SẢN XUẤT METANOL TỪ KHÍ THẢI NHÀ MÁY

BÁO CÁO MÔN HỌC : CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT HỢP CHẤT HỮU CƠ

SỬ DỤNG CO2 LÀM NGUYÊN LIỆU
TỔNG HỢP HỮU CƠ
GVHD : TS. Nguyễn Đăng Khoa
SVTH : Nguyễn Thị Tú Linh
Phạm Phương Hiền
TP. Hồ Chí Minh, ngày 22 tháng 10 năm 2021

Nguyễn Thanh Phú
Đào Vũ Nhật Hạ
1


Giới thiệu về CO2
Nguyên liệu trong tổng hợp hữu cơ
Tổng hợp Methanol bằng
phương pháp Hidro hóa trực tiếp CO2
Tổng kết bài báo cáo

2


I. GIỚI THIỆU VỀ CO2 – NGUYÊN LIỆU TRONG TỔNG HỢP HỮU CƠ

1

TÍNH CHẤT CỦA CO2

2

NGUỒN GỐC VÀ TÁC HẠI CỦA CO2 ĐỐI VỚI MÔI TRƯỜNG

3

ỨNG DỤNG CỦA CO2 TRONG TỔNG HỢP HỮU CƠ
3


1

TÍNH CHẤT CỦA CO2
Khí khơng màu, khơng mùi,
hịa tan tốt trong nước, hóa
lỏng -78 o C, phân hủy tại
2000oC

Kém hoạt động,
khó tham gia phản ứng

Hong K. D. Nguyen, Phong V. Pham, Anh D. Vo (2017) Preparation, characterization and thermal stability improvement of mesoporous sulfated
zirconia for converting deodorizer distillate to methyl esters, Journal of Porous Materials 24(2), 411-419.

4


2

NGUỒN GỐC VÀ TÁC HẠI CỦA CO2 ĐỐI VỚI MÔI TRƯỜNG
NGUỒN GỐC
- Nguồn gốc tự nhiên như :

núi lửa phun trào, sự phát
thải của sinh vật…)

- Nguồn gốc từ hoạt động

của con người

Hình 1. Khí thải nhà máy
CLIMATESCIENCE

5


CLIMATESCIENCE

6


2

NGUỒN GỐC VÀ TÁC HẠI CỦA CO2 ĐỐI VỚI MÔI TRƯỜNG
TÁC HẠI
- Gây hiệu ứng nhà kính
- Biến đổi khí hậu
Hình 2. Biến đổi khí hậu

Mục tiêu hạn chế tác động đến môi trường
và tận dụng nguồn CO2 lớn để tái sử dụng
CLIMATESCIENCE

7


3

ỨNG DỤNG CO2 TRONG TỔNG HỢP HỮU CƠ
Tổng hợp acid formic
và acid salicylic

Tổng hợp formaldehyde

Tổng hợp methanol và methane

Tổng hợp cacbonat mạch vòng
và cao phân tử

Saumya Dabral,Thomas Schaub (2018), The Use of Carbon Dioxide (CO2) as a Building Block in Organic Synthesis from an Industrial Perspective

8


II. TỔNG HỢP METHANOL TRỰC TIẾP TỪ CO2
1

Tổng quan methanol

2

Nguyên liệu tổng hợp methanol

3

Cơ sở lý thuyết

4

Quy trình sản xuất Methanol

5

Đề xuất phương pháp cải tiến

9


1

TỔNG QUAN VỀ METHANOL

Ứng dụng

Nhu cầu
phát triển

Các phương pháp
sản xuất
10

ỨNG DỤNG CỦA METHANOL

Hình 3. Ứng dụng của metanol

1

Dùng làm nhiên liệu

2

Nguyên liệu sản xuất
hóa chất, dược phẩm,
dùng làm dung môi,...

3

Làm chất chống đông
lạnh, tẩy rửa, mực in

George A. Olah Prof. Dr,Goeppert Alain, G. K. Surya Prakash (2009), Beyond Oil and Gas: The Methanol Economy

11


NHU CẦU PHÁT TRIỂN
Năng lực sản xuất methanol
đạt 150 triệu tấn năm 2020
Tổng sản lượng đạt 58 triệu
tấn năm 2012 và khoảng 98
triệu tấn năm 2020

Thị trường tiêu thụ ở Châu Á,
Bắc và Nam Mỹ, châu Âu,....
Ở Việt Nam, từ 2004-2009 nhu
cầu tiêu thụ tăng trưởng cao,
bình quân 41%/năm
George A. Olah Prof. Dr. (2005), Beyond Oil and Gas: The Methanol Economy

12


CÁC PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT

Phương pháp
truyền thống từ
syngas

Phương pháp tổng
hợp methanol trực
tiếp từ CO2

13


2

NGUYÊN LIỆU TỔNG HỢP METHANOL

CO2

H2

14


Ưu điểm và nhược điểm sản xuất Methanol bằng CO2 từ khí thải
Ưu điểm

Nhược điểm

Nguồn cung cấp dồi dào

Lẫn nhiều tạp chất

Giảm chi phí nguyên liệu
đầu vào

Tốn nhiều chi phí vận hành

Giảm khí thải nhà kính và
khí thải cơng nghiệp

Hạn chế về mặt địa lý

Marina Bukhtiyaroya, Thomas Lunkenbein, Kevin Kähler & Robert Schlögl (2017) Methanol Synthesis from Industrial CO2 Sources: A Contribution to
Chemical Energy Conversion. 147, 416–427.

15


TÌNH HÌNH SẢN XUẤT METHANOL TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM

1

Tại Việt Nam

2

Trên thế giới
16


TẠI VIỆT NAM

Việt Nam nhập khẩu 100%
Methanol dùng trong công
nghiệp
Mới chỉ có một số nghiên
cứu về q trình chuyển hóa
CO2 thành Methanol : nghiên
cứu của Lê Phúc Nguyên và
cộng sự...

Lê Phúc Nguyên và cộng sự, (2013) Ảnh hưởng của điều kiện hoạt hóa xúc tác đến hiệu suất q trình tổng hợp methanol từ hỗn hợp H2/CO2 ở áp
suất thấp trên hệ xúc tác CuO-ZnO-Al2O3, Tạp chí Hóa học T51 (2C), 589-594

17


TRÊN THẾ GIỚI

Lurgi AG - hãng đi đầu trong
công nghệ tổng hợp
methanol từ CO2
Một hệ thống pilot ở Nhật đã
tổng hợp methanol từ
CO 2 /H 2 với năng suất là 50
kg CH 3 OH/ngày và độ chọn
lọc là 99,8 %.
Ở Iceland, công ty Carbon
Recyling International đã sản
xuất methanol thương mại từ
CO2

Iwasa N., Suzuki H., Terashita M., Arai M., Takezawa N. (2004) Methanol synthesis from CO2 under atmospheric pressure over supported Pd
catalysts, Catal. Lett. 96, 75-78

18


3

Cơ sở lý thuyết của phương pháp
tổng hợp methanol trực tiếp từ CO2

Cơ chế
phản ứng

Xúc tác của
phản ứng

19


CƠ CHẾ PHẢN ỨNG

q (1) Phản ứng tỏa nhiệt đi cùng với giảm thể tích
Cần cung cấp thêm nhiệt trước khi vào lò phản ứng

Dana S. Marlin, Emeric Sarron, Osmar Sigurbjornsson. Process Advantages of Direct CO2 to Methanol Synthesis. 2018

20


CƠ CHẾ PHẢN ỨNG

q (2) phản ứng thu nhiệt trong nhiệt độ cao, áp suất thấp
q (3) xảy ra khi CO được tạo thành tác dụng với H2 nguyên liệu tạo
thành methanol
Cần tăng độ chuyển hóa của CO2 và độ chọn lọc của methanol
Dana S. Marlin, Emeric Sarron, Osmar Sigurbjornsson. Process Advantages of Direct CO2 to Methanol Synthesis. 2018

21


XÚC TÁC PHẢN ỨNG
Xúc tác được sử dụng là Cu/ZnO/Al2O3 trong đó:
❑ Cu là pha hoạt động
❑ ZnO là chất xúc tiến để cải thiện hoạt tính của hệ
❑ Al2O3 là chất mang có tác dụng cải thiện hoạt tính
và tăng độ bền nhiệt cho hệ xúc tác

Hình 4. Cơ chế phản ứng
Methanol Synthesis from CO2: A Review of the Latest Developments in Heterogeneous Catalysis,(2019)

22


4

QUY TRÌNH SẢN XUẤT METHANOL

Hình 5. Cơng nghệ sản xuất metanol của CRI(1)

Carbon Recycling International

23


4

QUY TRÌNH SẢN XUẤT METHANOL

MƠ TẢ QUY TRÌNH
TỔNG HỢP METHANOL
QUY TRÌNH SẢN XUẤT
CHI TIẾT

24


MƠ TẢ QUY TRÌNH

TỔNG HỢP METHANOL

Hình 6. Mơ hình nhà máy sản xuất methanol

Hình 7. Sơ đồ quy trình sản xuất methanol

Dana S. Marlin, Emeric Sarron, Osmar Sigurbjornsson. Process Advantages of Direct CO2 to Methanol Synthesis. 2018

25