I. Tổng quan về nhiệt phân biomass sản xuất nhiên liệu sinh học
Luận án tập trung vào nhiệt phân biomass như một phương pháp hiệu quả để sản xuất nhiên liệu sinh học. Biomass được xem là nguồn năng lượng tái tạo quan trọng, đặc biệt trong bối cảnh nguồn năng lượng hóa thạch đang cạn kiệt. Quá trình nhiệt phân được phân loại thành nhiệt phân chậm, trung bình và nhanh, trong đó nhiệt phân nhanh được ưu tiên do hiệu suất thu hồi dầu sinh học cao. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình này bao gồm nhiệt độ, thời gian lưu, kích cỡ hạt và độ ẩm của biomass.
1.1. Sinh khối và ứng dụng trong sản xuất nhiên liệu
Sinh khối là nguồn nguyên liệu chính cho quá trình nhiệt phân, bao gồm các phế phẩm nông nghiệp như bã mía, bột gỗ, rơm rạ. Việc sử dụng sinh khối không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường mà còn tạo ra nhiên liệu sinh học có thể thay thế nhiên liệu hóa thạch. Các sản phẩm từ quá trình nhiệt phân bao gồm dầu sinh học, khí và chất rắn, trong đó dầu sinh học là sản phẩm chính được ứng dụng trong ngành giao thông và sản xuất điện.
1.2. Công nghệ nhiệt phân nhanh
Công nghệ nhiệt phân nhanh sử dụng lò tầng sôi tuần hoàn để đạt hiệu suất cao. Quá trình này đòi hỏi kiểm soát chặt chẽ các thông số như nhiệt độ (thường từ 400-600°C), thời gian lưu ngắn (dưới 2 giây) và kích cỡ hạt nhỏ (dưới 2 mm). Các yếu tố này ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả thu hồi dầu sinh học và chất lượng sản phẩm.
II. Nghiên cứu mô hình toán và thực nghiệm nhiệt phân nhanh
Luận án xây dựng mô hình toán để mô phỏng quá trình nhiệt phân nhanh của bột gỗ và bã mía. Mô hình này giúp xác định kích cỡ hạt tối ưu và phân bố nhiệt độ trong quá trình nhiệt phân. Kết quả mô phỏng cho thấy kích cỡ hạt nhỏ hơn 1 mm là phù hợp để đạt hiệu suất cao. Ngoài ra, hệ số trao đổi nhiệt phức hợp trong lò tầng sôi cũng được khảo sát để tối ưu hóa thời gian phản ứng.
2.1. Mô hình toán quá trình nhiệt phân
Mô hình toán được xây dựng dựa trên phương trình vi phân dẫn nhiệt, giúp xác định phân bố nhiệt độ trong hạt sinh khối. Kết quả mô phỏng cho thấy nhiệt độ bề mặt hạt tăng nhanh trong khoảng thời gian đầu, sau đó ổn định khi đạt đến nhiệt độ phản ứng. Điều này giúp tối ưu hóa thời gian nhiệt phân và nâng cao hiệu suất thu hồi dầu sinh học.
2.2. Thực nghiệm nhiệt phân trong lò tầng sôi
Thực nghiệm được tiến hành trên hệ thống lò tầng sôi với năng suất 500 g/h. Kết quả cho thấy nhiệt độ phản ứng từ 450-500°C là tối ưu để thu hồi dầu sinh học. Các yếu tố như kích cỡ hạt, lưu lượng khí nitơ và tốc độ gia nhiệt cũng được khảo sát để đánh giá ảnh hưởng đến hiệu quả quá trình.
III. Đánh giá sản phẩm và ứng dụng nhiên liệu sinh học
Sản phẩm từ quá trình nhiệt phân nhanh được phân tích để đánh giá tính chất vật lý và thành phần hóa học. Dầu sinh học thu được có hàm lượng năng lượng cao và có thể sử dụng làm nhiên liệu thay thế. Các sản phẩm phụ như khí và chất rắn cũng được tái sử dụng để cung cấp nhiệt cho quá trình nhiệt phân hoặc làm than hoạt tính.
3.1. Tính chất vật lý và hóa học của dầu sinh học
Dầu sinh học được phân tích bằng phương pháp sắc ký khối phổ (GC/MS) để xác định thành phần hóa học. Kết quả cho thấy dầu sinh học chứa các hợp chất hữu cơ như phenol, furan và hydrocarbon, có giá trị năng lượng tương đương với dầu khoáng. Điều này khẳng định tiềm năng ứng dụng của dầu sinh học trong các ngành công nghiệp.
3.2. Ứng dụng thực tế của nhiên liệu sinh học
Dầu sinh học có thể được sử dụng làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong, sản xuất điện và cung cấp nhiệt. Ngoài ra, sau khi tinh chế, dầu sinh học còn được ứng dụng trong ngành hóa chất và dược phẩm. Việc nghiên cứu và phát triển công nghệ nhiệt phân nhanh sẽ góp phần thúc đẩy sử dụng năng lượng tái tạo và giảm thiểu ô nhiễm môi trường.
