CHƯƠNG 3 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
3.4. Quy trình cracking chuyển hoá dầu ăn thải thành nhiên liệu sinh học sử dụng
dụng xúc tác FCC thải
Quy trình cracking chuyển hóa dầu ăn thải sử dụng chất xúc tác FCC thải được thực hiện trên thiết bị SR-SCT-MAT (Single Receiver - Short Contact Time – Microactivity Test) của hãng Grace Davison dựa trên tiêu chuẩn ASTM D5154.
Phương pháp này không cần xử lý nguyên liệu đầu vào, không yêu cầu xây dựng cơ sở hạ tầng bổ sung và có thể được thực hiện trong đơn vị cracking tầng sôi của các nhà máy lọc dầu thông thường hiện có.
Ổn định 540 oC 1,5h SFCC + chất độn Nung 540 o C SFCC Ổn định 80 oC 0,5h 1,75g dầu Lọc cặn WCO Cracking (450 – 520 oC C/O = 1,5 – 3,5) Sản phẩm khí GC-RGA Sản phẩm lỏng GC-SimDis
Hình 3.10. Quy trình cracking chuyển hoá dầu ăn thải thành nhiên
3.4.1.!Chuẩn bị xúc tác FCC thải
Xúc tác thải được xử lý nhiệt ở 540 o
C trong 3 giờ nhằm loại tạp chất và hoạt hóa xúc tác. Dựa vào tỷ lệ khối lượng xúc tác/nguyên liệu (C/O), xác định lượng xúc tác cần phản ứng, trộn đều lượng xúc tác trên với chất độn (hạt thủy tinh) có kích thước 180-200µm nhằm nạp đầy hỗn hợp xúc tác vào toàn bộ không gian thể tích ống phản ứng. Xúc tác được cố định giữa 2 lớp bông thạch anh trong ống phản ứng. Sau đó, ống phản ứng chứa xúc tác được ổn định nhiệt ở 540 o
C trong 1,5 giờ trước khi thực hiện cracking (ASTM D3907-03).
3.4.2.!Chuẩn bị dầu ăn thải
Dầu ăn thải lấy từ quá trình chiên thịt nên có nhiều cặn carbon. Do đó, dầu ăn cần phải lọc bằng vải bông để loại bỏ các tạp chất không hòa tan, phần chất lỏng được sử dụng làm nguyên liệu cho quá trình cracking.
Lấy 1,75g dầu tương đương 2ml thể tích syringe và lắp vào hệ thống phản ứng. Nguyên liệu được ổn định nhiệt ở 80 oC trong vòng 30 phút trước khi phản ứng (ASTM D3907-03).
3.4.3.!Quy trình thực nghiệm sản xuất nhiên liệu sinh học
Trước khi thực nghiệm, FCC thải được nung ở 540 o
C trong 3 giờ để loại bỏ cốc lắng đọng trên chất xúc tác [28]. Phản ứng cracking được thực hiện ở nhiệt độ 450 – 520 oC (theo ASTM D3907-03, điều kiện tiêu chuẩn nhiệt độ phản ứng ở 482
oC), tỷ lệ xúc tác với dầu (C/O) là 1,5 – 3,5 với thời gian tiếp xúc là 12 giây. 3,5 g dầu ăn thải được sử dụng cho mỗi thí nghiệm.
Ở điều kiện nhiệt độ cao, phản ứng cracking xảy ra tạo các sản phẩm đều ở pha hơi. Sau đó hơi sản phẩm được làm lạnh, phân tách và thu hồi trong bộ phận thu sản phẩm nhờ tác nhân lạnh là dòng không khí ở 18 oC.
Sản phẩm sau phản ứng gồm pha hydrocacbon lỏng (C5+) và hydrocacbon khí (H2, C1-C4). Các sản phẩm này lần lượt được phân tích thành phần thông qua các thiết bị phân tích sắc ký chưng cất mô phỏng theo tiêu chuẩn ASTM D2887 xác định tỷ lệ phần trăm khối lượng. Các phân đoạn xăng, LCO, HCO và thiết bị sắc ký khí hydrocacbon theo tiêu chuẩn ASTM D1945-3 xác định thành phần cấu tử C1-C4. Sau phản ứng, xúc tác mất hoạt tính do có một lượng cốc sinh ra và bám lên bề mặt xúc
tác, lượng cốc này được thu hồi và phân tích xác định khối lượng bằng thiết bị hồng ngoại đo hàm lượng cacbon theo tiêu chuẩn ASTM E1915.
Sản phẩm thu được của phản ứng cracking được xác định bằng thiết bị 7890A GC từ Agilent Technologies sử dụng Refinery Gas Analysis (GC-RGA), Simulated Distillation (GC-SIMDIS) và Detailed Hydrocarbon Analysis (GC-DHA). Hàm lượng cốc trên chất xúc tác cũng được phân tích bằng thiết bị CS600 của Leco.
Hiệu quả của quá trình cracking WCO được đánh giá thông qua tổng sản lượng của các sản phẩm có lợi nhuận cao, chẳng hạn như khí hóa lỏng (LPG), xăng và dầu diesel (LCO). Hiệu suất của LPG, xăng và diesel được xác định từ chương trình chưng cất mô phỏng. Năng suất của sản phẩm và hàm lượng oxy (O) trong pha hữu cơ được tính theo phương trình (1) và (2):
Năng suất sản phẩm (kl.%) = [Khối lượng sản phẩm (g)/Khối lượng dầu ăn
thải (g)] × 100% (1)
Oxy trong pha hữu cơ (kl.%) = [Oxy (kl.%) trong dầu ăn thải] – [Oxy (kl.%)
trong (CO+CO2+H2O)] (2)
Hiệu suất sản phẩm là tỷ lệ phần trăm giữa khối lượng sản phẩm (LPG, xăng, diesel, HCO và cốc) trên nguyên liệu, được tính theo công thức (3):
Yi = (mi/mo) × 100% (3)
Trong đó:
!! Yi là phần trăm khối lượng của sản phẩm i;
!! mi là khối lượng của sản phẩm i;
!! mo là khối lượng nguyên liệu.
3.4.4.!Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số trong quá trình cracking dầu ăn thải đến hiệu quả của quá trình thải đến hiệu quả của quá trình
Để đưa ra điều kiện tối ưu cho quá trình chuyển hóa dầu ăn thải thành nhiên liệu sinh học, cần thay đổi các thông số trong quá trình cracking: tỷ lệ khối lượng xúc tác/nguyên liệu (C/O), nhiệt độ phản ứng của hệ thống.
Đối với nguyên liệu dầu ăn thải, việc thực hiện cacking hoàn toàn có thể thực hiện ở nhiều điều kiện dầu thải khác nhau. Nhằm đáp ứng cho nhu cầu xử lý lượng lớn dầu ăn thải hằng ngày.
Sau khi thực hiện cracking chuyển hóa dầu ăn thải, xúc tác được thu hồi và sử dụng làm nguyên liệu sản xuất gạch không nung.