Nghiên cứu chuyển hóa dầu thực vật thải thành nhiên liệu lỏng sử dụng xúc tác FCC và hydrotanxit

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN ÁN

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

MỞ ĐẦU

1. CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1. XU THẾ PHÁT TRIỂN NĂNG LƢỢNG TÁI TẠO. NHIÊN LIỆU TỪ SINH KHỐI

1.1.1. Nguồn sinh khối chứa oxy

1.1.2. Nguồn sinh khối chứa hydrocacbon

1.2. NHIÊN LIỆU SINH HỌC (BIOFUEL)

1.2.1. Giới thiệu chung về nhiên liệu sinh học

1.2.2. Nhu cầu về phát triển nhiên liệu sinh học từ các nguồn sinh khối

1.2.3. Giới thiệu một số loại nhiên liệu sinh học chính

1.3. MỘT SỐ QUÁ TRÌNH CHUYỂN HÓA TRIGLYXERIT CÓ TRONG DẦU MỠ ĐỘNG THỰC VẬT THÀNH NHIÊN LIỆU SINH HỌC

1.3.1. Quá trình trao đổi este triglyxerit để tạo biodiesel

1.3.2. Quá trình hydrocracking triglyxerit để tạo diesel xanh

1.3.3. Quá trình cracking triglyxerit

1.4. XÚC TÁC FCC VÀ XÚC TÁC FCC THẢI CỦA NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT

1.4.1. Thành phần và tích chất xúc tác FCC

1.4.2. Xúc tác FCC đã qua sử dụng của Nhà máy lọc dầu Dung Quất và khả năng tái sử dụng

1.4.3. Các phƣơng pháp tái sinh xúc tác FCC thải

1.4.4. Một số nghiên cứu tái sinh xúc tác FCC cho quá trình cracking

1.5. XÚC TÁC TRÊN CƠ SỞ HYDROTANXIT CHO PHẢN ỨNG DECACBOXYL HÓA TRIGLYXERIT VÀ AXIT BÉO

1.5.1. Thành phần và cấu trúc của hydrotanxit

1.5.2. Xúc tác trên cơ sở hydrotanxit cho phản ứng decacboxyl hóa triglyxerit và axit béo

1.6. NHẬN XÉT CHUNG

2. CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. THIẾT BỊ VÀ HÓA CHẤT SỬ DỤNG

2.1.1. Nguyên liệu và hóa chất

2.1.2. Thiết bị nghiên cứu

2.2. QUI TRÌNH TÁI SINH XÚC TÁC FCC THẢI CỦA NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT

2.2.1. Quy trình tái sinh xúc tác FCC thải bằng phƣơng pháp đốt cốc và chiết kim loại gây ngộ độc bằng dung dịch axit oxalic, axit lactic và axit citric

2.2.2. Quy trình tách kim loại gây ngộ độc ra khỏi xúc tác FCC thải sau khi đốt cốc bằng dung dịch axit oxalic 5% để tạo xúc tác FCC tái sinh (FCC-TS)

2.2.3. Quy trình chiết đồng thời cốc và kim loại gây ngộ độc xúc tác FCC thải bằng dung dịch oxalic pha trong dung môi xylen

2.3. QUY TRÌNH TRAO ĐỔI NaY VÀ NaZSM-5 THÀNH HY, LaHY VÀ HZSM-5

2.3.1. Chuẩn bị Zeolit LaHY

2.3.2. Chuẩn bị Zeolit HZSM-5

2.3.3. Phối trộn pha hoạt tính HZSM-5 và LaHY với FCC-TS

2.4. XỬ LÝ NGUYÊN LIỆU DẦU ĂN THẢI

2.5. XÁC ĐỊNH CHỈ SỐ AXIT CỦA DẦU

2.6. THỰC HIỆN PHẢN ỨNG CRACKING DẦU ĂN THẢI BẰNG XÚC TÁC FCC TÁI SINH TRONG PHA LỎNG VÀ PHA KHÍ

2.6.1. Cracking dầu ăn thải trong pha khí

2.6.2. Cracking dầu ăn thải trong pha lỏng

2.7. TỔNG HỢP HYDROTANXIT VÀ HYDROTANXIT/γ-Al2O3

2.7.1. Tổng hợp hydrotanxit Mg-Al

2.7.2. Quy trình tổng hợp hệ xúc tác 20% hydrotanxit Mg-Al/γ- Al2O3

2.7.3. Quy trình tổng hợp hệ xúc tác Ni-HT Mg-Al/γ-Al2O3

2.8. PHẢN ỨNG DECACBOXYL HÓA CÁC AXIT BÉO TRONG SẢN PHẨM CRACKING DẦU ĂN ĐÃ QUA SỬ DỤNG BẰNG HỆ XÚC TÁC HT Mg- Al/γ-Al2O3 và Ni-HT Mg-Al/γ-Al2O3

2.9. CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐẶC TRƢNG XÚC TÁC

2.9.1. Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X (XRD)

2.9.2. Phƣơng pháp tán sắc năng lƣợng tia X (EDX)

2.9.3. Phƣơng pháp hấp phụ và giải hấp phụ N 2

2.9.4. Phân tích nhiệt TG/DTA

2.9.5. Phƣơng pháp kính hiển vi điện tự truyền qua (TEM)

2.9.6. Phƣơng pháp phân tích sản phẩm bằng sắc kí khí khối phổ (GC-MS)

3. CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. NGHIÊN CỨU TÁI SINH XÚC TÁC FCC THẢI CỦA NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT ( MẪU D1506)

3.1.1. Nghiên cứu tái sinh xúc tác FCC thải bằng phƣơng pháp đốt cốc và tách kim loại gây ngộ độc bằng dung dịch axit oxalic, axit lactic và axit citric

3.1.2. Đánh giá đặc trƣng của mẫu xúc tác FCC tái sinh (FCC- TS) sau khi tách kim loại gây ngộ độc ra khỏi xúc tác FCC thải bằng dung dịch axit oxalic 5%

3.1.3. Nghiên cứu chiết đồng thời cốc và kim loại gây ngộ độc xúc tác FCC thải (mẫu D1506) bằng dung dịch oxalic pha trong dung môi xylen

3.2. ĐẶC TRƢNG ZEOLIT NaY, HY, LaHY VÀ NaZSM-5, HZSM-5

3.2.1. Đặc trƣng xúc tác của zeolit NaY, HY và LaHY

3.2.2. Đặc trƣng xúc tác NaZSM-5 và HZSM-5

3.3. NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VÀ ĐẶC TRƢNG HỆ XÚC TÁC TRÊN CƠ SỞ HYDROTANXIT Mg-Al

3.3.1. Tổng hợp và đặc trƣng xúc tác hydrotanxit Mg-Al (HT Mg-Al)

3.3.2. Tổng hợp và đặc trƣng hệ xúc tác hydrotanxit Mg-Al phân tán trên γ-Al2 O3 (HT Mg-Al/γ-Al2O3)

3.3.3. Tổng hợp và đặc trƣng hệ xúc tác Ni phân tán trên nền HT Mg-Al/γ-Al2O3 (Ni- HT Mg-Al/γ-Al2O3)

3.4. NGHIÊN CỨU PHẢN ỨNG CRACKING DẦU ĂN THẢI TRONG PHA LỎNG VÀ PHA KHÍ

3.4.1. Tính chất của dầu ăn thải đã qua xử lý

3.4.2. Nghiên cứu phản ứng cracking pha khí dầu ăn thải sử dụng xúc tác FCC-TS + HZSM-5 và FCC-TS + LaHY

3.4.3. Nghiên cứu phản ứng cracking pha lỏng dầu ăn thải sử dụng xúc tác FCC-TS

3.5. NGHIÊN CỨU PHẢN ỨNG DECACBOXYL HÓA CÁC AXIT BÉO CÓ TRONG SẢN PHẨM SAU CRACKING SỬ DỤNG XÚC TÁC TRÊN CƠ SỞ HYDROTANXIT

3.5.1. Nghiên cứu phản ứng decacboxyl hóa các axit béo có trong sản phẩm sau cracking bằng hệ xúc tác HT Mg-Al/γ-Al2O3

3.5.2. Nghiên cứu phản ứng decacboxyl hóa các axit béo có trong sản phẩm sau cracking bằng hệ xúc tác Ni-HT Mg-Al/γ-Al2O3

THẢO LUẬN CHUNG

ĐIỂM MỚI CỦA LUẬN ÁN

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về nghiên cứu chuyển hóa dầu thực vật thải thành nhiên liệu lỏng

Nghiên cứu chuyển hóa dầu thực vật thải thành nhiên liệu lỏng là một trong những lĩnh vực quan trọng trong công nghệ năng lượng tái tạo. Việc sử dụng dầu thực vật thải không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường mà còn tạo ra nguồn nhiên liệu lỏng có giá trị. Các nghiên cứu hiện tại tập trung vào việc sử dụng xúc tác FCC và hydrotanxit để tối ưu hóa quá trình chuyển hóa này. Điều này không chỉ giúp nâng cao hiệu suất chuyển hóa mà còn giảm thiểu chi phí sản xuất.

1.1. Khái niệm về chuyển hóa dầu thực vật thải

Chuyển hóa dầu thực vật thải là quá trình biến đổi các thành phần có trong dầu mỡ thải thành các sản phẩm nhiên liệu lỏng. Quá trình này thường sử dụng các phương pháp như cracking, hydrocracking và decacboxyl hóa để tạo ra các hydrocacbon có giá trị.

1.2. Tầm quan trọng của nghiên cứu này

Nghiên cứu này không chỉ giúp giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường mà còn góp phần vào việc phát triển nguồn năng lượng tái tạo. Việc sử dụng dầu thực vật thải làm nguyên liệu cho sản xuất nhiên liệu lỏng sẽ giảm thiểu sự phụ thuộc vào nguồn năng lượng hóa thạch.

II. Vấn đề và thách thức trong chuyển hóa dầu thực vật thải

Mặc dù có nhiều lợi ích, nhưng việc chuyển hóa dầu thực vật thải cũng gặp phải nhiều thách thức. Các vấn đề như hiệu suất chuyển hóa thấp, sự hiện diện của các tạp chất trong dầu thải và chi phí sản xuất cao là những yếu tố cần được giải quyết. Đặc biệt, việc lựa chọn xúc tác phù hợp là rất quan trọng để tối ưu hóa quá trình chuyển hóa.

2.1. Các vấn đề về hiệu suất chuyển hóa

Hiệu suất chuyển hóa dầu thực vật thải thường không đạt yêu cầu do sự hiện diện của các tạp chất như axit béo tự do và các hợp chất oxy hóa. Điều này làm giảm khả năng hoạt động của xúc tác và ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm cuối cùng.

2.2. Chi phí sản xuất và tính khả thi

Chi phí sản xuất nhiên liệu lỏng từ dầu thực vật thải thường cao hơn so với nhiên liệu truyền thống. Việc tìm kiếm các phương pháp tiết kiệm chi phí và tối ưu hóa quy trình sản xuất là rất cần thiết để nâng cao tính khả thi của dự án.

III. Phương pháp nghiên cứu chuyển hóa dầu thực vật thải

Nghiên cứu chuyển hóa dầu thực vật thải thường sử dụng các phương pháp như xúc tác FCC và hydrotanxit. Các phương pháp này giúp tối ưu hóa quá trình chuyển hóa và nâng cao hiệu suất sản xuất nhiên liệu lỏng. Việc nghiên cứu và phát triển các hệ xúc tác mới cũng là một trong những hướng đi quan trọng.

3.1. Sử dụng xúc tác FCC trong chuyển hóa

Xúc tác FCC (Fluid Catalytic Cracking) là một trong những phương pháp phổ biến nhất trong ngành công nghiệp lọc dầu. Việc sử dụng xúc tác FCC trong chuyển hóa dầu thực vật thải giúp tăng cường hiệu suất và giảm thiểu chi phí sản xuất.

3.2. Vai trò của hydrotanxit trong quá trình chuyển hóa

Hydrotanxit là một loại xúc tác có khả năng hoạt động tốt trong các phản ứng decacboxyl hóa và hydrodeoxy hóa. Việc sử dụng hydrotanxit trong nghiên cứu này giúp nâng cao chất lượng sản phẩm và tăng cường hiệu suất chuyển hóa.

IV. Ứng dụng thực tiễn và kết quả nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc chuyển hóa dầu thực vật thải thành nhiên liệu lỏng có thể đạt được hiệu suất cao khi sử dụng các hệ xúc tác phù hợp. Các sản phẩm thu được từ quá trình này không chỉ có chất lượng tốt mà còn đáp ứng được nhu cầu thị trường. Việc áp dụng công nghệ này trong thực tiễn sẽ góp phần vào việc phát triển bền vững.

4.1. Kết quả từ nghiên cứu thực nghiệm

Các thí nghiệm cho thấy hiệu suất chuyển hóa dầu thực vật thải thành nhiên liệu lỏng có thể đạt tới 90% khi sử dụng xúc tác FCC tái sinh. Điều này cho thấy tiềm năng lớn của công nghệ này trong việc sản xuất nhiên liệu sinh học.

4.2. Ứng dụng trong ngành công nghiệp

Công nghệ chuyển hóa dầu thực vật thải thành nhiên liệu lỏng có thể được áp dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp năng lượng. Việc sử dụng nguồn nguyên liệu tái tạo này sẽ giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường và đáp ứng nhu cầu năng lượng ngày càng tăng.

V. Kết luận và tương lai của nghiên cứu

Nghiên cứu chuyển hóa dầu thực vật thải thành nhiên liệu lỏng sử dụng xúc tác FCC và hydrotanxit mở ra nhiều triển vọng cho ngành công nghiệp năng lượng. Việc phát triển các hệ xúc tác mới và tối ưu hóa quy trình sản xuất sẽ là những yếu tố quyết định cho sự thành công của công nghệ này trong tương lai.

5.1. Tương lai của công nghệ chuyển hóa

Công nghệ chuyển hóa dầu thực vật thải sẽ tiếp tục phát triển và hoàn thiện. Việc nghiên cứu các hệ xúc tác mới và cải tiến quy trình sản xuất sẽ giúp nâng cao hiệu suất và giảm thiểu chi phí.

5.2. Định hướng nghiên cứu tiếp theo

Các nghiên cứu tiếp theo nên tập trung vào việc phát triển các phương pháp mới để tối ưu hóa quá trình chuyển hóa và nâng cao chất lượng sản phẩm. Điều này sẽ giúp công nghệ chuyển hóa dầu thực vật thải trở nên khả thi và bền vững hơn trong tương lai.

Nghiên cứu chuyển hóa dầu thực vật thải thành nhiên liệu lỏng với xúc tác FCC và hydrotanxit