Header Page 1 of 146.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN HÀN LÂM KH&CN VIỆT NAM

VIỆN HOÁ HỌC
------------

PHẠM THỊ THU GIANG

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP HỆ XÚC TÁC HIỆU QUẢ CHO
QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT NHIÊN LIỆU SINH HỌC TỪ RƠM RẠ

LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC

Hà Nội-2015

Footer Page 1 of 146.


Header Page 2 of 146.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN HÀN LÂM KH&CN VIỆT NAM

VIỆN HOÁ HỌC
------------

PHẠM THỊ THU GIANG


Header Page 4 of 146.

LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc của mình tới tập
thể hướng dẫn khoa học PGS.TS. Đặng Tuyết Phương và PGS.TS. Vũ Anh Tuấn.
Là những người đã gợi mở cho tôi các ý tưởng khoa học và hướng dẫn tôi trong
suốt thời gian nghiên cứu luận án bằng tất cả tâm huyết và sự quan tâm hết mực
của người thầy đến nghiên cứu sinh.
Đặc biệt cảm ơn các anh, chị, em trong Phòng thí nghiệm Hóa lý bề mặt,
Viện Hóa học, Viện Hàn lâm KHCN Việt Nam và Phòng thí nghiệm Công nghệ
Lọc Hóa dầu và Vật liệu xúc tác hấp phụ, Viện Kỹ thuật Hóa học, Trường Đại học
Bách khoa Hà Nội đã giúp đỡ tôi rất nhiều về cơ sở vật chất, trang thiết bị thí
nghiệm, một số kỹ thuật phân tích, các kiến thức thực nghiệm, … để tôi hoàn
thành tốt chương trình nghiên cứu của mình.
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy, cô, anh, chị và các bạn đồng nghiệp
thuộc Khoa CN Hóa học – Trường ĐHCN Hà Nội đã tạo điều kiện và giúp đỡ để
tôi hoàn thành công trình nghiên cứu này.
Cuối cùng, tôi xin cảm ơn gia đình, những người thân luôn động viên về tinh
thần, thời gian và vật chất để tôi có động lực trong công việc và nghiên cứu khoa
học.
TÁC GIẢ

Phạm Thị Thu Giang

Footer Page 4 of 146.


Header Page 5 of 146.


4

1.1.2. Các phương pháp chuyển hóa rơm rạ..………………………………...

5

1.1.3. Nhiệt phân rơm rạ……………………………………………………..

7

1.2. Xúc tác FCC………………………………………………………………..

16

1.2.1. Thành phần của xúc tác FCC………………………………………….

16

1.2.2. Nguyên nhân gây suy giảm hoạt tính xúc tác………………………....

21

1.3. Điatomit…………………………………………………………………....

22

1.3.1. Thành phần hóa học của điatomit……………………………………..

22


37


Header Page 6 of 146.

2.1. Nguyên liệu, hóa chất và dụng cụ………………………………………….

37

2.2. Tổng hợp xúc tác…………………………………………………………..

37

2.2.1. Tổng hợp xúc tác cho quá trình nhiệt phân rơm rạ……………………

37

2.2.2. Tổng hợp xúc tác cho quá trình HDO bio-oil…………………………

39

2.3. Các phương pháp đặc trưng xúc tác………………………………………..

43

2.3.1. Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen (XRD)………………………………

43

2.3.2. Phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại (IR)……………………………


2.3.10. Phương pháp cộng hưởng từ hạt nhân rắn MAS-NMR …………….

51

2.3.11. Phương pháp phổ quang điện tử tia X (XPS)………………………..

52

2.4. Phân tích nguyên liệu và sản phẩm………………………………………..

53

2.4.1. Phân tích rơm rạ……………………………………………………….

53

2.4.2. Phân tích nguyên tố……………………………………………………

54

2.4.3. Xác định nhiệt trị của sản phẩm lỏng hữu cơ………………………....

55

2.4.4. Phương pháp phân tích sắc ký khí GC/MS……………………………

55

2.5. Nghiên cứu chuyển hóa rơm rạ…………………………………………….

62

3.1.1.2. Điatomit…………………………………………………………..

67

3.1.2. Rơm rạ………………………………………………………………..

71

3.1.2.1. Thành phần nguyên tố…………………………………………….

71

3.1.2.2. Thành phần hóa học………………………………………………

71

3.1.2.3. Phổ hồng ngoại (IR)……………………………………………....

72

3.1.2.4. Phân tích nhiệt rơm rạ …………………………………………....

73

3.1.3. Nhiệt phân rơm rạ……………………………………………………..

74


83

3.2.1.1. Ảnh hưởng của chất kích hoạt (promotor) – hiệu ứng pha tạp……

83

3.2.1.2. Ảnh hưởng của phương pháp tổng hợp xúc tác…………………...

89

3.2.1.3. Ảnh hưởng của bề mặt chất mang…………………………………

98

3.2.2. Đánh giá hoạt tính, độ chọn lọc của xúc tác…………………………..

103

3.2.2.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ chuyển hóa guaiacol…………….

104

3.2.2.2. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến độ chuyển hóa
guaiacol…………………………………………………………………………… 107
3.2.2.3. Ảnh hưởng của chất kích hoạt đến độ chuyển hóa guaiacol………

109

3.2.2.4. Ảnh hưởng của phương pháp tổng hợp xúc tác………………….... 110
3.2.2.5. Ảnh hưởng của bề mặt chất mang…………………………………


Phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ, khử hấp phụ nitơ

EDX:

Energy-dispersive X-ray spectroscopy (Phổ tán xạ năng lượng tia X)

FCC:

Fluid Catalytic Cracking

GC/MS:

Gas Chromatography Mass Spectometry (Sắc ký khí ghép khối phổ)

HDN:

Hydrodenitrogenation (Hidro đề nitơ hóa)

HDO:

Hydrodeoxygenation (Hydro đề oxi hóa)

HDS:

Hydrodesunfonation (Hydro đề sunfo hóa)

MAS NMR: Magic Angel Spinning Nuclear Magnetic Resonance (Cộng hưởng từ hạt
nhân rắn)
SEM:

Header Page 9 of 146.

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Một số chỉ số và thành phần của dầu sinh học và dầu thô ……………

10

Bảng 1.2. Thành phần hóa học của điatomit……………………………………...

22

Bảng 1.3. Một số thành phần (% khối lượng) của bio-oil từ các nguồn sinh
khối………………………………………………………………………………..

26

Bảng 1.4. Thành phần hóa học chính trong dầu sinh học………………………....

26

Bảng 1.5. Năng lượng hoạt hóa và năng lượng liên kết của một số hợp chất chứa
oxy…………………………………………………………………………………

27

Bảng 1.6. Tổng hợp những hệ xúc tác khác nhau cho phản ứng HDO…………...

28

Bảng 2.1. Kí hiệu các mẫu xúc tác tổng hợp cho phản ứng HDO………………...

77

Bảng 3.8. Ảnh hưởng của hàm lượng chất xúc tá FCC-BT……………………….

78

Bảng 3.9. Ảnh hưởng của thành phần chất xúc tác………………………………..

79

Bảng 3.10. Hiệu suất sản phẩm chưng tách pha hữu cơ…………………………..

80

Bảng 3.11. Nhiệt trị của sản phẩm hữu cơ (nhiệt phân rơm rạ ở 4500C)………….

81

Bảng 3.12. Thành phần nguyên tố của sản phẩm hữu cơ (% theo khối lượng).......

82

Bảng 3.13. Các thông số đặc trưng cấu trúc Ni-SiO2(S) và NiCu-SiO2(S)……….

85

Bảng 3.14. Thành phần hóa học của các xúc tác Ni-SiO2(S) và NiCu-SiO2(S)…..

86



109

Bảng 3.22. Ảnh hưởng của phương pháp tổng hợp……………………………….

110

Bảng 3.23. Ảnh hưởng của bề mặt chất mang…………………………………….

111

Bảng 3.24. Độ chuyển hóa và độ chọn lọc HDO của xúc tác NiCu-SBA-15(S)…

112

Bảng 3.25. Độ chuyển hóa và độ chọn lọc của các xúc tác NiCu-SiO2(S),
Pt/SiO2(T), Ru/SiO2(T)……………………………………………………………

114

Bảng 3.26. Kết quả phân tích GC/MS bio-oil trước và sau khi HDO…………….

115

Bảng 3.27. Kết quả phân tích nguyên tố………………………………………….. 117

Footer Page 10 of 146.


Header Page 11 of 146.


30

Hình 1.8. Cơ chế hình thành sản phẩm trong phản ứng HDO……………………

32

Hình 2.1. Sơ đồ cấy nguyên tử nhôm và xúc tác…………………………………

38

Hình 2.2. Quy trình biến tính FCC thải…………………………………………..

38

Hình 2.3. Quy trình tổng hợp nano SiO2…………………………………………

40

Hình 2.4. Quy trình tổng hợp SBA-15……………………………………………

41

Hình 2.5. Quy trình điều chế xúc tác theo phương pháp tẩm…………………….

42

Hình 2.6. Sơ đồ tia tới và tia phản xạ trên tinh thể……………………………….

43


59

Hình 2.15. Mô hình sơ đồ hệ phản ứng HDO…………………………………….

60

Hình 2.16. Hình ảnh thiết bị phản ứng HDO……………………………………..

61

Footer Page 11 of 146.


Header Page 12 of 146.

Hình 3.1. Giản đồ phân tích nhiệt của FCC thải ở tốc độ gia nhiệt 50C/phút……

62

Hình 3.2. Giản đồ IR của FCC thải (a), FCC nung (b), FCC biến tính (c)……….

62

Hình 3.3. Giản đồ XRD của FCC thải, FCC nung, FCC biến tính và zeolit Y
chuẩn………………………………………………………………………………

63

Hình 3.4. Ảnh SEM của FCC thải (a), FCC biến tính (b)………………………...


69

Hình 3.12. Giản đồ TPD – NH3 của điatomit trước và sau khi axit hóa………….

70

Hình 3.13. Phổ hồng ngoại của rơm rạ……………………………………………

72

Hình 3.14. Giản đồ phân tích nhiệt rơm rạ ở các tốc độ gia nhiệt khác nhau…….

74

Hình 3.15. Đồ thị ảnh hưởng của nhiệt độ nhiệt phân không xúc tác đến hiệu
suất sản phẩm……………………………………………………………………..

75

Hình 3.16. Đồ thị ảnh hưởng của nhiệt độ nhiệt phân có xúc tác đến hiệu suất
sản phẩm………………………………………………………………………….

77

Hình 3.17. Ảnh hưởng của hàm lượng xúc tác nhiệt phân đến hiệu suất sản
phẩm………………………………………………………………………………

78


Hình 3.24. Quang phổ XPS của xúc tác Ni-SiO2 (S) và NiCu-SiO2 (S)………….

87

Hình 3.25. Giản đồ TPR – H2 của hai xúc tác Ni-SiO2 (S) và NiCu-SiO2 (S)……

89

Hình 3.26. Ảnh TEM của các mẫu xúc tác………………………………………..

90

Hình 3.27. Ảnh TEM của xúc tác NiCu-SBA-15(S) và NiCu/SBA-15 (T)………

90

Hình 3.28. Giản đồ XRD của các xúc tác NiCu/SiO2 (T) và NiCu-SiO2 (S)……..

91

Hình 3.29. Giản đồ XRD góc nhỏ và góc lớn của NiCu-SBA-15 (S), NiCu-SBA15 (T)……………………………………………………………………………...

92

Hình 3.30. Đường đẳng nhiệt khử hấp phụ của các xúc tác NiCu/SiO2 (T) và
NiCu-SiO2 (S), NiCu-SBA-15 (S), NiCu-SBA-15 (T)……………………………

93

Hình 3.31. Phổ EDX của xúc tác NiCu/SiO2 (T) và NiCu-SBA-15 (S)………….

Hình 3.38. Giản đồ TPR-H2 của xúc tác NiCu/SiO2(T) và NiCu/SBA-15(T)……

103

Hình 3.39. Phổ sắc ký đồ GC/MC của sản phẩm quá trình HDO guaiacol với xúc
tác NiCu-SiO2(S) ở 3200C, 50at, 3giờ……………………………………………. 105
Hình 3.40. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ chuyển hóa guaiacol………………...

105

Hình 3.41. Sơ đồ chuyển hóa guaiacol……………………………………………

106

Hình 3.42. Ảnh hưởng của thời gian đến độ chuyển hóa và độ chọn lọc HDO
guaiacol……………………………………………………………………...........

108

Hình 3.43. Độ chọn lọc HDO của xúc tác NiCu-SiO2(S) và Ni-SiO2(S)…………

109

Hình 3.44. Độ chọn lọc HDO của xúc tác NiCu-SiO2(S), NiCu/SiO2(T)………...

110

Hình 3.45. Độ chọn lọc HDO của xúc tác NiCu/SiO2(T), NiCu/SBA-15………... 111
Hình 3.46. Độ chọn lọc HDO của xúc tác NiCu-SiO2(S), Pt/SiO2(T)……………. 116
Footer Page 13 of 146.

dụng được bio-oil vào trong công nghiệp và đời sống thì vấn đề cấp thiết cần phải giải
quyết đó là:
- Nâng cao hiệu suất thu hồi sản phẩm lỏng (bio-oil)
Footer Page 14 of 146.

1


Header Page 15 of 146.

- Nâng cấp chất lượng bio-oil tạo ra nhiên liệu sinh học (bio-fuels) đạt tính chất
tương đương với nhiên liệu hóa thạch bằng các quá trình chế biến sâu hơn.
Hướng đi có tính khả thi nhất hiện nay nhằm nâng cao hiệu suất và chất lượng
của sản phẩm lỏng (bio-oil) là nghiên cứu và sử dụng xúc tác phù hợp có thể điều
khiển được quá trình chuyển hóa biomass tạo ra sản phẩm có giá trị như mong muốn.
Xúc tác sử dụng cho quá trình nhiệt phân biomass thực chất là xúc tác cracking,
mà thông thường là các chất xúc tác axit rắn như: aluminosilicat, zeolit Y, ZSM-5, AlMCM-41, Al-SBA-15... Trong công nghệ lọc dầu, xúc tác cracking đã được thương
mại hóa là xúc tác FCC. Lượng xúc tác này thải ra từ các nhà máy lọc hóa dầu ở Việt
Nam là rất lớn (15-20 tấn/ngày). Vấn đề xử lý xúc tác FCC thải ngày càng trở nên
quan trọng và được quan tâm nhiều hơn. Gần đây, một số công trình nghiên cứu sử
dụng xúc tác FCC thải làm vật liệu giao thông hoặc chất độn trong xi măng hay tái
sinh để sử dụng làm xúc tác cho quá trình chuyển hóa cao su phế thải, cracking cặn
dầu nhờn thải thu nhiên liệu. Một ý tưởng mới của luận án là tái sử dụng xúc tác thải
FCC chế tạo ra chất xúc tác mới, đặc hiệu sử dụng trong quá trình sản xuất nhiên liệu
sinh học từ rơm rạ. Để nâng cấp sản phẩm bio-oil từ quá trình nhiệt phân, thì việc
nghiên cứu tổng hợp một số chất xúc tác để định hướng cho quá trình hydro đề oxy
hóa (HDO) cũng đang là một hướng đi mới. Hệ xúc tác hiệu quả cho quá trình này là
các kim loại quý trên chất mang như Pt, Ru, Pd trên chất mang silica, alumina,
ziriconia… Tuy nhiên, những xúc tác này có giá thành cao, dễ bị ngộ độc, khó thu hồi
và tái sử dụng [3,4]. Việc tổng hợp hệ xúc tác mới thay thế hệ xúc tác kim loại quý

- Nghiên cứu chế tạo xúc tác trên cơ sở FCC thải được biến tính và điatomit axit
hóa sử dụng cho quá trình nhiệt phân rơm rạ tạo ra dầu sinh học (bio-oil) với hiệu suất
cao.
- Tổng hợp và khảo sát hoạt tính của hệ xúc tác Ni-Cu/chất mang (SiO2, SBA-15)
để có hoạt tính tương đương xúc tác kim loại quý (Pt, Ru/chất mang) sử dụng cho quá
trình hydro đề oxy hóa (HDO) nhằm nâng cấp bio-oil.
3. Nội dung của luận án
- Tái sinh và biến tính xúc tác FCC thải từ nhà máy lọc dầu Dung Quất bằng cách
đốt cốc và cấy nhôm vào FCC, bổ sung điatomit axit hóa để tạo xúc tác hợp phần
(FCC biến tính+điatomit axit hóa) sử dụng cho quá trình nhiệt phân rơm rạ.
- Tổng hợp các hệ xúc tác lưỡng kim loại chứa Ni và Cu trên chất mang khác
nhau (SiO2, SBA-15) bằng phương pháp sol-gel và phương pháp tẩm.
- Sử dụng xúc tác hợp phần (FCC biến tính+ điatomit axit hóa để nâng cao hiệu
suất và chất lượng của sản phẩm dầu nhiệt phân từ rơm rạ.
- Khảo sát hoạt tính của hệ xúc tác lưỡng kim loại chứa Ni và Cu trong phản ứng
hydro đề oxy hóa trên chất mô hình guaiacol, từ đó lựa chọn chất xúc tác và điều kiện
thích hợp thực hiện quá trình nâng cấp dầu nhiệt phân nhằm làm giảm hàm lượng oxy
trong dầu nhiệt phân.

Footer Page 16 of 146.

3


Header Page 17 of 146.

Chương 1
TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu về rơm rạ và các phương pháp chuyển hóa rơm rạ
1.1.1.Rơm rạ

+ Các hợp chất trích ly bao gồm: chất béo, sáp, phenolic, pectin, chất nhầy, nhựa,…có
thể được tách bằng các dung môi.
+ Các chất vô cơ như: Si, Na, K, Mg,…
 Thành phần nguyên tố (% khối lượng)
+ C ~ 44%, H ~ 5%, N ~ 0,92%, O ~ 49%.
+ Còn lại là các nguyên tố vi lượng có hàm lượng không đáng kể.
Do bản chất khác nhau giữa xenlulozơ, hemixenlulozơ và lignin nên trong quá
trình nhiệt phân sẽ cho các loại sản phẩm khác nhau, điều này rất quan trọng trong việc
phát triển và xây dựng hệ xúc tác cho quá trình chuyển hóa rơm rạ để tạo thành các sản
phẩm mong muốn với các mục đích khác nhau.
1.1.2. Các phương pháp chuyển hóa rơm rạ
Các quá trình chuyển hóa biomass nói chung và rơm rạ nói riêng được quan tâm
hiện nay bao gồm chủ yếu là: thủy phân xúc tác, nhiệt phân (có xúc tác và không xúc
tác), khí hóa, và các quá trình kết hợp hydro hóa và phương pháp biến đổi sử dụng xúc
tác enzym. Trong đó quá trình chuyển hóa xelulo trong rơm rạ được thể hiện trong
hình 1.2

Hình 1.2. Sơ đồ quá trình chuyển hóa xenlulozơ [12]
Footer Page 18 of 146.

5


Header Page 19 of 146.

Theo sơ đồ hình 1.2:
Hướng A: phản ứng dựa vào quá trình thủy phân xenlulozơ tạo thành các hợp
chất hóa học và nhiên liệu thông qua glucozơ.
Hướng B: phản ứng 1 bước với sự có mặt của xúc tác chuyển hóa trực tiếp
xenlulozơ thành các hợp chất hóa học và nhiên liệu.

Header Page 20 of 146.

0,59 C6H12O6 + 0,7 H2O  1,42 CH4 + 2,12 CO2 + 1,4 H2
Sự có mặt của hơi nước làm tăng độ hòa tan của xenlulozơ trong nước siêu tới
hạn do đó làm tăng đáng kể sự chuyển hoá. Hơi nước cũng làm giảm sự mất hoạt tính
của xúc tác do cốc hình thành trên bề mặt xúc tác được tách và rửa trôi. Xúc tác sử
dụng trong quá trình khí hóa là các kim loại hiếm như: Ru, Pt, Pd, là xúc tác hoạt động
đối với quá trình hydro hóa, do đó H2 được tạo thành từ quá trình khí hóa sẽ lại trở
thành chất phản ứng cho quá trình hydro hóa tiếp theo.
Nhiệt phân
Nhiệt phân là phương pháp phân hủy hóa học không có oxy dưới tác dụng của
nhiệt để biến đổi rơm rạ thành các sản phẩm lỏng (dầu sinh học) cùng với các sản
phẩm khí và rắn [13,14].
Một quá trình nhiệt phân bao gồm đồng thời các phản ứng hóa học khác nhau
như đề polyme hóa, đề hydro hóa, đề cacboxyl hóa, este hóa, ngưng tụ, vòng hóa,…
Các sản phẩm lỏng của quá trình nhiệt phân (pyrolysis-oil) là một hỗn hợp phức tạp
bao gồm các axit hữu cơ, aldehyt, xeton, este, aromatic và các dẫn xuất phenolic và cả
các hydrocacbon.
Ưu điểm của phương pháp nhiệt phân là sản phẩm thu được cả dạng khí, lỏng và
rắn. Ngoài ra, quá trình nhiệt phân có khả năng bẻ gãy liên kết hóa học của lignin có
mặt trong rơm rạ do đó làm tăng hiệu quả sử dụng rơm rạ, còn trong quá trình thủy
phân, lignin hầu như không phản ứng.
1.1.3. Nhiệt phân rơm rạ
Quá trình nhiệt phân rơm rạ là phương pháp phân hủy hóa học trong điều kiện
không có oxy, dưới tác dụng của nhiệt để biến đổi rơm rạ thành các sản phẩm lỏng, rắn
và khí [15]. Do đó nhiệt phân rơm rạ có thể tạo ra một loạt các sản phẩm thương mại
như nhiên liệu, dung môi, hóa chất và các sản phẩm khác.
1.1.3.1. Phân loại
Một cách tương đối có thể chia nhiệt phân thành 3 loại: nhiệt phân chậm,
nhiệt phân nhanh và nhiệt phân flash.

công nghệ này còn khá mới mẻ, phức tạp, giá thành thiết bị cao.
1.1.3.2. Sản phẩm của quá trình nhiệt phân
Sản phẩm khí
Thành phần: CO2, CO, metan, hydro, etan, etylene… và hơi nước. Trong đó chủ
yếu là CO2 (53%), CO (39%), hydrocacbon (6,7%, bao gồm cả metan) và 0,8% H2.
Trong thực tế thì một phần các hơi hữu cơ bị phân hủy thành các khí thứ cấp bao gồm

Footer Page 21 of 146.

8


Header Page 22 of 146.

9% CO2, 63% CO, 27% hydrocacbon và 1,4% H2. Nhiệt trị của các khí chính cỡ
khoảng 11MJ/m3.
Ứng dụng: được sử dụng để sấy nguyên liệu sinh khối hoặc sử dụng trong động
cơ chạy khí.
Sản phẩm rắn (than)
Than là một trong những sản phẩm chủ yếu của quá trình nhiệt phân. Tùy thuộc
vào nhiệt độ, hàm lượng các hợp chất vô cơ với độ tro khác nhau của nguyên liệu,bao
gồm các chất hữu cơ rắn không bị biến đổi và cặn cacbon, được hình thành bởi quá
trình phân hủy nhiệt các thành phần hữu cơ, chủ yếu là lignin.
Kích thước hạt nhỏ và độ hóa hơi của than bị ảnh hưởng bởi quá trình nhiệt
phân, nó có khả năng cháy cao (tự động bắt cháy ở nhiệt độ từ 200-250oC), tương tự
như than cám, do đó than nóng phải được xử lý đúng cách.
Thành phần tro (độ tro) của than nhiều gấp 6-8 lần so với nguyên liệu ban đầu
và nếu hàm lượng kiềm cao có thể gây tắc, đọng và ăn mòn trong buồng đốt. Nhiệt trị
của than khoảng 32 MJ/kg.
Ứng dụng: có thể sử dụng làm than hoạt tính hoặc dùng để trộn với than cám

Nước [%]

15–30

0.1

pH

2.8 –3.8

-

ρ [kg/l]

1.05 –1.25

0.86

µ50ºC [cP]

40 – 100

180

C [%]

55 – 65

83 – 86


Sản phẩm lỏng được quan tâm do có tính chất ưu việt hơn đặc biệt thú vị so với
sản phẩm khí và rắn do sản phẩm lỏng có nhiệt trị cao hơn, có nhiều ưu điểm trong
vận chuyển, tồn chứa, linh hoạt trong sử dụng và cải tiến. Một điểm quan trọng nữa là
có thể sử dụng trong các thiết bị hiện có như lò hơi (boiler), động cơ diesel hoặc tuốc
bin. Nhiệt phân cho hiệu suất sản phẩm bio-oil cao là một mục tiêu cần nhiều những
nghiên cứu mới.
Ảnh hưởng của các thông số tới quá trình này bao gồm: thành phần nguyên
liệu, nhiệt độ và áp suất phản ứng, thời gian lưu, lượng xúc tác. Dựa vào tốc độ phản
ứng, độ chọn lọc và hiệu suất của sản phẩm từ đó đưa ra những giải pháp nâng cấp quá
trình nhiệt phân và dầu nhiệt phân từ rơm rạ.

Footer Page 23 of 146.

10


Header Page 24 of 146.

1.1.3.3. Cơ chế của quá trình nhiệt phân
Cơ chế chung
Cơ chế nhiệt phân rơm rạ rất phức tạp và khó để xác định một cách chính xác.
Do cấu trúc rơm rạ phức tạp, bên cạnh ba thành phần chính là xenlulozơ,
hemixenlulozơ và lignin thì còn một số thành phần khác như các hợp chất trích ly và
các hợp chất vô cơ, nên có nhiều yếu tố đồng thời tác động vào quá trình nhiệt phân.
Mỗi thành phần rơm rạ (hemixenlulozơ, xenlulozơ, lignin, phần khoáng) bị
nhiệt phân với tốc độ khác nhau với những cơ chế và con đường khác nhau. Tốc độ
phân hủy các thành phần này phụ thuộc vào các thông số công nghệ như loại thiết bị
phản ứng, nhiệt độ, kích thước nguyên liệu, tốc độ gia nhiệt và áp suất.
Bên cạnh đó, quá trình nhiệt phân còn xảy ra các quá trình khác như là
dehydrat, cracking, izome hóa, dehydro hóa, thơm hóa và ngưng tụ tạo cốc… Do vậy

Khi tiến hành nhiệt phân hemixenlulozơ cũng cho ra các hợp chất tương tự như
đối với xenlulozơ. Tuy nhiên, so với xenlulozơ, hemixenlulozơ không ổn định nhiệt do
không có trạng thái tinh thể giống như xenlulozơ. Sự phân hủy nhiệt của
hemixenlulozơ cũng diễn ra trong hai bước. Đầu tiên là quá trình bẻ gãy các sợi
Footer Page 25 of 146.

12