MỞ ĐẦU
Hiện nay nhu cầu sử dụng nhiên liệu của con người ngày càng tăng trong khi
nguồn nhiên liệu hóa thạch ngày càng cạn kiệt, nếu như với tốc độ phát triển như hiện
nay thì nguồn nhiên liệu hóa thạch sẽ hết trong vài chục năm nữa. Nguồn nhiên liệu
hóa thạch đó không tạo ra ngay được mà phải trải qua quá trình tích tụ hàng triệu năm.
Như vậy cần phải tìm nguồn nhiên liệu thay thế nhiên liệu hóa thạch để phục vụ nhu
cầu sử dụng của con người. Vì vậy, nhiên liệu hóa thạch cần phải được khai thác và sử
dụng một cách hợp lý. Mặt khác việc đốt cháy nhiên liệu hóa thạch sinh ra các khí như
CO
2
, SO
2
, NO
x
gây ra hiệu ứng nhà kính làm cho trái đất ngày càng nóng lên gây ra
nhưng hệ quả nghiêm trọng về biến đổi khí hậu. Vì vậy việc tìm nguồn nhiên liệu mới
thay thế nhiên liệu hóa thạch, có thể tái sinh và thân thiện môi trường ngày càng thu
hút được sự quan tâm nghiên cứu. Nhiên liệu sinh học là nguồn nhiên liệu đầu hứa hẹn
để thay thế nhiên liệu hóa thạch, có thể tái sinh và khi sử dụng không thải ra khí thải
gây hiệu ứng nhà kính, mưa axit, là nguồn nhiên liệu thân thiện với môi trường.
Cho đến nay nhiên liệu sinh học đã được nghiên cứu và ứng dụng trải qua 3 thế hệ:
NLSH thế hệ thứ nhất: Sử dụng tinh bột thủy phân thành đường để lên men thành
etanol. Quá trình sử dụng tinh bột nên gây ảnh hưởng tới nguồn lương thực của thế
giới, gây mất an ninh lương thực. Nên có nhiều hạn chế trong việc sử dụng nguyên
liệu này.
NLSH thế hệ thứ 2: sử dụng các phụ phẩm, phế thải trong sản xuất, sinh hoạt có
nguồn gốc hữu cơ. Ví dụ như rơm, rạ, mùn cưa, bã mía Về cơ bản các nguồn nguyên
liệu đó không có giá trị nhiều, việc sử dụng nguồn nguyên liệu đó không những không
ảnh hưởng tới an ninh lương thực mà còn giảm tải được ô nhiễm môi trường vì hầu hết
chúng được đốt bỏ ở các làng quê Việt Nam.
NLSH thế hệ thứ 3: từ tảo (nước ngọt và nước biển), cây jatropha curcas (cây

* Mục tiêu nghiên cứu của đề tài:Tìm hiểu các quá trình nâng cấp sản phẩm nhiêt
phân biomass thành nhiên liệu sử dụng nhiệt.
* Nội dung nghiên cứu:
- Tìm hiểu quá trình chuyển biomass
- Tìm hiểu các phương pháp nâng cấp sản phẩm nhiêt phân biomass thành nhiên
liệu.
- Đánh giá một số khó khăn và thuận lợi đối với sản xuất nhiên liệu sinh học từ
những nguồn nguyên liệu trên.
2
CHƯƠNG 1. CÁC PHƯƠNG PHÁP CHUYỂN HÓA BIOMASS
THÀNH NHIÊN LIỆU
Nguyên liệu biomass thường được chuyển hóa bằng phương pháp sinh hóa và
phương pháp nhiệt hóa.
1.1.Phương pháp sinh hóa (lên men)
Phương pháp này chuyển đổi biomass như cellulose, hemixeluloza hay lingin (chất
gỗ) sang ethanol nhờ tác dụng của xúc tác enzim. Phương pháp này rất có lợi về
phương diện giảm khí nhà kính. Ưu điểm quan trọng nữa là kỹ thuật dễ dàng và có
tính kinh tế cao cho phép áp dụng ở qui mô công nghiệp nhưng nhược điểm là khó tạo
ra và nuôi sống chủng enzym thích hợp. Khi thủy phân biomass, 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 nên ta không tìm hiểu trong đề tài này.
1.2.Phương pháp nhiệt hoá
Dưới tác dụng nhiệt, có ba phương pháp để biến dổi các phân tử gỗ thành nhiên liệu
: sự đốt cháy, sự khí hoá, và sự nhiệt phân. Phương pháp đốt cháy trực tiếp chỉ sinh ra
nhiệt, không sinh ra sản phẩm hữu cơ nên không có giá trị về mặt nhiên liệu đồng thời
hiệu quả nhiệt thấp, gây ô nhiễm môi trường. Để tạo ra nhiên liệu sinh học, người ta sử
dụng phương pháp khí hoá hay phương pháp nhiệt phân để tạo ra các sản phẩm trung
gian như bio-oil, khí.
1.2.1. Phương pháp khí hóa biomass

O và có thể có hydrocacbon như C
1
, C
2
, C
3
, C
4
. Mỗi phương pháp khí hóa
nhất định cũng có thể khí hóa được nhiều loại biomass khác nhau. ví dụ phương pháp
khí hóa tầng cố định có thể dùng các loại nhiên liệu khác nhau như than gỗ, rơm, rạ
than nâu, than antraxit, v.v
Dưới đây là các kiểu công nghệ khí hóa:
b.1) Khí hóa tầng cố định (đường kính biomass 10 - 100 mm)
Công nghệ khí hóa tầng cố định lại có 3 phương pháp khí hóa là khí hóa thuận, khí
hóa nghịch, khí hóa kết hợp cả thuận và nghịch.
b.1.1) Quá trình khí hóa thuận:
- Theo phương pháp này thì biomass được nạp vào từ trên đỉnh lò xuống phía dưới,
gió (hơi nước, không khí ) đi vào lò từ đáy lò còn sản phẩm khí đi ra ở cửa lò phía
trên. Như vậy gió và biomass đi ngược chiều nhau.
- Phân chia chiều cao lò thành từng vùng phản ứng, vùng nọ kế tiếp vùng kia. Dưới
cùng là vùng xỉ, tiếp đó là vùng cháy, vùng khử (vùng tạo ra sản phẩm khí hóa), vùng
bán cốc, vùng sấy than và trên đó là tầng không đỉnh lò.
- Do có sự phân bố các vùng phản ứng như vậy nên nếu đi từ dưới lên thì vùng cháy
có nhiệt độ cao nhất, tiếp đó là vùng khử có nhiệt độ thấp hơn do có các phản ứng thu
nhiệt, vùng bán cốc có nhiệt độ thấp hơn nữa và tiếp đó là vùng sấy có nhiệt độ càng
thấp hơn nữa do phải tiêu tốn nhiệt vào quá trình bốc hơi nước.
Có thể tóm tắt nhiệt độ các vùng như sau:
t
o

2
=> CO + CO
2
; CO vừa tạo
ra lại phản ứng tiếp với oxy tự do của gió để tạo ra CO
2
(2CO + O
2
=> 2CO
2
). Trong
vùng này nhiệt toả ra mạnh, lượng nhiệt này dùng để cung cấp cho các phản ứng trong
vùng khử và các vùng khác.
+ Vùng khử: Trong vùng này CO
2
và hơi nước đi từ vùng cháy vào có thể gây ra
các phản ứng sau:
C + CO
2
= 2CO - Q
1
C + H
2
O = CO + H
2
- Q
2
C + 2H
2
O = CO

khử. Sản phẩm của quá trình nhiệt phân ở vùng bán cốc không thoát ra ngoài mà
tiếp tục đi qua vùng cháy, vùng khử và vùng tro xỉ rồi mới thoát ra ngoài cùng với
khí tổng hợp.
- Hình thức trao đổi nhiệt trong lò khí hóa nghịch: Trong lò khí hóa nghịch, vùng
có nhiệt độ cao nhất là vùng cháy, nó có xu hướng trao đổi nhiệt với các khu vực
xung quanh. Nhiệt truyền cho vùng khử chủ yếu do quá trình đối lưu, còn nhiệt
truyền lên phía trên (vùng cốc hóa) chủ yếu là do bức xạ và dẫn nhiệt.
- Ảnh hưởng của quá trình bán cốc (nhiệt phân biomass) đối với quá trình khí
hóa nghịch:
Trong lò khí hóa nghịch, sản phẩm của quá trình nhiệt phân (bán cốc) thoát ra
phải đi qua khu vực cháy, ở đó có dư oxy và nhiệt độ cao nên đại bộ phận khí và
chất lỏng nhiệt phân bị cháy và bị phân hủy tiếp, nên sản phẩm của quá trình khí
hóa nghịch chủ yếu chỉ có CO, H
2
, H
2
O, và một lượng nhỏ các loại nhựa,
hydrocacbon Hàm lượng nhựa trong quá trình khí hóa nghịch là thấp, không quá
0,3 - 0,5 g/m
3
, trong khi khí sản xuất theo quá trình khí hóa thuận có hàm lượng
nhựa cao, đến 30 -40 g/m
3
. Sản phẩm khí từ quá trình khí hóa nghịch có chất lượng
tốt hơn từ quá trình khí hóa thuận nên khí đó có thể dùng để chạy các động cơ đốt
trong hoặc chế biến hóa học.
b.1.3) Quá trình khí hóa liên hợp
6
Quá trình khí hóa liên hợp là quá trình kết hợp phương pháp khí hóa thuận và
phương pháp khí hóa nghịch trên cùng một thiết bị.

Vùng xỉ 7
Vùng sấy 1
biomass
Khí vào
Khí vào
Khí ra (cửa II)
nhau (về độ ẩm và độ tro) mà không ảnh hưởng nhiều đến chất lượng khí tổng hợp.
biomass đi từ vùng sấy qua vùng bán cốc nên hơi ẩm và chất bốc đã thoát hết, do
vậy khi đến vùng khử và vùng cháy biomass vẫn giữ được nhiệt độ cần thiết cho
các phản ứng khử và phản ứng cháy, vì thế chất lượng khí sản phẩm ở đây vẫn tốt.
- Chính vì vậy phương pháp này cho phép khí hóa được tất cả các loại củi gỗ,
(có độ ẩm đến 30%) và than, từ than non đến than già, kể cả loại đá dầu có hàm
lượng tro cao (đến khoảng 50% tro).
-Phương pháp khí hóa tầng cố định kiểu thuận cho phép sản xuất khí tổng hợp có
chứa nhiều hydrocacbon, vì vậy khí sản phẩm có nhiệt cháy cao, rất có lợi khi dùng
vào mục đích làm khí đốt.
 Nhược điểm
-Phương pháp không dùng được đối với các loại biomass có kích thước <10mm.
Nên cần phải lắp đặt thêm hệ thống cyclon sau lò khí hóa để lọc bụi, đồng thời lắp
đặt thêm lò khí hóa kiểu tầng sôi hoặc dòng cuốn để nâng cao hiệu suất chuyển hóa
đồng thời giảm lượng bụi thải ra ngoài.
- Khi thành phần biomass có đường kính <10mm sẽ làm cho quá trình khí hóa bị
hạn chế vì không khí khó lưu thông.
- Nhiệt độ của khí hóa nằm ở nhiệt độ nhiệt phân nên có ngoài khí hóa còn có cả
hiện tượng nhiệt phân nên sẽ sinh tạp chất hydrocacbon C
1
, C
2
, C
3

thì phương pháp khí hóa gọi là khí hóa tầng sôi.
Cách tính tốc độ gió:
Tiếp tục tăng vận tốc gió tới giới hạn nhất định sẽ đạt được trạng thái cân bằng giữa
lực đẩy của gió và trọng lực của than. Tốc độ gió lúc đó được gọi là tốc độ tới hạn,
được xác định theo công thức:
4g . γ
T
. d
W
tới hạn
= m/giây
3 . C . γ
khí
γ
T
: Trọng lượng riêng của biomass
γ
khí
: Trọng lượng riêng của khí
d : Kích thước hạt
C : Hệ số phụ thuộc vào hình dạng của hạt t và phụ thuộc vào R
e
Nếu W
gió
> W
tới hạn
thì hạt sẽ bay ra ngoài lò theo khí. Vì vậy W
gió
không cho phép
vượt quá W

và H
2
O. Vì vậy khí sản phẩm ra khỏi đỉnh lò
9
không có các sản phẩm lỏng, không có các loại hyđrocacbon nên khí ra sạch, dùng
cho tổng hợp hóa học rất thuận lợi.
- Vì khí hóa tầng sôi nên các hạt biomass luôn chuyển động và trong lò không có
ranh giới rõ rệt giữa các vùng phản ứng (như vùng cháy, vùng khử, vùng nhiệt
phân trong khí hóa tầng cố định) và nhiệt độ trung bình của lò giảm xuống. Vì
đặc điểm này nên nhiệt độ của lò trong phương pháp khí hóa tầng sôi chỉ đạt từ 900
đến 1000
o
C.
b.2.3) Nhược điểm của khí hóa tầng sôi
- Để nâng cao nhiệt độ lò, có thể dùng thêm oxy và hơi nước vào gió, tuy thế cũng
không thể nâng nhiệt độ phản ứng cao quá 1150
o
C, nhiệt độ có thể làm chảy xỉ. Do đó
một số loại char sẽ không được khí hóa hoàn toàn.
- Một số char có tính chảy dẻo, nên ở nhiệt độ cao, chúng chảy ra, bết lại, tạo thành
cục to, nó không những không ở dang sôi mà còn cản trở quá trình khí hóa.
- Có một số hạt biomass dưới tác dụng chuyển động xoáy của tác nhân khí đưa vào
chưa kịp phản ứng và bị cuốn theo gió ra ngoài lò, làm mất mát cacbon theo tro ở phía
trên đỉnh lò. Theo phương pháp này lượng mất cacbon theo khí tổng hợp có thể đến 10
- 20%, mất mát theo tro xỉ khoảng 5%.
- Các hạt biomass chuyển động mạnh, làm ma sát với thành thiết bị, làm hao mòn
thiết bị.
b.3) Khí hóa kiểu dòng cuốn (kích thước biomass từ 0-2mm)
Biomass (có kích thước từ 0-2mm) được chuyển vào lò nạp nhờ dòng khí nitơ,
từ đó được làm xoáy chuyến vào vòi phun cùng với oxy và hơi nước. Tỷ lệ giữa

cho nhiệt cháy của biomass nói chung là cao, nó còn phụ thuộc cả vào thành
phần của biomass ban đầu, nói chung có thể đạt được 75% hiệu suất.
Nếu khí hóa ở áp lực cao thì càng tăng được năng suất lò vì năng suất của lò khí
hóa tăng lên tỷ lệ với tăng áp suất. Do nhiệt độ lò phản ứng cao nên phải làm lạnh
tường phía trong của lò để khỏi bị quá nhiệt. Thường làm lạnh bằng vỏ áo nước hay
ống nước xếp cạnh tường lò.
b.4) Một số chú ý về phương pháp khí hóa
- Sự mất mát về chất chủ yếu là do bụi thoát ra cùng với khí và do xỉ, nó chiếm
khoảng 5%.
-Trong thành phần khí đi ra, có thể có chứa lượng thành phần hydrocacbon, dầu
nhựa, phenol (tùy thuộc vào lò khí hóa). Nên ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp sau,
nhưng có lợi cho việc sử dụng khí đó làm nhiên liệu.
- Sản phẩm khí đi ra có cả bụi, nên cần phải sử dụng thiết lọc bụi đặc biệt là sử
dụng thiết bị lọc cyclon để lọc hạt bụi tiếp tục khí hóa và cũng hạn chế được lượng bụi
thải ra môi trường.
- Xỉ của quá trình khí hóa có thành phần phụ thuộc vào nguồn biomass đưa vào. Ví
dụ nếu nó là vỏ trấu thì chứa nhiều SiO
2
là nguồn nguyên liệu cho ngành xi măng.
- Để tận dụng nguồn nhiệt của khí đi ra khỏi lò khí hóa, nên sử dụng thiết bị trao đổi
nhiệt để tận thu nhiệt của khí đi ra.
- Nhìn chung ta nhận thấy Phương pháp khí hóa dạng dòng cuốn có nhiều ưu
điểm hơn so với khí hóa tầng cố định và tầng sôi
+ Có thể thực hiện khí hóa các nguồn biomass có kích cỡ khác nhau, bằng cách
nghiền vụn biomass thành kích thước từ 0-2mm.
+ Sản phẩm khí không chứa sản phẩm phụ như (nhựa, dầu, phenol, axit béo )
nên quá trình tinh chế đơn giản thuận lợi cho việc tổng hợp các chất sau này.
+ Bụi thu được từ thiết bị lọc bụi Cyclon có thể quay trở lại lò để tiếp tục khí hóa,
nhưng lò khí hóa tầng cố định thì không thể đưa trở lại được mà phải lắp thêm lò khí
hóa tầng sôi hay lò khí hóa dòng cuốn đi kèm nên tốn chi phí.

C
n
H
2n+2
+H
+
=>
+
C
n
H
2n+3

+
C
m
H
2m+1

+ C
n-m
H
2n-2m+2
C
n
H
2n+2
+ L(H
+
) =>

nhiệt nhanh chóng và thời gian cứ trú ngắn <2s. Làm lạnh nhanh tầng sôi. Nhiệt phân
nhanh cho ra 60-70% dầu sinh học, 15-25% char và 10-20% khí không ngưng tụ. Có
bốn tính năng cần thiết cho nhiệt phân nhanh:
+ Gia nhiệt nhanh, sinh khối phải được nghiền mịn
+ Kiểm soát phản ứng nhiệt phân nhanh ở 425-500
o
C
+ Thời gian lưu ngắn (<2s).
+ Hơi nhiệt phân và các sol khí phải được làm lạnh nhanh tránh trường hợp chúng
kết hợp lại với nhau.
b) Xúc tác sử dụng cho quá trình nhiệt phân:
Nguyên tắc lựa chọn xúc tác là phải có tính axit theo Bronsted để có tâm proton
hoạt động, bẽ gãy liên kết cacbon.
b.1) Xúc tác truyền thống zeolite:
- Cấu trúc của zeolite cân bằng bởi cation kim loại (axit lewis) hoặc proton
hydroxyl.

14
Hình 3. Mô hình zeolite
Khi tiến hành xử lý nhiệt ở khoảng nhiệt độ 400 – 500
o
C thì xuất hiện các tâm axít
Lewis theo sơ đồ sau:
Hình 4. Mô hình hoạt hóa xúc tác zeolite
Cấu trúc Các loại Zeolite thường được sử dụng:

Hình 5. Hình dạng zeolite ZSM5, mordenite, Y
+ ZSM-5, 3-D 10 ring 5.2 x 5.7Å and 5.3 x 5.6Å Intersection cavity: 9Å
+ Mordenite, 2-D 12 ring 7.0 x 6.5Å and short 8-ring channels 3Å
+ Y, 3-D 12 ring 7.4 x 7.4Å and 11.8Å supercages

hydroccacbon.
CaO+ 2RCOOH = CaCO
3
(RCOO)
2
Ca =CO
2
+ RCOR
RCOOH +CaO=CaCO
3
+ RH
Xúc tác được nghiền nhỏ, rãi đều trên rây phân tử, sấy khô ở 120
o
C trong 2h để loại
nước.
Biểu đồ so sánh kết quả của sử dụng xúc tác MCM-41, xúc tác CaO và không sử
dụng xúc tác (sử dụng thiết bị phân tích sắc kí):
16
17
Hình 7. Biểu đồ so sánh kết quả của quá trình nhiệt phân sử dụng CaO,
MCM-41 và không sử dụng xúc tác
b.3) Tái sinh xúc tác:
+ Quá trình nhiệt phân. Cốc bám lại trên bề mặt xúc tác là xúc tác mất hoạt tính,
nên cần phải tái sinh lại xúc tác.
+ Quá trình tái sinh xúc tác là đốt cháy cốc, ở đây ta sử dụng là đốt cháy 2h, ở
450
o
C ở không khí.
c) Các sản phẩm của quá trình nhiệt phân
Sản phẩm khí gồm các khí không bị ngưng tụ như: CO, CO

Các sản phẩm này đều có nhiều ứng dụng trong thực tế.
18
d) Ưu nhược điểm của phương pháp nhiệt phân
Ưu điểm: sản phẩm thu được cả 3 dạng khí, lỏng và rắn. Hơn nữa, cũng như khí
hóa, quá trình nhiệt phân có khả năng bẻ gãy liên kết hóa học của cả xenlulo,
hemixenlulo và lignin, do đó làm tăng hiệu quả sử dụng biomass. Hơn nữa, sản
phẩm lỏng của quá trình nhiệt phân có nhiều ứng dụng quan trọng.
Nhược điểm: Nguồn Biomass có chứa thành phần oxi nên chắc chắn khi nhiệt phân
sẽ sinh ra sản phẩm có chưa oxi. Đây là nhược điểm chung của các bio-oil sinh ra từ
nhiệt phân biomass vì các hợp chất chứa oxy sẽ làm cho dầu không bền về mặt hóa
học, gây ăn mòn máy móc, động cơ đồng thời làm giảm nhiệt trị của dầu. Vấn đề trở
ngại ở đây là rất khó tạo ra một môi trường hoàn toàn không có oxy. Thông thường,
một lượng nhỏ oxy hóa vẫn diễn ra và có thể tạo ra một số sản phẩm phụ không mong
muốn. Vì vậy cần phải nâng cấp sản phẩm đó lên, chứ không thể dùng nó trực tiếp cho
động cơ được. Ngoài ra, công nghệ này đòi hỏi một nguồn thu nhiệt lượng cao và do
đó vẫn còn rất tốn kém.
e)Ví dụ phản ứng nhiệt phân rơm rạ
e.1) Thành phần hóa học của rơm rạ:
Thành phần hóa học của rơm rạ
Thành
phần
Độ ẩmXenluloHemixenluloLignin
Các hợp chất
trích ly
Tro Tổng
Tỷ lệ
(%)
7,08 42,41 12,65 18,62 6,48 12,76 100
Thành phần tro của rơm rạ
Thành

bằng nhiệt (cracking nhiệt) của hợp chất hữu cơ. Như vậy, dựa vào số liệu phân
tích nhiệt của rơm rạ (Hình 9 ) có thể xác định được khoảng nhiệt độ cũng như
20
tốc độ nhiệt phân tối ưu. Từ Hình (9) cho thấy ở nhiệt độ nhỏ hơn 100
0
C có một
đỉnh píc thu nhiệt tương ứng với sự mất nước vật lý (hơi ẩm) và một số chất có nhiệt
độ sôi thấp với khối lượng bị mất 7 -12%. Trong khoảng nhiệt độ 180-570
0
C,
xuất hiện các đỉnh píc tỏa nhiệt do rơm rạ bị phân hủy và mất khối lượng xấp xỉ
80%. Kết quả này phù hợp với phân tích than phần hoá học của rơm rạ, tổng các
chất hữu cơ có thành phần chín chiếm gần 80%. Ở tốc độ gia nhiệt thấp (5
0
C/phút), trên đường DSC, trong khoảng nhiệt độ 180-570
0
C có ba píc riêng biệt
được cho là giai đoạn mất khối lượng của hemixenlulo, xenlulo và lignin. Trong
khi đó với tốc độ gia nhiệt cao hơn (10
0
C/phút, 15
0
C/phút) ta chỉ thấy một đỉnh píc tù
và một vai. Như vậy khi tốc độ gia nhiệt cao rơm rạ cháy rất nhanh nên gần như các
hợp chất polyme hữu cơ trong rơm rạ cháy cùng lúc. Như vậy tốc độ gia nhiệt cần thiết
phải ≥ 15
0
C/phút. Kết quả phân tích nhiệt cho ta dự đoán khoảng nhiệt độ nhiệt phân
rơm rạ tối ưu Khoảng nhiệt độ mất khối lượng lớn nhất là 200-550
0

(Trích nguồn nhiệt phân rơm rạ- Đặng Tuyết Phương)[1]
Hiệu suất sản phẩm lỏng tổng đạt 48,35%, trong đó, hàm lượng pha hữu cơ chiếm
23,52%. Quá trình nhiệt phân rơm rạ gồm các phản ứng phân hủy sơ cấp rơm rạ và
các phản ứng phân hủy thứ cấp sản phẩm của phản ứng phân hủy sơ cấp. Ở nhiệt độ
550
0
C, cùng với phản ứng sơ cấp,phản ứng thứ cấp xảy ra mạnh, các phân tử có
khối lượng trung bình bị bẻ gãy thành phân tử nhỏ hơn, tạo sản phẩm khí không
ngưng tụ. Kết quả là tạo thành ba dạng sản phẩm rắn, lỏng và khí. Có nhiều thông số
ảnh hưởng đến quá trình nhiệt phân.
1.2.3. So sánh, đánh giá ưu nhược điểm của sản xuất nhiên liệu theo phương pháp
khí hóa và nhiệt phân
22
- Từ các sản phẩm của 2 quá trình ta nhận thấy về cơ bản thì phương pháp nhiệt
phân có lợi hơn phương pháp khí hóa. Sản phẩm của quá trình khí hóa là sản phẩm khí
trong khi Sản phẩm của quá trình nhiệt phân gồm 3 pha là khí-lỏng-rắn, trong đó quan
trọng hơn cả là sản phẩm lỏng, là sản phẩm trung gian để sản xuất nhiên liệu động cơ.
- Tuy nhiên, sản phẩm khí của quá trình khí hóa lại tỏ ra ưu điểm rõ rệt so với quá
trình nhiệt phân khi chúng được sử dụng để cho quá trình tổng hợp sau.
+ Sản phẩm khí của quá trình nhiệt phân chứa nhiều thành phần khác nhau như CO,
CO
2
, CO
2
, H
2
O, các hydrocacbon từ C
1
đến C
4

Nâng cấp
Sản phẩm
CO, H
2
, CH
4
,
HC, andehyt,
metanol, khí
đốt, nhiệt
Tro dư quá
mức
Hình 10. Sơ đồ mô tả quá trình khí hóa biomass
Hình 11. Sơ đồ mô tả quá trình nhiệt phân biomass
CHƯƠNG 2. CÁC PHƯƠNG PHÁP NÂNG CẤP SẢN PHẨM
NHIỆT PHÂN BIOMASS THÀNH NHIÊN LIỆU
2.1. Nâng cấp sản phẩm khí:
2.1.1. Lọc loại bỏ các thành phần hydrocacbon, CO
2
, H
2
O trong khí
Trong thành phần khí có chứa các thành phần hydrocacbon từ C
1
đến C
4
, CO
2
,H
2

phương pháp hấp phụ như sử dụng than hoạt tính, oxit sắt, oxit kẽm, Na
2
CO
3
đặc biệt
là sử dụng rây phân tử.
24
biomass
Nghiề
n
Sấy
Nghiề
n mịn
Nhiệt
phân
khí gồm CO, H
2
,
CO
2
, H
2
O, HC từ
C1-C4
Bio-oil: axit, xeton,
andehyt có nhiều
giá trị.
Nâng cấp (HDO)
Nhiên liệu,
nguyên liệu

H
2n+2
+nH
2
O
Quá trình này được tổng hợp thành công vào năm 1923 và công bố lần đầu tiên bởi
hai nhà hóa học người Đức tên là Hans Fischer và Franz Tropsch vào năm 1926 .
Trong thực tế, sản phẩm của quá trình này rất đa dạng bao gồm các hydrocarbon no
mạch thẳng không có nhánh (n-paraffi n), có nhánh (i-paraffin), hydrocarbon không
no (olefin), các hợp chất chứa oxy như rượu, acid acetic, aceton, methyl ethyl
ketone… Các hợp chất tạo ra từ quá trình này tồn tại ở cả ba dạng: khí, lỏng và rắn
với số nguyên tử carbon từ C1 đến C 60 thậm chí lên đến trên C 100. Sản phẩm của
quá trình này được sử dụng làm nhiên liệu (xăng, diesel), chất bôi trơn, nguyên liệu
ban đầu trong công nghệ tổng hợp hóa dầu. Một trong những ưu điểm chính của quá
trình này là tạo ra nhiên liệu sạch hầu như không chứa lưu huỳnh, nitơ, hợp chất thơm
và các kim loại.
Quá trình tổng hợp Fischer-Tropsch có thể tiến hành trên nhiều loại xúc tác khác
nhau, pha hoạt tính được sử dụng có thể là cobalt (Co), sắt (Fe), niken (Ni)[1, 2, 5, 6],
trong đó Co thường được sử dụng khi muốn tạo ra sản phẩm có tỷ lệ HC cao. Chất
mang có thể sử dụng là oxide nhôm (Al
2
O
3
), oxide silica (SiO
2
), oxide titan (TiO
2
),
zeolit (SBA-15, MCM-41…), nano ống carbon(CTNs). Ngoài ra, một số nhà khoa
học còn sử dụng kim loại quý (ruthenium, platin) làm chất kích hoạt cho xúc tác.