Xúc tác là chất làm tăng tốc độ phản ứng nhiệt phân, từ đó giúp cho thời gian nhiệt phân diễn ra nhanh hơn. Mỗi loại xúc tác có tính chất và đặc tính khác nhau, vì vậy tuỳ từng loại xúc tác mà phản ứng nhiệt phân xảy ra khác nhau dẫn đến thành phần sản phẩm sẽ khác nhau.
Quá trình nhiệt phân than bùn có sử dụng xúc tác Bentonite cho thấy khi nồng độ xúc tác Bentonite càng tăng thì thành phần trong hỗn hợp khí thu được cũng tăng. Khi có mặt nhôm silicat trong khi nhiệt phân thể tích khí thu được tăng 1,1–1,2 lần so với không có nhôm silicat. Ngoài ra, khi nồng độ nhôm silicat tự nhiên là 30% thì cho lượng Hydrocarbon trong hỗn hợp khí là cao nhất[11].
2.3. Ứng dụng của sản phẩm
2.3.1. Ứng dụng của Hydrogen (H2):
Hydrogen là nguyên tố phổ biến nhất trong vũ trụ, chiếm 75% các vật chất thông thường theo khối lượng và trên 90% theo số lượng nguyên tử. Trên trái đất, nguồn chủ
yếu cung cấp Hydrogen là nước. Các nguồn khác bao gồm phần lớn các chất hữu cơ, than, nhiên liệu hóa thạch và khí tự nhiên.
Hydrogen là một loại khí, không màu, không mùi, dễ bắt cháy, có nhiệt độ sôi
−252,87 °C và nhiệt độ nóng chảy −259,14 °C, nó là một loại khí có nhiệt cháy cao
nhất trong tất cả các loại nhiên liệu trong thiên nhiên. Đặc điểm quan trọng của Hydrogen là trong phân tử không chứa bất cứ nguyên tố hóa học nào khác như Carbon, lưu huỳnh, nitơ nên sản phẩm cháy của chúng chỉ là nước, nên được gọi là nhiên liệu sạch thân thiện với môi trường, không độc hại với con người.
Ngày nay, Hydrogen được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực: năng lượng, thực phẩm, hóa dầu, lọc dầu...
- Năng lượng: có thể nói Hydrogen là nguồn năng lượng sạch và thân
thiện, việc sử dụng khí Hydrogen làm nhiên liệu không thải các chất độc hại ra môi trường như quá trình đốt cháy nhiên liệu xăng, dầu, than,... Đây là yếu tố mà con người đang hướng đến trong việc thay thế dần hoặc một phần nhiên liệu hóa thạch bằng nhiên liệu Hydrogen. Ngoài ra, h Hydrogen lỏng có nhiệt trị rất cao, vì thế được dùng làm nhiên liệu cho một số ứng dụng đặc thù riêng như trong lĩnh vực nhiên liệu tàu vũ trụ, nhiên liệu phản lực.
- Công nghệ thực phẩm: trong một số ngành thực phẩm, Hydrogen được
sử dụng cho quá trình hydro hóa amin và acid béo, quá trình sản xuất bơ từ dầu thực vật. Với yêu cầu nghiêm ngặt trong an toàn vệ sinh thực phẩm, Hydrogen sử dụng cho những quá trình này yêu cầu có độ tinh khiết cao.
- Công nghệ hóa học: Hydrogen được sử dụng làm nguyên liệu để sản xuất
nhựa, polyester và nylon. Hydrogen là thành phần nguyên liệu để sản xuất H2O2 (Hydro Peroxide), hay axit clohydrit. Hydrogen là thành phần nguyên liệu trực tiếp để sản xuất Methanol, Ammonia…và là nguyên liệu gián tiếp cho quá trình sản xuất Urea, DME…
- Công nghiệp lọc dầu: Hydrogen được sử dụng với nhu cầu lớn trong các
quá trình chế biến dầu như xử lý tạp chất S và N, no hóa các hợp chất chưa no…
- Ứng dụng khác: Hydrogen được sử dụng để xử lý mối hàn trong công
nghệ hàn hồ quang. Hydrogen lỏng ứng dụng trong lĩnh vực làm lạnh và công nghệ siêu dẫn.Ngoài ra, dựa trên tính chất khi nung Hydrogen với nhiệt độ rất cao, Hydrogen nổ và tạo thành nguyên tố Heli, quá trình này
tỏa nhiệt rất lớn gọi là năng lượng nhiệt nguyên tử, từ quá trình này, người ta đã ứng dụng vào trong lĩnh vực quân sự, tạo ra vũ khí có sức công phá và hủy diệt lớn gọi là bom Hydro, loại bom này phá hủy mạnh gấp nhiều lần so với bom nguyên tử.Cũng trên nguyên lý đó, khoa học ngày nay đang nghiên cứu khả năng này để ứng dụng trong công nghiệp sản xuất điện năng.
2.3.2. Ứng dụng cacbon monoxit (CO)
Carbon monoxit là một chất khí không màu, không mùi, dễ bắt cháy và có độc
tính cao, là sản phẩm chính trong sự cháy không hoàn toàn của Carbon và các hợp chất
chứa Carbon, hỗn hợp CO cùng với H2 gọi là khí tổng hợp được ứng dụng rộng rãi
trong ngành công nghiệp lọc hóa dầu.
Đây là nguyên liệu trực tiếp để sản xuất nhiên liệu lỏng theo phản ứng Fischer- Tropsch. Ngoài ra, trong nhà máy đạm CO còn là nguyên liệu gián tiếp để cung cấp cho quá trình tổng hợp ure.
2.3.3. Ứng dụng khí metan
Methane là chất khí không màu, không vị, hóa lỏng ở −162°C, hóa rắn ở −183°C
và rất dễ cháy.Methane cháy cho nhiệt trị cao nên được ứng dụng làm nhiên liệu dưới dạng khí hóa lỏng là chủ yếu.
- Ở nhiều nơi, methane được dẫn tới từng nhà nhằm mục đích sưởi ấm và làm
nhiên liệu phục vụ trong hộ gia đình.
- Trong hóa công nghiệp,methane là nguyên liệu sản xuất Hydrogen, methanol,
axit axetic và anhydrit axetic.
- Trong nhà máy đạm, methane là nguyên liệu tạo ra khí tổng hợp để thực hiện
cho các quá trình tổng hợp đạm.
2.3.4. Ứng dụng sản phẩm dầu nhiệt phân
Sản phẩm lỏng của quá trình nhiệt phân hay quá trình hóa lỏng nhiên liệu sinh khối được gọi là dầu sinh học, hay bio-oil, hay có thể gọi là dầu nhiệt phân.
Dầu nhiệt phân có màu nâu tối, là một chất lỏng chảy tự do có một mùi đặc biệt. Dầu nhiệt phân sinh ra trong quá trình nhiệt phân từ một loạt các phản ứng bao gồm thủy phân, dehydrat hóa, isome hóa, dehydrogen hóa, thơm hóa, sự ngưng tụ ngược, và cốc hóa.
Các bio-oil là các hỗn hợp đa cấu tử của các phân tử có kích thước khác nhau, là dẫn xuất từ sự depolymer hóa và sự phân cắt của cellulose, hemicellulose và lignin. Do đó, thành phần nguyên tố của bio-oil và nhiên liệu bắt nguồn từ dầu mỏ là khác nhau.
Đối với lĩnh vực năng lượng, bio-oil có thể sử dụng làm nhiên liệu trong nhà máy điện (gia nhiệt nồi hơi, lò…) hoặc thay thế diezel dầu mỏ để chạy động cơ,…[43]. Ngoài ra, dầu nhiệt phân có thể được cải thiện chất lượng bằng các phương pháp phản ứng với xúc tác, chưng cất,… từ đó có thể tạo ra dầu DO, FO hoặc xăng.
2.3.5. Ứng dụng sản phẩm rắn
Sản phẩm rắn là sản phẩm còn lại trong thiết bị của quá trình nhiệt phân.
Thành phần chính của sản phẩm rắn là than (carbon), các chất vô cơ và tro không bị phân huỷ bởi nhiệt độ. Sản phẩm nhiệt phân này có thể được nghiên cứu ứng dụng làm chất hấp phụ, phụ gia cho xúc tác hoặc có thể sử dụng làm than hoạt tính,…[28]
2.4. Tình hình nghiên cứu
2.4.1. Ngoài nước
Hiện nay, vấn đề năng lượng đang được các quốc gia trên thế giới quan tâm, cần phải tìm kiếm một nguồn năng lượng mới với đặc tính thân thiện với môi trường, không ảnh hưởng đến sức khỏe của con người và có nhiệt trị cao nhằm thay thế cho các nguồn năng lượng hóa thạchcó tác động xấu đến môi trường đang bị cạn kiệt trong vài chục năm tới.
Nhiệt phân than là phương pháp toàn diện và sạch nhất để chuyển hóa than, một nguồn nguyên liệu rẻ tiền, sẵn có với trữ lượng khổng lồ ở nhiều nơi trên thế giới hoặc các vật liệu có chứa Carbon (kể cả sinh khối, rác thải sinh hoạt và phế thải công
nghiệp) thành CO, H2 và các dạng năng lượng như nhiệt năng, điện năng. Khác với
việc đốt than trực tiếp, công nghệ nhiệt phân chuyển hóa than là quá trình chuyển hoá nguyên liệu Carbon thành các thành phần hoá chất cơ bản. Trong thiết bị nhiệt phân hiện đại, than được tiếp xúc với không khí (hoặc Oxygen) và hơi nước ở áp suất và nhiệt độ cao được kiểm soát chặt chẽ, các phân tử cacbon trong than sẽ tham gia các
phản ứng hoá học tạo ra hỗn hợp CO, H2 và các khí thành phần khác.