báo cáo thực tập tìm hiểu công nghệ sản xuất cồn nhiên liệu

THỰC TẬP TỐT NGHIỆP

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU

Cuộc sống hiện đại ngày nay đã khiến cho chúng ta quá phụ thuộc vào
nguồn nhiên liệu hóa thạch như: Dầu mỏ, than, khí đốt…Dầu mỏ ln giữ một
vai trị quan trọng trong chiến lược phát triển kinh tế của mỗi quốc gia. Hơn
90% lượng dầu mỏ khai thác được phục vụ cho nhu cầu năng lượng như xăng
nhiên liệu, nhiên liệu phản lực, diesel, nhiên liệu đốt lị… Có thể nói dầu mỏ là
nền tảng của sự tăng trưởng và phát triển kinh tế của bất kì một quốc gia nào.
Trong những năm gần đây, với sự leo thang của giá xăng dầu gây nhiều tác động

Khoa Hóa học & CNTP – ĐH Bà Rịa Vũng Tàu

Trang


THỰC TẬP TỐT NGHIỆP

tiêu cực đến nền kinh tế thế giới. Vì vậy việc tìm kiếm những nguồn năng lượng
sạch, giảm sự phụ thuộc vào tài nguyên thiên nhiên đang trở thành một vấn đề
cấp thiết và được nhiều quốc gia quan tâm. Một trong những hướng đi hiệu quả
là sử dụng ethanol để pha vào xăng vừa làm tăng chỉ số octane, vừa làm giảm ô
nhiễm môi trường vừa giảm đáng kể giá thành nên xăng pha cồn ngày càng trở
nên phổ biến trên toàn thế giới. Hơn nữa, nước ta là một nước nơng nghiệp có
nguồn ngun liệu để sản xuất ethanol là rất phong phú. Việt Nam sở hữu hai
đồng bằng rộng lớn là đồng bằng Sông Hồng và đồng bằng Sông Cửu Long.
Đây là vùng nguyên liệu lí tưởng, là tiền đề cho sự ra đời của nhà máy sản xuất
ethanol từ cellulose (rơm rạ). Với những lí do như trên, đề tài “Tìm hiểu cơng

nghệ sản xuất cồn nhiên liệu” là một bước đi quan trọng cho việc ứng dụng
ethanol vào pha xăng nhiên liệu phục vụ cho nhu cầu năng lượng ngày càng gia
tăng ở nước ta.

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TRUNG TÂM NGHIÊN CỨU CƠNG NGHỆ
LỌC HĨA DẦU
1.1.

Giới thiệu chung
Trung tâm Nghiên cứu Cơng nghệ Lọc Hóa Dầu (RPTC) trực thuộc Trường

Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh được thành lập vào
tháng 4 năm 2000 theo quyết định của Giám đốc Đại học Quốc Gia TP Hồ Chí
Minh, hoạt động theo giấy phép đăng ký số A-432 do bộ Khoa học & Công
nghệ cấp ngày 06/10/2010.
1.2.

Lĩnh vực hoạt động

Khoa Hóa học & CNTP – ĐH Bà Rịa Vũng Tàu

Trang


THỰC TẬP TỐT NGHIỆP

Nghiên cứu khoa học và triển khai ứng dụng các cơng nghệ hiện đại trong
lĩnh vực hóa học, lọc dầu, hóa dầu, chế biến khí thiên nhiên, nhiên liệu sinh học
và nhiên liệu tái tạo; Sản xuất kinh doanh các sản phẩm, triển khai xây dựng
những pilot cho sản phẩm mới, sản xuất các loại xúc tác và một số sản phẩm từ

dầu mỏ, khí thiên nhiên trên cơ sở kết quả nghiên cứu.
Dịch vụ Khoa học & Cơng nghệ: Thiết kế quy trình, cơng nghệ và chế tạo
thiết bị trong các cơ sở khai thác, lọc dầu, hóa dầu, chế biến khí, sản xuất xúc
tác, phụ gia, nhiên liệu sinh học và nhiên liệu tái tạo; Xây dựng dự án tiền khả
thi, khả thi, thiết kế cơ sở, thiết kế chi tiết, quản lý dự án các cơng trình; Phân
tích đánh giá chất lượng dầu thơ, khí thiên nhiên và các sản phẩm từ chúng;
Phân tích, thiết kế, chế tạo, lắp đặt, kiểm định các công trình và thiết bị; Tư vấn
đánh giá tác động mơi trường và di dời các cơ sở gây ô nhiễm, thẩm định và tổ
chức giám sát thực hiện các dự án đầu tư; Tư vấn sản xuất sạch hơn và sử dụng
hiệu quả, tiết kiệm năng lượng; Thiết kế chế tạo lắp đặt các hệ thống thiết bị thí
nghiệm cơng nghệ hóa học, thực phẩm, sinh học và dầu khí; Thông tin, tư vấn,
chuyển giao công nghệ, đào tạo bồi dưỡng nghiệp vụ chuyên môn trong các lĩnh
vực nghiên cứu nêu trên.
1.3.

Sơ đồ tổ chức

BAN GIÁM
ĐỐC

HỘI ĐỒNG
KHOA HỌC

PHÒNG
PHÒNG
NGHIÊN CỨU
NGHIÊN CỨU

PHÒNG KỸ
THUẬT

Khoa Hóa học & CNTP – ĐH Bà Rịa Vũng Tàu

PHỊNG KẾ
TỐN
Trang


THỰC TẬP TỐT NGHIỆP

Giám đốc: TS. Huỳnh Quyền
•
•

Kỹ sư cao cấp.
Trường Đại học Quốc gia Dầu mỏ và Động cơ – Viện Dầu khí CH Pháp

•
•

(ESPM – IFP – FRANCE).
Tiến sỹ chun ngành Cơng nghệ hóa học và Dầu khí.
Viện nghiên cứu xúc tác và môi trường – Trung tâm Nghiên cứu KHoa
học Quốc gia, trường Đại học Claude Bernard 1 – CH Pháp (IRC-CNRSFRANCE).

Bảng 1.1: Hội đồng tư vấn khoa học
T
T
1

Họ và tên

Chuyên ngành

Cơ quan công tác

PGS.TS Phan Minh Tân

Sở KH&CN TP.HCM

2

GS-TSKH Lưu Cẩm Lộc

3

PGS.TS Phan Đình Tuấn

4

ThS-GVC Hồng Minh Nam

5

PSG.TS Ngơ Mạnh Thắng

6

TS. Nguyễn Đình Thọ

7

ThS-GVC Vũ Bá Minh

8

TS. Bùi Văn Ngọc

Cơng nghệ Hóa
học
Cơng nghệ Hóa
học
Cơng nghệ Hóa
học
Cơng nghệ Hóa
học
Cơng nghệ Hóa
học
Cơng nghệ Hóa
học
Cơng nghệ Hóa
học
Cơng nghệ dầu

Khoa Hóa học & CNTP – ĐH Bà Rịa Vũng Tàu

Viện Cơng nghệ Hóa
học
ĐH Bách Khoa
TP.HCM

ĐH Bách Khoa
TP.HCM
ĐH Bách Khoa
TP.HCM
ĐH Bách Khoa
TP.HCM
ĐH Bách Khoa
TP.HCM
Technip
Trang


THỰC TẬP TỐT NGHIỆP

khí & xúc tác
 CƠ SỞ VẬT CHẤT

Phịng thí nghiệm và phịng làm việc, diện tích 160m 2 (8x20m). Xưởng thí
nghiệm và kho chứa hóa chất, diện tích 100m 2 (5x20). Xưởng sản xuất thử
nghiệm cơng nhiên liệu, sản xuất nano titanium, diện tích 100m 2 (5x20).Xưởng
sản xuất thực nghiêm tinh dầu tràm trà tại ấp Mỹ Trường, xã Phước Mỹ, huyện
Tân Phước, tỉnh Tiền Giang, diện tích 1,2 ha (40x300). Xưởng sản xuất nhiên
liệu biodiesel từ dầu ăn phế thải tại phường Linh Trung, quận Thủ Đức.
1.4.

Hoạt động nghiên cứu và chuyển giao công nghệ
1.4.1.
Nghiên cứu công nghệ sản xuất bioethanol
Nghiên cứu công nghệ sản xuất bioethanol từ các nguồn biomass phế thải

nông nghiệp như: Rơm rạ, võ trấu, bã mía… Sản phẩm được ứng dụng vào mục
đích làm nhiên liệu cho động cơ xăng. Dự án được thực hiện với sự hợp tác với
viện Công nghiệp Tokyo (IIS) và Sở khoa học và công nghệ Tp.HCM.
1.4.2.

Nghiên cứu công nghệ sản xuất biobutanol

Nghiên cứu công nghệ sản xuất biobutanol từ các nguồn biomass, cụ thể
là bả mía. Sau q trình nổ hơi, bã mía được thủy phân với hàm lượng enzim
cao và thu được dịch thủy phân hàm lượng glucose cao. Mức độ chuyển hóa
Cellulose đạt > 36,3 %. Butanol được sản xuất bằng phương pháp lên men với
chủng vi sinh Clostridium Beijerinckii theo quy trình ABE.
1.4.3.

Nghiên cứu công nghệ sản xuất Biodiesel

Nghiên cứu công nghệ sản xuất biobutanol từ nguồn dầu ăn phế thải. Sản
phẩm được ứng dụng làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong thay thế cho dầu

Khoa Hóa học & CNTP – ĐH Bà Rịa Vũng Tàu

Trang


THỰC TẬP TỐT NGHIỆP

diesel và làm nhiên liệu cho lò đốt công nghiệp. Dự án đã được triển khai với
nhà máy sản xuất Biodiesel năng suất 2 tấn/ ngày tại Thủ Đức.
1.4.4.

Nghiên cứu tổng hợp xúc tác quang hóa xử lý mơi trường

Nghiên cứu tổng hợp xúc tác quang hóa TiO 2 trên chất mang là đá bọt
khai thác tại Khánh Hòa. Ứng dụng xử lý nước thải cho nhà máy nhuộm KCN
Hòa Khánh, Liên Chiểu, Đà Nẵng. Nghiên cứu triển khai thử nghiệm trên những
chất ô nhiễm khác như: Thuốc trừ sâu …

1.4.5.

Nghiên cứu tổng hợp bạc nano

Nghiên cứu tổng hợp bạc nano từ dung dịch AgNO 3 bằng phương pháp
khử hóa học và chiếu xạ, sản xuất các dung dịch diệt khuẩn trên cơ sở bạc nano.
1.4.6.

Nghiên cứu tổng hợp TiO2

Nghiên cứu chế biến sâu tinh quặng Titan từ các nguồn nguyên liệu Rutill
và Ilmenite để tổng hợp TiO 2 pigment theo phương pháp Clo. Các phương pháp
nghiên cứu theo hướng này bao gồm: Tinh chế và sản xuất TiCl 4 tinh khiết, sản
xuất TiO2 pigment, TiO2 nano powder, TiO2 nano thinfilm coat…
1.4.7.

Nghiên cứu tổng hợp Zeolite

Dự án nghiên cứu tổng hợp Zeolite 3A từ nguồn cao lanh trong nước. Sản
phẩm được ứng dụng làm rây phân tử phục vụ chủ yếu cho công nghệ sản xuất
cồn tuyệt đối bằng phương pháp rây phân tử. Chuyển giao và hợp tác sản xuất
phụ gia tẩy rửa dầu mỡ trên cơ sở chất hấp phụ Zeolite. Hợp tác nghiên cứu và
chuyển giao công nghệ sản xuất các loại zelolite phục vụ cho cơng nghệ hóa lọc

dầu như zeolite Y modun cao, ZSM-5…
Khoa Hóa học & CNTP – ĐH Bà Rịa Vũng Tàu

Trang


THỰC TẬP TỐT NGHIỆP

1.4.8.

Nghiên cứu công nghệ và thiết bị sản xuất cồn nhiên liệu

Công nghệ và thiết bị tự động tinh luyện cồn để sản xuất xăng pha cồn,
công suất tối thiểu 2000 lít cồn (99,5%) / ngày. Cơng nghệ vận hành hoàn toàn
tự động, điều khiển trên hệ thống SCADA. Năng suất đạt 4000 lít cồn tuyệt
đối/ngày. Cơng nghệ tiết kiệm năng lượng, thân thiện với môi trường. Sản phẩm
cồn tinh luyện đạt tiêu chuẩn xăng pha cồn, nồng độ tối thiểu 99,5%.

CHƯƠNG 2. CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CỒN NHIÊN LIỆU

2.1.

Mục đích
Mục đích chính của xưởng sản xuất cồn nhiên liệu là sản xuất thử nghiệm

cồn nhiên liệu dùng để pha xăng. Nguồn nguyên liệu đi từ cồn nồng độ thấp
(72%) được cung cấp từ các nhà máy sản xuất cồn công nghiệp.
2.2.

Ưu điểm của xăng pha cồn so với xăng truyền thống

Cồn có thể được sử dụng làm nhiên liệu cho vào động cơ ở nhiều dạng

khác nhau, cụ thể là pha lẫn với xăng với tỷ lệ nào đó hoặc sử dụng 100% cồn.
Qua việc thử nghiệm trên các loại động cơ với nhiên liệu có cồn người ta thấy
rằng nếu tỉ lệ cồn không quá 10% thì khơng cần thay đổi kết cấu động cơ.
Hiện nay trên thị trường đang lưu hành các loại xăng pha cồn như E5, E7,
E10, E15, E20, E85, E95, E100. Ký hiệu E có nghĩa là xăng pha cồn cịn chỉ số
có nghĩa là phần trăm thể tích của cồn trong xăng

Khoa Hóa học & CNTP – ĐH Bà Rịa Vũng Tàu

Trang


THỰC TẬP TỐT NGHIỆP

Ethanol có chỉ số octane cao RON = 120 – 135, MON = 100 – 106
thường được pha với tỷ lệ 10% – 15%. Khi pha vào xăng do bản thân ethanol có
chỉ số octane cao nên nó cũng làm tăng chỉ số octane chung của xăng.
Mặt khác, do bản thân quá trình cháy trong động cơ là cháy cưỡng bức
trong điều kiện thiếu oxy nên một số chất khơng cháy hồn tồn và sinh ra CO
gây độc hại. Khi đưa ethanol vào thì sẽ có các ưu điểm sau:
-

Đốt cháy hoàn toàn các chất trong hỗn hợp cháy nhờ có thêm oxy

-

trong ethanol giảm tiêu hao năng lượng do cháy khơng hết.
Oxy hóa các chất độc hại trong q trình cháy nên số oxy hóa

cao nhất ít độc hại hơn với mơi trường.

Bên cạnh đó sử dụng ethanol pha xăng cũng có những nhược điểm:
-

-

2.3.

Ethanol khan rất háo nước do đó q trình bảo quản sẽ khó khăn.
Ethanol khó bay hơi hơn phần nhẹ trong xăng nên khi nhiệt độ
xuống thấp sẽ khó khăn khởi động cơ.
Giá cồn hiện nay tương đối cao.

Yêu cầu về chất lượng
Thực ra cồn cũng là hợp chất cacbuahydro như dầu mỏ nên có tính cháy

nổ tốt. Vì vậy về ngun tắc với cồn khan 99.5% trở lên là có thể cho vào động
cơ chạy được, tuy nhiên cồn có nhiều đặc tính như ăn mịn kim loại, làm hư các
chi tiết cao su hay nhựa trong động cơ nên nếu khơng cải tiến động cơ thì khơng
thể thay thế hồn toàn xăng bằng cồn khan để chạy động cơ được. Đối với ôtô,
xe gắn máy thông thường chỉ được sử dụng xăng pha cồn với nồng độ tối đa là
10% (xăng E10). Với xăng E10 không cần cải tiến hay thay đổi động cơ mà có
thể chạy hồn tồn bình thường so với việc dùng 100% xăng. Cồn pha xăng
ngày nay đã được tiêu chuẩn hóa về chất lượng, tùy theo quốc gia quy định, sau
đây là một số tiêu chuẩn điển hình.

Khoa Hóa học & CNTP – ĐH Bà Rịa Vũng Tàu

Trang

THỰC TẬP TỐT NGHIỆP

Bảng 2.1: Yêu cầu kĩ thuật của cồn nhiên liệu
STT

Tên chỉ tiêu

Giới hạn

1

Ethanol, % thể tích,min

92.1

2

Methanol, % thể tích, max

0.5

3

Hàm lượng nhựa đã rửa qua dung mơi, mg/100ml,

5.0

4

max
Hàm lượng nước, % thể tích, max

1.0

5

Hàm lượng chất biến tính (xăng, naphta), % thể tích,

1.96 – 5.0

min - max
6

Hàm lượng Clorua vô cơ, mg/l, max

32

7

Hàm lượng đồng, mg/kg, max

0.1

8

Độ acid (acid acetic), mg/l, max

9

Độ pH, min – max

10

Lưu huỳnh, mg/kg, max

30

11

Sulfat, mg/kg,max

4

12

Khối lượng riêng ở 150C, kg/m3

-

13

Ngoại quan

Khoa Hóa học & CNTP – ĐH Bà Rịa Vũng Tàu

0.007
6.5 – 9.0

Trong

Trang


THỰC TẬP TỐT NGHIỆP

2.4.

Tính chất và ứng dụng ethanol
2.4.1. Tính chất vật lý
Ethanol là chất lỏng không màu , mùi thơm , dễ cháy. Hút ẩm, có độ phân

cực mạnh. Ethanol có thể hịa tan nhiều chất vơ cơ cũng như hữu cơ nên được sử
dụng làm dung môi rất tốt. Ethanol dễ cháy và có thể tạo hỗn hợp nổ với khơng
khí. Ethanol tạo hỗn hợp đẳng phí với nước ở 96 o, nhiệt độ sôi của hỗn hợp này
là ở 1 atm là 78,4 0C. Nhiệt độ của ethanol nguyên chất 78,39 0C, tỷ trọng d154 =
0,794, nhiệt dung riêng đẳng áp Cp(160C – 210C) = 2,42 J.g-1.K-1, nhiệt cháy
1370,82 kJ/mol.
2.4.2. Ứng dụng
Cồn là hỗn hợp ethanol và nước có ứng dụng rất nhiều lĩnh vực đời sống
xã hội:
+ Cồn pha với nước thành đồ uống, chế biến thức ăn, chế biến các loại
hương.
+ Trong y tế cồn là nguyên liệu trung gian để sản xuất nhiều loại thuốc
, cồn cịn làm chất sát trùng.
+ Trong ngành cơng nghiệp sơn cồn dung làm dung mơi
+ Trong hóa học cồn là chất trung gian sản xuất ra các chất khác nhau
như : axit acetic, andehyt acetic, etyl acetat…
+ Dùng làm nhiên liệu pha xăng E10, E20, E 85, E100…

2.5.

Các phương pháp sản xuất cồn nhiên liệu
Ethanol thường được sản xuất bằng q trình lên men tinh bột, hoặc

xenlulo có nồng độ khoảng 10% tt – 12% tt. Để thu được cồn có nồng độ lớn
hơn nồng độ tại điểm đẳng phí thơng thường phải trải qua các giai đoạn chính
sau:


Giai đoạn 1: Sử dụng các phương pháp chưng cất thông thường để nâng
cao độ cồn tới gần điểm đẳng phí (96,4% tt)

Khoa Hóa học & CNTP – ĐH Bà Rịa Vũng Tàu

Trang


THỰC TẬP TỐT NGHIỆP



Giai đoạn 2: Sử dụng các phương pháp đặc biệt khác để tinh chế, làm
khan cồn. Để làm khan cồn hiện nay người ta thường sử dụng các phương
pháp:
•

•
•

Chưng luyện bao gồm:
 Chưng luyện đẳng phí
 Trích ly muối rắn
Phương pháp bay hơi thẩm thấu qua màng
Phương pháp hấp thụ

2.5.1. Phương pháp chưng luyện
Đối với những hỗn hợp gồm các cấu tử có nhiệt độ sơi giống nhau hoặc
rất gần nhau hay gồm những cấu tử tạo thành dung dịch đẳng phí như cồn ta
khơng thể dùng phương pháp chưng luyện thông thường như trên để tách chúng
ra dạng nguyên chất dù cho có dùng những phương pháp vô cùng cao với lượng
hồi lưu rất lớn. Để tách riêng các hỗn hợp ấy chúng ta phải sử dụng các phương
pháp chưng luyện đặc biệt, thông thường người ta hay sử dụng phương pháp
chưng luyện trích ly và chưng luyện đẳng phí.
2.5.1.1. Phương pháp chưng luyện đẳng phí
Nguyên tắc của phương pháp này là cho thêm cấu tử thử ba vào để phá
điểm đẳng phí, cấu tử thứ ba này sẽ tạo thành với cấu tử dễ bay hơi thành một
dung dịch đẳng phí có độ bay hơi lớn hơn và sản phẩm đáy tháp sẽ ở dạng
nguyên chất.
Cấu tử thứ ba thường dùng là Benzene, Clorofom, Toluene …
2.5.1.2. Phương pháp trích ly với muối rắn
Trong một vi hệ nào đó khi độ hịa tan cho phép thì ta có thể hịa tan cho
phép thì ta có thể hòa tan muối vào trong pha lỏng, đúng hơn là thêm vào chất
lỏng như là một tác nhân riêng cho q trình chưng luyện trích ly. Khi đó muối
sẽ làm thay đổi thành phần hỗn hợp ở trạng thái cân bằng mà khơng làm thay

Khoa Hóa học & CNTP – ĐH Bà Rịa Vũng Tàu

Trang

THỰC TẬP TỐT NGHIỆP

đổi hỗn hợp ở trạng thái đầu, đối với hệ ethanol – nước khi thêm muối khan làm
cho độ bay hơi thay đổi đáng kể.
2.5.2. Phương pháp bay hơi thẩm thấu qua màng
Phương pháp bay hơi thẩm thấu qua màng lọc dựa trên nguyên tắc sử
dụng màng có khả năng hút nước cao, có khả năng thẩm thấu ngược để tách
nước ra khỏi hỗn hợp các cấu tử.
Bay hơi qua màng rất hiệu quả cho quá trình phân tách hỗn hợp lỏng. Ví
dụ như loại nước ra khỏi hỗn hợp ethanol – nước để sản xuất cồn cao độ. Kích
thước của màng phụ thuộc lưu lượng chảy qua màng. Phương pháp này màng
lọc rất dễ bị ngộ độc hay mất dần khả năng thẩm thấu thường xuyên thay màng.
2.5.3. Phương pháp hấp phụ
Hấp phụ là quá trình sử dụng các chất hấp phụ chọn lọc để phân riêng
hỗn hợp có nồng độ thấp. Khi cho một hỗn hợp các cấu tử có kích thước khác
nhau đi qua chất hấp phụ thì cấu tử có kích thước nhỏ hơn kích thước mao quản
chất hấp phụ sử dụng được giữ lại cịn cấu tử có kích thước lớn hơn sẽ đi ra
ngồi và ta thu được dịng vật chất có nồng độ cao hơn. Lợi dụng tính chất này
của các chất hấp phụ người ta đã sử dụng để làm khan hỗn hợp ethanol – nước,
với chất hấp phụ thường dùng là Zeolite, than hoạt tính, Silicagel…
2.5.3.1. Vật liệu hấp phụ Zeolite
2.5.3.1.1. Cấu trúc của zeolite

Hình 2.1: Cấu tạo phân tử Zeolite

Khoa Hóa học & CNTP – ĐH Bà Rịa Vũng Tàu

Trang

THỰC TẬP TỐT NGHIỆP

Zeolite là các tinh thể silica nhôm aluminosilicates tự nhiên hoặc nhân
tạo, các lỗ xốp sắp xếp liên tục và thoát nước ở nhiệt độ cao. Zeolites tự nhiên là
chất phân cực.
Chúng được sản xuất bằng phương pháp thủy nhiệt các Natri
aluminosilicate hoặc các nguồn silica khác trong nồi hấp sau đó trao đổi ion với
các cations khác (Na+, Li+, Ca2+, K+, NH4+). Đường kính lỗ xốp của zeolite
thường khoảng từ 2 đến 9 Å (200 đến 900 pm). Q trình trao đổi ion sau đó đó
làm khơ các tinh thể.
Zeolite được sử dụng trong q trình làm khơ khí, loại CO 2 khỏi khí thiên
nhiên, loại khí CO khỏi gas tinh lọc, tách khí, xúc tác phản ứng cracking, sản
xuất cồn tuyệt đối.
Zeolite là vật liệu xốp, có cấu trúc khơng gian 3 chiều với hệ thống lỗ xốp
rất đồng đều và trật tự. Zeolite được biết đến đầu tiên vào năm 1756 bởi nhà
khoáng vật học người Thụy Điển A.F Cronsteds. Zeolite tự nhiên được hình
thành trong quá trình hoạt động của núi lửa và là các Aluminosilicat tinh thể cấu
trúc mao quản rất đồng đều cho phép chúng sàng lọc những phân tử theo cấu
trúc xác định. Hiện nay có hơn 40 loại zeolite được tìm thấy trong tự nhiên và có
khoảng 100 loại zeolite tổng hợp với kích thước mao quản nằm trong khoảng
3A0 – 30A0. Kích thước mao quản dùng để đặt tên cho vật liệu này và nó cũng là
yếu tố quyết định đến tính chat của zeolite. Thành phần cơ bản của zeolite như
sau:
(M+)x.(AlO2)x.(SiO2)y.zH2O
Trong đó:
M+: là cation bù trừ điện tích khung
x: là số cation bù trừ điện tích
y: là số phân tử Silic oxit trong zeolite
z: là số phân tử nước kết tinh trong zeolite.

Ví dụ: Na2O.Al2O3.2SiO2.4,5H2O Có đường kính mao quản từ 3,6A0-3,9A0
Khoa Hóa học & CNTP – ĐH Bà Rịa Vũng Tàu

Trang


THỰC TẬP TỐT NGHIỆP

2.5.3.1.2. Lựa chọn loại zeolite làm khan cồn
Xuất phát từ đặc tính của Zeolite làc hỉ giữ lại những chất có kích thước
nhỏ hơn mao quản Zeolite cịn những chất có kích thước lớn hơn sẽ được đi qua
mà ta lựa chọn loại Zeolite phù hợp.
Kích thước động học của ethanol và nước được biết hiện nay là:
o
o

Kích thước động học của nước 2,57 Ao
Kích thước động học của ethanol 4,46 Ao

Do đó vật liệu hấp phụ có kích thước mao quản nằm trong khoảng 2,57
Ao – 4,46 Ao sẽ có khả năng làm khan được cồn và người ta thường dùng Zeolite
3A hoặc 4A để làm chất hấp phụ. Tuy vậy vẫn chưa có kết luận cuối cùng nào
cho thấy Zeolit 3A hay 4A có khả năng làm khan cồn tốt hơn. Khi nhả hấp phụ
thì sẽ dùng khí Nito nóng hoặc dùng trực tiếp cồn khan để nhả hấp …
Trong công nghệ làm khan cồn bằng chất hấp phụ lại được thực hiện bằng
rất nhiều cách: Hấp phụ cồn dưới dạng hơi, cồn dạng lỏng, thực hiện hấp phụ
bằng hai hay ba tháp, tháp tầng cố định hoặc tầng sơi …
2.6.

Phân tích ưu nhược điểm của từng phương pháp

2.6.1. Phương pháp chưng luyện đẳng phí


Ưu điểm:

- Là phương pháp tách hiệu quả hai hay nhiều cấu tử có tạo thành điểm đẳng
phí khi tiến hành chưng ở điều kiện thường.
- Với việc lựa chọn dung mơi hớp lý q trình chưng cất sẽ đơn giản dễ vận
hành


Nhược điểm:

- Bằng việc thêm vào Benzen, Cyclohexane trong sản phẩm sẽ còn lại một
lượng dư lượng nhỏ những chất này, nhưng đây là những chất độc với cơ thể
con người
- Yêu cầu về năng lượng nhiệt cao
- Giá thành sản phẩm tương đối cao
Khoa Hóa học & CNTP – ĐH Bà Rịa Vũng Tàu

Trang


THỰC TẬP TỐT NGHIỆP

2.6.2. Phương pháp chưng luyện trích ly với muối khan


Ưu điểm:

- Chưng luyện trích ly có thể tạo ra độ sạch cao hơn các tháp làm sạch thơng
thường. Cả vốn đầu tư và chi phí vận hành đều giảm
- Phương pháp này sử dụng tác nhân là muối tương đối dễ kiếm và rẻ tiền,
thiết bị vận hành đơn giản, nồng độ sản phẩm cao.


Nhược điểm:

- Riêng với cồn nhiên liệu người ta đỏi hỏi hàm lượng chất rắn hịa tan rất ít
vì vậy có thể phải có cơng đoạn tách muối.
- Sự có mặt của muối dẫn đến độ ăn mòn vật liệu cao, phải chế tạo thiết bị
chiu ăn mòn tốt.
2.6.3. Phương pháp hấp phụ


Ưu điểm:

- Có thể nâng cao độ cồn lên tới 99.9% tt với phương pháp hấp phụ phù hợp.
- Có thể thay thế các thông số vận hành trong khoảng rộng
- Khơng có các tác nhân độc hại
- Có thể sử dụng chất hấp phụ sau nhiều lần tái sinh
- Thiết bị cấu tạo đơn giản dễ vận hành


Nhược điểm

- Phương pháp này chỉ áp dụng với nồng độ đầu vào của cồn cao, thường là
ngay tại gần điểm đẳng phí. Bởi vì nếu lượng nước chứa trong hỗn hợp cịn
nhiều sẽ làm cho lớp hấp phụ nhanh chóng bị bão hịa năng suất sẽ thấp, q

trình tái sinh tốn nhiều năng lượng.
2.7.

Lựa chọn phương pháp làm khan cồn bằng phương pháp hấp phụ

bằng zeolite
Mỗi phương pháp làm khan cồn như đã nêu ở trên đều có mỗi ưu và
nhược điểm đi kèm vì vậy em thấy rằng khi cồn có nồng độ thấp qua q trình
Khoa Hóa học & CNTP – ĐH Bà Rịa Vũng Tàu

Trang


THỰC TẬP TỐT NGHIỆP

chưng cất khí quyển đạt tới trạng thái đẳng phí (96.4% tt). Nồng độ cồn lúc đó là
thích hợp cho q trình hấp phụ bằng Zeolite. Việc sử dụng zeolite để hấp phụ là
hiệu quả kinh tế hơn các phương pháp bởi những ngun nhân sau:
•

Quy trình đơn giản có thể thực hiện tự động hóa trong sản xuất và

•

q trình được diễn ra liên tục.
Zeolite sau khi thực hiện q trình hấp phụ có thể tiến hành giải
hấp để có thể thực hiện hấp phụ trở lại được nên rất hiệu quả kinh

•

tế.
Thời hạn sử dụng zeolite sau nhiều lần hấp phụ và giải hấp là tương
đối lâu nên có thể xây dựng được phân xưởng sản xuất với quy mô
lớn tránh hiện tượng phải thay thế chất làm khan cồn sau một vài

•

lần vận hành ảnh hưởng đến công việc sản xuất.
Công nghệ sản xuất zeolite hiện nay cũng đang dần được phổ biến
nên cỏ sở sản xuất hồn tồn có thể tự chủ cơng nghệ sản xuất
zeolite phục vụ cho việc sản xuất cồn nhiên liệu giúp hạ giá thành
sản phẩm.

2.8.

Hệ thống công nghệ chính của phân xưởng:

Sơ đồ cơng nghệ hệ thống sản xuất cồn nhiên liệu( Xem hình)

Khoa Hóa học & CNTP – ĐH Bà Rịa Vũng Tàu

Trang


THỰC TẬP TỐT NGHIỆP

Bảng 2.1: Bảng liệt kê các thiết bị chính và phụ trợ
STT

Tên thiết bị

Kiểu thiết bị

Ghi chú

1

Tháp chưng cất : C-01

Có ống chảy chuyền

Tháp đĩa xuyên
lỗ

2

Trao đổi nhiệt : E-01

Gia nhiệt dạng ống
chùm đặt thẳng đứng

Hơi đi ngoài ống

3

Trao đổi nhiệt : E-02

Truyền nhiệt ống

Hơi đi ngoài ống

chùm đặt thẳng đứng
4

Trao đổi nhiệt : E-03

Ngưng tụ ngược chiều Nước giải nhiệt đi
trong ống
dạng ống chùm đặt
nằm ngang
Bơm ly tâm

5

Bơm : EP-00

6

Bơm : EP-01

Bơm bánh răng

7

Van tuyến tính: VCV-00

Điều khiển tuyến tính

Điều khiển bằng
khí nén

8

Van đóng mở: BV-00,

Điều khiển đóng mở

Điều khiển bằng
khí nén
Điều khiển bằng
điện

BV-01, BV-06, BV-07
9

Van đóng mở: BV-02

Điều khiển đóng mở

10

Cảm biến nhiệt độ

Pt-100

11

TIC:00,01,02,TI:00,01,02
Cảm biến mức LIC:00,

Đo mức lỏng

01, LI:00.
Khoa Hóa học & CNTP – ĐH Bà Rịa Vũng Tàu

Trang


THỰC TẬP TỐT NGHIỆP

12

Cảm biến lưu lượng lỏng
FI:00, FI:01

13

Bồn trung gian B:01,02

Đo vận tốc dòng lỏng
kiểu cánh quạt
Bồn trụ nằm ngang

Vật liệu SUS 304

Bảng 2.2: Bảng liệt kê các thông số công nghệ của tháp chưng
STT

Thông số làm việc

Giá trị

1

Nhiệt độ đáy

101oC

2

Nhiệt độ đỉnh

78,170C

3

Áp suất

1,3bar

4

Lưu lượng nhập liệu

150lit/h

5

Vị trí mâm nhập liệu

Số 8

6

Nồng độ nhập liệu

80%V

7

Nồng độ đỉnh

95%V

8

Nồng độ đáy

1%V

9

Nồng độ nhập liệu

Ghi chú

80,540C

Áp suất tuyệt đối

Bảng 2.3: Đặc tính các chi tiết trong tháp chưng cất
STT

Chi
tiết

Loại

Số
lượng

Đặc tính kỹ thuật
DT(mm)

1

Thân

Hình trụ

Vật
liệu

H(mm)

1

Bề dày
(mm)

SUS
304

500
2

Đáy-

Ellipise
tiêu
chuẩn

2900

5

D(mm)

ht (mm)

Bề dày

2

Khoa Hóa học & CNTP – ĐH Bà Rịa Vũng Tàu

(mm)

SUS

Trang


THỰC TẬP TỐT NGHIỆP

nắp

4

Mâm

Chữ U

Chân
đế

10

5

ĐK lỗ

Bề dày

(mm)

(mm)

(mm)

SUS

250

Xuyên
lỗ

150

Kc 2 mâm
3

500

10

3

304

6

Chiều cao Bề dày

CT38

(mm)
(mm)
Bảng 2.4. Bảng đặc tính chi tiết của tháp hấp phụ

STT Chi tiết

(mm)

Loại

Số
lượng

Đặc tính kỹ thuật
Dt (mm)

1

Thân

Hình trụ

H (mm)

2

Vật
liệu

Bề dày
(mm)

800

2

3

304

Đáy-nắp

Chân đế

3

ht (mm)

Bề dày
(mm)

4

Chữ U

6

DT (mm)

Ellipise
tiêu
chuẩn

1800

800

200

6

SUS
304

SUS
304

Chiều cao B ề dày Thép
(mm)
CT38
(mm)
996

10

Bảng 2.5. Bảng liệt kê các thiết bị trong cụm thu hồi cồn sau quá trình giải hấp
STT

Tên thiết bị

Dạng thiết bị

Ghi chú

1

Thiết bị tách lỏng B-03

Hình trụ đứng

SUS 304

2

Thiết bị làm lạnh E-05

Thiết bị truyền nhiệt
ngược chiều dạng ống
chùm đặt ngang

Khoa Hóa học & CNTP – ĐH Bà Rịa Vũng Tàu

Trang


THỰC TẬP TỐT NGHIỆP

3

Bơm chân không VP-00

Bơm cánh quạt (Rotary
vane)

4

Cảm biến mức LIC-02

Đo mức lỏng thông qua
độ chênh áp so với mặt

5

Bơm EP-03

thoáng
Bơm bánh răng

2.8.1. Hệ thống chưng cất:
Bơm EP-00 chạy, bơm cồn nguyên liệu từ bồn B-00 qua bộ trao đổi nhiệt
E-00 và E-01 đạt nhiệt độ ổn định 80,8 0C trước khi vào tháp C-01. Nhiệt độ
dòng nhập liệu được điều khiển bởi TIC-00 thơng qua việc đóng mở van BV-00
để cấp hơi nước bão hòa gia nhiệt cho dòng nhập liệu đạt 80,8 0C.
Nồi đun E-02 hoạt động để tạo dòng hơi trong tháp chưng. Nhiệt độ lỏng
ở đáy tháp được điều khiển thơng qua việc đóng mở van BV-01 cấp hơi nước
bão hòa vào E-02. Mức chất lỏng trong nồi đun (đo bởi LIC-00) được duy trì
bằng cách điều khiển đóng/mở van xả BV-06. Thiết bị trao đổi nhiệt E-03 hoạt
động để ngưng tụ dòng hơi đỉnh.
Đỉnh tháp được kiểm sốt thơng qua áp suất đỉnh (Đo bởi PIC-00) và
nhiệt độ đỉnh (Đo bởi TIC-02). Dòng hơi đỉnh được ngưng tụ bởi bộ trao đổi
nhiệt E-03 và chảy vào bồn trung gian B-01. Áp suất đỉnh được ổn định ở
khoảng 1 atm bằng cách đóng mở van BV-02 để cấp nước lạnh vào E-03.
Cồn trong bồn trung gian B-01 được chia làm 2 phần: một phần hoàn lưu
về tháp bằng bơm EP-01 để điều chỉnh nhiệt độ làm việc trong tháp, lưu lượng

hoàn lưu được điều chỉnh bằng độ mở van VCV-00 thơng qua tín hiệu nhiệt độ
từ TIC-02 ở đỉnh tháp; một phần đưa qua bồn trung gian B-02 bằng van xả BV01 (Lấy tín hiệu từ bộ cảm biến mức LIC-01) để ổn định mức chất lỏng trong
bồn B-01.

Khoa Hóa học & CNTP – ĐH Bà Rịa Vũng Tàu

Trang


THỰC TẬP TỐT NGHIỆP

2.8.2. Hệ thống hấp phụ / giải hấp
Khi tháp chưng cất đạt đến trạng thái làm việc ổn định, cồn trong bồn
trung gian B-02 sẽ có nồng độ khoảng 92% wt. Bơm EP-02 chạy, bơm cồn từ
bồn trung gian B-02 qua thiết bị trao đổi nhiệt E-04 để hóa hơi/quá nhiệt trước
khi vào tháp hấp phụ, nhiệt độ dòng hơi cồn đạt khoảng 130 oC ở áp suất 3 atm.
Nhiệt độ hơi cồn được ổn định bằng cách lấy tín hiệu từ TIC-03 để đóng
mở van BV-03 cấp hơi nước vào E-04. Lưu lượng cồn đi vào tháp hấp phụ được
điều chỉnh nhờ tín hiệu từ FIC-00 để điều chỉnh độ mở van VCV-01.
Áp suất dòng hơi cồn nhập liệu được ổn định nhờ hệ thống gồm bình tích
áp và van điều áp PRV-00 đặt sau E-04. Áp suất trong bình tích áp vào khoảng
3,5 – 5 atm và được duy trì bằng bộ điều khiển áp suất PIC-01 điều chỉnh đóng
mở van BV-06 hồi lưu dịng cồn nhập liệu về bồn B-02.
Hệ thống hấp phụ gồm 2 tháp A-01 và A-02 hoạt động luân phiên nhau.
Khi tháp A-01 thực hiện quá trình hấp phụ thì tháp A-02 thực hiện quá trình giải
hấp. Nhiệt độ được duy trì trong 2 tháp khoảng 130 oC. Lúc này van 3 ngã BV09 mở về hướng tháp A-01, dòng hơi cồn 92% wt được thổi vào tháp A-01, tại
đây hơi nước trong hỗn hợp được zeolite 4A trong tháp hấp phụ gần như hồn
tồn, dịng hơi cồn tuyệt đối đi ra đạt nồng độ tối thiểu 99,5% wt. Sản phẩm cồn
tuyệt đối đi ra được chia thành 2 phần:
- Phần thứ nhất được dẫn qua tháp A-02 để thực hiện quá trình giải hấp.

Tại tháp A-02, hơi cồn sản phẩm được bơm chân khơng hút ra ngồi qua van 3
ngã BV-10 mở về hướng tháp A-02.
- Phần còn lại đi qua thiết bị trao đổi nhiệt với dòng nguyên liệu E-00 và
thiết bị ngưng tụ/làm mát E-06 để ngưng tụ hoàn toàn thành lỏng ở 35 oC và
được chứa trong bồn sản phẩm trung gian để phân tích nồng độ.

Khoa Hóa học & CNTP – ĐH Bà Rịa Vũng Tàu

Trang


THỰC TẬP TỐT NGHIỆP

Ở bồn sản phẩm trung gian B-04 có gắn cảm biến nồng độ (AIC-00) để
xác định chất lượng sản phẩm. Nếu cồn chưa đạt yêu cầu (< 99,5% wt) thì van
BV-12 mở, van BV-11 đóng và cồn được bơm trở về bồn B-02 để đưa vào hấp
phụ lại. Ngược lại, cồn đạt yêu cầu (≥ 99,5% wt) thì van BV-12 đóng lại, van
BV-11 mở và dịng cồn được bơm về bồn chứa sản phẩm. Sau một chu kỳ hoạt
động (khoảng 16 phút) thì zeolit trong tháp A-01 bị bão hịa cịn zeolit trong
tháp A-02 đã được hồn nguyên, lúc này các van BV-09, BV-10 được TIMER
tác động chuyển hướng. Quá trình xảy ra ngược lại: tháp A-02 thực hiện q
trình hấp phụ cịn tháp A-01 giải hấp.
Q trình cứ như thế xảy ra luân phiên.
2.8.3. Hệ thống thu hồi cồn thải
Thiết bị trao đổi nhiệt E-05 hoạt động để ngưng tụ hơi cồn sau giải hấp.
Khi hệ thống làm việc, quá trình giải hấp xảy ra thì dịng hơi cồn giải hấp
được bơm chân khơng hút qua thiết bị ngưng tụ E-05 để ngưng tụ và làm nguội
trước khi vào cơ cấu tách lỏng.
Áp suất chân không trong hệ thống được duy trì ở 0,8 atm bằng bộ điều
khiển PIC-02 lấy tín hiệu áp suất ở bồn tách lỏng B-03 để điều chỉnh tốc độ bơm

chân không VP-00.
Nhiệt độ trong bồn tách lỏng B-03 được duy trì ở 35 0C bằng bộ điều
khiển nhiệt độ TIC-04 lấy tín hiệu nhiệt độ dịng lỏng ngưng tụ để đóng mở van
BV-04 cấp nước lạnh vào E-05.
Mực chất lỏng trong bồn tách lỏng được ổn định nhờ bộ điều khiển mức
LIC-02. Khi mực lỏng vượt quá giới hạn trên/dưới của bồn thì LIC-02 sẽ truyền
tín hiệu chạy/dừng bơm EP-03 hút cồn lỏng về bồn nguyên liệu để phối trộn.
2.8.4. Hệ thống phụ trợ


Hệ thống làm mát : Hệ thống nước làm mát cung cấp nước làm mát cho
hệ thống công nghệ chính (các thiết bị ngưng tụ cồn E-03, E-05, E-06).

Khoa Hóa học & CNTP – ĐH Bà Rịa Vũng Tàu

Trang


THỰC TẬP TỐT NGHIỆP

Hệ thống nước làm mát bao gồm tháp giải nhiệt nước bằng khơng khí,


bơm nước, quạt gió, đường ống PVC dẫn nước, van chặn, van by pass…
Hệ thống hơi nước bão hòa: Hệ thống hơi nước bão hịa cung cấp hơi gia
nhiệt cho hệ thống cơng nghệ chính(các thiết bị đun nóng, hóa hơi cồn E01, E-02, E-04). Hệ thống hơi nước bão hòa bao gồm lò hơi đốt dầu DO,
đường ống dẫn hơi, đường ống dẫn nước ngưng, bể chứa nước, thiết bị xử



lý nước, bơm nước cao áp..
Hệ thống khí nén điều khiển: Hệ thống khí nén điều khiển gồm những
thiết bị cung cấp khí cho tất cả các thiết bị điều khiển. Máy nén khí chạy
điện sẽ đảm nhiệm việc cung cấp khí điều khiển. Áp suất đầu ra của bình



khí là 5-7 kg/cm2.
Hệ thống khí Nitơ: Khí Nitơ được dùng cho việc cách ly cồn với khơng
khí, làm sạch các thiết bị khi cần thiết.Khí Nitơ được dẫn từ bình chứa khí
cao áp, qua van giảm áp đến các bồn chứa và duy trì một áp suất cố định
tại đó.

2.9. Các bước kiểm tra nồng độ cồn tinh luyện
Nồng độ cồn tinh luyện được kiểm tra theo phương pháp xác định tỷ trọng
tại RPTC – HCMUT đã được kiểm tra là phù hợp với phương pháp đo nồng độ
cồn bằng sắc ký tại Trung Tâm Kỹ Thuật Tiêu Chuẩn Đo Lường Chất Lượng 3.
Quy trình đo nồng độ cồn theo phương pháp xác định tỷ trọng được thực
hiện bằng cách so sánh với đường chuẩn đã xây dựng.
Dụng cụ:
-

Ống đựng mẫu khoảng 50ml
Cân với độ chính xác 0.0001g
Nhiệt kế với thang đo 1000C
Piconmeter 25ml

Các bước tiến hành:
-

Bước 1: Kiểm tra nhiệt độ cồn trong ống đựng mẫu và điều
chuẩn cho phù hợp với khoảng nhiệt độ khảo sát

Khoa Hóa học & CNTP – ĐH Bà Rịa Vũng Tàu

Trang


THỰC TẬP TỐT NGHIỆP

-

Bước 2: Rửa piconmeter bằng chính mẫu cồn cần đo sau đó

-

cho cồn vào piconmeter
Bước 3: Lau sạch bề mặt ngoài piconmeter . Giữ cho cồn
trong ống mao quản không bị hụt. Nếu hụt cần bổ sung thêm

-

cồn.
Bước 4: Cân khối lượng của cồn và piconmeter m(g).
Bước 5: Tiến hành đo nhiệt độ cồn t 0C cùng thời điểm với đo
khối lượng để tránh sai số .

Bước 6: Nếu nhiệt độ còn nằm trong khoảng khảo sát, từ m(g) và t0C dụa vào
đường chuẩn xác định nồng độ cồn.

Khoa Hóa học & CNTP – ĐH Bà Rịa Vũng Tàu

Trang


THỰC TẬP TỐT NGHIỆP

KẾT LUẬN

Qua thời gian thực tập tại Trung tâm Nghiên cứu Cơng nghệ Lọc Hóa Dầu
chúng em đã:
•
•

Nắm rõ sơ đồ tổ chức và cách thức hoạt động của Trung tâm.
Tham gia trực tiếp vào một số công việc như: Chiết tách và tinh chế tinh
dầu tràm trà; Tạo viên ZnO…phục vụ công tác nghiên cứu qua đó nâng

•

cao sự hiểu biết của bản thân.
Qua q trình tham quan và tìm hiểu chúng em đã vẽ được sơ đồ công
nghệ của phân xưởng sản xuất cồn nhiên liệu và cách thức hoạt động của

•

nó.
Nắm được hiệu quả của việc ứng dụng zeolite vào sản xuất cồn nhiên liệu
so với các phương pháp khác.

Khoa Hóa học & CNTP – ĐH Bà Rịa Vũng Tàu

Trang