Luận Văn Thạc Sĩ: Nghiên Cứu Quá Trình Nhiệt Phân Nhanh Biomass Bằng Thiết Bị Tầng Sôi

• Tác giả: Đặng Minh Châu
• Người hướng dẫn: TS. Ngô Thanh An
• Trường học: Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ thuật hóa dầu
• Đề tài: Nghiên cứu quá trình nhiệt phân nhanh biomass bằng thiết bị tầng sôi
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

• NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT LUẬN VĂN
• LỜI CAM ĐOAN
• DANH MỤC HÌNH ẢNH
• DANH MỤC BẢNG BIỂU
• DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
• 1. CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
• 1.1. Tình hình dầu nhiệt phân trên thế giới
• 1.2. Sản xuất và tiêu thụ dầu nhiệt phân trên thế giới và Việt Nam
• 1.3. Tính cấp thiết của đề tài
• 2. CHƯƠNG 2: ĐẶC ĐIỂM NGUYÊN LIỆU VÀ QUÁ TRÌNH NHIỆT PHÂN
• 2.1. Đặc điểm nguyên liệu bã cà phê
• 2.1.1. Đặc tính nhiệt phân của cellulose
• 2.1.2. Đặc tính nhiệt phân của hemicellulose
• 2.1.3. Đặc tính nhiệt phân của lignin
• 2.1.4. Các thành phần khác
• 2.2. Quá trình nhiệt phân
• 2.2.1. Nhiệt phân chậm (slow pyrolysis)
• 2.2.2. Nhiệt phân trung bình (intermediate pyrolysis)
• 2.2.3. Nhiệt phân nhanh (fast pyrolysis)
• 2.2.4. Các công nghệ nhiệt phân nhanh
• 2.2.4.1. Nhiệt phân kiểu tiếp xúc (Ablative pyrolysis)
• 2.2.4.2. Nhiệt phân nhanh kiểu tầng sôi (Fluid bed pyrolysis)
• 2.2.4.3. Nhiệt phân kiểu chân không (Vacuum pyrolysis)
• 2.2.4.4. Nhiệt phân kiểu dòng chảy ngược (Entrained flow pyrolysis)
• 2.2.5. Các yếu tố ảnh hưởng hiệu suất thu hồi lỏng
• 2.2.6. Đặc điểm sản phẩm lỏng của quá trình nhiệt phân nhanh
• 2.3. Hàm lượng oxy
• 2.4. Hàm lượng nước
• 2.5. Thành phần hóa học
• 2.6. Ảnh hưởng của bio-oil đến sức khoẻ, môi trường và độ an toàn
• 2.6.1. Nguyên liệu và hợp chất
• 3. CHƯƠNG 3: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 3.1. Vật liệu tạo tầng sôi
• 3.2. Hệ thống thí nghiệm
• 3.2.1. Hệ thống điều khiển
• 3.2.2. Lắp ráp thiết bị tầng sôi
• 3.3. Mô tả quá trình vận hành hệ thống
• 3.4. Phương pháp quy hoạch thực nghiệm
• 3.4.1. Mô hình thực nghiệm bậc 1
• 3.4.2. Các bước xây dựng quy hoạch trực giao cấp 1
• 3.4.3. Mô hình thực nghiệm bậc 2
• 3.4.4. Các bước xây dựng quy hoạch trực giao cấp 2
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM
• 4.1. Kết quả phân tích thành phần nguyên liệu
• 4.1.1. Một số tính chất nguyên liệu
• 4.1.2. TGA của nguyên liệu
• 4.1.3. TGA của mẫu than
• 4.2. Lựa chọn các khoảng khảo sát
• 4.2.1. Tốc độ nạp liệu
• 4.2.2. Lưu lượng dòng khí
• 4.2.3. Kích thước hạt biomass
• 4.3. Kết quả quy hoạch thực nghiệm
• 4.3.1. Ảnh hưởng của điều kiện khảo sát đến hiệu suất thu hồi lỏng
• 4.3.1.1. Ảnh hưởng nhiệt độ và lưu lượng khí đến hiệu suất thu hồi lỏng
• 4.3.1.2. Ảnh hưởng lưu lượng khí, kích thước hạt đến hiệu suất thu hồi lỏng
• 4.3.1.3. Ảnh hưởng nhiệt độ, tốc độ nạp liệu đến hiệu suất thu hồi lỏng
• 4.3.2. Kết quả phân tích thành phần bio-oil
• 4.3.2.1. Đặc tính vật lý của bio-oil
• 4.3.2.2. Kết quả phân tích GC-MS của mẫu bio-oil
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• 5.1. Kết luận
• PHỤ LỤC A: PHÂN TÍCH CHỈ TIÊU HÓA LÝ NGUYÊN LIỆU
• LÝ LỊCH TRÍCH NGANG

I. Giới thiệu về quá trình nhiệt phân nhanh biomass

Nhiệt phân biomass là quá trình chuyển đổi sinh khối thành các sản phẩm hữu ích như dầu sinh học, khí và than trong điều kiện thiếu oxy. Thiết bị tầng sôi được sử dụng để tối ưu hóa quá trình này nhờ khả năng truyền nhiệt và khối lượng hiệu quả. Kỹ thuật hóa dầu đóng vai trò quan trọng trong việc ứng dụng các sản phẩm từ nhiệt phân vào công nghiệp năng lượng và hóa chất. Nghiên cứu này tập trung vào việc tối ưu hóa quá trình nhiệt phân nhanh sử dụng thiết bị tầng sôi để sản xuất nhiên liệu sinh học từ biomass.

1.1. Tổng quan về nhiệt phân biomass

Nhiệt phân biomass là phương pháp chuyển đổi sinh khối thành các sản phẩm hữu ích như dầu sinh học, khí và than. Quá trình này được thực hiện trong điều kiện thiếu oxy, giúp giảm thiểu phát thải khí nhà kính. Thiết bị tầng sôi được sử dụng để tối ưu hóa quá trình nhiệt phân nhờ khả năng truyền nhiệt và khối lượng hiệu quả. Kỹ thuật hóa dầu đóng vai trò quan trọng trong việc ứng dụng các sản phẩm từ nhiệt phân vào công nghiệp năng lượng và hóa chất.

1.2. Ứng dụng của thiết bị tầng sôi

Thiết bị tầng sôi là công nghệ tiên tiến được sử dụng trong quá trình nhiệt phân nhanh để tối ưu hóa hiệu suất sản xuất dầu sinh học. Thiết bị này giúp kiểm soát tốt các yếu tố như nhiệt độ, lưu lượng khí và kích thước hạt biomass. Công nghệ nhiệt phân sử dụng thiết bị tầng sôi đã được chứng minh là hiệu quả trong việc sản xuất nhiên liệu sinh học từ các nguồn biomass khác nhau.

II. Phương pháp nghiên cứu và thực nghiệm

Nghiên cứu này sử dụng thiết bị tầng sôi để thực hiện quá trình nhiệt phân nhanh trên biomass. Các yếu tố như tốc độ nạp liệu, nhiệt độ, lưu lượng khí và kích thước hạt được điều chỉnh để tối ưu hóa hiệu suất thu hồi sản phẩm lỏng. Quy hoạch thực nghiệm được áp dụng để xác định các điều kiện tối ưu. Kết quả cho thấy hiệu suất thu hồi dầu sinh học đạt 45,02% ở điều kiện tối ưu.

2.1. Thiết kế thí nghiệm

Thí nghiệm được thiết kế để khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố như tốc độ nạp liệu, nhiệt độ, lưu lượng khí và kích thước hạt đến hiệu suất thu hồi sản phẩm lỏng. Thiết bị tầng sôi được sử dụng để thực hiện quá trình nhiệt phân nhanh trên biomass. Quy hoạch thực nghiệm được áp dụng để xác định các điều kiện tối ưu.

2.2. Phân tích kết quả

Kết quả thí nghiệm cho thấy hiệu suất thu hồi dầu sinh học đạt 45,02% ở điều kiện tối ưu (27 v/ph, 475°C, 6 l/ph, 500 µm). Các tính chất vật lý và hóa học của bio-oil cũng được phân tích để đánh giá chất lượng sản phẩm. Công nghệ nhiệt phân sử dụng thiết bị tầng sôi đã chứng minh hiệu quả trong việc sản xuất nhiên liệu sinh học từ biomass.

III. Kết luận và ứng dụng thực tiễn

Nghiên cứu này đã chứng minh hiệu quả của thiết bị tầng sôi trong quá trình nhiệt phân nhanh để sản xuất nhiên liệu sinh học từ biomass. Kết quả cho thấy hiệu suất thu hồi dầu sinh học đạt 45,02% ở điều kiện tối ưu. Công nghệ nhiệt phân này có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp năng lượng và hóa chất, góp phần giảm thiểu phát thải khí nhà kính và thúc đẩy phát triển bền vững.

3.1. Ý nghĩa của nghiên cứu

Nghiên cứu này đã chứng minh hiệu quả của thiết bị tầng sôi trong quá trình nhiệt phân nhanh để sản xuất nhiên liệu sinh học từ biomass. Kết quả cho thấy hiệu suất thu hồi dầu sinh học đạt 45,02% ở điều kiện tối ưu. Công nghệ nhiệt phân này có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp năng lượng và hóa chất.

3.2. Ứng dụng thực tiễn

Công nghệ nhiệt phân sử dụng thiết bị tầng sôi có thể được ứng dụng trong sản xuất nhiên liệu sinh học từ các nguồn biomass khác nhau. Điều này góp phần giảm thiểu phát thải khí nhà kính và thúc đẩy phát triển bền vững. Nghiên cứu này cũng mở ra hướng đi mới trong việc tối ưu hóa quá trình nhiệt phân để sản xuất các sản phẩm hữu ích từ sinh khối.