Luận văn Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sản xuất than lên khả năng hấp phụ chọn lọc khí CO2

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HCM KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT THAN LÊN KHẢ NĂNG HẤP PHỤ CHỌN LỌC KHÍ CO2 Giảng viên hướng dẫn: LÊ VĂN NHIỀU Sinh viên thực hiện: NGÔ THỊ QUỲNH TRANG MSSV: 08263621 Lớp: ĐHVC4 Khoá: 2008 – 2012 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2012 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HCM KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT THAN LÊN KHẢ NĂNG HẤP PHỤ CHỌN LỌC KHÍ CO2 Giảng viên hướng dẫn: LÊ VĂN NHIỀU Sinh viên thực hiện: NGÔ THỊ QUỲNH TRANG MSSV: 08263621 Lớp: ĐHVC4 Khoá: 2008 – 2012 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2012 i TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do - Hạnh phúc NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: Ngô Thị Quỳnh Trang MSSV: 08263621 Lớp: ĐHVC4 Chuyên ngành: Công nghệ Hóa vô cơ Tên khóa luận tốt nghiệp: Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sản xuất than lên khả năng hấp phụ chọn lọc khí CO2 Nhiệm vụ của khóa luận: 1. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ quá trình than hóa lên khả năng hấp phụ của than Tre. 2. Khảo sát sự ảnh hưởng của phân khúc Tre lên quá trình hấp phụ của than. 3. Khảo sát ảnh hưởng của một số loài Tre lên khả năng hấp phụ của than Tre. Ngày giao khóa luận: 12/2011 Ngày hoàn thành khóa luận: 06/2012 Giảng viên hướng dẫn: Lê Văn Nhiều ii LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc Tôi xin chân thành cảm ơn Thầy Lê Văn Nhiều đã giao đề tài và tận tình hướng dẫn, giúp đỡ Tôi hoàn thành luận văn này. Tôi xin chân thành cảm ơn các quý Thầy Cô Bộ môn Công nghệ Hóa đã truyền đạt cho tôi những kiến thức, những kinh nghiệm quý báu trong suốt thời gian học tập ở trường. Tôi cũng xin cảm ơn đến Thầy và các bạn học viên – sinh viên làm việc tại phòng thí nghiệm năng lượng sinh học, Trường đại học Bách Khoa Tp.HCM đã nhiệt tình giúp đỡ và tạo điều kiện tốt nhất để Tôi hoàn thành tốt đề tài này. Cảm ơn các bạn lớp ĐHVC4 đã cho tôi những lời khuyên, những lời động viên vô cùng quý báu. Cảm ơn gia đình, bạn bè và người thân đã giúp đỡ, hỗ trợ nhiệt tình về vật chất cũng như động viên khích lệ tinh thần cho Tôi trong quá trình học tập và thực hiện đề tài. Xin chân thành cảm ơn! iii NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. Phần đánh giá:  Ý thức thực hiện:.................................................................................................  Nội dung thực hiện: .............................................................................................  Hình thức trình bày: ............................................................................................  Tổng hợp kết quả: ............................................................................................... Điểm bằng số: ............................................ Điểm bằng chữ: ..................................... Tp. Hồ Chí Minh, Ngày 12 tháng 06 năm 2012 Giáo viên hướng dẫn iv NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. Phần đánh giá:  Ý thức thực hiện:.................................................................................................  Nội dung thực hiện: .............................................................................................  Hình thức trình bày: ............................................................................................  Tổng hợp kết quả: ............................................................................................... Điểm bằng số: ............................................ Điểm bằng chữ: ..................................... Tp. Hồ Chí Minh, Ngày tháng năm 2012 Giáo viên phản biện v MỤC LỤC MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ................................................................................... 3 1. 1. Khí sinh học .................................................................................................... 3 1.1.1. Lịch sử phát triển khí sinh học ....................................................................... 3 1.1.2. Quá trình hình thành khí sinh học .................................................................. 4 1.1.3. Tính chất của khí sinh học ............................................................................. 6 1.1.4. Tình hình sản xuất và sử dụng khí sinh học ở Việt Nam ................................ 6 1.2. Lí thuyết các quá trình hấp phụ ......................................................................... 7 1.2.1. Hấp phụ trên bề mặt chất rắn ......................................................................... 7 1.2.2. Cân bằng hấp phụ và các phương trình đẳng nhiệt hấp phụ ............................ 9 1.2.3. Một số chất hấp phụ trong công nghiệp........................................................ 12 1.3. Công nghệ nhiệt phân biomass ....................................................................... 14 1.3.1. Khái niệm .................................................................................................... 14 1.3.2. Công nghệ nhiệt phân sinh khối ................................................................... 15 1.4. Tre và than Tre ............................................................................................... 24 1.4.1. Tổng quan về Tre ......................................................................................... 24 1.4.2. Than tre ....................................................................................................... 32 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM ............................................................................. 37 2.1. Kế hoạch tiến hành thực nghiệm ..................................................................... 37 2.1.1. Khảo sát sự ảnh hưởng của nhiệt độ ............................................................. 37 2.1.2. Khảo sát sự ảnh hưởng của phân khúc Tre ................................................... 37 2.1.3. Khảo sát sự ảnh hưởng của loài.................................................................... 38 2.2. Nguyên vật liệu............................................................................................... 38 2.3. Dụng cụ thí nghiệm ........................................................................................ 38 2.4. Trình tự thí nghiệm ......................................................................................... 40 2.4.1. Mô tả quy trình thí nghiệm........................................................................... 40 2.4.2. Đo độ hấp phụ CO2, CH4 ............................................................................. 41 vi CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ......................................................... 44 3.1. Khảo sát sự ảnh hưởng của nhiệt độ ................................................................ 44 3.1.1. Kết quả quá trình than hóa Tre Gai .............................................................. 44 3.1.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ hấp phụ CO2 của than Tre Gai .................... 45 3.1.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ hấp phụ CH4 của than Tre Gai .................... 47 3.1.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ hấp phụ chọn lọc của than Tre Gai ............. 50 3.2. Khảo sát sự ảnh hưởng ảnh của các phân khúc Tre Gai................................... 53 3.3. Khảo sát sự ảnh hưởng của loài ..................................................................... 55 3.3.1. Tre Vàng Sọc (VS) ...................................................................................... 55 3.3.2. Tre Là Ngà (LN) .......................................................................................... 56 3.3.3. So sánh khả năng hấp phụ chọn lọc giữa các loài Tre................................... 57 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.......................................................... 59 4.1. Kết luận .......................................................................................................... 59 4.2. Kiến nghị ........................................................................................................ 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 61 PHỤ LỤC vii DANH MỤC BẢNG BIỂU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ................................................................................... 3 Bảng 1.1: Thành phần biogas tham khảo ................................................................. 5 Bảng 1.2: Tính chất hóa lí của khí sinh học ............................................................. 6 Bảng 1.3: So sánh hấp phụ vật lí và hấp phụ hóa học............................................... 9 Bảng 1.4: Một số phương trình hấp phụ đẳng nhiệt thông dụng ............................. 12 Bảng 1.5: Các công nghệ nhiệt phân khác nhau ..................................................... 15 Bảng 1.6: Tỉ lệ sản phẩm nhiệt phân từ những nguyên liệu khác nhau ở 500oC .... 18 Bảng 1.7: Tỉ lệ sản phẩm từ các phương pháp nhiệt phân khác nhau...................... 19 Bảng 1.8: So sánh giữa than nhiệt phân chậm và nhiệt phân nhanh ở nhiệt độ 800oC-1000oC ....................................................................................................... 19 Bảng 1.9: Ảnh hưởng của nhiệt độ lên lượng sản phẩm trong quá trình nhiệt phân chất thải rắn đô thị ................................................................................................. 20 Bảng 1.10: Ảnh hưởng của nhiệt độ lên thành phần hỗn hợp khí trong quá trình nhiệt phân chất thải rắn đô thị. ............................................................................... 20 Bảng 1.11: Phân bố tre nứa theo các vùng địa lý.................................................... 25 Bảng 1.12: Thành phần hóa học của Tre ................................................................ 27 Bảng 1.13 : Tỉ lệ sản phẩm thu được sau quá trình than hoá ở 500oC ..................... 36 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM ............................................................................. 37 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ......................................................... 44 Bảng 3.1: Khối lượng của mẫu trước và sau khi than hóa ...................................... 44 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.......................................................... 59 viii DANH MỤC HÌNH ẢNH CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ................................................................................... 3 Hình 1.1: Các loại đường hấp phụ ......................................................................... 10 Hình 1.2: Mô hình đơn giản hóa quá trình nhiệt phân ............................................ 15 Hình 1.3: Nguyên lý của thiết bị phản ứng dòng liên tục ....................................... 22 Hình 1.4: Nguyên lý của thiết bị phản ứng tầng sôi tuần hoàn ............................... 22 Hình 1.5: Nguyên lý của thiết bị phản ứng nung chân không ................................. 23 Hình 1.6: Nguyên lý của thiết bị phản ứng xoáy dòng. .......................................... 23 Hình 1.7: Thành phần nguyên tố của Tre ............................................................... 27 Hình 1.8 : Tre gai ................................................................................................ 30 Hình 1.9 : Tre Gai Mỡ .......................................................................................... 30 Hình 1.10: Tre Là Ngà ........................................................................................ 30 Hình 1.11: Tre Vàng Sọc ...................................................................................... 30 Hình 1.12: Than Tre dạng nguyên liệu ............................................................. 32 Hình 1.13: Than Tre dạng bánh ........................................................................... 32 Hình 1.14: Sản phẩm lỏng thu được từ quá trình nhiệt phân .................................. 36 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM ............................................................................. 37 Hình 2.1 : Thiết bị than hóa. .................................................................................. 39 Hình 2.2: Tủ sấy. ................................................................................................... 39 Hình 2.3: Cân phân tích 4 số.................................................................................. 39 Hình 2.4: Quy trình thực nghiệm ........................................................................... 40 Hình 2.5: Mô hình thiết bị than hóa ....................................................................... 41 Hình 2.6: Mô hình thiết bị đo độ hấp phụ của than ................................................ 42 Hình 2.7: Thiết bị đo độ hấp phụ của than ............................................................. 43 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ......................................................... 44 Hình 3.1: Biến thiên lượng than của từng phân khúc Tre Gai theo nhiệt độ than hóa .............................................................................................................................. 44 Hình 3.2: Độ hấp phụ CO2 ở 25oC của than phần gốc Tre Gai ............................... 45 ix Hình 3.3: Độ hấp phụ CO2 ở 25oC của than phần thân Tre Gai .............................. 46 Hình 3.4: Độ hấp phụ CO2 ở 25oC của than phần ngọn Tre Gai ............................. 47 Hình 3.5: Độ hấp phụ CH4 ở 25oC của than phần gốc Tre Gai ............................... 48 Hình 3.6: Độ hấp phụ CH4 ở 25oC của than phần thân Tre Gai .............................. 48 Hình 3.7: Độ hấp phụ CH4 ở 25oC của than phần ngọn Tre Gai ............................. 49 Hình 3.8: Độ hấp phụ chọn lọc ở 25oC của than phần gốc Tre Gai......................... 50 Hình 3.9: Độ hấp phụ chọn lọc ở 25oC của than phần thân Tre Gai ....................... 51 Hình 3.10: Độ hấp phụ chọn lọc ở 25oC của than phần ngọn Tre Gai .................... 52 Hình 3.11: Kết quả hấp phụ chọn lọc của than tương ứng với từng phân khúc Tre Gai ở 25oC ............................................................................................................. 53 Hình 3.12: Kích thước của hai phân tử CH4 và CO2............................................... 54 Hình 3.13: Độ hấp phụ CO2, CH4 của than Tre Vàng Sọc ở 25oC .......................... 55 Hình 3.14: Độ hấp phụ CO2, CH4 của than Tre Là Ngà ở 25oC .............................. 56 Hình 3.15: Kết quả hấp phụ chọn lọc của than các loài Tre ở 25oC ........................ 58 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.......................................................... 59 1 MỞ ĐẦU Cùng với sự phát triển kinh tế, nhu cầu năng lượng của thế giới ngày càng tăng. Trong khi đó, hầu hết nguồn năng lượng phục vụ để phát triển kinh tế, xã hội đều xuất phát từ dầu mỏ, vì vậy nguồn dầu mỏ ngày càng cạn kiệt. Theo dự đoán vào khoảng năm 2050, cả thế giới sẽ lâm vào tình trạng khủng hoảng về năng lượng, giá dầu sẽ tăng rất cao. Rõ ràng trong những năm gần đây, giá dầu thô trên thế giới đã tăng nhanh làm cho giá xăng dầu trong nước biến động và bất ổn gây ảnh hưởng không nhỏ đến nền kinh tế, đời sống ở nước ta. Để hạn chế vấn đề này, thế giới cần phải hướng đến các nguồn năng lượng thay thế khác, giảm bớt sự phụ thuộc vào dầu mỏ và năng lượng hoá thạch. Nguồn năng lượng khác có thể thay thế mà loài người nghĩ tới là năng lượng hạt nhân, nhưng nguồn năng lượng này đã gặp phải sự phản đối vì tính chất nguy hiểm, rủi ro cao khi các lò phản ứng hạt nhân có thể nổ tung. Vì vậy, việc nghiên cứu tìm ra các nguồn năng lượng mới thay thế cho nguồn năng lượng hóa thạch, năng lượng hạt nhân nhằm đảm bảo an ninh năng lượng và giảm thiểu ô nhiễm đang là vấn đề nóng bỏng của nhiều quốc gia trên thế giới. Những nguồn năng lượng có thể thay thế là: nước, mặt trời, gió, thủy triều, và biomass. Trong đó biomass là một trong những nguyên liệu sản xuất nhiên liệu quan trọng và sẽ thay thế cho nguồn năng lượng hóa thạch trong tương lai. Biomass là nguồn nguyên liệu đứng thứ ba (sau dầu mỏ và than đá). Theo ủy ban ô nhiễm môi trường hoàng gia Anh (RCEP), năng lượng biomass có thể kiểm soát được và hoàn toàn chủ động được trong quá trình sản xuất vì chúng rất phong phú đa dạng và phân bố rộng khắp trên thế giới, nhất là đối với các nước đang phát triển có nền kinh tế phụ thuộc vào nông lâm nghiệp. Điều này rất phù hợp với điều kiện, hoàn cảnh ở Việt Nam. Việt Nam nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa, nông lâm nghiệp, chăn nuôi phát triển đa dạng và phân bố rộng khắp cả nước. Đây chính là nguồn nguyên liệu vô cùng to lớn mà chưa được khai thác triệt để và có những thời điểm chính những nguồn nguyên liệu này lại là nhân tố gây ô nhiễm môi trường. Vì vậy cần phải tiến hành nghiên cứu và dần đi vào khai thác triệt để nguồn 2 nguyên liệu này góp phần giảm thiểu sự tác động xấu lên môi trường, đồng thời góp phần giải quyết vấn đề năng lượng hiện nay,