Nghiên cứu điều chế nhiên liệu lỏng sinh học từ rơm rạ Việt nam

Luận văn tốt nghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội 2

Trường đại học SƯ PHạM Hà NộI 2
Khoa hóa học
***********

Lương thị tuyết nga

Nghiên cứu điều chế nhiên liệu lỏng sinh
học từ rơm rạ
việt nam
Khoá luận tốt nghiệp đại học
Chuyên ngành: Hóa công nghệ môi
trường

Người hướng dẫn khoa học
Ts. đặng tuyết phương

Hà Nội - 2009
SV: Lương Thị Tuyết Nga

1

GVHD: Đặng Tuyết Phương


Trường đại học SƯ PHạM Hà NộI 2
Khoa hóa học
***********

Lương thị tuyết nga

Nghiên cứu điều chế nhiên liệu lỏng sinh
học từ rơm rạ
việt nam
Khoá luận tốt nghiệp đại học
Chuyên ngành: Hóa công nghệ môi
trường

Hà Nội - 2009

SV: Lương Thị Tuyết Nga

2

GVHD: Đặng Tuyết Phương


Lời cảm ơn
Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới TS. Đặng Tuyết Phương đã tận
tình chỉ đạo và hướng dẫn trong suốt thời gian thực hiện và hoàn thành luận
văn.
Tôi xin trân trọng cảm ơn tập thể cán bộ phòng Hoá lý - Bề mặt – Viện
Hoá Học – Viện Khoa Học và Công Nghệ Việt Nam đã tạo mọi điều kiện
thuận lợi giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu.
Tôi xin trân trọng cảm ơn các thầy cô giáo trường ĐHSP Hà Nội 2 đã
tận tình dìu dắt tôi trong suốt 4 năm học vừa qua.
Hà Nội, ngày

tháng

năm 2009

Sinh viên

Lương Thị Tuyết Nga

SV: Lương Thị Tuyết Nga

3

GVHD: Đặng Tuyết Phương


Mục lục
Mở đầu

1

Chương 1: Tổng quan

3

1.1. Nhiên liệu sinh học (Bio-fuel)

3

1.2. Biomass

3

1.2.1. Khái niệm

3

1.2.2. Thành phần

4

1.3. Giới thiệu về rơm rạ

5

1.3.1. Khái niệm

5

1.3.2. Thành phần hóa học

5

1.3.3. Thành phần nguyên tố

7

1.4. Các phương pháp chuyển hoá rơm rạ

8

1.4.1. Phương pháp khí hoá

8

1.4.2. Phương pháp thuỷ phân

9

1.4.3. Phương pháp nhiệt phân

9

1.5. Nhiệt phân rơm rạ

11

1.5.1. Cơ chế của quá trình nhiệt phân

11

1.5.2. Sản phẩm của quá trình

12

1.5.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nhiệt phân

13

1.6. Hiện trạng nghiên cứu và ứng dụng

14

Chương 2: Các phương pháp thực nghiệm

18

2.1. Phương pháp tiền xử lý rơm rạ

18

2.2. Phân tích thành phần hoá học của rơm rạ

18

2.3. Phân tích nguyên tố

20

2.4. Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM)

21

2.5. Phân tích nhiệt (DTA)

21

2.6. Phương pháp phổ hồng ngoại (IR)

22

2.7. Hệ thiết bị nhiệt phân rơm rạ

23


2.7.1. Nhiệt phân rơm rạ trong môi trường N2

23

2.7.2. Nhiệt phân rơm rạ trong môi trường hơi nước

23

Chương 3: Kết quả và thảo luận

25

3.1. Phân tích rơm rạ

25

3.1.1. Phân tích nguyên tố

25

3.1.2. Phân tích thành phần hoá học

26

3.1.3. Phân tích hiển vi điện tử quét (SEM)

28

3.1.4. Phân tích phổ hồng ngoại (IR)

29

3.1.5. Phân tích nhiệt

30

3.2. Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình nhiệt phân

33

3.2.1. ảnh hưởng của nhiệt độ

34

3.2.2. ảnh hưởng của tốc độ gia nhiệt

35

3.2.3. ảnh hưởng của tốc độ dòng nitơ

36

3.2.4. ảnh hưởng của hơi nước

38

Kết luận chung

40

Tài liệu tham khảo

41



Mở đầu
Hiện nay, khủng hoảng năng lượng luôn là mối đe doạ với tất cả các
nước trên thế giới. Bởi đi đôi với sự phát triển mạnh mẽ của kinh tế, xã hội
nhu cầu sử dụng năng lượng ngày càng tăng nhanh. Nguồn năng lượng chính
đang được sử dụng là các năng lượng hoá thạch như dầu mỏ, than đá, khí tự
nhiên. Đó là nguồn năng lượng không tái tạo được và ngày càng cạn kiệt.
Theo tính toán của Cơ quan năng lượng quốc tế (IEA – Iternational Energy
Ageney) trữ lượng dầu mỏ chỉ đủ cung cấp cho con người trong khoảng 42
năm tới [7]. Việc sử dụng các nhiên liệu hoá thạch còn thải ra một lượng lớn
các khí CO2, SO2, NOx gây hiệu ứng nhà kính, ô nhiễm môi trường và thay
đổi khí hậu toàn cầu.
Vấn đề đặt ra là phải tìm một nguồn năng lượng thay thế vưà có thể cung
cấp một cách ổn định và lâu dài cho nhu cầu của nhân loại, vừa thân thiện với
môi trường. Vì vậy, các nhà khoa học tập trung nghiên cứu tìm ra các nguồn
năng lượng tái tạo. Đây là những nguồn năng lượng mà nếu đo bằng chuẩn
mực của con người là vô hạn. Năng lượng tái tạo bao gồm: Năng lượng sinh
học, năng lượng mặt trời, năng lượng hydro, địa nhiệt, sức gió. Trong đó năng
lượng sinh học chiếm 63% tổng năng lượng tái tạo, cung cấp 15% nhu cầu
năng lượng của thế giới [16].

Hướng mới được rất nhiều các nhà khoa học và công nghệ quan tâm đó
chính là sản xuất năng lượng sinh học sử dụng nguồn nguyên liệu biomass
như: các chất thải, sản phẩm phụ từ nông – lâm nghiệp như thân cây ngũ cốc,
vỏ trấu, mùn cưa... Các biomass loại này rất phong phú, giá rẻ lại góp phần
giải quyết vấn đề rác thải.
Việt Nam là nước xuất khẩu lúa gạo đứng thứ hai trên thế giới. Từ năm
2002 đến nay trung bình nước ta sản xuất ra 34 triệu tấn thóc/năm [12]. Năm
2008 sản lượng lúa đã đạt 37,6 triệu tấn, chiếm 5,6% sản lượng lúa gạo toàn
cầu [6]. Do đó hàng năm nước ta sẽ thải ra khoảng 45,9 triệu tấn rơm rạ. Số


rơm rạ này một phần được dùng làm thức ăn cho trâu bò, một phần làm phân
bón sinh học, còn chủ yếu được đốt bỏ ngay trên cánh đồng rất lãng phí và
gây ô nhiễm môi trường [32]. Nếu tận dụng được nguồn rơm rạ này để sản
xuất nhiên liệu sinh học sẽ có ý nghĩa hết sức to lớn về nhiều mặt.
Vì vậy, trong luận văn này chúng tôi “Nghiên cứu điều chế nhiên liệu
lỏng sinh học từ rơm rạ Việt Nam”.



chương 1: tổng quan
1.1. Nhiên liệu sinh học (Bio-fuel).
Theo bách khoa toàn thư mở wikipedia, nhiên liệu sinh học (NLSH) là
loại nhiên liệu được hình thành từ các hợp chất có nguồn gốc động thực vật.
Ví dụ: Nhiên liệu chế xuất từ chất béo của động thực vật (mỡ động vật, dầu
dừa...), ngũ cốc (lúa mỳ, ngô, đậu tương...), sản phẩm thải trong nông nghiệp
(rơm rạ, phân...), sản phẩm thải trong công nghiệp (mùn cưa, sản phẩm gỗ
thải...),...
Dựa vào ứng dụng của các nguyên liệu dùng để sản xuất NLSH có thể
chia NLSH thành hai thế hệ [14]:

 NLSH thế hệ thứ nhất là nhiên liệu sinh học sản xuất từ các loại cây
trồng ăn được, ví dụ: bioethanol từ đường và ngũ cốc, biodiezel từ dầu
mỡ động, thực vật …
 NLSH thế hệ thứ hai là nhiên liệu sinh học sản xuất từ những loại thực
vật không dùng làm lương thực, ví dụ: bio-oil sản xuất từ rơm rạ,
phân…
Hiện nay NLSH thế hệ thứ hai được ưu tiên nghiên cứu và sử dụng vì
hầu như không ảnh hưởng đến tình hình lương thực của thế giới. Vì thế sẽ
không tác động đến giá lương thực toàn cầu và đảm bảo an ninh lương thực
thế giới.
Có rất nhiều loại nguyên liệu dùng để sản xuất NLSH, trong luận văn
này chúng tôi quan tâm đến nguồn nguyên liệu là một dạng biomass. Đó là rơm
rạ.
1.2. Biomass.
1.2.1. Khái niệm.
Theo từ điển trực tuyến Merriam-Webster [4], biomass là vật liệu thực
vật và phế thải của động vật được sử dụng như một nguồn nhiên liệu.


Biomass bao gồm: chất béo của động thực vật (mỡ động vật, dầu dừa…), ngũ
cốc (lúa mỳ, ngô, đậu tương…), chất thải trong nông nghiệp (rơm rạ,
phân…), sản phẩm thải trong công nghiệp (mùn cưa, sản phẩm gỗ thải…) …


nlsh được sản xuất từ biomass có nguồn gốc từ thực vật chiếm đến 76%
[16]. Trong quá trình sinh trưởng, thực vật đã hấp thụ CO2 và dự trữ nó thông
qua con đường quang hợp. Khi sử dụng NLSH sản xuất từ biomass có nguồn
gốc thực vật sẽ giải phóng một lượng co2 tương đương khi thực vật bị phân
hủy tự nhiên hoặc đốt cháy, tức là đã tạo ra một chu trình cacbon khép kín
(hình 1.1). Do đó, việc sử dụng nlsh không góp phần vào quá trình phát thải

khí nhà kính [4, 16].

Hình 1.1. Chu trình cacbon.
1.2.2. Thành
phần.
Thành phần hoá học của biomass được thể hiện ở hình 1.2.
Biomass

Các hợp chất có khối
lượng phân tử thấp
Hợp chất
hữu cơ
Các hợp
chất trích ly

Hợp chất
vô cơ
Tro

Các hợp chất có khối
lượng phân tử lớn
Polysaccarit

Xenlulo

Lignin

Hemixenlulo

Hình 1.2. Thành phần hoá học của biomass.

Biomass thường chứa từ 70-90 % (khối lượng) đường polyme (xenlulo,
hemixenlulo…), 10–20% lignin (hợp chất thơm hữu cơ), ngoài ra các hợp
chất khác như : chất béo, chất màu, chất vô cơ…
9
SV: Lương Thị Tuyết Nga
GVHD: Đặng Tuyết Phương


1.3. Giới thiệu về rơm rạ.
1.3.1. Khái niệm.
Rơm và rạ là một sản phẩm của quá trình trồng lúa. Rơm bao gồm một
phần của thân cây lúa và lá lúa. Rạ là một phần gốc của cây lúa mà nó chứa
chủ yếu là thân của cây lúa. Thông thường sau khi thu hoạch người ta cắt
ngang phần thân cây lúa, phần hạt chứa hạt lúa mang về và phần còn lại ngoài
đồng chính là rạ.
Trong thực tế, sự phân chia rơm rạ chỉ có tính tương đối vì vậy người ta
thường gọi chung là rơm rạ (hình 1.3).

Hình 1.3. Hình ảnh rơm rạ.
1.3.2. Thành phần hóa học.
Thành phần chính của rơm rạ là xenlulo, hemixenlulo và lignin. Xenlulo,
hemixenlulo và lignin thường liên kết với nhau tạo thành polyme
lignoxenlulo.
 Xenlulo là thành phần chính của các tế bào thực vật, tạo nên cấu trúc
khung tinh thể của hầu hết biomass trên trái đất. Nó chiếm khoảng 40-50%
thành phần biomass.


Luận văn tốt nghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội 2

Hình 1.4. Công thức hóa học của xenlulo
Xenlulo là một dạng polysaccarid được tạo thành bởi các mắt xích Dglucoza, mỗi mắt xích này sẽ liên kết với C4 của mắt xích sau bằng liên kết
glucozit õ-1,4 (hình 1.4). Xenlulo có phân tử khối vào khoảng 250.0001.1.1

đvC. Trong mỗi phân tử xenlulo có khoảng 1000-1500 mắt xích

glucoza [9].
Xenlulo có cấu trúc tinh thể nên ngăn cản sự phân hủy nhiệt. Phản ứng
o

nhiệt phân xenlulo xảy ra hoàn toàn ở khoảng 240-350 C [15].
 Hemixenlulo chiếm khoảng 20-40% thành phần của rơm rạ. Nó là một
của 5 loại đường khác nhau: Đường 5 cacbon (xyloza và arabinoza), đường 6
cacbon (galactoza, glucoza, mantoza) (hình 1.5). Đơn vị cấu trúc chủ yếu của
hemixenlulo là xylan (polyxyloza), xylan được tạo thành từ các phân tử
xyloza liên kết với nhau ở vị trí 1 và 4 [20].
Hemixenlulo là hợp chất vô định hình nên dễ bị phân hủy hơn xenlulo,
o

nó bị nhiệt phân hoàn toàn ở 200-260 C [15]. So với sự phân hủy xenlulo, sự
phân hủy hemixenlulo tạo nhiều khí, ít nhựa đường, ít than hơn. Trong suốt
quá trình nhiệt phân rơm rạ, hemixenlulo bị đề axetyl hóa tạo ra một lượng
lớn axit axetic.


Hình 1.5. Hình ảnh các monome của
hemixenlulo.
 Trong rơm rạ lignin chiếm khoảng 10-25% về khối lượng. Nó là

polyme mạch vòng được tạo thành từ sự loại nước của các đường thơm. Hình
ảnh các đơn vị cấu trúc của lignin được thể hiện trên hình 1.6. Liên kết giữa
các mắt xích của lignin rất phức tạp và bền vững nên sự nhiệt phân lignin khó
khăn hơn nhiều so với nhiệt phân xenlulo và hemixenlulo. Thông thường
o

lignin sẽ bị nhiệt phân trong khoảng nhiệt độ từ 280-500 C [15]. Nhiệt phân
lignin thường tạo ra phenol và thu được nhiều than hơn so với nhiệt phân
xenlulo [26].

Hình 1.6. Các đơn vị cấu trúc của lignin
1.3.3. Thành phần nguyên tố.
Trong rơm rạ C và O là hai nguyên tố chiếm đa phần khoảng trên 35%
cho mỗi nguyên tố. Hàm lượng của chúng phụ thuộc vào bản chất của rơm rạ.
Ngoài ra, với O thì còn phụ thuộc vào hàm lượng ẩm trong rơm rạ. H chỉ


Luận văn tốt nghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội 2

chiếm 5–7%, các nguyên tố N, S, Cl chiếm < 1%. Các nguyên tố vi lượng
khác như Si, các kim loại kiềm…chiếm hàm lượng không đáng kể [29].
1.4. Các phương pháp chuyển hóa rơm rạ.
Bản thân biomass là một dạng nhiên liệu sinh học dạng thô. Từ thời tiền
sử, loài người đã biết đốt các cành cây để sưởi ấm và nấu chín thức ăn. Hàng
nghìn năm nay, gỗ và củi là nguồn nhiên liệu chính của con người [16]. Tuy
nhiên, việc sử dụng trực tiếp biomass như vậy ít hiệu quả kinh tế và lợi ích sử
dụng do nhiệt trị thấp (15-18 kj/kg đối với củi, gỗ và 12-15 kj/kg đối với rơm,
trấu), khối lượng riêng nhỏ, nguồn cung cấp thiếu tập trung dẫn đến việc vận

chuyển, khai thác và sử dụng tương đối khó khăn [10]. Vì vậy, ngày nay
người ta thường chuyển hóa biomass - nhiên liệu thô thành những sản phẩm có
giá trị hơn.
Thông thường, để chuyển hóa rơm rạ thành nhiên liệu bằng con đường
hoá học người ta sử dụng ba phương pháp chính là phương pháp khí hóa,
phương pháp thủy phân và phương pháp nhiệt phân.
1.4.1. Phương pháp khí hóa.
Khí hóa là một quá trình oxy hoá không hoàn toàn rơm rạ được thực
0

0

hiện ở nhiệt độ cao khoảng 750 C–1500 C nhằm biến đổi năng lượng dự trữ
trong nhiên liệu rắn thành nhiên liệu khí hay khí tổng hợp [24]. Nguyên liệu
sử dụng cho quá trình khí hoá phần lớn là than và một phần nhỏ là từ dầu mỏ.
Hiện nay, giá cả nguồn than tăng cao, mặt khác than có nhiều ứng dụng hiệu
quả hơn là làm nguyên liệu cho quá trình khí hoá. Vì vậy, người ta đang tập
trung khí hoá các loại nguyên liệu có nguồn gốc từ biomass.
Khí tổng hợp bao gồm hỗn hợp các khí CO, CO2, H2, CH4, C2H4, H2O
[24,33]… Ngoài ra, còn có các tạp chất như bụi than, xỉ lò, S, kim loại kiềm,
tạp chất nitơ, hắc ín [7].
Hiệu quả của quá trình khí hoá là tương đối thấp, thành phần khí không


Luận văn tốt nghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội 2

ổn định, nhiệt trị của khí không cao. Vì vậy sản phẩm của quá trình khí hoá ít
được sử dụng làm nhiên liệu mà chủ yếu nguyên liệu cho các quá trình khác.

Khí tổng hợp được sử dụng trong các hệ thống điện như: trong tuabin
khí, trong động cơ đốt trong liên kết với máy phát điện… Ngoài ra, các khí
này còn được sử dụng để tổng hợp các hoá chất như methanol, đimetylete,
sản xuất xăng tổng hợp, sản xuất nhiên liệu lỏng…[7].
1.4.2. Phương pháp thủy phân.
Thủy phân là phản ứng bẻ gãy các phân tử lớn thành các phân tử nhỏ
hơn với sự tác động của nước. Bốn công nghệ thủy phân rơm rạ bao gồm:
thủy phân axit, thủy phân kiềm, thủy phân enzym và thủy phân sử dụng dòng
nước nóng có áp [37]. Trong đó thủy phân axit và thủy phân enzym là hai
công nghệ chính hay được sử dụng. Thủy phân enzym có ưu điểm là hiệu suất
và tính chọn lọc cao, nhưng có nhược điểm là khó tạo ra và nuôi sống chủng
enzym thích hợp. Bên cạnh đó do xenlulo có cấu trúc tinh thể cao nên đã ngăn
cản enzym xâm nhập vào xenlulo, gây cản trở cho quá trình thủy phân. Vì vậy
người ta đã sử dụng dòng nước có áp để phá hủy cấu trúc xenlulo tạo điều
kiện cho enzym xâm nhập, tuy nhiên công nghệ này còn khá mới mẻ và rất
phức tạp.
Khi thủy phân rơm rạ, xenlulo và hemixenlulo có thể bị thủy phân tương
đối hoàn toàn nhưng lignin gần như không bị thủy phân. Nếu có thì phải đòi
hỏi công nghệ phức tạp và điều kiện thủy phân khắc nghiệt [37]. Sản phẩm
của quá trình thủy phân chủ yếu là cồn như bioetanol, biobutanol, biometanol.
Các sản phẩm này được sử dụng làm nhiên liệu và làm hóa chất.
1.4.3. Phương pháp nhiệt phân.
Nhiệt phân là quá trình bẻ gãy mạch cacbon của lignoxenlulo bằng nhiệt
(cracking nhiệt). Sản phẩm thu được gồm cả 3 dạng rắn, lỏng và khí. Tùy
thuộc vào điều kiện nhiệt phân như nhiệt độ, tốc độ gia nhiệt, môi trường, tốc
độ dòng khí mang, kích thước nguyên liệu… mà thu được hiệu suất và sự
phân bố sản phẩm khác nhau [23,29].

Một cách tương đối có thể chia nhiệt phân thành 3 loại: nhiệt phân chậm,
nhiệt phân nhanh và nhiệt phân flash.


Nhiệt phân chậm: Gọi là nhiệt phân chậm vì tốc độ gia nhiệt trong quá
o

trình nhiệt phân không cao, nhiệt độ nhiệt phân tối đa vào khoảng 500 C.
Thời gian lưu của hơi nhiệt phân dài, khoảng 5-30 phút nên chúng sẽ không
thoát ra ngay mà tiếp tục phản ứng với các chất khác tạo ra than hoặc một số
sản phẩm lỏng. Nhiệt phân chậm có nhược điểm là hiệu suất tạo than cao,
hiệu suất tạo dầu và khí thấp.
 Nhiệt phân nhanh: Ngược lại với nhiệt phân chậm, nhiệt phân nhanh có
o

tốc độ gia nhiệt lớn hơn nhiều, nhiệt độ nhiệt phân vào khoảng 500-650 C,
thời gian lưu ngắn, khoảng 0,5-5 giây. Do quá trình phân hủy xảy ra nhanh, ở
nhiệt độ rất cao nên sản phẩm tạo thành chủ yếu là khí. Các khí này khi được
làm lạnh một phần sẽ ngưng tụ tạo thành sản phẩm lỏng (bio-oil) [7].
 Nhiệt phân flash: Về nguyên tắc nhiệt phân flash hầu như không khác
nhiệt phân chậm và nhiệt phân nhanh. Sự khác nhau cơ bản là tốc độ gia nhiệt
o

khi nhiệt phân flash cực nhanh vào khoảng 5000 C/phút và thời gian lưu rất
ngắn (dưới 1giây). Vì vậy, trong suốt quá trình nhiệt phân sự mất nhiệt là rất
ít, hiệu suất tạo than giảm, hiệu suất tạo dầu và khí tăng. Đây là phương pháp
ưu việt nhất để chuyển rơm rạ thành nhiên liệu. Tuy nhiên công nghệ này còn
khá mới mẻ, phức tạp, máy móc đắt đỏ [14].

ưu điểm của phương pháp nhiệt phân là sản phẩm thu được cả dạng khí,
lỏng và rắn. Cũng như khí hóa, quá trình nhiệt phân có khả năng bẻ gãy liên kết
hóa học của chất lignin có mặt trong rơm rạ do đó làm tăng hiệu quả sử dụng
rơm rạ, còn trong các phản ứng thủy phân lignin hầu như không phản ứng.
Nhiệt phân được xem như một quá trình có nhiều tiềm năng mà các nhà
khoa học đang tập trung nghiên cứu. Theo tính toán của các nhà khoa học thì
hiệu quả của quá trình nhiệt phân là rất lớn, chi phí sản xuất tương đối thấp.


Sản phẩm của quá trình thân thiện với môi trường và không gây độc hại với
người sử dụng.
1.5. Nhiệt phân rơm rạ.
1.5.1. Cơ chế của quá trình nhiệt phân.
Hiện nay cơ chế nhiệt phân biomas nói chung và rơm rạ nói riêng vẫn
còn là vấn đề phức tạp, nhiều tranh cãi, chưa được chứng minh một cách
chính xác. Dưới đây là một cơ chế nhiệt phân đã được một số nhà khoa học
đề xuất (hình 1.7) [21].

Thay đổi cấu tạo

Chuyển hóa glycosit

Chuyển hóa glycosit

Levoglucosan
Hình 1.7. Cơ chế nhiệt phân xenlulo không sử dụng xúc tác [21]
Sản phẩm cuối cùng của quá trình nhiệt phân xenlulo không sử dụng xúc
tác không chỉ là levoglucosan. Hợp chất này sau khi sinh ra tiếp tục tham gia

các phản ứng để tạo thành nhiều hợp chất khác. Có thể kể ra một số sản phẩm
chính khi nhiệt phân xenlulo, hemixenlulo và lignin như sau :
Xenlulozo

-Levoglucoxan
-Hydroxylmetylfufura
-Hydroxylaxetaldehyt
-Axeton
Hemixenlulo

-Axit axetic
-Fufura
-Các fufuran khác
Lignin

-Các hợp chất phenolic có
khối lượng phân tử thấp
-Các hợp chất phenolic có khối lượng phân tử cao
Như vậy, sau phản ứng nhiệt phân sẽ thu được hàng trăm hợp chất hữu
cơ ở cả ba dạng rắn, lỏng và khí [22,34,36].
1.5.2. Sản phẩm của quá trình nhiệt phân.
Sản phẩm của quá trình nhiệt phân bao gồm sản phẩm rắn, lỏng và khí.
Các sản phẩm này đều có nhiều ứng dụng trong thực tế:



Sản phẩm khí: Sau khi đi qua bộ phận làm lạnh, sản phẩm khí thoát ra

là các khí không bị ngưng tụ như: CO, CO2, H2, CH4 và các hyđrocacbon C2,
C3. Các khí này được dùng để sấy nguyên liệu biomass (sinh khối) hoặc sử

dụng trong động cơ chạy khí [7].




Sản phẩm lỏng (bio-oil): Là hỗn hợp của hàng trăm hợp chất hữu cơ.

Bio-oil gồm hai pha: Pha nước và pha hữu cơ. Pha nước có chứa các các hợp
chất hữu cơ có khối lượng phân tử thấp như axit axetic, metanol, axeton…Pha
hữu cơ có chứa các hợp chất của oxy như các rượu no, các hợp chất cacbonyl,
axit, phenol, crezol, benzenđiol, các hyđrocacbon thơm (như benzen, toluen,
inden và các dẫn xuất của chúng) và các hợp chất thơm đa vòng (như


naphtalen, fluoren, phenanthren và các dẫn xuất của chúng) [22,36]…Sự phân
bố của các hợp chất này tùy thuộc vào thành phần của nguyên liệu và điều
kiện nhiệt phân [27]. Bio-oil có thể sử dụng vào nhiều lĩnh vực như sản xuất
hóa chất, y dược, công nghiệp, thực phẩm hoặc làm nhiên liệu. Riêng trong
lĩnh vực năng lượng, bio-oil có thể sử dụng làm nhiên liệu trong nhà máy điện
(gia nhiệt nồi hơi, lò…) hoặc thay thế diezel dầu mỏ để chạy động cơ (trong
trường hợp này bio-oil cần phải được tinh chế và làm tăng độ ổn định) [7,22].
Sản phẩm mong muốn của quá trình nhiệt phân là bio-oil do tính tiện lợi trong
việc sử dụng, bảo quản và chuyên chở của nó. Ngoài ra, so với nhiên liệu hoá
thạch thì bio-oil có nhiều ưu điểm về môi trường nên có thể gọi là nhiên liệu
sạch. Với bio-oil thì tỉ lệ CO2/khí nhà kính trung hoà nên có thể chấp nhận
được, không có SO2 vì cây xanh chưá một lưọng không đáng kể S, NOx ít hơn
so với nhiên liệu diesel.

 Sản phẩm rắn (than): Có thể sử dụng làm than hoạt tính hoặc được dùng
để cấp nhiệt cho việc sấy sinh khối và tăng nhiệt độ cho lò phản ứng nhiệt

phân.
1.5.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nhiệt phân.
Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nhiệt phân rơm rạ. Qua nhiều
công trình nghiên cứu người ta rút ra năm yếu tố chính là: Nhiệt độ nhiệt
phân, tốc độ gia nhiệt, kích thước hạt nguyên liệu, môi trường nhiệt phân, có
hay không sử dụng xúc tác trong quá trình nhiệt phân và loại xúc tác [29].
Hai yếu tố nhiệt độ nhiệt phân và tốc độ gia nhiệt ảnh hưởng đến sự phân
bố các sản phẩm nhiệt phân. Nhiệt độ nhiệt phân càng lớn thì sản phẩm khí
càng nhiều, nhiệt độ càng thấp thì lượng than thu được nhiều hơn. Khi tăng
nhiệt độ nhiệt phân, sản phẩm khí tăng do sự chiếm ưu thế của các phản ứng
cracking thứ cấp của hơi nhiệt phân ở nhiệt độ cao. Còn sự giảm hiệu suất tạo
than cốc có thể do ở nhiệt độ cao biomass bị phân huỷ nhiều hơn hoặc do sự
phân hủy thứ cấp của cặn than cốc. Sự phân hủy thứ cấp của than cốc ở nhiệt


độ cao cũng có thể tạo ra những sản phẩm khí không có khả năng ngưng tụ góp