Báo cáo thực tập tốt nghiệp MỤC LỤC Trang MỞ ĐU 1 CHƯƠNG I. TNG QUAN 2 1.1. Tổng quan về dự án JICA và xưởng thực nghiệm 2 1.2. Tổng quan về nhiên liệu sinh học 4 1.3. Cây la ở Việt Nam 5 1.4. Rơm rạ 6 1.4.1. Bioethanol t rơm rạ 6 1.4.2. Nguyên liệu lignocellulose 7 CHƯƠNG II. CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ QUÁ TRÌNH – THIẾT BỊ TẠI PHÒNG NĂNG LƯỢNG SINH HỌC 16 2.1. Các phương pháp 16 2.1.1. Phương pháp tiền xử lý 16 2.1.2. Phương pháp xử lý hoá học 17 2.1.3. Phương pháp xử lý cơ học 18 2.2. Quá trình - thiết bị 22 2.2.1. Quy trình tổng quát 22 2.2.2. Sơ đồ công nghệ 23 2.2.3. Quá trình xử lý rơm 24 2.2.4. Cụm lên men 28 2.2.5. Thiết bị chưng cất 32 2.2.6. Cụm khí hoá 33 2.2.7. Một số sự cố và khắc phục trong quá trình vận hành 33 CHƯƠNG 3. TÌM HIỂU QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ KHÍ HÓA TẠI PHÒNG NĂNG LƯỢNG SINH HỌC 35 3.1. Buồng than hóa 36 3.2. Buồng đốt khí syngas. 36 Báo cáo thực tập tốt nghiệp 3.3. Nồi hơi 37 3.4. Sơ đồ công nghệ và thuyết minh 37 CHƯƠNG 4. KẾT LUN 41 Báo cáo thực tập tốt nghiệp DANH MỤC HÌNH Trang Hình 1.1 Cấu trúc của lignocellulose 8 Hình 1.2 Mỗi quan hệ cellulose – hemicellulose 8 Hình 1.3 Kiểu Fringed fibrillar và kiểu Folding chain 9 Hình 1.5 Gluomannan 11 Hình 1.6 Galactoglucomannan 11 Hình 1.7 Các đơn vị cơ bản của lignin 12 Hình 1.8 Một số ví dụ về chất trích ly (a) abietic acid (oleoresin); cathechin( flavonoid); (c) palmitic acid ( acid béo ) 15 Hình 2.1 Mô tả cơ chế quá trình nổ hơi 18 Hình 2.2 Fufural 19 Hình 2.3 Hydroxymethyl fufural 19 Hình 2.4 Cấu trúc sợi trước và sau khi nổ hơi 20 Hình 2.5 Cenlulose giải phóng khỏi lớp lignin 20 Hình 2.6 Xưởng biomass 24 Hình 2.7 Máy cắt thô 24 Hình 2.8 Máy cắt mịn 25 Hình 2.9 Thiết bị nổ hơi 26 Hình 2.10 Máy ép 27 Hình 2.11 Thiết bị lên men 30 Hình 2.12 Thiết bị chưng cất 32 Hình 3.1 Thiết bị khí hóa 35 Báo cáo thực tập tốt nghiệp NHẬN XÉT CỦA ĐƠN VỊ THỰC TẬP Thành Phố H Chí Minh, ngày… tháng …năm 2015 Xác nhận của đơn vị (Ký tên, đóng dấu) Báo cáo thực tập tốt nghiệp ĐÁNH GIÁ CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN 1. Thái độ tác phong khi tham gia thực tập: 2. Kiến thức chuyên môn: 3. Nhận thức thực tế: 4. Đánh giá khác: 5. Đánh giá kết quả thực tập: Giảng viên hướng dẫn (Ký tên) Báo cáo thực tập tốt nghiệp LỜI CẢM ƠN Thực tập tốt nghiệp là cơ hội để sinh viên tiếp cận và tìm hiểu thực tế thông qua những kiến thức lí thuyết đã học tại trường trong suốt những năm qua. Trải qua thời gian thực tập tại phòng thí nghiệm năng lượng sinh học – ĐH Bách Khoa TP. HCM, được tham gia vận hành một số thiết bị, em đã học hỏi nhiều kiến thức thực tế, những kinh nghiệm quý báu, được tiếp xc môi trường và điều kiện làm việc nơi đây. Có được những kiến thức đó, em xin chân thành cảm ơn sự tận tình gip đỡ t Thầy Cô và các anh chị tại đây. Em xin chân thành cảm ơn TS. Nguyễn Đình Quân. Cảm ơn Thầy đã tạo điều kiện thuận lợi cho chng em được thực tập tại Xưởng, đã truyền đạt cho em những kinh nghiệm quý báu, đã gip đỡ và hướng dẫn em trong suốt quá trình thực tập. Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn Thầy Nguyễn Quang Thái đã tận tình hướng dẫn em hoàn thành báo cáo này. Vũng Tàu, ngày 26 tháng 05 năm 2015 Sinh viên thực hiện Phạm Ngọc Mùi Báo cáo thực tập tốt nghiệp 1 MỞ ĐU Rơm rạ và trấu chiếm tỉ lệ lớn trong các phụ phẩm nông nghiệp ở Việt Nam. Với thành phần chứa hơn 40% là cellulose, rơm rạ là nguồn nguyên liệu thích hợp cho quá trình sản xuất ethanol. Báo cáo này tập trung nghiên cứu tìm hiểu về quá trình khí hóa phục vụ cho nghiên cứu quá trình sản xuất ethanol nhiên liệu t rơm rạ. Phần đầu nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố: % bã rắn, % enzyme, nhiệt độ, pH lên quá trình thuỷ phân và phần hai: nghiên cứu quá trình thuỷ phân và lên men đồng thời, đặc biệt đi sâu vào nghiên cứu quá trình khí hóa t trấu – quá trình cung cấp nhiệt cho lên men và chưng cất để được ethanol nồng độ cao. Rơm rạ được cắt nhỏ và được tiền xử lý bằng phương pháp nổ hơi để phá vỡ cấu trc. Sau đó được tiến hành thuỷ phân bằng enzyme cellulase hoặc thuỷ phân và lên men đồng thời bằng enzyme cellulase và nấm men saccharomyces cerevisiae chủng turbo yeast extra. Kết quả cho thấy rằng, quá trình thuỷ phân diễn ra tốt nhất trong điều kiện: 11% bã rắn, 5% enzyme, 50 o C và pH 4.8 tương ứng nồng độ glucose thu được là 55.08g/l và hiệu suất đạt 81%. Quá trình thuỷ phân và lên men đồng thời đạt được kết quả tốt ở 11% bã rắn, 5% enzyme, 23.6 triệu tế bào nấm men/ml, 50 o C và pH 4.8. Quá trình này thu được 30.86g/l ethanol tương ứng hiệu suất là 86.61%. Kết quả này cho thấy quá trình thuỷ phân và lên men đồng thời rất thích hợp cho việc sản xuất ethanol t rơm rạ. Báo cáo thực tập tốt nghiệp 2 CHƯƠNG I. TNG QUAN 1.1. Tổng quan về dự án JICA và xưởng thực nghiệm Hiện nay, công nghệ sản xuất xăng sinh học t ethanol với nguyên liệu sắn, ngô, khoai,… rất phổ biến, nhưng nhiều quốc gia cảnh báo rằng, điều này sẽ ảnh hưởng đến an ninh lương thực thế giới. Để tìm nguồn thay thế, nhiều nghiên cứu đang hướng đến việc tận dụng phụ phẩm trong nông nghiệp như rơm, rạ, vỏ trấu, bã mía,… để sản xuất ethanol. Ở nước ta, dự án “Kết hợp bền vững nền nông nghiệp địa phương với công nghiệp chế biến biomass” do JICA (Cơ quan Hợp tác Quốc tế Nhật Bản) tài trợ, có nhiệm vụ xây dựng và phát triển công nghệ sản xuất bioethanol t các nguồn biomass là phế thải nông nghiệp như: rơm, rạ, vỏ trấu, bã mía,… bước đầu đã thành công ở quy mô phòng thí nghiệm. Sản phẩm sẽ được ứng dụng vào mục đích làm nhiên liệu cho động cơ và các thiết bị đốt công nghiệp. Dự án JICA được thực hiện trong khuôn khổ hợp tác nghiên cứu giữa trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM và Viện Khoa học Công nghiệp thuộc trường Đại học Tokyo. Dự án hướng đến xây dựng phương pháp luận nhằm kết hợp bền vững nền nông nghiệp địa phương với nền công nghiệp chế biến sinh khối, thiết lập quy trình tinh chế bằng phương pháp sinh học quy mô nhỏ tại khu vực. T đó, xây dựng chu trình tự cung tự cấp các nhiên – vật liệu sinh học. Trong khuôn khổ dự án, hai mô hình thí điểm về “Tổ hợp thử nghiệm quá trình chế biến sinh khối” và “Mô hình xưởng thực nghiệm kết hợp bền vững nền nông nghiệp địa phương và nền công nghiệp chế biến sinh khối” được thiết lập. Mục tiêu nghiên cứu của xưởng thực nghiệm là phản hồi lại mục tiêu chung của dự án, triển khai những kết quả thí nghiệm đạt được ở quy mô phòng thí nghiệm, hiểu được toàn bộ quy trình và hệ thống, cải tiến và phát triển các trang thiết bị. Báo cáo thực tập tốt nghiệp 3 Dự án bắt đầu t năm 2009 và kết thc vào năm 2014. T năm 2009 tới cuối năm 2010 là gian đoạn lắp đặt nhà xưởng và cung cấp thiết bị, máy móc. Đầu năm 2010 phòng thí nghiệm bắt đầu đi vào hoạt động. Địa điểm xây dựng: Xưởng thực nghiệm với tên gọi là phòng thí nghiệm năng lượng sinh học, được xây dựng trong khuôn viên trường Đại học Bách Khoa Tp. HCM. Xưởng nằm sau lưng tòa nhà C4 và C5, t cổng số 3 trường ĐHBK (đường Tô Hiến Thành) đi thẳng vào khoảng 100m sẽ thấy xưởng nằm bên phải. Sơ đồ tổ chức mặt bằng: Phòng thí nghiệm năng lượng sinh học gồm có 2 lầu. Lầu 1 và lầu 2 là được sử dụng làm phòng thí nghiệm và phân tích. Tầng trệt là xưởng thực nghiệm và phòng làm việc, nghỉ ngơi của nhân viên. Các cụm thiết bị chính của xưởng: 1/ Máy nổ hơi rơm (công suất 350 kg/h) 2/ Bồn lên men (thể tích 800 L) 3/ Tháp chưng cất thô (tháp mâm xuyên lỗ, công suất 100 L/mẻ) 4/ Tháp chưng cất tinh chế (tháp đệm, công suất 100 L/mẻ) 5/ Máy lọc ép 6/ Lò hơi (thu nhiệt t quá trình than hóa trấu) Xử lí phế thải: - Than trấu: là phế thải sinh ra trong quá trình đốt lò bằng trấu nhằm cung cấp nhiệt cho hơi nước đun nóng thiết bị chưng cất. Sau quá trình đốt lò, than trấu được đem ra sân chứa, công ty môi trường và một số dịch vụ khác (chăm sóc cây kiểng, ) sẽ thu nhận hoặc thu mua về để làm phân bón, . - Xử lý khí thải: cần nghiên cứu nồng độ CO 2 thải ra môi trường đạt tiêu chuẩn hay không. - Rơm rạ: trong quá trình lên men, lượng rơm không được lên men hoàn toàn sẽ được đem ra sân phơi nắng cùng với lượng rơm bị tha thải trong quá trình cắt, Báo cáo thực tập tốt nghiệp 4 quá trình nổ hơi nhẹ,… và được công ty môi trường thu nhận dùng làm phân bón cho cây trồng. - Dung dịch kiềm dùng thủy phân rơm rạ: sau quá trình ép rơm rạ, nước thải sẽ được trung hòa bằng dung dịch acid, lượng acid được cho vào t t đến khi pH của nước thải đạt khoảng 6-7 sẽ thải ra đường cống. - Dung dịch trung hòa: sau khi ép đợt 1 cho ra nước thải kiềm, rơm rạ sẽ được trung hòa bằng acid. Sau một khoảng thời gian trung hòa nhất định, rơm rạ được ép đợt 2, nước thải này đã được đo pH trong quá trình trung hòa rơm bằng acid, vì vậy không cần đo lại pH, có thể thải trực tiếp ra đường cống. - Phế phẩm sinh ra trong quá trình chưng cất: thải trực tiếp ra đường cống. 1.2. Tổng quan về nhiên liệu sinh học Nhiên liệu sinh học (còn được gọi là nhiên liệu t nông nghiệp – agrofuel) theo định nghĩa rộng là những nhiên liệu rắn, lỏng hay khí được chuyển hóa t sinh khối. Tuy nhiên, phần này chỉ đề cập chính đến nhiên liệu sinh học dạng lỏng được sản xuất t sinh khối. Nói chung, nhiên liệu sinh học mang lại những lợi ích sau: giảm khí thải nhà kính, giảm gánh nặng lên nhiên liệu hóa thạch, tăng sự an toàn về năng lượng quốc gia, góp phần phát triển nông thôn và là một nguồn năng lượng bền vững trong tương lai. Ngược lại, nhiên liệu sinh học cũng có một số hạn chế: nguồn nguyên liệu phải được tái tạo nhanh, công nghệ sản xuất phải được thiết kế và tiến hành sao cho cung cấp lượng nhiên liệu lớn nhất với giá thấp nhất và mang lại lợi ích về môi trường nhất. Nhiên liệu sinh học và những dạng nhiên liệu tái tạo khác nhằm đến tính chất trung tính về carbon. Điều này có nghĩa là carbon được thải ra trong quá trình đốt cháy nhiên liệu để cung cấp năng lượng vận chuyển hay sinh điện năng được tái hấp thụ và cân bằng với lượng carbon hấp thụ bởi cây cối. Những cây này sau đó lại được thu hoạch để tiếp tục sản xuất nhiên liệu. Những nhiên liệu [...]... nghiệp Quy trình của phòng thí nghiệm là sản xuất etanol sinh học từ các phế phẩm nông nghiệp mà đặc biệt ở đây sử dụng rơm rạ để sản suất ra etanol đồng thời sử dụng vỏ trấu để tạo ra khí syngas để cung cấp nhiệt cho nồi hơi từ đó cung cấp hơi cho những quá trình khác (lên men, chưng cất …) 2.2.2 Sơ đồ công nghệ 23 Báo cáo thực tập tốt nghiệp Các quy trình tại phòng thí nghiệm năng lượng sinh học gồm:... không gây ra sự tăng carbon trong khí quy n, vì thế không góp phần vào hiệu ứng trái đất nóng lên Phòng thí nghiệm về nghiên cứu sản xuất ethanol từ rơm rạ là sự hợp tác giữa Nhật Bản và Đại Học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh Để thực hiện quá trình sản xuất trên trong phòng thí nghiệm có các thiết bị cần thiết như: • Thiết bị cắt: dùng để cắt nhỏ rơm rạ để vi khuẩn dể tấn công cellulose • Thiết bị nổ hơi:... bằng khí SO2, khí CO2, NH3…Các quy trình này hiện nay chỉ được sử dụng ở quy mô phòng thí nghiệm 2.1.3 Phương pháp xử lý cơ học Các phương pháp thuộc nhóm này không sử dụng hóa chất trong quá trình xử lý Gồm các phương pháp như: nghiền nát, rọi bằng những bức xạ năng lượng cao, xử lý thủy nhiệt và nổ hơi Trong đó phương pháp nổ hơi là phương pháp quan trọng nhất, đã được phát triển, áp dụng trên quy. .. quá trình nổ hơi Tuy nhiên, tác động (1) lại gây ra khó khăn cho quá trình thủy phân Ngoài ra những nhược điểm chính của quá trình nổ hơi là:  Tốn chi phí, năng lượng vận hành  Đòi hỏi thiết bị chịu được nhiệt độ, áp suất rất cao  Có thể làm phân hủy cellulose  Mất đi đường từ hemicellulose  Làm sinh ra fufural và 5-hydroxymethyl fufural gây ức chế quá trình lên men 2.1.3.2 Ép cơ học Ép cơ học. .. cáo thực tập tốt nghiệp 2.2 Quá trình - thiết bị Các dạng năng lượng  Điện : dùng để thắp sáng và chạy các thiết bị và hệ thống điều khiển  Syngas : dùng để đốt để lấy nhiệt đó cung cấp cho nồi hơi  Khí nén : dùng để điều khiển tự động một số thiết bị 2.2.1 Quy trình tổng quát Rơm rạ Cắt rơm Nước Trấu Than hóa và khí hóa Than trấu Nổ hơi Syngas Xử lý bằng NaOH Oxy hóa Lọc ép Nước + NaOH Nồi hơi Bã... năng lượng từ rơm rạ ở Việt Nam: Mặc dù rơm rạ là một nguồn năng lượng lớn, rơm rạ nói riêng và từ biomass nói chung không dược sử dụng một cách hiệu quả ở Việt Nam Phần lớn rơm rạ được bón trở lại ruộng sau khi thu hoạch, sử dụng làm chất đốt cho các hộ nhà nông, làm thức ăn cho gia súc, biomass chỉ chiếm 3,8% trong tổng năng lượng sử dụng của thành phố Hồ Chí Minh năm 2003 Trong khi đó, nguồn năng. .. vật Nhà sinh vật học người Pháp Louis Pásteur được ghi nhớ như là người hiểu rõ sự lên men và nguyên nhân vi sinh vật của nó Khoa học của sự lên men được biết như "zymology" Quá trình lên men diễn ra trong điều kiện thiếu oxy (khi chuỗi vận chuyển electron không thể diễn ra) và trở thành phương tiện chủ yếu của tế bào để sản xuất ATP (năng lượng) Nó chuyển NADH và pyruvate được sản sinh trong bước thủy... đường sinh học ở thực vật 15 Báo cáo thực tập tốt nghiệp CHƯƠNG II CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ QUÁ TRÌNH – THIẾT BỊ TẠI PHÒNG NĂNG LƯỢNG SINH HỌC 2.1 Các phương pháp 2.1.1 Phương pháp tiền xử lý Sự bao bọc của lignin quanh cellulose: lignin cùng với hemicellulose tạo thành cấu trúc mô vững chắc cực kì Những mô được bền hóa với lignin tương tự như nhựa được gia cố bằng sợi, trong đó lignin đóng vai trò kết dính... cao và lượng thạch cao (CaSO4) sinh ra nhiều từ quá trình trung hòa acid với Ca(OH)2 • Với kiềm: đã có rất nhiều nghiên cứu liên quan, chủ yếu là về xút hoặc xút cùng các hóa chất khác Tuy nhiên, nhiều nhà khoa học cho rằng, dựa trên chi phí hóa chất, thì vôi tôi là hóa chất thích hợp Detroyetal cho thấy rằng 17 Báo cáo thực tập tốt nghiệp amonia lỏng có phần hiệu quả trong việc tăng khả năng thủy... Trong khi đó, nguồn năng lượng này chiếm 89% trong tổng năng lượng sử dụng ở nông thôn năm 2001 Ở nông thôn, biomass chủ yếu được dùng làm chất đốt và hiệu suất sử dụng năng lượng của quá trình này chỉ được 10% 1.4.1 Bioethanol từ rơm rạ Ngày nay sức ép từ khủng hoảng dầu mỏ và nhu cầu năng lượng luôn là vấn đề nan giải của bất cứ quốc gia nào trên thế giới Mỹ và Brazil đã thành công trong việc sản xuất . TÌM HIỂU QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ KHÍ HÓA TẠI PHÒNG NĂNG LƯỢNG SINH HỌC 35 3.1. Buồng than hóa 36 3.2. Buồng đốt khí syngas. 36 Báo cáo thực tập tốt nghiệp 3.3. Nồi hơi 37 3.4. Sơ đồ công. sinh viên tiếp cận và tìm hiểu thực tế thông qua những kiến thức lí thuyết đã học tại trường trong suốt những năm qua. Trải qua thời gian thực tập tại phòng thí nghiệm năng lượng sinh học –. nghiệp chế biến sinh khối, thiết lập quy trình tinh chế bằng phương pháp sinh học quy mô nhỏ tại khu vực. T đó, xây dựng chu trình tự cung tự cấp các nhiên – vật liệu sinh học. Trong khuôn