1.4. Tình hình nghiên cứu chuyển hóa sinh khối thành nhiên liệu ngoài nước và trong nước liên quan đến đề tài
1.4.2. Tình hình nghiên cứu trong nước liên quan đến đề tài
Trong những năm vừa qua Chính phủ Việt Nam đã khuyến kích nghiên cứu phát triển nhiên liệu sinh học và thể hiện rõ ở Quyết định số 177/2007/QĐ-TTg ngày 20 tháng 11 năm 2007 của Thủ tướng Chính phủ về việc phê duyệt “Đề án phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025”. Đề án tập trung chính vào nghiên cứu sản xuất nhiên liệu sinh học là etanol, biodiesel và các loại nhiên liệu khác. Nhiều trường Đại học và Viện nghiên cứu đã tích cực tham gia vào chương trình này. Nghiên cứu chuyển hóa phụ phẩm nông nghiệp sản xuất nhiên liệu đã đƣợc nghiên cứu bởi nhóm tác giả Phan Minh Quốc Bình và cộng sự [73], Đặng Thị Tuyết Phương và cộng sự [74], Vũ Thị Thu Hà và cộng sự [11], Trần
20
Thị Nhƣ Mai và cộng sự [102], Lê Thị Hoài Nam và cộng sự [5], Lê Thị Kim Phụng và cộng sự [101], Nguyễn Khánh Diệu Hồng và cộng sự [42].
Tác giả Phan Minh Quốc Bình nghiên cứu về quá trình nhiệt phân nhanh sinh khối thu dầu nhiệt phân và nghiên cứu quá trình HDO sử dụng xúc tác trên cơ sở molipden bổ sung thêm các kim loại Ni, Pt trên chất mang SBA-15 để nâng cấp dầu nhiệt phân thành dầu nhiên liệu ở 300oC, áp suất hydro 120at trong 1 giờ đã loại đƣợc 55% oxi trong dầu sinh học [9]. Tác giả Phạm Thị Thu Giang nghiên cứu quá trình nhiệt phân rơm rạ thu dầu nhiệt phân và nghiên cứu quá trình HDO sử dụng xúc tác trên cơ sở xúc tác FCC thải từ nhà máy lọc Dầu Dung Quất, xúc tác Ni và Cu trên chất mang SiO2 và SBA-15. Tác giả đã chứng minh đƣợc tính hiệu quả của hệ xúc tác FCC-BT + 5% đĩa A sử dụng trong quá trình nhiệt phân rơm rạ đã làm nhiệt độ nhiệt phân giảm từ 550oC xuống 450oC đồng thời nâng cao hiệu suất và chất lƣợng của dầu sinh học. Quá trình HDO dầu sinh học trên xúc tác NiCu-SiO2(S) cho hiệu suất loại oxi trên xúc tác NiCu-SiO2(S) đạt ~80% so với trên xúc tác kim loại quý Pt/SiO2 trong cùng điều kiện phản ứng [8].
Một số kết quả nghiên cứu về bếp hoá khí (gasification) phục vụ đun nấu trong gia đình công suất nhỏ sử dụng nguồn sinh khối từ phụ phẩm nông nghiệp, lâm nghiệp cũng đã đƣợc tác giả Hoàng Ngọc Đồng và nhóm nghiên cứu tại trường Đại học Đà Nẵng báo cáo [4].
Hiện nay các công bố về khí hóa ở Việt Nam trên các tạp chí khoa học trong nước là tương đối ít, do đó chúng tôi đã gặp gỡ trực tiếp các nhóm nghiên cứu đã và đang thực hiện các đề tài nghiên cứu khoa học cấp nhà nước hoặc các dự án đang áp dụng mô hình khí hóa để để tìm hiểu trao đổi cụ thể nhƣ sau:
- PGS.TS. Bùi Trung Thành và nhóm nhiên cứu tại trường Đại học Công nghiệp TPHCM đã thực hiện đề tài nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống khí hóa trấu liên tục, cung cấp năng lƣợng điện cho các nhà máy xay xát năng suất 6-10 tấn/h cho khu vực đồng sông Cửu Long (đề tài trọng điểm nhà nước chương trình năng lượng KC05/2011-2015). Nhóm nghiên cứu áp dụng mô hình khí hóa trấu Ankur với thiết bị khí hóa thuận chiều cấu tạo th ng không có phần thắt. Phương pháp lắng và lọc cơ học được sử dụng để xử lý hydrocacbon đa vòng (hắc ín) trong khí sản phẩm.
- Trung tâm nghiên cứu và phát triển về tiết kiệm năng lƣợng TP Hồ Chí Minh đã áp dụng công nghệ khí hóa trấu liên tục cho lò nung gạch gốm tại công ty gốm Tân Mai, tỉnh Đồng Tháp. Hệ thống thiết bị nhập khẩu từ Ấn Độ (công ty Ankur) và hệ thống xử lý hắc ín đơn giản. Hiện nay do giá thành trấu là cao (800đ/kg) nên hệ thống này hoạt động không liên tục vì không cạnh tranh đƣợc với nguồn nhiên liệu khác.
- Dự án JICA cung cấp các trang thiết bị cho trường Đại học Bách Khoa Hồ Chí Minh với dự án “Kết hợp bền vững nền Nông nghiệp địa phương và ngành Công nghiệp chế biến Sinh khối” cũng lắp đặt hệ thống khí hóa trấu theo công nghệ của Nhật Bản. Nguyên lý hoạt động của thiết bị là khí hóa ngƣợc chiều để thu sản phẩm bio-oil, biochar và một phần sản phẩm khí để sản xuất điện. Hệ thống xử lý khí rất phức tạp gồm 02 hệ thống ly
21
tâm theo trọng lƣợng, hệ thống tách lắng theo nguyên lý đảo chiều dòng khí, hệ thống hấp phụ.
- Nhóm nghiên cứu tại trung tâm Nghiên cứu Cơ điện thuộc Bộ Nông nghiệp thiết kế lò khí hóa xuôi chiều liên tục khí hóa vỏ trấu quy mô công nghiệp hoạt động liên tục năng suất 100-110kg/h với hệ thống xử lý hắc ín đơn giản. Kết quả tìm đƣợc các thông số tối ƣu:
lƣợng không khí cần thiết cấp cho quá trình khí hóa khoảng 33m3/h, vận tốc khí đi qua lớp vật liệu khoảng 1,9 cm/s, hàm lƣợng/nồng độ khí CO khoảng 16,5%; CH4 khoảng 3,08%;
H2 khoảng 12,13%.
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, nhóm nghiên cứu chúng tôi đã thiết kế và chế tạo một hệ thống khí hóa sinh khối với công suất nhiệt 150kW và có thể nghiên cứu khí hóa các nguồn sinh khối sẵn có ở Việt Nam. Nhóm cũng đã nghiên cứu thực nghiệm ứng dụng khí hóa sinh khối trên 2 hệ thống mới xây dựng đƣợc và kết nối với động cơ diesel – máy phát điện và kết quả tỷ lệ thay thế diesel từ 30 đến 75% ở dải công suất phụ tải từ 0 đến 80%, hiệu suất động cơ –máy phát khoảng từ 0 đến 15% [7]. Trên cơ sở kế thừa và phát huy hệ thống khí hóa sẵn có và với mục tiêu hiểu rõ bản chất các quá trình xảy ra trong TBKH thuận chiều thì việc tiếp tục nghiên cứu để làm chủ công nghệ và điều khiển các thông số công nghệ, phân tích, đánh giá các vùng của TBKH, phân tích thành phần khí, lưu lượng khí và nhiệt độ dọc theo chiều cao TBKH tiếp tục đƣợc nhóm chúng tôi tập trung nghiên cứu.
Kết luận từ tổng quan và Định hướng nghiên cứu của luận án
Tổng quan trên cho thấy, với mỗi loại sinh khối thì cần có thông số vận hành TBKH riêng để đạt kết quả tốt nhất. Với mục tiêu hướng tới sản xuất quy mô công nghiệp nên chúng tôi lựa chọn đối tƣợng gỗ keo vì nguồn nguyên liệu đủ lớn có thể áp dụng ở quy mô công nghiệp và đến nay chƣa có công bố trên thế giới nghiên cứu gỗ keo cả về đặc tính nhiệt phân và nguyên liệu cho quá trình khí hóa. Do đó, nghiên cứu nhiệt phân của gỗ keo và xác định điều kiện phù hợp để khí hóa sản xuất khí nhiên liệu (có thành phần khí cháy CO, H2 và hàm lượng hắc ín thấp), định hướng sử dụng cho động cơ đốt trong để sản xuất điện được thực hiện. Bên cạnh đó, nghiên cứu xử lý thành phần hắc ín trong khí sản phẩm cũng đang đƣợc nghiên cứu, tận dụng phần rắn sau khí hóa để loại bỏ hắc ín nhằm nâng cao chất lƣợng khí sản phẩm.
Nghiên cứu sẽ tập trung giải quyết một số vấn đề sau:
Phân tích đánh giá thành phần kỹ thuật (M, V, FC, Ash), thành phần nguyên tố hóa học (C, H, O, N, S), nhiệt trị, thành phần oxit kim loại trong tro gỗ keo, nhiệt độ chảy mềm của tro đƣợc xác định theo tiêu chuẩn ASTM và TCVN. Kết quả là cơ sở để đánh giá khả năng ứng dụng của gỗ keo cho quá trình khí hóa.
Khảo sát quá trình phân hủy nhiệt của gỗ keo và từng hợp phần của của gỗ keo là xenlulôzơ và lignin. Đánh giá quá trình hình thành sản phẩm khí, sản phẩm lỏng và sản phẩm rắn rắn trong quá trình nhiệt phân gỗ keo. Tính năng lƣợng hoạt hóa của quá trình
22
nhiệt phân dựa vào dữ liệu TGA phân tích đƣợc để cho biết đƣợc năng lƣợng cần thiết cho quá trình phân hủy nhiệt của gỗ keo. Kết quả là cơ sở để giải thích quá trình xảy ra trong TBKH và thông số cần thiết trong nghiên cứu thiết kế thiết bị, thông số vận hành phù hợp để đạt hiệu quả cao.
Nghiên cứu tập trung vào ảnh hưởng của tỷ lệ mol cacbon và nước, thời gian lưu của không khí trong vùng cháy đến hiệu suất khí hóa, nồng độ và nhiệt trị khí sản phẩm, hàm lƣợng hắc ín.
Nghiên cứu nâng cao chất lƣợng khí sản phẩm từ khí hóa cũng đƣợc nghiên cứu bằng hai phương pháp là nâng cao nhiệt độ vùng cháy trong TBKH và sử dụng char sau quá trình khí hóa làm xúc tác cho quá trình reforming hơi nước chuyển hóa thành phần đặc trƣng của hắc (toluen) để giảm hàm lƣợng hắc ín và tạo thêm khí CO và H2.
23