Company Logo

KHẢ NĂNG SỬ DỤNG BUTANOL LÀM NHIÊN LIỆU SINH HỌC

GVHD: TS. Nguyễn Hữu LươngHV: Võ Đức Minh Minh

Company Logo

Giới thiệu

Nội dung

1

Tính chất biobutanol2

Bioethanol vs biobutanol3

Tình hình nghiên cứu sản xuất và ứng dụng4

2

Kết luận5

Company Logo

1. Giới thiệu

3

Company Logo

Đặt vấn đề

• Nguy cơ cạn kiệt nguồn dầu mỏ trong nhữngthập niên sắp tới và nhu cầu dầu mỏ khôngngừng tăng giá dầu thô tăng;

4

Company Logo

Đặt vấn đề

•Vấn đề ô nhiễm môi trường do hàmlượng khí thải gây hiệu ứng nhà kínhngày càng tăng;

•Xu đột chính trị xảy ra ở nhiều quốc giamà nguyên nhân sâu xa là do nguồndầu thô.

Yêu cầu cấp thiết về nguồn nhiên liệuthay thế.

5

Company Logo

Biofuels

•Biogas

•Bioethanol

•Biodiesel

•Biobutanol…

6

Company Logo

2. Tính chất biobutanol

7

Company Logo

Butanol

•Thuộc nhóm của rượu đơn chất có 4nguyên tử carbon với công thứcC4H9OH.

•Các đồng phân: n-butanol, iso-butanol,sec-butanol và tert-butanol.

8

Company Logo

n-butanol• Là chất lỏng trong suốt, không màu, có thể

cháy được và có mùi chuối.

• Thị trường toàn cầu: 3 triệu tấn/năm (giá trịthị trường trên 4 tỷ $).

• Ứng dụng: Dung môi dùng trong sơn, lớp phủ, véc ni (lớp sơn ngoài);

Chất hóa dẻo – để cải thiện tính chất vật lý của nhựa;

Là chất trung gian, nguyên liệu cho các ngành hóa học vàplastic khác;

Dùng trong ngành dệt – chất trương nở cho sơ sợi;

Mỹ phẩm, ngành dược phẩm – thuốc kháng sinh, hormone, vitamins;

Phụ gia pha xăng và dầu phanh (thành phần tổng hợp).

9

Company Logo

Iso-butanol

• Là chất lỏng không màu với mùi mốc ngọt (sweetmusty odor). Hòa tan vô hạn với tất cả các dung môihữu cơ (miscible), tan rất ít trong nước.

• Giá trị thị trường hiện tại khoảng 560 triệu $/năm.

• Ứng dụng:

Dung môi trong công nghiệp (lớp phủ bề mặt, chất kếtdính, chất trích ly);

Hóa chất trung gian cho ngành hóa dầu;

Chất phân tán;

Phụ gia.

10

Company Logo

Sec-butanol

•Chất lỏng không màu, có thể bắt cháy,ít tan trong nước và tan hoàn toàn vớidung môi hữu cơ phân cực.

•Ứng dụng: Dùng làm dung môi;

Chủ yếu được chuyển hóa thành butanone("MEK” - methyl ethyl ketone);

Ester của sec-butanol có mùi dễ chịu và đượcdùng với lượng nhỏ trong sản xuất nước hoahoặc làm chất tạo mùi nhân tạo.

11

Company Logo

Tert-butanol

• Chất lỏng trong suốt, có mùi long não (camphor-like). Tan tốt trong tốt và tan vô hạn trongethanol và diethyl ether.

• Đóng rắn ở nhiệt độ phòng (điểm chảy khoảng 25 °C)

• Ứng dụng

Dung môi;

Chất biến tính ethanol,

Thành phần trong chất tẩy sơn;

Phụ gia xăng (tăng chỉ số octane);

Chất trung gian trong tổng hợp các hợp chất như MTBE,ETBE, TBHP, chất mùi khác…

12

Company Logo

Bio-butanol

• n-butanol là sản phẩm chính thu được từ quátrình lên men ABE (known technology, hiệu suấtthấp khoảng 15 g/L);

• Iso-butanol: được sản xuất từ quá trình lên mencồn (lượng nhỏ). Một vài tế bào của vi khuẩnchuyển gen (genetically microbial cell) có thểtạo isobutanol với hiệu suất cao hơn 60 g/L;

• Sec-butanol: không thể được sản xuất trực tiếptừ quá trình lên men, nhưng có thể thu 2,3-butanediol từ lên men, sau đó tách nước để tạora MEK. Hydro hóa MEK để có 2-butanol;

• Tert-butanol: không thể sản xuất được từ bất kỳquá trình sinh hóa nào đã được biết đến.13

Company Logo

Tính chất các đồng phân butanol

Tính chất n-butanol

Iso-butanol

sec-butanol

tert-butanol

Khối lượngriêng ở 20oC(g/cm3)

0,81 0,802 0,806 0,781

Nhiệt độ sôi(oC)

118 108 99 82

Khả năng tantrong nước(g/100mL)

7,7 8 12,5 Miscible

Điểm chớpcháy (oC)

35 28 24 11

MON 78 94 - 89

14

Nguồn: C. Machaco et al.

Company Logo

Tính chất biobutanol

Nguồn: SK energy

15

Company Logo

Tính chất biobutanol

Nguồn BP16

Company Logo

Ưu điểm nổi bật

•Tính chất của biobutanol gần với tínhchất của xăng:

Nhiệt trị;

RVP.

•Hòa tan tốt trong xăng;

•Khả năng hòa tan ẩm thấp.

17

Company Logo

3. Biobutanol vs bioethanol

18

Company Logo

RON

19

Company Logo

TBP

20

Company Logo

RVP

21

Company Logo

RVP

22

Company Logo

Nhiệt trị

23

Company Logo

Alcohol – water interactions

24

Company Logo

Độ ăn mòn miếng đồng

25

Company Logo

6-weeks-corrosion test (water addition)

26

Company Logo

Health and environment effect

27

Company Logo

Hiệu suất lên men

28

Company Logo

Biobutanol Bioethanol

29

Nhiệt trị; RONHòa tan nước; Hiệu suất lên menRVP Ăn mòn

Company Logo

Tác dụng tẩy rửa

30

Company Logo

Khả năng gây trương nở polymer

31

Company Logo

Hiệu quả sử dụng nhiên liệu

32

Company Logo

Sự phát thải

•First to fuel an unmodified American carwith 100% butanol, drive 10,000 milesacross the USA and astound local EPAofficials when test results reveal:

Butanol reduced hydrocarbons by 95%;

Butanol reduced carbon monoxide to 0.01%;

Butanol reduced oxides of nitrogen by 37%;

Butanol increased auto mileage by 9%.Nguồn: Butylfuel, LLC

33

Company Logo

Khí thải độc hại

34

Company Logo

Khí thải độc hại

35

Company Logo

Lợi ích môi trường

• Công ty DuPont và BP hiện tại đang tiến hành phân tíchvà tính toán chi tiết vòng tuần hoàn phát thải củabiobutanol. Những kết quả ban đầu cho thấy, với cùngnguồn nguyên liệu, biobutanol có mức độ giảm phátthải khí ô nhiễm ít nhất bằng ethanol;

• Áp suất hơi của biobutanol thấp hơn so với xăng, giảmphát thải VOC.

36

Company Logo

Lợi ích cho ngành nông nghiệp

• Biobutanol được sản xuất từ nguồn nguyênliệu như ethanol (ngô, lúa mì, mía, củ cảiđường);

• Quá trình pha trộn NLSH vào xăng trở nênthuận tiện/dễ dàng hơn biobutanol sẽ giúpmở rộng thị trường NLSH cũng như thị trườngcho các loại nông sản hay phụ phế phẩm liênquan, tăng thêm giá trị cho ngành nôngnghiệp và thu nhập cho người nông dân.

37

Company Logo

4. Tình hình nghiên cứu sảnxuất và ứng dụng

38

Company Logo

Biobutanol production

•Giai đoạn 1910 – 1950: bio-butanolđược sản xuất từ rỉ đường và tinh bộtthông qua quá trình lên men ABE.

•Giai đoạn 1950 – nay: petro-butanol.

•Tương lai: bio-butanol Quy trình sinh hóa: quá trình lên men ABE “mới”

hay các quá trình lên men khác;

Quy trình nhiệt hóa: khí hóa biomass

39

Company Logo

Sản xuất

40

Company Logo

Acetone – butanol – ethanol fermentaiton

41

Company Logo

Oxo-synthesis of propylene

•Sử dụng propylen thông qua quá trìnhhydro-formylation (phản ứng vớiCO/H2) sử dụng xúc tác Co hoặc Rh sản phẩm thu được là hỗn hợp củabutanol và isobutanol (sản phẩm phụ).

42

Company Logo

Tính kinh tế sản xuất biobutanol

43

Company Logo

Price

44

Company Logo

Tình hình nghiên cứu trên thế giới

45

Company Logo

Tình hình nghiên cứu trên thế giới

46

Company Logo

5. Kết luận

47

Company Logo

Ưu điểm• Biobutanol có thể dùng cho hệ thống cơ sở hạ

tầng hiện tại dùng cho xăng truyền thống, cóthể vận chuyển bằng đường ống;

• Có thể pha trộn với xăng hoặc diesel ở bất kỳtỷ lệ nào, tăng hàm lượng butanol pha vàoxăng mà không cần hoán cải động cơ;

• Hòa tan hoặc hấp phụ nước rất ít;

• Chỉ số RON và nhiệt trị gần với xăng;

• Áp suất hơi (RVP) thấp hơn ethanol, khônglàm tăng RVP của hỗn hợp pha xăng;

• Có khả năng phân hủy sinh học.

48

Company Logo

Nhược điểm

•Mùi hôi, độc hại;

•Giá thành cao;

•RON;

•RVP;

•Công nghệ sản xuất;

•Cạnh tranh với ngành công nghiệp khácsử dụng n-butanol làm dung môi…

49

Company Logo

Thank you