Nhung hieu biet va tinh chat tong hop va ung dung ethanol sinh hoc va

Views:
 
Category: Education
     
 

Presentation Description

Những hiểu biết về tính chất, tổng hợp và ứng dụng ethanol sinh học và dầu diesel sinh học

Comments

Presentation Transcript

Slide 1:

BIOETHANOL

Giới thiệu:

Giới thiệu Cùng với sự gia tăng của các nguồn năng lượng thay thế khác nhau như: năng lượng hạt nhân, năng lượng mặt trời, năng lượng gió… năng lượng sinh học cũng đang được ưu tiên phát triển ở nhiều quốc gia, nhất là các nước công nghiệp. Nhiên liệu sinh học được sử dụng dưới các dạng khác nhau như: - dạng khí : biogas, hydro … - dạng rắn : cũi, gỗ, rơm, trấu, mùn cưa, than bùn … - dạng lỏng : ethanol sinh học, desiel sinh học …

Quy trình sản xuất chung:

Quy trình sản xuất chung

Bioethanol từ tinh bột:

Bioethanol từ tinh bột L ên men

Quá trình nấu:

Quá trình nấu Mục đích Tiệt trùng : hạn chế thấp nhất lượng vi khuẩn có hại bằng cách nấu . Giải phóng các đường liên kết và dextrin Giảm nhớt : trong quá trình hồ hóa , độ nhớt giảm xuống để dịch đi tiếp sang các quá trình tiếp theo.

Quá trình đường hóa:

Quá trình đường hóa Mục đích : cắt nhỏ dextrin, giảm bớt công việc của glucoamylase Sử dụng : Enzyme α-amylase Cơ chế : Dextrin có chiều dài mạch thay đổi nhiều . Tuy nhiên , mạch càng ngắn công việc còn lại càng ít cho enzyme glucoamylase . Glucoamylase có thể thủy phân α-1,6 mạch nhánh nhưng ở tốc độ chậm hơn nhiều . Công việc của glucoamylase là chuyển hóa trực tiếp mạch dextrin thành glucose.

Quá trình lên men:

Quá trình lên men Mục đích : chuyển đường thành ethanol nhờ sự hoạt động của tác nhân vi sinh vật là nấm men C 6 H 12 O 6 -> 2 C 2 H 5 OH + 2 CO 2 Điều kiện - N hiệt độ tối ưu nằm trong khoảng 28-32 0 C - pH tối ưu để tạo ethanol là 4.5-5.0 - N ồng độ dịch đường được giới hạn ở 22% khối lượng

Quá trình làm khan 1. Chưng cất chân không:

Quá trình làm khan 1. Chưng cất chân không Dưới áp suất chân không, hỗn hợp nước-ethanol sẽ có những điểm đẳng phí như sau:

Slide 11:

2. Sử dụng chất hút nước Có thể dùng các chất hút nước như Clorua Canxi khan, vôi . ( hiệu suất và năng suất thấp ) 3. Thẩm thấu qua màng Dựa trên nguyên tắc sử dụng màng có khả năng hút nước cao, có khả năng thẩm thấu ngược để tách nước ra khỏi hỗn hợp các cấu tử. Sau khi qua màng ta sẽ được 2 dòng: dòng ethanol khan và dòng ethanol có nồng độ thấp . Dòng ethanol có nồng độ thấp được đưa tới tháp chưng cất để thu hồi ethanol . Quá trình làm khan

Slide 12:

4 . Chưng cất đẳng phí Nguyên tắc của phương pháp là cho thêm cấu tử thứ ba vào nhằm thay đổi độ bay hơi tương đối của hai cấu tử trong hệ ban đầu. Cấu tử thứ ba thường dùng là Benzen, Cloroform hoặc Toluene … 5 . Phương pháp rây phân tử Dựa trên khả năng hấp phụ chọn lọc của rây Cấu tử có kích thước nhỏ hơn kích thước lỗ sàng sẽ được hấp phụ vào bên trong, còn các cấu tử có kích thước lớn hơn sẽ đi qua bề mặt của nó. Kích thước động học của nước là 2,75 A o < 3A 0 Kích thước động học của ethanol là 3,95 A o > 3A o Quá trình làm khan

Bioethanol từ Cellulose:

Bioethanol từ Cellulose

Tiền xử lý:

Tiền xử lý Li gnin C ùng với hemicellulose tạo thành cấu trúc mô vững chắc. Những mô được bền hóa với lignin tương tự như nhựa được gia cố bằng sợi, trong đó lignin đóng vai trò kết dính những sợi cellulose. H emicellulose C ũng như lignin, hemicellulose tạo thành lớp bảo vệ xung quanh cellulose “ Nghiên cỨu công nghỆ và thiẾt bỊ liên tỤc xỬ lý rơm rẠ bẰng hơi nưỚc đỂ lên men ethanol”

Quy trình:

Quy trình Cellulase Tiền xử lý Đường hóa Lên men Chưng cất Bioethanol Cellulose Làm khan

Phương pháp tiền xử lý:

Phương pháp tiền xử lý Phương pháp hóa học : Dùng tác chất acid Dùng tác chất base Dùng tác chất dung môi Phương pháp cơ học Phương pháp nổ hơi

Phương pháp tiền xử lý:

Dùng tác nhân acid: g ồm các phương pháp - X ử lý với acid loãng - B ơm hơi nước có acid và nổ hơi có acid . (t rong đó, acid sulfuric thường được sử dụng) Dùng tác nhân base: chủ yếu là dùng NaOH Dùng tác nhân khác D ung môi như ethanol, methanol, acetone … để hòa tan lignin Phương pháp tiền xử lý

Phương pháp cơ học:

Phương pháp cơ học Quá trình nổ hơi nước là một quá trình cơ – hóa – nhiệt. → ph á vỡ cấu trúc các hợp phần với sự giúp đỡ của nhiệt ở dạng hơi (nhiệt), lực cắt do sự giãn nở của ẩm (cơ), và thủy phân các liên kết glycosidic (hóa).

Quá trình đường hóa:

Mục đích T hủy phân cellulose và cả hemicellulose thành glucose . Sử dụng: hệ enzyme cellulase. Quá trình đường hóa

Quá trình lên men:

Lên men ethanol C 6 H 12 O 6  2 C 2 H 5 OH + 2CO 2 + Q Xúc tác : Men Saccharomyces cerevisiae hoặc vi khuẩn Zymomonas . Quá trình lên men

Bioethanol từ Tảo:

Ưu điểm - Khả năng quang hợp cao - Đ a dạng sinh học lớn - S ản xuất sinh khối nhanh chóng ( vi sinh vật ) Các loại vi tảo đã được nghiên cứu: Chlorella, Dunaliella, Chlamydomonas, Scenedesmus, Arthrospira, Spirulina.. Các loài này chứa một lượng lớn tinh bột và glycogen Bioethanol từ Tảo

Bioethanol từ Tảo:

Bioethanol từ Tảo

Bioethanol từ Tảo:

Bioethanol từ Tảo

Công nghệ sinh học cho nhiên liệu xanh:

Bioethanol là nhiên liệu sinh học phổ biến nhất , chiếm trên 90% tổng các loại nhiên liệu sinh học đã được sử dụng , với ưu điểm : nồng độ cồn trên 99,5% có trị số octan cao không gây ô nhiễm môi trường được sản xuất từ nguồn nguyên liệu dồi dào là sản phẩm , phụ phẩm của nông nghiệp . Ethanol là một nhiên liệu tiềm năng , có thể được sử dụng như năng lượng thay thế hoặc thay thế 1 phần ( pha trộn với xăng thành hỗn hợp E5, E10…) để giảm sự phát thải khí nhà kính , đang được nhiều quốc gia quan tâm , nghiên cứu sản xuất và khuyến khích sử dụng . Công nghệ sinh học cho nhiên liệu xanh

Công nghệ sinh học cho nhiên liệu xanh:

Nhiên liệu sinh học nói chung, nhiên liệu bioethanol nói riêng sẽ có một vị trí quan trọng trong bức tranh toàn cảnh về năng lượng của thế giới, trong tình hình giá dầu mỏ ngày càng tăng và bất ổn, đặc biệt là hiện tượng hiệu ứng nhà kính, sự biến đổi khí hậu nghiêm trọng do khí thải của quá trình sử dụng nhiên liệu hóa thạch. Công nghệ sinh học cho nhiên liệu xanh

Công nghệ sinh học cho nhiên liệu xanh:

Do đó, vấn đề đặt ra là phải nghiên cứu, cải tiến quá trình sản xuất bioethanol sao cho hiệu quả nhất từ nguồn nguyên liệu sinh khối chứa nhiều trong phụ phẩm nông nghiệp (vỏ trấu, mùn cưa, rơm rạ, lục bình …) – một nguồn nguyên liệu dồi dào và rẻ tiền ở một nước nông nghiệp như nước ta. Công nghệ sinh học cho nhiên liệu xanh

Slide 27:

BIODIESEL 27

BIODIESEL LÀ GÌ?:

BIODIESEL LÀ GÌ? Theo tiêu chuẩn ASTM thì Biodiesel (Diesel sinh học) được định nghĩa: “là các mono alkyl Ester của các acid mạch dài có nguồn gốc từ các lipit có thể tái tạo lại như: dầu thực vật, mỡ động vật, được sử dụng làm nhiên liệu cho động cơ diesel”.  28

LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN:

LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN Bắt đầu được sản xuất khoảng giữa năm 1800: chuyển hóa dầu thực vật để thu Glycerol ứng dụng làm xà phòng, các phụ phẩm là methyl hoặc ethyl Ester gọi chung là biodiesel. 10/08/1893 lần đầu tiên Rudolf Diesel đã sử dụng Biodiesel do ông sáng chế để chạy máy. 1900 Diesel đã biểu diễn động cơ dùng dầu Biodiesel chế biến từ dầu phụng (lạc).  Thập kỷ 90, Pháp đã triển khai sản xuất Biodiesel từ dầu hạt cải. Và được dùng ở dạng B5 và B30. 29

BIODIESEL TRÊN THẾ GIỚI:

BIODIESEL TRÊN THẾ GIỚI 30 (*) Data source: IEA Energy Statistics © OECD/International Energy Agency, 2011

BIODIESEL Ở VIỆT NAM:

BIODIESEL Ở VIỆT NAM 31 Chính phủ đã đặt mục tiêu dùng biodiesel thay thế 5% dầu diesel từ năm 2016 - 2025. Số xe động cơ diesel chiếm > 20% thị trường ôtô mới tại Việt Nam. K hó khăn : công nghệ - thiết bị, công suất nhỏ, tiêu hao nhiều năng lượng, giá thành cao , nhiều rào cản từ chính sách thông tin của các nhà sản xuất xe.

ƯU ĐIỂM CỦA BIODIESEL:

ƯU ĐIỂM CỦA BIODIESEL Được sản xuất từ nguồn nguyên liệu tái sinh. Dễ dàng phân hủy sinh học (gấp 4 lần so với diesel, phân huỷ từ 85 - 88% trong nước sau 28 ngày) Giảm thiểu ô nhiễm môi trường, hiệu ứng nhà kính: Cháy sạch hơn 75% so với diesel truyền thống. Giảm: 90% hàm lượng hydrocacbon không cháy, 50% CO 2 trong khí thải, 50% khả năng phá hủy tầng ozon. SO 2 bị loại bỏ hoàn toàn khi sử dụng động cơ biodiesel. Giảm nguy cơ độc hại đến sức khỏe con người (B20,B100) 32

ƯU ĐIỂM CỦA BIODIESEL:

ƯU ĐIỂM CỦA BIODIESEL Về mặt kỹ thuật: Rất linh động, có thể trộn với diesel theo bất kỳ tỷ lệ nào. Có điểm chớp cháy cao hơn diesel, đốt cháy hoàn toàn, an toàn trong bồn chứa và sử dụng. Tính bôi trơn tốt, chỉ số cetan cao hơn Diesel . Khi sử dụng không cần cải tiến bất kỳ chi tiết nào của động cơ. Về mặt kinh tế: Tận dụng nguồn phế phẩm, các nguyên liệu có giá trị thấp  thúc đẩy nông nghiệp phát triển. 33

NHƯỢC ĐIỂM:

NHƯỢC ĐIỂM Việc sử dụng nhiên liệu chứa > 5% biodiesel có thể gây: ăn mòn chi tiết động cơ, tạo cặn trong bình nhiên liệu. T 0 đông đặc của biodiesel thường cao hơn nhiều so với diesel -> ảnh hưởng khi sử dụng ở những nơi có thời tiết giá lạnh. Dễ bị oxy hóa, gây khó khăn trong việc bảo quản. Nguồn nguyên liệu chưa ổn định, giá thành khá cao. 34

NGUYÊN LIỆU:

NGUYÊN LIỆU Dầu thực vật Mỡ động vật Dầu thải chiên rán Vi tảo 35

PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT :

PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT 36 Phương pháp vi nhũ tương Phương pháp nhiệt phân Phương pháp pha loãng Phương pháp transester hóa

PHƯƠNG PHÁP PHA LOÃNG:

PHƯƠNG PHÁP PHA LOÃNG Dầu mỡ có độ nhớt cao (11-17 lần so với diesel thông thường) -> phải phối trộn với nhiên liệu diesel hoặc các dung môi như ethanol . P ha loãng dầu hạt hướng dương với nhiên liệu diesel ở tỷ lệ thể tích 1:3 : là 4.88 cSt. Hỗn hợp 1:1 của dầu nành và dung môi stoddard có độ nhớt 5.12 cSt ở 38 0 C.  Nhược điểm: gây hiện tượng bám muội than ở vòi phun khi sử dụng động cơ trong thời gian dài. 37

PHƯƠNG PHÁP THỦY NHIỆT:

PHƯƠNG PHÁP THỦY NHIỆT Dầu dừa và dầu cọ đã được cracking , sử dụng xúc tác SiO/Al 2 O 3 ở 450 0 C -> nhiên liệu có khối lượng phân hủy nhỏ hơn.  Nhược điểm: Rất khó điểu khiển do có nhiều pu xảy ra khi dùng nhiệt và tạo nhiều phản ứng phụ. Thải ra nhiều bụi. Phải loại bỏ Oxy sau quá trình nhiệt phân. 38

PHƯƠNG PHÁP VI NHŨ TƯƠNG:

PHƯƠNG PHÁP VI NHŨ TƯƠNG V i nhũ tương hóa với dung môi như methanol, ethanol và 1-butanol -> ↓ độ nhớt. H ệ nhũ tương : 53% tinh dầu hướng dương, 13.3% ethanol và 33.4% 1-butanol (thể tích) -> độ nhớt là 6.31 cSt ở 40 0 C, chỉ số cetane là 25 và độ tro thấp hơn 0.01% .  Thời gian dài: vòi phun không ổn định, có muội than ở van, nhiên liệu cháy không hoàn toàn. 39

PHƯƠNG PHÁP TRANSESTER HÓA:

PHƯƠNG PHÁP TRANSESTER HÓA Phản ứng transester hóa: 40 Yếu tố ảnh hưởng : Loại xúc tác (acid, kiềm , enzyme). Tỉ lệ mol rượu / dầu , t 0 . Hàm lượng nước , hàm lượng acid béo tự do.

Qui trình sản xuất Biodiesel (Aleks Kac-2006):

Qui trình sản xuất Biodiesel (Aleks Kac-2006) Loại nước Trộn methanol Kết thúc qt acid hóa Trộn methanoxide Pu tạo glycerol lớp đáy và methyl ester Glycerol lắng hoàn toàn Công đoạn 8 Mỡ chảy hoàn toàn

Sản xuất biodiesel từ dầu Jatropha:

Sản xuất biodiesel từ dầu Jatropha 42

Sản xuất biodiesel từ dầu Jatropha:

Sản xuất biodiesel từ dầu Jatropha 43

Sản xuất biodiesel từ vi tảo:

Sản xuất biodiesel từ vi tảo 44

Sản xuất biodiesel từ vi tảo:

Sản xuất biodiesel từ vi tảo 45 Bảng so sánh các thuộc tính giữa biodiesel từ vi tảo với diesel thông thường Thuộc tính Biodiesel từ vi tảo Diesel Tiêu chuẩn biodiesel ASTM Khối lượng riêng(kg/L) 0.864 0.838 0.84-0.90 Độ nhớt (mm 2 /s, 40 0 C) 5.2 1.9-4.1 3.5-5.0 Điểm phát cháy ( 0 C) 115 75 100 (max) Điểm đông đặc ( 0 C) -12 -50-10 - Chỉ số acid (mg KOH/g) 0.374 0.5 (max) 0.5 (max) Giá trị nhiệt năng 41 40-45 - Tỷ lệ H/C 1.81 1.81 -

CÁC CHỈ TIÊU CHẤT LƯỢNG:

CÁC CHỈ TIÊU CHẤT LƯỢNG 46 Property Test Method Limits Units Calcium and magnesium combined EN14538 5 max ppm Flash point D93 93.0 min °C Water and sediment D2709 0.050 max vol % Kinematic viscosity, 40°C D445 1.9-6.0 mm 2 /s Sulfated ash D874 0.020 max % mass Sulfur D5453 0.0015 max (S15) 0.05 max (S500) % mass Copper strip corrosion D130 0.020 max - Cetane number D613 47 min - Cloud point D2500 Report to customer °C Carbon residue a D4530 0.050 max % mass Acid number D664 0.50 max mg KOH/g Free glycerin D6584 0.020 % mass Total glycerin D6584 0.240 % mass Phosphorus content D4951 0.001 max % mass Distillation temperature, 90% recovered (T90) b D1160 360 max °C Oxidation stability EN15751 3 min hours Cold Soak filterability D7501 360 max c seconds Alcohol control - One of the following must be met: (1) Methanol content EN14110 0.2 max vol % (2) Flash point D93 130 min °C ASTM D6751 (B100)

CÁC CHỈ TIÊU CHẤT LƯỢNG:

CÁC CHỈ TIÊU CHẤT LƯỢNG 47 ASTM D7467 (B6-B20) Property Test Method Limits Units Acid number D664 0.3 max mg KOH/g Viscosity at 40°C D445 1.9-4.1 a mm 2 /s Flash point D93 52 b °C Cloud point D2500 Report to customer °C Distillation temperature, 90% evaporated D86 343 °C Ramsbottom carbon residue on 10% bottoms D524 0.35 max % mass Sulfur D5453 0.0015 max (S15) 0.05 max (S500) % mass Cetane number D613 40 min c - Ash content D482 0.01 % mass Water and sediment D2709 0.050 max % mass Copper corrosion 3 h at 50°C D130 No. 3 - Biodiesel content D7371 6-20 % (V/V) Oxidation stability EN15751 6 min Hours Lubricity at 60°C D6079 520 max d micron One of the following must be met: (1) Cetane index D976 40 min - (2) Aromaticity D1319 35 max -

authorStream Live Help