Sản xuất nhiên liêu sinh học theo công nghệ

Fischer-Tropsch

Quá trình tổng hợp với tên gọi Fischer-Tropsch (FT) được phát minh

từ năm 1923 bởi hai nhà hóa học Đức F. Fischer và H. Tropsch thuộc

Viện nghiên cứu than Kaiser Wilhelm (Mulheim, Đức)

Nhà máy Fischer-Tropsch ở Oberhausen,

năm 1936. © OXEA Deutschland GmbH. Franz Fischer (trái) và Hans Tropsch (phải).

Trên cơ sở các khí trong mỏ than, phát minh của Fischer-Tropsch

cho phép biến các chất khí thành nhiên liêu lỏng theo phản ứng:

◦ CO + 2H2 -(CH2)- + H2O

Các chất xúc tác quan trọng nhất dựa trên các nguyên tố sắt (Fe)

hoặc Cobalt (Co).

Tùy theo điều kiện, các sản phẩm tạo ra bao gồm các

Hydrocacbon nhẹ (C1 - C2), LPG (C3 - C4), naphtha (C5 - C11),

diesel (C12 - C20), hoặc sáp (>C20).

Phương pháp Fischer Tropsch

GTL process using the Fischer Tropsch method

Để đảm bảo hiệu quả và giảm chi phí, các nhà máy sản

xuất theo công nghệ PT thường được xây dựng gần cảng

hoặc kênh rạch lớn để vận chyển bằng đường thủy thay

cho vận chuyển bằng đường bộ.

• Nguyên liệu:

Sản xuất khí tổng hợp theo công nghệ Fischer-Tropsch cần

một số lượng lớn sinh khối, vì vậy gỗ và rơm rạ là hai vật liệu

quan trọng để phát triển kỹ thuật này.

Chất thải hữu cơ từ người và

động vật cũng có thể sản xuất

nhưng số lượng ít. Sinh khối thực

vật thường có số lượng lớn và là

nguồn có thể tái tạo.

Thu gom:

◦ Dùng xe tải thu gom sinh khối:

Chi phí vận chuyển cao

(Vật liệu rơm có số lượng

lớn nhưng mật độ năng

lượng không nhiều).

◦ Chuyển đổi cỏ và rơm thành bùn sinh học thông qua thiết

bị Flash- Pyrolysis : giúp nén chặt rơm để giảm chi phí

vận chuyển và giúp xử lý dễ dàng hơn.

◦ Chuyển đổi gỗ bằng quá trình Torrefaction hoặc nhiệt

phân một lần nữa trước khi vận chuyển bằng tàu đến các

cơ sở sản xuất.

Có hai phương thức nhiệt phân để sản xuất Biosyngas (H2 và CO)

từ sinh khối:

- dùng nhiệt độ thấp (800-1000 ◦C) có chất xúc tác bổ sung

- hoặc dùng nhiệt độ cao (1200-1400 ◦C) không cần xúc tác

Cần hai tháp phản ứng hoạt động ở khoảng 800-1000◦C.

H2 và CO thường hình thành ~ 50% và 50% còn lại là CH4 và

hydrocarbon hạch dài hơn (hydrocarbon thơm).

Phương pháp thứ hai thường đòi hỏi nhiệt độ cao tới 1200◦C-

1400 ◦C

Chỉ cần một tha1po nhiệt phân.

Tất cả các sinh khối hoàn toàn chuyển đổi thành CO& H2.

Hình 6.5 Sơ đồ dòng của khí tổng hợp tối ưu / quá trình sản xuất dầu

diesel sinh học FT.

10%

90%

Sản phẩm hóa

học Nhiên liệu

• Dung môi

• Nguyên liệu sản xuất hóa

chất

• -Chất bôi trơn.

• -Nhựa/Polymer

• -Sợi & cao su tổng hợp

• -Chất tảy rửa

• -Phân bón

• Vận chuyển

• Công nghiệp

• Dân dụng

• Sản xuất điện năng

Global annual

consumption

4,000 MMT

Oil

refinery

Crude oil

>700 degrees F

Fractional

distillation

Lubricants,

waxes, tar,

Diesel oil

Gasoline

Distilling

tower

Bottled gases

Kerosene “cracking

& reforming”

Alkenes,

aromatics

Petrochemical

industry

Petrochemicals

Raw materials

Products

Dâu thô

Nhiên liêu

Nguyên liêu thô

Nguyên liêu công nghiê p

San phâm

Petrochemistry

Thưc vâ t

Sinh khôi

Dâu, protein, tinh bôt

Hat

Nhiên liệu & San phâm phu

Biotechnology

Biotechnology

(fuel) (feedstocks for industry)

Source: USDA

124 triệu tấn

Palm Kernel

4%

Peanut

4%

Palm

31%

Olive

2%Coconut

3%

Cottonseed

4%

Sunflower

9%Rapeseed

15%

Soybean

28%

World Plant Oil Production

Riccinus comunis

Hydroxy Fatty Acid

Crepis alpina

Acetylenic Fatty

Acid

Crepis palaestina

Epoxy Fatty Acid

Aleurites fordii

Conjugated Fatty Acid

Cuphea lanceolata

Medium chain Fatty

Acid

Sterculia foetida

Cyclopropane Fatty

Acid

Simmondsia chinensis

Wax ester

Petroselenic Fatty

Acid

Coriandrum sativum

Momordica charantica

Conjugated Fatty Acid

Limnanthes

douglasii

Very long chain

Fatty Acid

Isolate genes for

fatty acid

biosynthesis

Transfer genes to plants

with improved agronomic

traits Genes

Riccinus comunis

Hydroxy Fatty Acid

Sau khi tối ưu hoa cấu truc hoa học của môt số dầu thưc vât, khả

năng sản xuất dầu se trơ nên hiêu quả kinh tê cao va co thê thu

được vơi sản lượng lơn đáp ưng nhu cầu thi trương !

Medium chain

f. acid

(Chât tay rưa)

conjugated f. acids

(superior drying oils)

Hydroxy f. acid (Chât bôi trơn,

my phâ m, dươc liêu…)

Epoxy f. acid (chât phu bê măt,

châ t deo, resins…)

Acetylenic f. acid (polymers, mưc in,

my phâ m, dươc liêu…)

Wax esters

(chât bôi trơn)

Cac loai dâu ky thuât có thê sản xuất tư dâu thực vât

Hydroxy

fatty acid

Acetylenase

Epoxy fatty acid

Epoxygenase

Acetylenic fatty

acid

Linoleic

Hydroxylase Oleic fatty acid

O

PC

O O

H

PC

O

PC O

O

PC

O

PC

Cơ sơ sinh hoa hoc đê ap dung công nghê sinh hoc cai thiêt dâu sinh hoc

O

PC

Conjugase

Conjugated fatty acid

-12 desaturase

Môt sô đoi hoi khi ap dung CNSH cải thiện chất

lượng dâu thực vât

Chất lượng tốt

Giá thành hợp lý

Tận dung được cơ sở công nghệ chế biến hiện hữu.

Hạn chế nguy cơ ảnh hưởng lên môi tự nhiên.

Có thể nhận diện ro ràng khi so sánh với cây lấy dầu thực phẩm.

Không có nguy cơ lai tạo chéo với cây trồng khác.

Thuận lợi cho các kỹ thuật di truyền khác nhau.

Crop Ưu điểm Nhược điểm

Crambe Năng suất cao, phân bố rộng, tương đồng cao với Arabidopsis

Nứt hạt, mất năng suất

5-10 yrs

Bông Năng suất cao, phân bố rộng, tương đồng cao với Arabidopsis, đã được chuyển gene,

Là thực phẩm ở một số nơi

5 yrs

Lanh đã được chuyển gene, đã có công nghệ chế biến

Là thực phẩm ở một số nơi

5 yrs

Thuốc lá Thành phần dầu phù hợp, dễ dàng cải biến di truyền

Công nghệ chế biến chưa phù hợp

10 yrs

Brassica carinata

Dễ dàng cải biến di truyền, đã có công nghệ chế biến,

Năng suất còn thấp

5 yrs

Crambe field trial

in Daklak