Nghiên cứu tổng hợp nhiên liệu nhũ tương bio-oil và diesel oil
Tóm tắt
Bio-oil sản xuất từ quá trình nhiệt phân nhanh có độ nhớt và tính acid cao, khó bắt lửa do chứa hàm lượng nước lớn. Để giải quyết vấn đề này, bio-oil được nhũ tương hóa với nhiên liệu diesel oil (DO) thương mại, sử dụng hệ thống phối trộn static mixer ở chế độ liên tục. Nhóm tác giả đã nghiên cứu, khảo sát các điều kiện của quá trình nhũ tương hóa bio- oil/DO gồm: loại chất nhũ hóa, quá trình tiền xử lý, hàm lượng chất nhũ hóa, nhiệt độ, thời gian tạo nhũ và tỷ lệ bio-oil/ DO. Kết quả thực nghiệm cho thấy bio-oil cần được tiền xử lý bằng phương pháp bổ sung nước và tách phân đoạn bio- oil không tan trong nước trước khi nhũ tương hóa. Sự tạo thành hệ nhũ tương bio-oil/DO ổn định cần thiết sử dụng hệ chất nhũ hóa Span 80/Tween 80 với độ cân bằng ưa kỵ nước, HLB = 6 - 7, hàm lượng chất nhũ hóa 11% khối lượng, hàm lượng bio-oil sau tiền xử lý 10% khối lượng và thời gian tạo nhũ khoảng 3 giây tương ứng với chiều dài static mixer 3m, ở nhiệt độ phòng.
Sản phẩm nhũ tương bio-oil/DO được đặc tính qua các thông số về nhiệt trị, độ nhớt động học, hàm lượng nước, tỷ trọng, điểm đông đặc, điểm chớp cháy và hàm lượng tro; đồng thời thử nghiệm và so sánh với DO gốc khoáng trên mô hình động cơ diesel một xi lanh để đánh giá ảnh hưởng của nhiên liệu đến quá trình vận hành động cơ và lượng khí thải phát ra. Kết quả cho thấy lượng khí thải NOx, CO2 của động cơ sử dụng nhiên liệu nhũ tương lần lượt thấp hơn 12,55% và 6,11% so với DO gốc khoáng.
Các tài liệu tham khảo
2. A.V.Bridgwater. Review of fast pyrolysis of biomass and product upgrading. Biomass and Bioenergy. 2012; 38: p. 68 - 94.
3. J.P.Diebold, T.A.Milne, S.Czernik, A.Oasmaa, A.V.Bridgwater, A.Cuevas, S.Gust, D.Huffman, J.Piskorz. Proposed specifications for various grade of pyrolysis oils. In “Developments in thermochemical biomass conversion”. Springer Science + Business Media Dordrecht. 1997: p. 433 - 447.
4. A.V.Bridgwater. Fast pyrolysis of biomass: A handbook. CPL Press. 2002; 2.
5. S.Czernik, D.K.Johnson, S.Black. Stability of wood fast pyrolysis oil. Biomass and Bioenergy. 1994; 7(1 - 6): p. 187 - 192.
6. F. de Miguel Mercader, M.J.Groeneveld, S.R.A.Kersten, N.W.J.Way, C.J.Schaverien, J.A.Hogendoorn. Production of advanced biofuels: Co-processing of upgraded pyrolysis oil in standard refinery units. Applied Catalysis B: Environmental. 2010; 96(1 - 2): p. 57 - 66.
7. Phan Minh Tân. Nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống thiết bị sản xuất bio-diesel nhũ tương. 2010.
8. Phan Minh Quốc Bình, Dương Thanh Long và nnk. Nghiên cứu áp dụng công nghệ nhiệt phân nhanh (Fast pyrolysis) nguồn sinh khối Việt Nam để sản xuất bio-oil, nghiên cứu các phương pháp xử lý bio-oil thu được và đề xuất phương án sử dụng thích hợp (giai đoạn 1). Viện Dầu khí Việt Nam. 2012.
9. D.J.McClements. Food emulsions: Principles, practices, and techniques (2nd edition). CRC Press. 2004.
10. J.Weiss. Emulsion processing - Homogenization. Emulsion Workshop. 2008.
11. Michio Ikura, Maria Stanciulescu, Ed Hogan. Emulsification of pyrolysis derived bio-oil in diesel fuel. Biomass and Bioenergy. 2003; 24(3): p. 221 - 232.
12. Yufu Xu, Qiongjie Wang, Xianguo Hu, Chuan Li, Xifeng Zhu. Characterization of the lubricity of bio-oil/diesel fuel blends by high frequency reciprocating test rig. Energy. 2010; 35(1): p. 283 - 287.
13. D.Chiaramonti, M.Bonini, E.Fratini, G.Tondi, K.Gartner, A.V.Bridgwater, H.P.Grimm, I.Soldaini, A.Webster, P.Baglioni. Development of emulsions from biomass pyrolysis liquid and diesel and their use in engines - Part 2: tests in diesel engines. Biomass and Bioenergy. 2003; 25(1): p. 101 - 111.
14. D.Chiaramonti, M.Bonini, E.Fratini, G.Tondi, K.Gartner, A.V.Bridgwater, H.P.Grimm, I.Soldaini, A.Webster, P.Baglioni. Development of emulsions from biomass pyrolysis liquid and diesel and their use in engines - Part 1: emulsion production. Biomass and Bioenergy. 2003; 25(1): p. 85 - 99.
15. R.Prakash, R.K.Singh, S.Murugan. Experimental investigation on a diesel engine fueled with bio-oil derived from waste wood-biodiesel emulsions. Energy. 2013; 55: p. 610 - 618.
16. R.Prakash, R.K.Singh, S.Murugan. Experimental studies on combustion, performance and emission characteristics of diesel engine using different biodiesel bio oil emulsions. Journal of the Energy Institute. 2015; 88(1): p. 64 - 75.
17. Qiang Lu, Jian Zhang, Xifeng Zhu. Corrosion properties of bio-oil and its emulsions with diesel. Chinese Science Bulletin. 2008; 53(23): p. 3726 - 3734.
18. Y.Huang, X.Han, S.Shang, L.Wang. Performance and emission of a direct-injection diesel engine operating on emulsion of corn stalk bio-oil in diesel. Journal of Automobile Engineering. 2012; 226(8): p. 1119 - 1129.
19. Nguyễn Văn Phúc, Nguyễn Đình Việt, Nguyễn Hữu Lương, Nguyễn Anh Đức. Phương pháp tổng hợp liên tục biodiesel bằng hệ thống static mixer. Tạp chí Dầu khí. 2015; 4: trang 34 - 44.
20. ICI Americas Inc. The HLB system a time-saving guide to emulsifier selection. 1980.
21. William C.Griffin. Classification of surface - active agents by “HLB”. Journal of the Society of Cosmetic Chemists. 1949; 1: p. 311 - 326.
22. Qianqian Yin, Shurong Wang, Xinbao Li, Zuogang Guo, Yueling Gu. Review of bio-oil upgrading technologies and experimental study on emulsification of bio-oil and diesel. International Conference on Optoelectronics and Image Processing. 11 - 12 November, 2010.
23. Yuping Li, Tiejun Wang, Wei Liang, Chuangzhi Wu, Longlong Ma, Qi Zhang, Xinghua Zhang, Ting Jiang. Ultrasonic preparation of emulsions derived from aqueous bio-oil fraction and 0# diesel and combustion characteristics in diesel generator. Energy & Fuels. 2010; 24(3): p. 1987 - 1995.
24. Q.Lu, Z.B.Zhang, H.T.Liao, X.C.Yang, C.Q.Dong. Lubrication properties of bio-oil and its emulsions with diesel oil. Energies. 2012; 5(3): p. 741 - 751.
25. William C.Griffin. Calculation of HLB values of non-ionic surfactants. Journal of the Society of Cosmetic Chemists. 1954; 5: p. 249 - 256.
26. A.Majhi, Y.K.Sharma, D.V.Naik. Blending optimization of Hempel distilled bio-oil with commercial diesel. Fuel. 2012; 96: p. 264 - 269.
27. J.P.Diebold. A Review of the chemical and physical mechanisms of the storage stability of fast pyrolysis Bio-Oils. National Renewable Energy Laboratory. 2000.
28. A.Oasmaa, E.Kuoppala. Fast pyrolysis of forestry residue. 3. Storage stability of liquid fuel. Energy & Fuel. 2003; 17(4): p. 1075 - 1085.
29. X.W.Ming, F.Yao, L.Qiang, G.Q.Xiang. Aging behavior and mechanism of bio-oil. Chinese Science Bulletin. 2009; 54(15): p. 2188 - 2195.
30. Trung tâm Đào tạo và Thông tin Dầu khí (CPTI). Khóa học Quy hoạch thực nghiệm. 2014.
31. R.Alamsyah, A.H.Tambunan, Y.A.Purwanto, D.Kusdiana. Comparison of static-mixer and blade agitator reactor in biodiesel production. Agricultural Engineering International: The CIGR Journal. 2010; 12(1): p. 99 - 106.
32. P.Szumała, H.Szelag. Water solubilization using nonionic surfactants from renewable sources in microemulsion systems. Journal of Surfactants and Detergents. 2012; 15(4): p. 485 - 494.
33. L.Rosendahl. Biomass combustion science, technology and engineering. Woodhead Publishing Limited. 2013.
34. Bert Van de Beld, Elmar Holle, Jan Florijn. The use of pyrolysis oil and pyrolysis oil derived fuels in diesel engines for CHP applications. Applied Energy. 2013; 102: p. 190 - 197.
35. Ramakrishnan Prakash, Raghubansh Kumar Singh, Satheesh Murugan. Experimental studies on a diesel engine fueled with wood pyrolysis oil diesel emulsions. International Journal of Chemical Engineering and Applications. 2011; 2(6): p. 395 - 399.
1. Tác giả giao bản quyền bài viết (tác phẩm) cho Tạp chí Dầu khí, bao gồm quyền xuất bản, tái bản, bán và phân phối toàn bộ hoặc một phần tác phẩm trong các ấn bản điện tử và in của Tạp chí Dầu khí.
2. Bằng cách chuyển nhượng bản quyền này cho Tạp chí Dầu khí, việc sao chép, đăng hoặc sử dụng một phần hay toàn bộ tác phẩm nào của Tạp chí Dầu khí trên bất kỳ phương tiện nào phải trích dẫn đầy đủ, phù hợp về hình thức và nội dung như sau: tiêu đề của bài viết, tên tác giả, tên tạp chí, tập, số, năm, chủ sở hữu bản quyền theo quy định, số DOI. Liên kết đến bài viết cuối cùng được công bố trên trang web của Tạp chí Dầu khí được khuyến khích.
