Nhiên liệu sinh học (Bioethanol) In E-mail
.gif "Matcuoi (97)")
Tại sao tôi chọn vì nước mình là nước nông nghiệp, thành phần thải bỏ sau thu hoạch rất nhiều và hoàn toàn lên men để tạo ethanol được ví dụ như rơm rạ, phế phẩm thực phẩm, tre nứa và đặc biệt là vỏ trấu… Vậy thì nguyên liệu cho quá trình mình đã có và có rất nhiều.
Theo tôi được biết thì ở Việt Nam hiên nay chưa có nhà máy nào sản xuất Ethanol có độ tinh khiết cao. Vấn đề là ở chỗ Ethanol sau khi lên men chỉ đạt tối đa 10% thể tích nên yêu cầu đối với các nhà công nghệ là làm sao để tinh chế được ethanol đạt đến độ tinh khiết 99,98%. Tại sao cần độ tinh khiết như thế vì sản phẩm ethanol tạo ra được pha trộn với xăng tùy tỉ lệ ethanol pha vào mà có các tên gọi trên thế giới như E10, E85…mà nếu có nước với tỉ lệ >1% điều dễ hiểu là các động cơ của các máy không hoạt động được.
Tôi nghĩ ở trong nước vấn đề lên men tạo ethanol là hoàn toàn làm được, còn lại tinh chế ethanol phải cần vào công nghệ ở nước ngoài. Và hiện nay các nước đang ethanol từ phế phẩm nông nghiệp như Mỹ, Hàn Quốc, Brazil và thậm chí Thái Lan, Trung Quốc, Philippin đã sản xuất được Ethanol để mà pha trộn với xăng.
Giá trị của Ethanol mà trộn vào xăng thì tính kinh tế thế nào các bạn đã biết.
+ Cho em hỏi như vậy là:
Nguyên liệu đầu là Bioethanol
Nồng độ đầu: 10% thể tích
Nồng độ cuối: 99,98%
Như vậy cần phải chưng cất hay sao vậy? em cần hỏi thêm về một số tính chất hóa lý của Bioethanol.
* Thực ra Bioethanol cũng là Ethanol thôi. Nên mọi tính chất cũng giống Ethanol.
Hỗn hợp Ethanol và nước có điểm đẳng phí ở 96% kl ethanol. Nên không thể dùng chưng cất thông thường để thu được độ tinh khiết của ethanol >96%.
Hiện nay, được biết trên thế giới các công ty sản xuất thường áp dụng các phương pháp sau:
1. Chưng cất đẳng phí (Azeotropic Distillation): trong phương pháp này lại có hai cách thực hiện: dùng một tác nhân để tách hỗn hợp đẳng phí (a material separation agent) thường dùng cho ethanol-water là Benzene (cũng được gọi là Entrainer). Cách thứ hai là dùng nhiều tháp chưng cất với áp suất khác nhau (Pressure Swing Distillation) de di chuyển điểm đẳng phí, đối với hỗn hợp này thường co hai tháp: tháp đầu áp suất nhỏ (0.3 atm) hơn tháp sau (1 atm).
2. Rây phân tử (Molecular Sieve Technology): nguyên lý của phương pháp này là phân tách dựa trên áp suất hấp phụ chênh lệch(Pressure Swing Adsorption), khi đó hỗn hợp Ethanol-Water sẽ được hóa hơi và nhập liệu vào thiết bị rây phân tử và quá trình phân tách sẽ xảy ra trên bề mặt của Zeolites (loại 3A). Loại này có kích thước lỗ khoảng 0.4 nm sẽ "nhốt" phân tử hơi nước có kích thước <0.4 nm và phân tử Ethanol >0.4 nm như thế sẽ được tách ra. Về cấu tạo của thiết bị hoàn toàn giống thiết bị hấp phụ, gồm: tháp bên trong người ta đổ Zeolite vào và cho hỗn hợp đẵ hóa hơi đi qua. Và dĩ nhiên tính ưu việt ở đây của Zeolite là có thể sử dụng được nhiều lần bằng cách giải hấp (deabsortion).
3. Lọc membrane (Membrane Technology): phương pháp này hiện nay đang trên đà nghiên cứu vì nó co nhiều ưu điểm. Thông dụng hiện nay là công nghệ lọc Zeolite Membrane. Về nguyên tắc thì cũng giống như phương pháp Rây phân tử, chỉ có khác là cấu tạo của vật liệu lọc không chỉ có Zeolite ma Zeolite được phủ trên bề mặt của một loại vật liệu nền (Ceramic support), ngoài ra cấu tạo của thiết bị lọc cũng khác, Zeolite membrane giống như thiết bị truyền nhiết ống chùm, ở đó các Zeolite membrane là các ống được gắn thành chùm và lồng vào trong vỏ, dòng hỗn hợp nhập liệu sẽ di bên ngoài ống, các phân tử nước sẽ đi qua lõi loc Zeolite membrane nhờ động lực của quá trình là chênh lệch giữa áp suất nhập liệu bên ngoài lõi lọc (áp suất dư) và bên trong lõi là áp suất chân không. Phân tử Ethanol sẽ được tách ra phía ngoài ống lọc (phía vỏ của thiết bị).
Trên đây, chỉ sơ lược cho ban biết qua về các phương pháp tinh chế Ethanol để đạt tiêu chuẩn quốc tế pha trộn với xăng la >99.95% (v/v) Ethanol.
+ Bác cho em hỏi là Bác đang ứng dụng kỹ thuật nào cho research của Bác và kết quả đến đâu rồi được không?
* Hiện nay tôi đang nghiên cứu phương pháp kết hợp (Hybrid Technology) giữa Zeolite membrane và chưng cất (Distillation). Và hiển nhiên đây cũng là phương pháp mới đang được thử nghiệm ở các công ty trên thế giới và đặc biệt là ở Mỹ. Về kết quả thì trên mô phỏng đã có được độ tinh khiết của ethanol và đang tiến hành chạy thử nghiệm trên thiết bị thí nghiệm.
+ Em hiểu về chưng cất 2 tháp như sau: khi dùng 2 tháp, tháp đầu áp suất nhỏ, và tháp sau áp suất lớn, như thế có thể nâng cao nồng độ sản phẩm Ethanol lên.
Em không hình dung được(do chưa từng biết qua) là khi dùng phương pháp kết hợp (Hybrid Technology) giữa Zeolite membrane và chưng cất thì sơ đồ và nguyên tắc hoạt động như thế nào . Có phải là cho nguyên liệu qua tháp Zeolite membrane trước rồi sẽ qua giai đoạn chưng cất 2 tháp không ạ.
Nếu có hình chụp thiết bị mô phỏng thì tốt quá, cảm ơn rất nhiều.
* Trước tiên phương pháp kết hợp hiện nay lọc trước, chưng cất sau hay ngược lại đều đang được thử nghiệm và đều khả thi, không nhất thiết trước hay sau. Thường khi sử dụng phương pháp kết hợp thì sẽ không áp dụng chưng cất hai tháp nữa mà có thể áp dụng chưng cất thông thường. Ví dụ nếu chưng cất trước thì thu được sản phẩm đỉnh là hỗn hợp azeotrope và sau đó dẫn hỗn hợp này qua bộ phận lọc zeolite membrane sẽ thu được độ tinh khiết > 99% ethanol. Nếu có thời gian bạn nên xem lại giản đồ T-x của hỗn hợp Ethanol-Nước ở các áp suất khác nhau, bạn sẽ rõ hơn về phương pháp Pressure Swing Distillation.
Kế tiếp xin trả lời bạn hỏi về “công nghệ màng” như sau:
Ở đây tôi không dùng thuật ngữ “công nghệ màng” vì liên quan đến nhiều lĩnh vực, nên tôi chỉ gọi là kỹ thuật hay công nghệ lọc màng hay lọc membrane là chính xác.
Bạn đã nhận định đúng, lọc là lọc mà thiết bị truyền nhiệt là truyền nhiệt. Ở đây tôi chỉ mô tả cấu tạo hai thiết bị này giống nhau về nguyên lý cấu tạo thôi. Để hiểu thêm chi tiết xin bạn đọc thêm "Pervaporation -Membrane Technology".
+ Tôi có đôi điều này chưa được sáng tỏ, anh Hiếu ạ: Phương pháp mà anh đang nghiên cứu trong phòng TN thì hiện đã được nhiều Công ty trên TG thử nghiệm, liệu anh có lạc quan mà nói sẽ tạo ra được giải pháp công nghệ gì hoàn hảo hơn họ ?
* Thực ra, công nghệ trộn pha xăng với ethanol để giảm bớt nhập khẩu nhiên liệu thì các nước phát triển đã làm từ lâu. Và hiện nay các nước Châu Á cũng đang tiến hành sản xuất Ethanol.
Về giải pháp kỹ thuật thì không có cái nào là hoàn hảo cả. Chỉ có thể nói đến là vấn đề kinh tế là làm sao giảm chi phí sản xuất để giảm giá thành sản phẩm thôi.
Phương pháp mà các công ty đang tiến hành thử nghiệm và cũng là dự án của tôi và Giáo sư tôi cũng là đang nghiên cứu để đạt mục đích vừa nêu.
+ Vấn đề năng lượng bây giờ đúng là đang nóng bỏng .Về các giải kinh tế để giảm giá thành sản phẩm thì tôi nghĩ là chưa nhất thiết phải bàn lúc này.
Vấn đề chính là giải pháp công nghệ thì...khi nghĩ tới ethanol có độ tinh khiết tới 99,98% tôi cũng ...nổi da gà rồi. Tôi không biết nhiều về mảng này , nhưng cũng biết vật liệu Zeolite đang là modern nghiên cứu bây giờ...đó là 1 lợi thế cho anh vì tôi nghĩ công trình này phụ thuộc nhiều vào khả năng của màng Zeolite ...nội
Theo em được biết thì nhóm nghiên cứu của PGS Trần Khắc Chương Khoa Công nghệ hóa học trường ĐH BKHCM đang nghiên cứu đề tài sản xuất ethanol nguyên chất phục vụ cho việc sản xuất xăng sinh học sử dụng nguồn khoáng sản Zeolite ở Lâm Đồng phải không ạ ! Hiện tại, nhóm đã hoàn chỉnh quy trình công nghệ và thiết kế, chế tạo mô hình thử nghiệm sản xuất cồn tuyệt đối đạt công suất khoảng 100 kg/ngày và sử dụng loại hóa chất do chính nhóm chế tạo. Một cách khái quát có thể tạm xem là hiểu phần nguyên lý của quá trình , song em có một yêu cầu nho nhỏ là anh
anh Hiếu có thể miêu tả rõ chu trình chưng cất bằng hình ảnh được không ạ !
* Thứ nhất: hiện nay ở các nước như đã nêu đã sản xuất được ethanol có độ tinh khiết >99,5% và không có gì mà ngạc nhiên. Và hiện nay công nghệ Zeolite-membrane hay Zeolite-membrane kết hợp với chưng cất là nhũng công nghệ tiên tiến đang được thử nghiệm và áp dụng.
Thứ hai: tôi cũng đã đọc bài báo của nhóm nghiên cứu do PGS Trần Khắc Chương thực hiện và công nghệ này được gọi là công nghệ "Molecular Sevies" như tôi đã nêu. Và công nghệ này đã và đang được áp dụng ở các công ty sản xuất Ethanol trên thế giới. Nhóm nghiên cứu đang hướng đến mục tiêu là áp dụng công nghệ này ở Việt Nam. Cũng xin nói là ở Việt Nam chưa sản xuất được Ethanol có độ tinh khiết như trên và tôi hy vọng sẽ với công nghệ của PGS Chương được áp dụng ở trong nước.
Thứ ba: với hướng nghiên cứu của nhóm Giáo sư tôi là công nghệ kết hợp giữa Zeolite-Membrane và chưng cất. Về hình ảnh thì tôi đang có nhiều qui trình mô tả hệ thống.
Xăng sinh học
chocolatenoir
Teppi
Linear Mode
