Tải bản đầy đủ

do an mon hoc xang sinh hoc

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 5


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 và tên)


Xăng sinh học

MỤC LỤC

Khoa Công nghê Hóa học

Trang 7


Xăng sinh học

MỤC LỤC HÌNH

MỤC LỤC BẢNG

Khoa Công nghê Hóa học

Trang 8


Xăng sinh học

LỜI MỞ ĐẦU
Kinh tế càng phát triển, đòi hỏi cơ sở vật chất càng tiện nghi và hiện đại hơn,
nhưng nó cũng mang theo mình rất nhiều hệ lụy. Đặc trưng nhất là ô nhiễm môi trường,
Trái Đất đang nóng lên không ngừng do lượng CO 2 thải ra quá lớn- hậu quả tất yếu từ sự
phát triển quá mạnh mẽ của giao thông vận tải. Điều này đã tạo ra thách thức cho các nhà
khoa học và không lâu sau đó, một nhiên liệu mới đã xuất hiện, làm giảm khí thải ô nhiễm
và rất an toàn, đó chính là xăng sinh học.

Khoa Công nghê Hóa học

Trang 9


Xăng sinh học

Sự phát triển không ngừng của thị trường năng lượng tái tạo đã làm bừng lên hy
vọng vào sự ra đời của một kỉ nguyên mới – kỉ nguyên năng lượng tái tạo. Năng lượng tái
tạo ngày càng khẳng định được vị thế và tầm quan trọng so với các nguồn năng lượng
truyền thống như than đá, khí đốt, dầu mỏ,... Các nguồn năng lượng hóa thạch ấy đang
dần bị cạn kiệt và các nguồn nhiên liệu mới như xăng sinh học được đầu tư và phát triển
nhiều hơn.
Nội dung đề tài bao gồm những khái quát cơ bản về xăng sinh học, qui trình sản
xuất xăng sinh học và cũng như các tiêu chí qui định cho loại xăng này.

LỜI CÁM ƠN
Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, em xin cám ơn các thầy cô thuộc khoa Công nghệ
Hóa học đã tạo điều kiện cho em được học hỏi nhiều hơn thông qua môn đồ án môn học
này. Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn cô Nguyễn Hưng Thủy đã tận tình hướng dẫn
em trong suốt thời gian qua để em có thể hoàn thành bài báo cáo đồ án này. Sau cùng, em
Khoa Công nghê Hóa học

Trang 10


Xăng sinh học

xin kính chúc cô thật dồi dào sức khỏe, niềm tin để tiếp tục thực hiện sứ mệnh cao đẹp
của mình là truyền đạt kiến thức cho thế hệ mai sau.

Khoa Công nghê Hóa học

Trang 11


Xăng sinh học- Khái quát về xăng sinh học

CHƯƠNG 1 KHÁI QUÁT VỀ XĂNG SINH HỌC
1.1 Khái niệm (1)
Xăng sinh học trong tiếng Anh được gọi là gasohol hoặc biogasoline để phân biệt
với gasoline (xăng thông thường), được tạo ra bằng cách phối trộn cồn sinh học ethanol
khan (anhydrous ethanol) với xăng thông thường theo một tỉ lệ nhất định, trong đó xăng
E5 gồm 5% ethanol và 95% xăng thông thường, còn xăng E10 có 10% ethanol. Xăng sinh
học từ E5 đến E25 được gọi là hỗn hợp ethanol thấp, từ E30 đến E85 là hỗn hợp ethanol
cao. E100 là Ethanol nguyên chất sau khi sản xuất.
1.2 Thành phần (2)
Thành phần chủ yếu của xăng sinh học là ethanol.
1.2.1 Tính chất vật lý
Rượu etylic là một chất lỏng, không màu, trong suốt, mùi thơm dễ chịu và đặc
trưng, vị cay, nhẹ hơn nước (khối lượng riêng 0,7936 g/ml ở 15oC), dễ bay hơi (sôi ở nhiệt
độ 78,39oC), hóa rắn ở -114,15oC, tan trong nước vô hạn, tan trong ete và clorofom, hút
ẩm, dễ cháy, khi cháy không có khói và ngọn lửa có màu xanh da trời. Sở dĩ rượu etylic
tan vô hạn trong nước và có nhiệt độ sôi cao hơn nhiều so với este hay aldehyde có khối
lượng phân tử xấp xỉ là do sự tạo thành liên kết hydro giữa các phân tử rượu với nhau và
với nước.
1.2.2 Tính chất dung môi
Ethanol là một dung môi linh hoạt, có thể pha trộn với nước và với các dung môi
hữu cơ khác như axit axetic, axeton, benzen, cacbon tetrachlorua, cloroform, dietyl ete,
etylen glycol, glycerol, nitrometan, pyridin, và toluen. Nó cũng có thể trộn với các
hydrocacbon béo nhẹ như pentan và hexan, và với các clorua béo như trichloroetan vaf
tetrachloroetylen.
Tính hòa tan của etanol với nước trái ngược với tính không thể trộng lẫn của các
chất cồn có chuỗi dài hơn (có từ 5 nguyên tử cácbon trở lên), tính chất không thể trộn lẫn
này giảm mạnh khi số nguyên tử cacbon tăng. Sự trộn lẫn của etanol với các ankan chỉ
xảy ra ở những ankan đến undecan, hòa trộn với dodecan và các ankan cao hơn thể hiện
một khoảng cách trộng lẫn ở một nhiệt độ nhất định (khoảng 13°C đối với dodecan).
Khoảng cách trộn lẫn có khuynh hướng rộng hơn với các ankan cao hơn và nhiệt độ cao
hơn để tăng tính hòa trộn toàn bộ.
Khoa Công nghệ hóa học

Trang 12


Xăng sinh học- Khái quát về xăng sinh học

Hỗn hợp etanol-nước có thể tích nhỏ hơn tổng thể tích thành phần với một tỷ lệ
nhất định. Khi trộn lẫn cùng một lượng etanol và nước chỉ tạo thành 1,92 thể tích hỗn
hợp. Hỗn hợp etanol và nước có tính tỏa nhiệt với lượng nhiệt lên đến 777 J/mol ở nhiệt
độ 298 K (25oC).
Hỗn hợp etanol và nước tạo thành một azeotrope với tỉ lệ mol 89% etanol và 11%
mol nước hay một hỗn hợp 96% thể tích etanol và 4% nước ở áp suất bình thường và
nhiệt độ 351 K. Thành phần azeotropic này phụ thuộc rất lớn vào nhiệt độ và áp suất và
biến mất ở nhiệt độ dưới 303 K.
Các liên kết hydro làm cho etanol nguyên chất có tính hút ẩm, làm chúng sẵn sàng
hút hơi nước trong không khí. Sự phân cực tự nhiên của nhóm chức hydroxyl làm cho
etanol có thể hòa tan một số hợp chất ion như natri và kali hydroxit, magiê clorua, canxi
clorua, ammoni clorua, ammoni bromua, và natri bromua. Natri và kali clorua ít tan trong
etanol do phân tử etanol có một đầu không phân cực, nó cũng sẽ hòa tan các hợp chất
không phân cực, bao gồm hầu hết tinh dầu và nhiều chất hương liệu, màu, và thuốc.
1.2.3 Tính chất hóa học
Phản ứng thế với kim loại kiềm, kim loại kiềm thổ. Ví dụ:
2 C2H5OH + 2 Na -> 2 C2H5ONa + H2
Phản ứng este hóa, phản ứng giữa rượu và axit với môi trường là axit sulfuric đặc
nóng tạo ra este. Ví dụ:
C2H5OH + CH3COOH -> CH3COOC2H5 + H2O
Phản ứng loại nước như tách nước trong một phân tử để tạo thành olefin, trong môi
trường axit sulfuric đặc ở 170oC:
C2H5OH -> C2H4 + H2O
Hay tách nước giữa 2 phân tử rượu thành ether
C2H5OH + C2H5OH -> C2H5-O-C2H5 + H2O
Phản ứng oxi hóa, trong đó rượu bị oxi hóa theo 3 mức: DDOCHAU (hữu hạn)
thành aldehyde, axit hữu cơ và oxi hóa hoàn toàn (đốt cháy) thành CO2 và H2O. Ví dụ ở
mức 1, trong môi trường nhiệt độ cao

Khoa Công nghệ hóa học

Trang 13


Xăng sinh học- Khái quát về xăng sinh học

CH3-CH2-OH + CuO -> CH3-CHO + Cu + H2O
Mức 2, có xúc tác:
CH3-CH2-OH + O2 -> CH3-COOH + H2O
Mức 3
C2H5OH + 3 O2 -> 2 CO2 + 3 H2
Phản ứng tạo ra butadien-1,3: cho hơi rượu đi qua chất xúc tác hỗn hợp, ví dụ Cu +
Al2O3 ở 380-400oC, lúc đó xảy ra phản ứng tách loại nước
2C2H5OH -> CH2=CH-CH=CH2 + 2 H2O + H2
Phản ứng lên men giấm: oxi hóa rượu etylic 10 độ bằng oxi không khí có mặt men
giấm ở nhiệt độ khoảng 25oC.
CH3-CH2-OH + O2 -> CH3-COOH + H2O
1.3 Đặc điểm (3)
Ethanol có trị số octane (RON) cao tới 108 - 109 nên khi pha vào xăng sẽ làm trị
số octane (khả năng chống kích nổ của nhiên liệu) cao hơn với xăng truyền thống.
Hàm lượng oxy cao hơn xăng thông dụng, giúp quá trình cháy trong động cơ diễn
ra triệt để hơn, tăng công suất, giảm tiêu hao nhiên liệu, đồng thời giảm thiểu phát thải
các chất độc hại trong khí thải động cơ (CO và HC) và khả năng tăng tốc của xe cũng tốt
hơn.
Quá trình sử dụng E5 rất thuận tiện, không cần phải điều chỉnh động cơ khi
chuyển đổi giữa nhiên liệu E5 và xăng thông thường.
Đối với các loại xe sử dụng động cơ loại cũ (trước năm 1993), axit trong xăng
sinh học có thể gây ảnh hưởng đến các zoăng cao su, nhựa, polymer của động cơ. Còn đối
với các xe có động cơ sản xuất sau năm 1993 thì điều này gần như là không xảy ra, do vật
liệu của động cơ, đặc biệt là hệ thống cung cấp nhiên liệu đã được cải tiến.
Còn việc sử dụng lẫn xăng E5 với các loại xăng thường thì điều này hoàn toàn
không gây ảnh hưởng đối với động cơ. Vì thực ra xăng E5 là A92 pha 5% ethanol, nếu sử
dụng lẫn với xăng thường thì lượng ethanol trong hỗn hợp chỉ giảm đi.
Khoa Công nghệ hóa học

Trang 14


Xăng sinh học- Khái quát về xăng sinh học

1.4 Nguyên liệu đầu vào(4)
Nguyên liệu ban đầu để sản xuất ethanol là cây nông phẩm chứa đường gồm mía,
củ cải đường, sorgho-đường; nông phẩm chứa tinh bột gồm hạt ngũ cốc như lúa mì, lúa,
bắp, sorgho,…; củ như khoai tây, khoai mì, khoai lang.
Mía có hiệu quả kinh tế nhất vì cho năng suất thân (khoảng 170-200 t/ha ở Brazil,
80-100 t/ha ở Úc, Việt Nam khoảng 35-50 t/ha), biến chế ethanol thẳng từ nước ép, bã
mía dùng làm năng lượng chạy máy ép và chưng cất ethanol. Mía sản xuất trung bình
15,500 lít ethanol/ha/năm, và cứ 1 tấn chất khô mía sản xuất được 438 lít ethanol. Brazil
sản xuất ethanol chính từ mía. Sorgho- đường hiện được ưa chuộng hơn mía ở một số
vùng nhiệt đới khô hạn, có hiệu quả kinh tế hơn mía. Sorgho- đường canh tác ở Hoa Kỳ
cho 28,500 lít ethanol/ha/vụ-4-tháng.
Thực vật hoang dại: tảo (algae) nước ngọt, tảo biển, lục bình (Eichornia crassipes),
cỏ Vetiver, cỏ voi (elephant grass, Pennisetum purpureum, sản xuất 13,700 lít
ethanol/ha/năm), lác (Cyperus), cỏ tranh (Imperata cylindrica), v.v.
Ngoài ra còn có một số loại nguyên liệu tái chế khác như :Giấy phế thải: 1 tấn giấy
cũ sản xuất khoảng 416 lít ethanol; Rác thành phố: 1 tấn rác sản xuất khoảng 227 lít
ethanol.

Khoa Công nghệ hóa học

Trang 15


Xăng sinh học- Sản xuất xăng sinh học

CHƯƠNG 2 SẢN XUẤT XĂNG SINH HỌC
2.1 Qui trình sản xuất ethanol (5)
2.1.1 Từ đường
Sản xuất ethanol từ đường có kỹ thuật dễ dàng, hiệu năng cao, và ít tổn phí nhất là
cho lên men (yếm khí) từ đường, nước mật (molasse), hay trực tiếp từ nước mía ép, nước
củ- cải đường ép, như theo lối thủ công hay công nghiệp xưa nay. Ngày nay đã tuyển
chọn được nhiều dòng men hữu hiệu, biến đường thành nhiều rượu hơn. Mặc dầu tổn phí
biến chế thấp, nhưng đường, và cả phụ phẩm nước mật, là thức ăn của người và gia súc,
có giá cao, nên ethanol biến chế từ đường có giá thành cao hơn ethanol sản xuất từ tinh
bột. Theo lý thuyết, cứ 1 tấn đường sucrose sản xuất được 678 lít ethanol, tuy nhiên hiệu
năng cao nhất hiện nay là 587 lít. 1 tấn đường đen cho 562 lít ethanol, 1 tấn đường cát cho
587 lít. Thân mía chứa khoảng 10-15% đường sucrose, thân cây sorgho- đường khoảng
15-23% sucrose, còn củ- cải- đường khoảng 16-18% sucrose. Trung bình, tại các nhà máy
đường ở Hoa Kỳ, cứ sản xuất 100 kg đường thì cho ra 25 lít nước mật (molasse), nước
mật có độ đường 49.2%.
Tại Hoa Kỳ, trung bình cứ 1 tấn mía (thân) sản xuất được 81 lít ethanol, 1 tấn nước
mật (molasse) cho 289 lít ethanol. Năng suất mía trung bình toàn quốc ở Hoa Kỳ là 65
tấn/ha, cho khoảng 3.90 tấn đường. Riêng tại Hawaii năng suất tới 170 tấn thân mía/ha (vì
mùa trồng dài hơn). Với các giống mía “di-truyền-biến-cải” (GM, genetically modified)
tại Brazil, năng suất tới 240 tấn mía/ha, với độ đường 14.6%. Năng suất mía tại Việt Nam
khoảng 35 đến 50 tấn mía/ha. Trung bình 1 ha mía tại Brazil sản xuất được 5,600 lít
ethanol, 1 ha củ cải đường tại Pháp sản xuất 6,700 lít ethanol, và 1 ha bắp ở Hoa Kỳ sản
xuất 3,000 lít ethanol. Năng suất mía và đường ở Brazil tăng gấp đôi trong thời gian 30
năm 1975-2005, nhờ trồng giống cải thiện, nhất là các giống mía “biến-cải-di-truyền”
ngày nay.
2.1.2 Từ tinh bột
Để sản xuất ethanol từ tinh bột, tinh bột trước hết phải được điều chế thành đường,
rồi từ đó mới lên men rượu. Hạt bắp chứa khoảng 70-72% tinh bột, hạt sorgho khoảng 6870%, gạo 70-80%. Muốn vậy, hạt ngũ cốc được xay nghiền thành bột, pha với nước, nấu
ở 70°C (để biến thành đường) rồi nấu chín ở 100-110°C (vừa diệt trùng vừa thêm đường),
để nguội rồi trộn men, cho lên men 48 giờ ở nhiệt độ 36°C. Men dùng thường là vi nấm
Saccharomyces cerevisiae, Aspergillus oryzae, Mucor, Rhizopus, vi khuẩn Zymomonas
Khoa Công nghệ hóa học

Trang 16


Xăng sinh học- Sản xuất xăng sinh học

mobilis. Sau đó, dùng máy ly tâm tách rời chất hèm để làm thức ăn gia súc. Phần chất
lỏng, có độ cồn (rượu) 5-15%, được chưng cất ở lò chưng nhiều tầng để tăng độ cồn. Để
đạt độ cồn 99.9%, trước đây dùng benzene và cyclohexane (đắt tiền, không tái sử dụng
được, và độc gây bệnh) để loại nước. Kỹ thuật ngày nay dùng “chất sàng phân tử”
(molecular sieve, như silica gel, zeolite, hút thấm nước nhưng không hút rượu, vì rượu có
phân tử lớn hơn) thay thế, rẻ tiền và hiệu quả hơn. Việt nam có mỏ Zeolite (một loại sét) ở
vùng Lâm Đồng.
Một kỹ thuật mới được áp dụng hiệu quả hơn, không cần phải nấu tinh bột (tiết
kiệm năng lượng) là sử dụng một loại men (yeast) mới, giúp lên men biến tinh bột thành
đường ở nhiệt độ 32°C. Trung bình, cứ 1 tấn bắp sản xuất được 409 lít ethanol.
2.1.3 Từ chất xơ
Chất xơ để sản xuất ethanol nói chung là cellulose, hemicellulose, lignin trong
thân lá, rơm rạ, trấu, gỗ, v.v. Cellulose là đường polysaccharide, có công thức (C 6H10O5)n,
mà số n biến thiên từ 7,000 đến trên 15,000 phân tử glucose. Hemicellulose cũng là
đường polysaccharides chứa khoảng 200 đơn vị đường, là thành phần của màng tế bào
thực vật. Cây thực vật chứa khoảng 33% cellulose, gỗ khoảng 50%, riêng sợi bông vải
(cotton) 90%. Động vật ăn cỏ, mối (termite) tiêu hoá được cellulose nhờ vi-sinh-vật sống
cọng sinh trong bao tử (như Cellulomonas), một số vi khuẩn có khả năng biến cellulose ra
đường, nhờ chúng sản xuất enzyme cellulase biến cellulose ra đường.
Vì vậy, để biến cellulose thành rượu, bắt chước theo bộ tiêu hoá của động vật ăn cỏ
và mối, trước hết phải biến hoá cellulose ra đường đơn giản như hexose, pentose, bằng
thuỷ phân (hydrolysis) nhờ một số acid (như trong dịch vị) và enzyme cellulase.
Hemicellulose tương đối dễ dàng biến thành đường-chứa-5C như Xylose (C 5H10O5),
nhưng xylose không biến chế thành ethanol được. Cũng vậy, với kỹ thuật hiện tại, chưa có
cách biến lignin ra ethanol. Vì vậy trước tiên phải loại lignin và hemicellulose, chỉ còn lại
thành phần cellulose. Loại lignin bằng sulfuric acid đậm đặc, hay bằng đun sôi trong nước
với sodium carbonate, hay butanol. Cellulose sau đó cho lên men với cellulase ở nhiệt độ
khoảng 71°C trong vài ngày để biến thành đường.
Hiện tại, sản xuất enzyme cellulase để biến cellulose thành đường khá phức tạp,
tốn kém, chiếm khoảng 40% chi phí sản xuất rượu vì gồm 3 loại cellulases:
(i) Endo-p-glucanase, 1,4-ß-D-glucan glucanohydrolase, CMCase, phá huỷ các cầu
của chuỗi cellulose để biến thành đường glucose và oligo-saccharide.

Khoa Công nghệ hóa học

Trang 17


Xăng sinh học- Sản xuất xăng sinh học

(ii) Exo-P-glucanase, 1,4-ß-D-glucan cellobiohydrolase, Avicelase, C1: biến thành
đường cellobiose (C12).
(iii) ß-glucosidase, cellobiase: thuỷ phân đường cellobiose thành glucose.
Vi nấm Trichoderma sản xuất nhiều endo-ß-glucanase và exo-ß-glucanase, nhưng
rất ít ß-glucosidase, ngược lại Aspergillus sản xuất nhiều endo-ß-glucanase và ßglucosidase, nhưng ít exo-ß- glucanase. Vì vậy, muốn có nhiều hiệu quả phải tuyển chọn
nhiều dòng nấm. Kết quả cho biết dòng nấm Trichoderma reesei QM-9414 có hiệu quả tốt
nhất trong việc biến cellulose thành đường. Trong số dòng này, tuyển chon lại thành dòng
KY-746. Phương pháp sản xuất enzyme cellulase từ men Trichoderma reesei dòng KY746 hữu hiệu và tương đối rẻ tiền và được sử dụng hiện nay. Ngày nay nhiều công ty sản
xuất men rượu dùng kỹ thuật “biến-cải-di-truyền” tạo được nhiều dòng men sản xuất
enzyme cellulase, xylanase và hemicellulase.
Nguyên liệu chứa nhiều thành phần cellulose như bã mía (41% là cellulose), rơm
lúa (35%), gỗ (40-50%) được thái nhỏ trước khi khử với NaOH (nồng độ khoảng 1 – 1.2
N) ở nhiệt độ 45°C trong 24 giờ, tiếp theo là rửa trong nước ấm để loại chất lignin. Dung
dịch cellulose được cho lên men với Trichoderma reesei để biến cellulose thành đường.
Hiệu năng biến chế thành rượu ethanol từ chất xơ còn kém, chưa có hiệu quả kinh
tế nhiều ở kỹ thuật hiện nay, vì sản xuất cellulase còn rất mắc, thời gian lên men lâu nên
dễ bị nhiễm trùng làm hư cả bồn lên men. Để tăng hiệu quả lên men biến các thành phần
cellulose, lignin trong nguyên liệu thực vật thành xăng-sinh-học, các nhà vi sinh học đã
thành công cấy vào bộ máy di truyền (genome) của vi khuẩn Escherichia coli thêm 2 gen
của vi khuẩn Zymomonas mobilis để giúp lên men chất đường và tinh bột thành ethanol,
và một gen của vi khuẩn Acinetobacter baylyi để biến chất dầu trong thực vật thành
diesel-sinh-học. Với kỹ thuật hiện tại, biến rơm rạ của lúa và ngũ cốc ra xăng-sinh-học
chưa kinh tế. Các nhà khoa học Đài Loan thành công trong phòng thí nghiệm biến chế
ethanol từ rơm lúa, cứ mỗi 10 kg rơm rạ lúa biến chế được 2 lít alcohol 99.5% để pha làm
xăng-sinh-học (Taipei Times, 19/2/2008), nhưng phải mất vài năm nữa mới có thể sản
xuất thương mại quy mô. Các nghiên cứu ở Trung quốc cho thấy xăng-sinh-học sản xuất
từ rơm rạ mắc hơn xăng-cổ-sinh khoảng 250 USD/tấn. Ngày 14/1/2008, hãng General
Motors của Hoa Kỳ tuyên bố hợp tác với đại công ty sản xuất ethanol Coskata để bắt đầu
sản xuất quy mô ethanol từ thân bắp vào cuối năm 2008, và kể từ 2011 sẽ sản xuất 50 –
100 triệu gallons/năm, với giá 1 USD/gallon.

Khoa Công nghệ hóa học

Trang 18


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 2 phần:
Phần 1: Sản xuất ethanol
Phần 2 : Sản xuất xăng truyền thống từ nhiên liệu hóa thạch
Sau đó thực hiện phối trộn để cho ra xăng sinh học theo yêu cầu ban đầu (trong đó
xăng E5 gồm 5% ethanol và 95% xăng thông thường, còn xăng E10 có 10% ethanol.
Xăng sinh học từ E5 đến E25 được gọi là hỗn hợp ethanol thấp, từ E30 đến E85 là hỗn
hợp ethanol cao).
Riêng đối với xăng E100 thì thành phần gồm 100% là ethanol.

Hình 2.2.1.1 Qui trình sản xuất xăng E5
Công nghệ phối trộn bao gồm các phương pháp như: Phương pháp bơm trộn tuần
hoàn kín trong bồn (in-tank: bơm hút đáy xả đỉnh trong bồn); phương pháp phối trộn nội
dòng bằng đoạn ống lòng xoắn (static mixer) và phương pháp phối trộn tại trạm xuất xe
bồn (in-line).
Quy trình phối trộn xăng pha ethanol tổng quát được thể hiện như sau: Đầu tiên,
người ta cho chất biến tính (để đánh dấu mục đích sử dụng làm nhiên liệu - chất biến tính
được sử dụng là phân đoạn xăng trong phân đoạn chưng cất dầu thô) cùng 4 loại phụ gia
là 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 ra hỗn hợp chất biến tính đa chức năng. Sau đó trộn với
ethanol 99,5% để tạo thành hỗn hợp ethanol biến tính, sau đó 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 bộ hệ thống pha trộn E5 được thiết kế và
chế tạo, kiểm tra chạy thử ngay tại nhà máy. Khi vận chuyển về Việt Nam chỉ cần lắp
ghép cơ khí và đưa vào hoạt động một cách nhanh chóng. Hệ thống pha trộn lưu lượng
của Endress+Hauser LMS sẽ bao gồm các thành phần chính như sau :
- Thiết bị đo lưu lượng Coriolis DN80 trên đường xăng.
- Thiết bị đo lưu lượng Coriolis DN25 trên đường ethanol.
- Batch controller có tích hợp tính năng pha trộn sản phẩm ISOIL Batch controller.
Tùy theo công thức được cài đặt sẵn với tỉ lệ phối trộn cho sản phẩm xăng E5 hay
E10, hệ thống van điều khiển định lượng và van điều khiển số (digital control valve) sẽ tự
động điều khiển cho tỉ lệ phối trộn đạt độ chính xác cao nhất.
Hệ thống còn có thể được 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 bộ

1

tham khảo sơ đồ kết nối
pha trộn E5

Thiết bị thực

tế

2.3.2 Đồng hồ đo
Promass 84F
Đồng hồ đo
của Endress+Hauser
trong lĩnh vực xăng
được chứng nhận
thương mại do Tổng cục tiêu chuẩn đo lường chất lượng cấp.

lưu
lượng Coriolis
(Endress+Hauser)
lưu lượng dạng Coriolis
đã được sử dụng rộng rãi
dầu tại Việt Nam và đã
mẫu trong giao nhận

Một số điểm nổi bật của đồng hồ đo lưu lượng Coriolis của Endress+Hauser :
Độ chính 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 được nhiều thông số cùng lúc: thể tích, khối lượng, tỉ trọng, nhiệt độ do đó có
thể kiểm soát chất lượng sản phẩm.
Thiết bị phù hợp với tất cả các môi chất.
Phù hợp sử dụng trong môi trường chống cháy nổ.
Không có thiết bị cơ khí chuyển động (moving parts) nên không bị mòn từ đó giảm
thiểu phần bảo trì và 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 của nhiều tổ chức trên thế giới và Việt Nam: PTB, NMi,
METAS, BEV, NTEP, MC, STAMEQ.
Chứng nhận chống cháy nổ của nhiều tổ chức trên thế 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 của hãng Endress+Hauser là một thiết bị đo
nhiệt độ với độ chính xác cao và thiết kế chuyên dùng trong môi trường chống cháy nổ
đặc biệt trong lĩnh vực dầu khí, hóa chất.
Khoa Công nghệ hóa học

Trang 21


Xăng sinh học- Sản xuất xăng sinh học

Thiết bị đã bao gồm giếng nhiệt (thermowell) được thiết kế để chịu được điều kiện
làm việc khắc nghiệt với áp suất và nhiệt độ cao. Thiết bị còn có thể được tích hợp
transmitter với nhiều ngõ ra 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 năng pha trộn
Endress+Hauser đề xuất sử dụng thiết bị batch controller có tích hợp tính năng pha
trộn sản phẩm VEGA II của 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 bộ hoạt động pha trộn và định lượng mẻ xuất sẽ được điều khiển bởi bộ điều
khiển này. Bộ điều khiển giúp điều khiển chính xác tỉ lệ pha trộn theo công thức đã được
cài đặt sẵn
Thiết bị điều khiển batch controller của ISOIL được thiết kế để đặc biệt phù hợp
với thiết bị đo lưu lượng dạng coriolis Promass 84F của hãng Endress+Hauser với khả
năng nhận tín hiệu thể tích, khối lượng và cả tỉ trọng trên cả 2 đường xăng và đường
Ethanol, từ đó giúp việc điều khiển đạt độ chính xác cao nhất cũng như kiểm soát chất
lượng sản phẩm trong suốt quá trình định mẻ và pha trộn sản phẩm.
Thiết kế của bộ điều khiển batch controller VEGA II cho phép vận hành viên có
thể cài đặt và vận hành hệ thống một cách dễ dàng và trực quan nhất.
Bộ điều khiển phù hợp với tiêu chuẩn hoạt động trong môi trường chống cháy nổ.
Directive 94/9/EC “ATEX” (explosive atmospheres). Chứng nhận chống cháy nổ Ex d IIB
T6 Gb category II 2 G (Zone 1 and Zone 2, gas) Certificate “INERIS05ATEX0025”.
Bộ điều khiển phù hợp với tiêu chuẩn OIML R117 sử dụng trong hoạt động buôn
bán (custody transfer) tại Châu Âu và nhiều nước trên thế 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 của
hãng ISOIL để điều khiển tốc độ xuất sản phẩm. Một trong những tính năng chính của
van ISE/N là thiết bị sử dụng áp suất của chính môi chất đi qua van để điều khiển. Van
đóng mở bằng màng (diaphragm) được điều khiển bằng chính năng lượng của môi chất
trong đường ống.

Hình 2.3.5.1 Van điều khiển số nhiều tầng ( multistep) R-ISE / N (ISOIL)
Van được điều khiển bằng 2 solenoid Ex-proof hoạt động trong môi trường chống
cháy nổ (một van thường đóng NC, một van thương hở NO).
Thông thường, van sẽ được đặt sau đồng hồ trong ứng dụng xuất xe bồn hoặc trong
ứng dụng xuất sản phẩm trên đường ống cho các sản phẩm dầu mỏ và hóa chất.
Endress+Hauser đề xuất sử dụng van điều khiển nhiều cấp ISE/N của Isoil.
Van sẽ được điều khiển bởi bộ điều khiển batch controller và có thể được cấu hình
để thay đổi tốc độ phù hợp. Điều này cho phép từng bước đóng hoặc mở màng. Bằng cách
thay đổi tần số và biên độ của xung cấp trực tiếp từ flow computer, điều khiển lưu lượng
có thể được thực hiện.

Khoa Công nghệ hóa học

Trang 24


Xăng sinh học- Tiêu chí đánh giá

CHƯƠNG 3 TIÊU CHÍ ĐÁNH GIÁ (9)
Dựa theo QCVN 1:2015/BKHCN do Ban soạn thảo Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia
về xăng dầu và nhiên liệu sinh học biên soạn, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng
trình duyệt và được ban hành theo Thông tư số 22/2015/TT-BKHCN ngày 11 tháng 11
năm 2015 của Bộ trưởng Bộ Khoa học và Công nghệ.
3.1 Xăng không chì
Các chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản và phương pháp thử tương ứng của xăng không chì
được quy định trong Bảng 3.1.

T
1. Trị số octan (RON)
2. Hàm lượng chì, g/L
3. 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
4. Hàm lượng lưu huỳnh, mg/kg

5. Hàm lượng benzen, % thể tích

Khoa Công nghệ hóa học

Trang 25


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×