HÓA HỌC DẦU MỎ VÀ KHÍ NHIÊN LIỆU VÀ MÔI TRƢỜNG 1
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT HÀ NỘI
KHOA DẦU KHÍ
BỘ MÔN LỌC HÓA DẦU
BÀI TIỂU LUẬN
MÔN HÓA HỌC DẦU MỎ VÀ KHÍ
VẤN ĐÊ:
NHIÊN LIỆU DẦU MỎ VÀ VẤN ĐỀ MÔI TRƢỜNG. SINH VIÊN: LÊ VĂN BẮC
MSSV: 0964040006
LỚP: ĐH LHD K54TH
GVGD: NGÔ HÀ SƠN HÓA HỌC DẦU MỎ VÀ KHÍ NHIÊN LIỆU VÀ MÔI TRƢỜNG
I. Tổng quan
Sự khám phá ra dầu mỏ đã đánh dấu một bƣớc ngoặt lớn trong lịch sử phát triển của xã hội loài
ngƣời. Dầu mỏ và các sản phẩm từ dầu mỏ đã đóng góp trong tất cả các lĩnh vực đời sống nói
chung và các ngành năng lƣợng nói riêng. Tuy nhiên, bên cạnh những mặt ƣu việt, chúng ta
không thể không nói đến những vấn đề tồn tại do quá trình sử dụng dầu mỏ gây ra, ngoài việc
thải ra một lƣợng lớn khổng lồ khí CO
2
gây hiệu ứng nhà kính, quá trình cháy nhiên liệu còn tạo
ra một lƣợng lớn các hợp chất độc hại nhƣ khí CO, SO
2
, NO
x
gây mƣa axit, cũng nhƣ một lớn
bụi gây ô nhiễm môi trƣờng.
Ngƣời ta ƣớc tính, khí thải từ các hoạt động có liên quan các sản phẩm dầu mỏ và nhiên liệu hóa
thạch chiếm khoảng 70% tổng lƣợng khí thải trên toàn thế giới. Khí thải là nguyên nhân trực tiếp
gây ra những biến đổi khí hậu, hiệu ứng nhà kính và hàng loạt các vấn đề về môi trƣờng.
Qua nghiên cứu các điều kiện hình thành các chất ô nhiễm trong khói thải động cơ từ đó ngƣời ta
đƣa ra những biện pháp nhằm giảm thiểu các chất ô nhiễm này. Một cách tổng quát thì các giải
pháp này đƣợc chia thành ba hƣớng nhƣ sau:
- Cải thiện động cơ và tối ƣu hoá quá trình cháy.
- Cải thiện nhiên liệu bằng, sử dụng nhiên liệu sạch hay dùng nhiên liệu thay thế.
- Xử lý chất ô nhiễm trƣớc khi thải ra môi trƣờng.
Trong bài tiểu luận này chúng ta đề cập đến hƣớng cải thiện nhiên liệu bằng sử dụng nhiên liệu
thay thế. Nhiên liệu thay thế đó là “ Dimethyl ether (DME) „‟.
DME là một nhiên liệu đầy hứa hẹn trong các động cơ diesel, động cơ xăng (30% DME / 70%
LPG). Sự đơn giản của hợp chất này là chuỗi mạch carbon ngắn nên trong quá trình đốt cháy
lƣợng khí thải thải ra có chứa các hạt vật chất, hàm lƣợng khí NO
x
và CO thấp. Hàm lƣợng hợp
Dimethyl ether (DME) có nhiệt độ sôi -25,1
o
C, nên trong điều kiện thƣờng nó tồn tại dƣới dạng
khí, nhƣng dễ đƣợc hóa lỏng. Áp suất hóa lỏng của nó ở 20
o
C là 0,5 MPa, còn ở 38
o
C là 0,6
MPa. Nó là một chất khí không màu và có thể sản xuất chế biến thành một loại khí gas hoá lỏng.
Bảng so sánh tính chất vật lý của DME và một số nhiên liệu khác nhƣ Khí nén tự nhiên (CNG),
khí Dầu khí hóa lỏng (LPG) và Diesel trong Bảng-16. Hình 2 & 3 cho thấy so sánh việc phát
sinh khí thải CO2 và mật độ năng lƣợng của nhiên liệu tƣơng ứng.
HÓA HỌC DẦU MỎ VÀ KHÍ NHIÊN LIỆU VÀ MÔI TRƢỜNG 5

2
.
III.2. Quy trình sản xuất DME:
III.2.1. Cơ sở lý thuyết.
Quá trình tổng hợp DME theo phƣơng trình phản ứng sau:
3CO + 3H
2CH
3
OCH
3
+ CO
2
+ 246.0kJ/mol DME
Phản ứng này theo 3 bƣớc:
Bƣớc 1: tổng hợp CH
3
OH, dựa vào phản ứng sau:
2CO + 4H
22CH
3
OH + 181.6kJ/mol DME
Bƣớc 2: quá trình hydrat hóa nhờ vào phản ứng:
2CH
3

4
+ O
2
+ CO
23CO + 3H
2
+ H
2
O
Và khí CO và H
2
đƣợc tạo thành sẽ tiếp tục phản ứng nhờ vào các phản ứng
2CO + 4H
2CH
3
OCH
3
+ H
2
O + 205.0kJ/DME-mol
HÓA HỌC DẦU MỎ VÀ KHÍ NHIÊN LIỆU VÀ MÔI TRƢỜNG 7

III.2.2. Phƣơng pháp tổng hợp DME:
Ngƣời ta đƣa ra hai cách:
Cách 1: đi trực tiếp (tổng hợp ngay DME).
Phƣơng pháp này đƣợc ứng dụng nhiều hiện nay.

Cách 2: Qua quá trình tổng hợp CH
3
OH. Sau đó mới tổng hợp ra DME. Phản ứng gián tiếp qua
một phản ứng nữa là dehydrate. Trƣớc tiên, methanol đƣợc gia nhiệt lên tới nhiệt độ 250
o
C bằng hệ thống trao đổi nhiệt rồi mới
đƣa vào lò phản ứng. Phản ứng phát nhiệt xảy ra trong lò và DME hình thành. Các sản phẩm
phản ứng có nhiệt độ 365
o
C trƣớc khi rời khỏi lò. Sau khi làm nguội, DME đƣợc tách khỏi nƣớc,
methanol và các thành phần khác. Sản phẩm cuối đƣợc tinh chế. Ngƣời ta thƣờng kết hợp sản
xuất methanol và DME trong cùng một quá trình.
Lò reforming

tổng hợp DME
Khí tự nhiên

Lò reforming


trang bị loại bình chịu áp suất (lƣu ý là áp suất bơm DME từ thùng vào động cơ phải đƣợc nâng
cao hơn, từ 12 - 30 bar, để tránh chúng bị tạo thành hơi)
Chỉ số cetane của DME cao hơn diesel dầu mỏ nên thời gian đánh lửa ngắn hơn và vì thế cháy
sạch hơn, không tạo ra bồ hóng trong động cơ diesel. Đây cũng là một ƣu thế của DME. Ngoài
ra, động cơ diesel chạy bằng DME giảm tiếng ồn. Nhƣợc điểm ở nhiên liệu này là nhiệt lƣợng
thấp hơn diesel.
V. Đánh giá DME.
V.1.1. Trong vấn đề kỹ thuật:
DME có thể chuyển từ khí thành lỏng (do nhiệt độ sôi -25,1
o
C). Nó ít gây độc hại và độ an toàn
cao.
DME là năng lƣợng sạch có giá trị trung bình, sản xuất từ khí tự nhiên, khí methane, khí tổng
hợp sản xuất bởi các loại khí của carbon…
Với nhiên liệu diesel từ dầu mỏ, DME có chỉ số cetane cao hơn (55-60 so với 40-45), nhiệt độ
bắt lửa thấp hơn (235
o
C so với 250
o
C). Nên thời gian đánh lửa ngắn hơn và vì thế cháy sạch
hơn, không tạo ra bồ hóng trong động cơ diesel, không tạo ra khói. Theo đánh giá của các
chuyên gia, khi sử dụng DME làm nhiên liệu, các phƣơng tiện giao thông vận tải không gặp trở
HÓA HỌC DẦU MỎ VÀ KHÍ NHIÊN LIỆU VÀ MÔI TRƢỜNG 10
ngại về nguyên tắc nào. Theo các nhà nghiên cứu Nhật Bản, thì khi sử dụng DME làm nhiên liệu
cho động cơ tuốc-bin khí, thì hiệu quả kinh tế lớn hơn so với sử dụng khí nén. Ngoài ra động cơ
diesel chạy bằng DME giảm tiếng ồn.
Từ DME có thể thu đƣợc xăng chất lƣợng cao qua hai phản ứng là dehydate hóa thành etylen và

đen,
nhân tố gây ra hiệu ứng nhà kính cao gấp 2-3 lần so với CO
2
. Thực tế cho thấy thay thế than
bằng nhiên liệu sạch trong đun nấu và làm nóng có lợi cho sức khỏe con ngƣời, quy trình DME ít
tiêu tốn năng lƣợng và tạo ra sản phẩm DME, là loại nhiên liệu đặc biệt đƣợc sử dụng ngày càng
nhiều trên thế giới.
Quá trình chuyển hóa nƣớc đen và than thành DME tạo ra ít phát thải CO
2
vào khí quyển so với
chỉ sử dụng than để sản xuất nhiên liệu . Một phần carbon từ các nguồn này còn nằm ở dạng rắn
HÓA HỌC DẦU MỎ VÀ KHÍ NHIÊN LIỆU VÀ MÔI TRƢỜNG 11
sẽ không gây ra nóng lên toàn cầu. Một lý do nữa khiến chúng ta đồng xử lý than và dịch đen
chính là kéo dài thời gian tồn tại nguồn nhiên liêu dự trữ.
V.1.3. Tính kinh tế
Có thể giữ bình ổn và hạ thấp giá thành các nhiên liệu truyền thống
Các chuyên gia thị trƣờng tiêu thụ nhiên liệu cho biết nhiên liệu dimethylether (DME) có thể sản
xuất dùng thay thế dầu diesel và có thể giữ đƣơc giá dầu thô trên thế giới ở mức trên 40 đô la
Mỹ/thùng. Trong khi giá dầu thô hiện tại trên thế giới khoảng trên 70 đô la Mỹ/thùng, tăng gần
gấp ba lần so với năm 2002.
Theo số liệu của JFE thì với quy mô sản xuất 100 tấn/ ngày, giá thành DME tính theo đơn vị
năng lƣợng cũng chỉ tƣơng đƣơng so với gas hóa lỏng LNG và thấp hơn dầu diesel, gas LPG
Song điều quan trọng nhất là nguồn nguyên liệu đầu vào để sản xuất DME rất phong phú, có thể
từ khí tự nhiên, dầu nặng phế thải hoặc khí metan tận thu từ quá trình xử lý chất thải, v.v…
Từ năm XIX95, DME đƣợc xem là nhiên liệu diesel sạch và đƣợc khẳng định là “nhiên liệu của
thế kỷ XXI”.
V.2. Nhƣợc điểm:

VII. Tài liệu tham khảo.
.Guo, J.W., Niu, Y.Q., Zhang, B.J., 2000. Macrokinetics study on DME synthesis from syngas in
slurry reactor. Natural Gas Chemical Industry 25(4–7) (in Chinese
Herman, R.G., Klier, K.J., 1979. Catalytic synthesis of methanol from carbon
monoxide/hydrogen. Journal of Catalysis 56 (3), 407–429.
Kunii, D., Levenspiel, O., 1969. Fluidization Engineering, first ed. Wiley, New York.
Kunii, D., Levenspiel, O., 1991. Fluidization Engineering, second ed.Butterworth, Boston.
Li, X., 2004. Study on the catalysis and kinetics for direct synthesis of dimethyl ether from
syngas. Master Dissertation of ECUST, vol 31–32 (in Chinese).
Lu, W.Z., Teng, L.H., Xiao, W.D., 2002. Simulation analysis of fixed-bed reactor for dimethyl
ether synthesis. Natural Gas Chemical Industry 27 (4), 53–61 (in Chinese).
Lu, W.Z., Teng, L.H., Xiao, W.D., 2003. Theoretical analysis of fluidized-bed reactor for
dimethyl ether synthesis from syngas. International Journal of Chemical Reactor Engineering 1,
S2.