SẢN XUẤT ETHANOL TUYỆT ĐỐI
Qua quá trình nghiên cứu, mô phỏng và tính toán một vài công nghệ tách nước của ethanol ở các chương trước, từ đó ta có thể lập bảng so sánh ưu nhược điểm của một vài phương pháp tách nước như sau:
Bảng 5.1 – Bảng so sánh đánh giá các công nghệ tách nước của ethanol
Phương pháp
Ưu nhược điểm Giá
thành đầu tư
Ưu điểm Nhược điểm
Công nghệ chưng cất
Giá thành đầu tư không quá cao.
- Chưng đẳng phí và chưng trích ly: thực tế nồng độ sản phẩm Ethanol thu được chưa cao (98% khối lượng), tiêu tốn nhiều dung môi và sản phẩm ethanol còn chứa lại một lượng nhỏ dung môi sau quá trình chưng cất (benzen..) - Chưng chân không: Việc tạo áp suất chân không cao, chế tạo các thiết bị làm việc ở áp suất chân không đòi hỏi rất phức tạp, tốn kém. 50% Phương pháp dùng chất hút ẩm
Đầu tư cơ bản thấp nhất trong các phương pháp.
- Nồng độ cồn sản phẩm chưa cao, chỉ khoảng 97% thể tích. - Hiệu suất thu hồi cồn không cao do bị giữ lại trong chất hút ẩm.
40% Phương pháp lọc màng Tách nước khá hiệu quả, nồng độ cồn sản phẩm tương đối cao.
Đầu tư cơ bản cao 100%
pháp thành đầu tư Phương pháp kết hợp bốc hơi thẩm thấu và rây phân tử
Tách nước hiệu quả, nồng độ cồn sản phẩm thu được cao nhất so với các công nghệ tách nước hiện nay.
Đầu tư cơ bản rất cao > 120%
Công nghệ sử dụng rây phân tử
- Giá thành đầu tư ban đầu không quá cao (với năng suất nhỏ), chế tạo thiết bị không quá phức tạp. - Nồng độ cồn sản phẩm thu được khá cao ( ≥ 99.6% khối lượng ethanol). - Dễ dàng chuyển quy mô thiết bị sang quy mô công nghiệp.
- Do trở lực của tháp dạng đệm lớn nên yêu cầu công suất của bơm cao.
- Yêu cầu của hỗn hợp nguyên liệu vào tháp cao.
80%
Từ các so sánh ở bảng trên ta thấy các công nghệ tách nước đều có thể thu được sản phẩm ethanol đạt nồng độ cao hơn 96% thể tích (nồng độ ethanol này được sử dụng rộng rãi trên thị trường), tuy nhiên ở đây ta cần sử dụng ethanol đạt nồng độ cao hơn, tức là ethanol tinh khiết ( ≥ 99.8% về thể tích) để pha vào xăng sản xuất xăng sinh học, còn gọi là gasohol. Do việc sử dụng nhiên liệu kém chất lượng như xăng pha ethanol chất lượng thấp được cho là tác nhân dẫn đến rò rỉ xăng do hệ thống ống dẫn có hiện tượng bị phá hủy hoặc do áp suất hơi cao, từ đó nếu nguồn xăng bị rò rỉ tiếp xúc với nguồn nhiệt đủ nóng sinh ra từ các nguồn: hoạt động của máy xe, hoặc ma sát của hệ thống hãm, hoặc tia lửa điện phát ra do chập mạch của hệ thống trong xe…đây là những yếu tố tạo nên khả năng gây ra cháy xe. Các công nghệ chưng cất đẳng phí hay trích ly đều rất tốn kém dung môi, thêm vào đó sản phẩm còn sót lại một lượng rất nhỏ dung môi có thể gây ảnh
hưởng đến con người, còn chưng cất chân không thì chi phí đầu tư công nghệ khá cao với thiết bị chân không, đồng thời cần đảm bảo độ an toàn cao cho nhà máy. Từ đó, ta nhận thấy các công nghệ tách nước sử dụng rây phân tử zeolite hay phương pháp bốc hơi thẩm thấu qua màng là hữu ích nhất để thu được ethanol có nồng độ cao, tuy nhiên phương pháp bốc hơi thẩm thấu qua màng có chi phí đầu tư khá cao, còn phụ thuộc vào việc sản xuất loại màng lọc do đây là công nghệ mới nên tất yếu giá thành loại màng sẽ khá cao và sản phẩm ra có giá thành cao. Vì vậy, phương pháp tách nước của ethanol vẫn đang được sử dụng ở các nhà máy quy mô công nghiệp là công nghệ tách nước bằng rây phân tử zeolite loại 3A.
Sau đây là bảng thống kê giá cả thiết bị của một vài công nghệ tách nước:
Bảng 5.2 – Chi phí của một vài thiết bị trong công nghệ tách nước Nguồn: ESCAPE20 – Colombia [11]
Các công nghệ tách nước của Ethanol (Giá: USD Mỹ)
Chưng đẳng phí Chưng trích ly Rây phân tử
Thiết bị Giá Thiết bị Giá Thiết bị Giá
Tháp tách nước (C1) 1,570,510 Tháp tách nước (C1) 545,501 Tháp hấp phụ 1,040,867 Tháp hồi lưu (C2) 619,691 Tháp hồi lưu (C2) 151,669 Tháp giải hấp 379,335 Bình tách 308,003 Thiết bị ngưng tụ đỉnh C1 58,755 Thiết bị gia nhiệt 825,515 Thiết bị ngưng tụ đỉnh C1
72,125 Thiết bị đun sôi đáy C1
219,090 Thiết bị ngưng tụ
131,098 Thiết bị đun sôi
đáy C1 115,589 Thiết bị ngưng tụ đỉnh C2 410,391 Thiết bị ngưng tụ đỉnh C2
63,501 Thiết bị đun sôi đáy C2
294,533 Thiết bị đun sôi
đáy C2
276,924 Thiết bị làm lạnh hồi lưu
321,582
Chưng đẳng phí Chưng trích ly Rây phân tử
Thiết bị Giá Thiết bị Giá Thiết bị Giá
Tổng 3,026,342 Tổng 2,001,552 Tổng 2,376,816
Bảng 5.3 – Nồng độ sản phẩm ethanol thu được của các công nghệ tách nước Phương pháp tách nước Nồng độ ethanol % thể tích Nồng độ nước % thể tích
Chưng cất chân không - ở 70 mmHg - ở 100 mmHg - ở 404.6 mmHg 100 99.56 97.2 0 0.44 2.8 Chưng cất đẳng phí với benzen 99.995 0 Chưng cất trích ly với ethyleneglycol 99.33 0.66 Hấp phụ bằng rây phân tử zeolite 3A 99.8 0.2
KẾT LUẬN
Sử dụng Ethanol tuyệt đối để phối trộn sản xuất nhiên liệu sinh học Bioethanol đã và đang là hướng phát triển mới trong việc tìm nhiên liệu thay thế cho xăng dầu thông dụng hiện nay. Mô phỏng các công nghệ tách nước để sản xuất Ethanol tuyệt đối giúp ta có cái nhìn toàn cảnh về các công nghệ để từ đó có thể đánh giá sơ bộ và lựa chọn công nghệ phù hợp cho mỗi hướng sản xuất ra các loại ethanol có nồng độ khác nhau tùy theo mục đích sử dụng. Thông qua phần mềm mô phỏng Hysys và các bước tính toán, bản báo cáo trên đã tóm tắt khá đầy đủ nhiệm vụ đề tài được giao trong thời gian qua. Một cách tổng quát, đồ án đã giải quyết được một số vấn đề sau:
Tìm hiểu tổng quan về nhiên liệu sinh học và Ethanol.
Tham khảo và nắm bắt được một số quy trình sản xuất Bioethanol hiện nay. Mô phỏng thành công một số công nghệ tách nước trong quá trình sản xuất Ethanol tuyệt đối bằng phần mềm Aspen Hysys, từ đó đưa ra số liệu hoàn chỉnh tương ứng với quy trình công nghệ PRAJ đồng thời đánh giá độ tin cậy của chúng để dùng làm cơ sở dữ liệu cho quá trình thiết kế sau này.
Tính toán thiết bị hấp phụ, dựa trên phương pháp tính đó em đã tạo ra được một bảng tra nồng độ nước trong sản phẩm theo thời gian của loại zeolite Z3-03.
Phân tích và lựa chọn được công nghệ sản xuất Ethanol tuyệt đối thích hợp. Đề tài này cũng giúp em tiếp cận được với kỹ thuật mới theo xu hướng mà thế giới đang nghiên cứu và phát triển, đó là kỹ thuật lọc màng, kỹ thuật này cho độ tinh khiết Ethanol cao hơn hẳn các kỹ thuật trước đây. Tuy nhiên, do thời gian làm việc có hạn, bản thân em còn hạn chế về kiến thức nên đồ án này vẫn còn nhiều thiếu sót. Vì thế em rất mong những nhận xét, ý kiến bổ sung từ phía quý thầy cô và bạn bè để đồ án tốt nghiệp của em được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn.