Tài liệu Quy trình tổng hợp nguyên liệu sinh học bio hydrofined diesel từ nguyên liệu mỡ cá bằng phương pháp hydro có xúc tác

Đại học Bà Rịa-Vũng Tàu CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Khoa Hóa Học & CN Thực Phẩm Độc lập - Tự do - Hạnh phúc ----------- --------------- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM BỘ MÔN KT CHẾ BIẾN DẦU KHÍ HỌ VÀ TÊN PHAN VĂN BÁU MSSV 1052010016 NGÀNH CÔNG NGHỆ KTHH CHUYÊN NGÀNH HÓA DẦU LỚP DH10H1 1. Đề tài luận văn: QUY TRÌNH TỔNG HỢP NGUYÊN LIỆU SINH HỌC BIO HYDROFINED DIESEL TỪ NGUYÊN LIỆU MỠ CÁ BẰNG PHƢƠNG PHÁP HYDRO CÓ XÚC TÁC 2. Nhiệm vụ (yêu cầu về nội dung và số liệu ban đầu): - Nghiên cứu tổng hợp, đánh giá, lựa chọn xúc tác có hoạt tính nhằm nâng cao hiệu suất quá trình tổng hợp BHD từ mỡ cá 3. Ngày giao nhiệm vụ luận văn: …………………… 4. Ngày hoàn thành nhiệm vụ: ……………………… 5. Họ tên người hướng dẫn: Phần hướng dẫn: a/ PGS.TS. Huỳnh Quyền Toàn luận văn................................. b/Ths. Thiều Quang Quốc Việt ....... ....................................................... Nội dung và yêu cầu LVTN đã được thông qua Bộ môn. Ngày … tháng … năm 2014 CHỦ NHIỆM BỘ MÔN PHẦN DÀNH CHO KHOA, BỘ MÔN: Người duyệt (chấm sơ bộ): Đơn vị: Ngày bảo vệ: Điểm tổng kết: Nơi lưu trữ luận văn: Ngày … tháng … năm 2014 NGƯỜI HƯỚNG DẪN CHÍNH LỜI CAM ĐOAN  Em xin cam đoan rằng đây là đồ án của em, có sự hướng dẫn, giúp đỡ từ Giảng viên PGS.TS. Huỳnh Quyền, Ths.Thiều Quang Quốc Việt. Các nội dung nghiên cứu và kết quả trong đề tài này là trung thực và chính do bản thân em làm được trong quá thí nghiêm. Các thông tin thứ cấp được sử dụng trong đồ án là có nguồn gốc, được trích dẫn rõ ràng và tuân thủ các nguyên tắc. Ngoài ra, đề tài còn sử dụng một số nhận xét đánh giá cũng như số liệu của các tác giả, cơ quan tổ chức khác và cũng được thể hiện trong phần tài liệu tham khảo. Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào, em xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trước Hội đồng cũng như kết quả luận văn của mình. TP.HCM, ngày 06 tháng 07 năm 2014 SVTH Phan Văn Báu LỜI CẢM ƠN --- --- Trước tiên em xin bày tỏ lòng tri ân sâu sắc đến Thầy Giáo PGS.TS Huỳnh Quyền đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và truyền đạt nhiều kiến thức quý báu cho em trong suốt thời gian thực hiện luận văn. Xin gửi lời cảm ơn Ths. Thiều Quang Quốc Việt đã giúp đỡ, chỉ bảo em tận tình trong quá trình làm luận văn, đồng thời em xin cảm ơn quý Thầy, quý Anh đang làm việc Trung Tâm Nghiên Cứu Lọc Hóa Dầu(RPTC) – Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM đã tận tình giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành luận văn. Xin cảm ơn quý Thầy, Cô bộ môn khoa hóa học và công nghệ thực phẩm – Trường Đại Học Bà Rịa-Vũng Tàu đã tạo điều kiện cho em được học tập, nghiên cứu và trau dồi cho em những kiến thức nền tảng vững chắc trong suốt thời gian theo học tại Trường Đại Học Bà Rịa-Vũng Tàu. Xin cảm ơn quý Thầy, Cô trong hội đồng chấm luận văn đã dành chút thời gian của mình để đọc và đưa ra các nhận xét quý báu giúp em hoàn thiện hơn luận văn này. Và sau cùng là lời cảm ơn chân thành đến gia đình và bạn bè, những người luôn động viên, giúp đỡ em trong cuộc sống. Trân trọng./. TP HCM, ngày 06 tháng 07 năm 2014 Kính thư Phan Văn Báu MỤC LỤC CHƢƠNG 1. GIỚI THIỆU……………………………………………………. 1 1.1. Đặt vấn đề……………………………………………………………….. 1 1.2. Sự cần thiết của đề tài……………………………………………………. 2 1.3. Mục tiêu của đề tài………………………………………………………. 2 1.4. Nội dung nghiên cứu……………………………………………………... 3 1.5. Phương pháp nghiên cứu………………………………………………… 3 1.6. Kết quả đạt được và vấn đề tồn tại………………………………………. 3 CHƢƠNG 2. TỔNG QUAN…………………………………………………… 4 2.1. Tình hình nguồn năng lượng trên thế giới và Việt Nam………………… 4 2.1.1. Trên thế giới………………………………………………………………… 4 2.1.2. Ở Việt Nam…………………………………………………………………. 10 2.2. Tổng quan về nhiên liệu Diesel (DO)………………………………….. 17 2.2.1. Nhiên liệu Diesel (DO)……………………………………………………. 17 2.2.2. Động cơ diesel……………………………………………………………... 21 2.3. Tổng quan về nhiên liệu sinh học (NLSH)……………………………… 25 2.3.1. Khái niệm…………………………………………………………………… 25 2.3.2. Phân loại……………………………………………………………………. 25 2.4. Tổng quan về Biodiesel………………………………………………… 27 2.4.1. Khái niệm…………………………………………………………………….27 2.4.2. So sánh chất lượng của biodiesel và diesel khoáng…………………… 27 2.4.3. Ưu nhược điểm của biodiesel……………………………………………. 28 2.4.4. Tình hình sản xuất và sử dụng biodiesel……………………………….. 29 2.4.5. Các phương pháp tổng hợp biodiesel…………………………………… 31 2.5. Tổng quan về Bio-Hidrofined-Diesel (BHD) hay Biodiesel thế hệ thứ 2.. 32 2.5.1. Giới thiệu chung…………………………………………………………… 32 2.5.2. Thành phần và tính chất của BHD……………………………………… 32 2.5.3. Cơ sở lý thuyết phản ứng tổng hợp BHD………………………………. 33 i 2.5.4. Tóm tắt các nghiên cứu tổng hợp BHD trên thế giới và Việt Nam….. 36 2.6. Tổng quan về nguồn nguyên liệu……………………………………….. 37 2.6.1. Giới thiệu về dầu thực vật……………………………………………….. 37 2.6.2. Thành phần hóa học của dầu thực vật…………………………………. 38 2.6.3. Tính chất hóa lí cơ bản của dầu thực vật……………………………… 39 2.6.4. Tính chất hóa học………………………………………………………… 41 2.6.5. Các chỉ tiêu quan trọng của dầu thực vật………………………………. 43 2.6.6. Mỡ cá ba sa :……………………………………………………………… 43 2.6.7. Tiền năng nguồn nguyên liệu trên thế giới và Việt Nam……………… 46 CHƢƠNG 3. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU……………………………. 48 3.1. Phản ứng tổng hợp BHD…………………………………………………48 3.1.1. Phản ứng hydrodeoxygenation (HDO) :……………………………….. 48 3.1.2. Xúc tác :…………………………………………………………………….. 48 3.1.3. Sản phẩm :………………………………………………………………… 50 3.2. Tổng hợp xúc tác……………………………………………………….. 50 3.2.1. Thiế bị và hóa chất sử dụng…………………………………………….. 51 3.2.2. Quy trình tổng hợp xúc tác……………………………………………….. 51 3.2.3. Kiểm tra hiệu quả quá trình tổng hợp xúc tác…………………………. 52 3.3. Thực nghiệm tổng hợp BHD……………………………………………. 54 3.3.1. Thiết bị phản ứng………………………………………………………….. 54 3.3.2. Tiến hành thí nghiệm……………………………………………………… 55 CHƢƠNG 4. KẾT QUẢ, ĐÁNH GIÁ, CHỌN XÚC TÁC BIẾN TÍNH VÀ BÀN LUẬN……………………………………………………………………. 58 4.1. Kết quả nghiên cứu xúc tác……………………………………………… 58 4.1.1. Phổ XRD của xúc tác CoMo/ γ-Al2O3………………………………… 58 4.1.2. Phổ RXD của xúc tác CoMo/TiO2…………………………………….. 60 4.2. Kết quả thí nghiệm tổng hợp BHD……………………………………… 63 4.2.1. Thí nghiệm phản ứng không xúc tác……………………………………. 63 4.2.2. Thí nghiệm phản ứng với xúc tác CoMo/ γ-Al2O3............................... 64 ii 4.2.3. Thí nghiệm phản ứng với xúc tác CoMo/ TiO2………………………… 67 4.2.4. Thí nghiệm phản ứng với xúc tác CoMo/ ZrO3.................................. 68 4.2.5. Thể tích sản phẩm thu được sau phản ứng và sau khi chưng………. 70 4.3. Biến tính xúc tác………………………………………………………… 74 4.3.1. Biến tính xúc tác với kim loại Cu………………………………………. 74 4.3.2. Biến tính xúc tác với kim loại Ni………………………………………… 76 4.3.3. Thể tích sản phẩm thu được sau phản ứng và sau khi chưng………… 80 CHƢƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ……………………………….. 84 5.1. Kết luận…………………………………………………………………. 85 5.2. Kiến nghị……………………………………………………………….. 86 iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ASTM American Society for Testing and Materials BHD Bio-Hydrofined-Diesel. FAME Fatty Acide Methyl Esters GC_MS Gas Chromatography Mass Spectrometry HDN Hydrodenitogenation HDO Hydrodeoxygenation HDS Hydrodesulfurization NLSH Nhiên liệu sinh học TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam XRD X-Ray Diffraction HC Hydro cacbon KTN Khí tự nhiên iv DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2-1. Nhu cầu tiêu thụ năng lượng ở Việt Nam và TP.HC…………………. 10 Bảng 2-2. Nhu cầu tổng thể và khả năng đáp ứng các loại năng lượng sơ cấp…...15 Bảng 2-3. Mức tiêu thụ dầu diesel ở Việt Nam (ngàn tấn/năm) ………………… 16 Bảng 2-4. Các chỉ tiêu của dầu diesel ở Việt Nam……………………………… 20 Bảng 2-5. Các chỉ tiêu của dầu diesel ở một số nước lân cận………………….. 21 Bảng 2-6. Hàm lượng khí thải từ động cơ diesel………………………………… 24 Bảng 2-7. So sánh giữa nhiên liệu dầu mỏ và nhiên liệu sinh học………………. 26 Bảng 2-8. So sánh chất lượng của biodiesel và diesel khoáng………………….. 28 Bảng 2-9. So sánh các chỉ tiêu của Biodiesel và BHD…………………………. 33 Bảng 2-10. Quá trình hydrocracking ở Mỹ……………………………………… 34 Bảng 2-11. So sánh chỉ tiêu chất lượng của BHD với FAME và diesel………... 36 Bảng 2-12. Thành phần (%) các acid béo trong các loại dầu thực vật khác nhau.. 39 Bảng 2-13. Các tính chất hóa lý cơ bản của nhiên liệu diesel và dầu thực vật….. 40 Bảng 2-14. Kết quả phân tích thành phần của mỡ cá basa……………………… 44 Bảng 2-15. Các chỉ số hóa lý của mỡ cá basa…………………………………….45 Bảng 2-16. Sản lượng dầu thực vật năm năm 2001…………………………….. 47 Bảng 3-1. Các mẫu khảo sát lựa chọn xúc tác tổng hợp BHD………………….. 57 Bảng 4-1. Bảng kết quả đo một số chỉ tiêu chất lượng của sản phẩm………….. 72 Bảng 4-2. Bảng đo kết quả nhiệt trị…………………………………………….. 72 Bảng 4-3. Bảng kết quả số liệu thu được……………………………………….. 81 Bảng 4-4. Kết quả GC_MS mẫu sản phẩm sau phản ứng……………………… 82 iv DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 2-1. Tiêu thụ năng lượng của thế giới giai đoạn 1990-2040……………….. 5 Hình 2-2. Tiêu thụ năng lượng của thế giới bởi nhiên liệu giai đoạn 1990-2040…. 5 Hình 2-3. Tăng trưởng trong sản xuất KTN của nhóm nước trên thế giới…………6 Hình 2-4. Tiêu thụ than đá của các nhóm nước trên thế giới giai đoạn 2010-2040..7 Hình 2-5. Phân bố các nguồn năng lượng điện trên thế giới giai đoạn 2010-2040.. 8 Hình 2-6. Lượng CO2 phát thải từ các loại nhiên liệu trên thế giới……………… 9 Hình 2-7. Tổng năng lượng sản xuất theo dạng nhiên liệu……………………… 11 Hình 2-8. Tỷ trọng các dạng năng lượng sơ cấp cung cấp………………………. 11 Hình 2-9. Tỷ trọng tiêu thụ năng lượng theo dạng nhiên liệu…………………… 12 Hình 2-10. Cơ cấu phát điện…………………………………………………….. 13 Hình 2-11. Tỉ lệ phát thải CO2 theo dạng năng lượng…………………………… 13 Hình 2-12. Cấu tạo dộng cơ diesel 4 thì………………………………………… 22 Hình 2-13. Cấu tạo dộng cơ diesel 2 thì………………………………………… 23 Hình 2-14. Sản xuất và tiêu thụ biodiesel trên thế giới……………………………30 Hình 2-15. Cấu tạo chung của triglyceride……………………………………… 38 Hình 3-1. Mối quan hệ giữa các mô hình khác nhau được đề xuất cho giai đoạn hoạt động CoMo chất xúc tác…………………………………………………… 48 Hình 3-2. Sơ đồ hình ảnh của các giai đoạn khác nhau hiện diện trong một nhóm sulfided hổ trợ CoMo chất xúc tác……………………………………………… 49 Hình 3-3. Cơ chế cắt mạch trong phân tử triglyceride…………………………. 50 Hình 3-4. Quy trình tổng hợp xúc tác…………………………………………… 52 Hình 3-5. Thiết bị cao áp………………………………………………………. 55 Hình 3-6. Sơ đồ quy trình tổng hợp BHD………………………………………. 58 Hình 4-1. Phổ XRD của xúc tác CoMo/γ-Al2O3………………………………… 58 Hình 4-2. Phổ XRD của xúc tác CoMo/TiO2………………………………….. 60 Hình 4-3. Phổ XRD của xúc tác CoMo/TiO2 đã hoạt hóa……………………… 61 Hình 4-4. Phổ XRD của xúc tác CoMo/TiO2…………………………………… 62 Hình 4-5. Đường cong phản ứng của mỡ cá với hydro không xúc tác………….. 63 v Hình 4-6. Đường chưng cất dung dịch sau phản ứng không sử dụng xúc tác….. 63 Hình 4-7. Sản phẩm mỡ cá không xúc tác………………………………………. 64 Hình 4-8. Đường phản ứng của mỡ cá với hydro với xúc tác CoMo/γ-Al2O3….. 64 Hình 4-9. Đường chưng cất dung dịch sau phản ứng ( xt CoMo/γ-Al2O3)…….. 65 Hình 4-10. Sản phẩm sau khi chưng có sử dụng xúc tác CoMo/γ-Al2O3……….. 65 Hình 4-11. Thành phần hợp chất có trong sản phẩm …………………………… 66 Hình 4-13. Đường phản ứng của mỡ cá với hydro với xúc tác CoMo/TiO2……. 67 Hình 4-14. Đường chưng cất dung dịch sau phản ứng ( xt CoMo/TiO2)……….. 67 Hình 4-15. Sản phẩm sau khi chưng có sử dụng xúc tác CoMo/TiO2………….. 68 Hình 4-16. Đường phản ứng của mỡ cá với hydro với xúc tác CoMo/ZrO2……. 68 Hình 4-17. Đường chưng cất dung dịch sau phản ứng ( xt CoMo/ZrO2) ……… 69 Hình 4-18. Sản phẩm sau khi chưng có sử dụng xúc tác CoMo/ZrO3.................. 69 Hình 4-19. Biểu đồ thể tích sản phẩm thu được ở những khoảng nhiệt độ nhất định với các loại xúc tác khác nhau………………………………………………….. 70 Hình 4-20. Thể tích dung dịch sau phản ứng và thể tích sản phẩm thu được sau khi chưng với lượng mỡ cá ban đầu là 400ml……………………………………… 70 Hình 4-21. Tổng hợp đường cong chưng cất sản phẩm………………………… 71 Hình 4-22. Đường phản ứng của mỡ cá với hydro với xúc tác CoMo/TiO2-Cu… 74 Hình 4-23. Đường chưng cất dung dịch sau phản ứng ( xt CoMo/TiO2-Cu) ….. 75 Hình 4-24. Sản phẩm sau khi chưng có sử dụng xúc tác CoMo/TiO2-Cu………. 75 Hình 4-25. Đường phản ứng của mỡ cá với hydro với xúc tác CoMo/TiO2-Ni…. 76 Hình 4-26. Đường chưng cất dung dịch sau phản ứng ( xt CoMo/TiO2-Ni)……. 77 Hình 4-24. Sản phẩm sau khi chưng có sử dụng xúc tác CoMo/TiO2-Ni………. 77 Hình 4-28. Sản phẩm, xúc tác được lấy ra sau khi phản ứng……………………. 78 Hình 4-29. Tổng hợp đường cong chưng cất sản phẩm đã biến tính xúc tác……. 79 Hình 4-30. Biểu đồ thể tích sản phẩm thu được ở những khoảng nhiệt độ nhất định với các loại xúc tác khác nhau………………………………………………….. 80 Hình 4-31. Thể tích dung dịch sau phản ứng và thể tích sản phẩm thu được sau khi chưng với lượng mỡ cá ban đầu là 400ml………………………………………. 80 vi Luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS. HUỲNH QUYỀN CHƢƠNG 1. GIỚI THIỆU 1.1. Đặt vấn đề Trong bối cảnh hiện tại, nguồn dầu thô trên thế giới ngày càng cạn kiệt và nhu cầu về năng lượng trên thế giới ngày càng tăng, việc tìm kiếm một nguồn năng lượng thay thế là một vấn đề cấp thiết đang đặt ra cho nhiều quốc gia trên thế giới. Bên cạnh đó, vấn đề môi trường thay đổi do ảnh hưởng của hiệu ứng nhà kính đã ảnh hưởng sâu rộng đến hệ sinh thái trên toàn cầu, và ước tính mỗi năm hơn 150.000 người chết do ảnh hưởng của sự biến đổi của khí hậu [1]. Do vậy, việc nghiên cứu tìm kiếm một nguồn nhiên liệu sạch, có khả năng tái tạo để thay thế đang là một vấn đề ưu tiên hàng đầu tại nhiều nước trên thế giới và tại Việt Nam. Việc sản xuất nhiên liệu diesel sinh học đã được thương mại hóa trên thế giới bằng công nghệ chuyển hóa ester (transesterification) [2-5]. Tuy nhiên sản phẩm của quá trình này có nhiều nhược điểm, đặc biệt là độ nhớt và điểm đông đặc cao [6-8], không thỏa mãn các yêu cầu chỉ tiêu chất lượng của nhiên liệu sử dụng trong động cơ diesel. Thực tế hiện nay biodiesel chưa thể thay thế được nguồn nhiên liệu hóa thạch, việc sử dụng mới chỉ dừng lại ở hỗn hợp gồm 5% biodiesel với diesel khoáng. Mặt khác, biodiesel có tính acid cao vì vậy việc sử dụng trong động cơ có thể gây ra vấn đề ăn mòn. Do vậy, để có thể sử dụng được biodiesel cần phải thay đổi một số đặc tính về vật liệu cũng như cấu tạo của động cơ diesel hiện đang sử dụng. Đây chính là nhược điểm quan trọng của nhiên liệu diesel sản xuất bằng công nghệ chuyển hóa ester. Công cuộc tìm kiếm nguồn nhiên liệu mới sạch, tái tạo được vẫn luôn được các quốc gia trên thế giới nỗ lực không ngừng. Gần đây, một hướng nghiên cứu mới được các nhà khoa học quan tâm đó chính là quá trình xử lí hydro (hydrofining hay hydrotreating) dầu thực vật (hay mỡ động vật). Ưu điểm của quá trình này là tạo ra được nguồn nhiên liệu có bản chất hóa học hoàn toàn giống với diesel khoáng, đồng thời có những ưu điểm có phần vượt trội hơn 1 Luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS. HUỲNH QUYỀN diesel khoáng như: chí số cetane cao, hàm lượng lưu huỳnh rất nhỏ... đáp ứng được chỉ tiêu chất lượng của diesel thương phẩm. 1.2. Sự cần thiết của đề tài Là một nước nông nghiệp, nước ta có nguồn nguyên liệu dồi dào cho việc phát triển diesel sinh học như dầu dừa, dầu lạc...cùng với các loại phụ phẩm như mỡ cá, dầu hạt cao sao, đặc biệt với các dự án trồng cây Jatropha để lấy dầu. Hiện nay, hướng nghiên cứu sản xuất biodiesel bằng phương pháp xử lí hydro còn khá mới mẻ ở Việt Nam, hầu như chưa có báo cáo chính thức hay công trình nghiên cứu nào trong lĩnh vực này. Việc nghiên cứu nhiên liệu biodiesel từ nguồn dầu thự vật chỉ tập trung vào phương pháp ester hóa thông thường và quá trình này vẫn còn nhiều nhược điểm chưa giải quyết được như: chất lượng biodiesel chưa đảm bảo, việc chiết tách thu hồi methanol một hóa chất độc hại với môi trường và con người. Chính vì vậy, việc nghiên cứu sản xuất biodiesel bằn phương pháp xử lý hydro thực sự là một hướng nghiên cứu mới mẻ vừa có ý nghĩa khoa học vừa có ý nghĩa thực tiễn cao, vừa giải quyết được vấn đề năng lượng đồng thời giải quyết vấn đề môi trường trong việc sản xuất biodiesel chất lượng cao từ nguồn dầu thực vật, mỡ động vật. Không chỉ vậy, hướng đi này còn giúp tăng giá trị thặng dư của các sản phẩm nông nghiệp, xa hơn là các nguồn phế thải (dầu thải...) tạo tiền đề cho một nền nông nghiệp, công nghiệp bền vững: xanh, sạch, có hiệu quả kinh tế và thân thiện với môi trường và đáp ứng một phần nào đó về chương trình phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025 của Bộ Công Thương Việt Nam [9]. 1.3. Mục tiêu của đề tài Sản xuất nhiên liệu biodiesel thế hệ mới (BHD) có bản chất hóa học giống diesel khoáng từ nguồn nguyên liệu là dầu thực vật, mỡ động vật (cụ thể là mỡ cá) bằng phương pháp xử lý với hydro trên hệ xúc tác mới CoMo/γ-Al2O3; CoMo/TiO2; CoMo/ZrO2. 2 Luận văn tốt nghiệp 1.4. GVHD: PGS.TS. HUỲNH QUYỀN Nội dung nghiên cứu Điều chế xúc tác CoMo/γ-Al2O3; CoMo/TiO2; CoMo/ZrO2 Khảo sát hoạt tính của xúc tác đối với quá trình tổng hợp BHD từ mỡ cá. Khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố tới hiệu suất phản ứng và tính chất của sản phẩm BHD. Khảo sát sơ bộ nguyên liệu mỡ cá. 1.5. Phƣơng pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết: sưu tầm, thu thập, tổng quan tài liệu. Nghiên cứu thực nghiệm: Nghiên cứu thực nghiệm trong điều kiện phản ứng kế thừa của TS. Bùi Văn Ngọc [10], Stella Bezergianni [11] từ đó hiểu rõ được cơ chế quá trình xử lí hydro để tổng hợp BHD. Trên cơ sở kết quả đạt được sẽ hiểu được rõ hơn về cơ chế phản ứng, tương tác chất phản ứng – xúc tác, cũng như ảnh hưởng của các thong số vận hành đến hiệu quả quá trình từ đó lựa chọn được giải pháp tối ưu, cũng như xúc tác phù hợp cho quá trình. Kỹ thuật sử dụng:  Đo XRD, XRF của mẫu xúc tác  Đo GCMS xác định thành phần hidrocarbon phân đoạn sản phẩm.  Thay đổi xúc tác, điều kiện phản ứng: nhiệt độ, thời gian lưu để khảo sát phản ứng.  Đo chỉ tiêu chất lượng của sản phẩm: độ nhớt, chỉ số acid, nhiệt trị, chỉ số cetane… 1.6. Kết quả đạt đƣợc và vấn đề tồn tại Xác định được xúc tác phù hợp cho phản ứng tổng hợp Bio-Hydrofined- Diesel cho dầu mỡ động thực vật. Chỉ tiêu chất lượng sản phẩm phù hợp nhưng chỉ số acid lại cao, hàm lượng olefin và aromatic cao. Ngoài phân đoạn diesel còn thu được phân đoạn nhẹ nguyên liệu cho sản xuất xăng. 3 Luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS. HUỲNH QUYỀN CHƢƠNG 2. TỔNG QUAN 2.1. Tình hình nguồn năng lƣợng trên thế giới và Việt Nam 2.1.1. Trên thế giới Công nghiệp năng lượng chính là ngành công nghiệp then chốt, chủ đạo của mỗi nền kinh tế thế giới. Phần quan trọng nhất của nguồn năng lượng chủ yếu là nguồn năng lượng hóa thạch gốc carbon (năng lượng hóa thạch) như than đá, dầu mỏ, khí đốt. Sự tăng cường các hoạt động kinh tế, gia tăng dân số... đã làm tăng sức ép lên ngành công nghiệp năng lượng hay chính là việc khac thác, sử dụng nguồn năng lượng hóa thạch. Trong thế kỉ XX, thế giới chứng kiến sự phát triển mạnh mẽ khoa học công nghệ, kéo theo đó là sự tăng trưởng của công nghiệp và nền kinh tế thế giới. Để đạt được những thành tựu trên, loài người đã tiêu thụ một lượng lớn năng lượng, đặc biệt là năng lượng hóa thạch. Trong cân bằng năng lượng ta thấy ba dạng năng lượng sơ cấp (nhiên liệu khoáng) đóng vai trò chủ đạo là than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên. Cả ba dạng trên đều là nguồn năng lượng không tái tạo và sản lượng có hạn. Ngoài ba dạng năng lượng trên còn có các loại khác: năng lượng điện, gió, thủy triều, hạt nhân, mặt trời. Tuy nhiên các dạng năng lượng này chỉ chiếm phần nhỏ trong cân bằng năng lượng toàn cầu. Ngày nay, dần mỏ, khí thiên nhiên, than đá nếu chưa cạn kiệt vẫn giữ vai trò quan trọng trong cân băng năng lượng toàn cầu. Theo “Triển vọng năng lượng quốc tế 2013” [12], tiêu thụ năng lượng của thế giới dự báo sẽ tăng 56% từ năm 2010 đến năm 2040. Tổng số năng lượng trên thế giới tăng từ 524 nghìn triệu đơn vị nhiệt Anh (Btu) trong năm 2010 lên 630 nghìn triệu Btu năm 2020 và lên tới 820 nghìn triệu Btu vào 2040 ( hình 1). Phần lớn sự tăng trưởng trong tiêu thụ năng lượng xảy ra ở các nước ngoài Tổ chức Hợp tác và Phát triển kinh tế (ODEC) hay còn goi là các nước ngoài ODEC - nơi mà có nền kinh tế phát đang phát triển mạnh mẽ. Mức tăng ở các nước ngoài ODEC là 90% và các nước ODEC là 17%. 4 Luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS. HUỲNH QUYỀN Hình 2-1. Tiêu thụ năng lượng của thế giới giai đoạn 19902040 Tiêu thụ nhiên liệu lỏng: Hình 2-2. Tiêu thụ năng lượng của thế giới bởi nhiên liệu giai đoạn 1990-2040 Trong nhiều thập kỉ qua, dầu là nguồn năng lượng sơ cấp chủ yếu của thế giới và dự đoán nó còn tiếp tục giữ được vị trí này, chiếm khoảng 40% tổng tiêu thụ năng lượng của thế giới trong suốt thời kì 1999 tới 2020. Lượng ăng dầu và nhiên liệu lỏng thế giới sử dụng tăng đều qua các năm, từ 87 triệu thùng/ngày trong năm 2010 lên 5 Luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS. HUỲNH QUYỀN 97 triệu thùng/ngày năm 2020 và lên 115 triệu thùng/ngày vào năm 2040. Hầu hết nhiên liệu lỏng được sử dụng trong côn nghiệp và lĩnh vực giao thông vận tải. Mặc dù giá nhiên liệu liên tục tăng, việc sử dụng nhiên liệu lỏng cho giao thông vận tải tăng trung bình 1,1%/năm. Để đáp ứng được sự gia tăng này thì lượng nhiên liệu lỏng sản xuất cũng tăng 28,3 triệu thùng/ngày trong giai đoạn 2010 – 2040 bao gồm cả xăng dầu, khí thiên nhiên hóa lỏng, nhựa đường, nhiên liệu sinh học, kerozen… Mặc dù các nước công nghiệp hoá vẫn tiếp tục tiêu thụ nhiều sản phẩm dầu hơn các nước đang phát triển, song khoảng cách này đang thu hẹp khá nhanh. Năm 1999, các nước đang phát triển chỉ tiêu thụ 58% lượng dầu các nước công nghiệp hoá tiêu thụ; nhưng đến năm 2020, dự báo các nước này sẽ tiêu thụ tới 90% lượng dầu tiêu thụ bởi các nước công nghiệp hoá. Dự báo sự tăng tiêu thụ dầu ở các nước công nghiệp hoá chủ yếu sẽ xảy ra trong lĩnh vực giao thông vận tải, nơi hiện tại chưa có nguồn nhiên liệu thay thế nào có thể cạnh tranh được với dầu. Trong các nước đang phát triển, nhu cầu về dầu dự báo sẽ tăng trong tất cả các ngành vì cơ sở hạ tầng năng lượng ở các nước này đang được hoàn thiện, nên nhân dân các nước này đang chuyển từ sử dụng các nhiên liệu truyền thống như củi để sưởi ấm. nấu nướng sang điện, ga... Ngoài ra các sản phẩm hoá dầu cũng đang được sử dụng trong công nghiệp. Tiêu thụ khí tự nhiên: Hình 2-3. Tăng trưởng trong sản xuất khí tự nhiên của các nhóm nước trên thế giới giai đoạn 2010-2040 6 Luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS. HUỲNH QUYỀN Khí tự nhiên (KTN) được dự báo là nguồn năng lượng có tốc độ tăng trưởng nhanh nhất, tăng 64% từ 113 tỷ tỷ feet khối năm 2010 lên 185 tỷ tỷ feet khối năm 2040. Khí tự nhiên chiếm phần gia tăng lớn nhất trong phát điện, chiếm khoảng 43% tổng gia tăng năng lượng trong phát điện. Sử dụng KTN tăng nhanh là do nhu cầu dung làm nhiên liệu có hiều suất cao trong các nhà máy điện sử dụng tuabin khí mới, và một số nguyên nhân khác: giá cả, môi trường, an ninh năng lượng, đa dạng hóa nhiên liệu …Ngành công nghiệp và năng lượng điện chiếm 77% tổng số dự báo gia tăng KTN tiêu thụ trên thế giới. Tăng trưởng trong sản xuất khí đốt tự nhiên cũng gia tăng đáng kể. Hoa Kì và Nga dều tăng sản lượng khí đốt tự nhiên lên 12 tỷ feet khối, chiếm gần một phần ba trong tổng số gia tăng sản xuất trên thế giới. Tiêu thụ than đá: Hình 2-4. Tiêu thụ than đá của các nhóm nước trên thế giới giai đoạn 2010-2040 Trong tương lai, than vẫn là nguồn năng lượng đứng thứ 2 thế giới. Khoảng 65% sản lượng tiệu thụ than trên thế giới là để phát điện. Tiêu thụ than của thế giới bắt đầu gia tăng chậm từ thập kỉ 80 và dự đoán tiếp tục tăng. Tiêu 7 Luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS. HUỲNH QUYỀN thụ than thế giới tăng trung bình 1,3% mỗi năm, từ 147 nghìn triệu Btu trong năm 2010 lên 180 nghìn triệu Btu năm 2020 và 220 nghìn triệu Btu vào năm 2040. Tiêu thu than chủ yếu trên thế giới là Trung Quốc (47%), Hoa Kì (14%) và Ấn Độ (9%). Bởi các tác động tới môi trường của việc khác thác và đốt than đã dẫn tới lượng tiêu thụ than giảm dần từ sau năm 2025. Tương đồng với nhu cầu tiêu thụ, sản xuất than cũng tăng từ 8 tỉ tấn ngắn năm 2010 lên 115 tỉ tấn ngăn năm 2040, phản ánh xu hướng mở rộng trong những năm tới và chậm lại vào những năm tiếp sau đó. Sản xuất than tập trung ở bốn quốc gia là Trung Quốc, Hoa Kì, Ấn Độ, Úc và các nước không thuộc OECD châu Á. Tiêu thụ điện: Hình 2-5. Phân bố các nguồn năng lượng điện trên thế giới giai đoạn 2010-2040 Vấn đề an ninh năng lượng và môi trường bởi việc phát thải khí nhà kính đã thúc đẩy các chính sách tăng dự kiến các nguồn năng lượng tái tạo. Sản lượng điện của thế giới tăng 93%, từ 20,2 tỷ kW.h năm 2010 lên 39 tỷ kW.h năm 2040. Gần 80% của sự gia tăng là năng lượng gió và thủy điện. Hầu hết sự tăng trưởng trong thủy điện (82%) là ở các nước ngoài OEDC và hơn một nửa sự gia tăng năng lượng gió (52%) là ở các nước OEDC. Tiếp theo là sản xuất điện từ năng lượng hạt nhân tăng từ 2,62 tỷ kW.h năm 2010 lên 5,492 tỷ kW.h vào năm 2040. Dự báo thì tốc độ gia tăng nhanh nhất về phát điện hạt nhân sẽ là ở các nước đang 8 Luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS. HUỲNH QUYỀN phát triển, đặc biệt là các nước đang phát triển châu Á. Ở các nước này thì số lò phản ứng đang xây dựng chiếm một nửa số lò đang xây dựng trên thế giới, gồm 8 lò ở Trung Quốc, 4 ở Hàn Quốc, 2 ở Ấn Độ và 2 ở Đài Loan. Nhiên liệu hóa thạch tiếp tục cung cấp phần lớn năng lượng cho toàn thế giới. Mặc dù nhiên liệu lỏng trong đó đâu mỏ là nguồn năng lượng lớn nhất, nhưng thị phần của nó giảm từ 34% (năm 2010) xuống 28% (năm 2040), và bởi giá thành cao và sức ép lên môi trường nên xu hướng chuyển đổi sử dụng nhiên liệu lỏng được chú ý. Các nguồn năng lượng được dự báo phát triển mạnh là năng lượng tái tạo (dầu sinh học, mặt trời...) và điện hạt nhân, dự báo tăng từ 11% (năm 2010) lên 15% (năm 2040) đối với năng lượng tái tạo và tăng từ 5% (2010) lên 7% (2040) đối với điện hạt nhân. Phát thải CO2: Hình 2-6. Lượng CO2 phát thải từ các loại nhiên liệu trên thế giới giai đoạn 1990-2040 Luôn đi cùng nhu cầu sử dụng năng lượng tái tạo chính là vấn đề phát thải CO2. Ước tính 80% lượng phát thải CO2 do con người gây ra đều là kết quả của việc đốt nhiên liệu hóa thạch. Theo dự báo thì lượng phát thải CO2 tăng từ 31,2 tỷ tấn trong năm 2010 lên 36,4 tỷ tấn năm 2020 và lên 45,5 tỷ tấn vào năm 2040 và phần lớn lượng phát thải dự đoán là từ các nước không thuộc OEDC phát triển. Trong năm 2010 lượng khí thải cảu các nước không thuộc OEDC vượt qua các 9 Luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS. HUỲNH QUYỀN nước OEDC 38% và tới năm 2040 con số này dự kiến sẽ là 127%. Trong các sản phẩm đi từ dầu mỏ, nhiên liệu diesel là một sản phẩm được quan tâm hàng đầu vì nó được ứng dụng rất rộng rãi: giao thông vận tải, công nghiệp, xây dựng, nông-lâm-ngư nghiệp...Lượng diesel tiêu thụ cao gấp 6 lần lượng xăng và trong một chừng mực nào đó thì lượng diesel nói lên được sự phát triển công nghiệp và kinh tế của quốc gia. Tuy nhiên nó lại chính là nguồn nhiên liệu gây ảnh hưởng xấu tới môi trường và sức khỏe con người. 2.1.2. Ở Việt Nam Được sự quan tâm của Đảng và Chính phủ, ngành năng lượng đã có sự phát triển mạnh trong thời gian qua. Ngành năng lượng Việt Nam đã có đóng góp đáng kể cho phát triển kinh tế của đất nước, tăng trưởng công nghiệp và xuất khẩu. Việt Nam có nguồn năng lượng đa dạng như: khí, dầu, than, thủy điện, năng lượng sinh khối, năng lượng mặt trời, gió…nhưng không thật dồi dào. Thống kê Theo các chuyên gia, tiềm năng ước tính đến nay là: khoảng 4 tỷ tấn dầu quy đổi đối với dầu và khí, khoảng 6 tỷ tấn than và 20.000 MW đối với thủy điện. Khí và dầu thô được khai thác chủ yếu ngoài khơi của vùng biển phía Nam, than được khai thác chủ yếu ở phía Bắc. Từ năm 1990 Việt Nam bắt đầu xuất khẩu năng lượng. Năng lượng xuất khẩu chủ yếu là than và dầu thô [13]. Bảng 2-1. Nhu cầu tiêu thụ năng lượng ở Việt Nam và TP.HCM Nhu cầu về 2005 năng 2010 Tp.Hồ Chí lượng (triệu tấn) Xăng dầu LP Việt Nam 12,5 0,80 0 Tp.Hồ Minh Việt Nam 3,80 0,34 18 1,00 G Minh 5,5 0,42 5 10 Chí