Sơ đồ hấp thụ cồn dạng hơi sử dụng ba tháp

41

đưa qua cột hấp thụ chưa phần tử zeolite 3A ở pha lỏng hoặc pha hơi. Nước sẽ bị hấp thụ và giữ lại trên cột, ethanol không bị hấp thụ đi ra khỏi cợt. Để q trình sản xuất được liên tục thơng thường phải có ít nhất 2 tháp chứa chất hấp thụ khi tháp A tiến hành hấp thụ thì tháp B tiến hành tái sinh chất hấp thụ và ngược lại. Với 3 tháp hấp thụ thì tháp 1 tiến hành hấp thụ, tháp 2 tiến hành nhả hấp, tháp 3 làm mát chất hấp thụ.

Trên hai sơ đồ chưng cất trên mỗi sơ đồ đều có những ưu nhược điểm riêng ở đây không đi sâu vào phân tích, kết quả sản phẩm cuối cùng của những tháp chưng cất trên đều thu được cồn tinh khiết đến 99,5% phù hợp với việc sử dụng làm nhiên liệu.

2.3. Tình hình sản xuất và sử dụng ethanol ở Việt Nam

2.3.1. Tình hình sản xuất

Ethanol ở Việt Nam được sản xuất chủ yếu từ nguồn nguyên liệu rỉ mía đường, sắn lát. Mỗi năm tổng cơng suất sản xuất ethanol trên cả nước đều tăng tập trung ở 3 nhà máy lớn có cơng suất từ 15.000 – 30.000 lít/ngày là nhà máy đường Hiệp Hoà, Lam Sơn, nhà máy bia rượu Bình Tây… và hàng trăm cơ sở sản xuất có quy mơ nhỏ lẻ với cơng suất từ 3.000 – 5.000 lít/ngày. Sản lượng ethanol Việt Nam hiện nay cịn rất nhỏ, cơng suất sản xuất của mỗi nhà máy cũng nhỏ, các đơn vị sản xuất ethanol đang gặp nhiều khó khăn do nguồn nguyên liệu không ổn định, công nghệ sản xuất lạc hậu, tớn nhiều chi phí sản xuất nên sản phẩm khơng có sức cạnh tranh cao.

Do nhu cầu thị trường tiêu thụ ethanol trong nước ngày càng tăng, các đơn vị sản xuất ethanol trong nước đẩy mạnh sản xuất, đồng thời mở rộng thêm nhiều nhà máy mới (Công ty cổ phần mía đường Biên Hoà đầu tư xây dựng nhà máy công suất 50.000 tấn/năm, Công ty Đồng Xanh đầu tư xây dựng nhà máy công suất 60.000 lít/ngày, Cơng ty CP ethanol sinh học Việt Nam đầu tư nhà máy 66.000 m3/năm tại Đắc Lắc, BIDV đầu tư nhà máy công suất 100.000 tấn/năm tại Quảng Nam, Cơng ty CP Hố dầu và Nhiên liệu Sinh học Dầu khí xây dựng nhà máy công suất 100.000 tấn/năm tại Phú Thọ…). Năng suất sản xuất nhiên liệu ethanol của một

42

số nhà máy tại Việt Nam được đưa ra trong Bảng 2.2:

Bảng 2.2. Một số nhà máy sản xuất ethanol tại Việt Nam

Tên nhà máy

Công suất Ngày hoạt động

Chủ đầu tư Tiến độ

Nhà máy Đại Lộc, Quảng Nam 100 Triệu lít/năm Tháng

3/2009 Công ty Đồng Xanh thành lắp đặt Đang hoàn máy Nhà máy Cư-Dút, Đắc Nông 50 Triệu lít/năm Tháng

12/2008 Công ty Đại Việt Đang chạy thử

Nhà máy Tam Nông, Phú Thọ 100 Triệu lít/năm Tháng 6/2011 Công ty PVB, thuộc PV OIL Đã động thổ khởi công ký hợp

đồng EPC Nhà máy Dung Quất 100 Triệu lít/năm Tháng 7/2011 Petrosetco, NMLD Bình Sơn thuộc

Petrovietnam

Đã động thổ khởi công ký hợp

đồng EPC Nhà máy Bình Phước 100 Triệu lít/năm Tháng 7/2011 Liên doanh ITOCHU Nhật Bản

và PV OIL

Dự kiến quý I năm 2010 ký hợp

đồng EPC và khởi cơng

2.3.2. Tình hình sử dụng

Ngày 15/9/2008 Cơng ty cổ phần kinh doanh hóa dầu và nhiên liệu sinh học (PVB), một đơn vị thành viên của Tổng Công ty dầu Việt Nam (PVOIL) đã lần đầu tiên giới thiệu và bán thí điểm xăng E5 tại hai trạm bán lẻ xăng dầu ở Hà Nội thuộc hệ thống phân phối xăng dầu của PVOIL. PVB nhập khẩu ethanol tuyệt đới 99,6 % thể tích từ Trung Q́c, sau đó pha với xăng A95 và A92 với tỷ lệ 5 % ethanol theo thể tích để thành xăng ethanol E5. Xăng vẫn bảo đảm an toàn cho động cơ đồng thời giảm ô nhiễm môi trường.

Xăng E5 ban đầu được bán thử nghiệm cho 50 xe tắcxi gồm hai loại: loại 4 chỗ và 7 chỗ ngồi, thuộc hiệp hội taxi thành phố Hà Nội. Thời gian bán thử nghiệm

43

là 6 tháng, PVB đã thu thập các ý kiến phản hồi từ khách hàng để trình kết quả thử nghiệp với Bộ Công thương.

Sự giới thiệu và sử dụng xăng E5 đã được công chúng tiếp nhận nhiệt tình trong điều kiện hoàn cảnh giá xăng dầu trong nước và lạm phát tăng cao. Hàng nghìn người đã xếp hàng chờ mua và háo hức sử dụng loại nhiên liệu mới này.

Tuy nhiên Bộ Công thương đã yêu cầu dừng bán xăng E5 rợng rãi ra cơng chúng vì đến thời điểm năm 2008, Việt Nam chưa có quy chuẩn quy định về xăng pha ethanol, trong khi đó xăng dầu là mặt hàng phải tuân theo quy chuẩn của Nhà nước nên không thể bán ra thị trường nếu khơng có quy chuẩn. Cơng ty PVB chỉ được phép bán thử nghiệm cho các xe taxi một thời gian để đánh giá tác động của loại xăng mới đối với động cơ xe đang lưu hành tại Việt Nam, sau đó phải có quy chuẩn Nhà nước về loại xăng này mới được bán rộng rãi ra công chúng.

Nhiều công ty và các tổ chức khoa học cũng đã chủ động phối hợp nghiên cứu và thực hiện việc đánh giá ảnh hưởng của việc xăng pha ethanol đối với động cơ và việc phân phối thử nghiệm xăng E5 thương mại như trung tâm nghiên cứu dầu khí (PVPRO), Cơng ty taxi Đà Nẵng, Công ty xăng dầu Petrolimex miền trung, Công ty cổ phần sản xuất ethanol Đồng Xanh,... Viện Nghiên cứu rượu bia và nước giải khát cũng đã nghiên cứu và đưa ra các kết quả về sử dụng ethanol làm nhiên liệu thay thế cho một số loại động cơ. Viện Công nghệ thực phẩm đã và đang nghiên cứu sản xuất ethanol từ phế thải nơng nghiệp. Nhiều đơn vị trong đó có APP, Sài Gòn Petro, Công ty Mía đường Lam Sơn đã lên kế hoạch pha chế thử nghiệm và tiến tới sản xuất ở ethanol quy mô phù hợp và đưa vào sử dụng.

Tổng công ty xăng dầu Việt Nam (Petrolimex) đã phối hợp với một số trường đại học lớn như Đại học Bách Khoa Hà Nội, Đại học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh tiến hành nhiều nghiên cứu về việc sử dụng nhiên liệu sinh học, trong đó đã chứng minh việc sử dụng xăng pha ethanol thay thế xăng thông thường tốt hơn cho động cơ xăng.

Đi tiên phong trong việc xây dựng và phân phối nhiên liệu sinh học là Tổng Công ty Dầu Việt Nam (PV OIL). PV OIL đã tiến hành đầu tư hai nhà máy

44

ethanolvới tổng công suất 200 triệu lít/năm, trong đó dự án đầu tư xây dựng Nhà máy ethanol Bình Phước được thực hiện với sự hợp tác đầu tư cùng Tập đoàn ITOCHU Nhật Bản tại tỉnh Bình Phước.

Sau khi Bợ Cơng thương đã chấp thuận kết quả thử nghiệm xăng E5 của công ty PVB và trên cơ sở các tiêu chuẩn về nhiên liệu E5, B5 mới được ban hành trong tháng 5/2009, Tổng công ty Dầu Việt Nam đã thành lập Ban chuyên trách (task force) gồm các lãnh đạo và các nhân sự chủ chốt của PV OIL để tiến hành triển khai bán thí điểm xăng E5, B5 trên phạm vi 6 tỉnh thành lớn nhất Việt Nam là thành phớ Hồ Chí Minh, Hà Nợi, Cần Thơ, Đà Nẵng, Vũng Tầu, Nha Trang.

Tháng 10/2010 ethanol E5 đã chính thức được bán rộng rãi ra thị trường.

2.4. Một số ảnh hưởng của ethanol sinh học đến động cơ

Tính chất lý hóa của nhiên liệu xăng và ethanol được đưa ra trong Bảng 2.3 dưới đây:

Bảng 2.3. Bảng so sánh tính chất của ethanol và xăng

Tính chất Đơn vị Ethanol Xăng

Công thức - C2H5OH Hợp chất C4 đến C12

Phân tử lượng - 46,07 100 -105

Thành phần % kl

- Cacbon 52,2 85-88

- Hydro 13,1 12-15

- Oxy 34,7 0

Nhiệt độ sôi ºC 78,3-78,5 27-225

Tỷ trọng kg/L 0,792 0,72-0,78

RVP kPa 15-17 50-100

RVP hỗn hợp kPa 118-144 50-100

Nhiệt hóa hơi kJ/kg 842-930 330-400

Nhiệt trị thấp kJ/kg 27 000 43 000

Nhiệt độ tự bốc cháy ºC 365-425 257

45

Tính chất Đơn vị Ethanol Xăng

Tỷ lệ công tác A/F Kg/kg 8,9-9,0 15

Thể tích tương đương, LHV L/L của xăng 1,53 1,0

RON - 102-130 90-100

MON - 89-96 80-92

(R+M)/2 - 96-113 85-95

RON sau pha chế - 112-120 90-100

MON sau pha chế - 95-106 80-92

Độ nhớt cSt tại 20ºC 1,19 0,37-0,44

cSt tại -20ºC 2.84 0,60-0.77

Độ tan trong nước %tt tại 21ºC 100 Rất ít tan

Hàm lượng CO2 kg/kg nhiên

liệu 1,91 3,18

Năng lượng hỗn hợp công

tác Btu/ft

3

94,7 94,8

Từ bảng so sánh tính chất trên ta nhận thấy tính chất của ethanol và của xăng có nhiều khác biệt trong đó cần chú ý đến các ảnh hưởng như ảnh hưởng của thành phần oxy đến nhiệt trị và lượng khơng khí lí thuyết cần để đớt cháy hết 1 kg nhiên liệu ethanol và tới nhiệt trị của nhiên liệu do đó cần cải tiến hệ thớng nhiên liệu để giữ nguyên công, ảnh hưởng của nhiệt hóa hơi tới quá trình bay hơi và hòa trộn nhiên liệu với khí nạp do khó bay hơi ở nhiệt đợ thấp nên cần có những cải tiến và thử nghiệm hệ thống sấy nhiên liệu; ảnh hưởng của nhiệt độ chớp cháy lớn; thời gian cháy của nhiên liệu ảnh hưởng tới góc đánh lửa tới ưu; ảnh hưởng của trị sớ octan của nhiên liệu có thể tận dụng để tăng tỉ số nén của động cơ nhờ đó tăng được hiệu suất và hiệu quả kinh tế; ảnh hưởng của tính chất nhiên liệu tới quá trình ăn mịn và lão hóa các chi tiết của xe…. sau đây ta đi xét một số ảnh hưởng.

2.4.1. Ảnh hưởng của thành phần oxy đến giới hạn cháy và nhiệt trị của ethanol

Trong phân tử ethanol có thêm thành phần oxy nên về mặt lý thuyết thì điều này tránh được hiện tượng thiếu cục bợ oxy trong hỗn hợp. Do đó làm cho quá trình

46

đớt cháy nhiên liệu được hoàn toàn hơn và giảm sự phát thải khí CO và HC mặt khác sự có mặt oxy trong phân tử ethanol dẫn đến giảm lượng khơng khí lý thuyết cần thiết để cung cấp cho mợt đơn vị nhiên liệu. Giá trị lượng khơng khí lý thuyết L0 cần để đốt cháy 1kg nhiên liệu được xây dựng như sau.

Cacbon và hydro trong nhiên liệu phản ứng cháy hoàn toàn với oxy theo các phản ứng sau:

C + O2 = CO2 (3-1) 2H2 + O2 = 2O (3-2)

Để tính lượng khơng khí cần thiết đớt cháy hồn tồn 1 kg nhiên liệu (kgnl), ta sử dụng (3-1) và (3-2) cho hai trường hợp là L0(kg/kgnl).

Từ phương trình (3-1) và (3-2) ta có:

- Đốt cháy hết 1kg cacbonic cần 8

3 kg oxy - Đốt cháy hết 1kg hydro cần 8 kg oxy Trong 1 kgnl có C kg cacbon, H kg hydro và O kg oxy.

Vậy lượng oxy cần thiết O0 để đốt cháy hoàn toàn 1 kg nhiên liệu sẽ là tổng lượng oxy của (3-1) và (3-2) trừ đi lượng oxy có sẵn trong nhiên liệu O.

O0 = 8

3 C + 8H – O (kg/kgnl) (3-3)

Trong khơng khí có thể coi khới lượng oxy chiếm 23% tức là thành phần khới lượng

2

O

m = 0,23. Do đó lượng khơng khí cần thiết L0 để đớt cháy hồn tồn 1 kg nhiên liệu là: L0 = 2 0 O O m = 1 (8 8 ) 0, 23 3C H O (kg/kgnl)(3-4)

Trong đó O0 – lượng oxy cần thiết để đốt cháy hết 1kg ethanol (kg),

2

O

m - thành

phần khối lượng của oxy trong khơng khí, C, H, O- thành phần khối lượng của cacbon, thay các giá trị thành phần khối lượng trong Bảng 2.3 ta có:

Với nhiên liệu xăng thì %H = 0,145, %C = 0,855 thì giá trị L0 là khoảng 14,7 kg khơng khí.

47

Với nhiên liệu ethanol thì %H = 13,1, %C = 52,2 và %O = 34,7 thì giá trị L0đới với là khoảng 9 kg thấp hơn hẳn xăng khoảng 1,7 lần.

Việc tính toán để đưa ra giá trị L0 khá quan trọng, căn cứ vào đó để có thể có điều chỉnh chính xác lượng nhiên liệu cấp vào trong mợt chu trình làm việc để có hịa khí phù hợp với từng chế đợ làm việc của động cơ. Đây cũng là thông số quan trọng để xây dựng được đường đặc tính của bợ chế hịa khí từ đó đưa ra cơ sở để tính tốn và thiết kế các cụm cơ bản của bộ chế hòa khí cơ khí lẫn điện tử, việc xây dựng đường đặc tính của bợ chế hòa khí được xác định thông các đường đặc tính

( )

e

N  f  và ge  f( ) thực hiện ở phịng thí nghiệm với điều kiện bướm ga và tớc độ động cơ không đổi, thay đổi  bằng cách thay đổi tiết diện giclơ.

Đo được lực gây tải cho đợng cơ và tớc đợ vòng quay qua đó xác định được công suất Ne, đo được lưu lượng khí nạp Gkkvà tiêu hao nhiên liệu Gnl. Từ đó xác định

nl e e G g N  và 0 1 . kk nl G G L

  , khi thay đổi  thì được vơ sớ các đường Ne  f( ) và

( )

e

g  f  . Với thành phần oxy thì giới hạn cháy của ethanol được mở rộng hơn so với giới hạn cháy của xăng.

Tuy nhiên việc có thêm thành phần oxy trong phân tử khiến nhiệt trị của ethanol thấp hơn xăng, nhiệt trị là thông số để đánh giá khả năng của nhiên liệu có đáp ứng được u cầu về cơng suất khi thiết kế động cơ hay không. Nhiệt trị thấp hơn xăng thì ḿn đảm bảo cơng suất thì cần tăng lượng nhiên liệu đớt do đó cần thiết kế động cơ lớn hơn nên sẽ ảnh hưởng tới khơng gian bớ trí các thiết bị và các hệ thống khác trên xe. Rõ ràng khi không cải tiến thì cơng suất đợng cơ sẽ giảm xuống do vậy cần thiết phải thay đổi, trước hết là hệ thống nhiên liệu. Tính toán tăng đường kính giclơ nhiên liệu của bợ chế hịa khí để đảm bảo giữ nguyên được công suất là một trong những phương án hữu hiệu cần xét đến.

2.4.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ sôi

Hiện nay đa phần việc sử dụng ethanol là để pha vào xăng (gasohol). Nhiệt độ sôi của ethanol tuy ở mức độ trung bình nhưng khi pha ethanol vào xăng

48

sẽ tạo hỗn hợp đồng sơi hay cịn gọi là hiện tượng azeotrope với các hydrocacbon nhẹ có trong xăng. Điểm đồng sôi của hai cấu tử bao giờ cũng thấp hơn điểm bắt đầu sôi của từng cấu tử. Ví dụ theo Bảng 2.4 ta có điểm đồng sơi của hỗn hợp ethanolvới n-pentan là 340C thấp hơn điểm sôi của ethanol là 78,40C và của n- pentan là 360C. Do vậy nếu pha ethanol vào xăng có nhiều thành phần nhẹ thì hao hụt do bay hơi tăng. Hiện tượng azeotrope cũng dẫn đến làm tăng áp suất hơi bão hịa. Từ đây có thể giải thích được vì sao khi pha ethanol vào xăng thì mức đợ bay hơi của hỗn hợp tăng với tỷ lệ ethanol và xăng thích hợp. Ngồi ra hiện tượng này khiến khó tách nước ra khỏi ethanol và khiến cho quá trình hòa tan vào xăng khó hơn. Bảng nhiệt độ sôi của một số nhiên liệu được đưa ra trong Bảng 2.4:

Bảng 2.4. Nhiệt độ sôi của một số loại nhiên liệu

Nguyên tử Nhiệt độ sôi(0C) Nhiệt độ sôi azeotrope(0C) Thành phần % Ethanol trong azeotrope n- pentane 36 34 5 n-hecxane 69 59 21 Benzene 80 68 32 cyclohexane 81 65 29,2 Toluene 111 77 68 n- octane 126 77 88

2.4.3. Ảnh hưởng của tỷ trọng tới cơ cấu phao xăng

Tỷ trọng của ethanol lớn hơn của xăng nên ảnh hưởng tới cơ cấu phao xăng trong buồng phao của bộ chế hòa khí. Theo định luật Ác- si mét thì lực nâng của nhiên liệu lỏng thì phụ tḥc vào tỷ trọng của nó.

Lực nâng: Fnl. .V g

- nl: tỷ trọng của nhiên liệu (kg/m3

), - V: thể tích ngập trong nhiên liệu (m3),

- g: gia tốc rơi tự do thường lấy g = 9,81(m/s2).