TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC MÔN HỌC: ĐỒ ÁN MÔN HỌC o0o BÁO CÁO ĐỒ ÁN XĂNG SINH HỌC Thành phố Hồ Chí Minh, Tháng 5/2017 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC MÔN HỌC: ĐỒ ÁN MÔN HỌC o0o BÁO CÁO ĐỒ ÁN XĂNG SINH HỌC GVHD: Nguyễn Hưng Thủy SVTH: Phan Huỳnh Đăng Duy Lớp: 06DHHH1 MSSV: 2004150245 Thành phố Hồ Chí Minh, Tháng 5/2017 Xăng sinh học Xăng sinh học Khoa Công nghê Hóa học Trang NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Sinh viên: Phan Huỳnh Đăng Duy MSSV: 2004150245 Nhận xét: Điểm đánh giá Ngày……….tháng……….năm (Ký tên, ghi rõ họ tên) Xăng sinh học MỤC LỤC Khoa Công nghê Hóa học Trang Xăng sinh học MỤC LỤC HÌNH MỤC LỤC BẢNG Khoa Công nghê Hóa học Trang Xăng sinh học LỜI MỞ ĐẦU Kinh tế phát triển, đòi hỏi sở vật chất tiện nghi đại hơn, mang theo nhiều hệ lụy Đặc trưng ô nhiễm môi trường, Trái Đất nóng lên không ngừng lượng CO thải lớn- hậu tất yếu từ phát triển mạnh mẽ giao thông vận tải Điều tạo thách thức cho nhà khoa học không lâu sau đó, nhiên liệu xuất hiện, làm giảm khí thải ô nhiễm an toàn, xăng sinh học Khoa Công nghê Hóa học Trang Xăng sinh học Sự phát triển không ngừng thị trường lượng tái tạo làm bừng lên hy vọng vào đời kỉ nguyên – kỉ nguyên lượng tái tạo Năng lượng tái tạo ngày khẳng định vị tầm quan trọng so với nguồn lượng truyền thống than đá, khí đốt, dầu mỏ, Các nguồn lượng hóa thạch dần bị cạn kiệt nguồn nhiên liệu xăng sinh học đầu tư phát triển nhiều Nội dung đề tài bao gồm khái quát xăng sinh học, qui trình sản xuất xăng sinh học tiêu chí qui định cho loại xăng LỜI CÁM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, em xin cám ơn thầy cô thuộc khoa Công nghệ Hóa học tạo điều kiện cho em học hỏi nhiều thông qua môn đồ án môn học Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn cô Nguyễn Hưng Thủy tận tình hướng dẫn em suốt thời gian qua để em hoàn thành báo cáo đồ án Sau cùng, em Khoa Công nghê Hóa học Trang 10 Xăng sinh học- Sản xuất xăng sinh học 2.2 Qui trình sản xuất xăng sinh học (6)(7) Qui trình sản xuất xăng sinh học chia làm phần: Phần 1: Sản xuất ethanol Phần : Sản xuất xăng truyền thống từ nhiên liệu hóa thạch Sau thực phối trộn xăng sinh học theo yêu cầu ban đầu (trong xăng E5 gồm 5% ethanol 95% xăng thông thường, xăng E10 có 10% ethanol Xăng sinh học từ E5 đến E25 gọi hỗn hợp ethanol thấp, từ E30 đến E85 hỗn hợp ethanol cao) Riêng xăng E100 thành phần gồm 100% ethanol Hình 2.2.1.1 Qui trình sản xuất xăng E5 Công nghệ phối trộn bao gồm phương pháp như: Phương pháp bơm trộn tuần hoàn kín bồn (in-tank: bơm hút đáy xả đỉnh bồn); phương pháp phối trộn nội dòng đoạn ống lòng xoắn (static mixer) phương pháp phối trộn trạm xuất xe bồn (in-line) Quy trình phối trộn xăng pha ethanol tổng quát thể sau: Đầu tiên, người ta cho chất biến tính (để đánh dấu mục đích sử dụng làm nhiên liệu - chất biến tính sử dụng phân đoạn xăng phân đoạn chưng cất dầu thô) loại phụ gia phụ gia chống tách pha, phụ gia chất phân tán, phụ gia chống oxy hóa, phụ gia chống ăn mòn vào thùng khuấy để tạo hỗn hợp chất biến tính đa chức Sau trộn với ethanol 99,5% để tạo thành hỗn hợp ethanol biến tính, sau phối trộn với xăng thương phẩm tạo thành xăng sinh học E5, E10, E15 hay E20… Khoa Công nghệ hóa học Trang 19 Xăng sinh học- Sản xuất xăng sinh học 2.3 Máy thiết bị (8) Hãng Endress+Hauser có giải pháp trọn hệ thống pha trộn E5 thiết kế chế tạo, kiểm tra chạy thử nhà máy Khi vận chuyển Việt Nam cần lắp ghép khí đưa vào hoạt động cách nhanh chóng Hệ thống pha trộn lưu lượng Endress+Hauser LMS bao gồm thành phần sau : - Thiết bị đo lưu lượng Coriolis DN80 đường xăng - Thiết bị đo lưu lượng Coriolis DN25 đường ethanol - Batch controller có tích hợp tính pha trộn sản phẩm ISOIL Batch controller Tùy theo công thức cài đặt sẵn với tỉ lệ phối trộn cho sản phẩm xăng E5 hay E10, hệ thống van điều khiển định lượng van điều khiển số (digital control valve) tự động điều khiển cho tỉ lệ phối trộn đạt độ xác cao Hệ thống cài đặt để pha trộn theo thể tích thực (Volume) hay thể tích quy đổi sang điều kiện chuẩn (Net Standard Volume) Hình 2.3.1.1 Hình vẽ thiết bị tham khảo sơ đồ kết nối pha trộn E5 Thiết bị thực tế 2.3.2 Đồng hồ đo Promass 84F Đồng hồ đo Endress+Hauser lĩnh vực xăng chứng nhận thương mại Tổng cục tiêu chuẩn đo lường chất lượng cấp lưu lượng Coriolis (Endress+Hauser) lưu lượng dạng Coriolis sử dụng rộng rãi dầu Việt Nam mẫu giao nhận Một số điểm bật đồng hồ đo lưu lượng Coriolis Endress+Hauser : Độ xác cao: ±0.05% cho khối lượng, ±0.1% cho thể tích Khoa Công nghệ hóa học Trang 20 Xăng sinh học- Sản xuất xăng sinh học Đo nhiều thông số lúc: thể tích, khối lượng, tỉ trọng, nhiệt độ kiểm soát chất lượng sản phẩm Thiết bị phù hợp với tất môi chất Phù hợp sử dụng môi trường chống cháy nổ Không có thiết bị khí chuyển động (moving parts) nên không bị mòn từ giảm thiểu phần bảo trì kiểm định định kì thiết bị Nhiệt độ lên đến +350°C (+662°F) Áp suất lên đến 350 bar (5080 psi) Dải đo lên đến 2200 tấn/h (đường kính DN250) Đạt tiêu custody transfer nhiều tổ chức giới Việt Nam: PTB, NMi, METAS, BEV, NTEP, MC, STAMEQ Chứng nhận chống cháy nổ nhiều tổ chức giới : ATEX, FM, CSA, TIIS Hình 2.3.2.1 Đồng hồ đo lưu lượng Coriolis Promass 84F 2.3.3 Thiết bị đo nhiệt độ Omnigrad TR61 (Endress+Hauser) Thiết bị đo nhiệt độ Omnigrad TR61 hãng Endress+Hauser thiết bị đo nhiệt độ với độ xác cao thiết kế chuyên dùng môi trường chống cháy nổ đặc biệt lĩnh vực dầu khí, hóa chất Khoa Công nghệ hóa học Trang 21 Xăng sinh học- Sản xuất xăng sinh học Thiết bị bao gồm giếng nhiệt (thermowell) thiết kế để chịu điều kiện làm việc khắc nghiệt với áp suất nhiệt độ cao Thiết bị tích hợp transmitter với nhiều ngõ truyền thông Hình 2.3.3.1 Thiết bị đo nhiệt độ Omnigrad TR61 2.3.4 Thiết bị Batch controller VEGA II có tích hợp tính pha trộn Endress+Hauser đề xuất sử dụng thiết bị batch controller có tích hợp tính pha trộn sản phẩm VEGA II hãng ISOIL Khoa Công nghệ hóa học Trang 22 Xăng sinh học- Sản xuất xăng sinh học Hình 2.3.4.1 Thiết bị Batch controller VEGA II Toàn hoạt động pha trộn định lượng mẻ xuất điều khiển điều khiển Bộ điều khiển giúp điều khiển xác tỉ lệ pha trộn theo công thức cài đặt sẵn Thiết bị điều khiển batch controller ISOIL thiết kế để đặc biệt phù hợp với thiết bị đo lưu lượng dạng coriolis Promass 84F hãng Endress+Hauser với khả nhận tín hiệu thể tích, khối lượng tỉ trọng đường xăng đường Ethanol, từ giúp việc điều khiển đạt độ xác cao kiểm soát chất lượng sản phẩm suốt trình định mẻ pha trộn sản phẩm Thiết kế điều khiển batch controller VEGA II cho phép vận hành viên cài đặt vận hành hệ thống cách dễ dàng trực quan Bộ điều khiển phù hợp với tiêu chuẩn hoạt động môi trường chống cháy nổ Directive 94/9/EC “ATEX” (explosive atmospheres) Chứng nhận chống cháy nổ Ex d IIB T6 Gb category II G (Zone and Zone 2, gas) Certificate “INERIS05ATEX0025” Bộ điều khiển phù hợp với tiêu chuẩn OIML R117 sử dụng hoạt động buôn bán (custody transfer) Châu Âu nhiều nước giới Khoa Công nghệ hóa học Trang 23 Xăng sinh học- Sản xuất xăng sinh học 2.3.5 Van điều khiển số nhiều tầng ( multistep) R-ISE / N (ISOIL) Để điều khiển định lượng, Endress+Hauser đề xuất sử dụng van R-ISE/ N hãng ISOIL để điều khiển tốc độ xuất sản phẩm Một tính van ISE/N thiết bị sử dụng áp suất môi chất qua van để điều khiển Van đóng mở màng (diaphragm) điều khiển lượng môi chất đường ống Hình 2.3.5.1 Van điều khiển số nhiều tầng ( multistep) R-ISE / N (ISOIL) Van điều khiển solenoid Ex-proof hoạt động môi trường chống cháy nổ (một van thường đóng NC, van thương hở NO) Thông thường, van đặt sau đồng hồ ứng dụng xuất xe bồn ứng dụng xuất sản phẩm đường ống cho sản phẩm dầu mỏ hóa chất Endress+Hauser đề xuất sử dụng van điều khiển nhiều cấp ISE/N Isoil Van điều khiển điều khiển batch controller cấu hình để thay đổi tốc độ phù hợp Điều cho phép bước đóng mở màng Bằng cách thay đổi tần số biên độ xung cấp trực tiếp từ flow computer, điều khiển lưu lượng thực Khoa Công nghệ hóa học Trang 24 Xăng sinh học- Tiêu chí đánh giá CHƯƠNG TIÊU CHÍ ĐÁNH GIÁ (9) Dựa theo QCVN 1:2015/BKHCN Ban soạn thảo Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia xăng dầu nhiên liệu sinh học biên soạn, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng trình duyệt ban hành theo Thông tư số 22/2015/TT-BKHCN ngày 11 tháng 11 năm 2015 Bộ trưởng Bộ Khoa học Công nghệ 3.1 Xăng không chì Các tiêu kỹ thuật phương pháp thử tương ứng xăng không chì quy định Bảng 3.1 T Trị số octan (RON) Hàm lượng chì, g/L Thành phần cất phân đoạn: - Điểm sôi đầu, °C - 10 % thể tích, °C - 50 % thể tích, °C - 90 % thể tích, °C - Điểm sôi cuối, °C - Cặn cuối, % thể tích Hàm lượng lưu huỳnh, mg/kg Hàm lượng benzen, % thể tích Khoa Công nghệ hóa học Trang 25 Xăng sinh học- Tiêu chí đánh giá Hydrocacbon thơm, % thể tích Hàm lượng olefin, % thể tích Hàm lượng oxy, % khối lượng Tổng hàm lượng kim loại (Fe, Mn), mg/L 10 Ngoại quan Bảng 3.1.1.1.1 Chỉ tiêu chất lượng xăng không chì 3.2 Xăng E5 Các tiêu kỹ thuật phương pháp thử tương ứng xăng E5 quy định Bảng 3.2 Tên Trị số octan (RON) Hàm lượng chì, g/L Thành phần cất phân đoạn: - Điểm sôi đầu, °C - 10 % thể tích, °C - 50 % thể tích, °C - 90 % thể tích, °C - Điểm sôi cuối, °C - Cặn cuối, % thể tích Hàm lượng lưu huỳnh, mg/kg Khoa Công nghệ hóa học Trang 26 Xăng sinh học- Tiêu chí đánh giá Hàm lượng benzen, % thể tích Hydrocacbon thơm, % thể tích Hàm lượng olefin, % thể tích Hàm lượng oxy, % khối lượng Hàm lượng etanol, % thể tích 10 Tổng hàm lượng kim loại (Fe, Mn), mg/L 11 Ngoại quan Bảng 3.2.1.1.1 Chỉ tiêu chất lượng xăng E5 3.3 Xăng E10 Các tiêu kỹ thuật phương pháp thử tương ứng xăng E10 quy định Bảng 3.3 Tên ch Trị số octan (RON) Hàm lượng chì, g/L Thành phần cất phân đoạn: - Điểm sôi đầu, °C - 10 % thể tích, °C - 50 % thể tích, °C - 90 % thể tích, °C - Điểm sôi cuối, °C Khoa Công nghệ hóa học Trang 27 Xăng sinh học- Tiêu chí đánh giá - Cặn cuối, % thể tích Hàm lượng lưu huỳnh, mg/kg Hàm lượng benzen, % thể tích Hydrocacbon thơm, % thể tích Hàm lượng olefin, % thể tích Hàm lượng oxy, % khối lượng Hàm lượng etanol, % thể tích 10 Hàm lượng nước, % thể tích 11 Tổng hàm lượng kim loại (Fe, Mn), mg/L 12 Ngoại quan Bảng 3.3.1.1.1 Chỉ tiêu chất lượng xăng E10 3.4 Etanol nhiên liệu biến tính Các tiêu kỹ thuật phương pháp thử tương ứng etanol nhiên liệu biến tính quy định Bảng 3.4 Tên tiêu Hàm lượng etanol, % thể tích Hàm lượng metanol, % thể tích Hàm lượng nước, % thể tích Độ axit (tính theo axit axetic CH3COOH), % khối lượng (mg/L) Khoa Công nghệ hóa học Trang 28 Xăng sinh học- Tiêu chí đánh giá Hàm lượng clorua vô cơ, mg/L (mg/kg) Bảng 3.4.1.1.1 Chỉ tiêu kỹ thuật etanol nhiên liệu biến tính Các loại phụ gia sử dụng để pha xăng không chì, xăng E5, xăng E10, nhiên liệu điêzen nhiên liệu điêzen B5 phải đảm bảo phù hợp với quy định an toàn, sức khỏe, môi trường không gây hư hỏng cho động hệ thống tồn trữ, vận chuyển phân phối nhiên liệu Việc sử dụng phụ gia không thông dụng để sản xuất pha chế xăng không chì, xăng E5, xăng E10, nhiên liệu điêzen nhiên liệu điêzen B5 phải đăng ký chấp thuận theo quy định Thông tư 15/2009/TT-BKHCN ngày 02/6/2009 Bộ trưởng Bộ Khoa học Công nghệ việc hướng dẫn trình tự, thủ tục đăng ký việc sử dụng phụ gia không thông dụng để sản xuất, pha chế xăng nhiên liệu điêzen Xăng không chì, xăng E5, xăng E10 có chứa hợp chất oxygenat phụ gia hàm lượng hợp chất oxygenat xăng không chì, xăng E5, xăng E10 phải tuân thủ quy định Bảng 3.5 Tên tiêu Iso-propyl ancol, % thể tích Iso-butyl ancol, % thể tích Tert-butyl ancol, % thể tích Ete (nguyên tử C ≥ 5) 2), % thể tích Riêng MTBE, % thể tích Metanol, % thể tích Keton, % thể tích Các loại este, % thể tích Bảng 3.4.1.1.2 Các hợp chất oxygenat1) Chú thích: Khoa Công nghệ hóa học Trang 29 Xăng sinh học- Tiêu chí đánh giá 1) Các hợp chất oxygenat dùng dạng đơn lẻ dạng hỗn hợp với thể tích nằm giới hạn quy định tổng hàm lượng oxy phù hợp với quy định loại xăng 2) Có nhiệt độ sôi ≤ 210°C 3) Không phát Khoa Công nghệ hóa học Trang 30 Xăng sinh học TỔNG KẾT So với dạng lượng truyền thống, xăng sinh học có ưu giảm thiểu hiệu ứng nhà kính, giúp đảm bảo an ninh lượng, bảo vệ nguồn nước, không khí nguồn lợi rừng, tiết kiệm ngân sách quốc gia… Chính việc phát triển dạng lượng đòi hỏi việc kèm với phát triển kinh tế- xã hội, không ngừng cải tiến công nghệ để giảm giá thành sản xuất Đồng thời chung tay khai thác hiệu nguồn lượng để bù đắp cho thiếu hụt không tránh khỏi dạng lượng hóa thạch không xa tương lai Khoa Công nghệ hóa học Trang 23 Xăng sinh học TÀI LIỆU THAM KHẢO (1)(http://vnreview.vn/goc-nhin-vnreview/-/view_content/content/1428146/hoi-dapdang-quan-tam-ve-xang-sinh-hoc) Đông Phong, Hỏi đáp đáng quan tâm xăng sinh học, 2014 (2)( https://vi.wikipedia.org/wiki/Etanol) Wikipedia, Etanol, 2017 (3)( http://pvoilthanhhoa.com.vn/vi/nhien-lieu-sinh-hoc/dac-diem-tinh-chat-cua-xange5) Công ty cổ phần xăng dầu khí Thanh Hóa, Đặc điểm, tính chất xăng E5 (4)(http://cenres.ctu.edu.vn/ee/index.php/bai-viet-chuyen-nganh/item/34-x %C4%83ng-sinh-h%E1%BB%8Dc-ph%E1%BA%A7n-i.html) Phạm Văn Toàn, Xăng sinh học (phần I), Trường Đại học Cần Thơ, 2013 (5)(http://cenres.ctu.edu.vn/ee/index.php/bai-viet-chuyen-nganh/item/34-x %C4%83ng-sinh-h%E1%BB%8Dc-ph%E1%BA%A7n-i.html) Phạm Văn Toàn, Xăng sinh học (phần I), Trường Đại học Cần Thơ, 2013 (6)(http://thanhtan.net/kinhdoanh-kinhte/xang-sinh-hoc-bao-gio-moi-thanh-phobien.html) thanh_tan weBlog, xăng sinh học trở thành phổ biến, 2016 (7) (http://www.hiephoixangdau.org/nd/kien-thuc/phat-trien-nhien-lieu-sinh-hoc-vaung-dung-xang-e5-tai-viet-nam-quy-chuan-phoi-tron-xang-sinh-hoc.html) (8)(http://nkengineering.com.vn/giai-phap-pha-tron-xang-dau-e5-tai-vietnam.html Khoa Công nghệ hóa học Trang 24 Xăng sinh học NK Engineering, Hệ thống pha trộn xăng E5 (9) (http://congnghemoitruong.com.vn/qcvn-12015bkhcn-ve-xang-nhien-lieu-diezen- va-nhien-lieu-sinh-hoc/) Mỹ Duyên, QCVN 1:2015/BKHCN xăng, nhiên liệu diezen nhiên liệu sinh học, 2016 Khoa Công nghệ hóa học Trang 25 ... lẫn etanol với ankan xảy ankan đến undecan, hòa trộn với dodecan ankan cao thể khoảng cách trộng lẫn nhiệt độ định (khoảng 13°C dodecan) Khoảng cách trộn lẫn có khuynh hướng rộng với ankan cao... cách phối trộn cồn sinh học ethanol khan (anhydrous ethanol) với xăng thông thường theo tỉ lệ định, xăng E5 gồm 5% ethanol 95% xăng thông thường, xăng E10 có 10% ethanol Xăng sinh học từ E5 đến... khoảng 227 lít ethanol Khoa Công nghệ hóa học Trang 15 Xăng sinh học- Sản xuất xăng sinh học CHƯƠNG SẢN XUẤT XĂNG SINH HỌC 2.1 Qui trình sản xuất ethanol (5) 2.1.1 Từ đường Sản xuất ethanol từ đường