Nghiên cứu quá trình nhiệt phân bã mía thành nhiên liệu lỏng sử dụng chất xúc tác trên cơ sở HZSM-5
Kỹ thuật hóa học
Luận án tập trung vào vấn đề cấp thiết về năng lượng và môi trường, xuất phát từ sự cạn kiệt của nhiên liệu hóa thạch và ô nhiễm do quá trình chuyển hóa chúng. Đề tài hướng đến việc tìm kiếm nguồn năng lượng mới, tái tạo và thân thiện với môi trường, đặc biệt là năng lượng sinh học từ sinh khối. Dầu sinh học sản xuất từ nhiệt phân sinh khối là giải pháp tiềm năng thay thế nhiên liệu hóa thạch. Tuy nhiên, dầu nhiệt phân thô có nhiều nhược điểm như hàm lượng oxygen cao, nhiệt trị thấp, độ acid cao, độ nhớt và hàm lượng nước cao, ảnh hưởng đến khả năng bảo quản, vận chuyển và sử dụng. Do đó, việc nâng cấp dầu nhiệt phân là cần thiết.
Nghiên cứu này đề xuất sử dụng xúc tác zeolite, đặc biệt là HZSM-5 và các biến tính của nó (Zn/HZSM-5, Fe/HZSM-5), để chuyển hóa các hợp chất chứa oxygen trong dầu nhiệt phân thành hydrocarbon thơm, nhằm cải thiện chất lượng dầu. Mục tiêu chính là nghiên cứu quá trình nhiệt phân bã mía có xúc tác để nâng cao các đặc trưng hóa lý và khả năng cháy của dầu nhiệt phân, hướng tới sử dụng làm nhiên liệu đốt ngoài thay thế dầu FO.
Các kết quả chính cho thấy, quá trình phân hủy nhiệt bã mía diễn ra qua bốn giai đoạn rõ rệt, với các mức năng lượng hoạt hóa và cơ chế động học khác nhau (D2, D3, D4). Quá trình nhiệt phân liên tục bã mía không xúc tác ở 600 °C cho hiệu suất sản phẩm lỏng đạt 45,97%. Dầu nhiệt phân thô có tính axit cao (pH = 2,25), nhiệt trị thấp (24,22 MJ/Kg) và hàm lượng nước cao. Việc tổng hợp và đặc trưng các vật liệu xúc tác HZSM-5, Zn/HZSM-5, Fe/HZSM-5 đã được thực hiện, trong đó xúc tác 3ZnHZ và 2FeHZ cho thấy hoạt tính tốt nhất trong chuyển hóa furfural và guaiacol thành hydrocarbon thơm ở 600 °C. Đặc biệt, quá trình nhiệt phân xúc tác bã mía (pha hơi, 600 °C) đã cải thiện đáng kể các tính chất hóa lý, khả năng bay hơi (hơn 90% khối lượng bay hơi ở dưới 450 °C) và cháy của dầu nhiệt phân, giảm hàm lượng cặn và tăng trị số cháy tổng. Dầu nhiệt phân sau nâng cấp được chứng minh có thể ứng dụng hiệu quả để thay thế dầu nhiên liệu FO trong các quá trình đốt ngoài.