm; chưa có cơ sở lý thuyết để tính toán lựa chọn kích cỡ hạt sinh khối phù hợp cho mỗi điều kiện nhiệt phân nhanh