NHIÊN LIỆU ETHANOL (XĂNG PHA CỒN, GASOHOL)

Thông tin tài liệu

Trang MỤC LỤC MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU Chương I: NHỮNG HIỂU BIẾT CƠ BẢN VỀ NHIÊN LIỆU ETHANOL (XĂNG PHA CỒN, GASOHOL) I Vài nét lịch sử sử dụng nhiên liệu ethanol .6 II Lợi ích hạn chế sử dụng nhiên liệu Ethanol II.1 Lợi ích II.1.1 Lợi ích kinh tế .7 II.1.2 Lợi ích mơi trường II.2 Hạn chế sử dụng nhiên liệu ethanol III Tình hình sản xuất sử dụng nhiên liệu ethanol giới IV Một số thông tin giá ethanol nhiên liệu V Tình hình sản xuất khả sử dụng ethanol nhiên liệu nước ta 10 Chương II: CÁC PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT ETHANOL NHIÊN LIỆU 13 I Sản xuất ethanol từ nguyên liệu chứa tinh bột (sắn, ngô) 13 I.1 Tổng quan nguyên liệu 13 I.1.1 Thành phần quan trọng chủ yếu nguyên liệu chứa tinh bột để sản xuất ethanol 13 I.1.2 Nguyên liệu chứa tinh bột để sản xuất ethanol 14 I.1.2.1 Sắn 14 I.1.2.2 Ngô 15 I.2 Các cơng đoạn q trình sản xuất ethanol từ tinh bột 16 I.3 Thuyết minh công đoạn sản xuất ethanol từ tinh bột 18 I.3.1 Làm 18 I.3.2 Nghiền nguyên liệu 18 I.3.3 Nấu nguyên liệu 18 I.3.4 Đường hoá 19 I.3.5 Lên men .21 I.3.6 Chưng cất tinh chế rượu .26 II Sản xuất ethanol từ rỉ đường .30 II.1 Tổng quan nguyên liệu .30 II.1.1 Giới thiệu nguyên liệu 30 II.1.2 Bảo quản nguyên liệu .31 II.2 Các cơng đoạn việc sản xuất ethanol từ rỉ đường 32 II.2.1 Chuẩn bị dịch lên men 34 II.2.1.1 Pha loãng 34 II.2.1.2 Acide hóa 34 Trang II.2.1.3 Bổ sung chất sát trùng .35 II.2.1.4 Bổ sung chất dinh dưỡng 35 II.2.2 Lên men 35 II.2.3 Chưng cất tinh chế .36 III Sản xuất ethanol từ nguyên liệu chứa cellulose (rơm rạ, mùn cưa…) 37 III.1 Tổng quan nguyên liệu phương pháp sản xuất .37 III.1.1 Tổng quan nguyên liệu .37 III.1.2 Tổng quan phương pháp sản xuất 39 III.2 Chuẩn bị nguyên liệu .40 III.2.1 Mục đích 40 III.2.2 Sơ đồ khối .41 III.2.3 Thuyết minh sơ đồ 41 III.3 Tiền xử lí .41 III.3.1 Mục đích 41 III.3.2 Sơ đồ khối .42 III.3.3 Thuyết minh sơ đồ 42 III.4 Đường hoá lên men 44 III.4.1 Mục đích 44 III.4.2 Sơ đồ cơng nghệ q trình đường hóa lên men 44 III.4.3 Thuyết minh sơ đồ công nghệ q trình đường hóa lên men 45 III.5 Tinh chế sản phẩm 49 III.5.1 Mục đích 49 III.5.2 Sơ đồ .50 III.5.3 Thuyết minh sơ đồ 51 III.6 Xử lý nước thải 55 III.6.1 Mục đích 55 III.6.2 Sơ đồ .55 III.6.3 Thuyết minh sơ đồ 56 IV Các phương pháp thu nhận cồn khan 56 IV.1 Mục đích .56 IV.2 Công nghệ tách nước tạo cồn khan .57 IV.2.1 Chưng cất chân không 57 IV.2.2 Dùng Na2SO4, CaSO4, CaCO3, CuSO4 khan để hấp phụ nước 58 IV.2.3 Bốc thẩm thấu qua màng lọc 58 IV.2.4 Chưng cất đẳng phí 59 IV.2.5 Hấp phụ rây phân tử .61 IV.2.5.1 Sơ đồ công nghệ .61 IV.2.5.2 Thuyết minh sơ đồ 62 IV.2.5.3 Tình hình làm khan cồn Việt Nam Zeolit: 63 IV.3 Nhận xét 64 IV Đánh giá phương pháp sản xuất ethanol 64 Trang Chương III: NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG PHỐI TRỘN ETHANOL VÀO CONDENSATE CỦA VIỆT NAM .67 I Tổng quan Xăng 67 I.1 Các tính chất xăng .69 I.1.1 Các tiêu tính chất vật lý 69 I.1.1.1 Khối lượng riêng 69 I.1.1.2 Áp suất bão hòa 69 I.1.1.3 Thành phần cất 70 I.1.2 Các tiêu tính chất sử dụng .71 I.1.2.1 Trị số octane .71 I.1.2.2 Nhiệt độ chớp cháy .74 I.1.2.3 Tính ổn định hóa học 74 I.1.2.4 Các tiêu khác 74 I.2 Lợi ích tác hại xăng .75 I.2.1 Lợi ích .75 I.2.2 Tác hại .75 I.2.2.1 Đối với sức khỏe người 76 I.2.2.2 Đối với môi trường 77 I.3 Các biện pháp kỹ thuật làm giảm mức độ gây ô nhiễm động xăng 80 I.3.1 Cải thiện động tối ưu trình cháy 80 I.3.2 Xử lí khí xả xúc tác 80 I.3.3 Cải thiện nhiên liệu cách sử dụng nhiên liệu hay dùng nhiên liệu thay 81 II Nghiên cứu khả phối trộn ethanol vào condensate Việt Nam 85 II.1 Giới thiệu chung condensate Việt Nam 85 II.1.1 Condensate .85 II.1.2 Thành phần đặc tính condensate Việt Nam 85 II.1.3 Tình hình khai thác trữ lượng condensate Việt Nam 85 II.1.4 Tình hình sử dụng condensate Việt Nam 86 II.2 Thuận lợi khó khăn việc pha ethanol vào condensate 87 II.2.1 Thuận lợi 87 II.2.1 Khó khăn 87 II.3 Khảo sát ảnh hưởng ethanol lên tính chất sử dụng nhiện liệu phối trộn vào condensate 88 II.3.1 Ảnh hưởng ethanol đến trị số octane xăng 88 II.3.2 Ảnh hưởng ethanol đến áp suất bão hòa xăng .88 II.3.4 Ảnh hưởng ethanol đến tách lớp Gasohol .96 II.3.5 Ảnh hưởng đến phát thải chất gây ô nhiễm .96 II.4 Xây dựng quy trình pha trộn Gasohol .98 II.4.1 Nguyên tắc pha trộn 98 II.4.2 Sơ đồ pha trộn 98 III Tính tốn phối trộn 99 Trang III.1 Mục đích .99 III.2 Nguyên tắc phối trộn .99 III.2.1 Tính số octane (RON) .99 III.2.2 Tỷ trọng (d154) .100 III.2.3 Tính % khối lượng lưu huỳnh (%S) 100 III.2.4 Tính hàm lượng Aromatic (%Ar) 100 III.2.5 Tính áp suất bão hịa (TVV) 101 III.3 Các tính chất nguồn phối trộn 102 III.3.1 Condensate 102 III.3.2 Ethanol 99,5% khối lượng 102 III.3.3 Reformate .102 III.3.4 Xăng FCC .103 III.3.5 Butane 103 III.4 Tiến hành phối trộn .104 III.4.1 Condensate ethanol 104 III.4.2 Condensate, ethanol reformate 105 III.4.3 Condensate, ethanol xăng FCC 106 III.4.4 Condensate, ethanol, xăng FCC, reformate butane 106 KẾT LUẬN 110 Trang LỜI MỞ ĐẦU Đã từ lâu, dầu mỏ giữ vai trò quan trọng chiến lược phát triển kinh tế quốc gia Hơn 90% lượng dầu mỏ khai thác phục vụ cho nhu cầu lượng xăng nhiên liệu, nhiên liệu phản lực, diesel, nhiên liệu đốt lị… Có thể nói dầu mỏ tảng tăng trưởng phát triển kinh tế quốc gia Trong năm gần đây, với leo thang giá xăng dầu gây nhiều tác động tiêu cực đến kinh tế giới Vì việc tìm kiếm nguồn lượng sạch, có khả tái tạo để thay phần xăng dầu trở thành vấn đề cấp thiết nhiều quốc gia quan tâm Một hướng hiệu sử dụng ethanol để pha vào xăng vừa làm tăng số octane, vừa làm giảm ô nhiễm môi trường nên xăng pha cồn ngày trở nên phổ biến toàn giới Hơn nữa, nước ta nước nông nghiệp có nguồn nguyên liệu để sản xuất ethanol phong phú Việt Nam sở hữu hai đồng rộng lớn đồng Sông Hồng đồng Sông Cửu Long Đây vùng nguyên liệu lí tưởng, tiền đề cho đời nhà máy sản xuất ethanol từ cellulose (rơm rạ) Với lí trên, đề tài “nghiên cứu tổng quan khả sản xuất sử dụng ethanol làm nhiên liệu cho động cơ” bước ban đầu cho việc sản xuất ethanol nhiên liệu phục vụ cho nhu cầu lượng ngày gia tăng nước ta Trang Chương I: NHỮNG HIỂU BIẾT CƠ BẢN VỀ NHIÊN LIỆU ETHANOL (XĂNG PHA CỒN, GASOHOL) I Vài nét lịch sử sử dụng nhiên liệu ethanol Thời gian đầu ethanol dùng y tế, mỹ phẩm, dùng làm dung mơi sau biết đến nguồn nhiên liệu cho động đốt ứng dụng nhiều nước Anh, Pháp, Mĩ, Canada, Brazil… Ethanol cấu tử phối trộn làm tăng số octane xăng: Để tăng công suất động cơ, ta phải tăng số nén Khi tăng số nén ta cần phải tăng số octane xăng để tránh tượng cháy kích nổ nhiên liệu Trước đây, để tăng số octane, người ta thường dùng Tetra etyl chì bị cấm sử dụng chì độc, gây tổn thương cho hệ thần kinh trung ương, gây ô nhiễm môi trường Nghiên cứu cho thấy dùng nhóm phụ gia hợp chất hữu chứa oxy như: metyl ter butyl ete (MTBE), etyl ter butyl ete (ETBE), methanol, ethanol, pha xăng làm tăng số octane xăng, làm xăng cháy tốt hơn, giảm phát thải khí gây nhiễm Mặt khác, cơng nghệ sản xuất không phức tạp, giá thành tương đối rẻ, thị trường dễ chấp nhận Ngày thấy ethanol hồn tồn có khả dùng làm nhiên liệu cho động đốt trong, thay phần nhiên liệu hóa thạch Ethanol đựơc dùng dạng cụ thể sau:  Ethanol pha vào xăng với tỉ lệ nhỏ 15% Với tỉ lệ khơng cần thay đổi hay hiệu chỉnh động xăng Tuổi thọ, độ bền động không thay đổi [1]  Ethanol nhiên liệu thay hoàn toàn cho xăng dùng cho động đốt có cải tiến Dùng xe FFV (Flex-Fuel Vehicles- ơ-tơ nhiên liệu linh hoạt) Xe FFV tự động nhận biết hàm lượng cồn bình nhiên liệu để tự điều chỉnh góc đánh lửa sớm thay đổi lượng phun nhiên liệu Dùng xe FFV có tính kinh tế nhiên liệu cao xe khơng FFV, xe thiết kế tối ưu vật liệu, kết cấu buồng cháy hệ thống nhiên liệu Nhiên liệu E85 (có 85% ethanol xăng) loại nhiên liệu tốt cho xe FFV Riêng năm 2000 Trang Mỹ sản xuất 750.000 FFV Hiện Mỹ có khoảng triệu xe FFV với 169.000 trạm bán lẻ E85 Hãng GM năm 2005 cho đời hàng loạt mác xe chạy nhiên liệu E85 xe Chevrolet Avalanche, Suburban GMC Yukon XL, Chevrolet Silverado GMC, Chevrolet Tahoe cho cảnh sát Các nước khác có xe FFV BMW E85 Z4 3.0 Đức Xe FFV hiệu Falcon Taurus Mỹ châu Âu [1] II Lợi ích hạn chế sử dụng nhiên liệu Ethanol II.1 Lợi ích Sử dụng ethanol làm nhiên liệu khơng biện pháp tình nhằm làm tăng số octane xăng, thay cho phụ gia gây nhiễm mơi trường sinh thái, mà cịn đảm bảo an toàn lượng cho quốc gia nguồn lượng có khả tái tạo (Energie renouvelable) II.1.1 Lợi ích kinh tế Sản xuất ethanol làm nhiên liệu góp phần thúc đẩy nơng nghiệp phát triển ethanol sản xuất theo dây chuyền công nghệ sinh học, nguyên liệu sản xuất ethanol tinh bột loại củ hạt như: sắn, khoai, ngô, lúa, gạo, trái cây… Đây nguồn nguyên liệu dồi tự nhiên, tạo nhiều công ăn việc làm cho nhiều lao động nông thôn, giải lượng lương thực bị tù đọng đặc biệt khuyến khích tinh thần lao động sản xuất người dân Ngoài việc sử dụng nhiên liệu sinh học nói chung gasohol nói riêng giúp cho quốc gia chủ động sách lượng Nước có nhiều xăng sinh học phụ thuộc vào nước khác từ phát triển kinh tế cách bền vững II.1.2 Lợi ích môi trường Việc dùng ethanol làm nhiên liệu, có tác dụng ngăn chặn hiệu ứng nhà kính Vì mệnh danh “xăng xanh” Theo tính tốn cho thấy: thay việc đốt lít xăng lít ethanol giảm 40% lượng phát sinh khí CO2 vào khí giúp mơi trường xanh, Khi đốt ethanol cháy xảy hoàn toàn so với đốt xăng Ta thường thấy động xăng Trang thường xuất bụi bẩn hydrocacbon cháy khơng hết Điều phải tốn thời gian lau chùi, sửa chữa động Khi pha ethanol vào xăng làm cho xăng cháy hoàn toàn hơn, giảm phát thải khí gây nhiễm mơi trường Hơn nữa, ethanol điều chế từ sản phẩm nông nghiệp làm tăng diện tích đất trồng Điều có nghĩa làm tăng diện tích phổi trái đất lên [2] II.2 Hạn chế sử dụng nhiên liệu ethanol Hạn chế ethanol nhiên liệu tính hút nước Ethanol có khả hút ẩm hồ tan vơ hạn nước Do gasohol phải tồn trữ bảo quản hệ thống bồn chứa đặt biệt Về tượng gây ô nhiễm: giảm hàm luợng chất gây ô nhiễm HC, CO lại gây số hợp phần khác andehyt, NO x chất gây ô nhiễm [1] Do nhiệt trị ethanol nói riêng (PCI ethanol =26,8 MJ/kg) loại ancol khác nói chung thấp so với xăng (PCI xăng =42,5 MJ/kg) nên dùng ethanol để pha trộn vào xăng làm giảm công suất động so với dùng xăng Tuy nhiên giảm công suất không đáng kể ta pha với số lượng [3] Tóm lại, việc sử dụng gasohol có nhiều ưu điểm có mặt hạn chế Tuy nhiên phân tích tương quan mặt lợi hại người ta thấy mặt lợi lớn hơn, mang ý nghĩa chiến lược III Tình hình sản xuất sử dụng nhiên liệu ethanol giới Ethanol sản xuất nhiều phương pháp khác nhau:  Công nghệ sản xuất ethanol tổng hợp: Tổng hợp ethanol có nghĩa sản xuất ethanol phương pháp hoá học, giới người ta sản xuất ethanol nhiều phương pháp khác Trong cơng nghệ tổng hợp hố dầu ethanol sản xuất dây chuyền cơng nghệ hydrat hố khí etylen cơng nghệ cacbonyl hố với methanol Hydrat hoá: CH2=CH2 + H2O C2H5OH Cacbonyl: CH3OH + CO + H2 C2H5OH + H2O Trang  Công nghệ sản xuất ethanol sinh học: Công nghệ dựa q trình lên men nguồn hydratcacbon có tự nhiên như: nước ép, nước thải men bia, ngô, sắn, mùn, gỗ (C6H10O5)n + n H2O nC6H12O6 2C2H5OH + 2CO2 + Q Trong trình sản xuất ethanol sinh học phân thành cơng đoạn cơng đoạn lên men nhằm sản xuất ethanol có nồng độ thấp công đoạn làm khan để sản xuất ethanol có nồng độ cao để phối trộn vào xăng Hiện nay, tình hình sản xuất sử dụng ethanol giới phát triển mạnh mẽ [4] Brazil: sản lượng tiêu thụ ethanol đạt tới 14÷15 triệu tấn/năm đứng đầu giới Mỹ: Hình thành vành đai nông nghiệp gồm nhiều ban chuyên sản xuất ngô, làm nhiêu liệu cho 50 nhà máy sản xuất ethanol sinh học với sản lượng tiêu thụ 13 triệu tấn/năm Các nước Canada, Mexico, Pháp, Thụy Điển, Úc, Nam Phi, Trung Quốc tùng bước phát triển công nghệ sản xuất nhiên liệu sinh học, chủ yếu nhiên liệu hóa thạch pha ethanol sinh học Tại Đơng Nam Á, Thái Lan nước đứng đầu sản xuất sử dụng ethanol làm nhiên liệu, khoảng 1,5-1,6 triệu tấn/năm IV Một số thông tin giá ethanol nhiên liệu Giá gasohol phụ thuộc nhiều vào giá ethanol nhiên liệu Khi sản xuất ethanol qui mô lớn, công nghệ tiên tiến từ mật đường, rơm rạ hay ngũ cốc giá rẻ giá thành ethanol hạ Trên giới, giá thành ethanol nhiên liệu trung bình khoảng 0,35 đến 0,39 USD/Lít (vào thời điểm năm 2004) [4] Ở Brazil, giá ethanol 95,57% khoảng 0,15 đến 0,24 USD/Lít, ethanol tuyệt đối 99,8% khoảng 0,25 đến 0,28 USD/Lít Thailan, lít gasohol pha trộn 10% thể tích ethanol có giá bán thấp xăng thơng thường từ 0,5 đên 1,5 Bath Trung Quốc, gasohol pha trộn 10% thể tích ethanol khoảng 3,16 Tệ/Lít Trang 10 Ở nước ta, chưa có nhà máy sản xuất ethanol nhiên liệu mà có nhà máy sản xuất cồn công nghiệp Ethanol tuyệt đối phải nhập từ nước với giá cao Hiện nay, nhà nước chủ trương sản xuất ethanol nhiên liệu để giảm bớt gánh nặng từ việc nhập xăng dầu V Tình hình sản xuất khả sử dụng ethanol nhiên liệu nước ta Ở nước ta, công nghệ sản xuất ethanol nhỏ bé lạc hậu Chỉ có ngành sản xuất ethanol sinh học mà nguồn nguyên liệu chủ yếu từ tinh bột (sắn, ngô, khoai…) từ rỉ đường Hồn tồn chưa có nhà máy sản xuất ethanol từ nguồn nguyên liệu chứa cellulose (rơm rạ, mùn cưa, cỏ…) Sản phẩm chủ yếu ethanol thực phẩm (nồng độ 40% đến 45%) cồn công nghiệp (nồng độ từ 95,57% đến 96%), lượng nhỏ làm khan thành ethanol tuyệt đối (nồng độ 99,5%) Hiện có số nhà máy sản xuất ethanol cơng nghiệp có cơng suất tương đối nhà máy rượu Hà Nội, nhà máy rượu Bình Tây, nhà máy rượu Tam Hiệp Do chưa đáp ứng nhu cầu nên ta phải nhập lượng ethanol tuyệt đối đóng chai chủ yếu để làm hố chất cho nhu cầu khác Khơng có khả sử dụng ethanol tuyệt đối làm nhiên liệu giá thành đắt (Giá thời điểm cồn 99,5% loại Trung Quốc có giá 55.000đ/lít) Ở nước ta, muốn phát triển việc dùng ethanol làm nhiên liệu cần phải có chương trình sản xuất ethanol tầm cỡ quốc gia Việc địi hỏi bước thật cụ thể theo chiến lược hoạch định rõ ràng Trong tháng đầu năm nay, tình hình sản xuất ethanol nhiên liệu nước ta có bước khởi sắc Chỉ vòng tháng, nước ta chứng kiến kiện quan trọng để phát triển việc dùng ethanol nhiên liệu Đó là:  Ngày 09/03/2007 Petrosetco (thuộc PetroVietnam) ký kết thỏa thuận hợp tác thành lập liên doanh xây dựng nhà máy sản xuất ethanol sinh học Việt Nam với tập đoàn Itochu Nhật Bản Toàn sản phẩm nhà máy cồn 99,8% cung ứng cho thị trường nước để pha vào xăng, phục vụ cho hoạt động công nghiệp giao thông vận tải Với cơng suất 100 triệu lít ... phun nhiên liệu Dùng xe FFV có tính kinh tế nhiên liệu cao xe khơng FFV, xe thiết kế tối ưu vật liệu, kết cấu buồng cháy hệ thống nhiên liệu Nhiên liệu E85 (có 85% ethanol xăng) loại nhiên liệu. .. NHIÊN LIỆU ETHANOL (XĂNG PHA CỒN, GASOHOL) I Vài nét lịch sử sử dụng nhiên liệu ethanol Thời gian đầu ethanol dùng y tế, mỹ phẩm, dùng làm dung mơi sau biết đến nguồn nhiên liệu cho động đốt ứng... dụng ethanol làm nhiên liệu cho động cơ” bước ban đầu cho việc sản xuất ethanol nhiên liệu phục vụ cho nhu cầu lượng ngày gia tăng nước ta Trang Chương I: NHỮNG HIỂU BIẾT CƠ BẢN VỀ NHIÊN LIỆU ETHANOL

Ngày đăng: 18/03/2013, 08:14

Xem thêm: NHIÊN LIỆU ETHANOL (XĂNG PHA CỒN, GASOHOL), NHIÊN LIỆU ETHANOL (XĂNG PHA CỒN, GASOHOL), Vài nét về lịch sử sử dụng nhiên liệu ethanol., Tình hình sản xuất và sử dụng nhiên liệu ethanol hiện nay trên thế giới. Một số thơng tin về giá cả ethanol nhiên liệu., Tình hình sản xuất và khả năng sử dụng ethanol nhiên liệu ở nước ta., Chưng cất chân không., Chưng cất đẳng phí., Đánh giá các phương pháp sản xuất ethanol., Các chỉ tiêu về tính chất vật lý. 1. Khối lượng riêng., Lợi ích. Cải thiện động cơ và tối ưu q trình cháy., Xử lí khí xả bằng bộ xúc tác., Condensate. Thành phần và đặc tính của condensate Việt Nam. Tình hình khai thác và trữ lượng condensate Việt Nam. Thuận lợi. Khó khăn., Ảnh hưởng của ethanol đến trị số octane của xăng. Ảnh hưởng của ethanol đến áp suất hơi bão hòa của xăng., Ảnh hưởng của ethanol đến sự giảm PCI của Gasohol so với xăng., Ảnh hưởng của ethanol đến sự tách lớp của Gasohol. Nguyên tắc pha trộn. Sơ đồ pha trộn.