Luận án Nghiên cứu quá trình nhiệt phân biomass sản xuất nhiên liệu sinh học

 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO 
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG 
PHẠM DUY VŨ 
NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH NHIỆT PHÂN BIOMASS 
SẢN XUẤT NHIÊN LIỆU SINH HỌC 
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT 
Đà Nẵng, năm 2017 
 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO 
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG 
PHẠM DUY VŨ 
NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH NHIỆT PHÂN BIOMASS 
SẢN XUẤT NHIÊN LIỆU SINH HỌC 
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT 
Chuyên ngành: Kỹ thuật nhiệt 
Mã ngành: 62.52.01.15 
Người hướng dẫn khoa học 
PGS.TS. HOÀNG DƯƠNG HÙNG 
PGS.TS. TRẦN VĂN VANG 
Đà Nẵng, năm 2017
i 
LỜI CAM ĐOAN 
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. 
 Các số liệu và kết quả nghiên cứu nêu trong luận án là trung thực và chưa 
từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. 
Tác giả 
 Phạm Duy Vũ 
ii 
MỤC LỤC 
LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................................... i 
MỤC LỤC ................................................................................................................................. ii 
DANH MỤC BẢNG BIỂU .................................................................................................... vi 
DANH MỤC HÌNH ẢNH ..................................................................................................... vii 
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ....................................................................................... ix 
MỞ ĐẦU.................................................................................................................................... 1 
1. Lý do chọn đề tài ................................................................................................. 1 
2. Mục tiêu nghiên cứu ............................................................................................ 2 
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ....................................................................... 3 
3.1. Đối tượng nghiên cứu .................................................................................... 3 
3.2. Phạm vi nghiên cứu ....................................................................................... 3 
4. Phương pháp nghiên cứu ..................................................................................... 3 
5. Nội dung nghiên cứu ............................................................................................ 4 
6. Những đóng góp mới của luận án ........................................................................ 4 
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHIỆT PHÂN NHANH SINH KHỐI SẢN XUẤT 
NHIÊN LIỆU SINH HỌC ....................................................................................................... 6 
1.1. Sinh khối và tình hình sử dụng năng lượng sinh khối ...................................... 6 
1.1.1. Giới thiệu về sinh khối ............................................................................... 6 
1.1.2. Tổng quan tình hình sử dụng năng lượng sinh khối .................................. 7 
1.1.3. Sản xuất nhiên liệu sinh học từ sinh khối .................................................. 9 
1.2. Tổng quan về nhiệt phân sinh khối ................................................................. 11 
1.2.1. Khái niệm ................................................................................................. 11 
1.2.2. Phân loại quá trình nhiệt phân sinh khối.................................................. 12 
1.3. Công nghệ nhiệt phân nhanh sinh khối sản xuất dầu sinh học ....................... 13 
1.3.1. Lò côn quay.............................................................................................. 14 
1.3.2. Lò chân không.......................................................................................... 15 
1.3.3. Lò ma sát .................................................................................................. 16 
1.3.4. Lò tầng sôi ................................................................................................ 16 
1.3.5. Lò tầng sôi tuần hoàn ............................................................................... 17 
1.3.6. So sánh và lựa chọn kiểu lò thực hiện nhiệt phân nhanh sinh khối ......... 18 
1.4. Các yếu tố vận hành ảnh hưởng đến quá trình nhiệt phân nhanh ................... 20 
1.4.1. Ảnh hưởng của thành phần hóa học trong sinh khối ............................... 20 
1.4.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến hiệu quả thu hồi dầu sinh học .... 21 
iii 
1.4.3. Ảnh hưởng của thời gian lưu sản phẩm phản ứng và lưu lượng khí cấp 
nhiệt .................................................................................................................. 23 
1.4.4. Ảnh hưởng của kích cỡ hạt sinh khối ...................................................... 24 
1.4.5. Ảnh hưởng của tốc độ gia nhiệt ............................................................... 26 
1.4.6. Ảnh hưởng của môi chất truyền nhiệt ...................................................... 27 
1.4.7. Ảnh hưởng của độ ẩm sinh khối .............................................................. 28 
1.5. Thông số động học quá trình nhiệt phân nhanh .............................................. 29 
1.6. Đặc tính các sản phẩm của quá trình nhiệt phân nhanh và phương pháp 
nhiệt phân có xúc tác ............................................................................................. 31 
1.6.1. Dầu sinh học ............................................................................................ 31 
1.6.2. Chất rắn .................................................................................................... 33 
1.6.3. Hỗn hợp khí không ngưng tụ ................................................................... 34 
1.6.4. Nhiệt phân có chất xúc tác ....................................................................... 34 
1.7. Kết luận và định hướng nghiên cứu ................................................................ 35 
CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN QUÁ TRÌNH 
NHIỆT PHÂN NHANH CHO BỘT GỖ, BÃ MÍA ........................................................... 37 
2.1. Xác định trường nhiệt độ t(r,) trong sinh khối khi nhiệt phân nhanh ........... 37 
2.1.1. Phát biểu bài toán tìm t(r,) ..................................................................... 37 
2.1.2. Xác định phân bố (, Foq) và t(r, ) trong thể tích hạt sinh khối (V) .... 40 
2.1.3. Xác định công thức tính thời gian nhiệt phân sinh khối bán kính R ....... 43 
2.1.4. Xác định nhiệt độ trên bề mặt vỏ hạt sinh khối sau khoảng thời gian 
nhiệt phân p cho trước ....................................................................................... 44 
2.2. Kết quả mô phỏng trường nhiệt độ và xác định kích cỡ hạt phù hợp cho 
quá trình nhiệt phân nhanh bột gỗ và bã mía ......................................................... 44 
2.2.1. Mô phỏng trường nhiệt độ khi nhiệt phân nhanh bột gỗ và bã mía ......... 44 
2.2.2. Xác định kích cỡ hạt sinh khối phù hợp cho nhiệt phân nhanh ............... 49 
2.2.3. Xác định nhiệt độ bề mặt lớp vỏ sinh khối có bán kính R và nhiệt độ 
lớp biên phần sinh khối chưa phản ứng theo thời gian p .................................. 51 
2.2.4. Khảo sát ảnh hưởng hệ số trao đổi nhiệt phức hợp trong lớp sôi đến 
thời gian phản ứng nhiệt phân nhanh ................................................................. 52 
2.3. Kết luận chương 2 ........................................................................................... 53 
CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM NHIỆT PHÂN NHANH 
SINH KHỐI TRONG LÒ TẦNG SÔI SẢN XUẤT NHIÊN LIỆU SINH HỌC ........... 55 
3.1. Mô hình thực nghiệm ...................................................................................... 55 
iv 
3.2. Xác định loại nguyên liệu và các thông số sử dụng cho việc mô phỏng, tính 
toán thiết kế ............................................................................................................ 57 
3.2.1. Phân tích lựa chọn loại nguyên liệu sinh khối cho tính toán thiết kế ...... 57 
3.2.2. Các thông số sử dụng mô phỏng khí động lực học và tính toán thiết kế 
hệ thống nhiệt phân nhanh trong lò tầng sôi ...................................................... 58 
3.3. Mô phỏng khí động lực học trong lò tầng sôi nhiệt phân nhanh sinh khối 
sản xuất nhiên liệu sinh học ................................................................................... 59 
3.3.1. Sự hình thành lớp sôi ............................................................................... 59 
3.3.2. Mục đích của việc mô phỏng khí động lực học trong lò tầng sôi ............ 60 
3.3.3. Mô tả mô hình .......................................................................................... 61 
3.3.4. Mô hình toán và thiết lập mô hình mô phỏng .......................................... 62 
3.3.5. Kết quả mô phỏng và bình luận ............................................................... 66 
3.4. Các bước tính toán thiết kế hệ thống thiết bị nhiệt phân nhanh sinh khối 
trong lò tầng sôi sản xuất dầu sinh học .................................................................. 69 
3.4.1. Xác định nhiệt lượng cung cấp cho quá trình nhiệt phân ........................ 69 
3.4.2. Tính thiết kế lò phản ứng ......................................................................... 70 
3.4.3. Tính toán thiết kế xyclone thu hồi sản phẩm rắn ..................................... 70 
3.4.4. Tính diện tích trao đổi nhiệt thiết bị ngưng tụ ......................................... 72 
3.5. Tính toán thiết kế hệ thống thiết bị nhiệt phân nhanh sinh khối sản xuất dầu 
sinh học năng suất 500 g/h ..................................................................................... 73 
3.6. Kết luận chương 3 ........................................................................................... 73 
CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM NHIỆT PHÂN NHANH SINH 
KHỐI SẢN XUẤT NHIÊN LIỆU SINH HỌC .................................................................. 75 
4.1. Dụng cụ, nguyên liệu và các phương pháp nghiên cứu thực nghiệm ............. 75 
4.1.1. Các dụng cụ sử dụng trong nghiên cứu thực nghiệm .............................. 75 
4.1.2. Nguyên liệu sinh khối sử dụng trong nghiên cứu thực nghiệm ............... 76 
4.1.3. Các phương pháp phân tích xác định các thành phần của sinh khối và 
sản phẩm từ quá trình nhiệt phân nhanh ............................................................. 77 
4.2. Mô tả quá trình vận hành hệ thống nhiệt phân nhanh sinh khối trong lò tầng 
sôi sản suất dầu sinh học ........................................................................................ 79 
4.3. Phương pháp xử lý số liệu thí nghiệm, xác định giá trị thông số vận hành 
và đánh giá độ ổn định hệ thống thí nghiệm .......................................................... 80 
4.3.1. Phương pháp xử lý số liệu thí nghiệm ..................................................... 80 
4.3.2. Xác định các thông số vận hành ảnh hưởng đến hiệu quả thu hồi dầu 
sinh học ............................................................................................................... 81 
4.3.3. Đánh giá độ ổn định của hệ thống thí nghiệm ......................................... 82 
v 
4.4. Kết quả xác định thành phần hóa học, nguyên tố và phân tích nhiệt khối 
lượng TGA của bột gỗ và bã mía .......................................................................... 83 
4.4.1. Kết quả xác định thành phần hóa học và nguyên tố của bột gỗ và bã mía .... 83 
4.4.2. Kết quả phân tích nhiệt khối lượng TGA bột gỗ và bã mía ..................... 83 
4.5. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm một số yếu tố vận hành chính ảnh hưởng 
đến hiệu quả thu hồi sản phẩm nhiệt phân nhanh .................................................. 86 
4.5.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến khối lượng các sản phẩm ........... 86 
4.5.2. Ảnh hưởng của kích cỡ đến khối lượng các sản phẩm ............................ 88 
4.5.3. Ảnh hưởng lưu lượng khí nitơ đến khối lượng các sản phẩm ................. 89 
4.6. Đánh giá tính chất vật lý và thành phần hóa học của sản phẩm dầu sinh học .. 91 
4.6.1. Đánh giá tính chất vật lý của sản phẩm dầu sinh học .............................. 91 
4.6.2. Phân tích thành phần hóa học của dầu sinh học ...................................... 93 
4.7. Kết luận chương 4 ........................................................................................... 95 
CHƯƠNG 5: NGHIÊN CỨU ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH NHIỆT PHÂN NHANH ... 97 
5.1. Đặt vấn đề ....................................................................................................... 97 
5.2. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................ 98 
5.2.1. Xác định mô hình động học và khối lượng các thành phần sản phẩm 
của quá trình nhiệt phân ..................................................................................... 98 
5.2.2. Xác định hằng số tốc độ phản ứng của quá trình nhiệt phân nhanh ...... 100 
5.3. Kết quả nghiên cứu xác định thông số động học nhiệt phân nhanh bột gỗ 
và bã mía trong lò tầng sôi ................................................................................... 102 
5.3.1. Các điều kiện đơn trị .............................................................................. 102 
5.3.2. Xác định hằng số tốc độ phản ứng k1, k2, k3 .......................................... 103 
5.3.3. Xác định thông số động học nhiệt phân nhanh bột gỗ trong lò tầng sôi .. 103 
5.3.4. Xác định thông số động học nhiệt phân nhanh bã mía trong lò tầng sôi .. 105 
5.4. Kết luận chương 5 ......................................................................................... 107 
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................................. 108 
1. Kết luận ............................................................................................................ 108 
2. Kiến nghị.......................................................................................................... 109 
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ ........................................................ 111 
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................... 113 
PHỤ LỤC LUẬN ÁN 
vi 
DANH MỤC BẢNG BIỂU 
Bảng 1.1: Thành phần hóa học của một số sinh khối [63] .................................................... 6 
Bảng 1.2: Sản phẩm nhiệt phân của gỗ phụ thuộc vào công nghệ nhiệt phân .................. 13 
Bảng 1.3: Tổng quan so sánh các loại lò nhiệt phân nhanh [109] ...................................... 19 
Bảng 1.4: Một số thông số động học thường được sử dụng cho quá trình nhiệt phân 
nhanh [19], [25], [38], [81] .................................................................................................... 31 
Bảng 1.5: Đặc tính điển hình của dầu sinh học từ gỗ và dầu khoáng [6], [26] ....... ... ết kế bình ngưng ta chọn 
giá trị các thông số sao cho diện tích trao đổi nhiệt của bình ngưng lớn nhất, khi đó 
khả năng sử dụng của bình ngưng sẽ lớn nhất. Như vậy, để diện tích F lớn nhất ta 
chọn k bé nhất, Cpd và rd lớn nhất. 
Các số liệu ban đầu tính toán thiết kế bình ngưng thể hiện trong bảng PL6.1. 
Kết quả tính toán diện tích trao đổi nhiệt thiết bị ngưng tụ thể hiện trên bảng PL6.2. 
Bảng PL6.1: Số liệu ban đầu tính toán thiết kế bình ngưng [14], [53], [63], [106] 
Đại lượng Ký hiệu Đơn vị Giá trị Ghi chú 
Nhiệt độ hỗn hợp khí vào t’d oC 405 
Nhiệt độ dầu ra t"d oC 20 
20 
Nhiệt độ nước vào t'H2O oC 6 
Nhiệt độ nước ra t"H2O oC 10 
Nhiệt ẩn ngưng tụ nước (tại áp suất 
riêng phần pH2O = 0,36 bar) 
rH2O kJ/kg 2325 
Nhiệt ẩn ngưng tụ dầu hữu cơ rhcơ kJ/kg 2500 
Nhiệt ẩn ngưng tụ dầu nhiệt phân rd kJ/kg 2449 Tính theo (3.17) 
Nhiệt dung riêng hơi nước quá nhiệt 
(tại ttb = 237,5 oC) 
CpH2O kJ/kg.K 1,97 
Nhiệt dung riêng hơi dầu hữu cơ Cphcơ kJ/kg.K 2,3 [93] 
Nhiệt dung riêng dầu nhiệt phân Cpd kJ/kg.K 2,18 Tính theo (3.15) 
Nhiệt dung riêng khí không ngưng tụ Cpg, kJ/kg.K 1 [93] 
Lưu lượng sản phẩm dầu sinh học Gd kg/s 0,0000944 Chiếm 68% [14] 
Lưu lượng sản phẩm cốc Gc kg/s 0,0000139 Chiếm 10% [63] 
Lưu lượng sản phẩm khí không ngưng Gg kg/s 0,0000306 Chiếm 22% 
Lưu lượng khí nitơ GN2 kg/s 0,00027 
Hệ số truyền nhiệt k W/m2.K 60 [93] 
Bảng PL6.2: Kết quả tính diện tích trao đổi nhiệt thiết bị ngưng tụ 
Đại lượng 
Ký 
hiệu 
Đơn 
vị 
Giá 
trị 
Ghi chú 
Nhiệt lượng hỗn hợp khí tỏa ra từ trạng thái 
hơi quá nhiệt thành hơi bão hòa khô 
Qd1 W 80,03 Tính theo (3.14) 
Nhiệt lượng hỗn hợp khí tỏa ra từ trạng thái 
hơi bão hòa khô về trạng thái lỏng 
Qd2 W 231,15 Tính theo (3.16) 
Nhiệt lượng dầu sinh học tỏa ra môi trường 
làm lạnh 
Qd W 311,18 Tính theo (3.13) 
Nhiệt lượng khí không ngưng tỏa ra môi 
trường làm lạnh đến nhiệt độ bão hòa 
Qg W 116,5 Tính theo (3.18) 
Tổng lượng nhiệt hỗn hợp khí tỏa ra ở bình 
ngưng để ngưng tụ từ nhiệt độ t’d đến t”d 
Q W 427,68 Tính theo (3.12) 
21 
Đại lượng 
Ký 
hiệu 
Đơn 
vị 
Giá 
trị 
Ghi chú 
Độ chênh nhiệt độ trung bình logarit Δttb K 105,52 Tính theo (3.20) 
Diện tích trao đổi nhiệt F cm2 675,5 Tính theo (3.19) 
Lưu lượng nước giải nhiệt G kg/s 0,026 Tính theo (3.21) 
Chọn ống trao đổi nhiệt inox 
có đường kính 8/13 mm và vận tốc 
hỗn hợp khí chuyển động trong dàn 
ống trao đổi nhiệt là 1,6 m/s [101], ta 
xác định được cấu tạo bình ngưng thể 
hiện như hình PL6.4. 
Hỗn hợp khí ra khỏi bình 
ngưng có nhiệt độ giảm xuống đến 
(20  24) C, trong đó còn một lượng 
dầu sinh học ở dạng hơi, nên cần phải 
có những bề mặt tiếp xúc làm tác nhân 
để nó có thể bám vào. Vì vậy, để nâng 
cao hiệu quả thu hồi dầu nhiệt phân ta 
lắp thêm 1 bình ngưng kiểu ma sát 
(hình PL6.5) đặt kế tiếp theo bình 
ngưng trao đổi nhiệt theo kiểu bề mặt. Bình ngưng này có cấu tạo gồm 20 đĩa có đục 
lỗ xếp chồng lên nhau, mỗi đĩa khoan 6 lỗ với đường kính mỗi lỗ là 2 mm. Tác dụng 
của các lỗ này là để lượng khí không ngưng có thể đi xuyên qua các mặt va đập và 
thoát ra ngoài. Ngoài ra, nhằm hạn chế dầu sinh học bám trên bề mặt ống trao đổi 
nhiệt và các tấm đục lỗ, thường xuyên phun axeton hòa vào hỗn hợp khí trước khi 
vào đỉnh mỗi bình ngưng. Dầu sinh học được ngưng tụ và chảy xuống phễu chứa dầu 
bên dưới được lấy ra ngoài qua van xả. 
Hình PL6.5: Bình ngưng kiểu ma sát 
1: Ống dẫn hỗn hợp khí vào; 2: Ống dẫn 
khí ra ; 3 và 4: Ống nước giải nhiệt; 
5: Phễu chứa dầu; 6: Tháp đĩa. 
22 
Dựa trên kết quả tính toán thiết kế ở trên, các thiết bị được chế tạo và lắp đặt 
theo hình PL6.7. Hình ảnh các thiết bị thực tế được thể hiện trong phụ lục 7. 
Hình PL6.7: Mô hình thiết bị thí nghiệm nhiệt phân nhanh sinh khối sản xuất nhiên 
liệu sinh học năng suất 500 g/h 
1: Phễu cấp liệu, 2: Lò phản ứng, 3: Cyclone, 4, 5: Bình ngưng kiểu bề mặt, 
6: Bình ngưng kiểu ma sát. 
23 
Phụ lục 7: Các thiết bị chế tạo thực tế, đo lường, điều khiển tự động, phân 
tích sản phẩm và các loại sản phẩm 
Bình cấp liệu Cyclone Lò phản 
Bình ngưng kiểu tấm chắn Bình ngưng kiểu ống chùm 
24 
Điện trở gia nhiệt Động cơ cấp liệu 
Biến tần Máy phân tích CO2 và O2 Tủ điện điều khiển 
Máy phân tích thành phần CxHy Đồng hồ đo nhiệt độ 
Khí ngưng tụ thành dầu sinh học 
25 
Máy phân tích GC/MS Máy phân tích TGA 
Máy sấy Nabertherm Cân Satorius Đo độ ẩm Ohout Moiture 
Đồng hồ lưu lượng N2 Van giảm áp Yamato Van giảm áp Messer 
26 
Hệ thống nhiệt phân nhanh sinh khối năng suất 500 g/h 
Bã mía, bột gỗ Sản phẩm rắn 
Sản phẩm khí Dầu sinh học 
27 
Phụ lục 8: Qui trình và kết quả phân tích xác định thành phần 
hemicellulose, cellulose và lignin 
Phụ lục 8.1: Qui trình phân tích xác định thành phần hemicellulose, 
cellulose và lignin 
1. Nguyên lý thực hiện thí nghiệm 
Dựa vào khả năng chịu được axit của hemicellulose, cellulose và lignin khác 
nhau như: hemicellulose dễ dàng bị phân giải bởi axit loãng, cellulose sẽ chuyển 
thành glucose khi đun với axit đậm đặc, lignin có đặc tính không tan trong nước và 
axit vô cơ. Sử dụng phương pháp cân bằng khối lượng, xác định hàm lượng từng 
thành phần hemicellulose, cellulose và lignin. 
2. Thiết bị thực hiện thí nghiệm 
- Tủ sấy; 
- Lò nung; 
- Cân phân tích; 
- Dụng cụ: chén Pt hoặc thủy tinh, bình định mức 100 ml, 50 ml. 
3. Hóa chất thực hiện thí nghiệm 
- Nước cất; 
- H2SO4 1N: Hút 28 ml dung dịch axit H2SO4 đđ (d=1,84), pha loãng đến 1 lít 
bằng nước cất; 
- H2SO4 72 %: Lấy khoảng 745 ml dung dịch axit H2SO4 đđ (d=1,84), pha 
loãng đến 1 lít bằng nước cất; 
- H2SO4 đậm đặc. 
4. Qui trình thực hiện thí nghiệm 
- Cân a (g) mẫu, cho vào bình tam giác, thêm nước cất và đun sôi hồi lưu trên 
bếp cách thủy trong 1 giờ. Làm nguội, lọc bã qua giấy lọc (đã biết khối lượng) bằng 
nước nóng. Sấy ở 105 C đến khối lượng không đổi, làm nguội trong bình hút ẩm, 
cân bã sau sấy b (g). 
- Chuyển toàn bộ phần cặn trên giấy lọc vào bình tam giác, thêm vào 150 ml 
H2SO4 1N đun sôi hồi lưu trên bếp cách thủy trong 1 giờ. Làm nguội, lọc bã qua giấy 
lọc (đã biết khối lượng), rửa bằng nước nóng đến khi nước rửa đạt trung tính. Sấy ở 
105 C đến khối lượng không đổi, làm nguội trong bình hút ẩm, cân bã sau sấy c (g). 
 - Chuyển toàn bộ phần căn trên giấy lọc vào bình tam giác, thêm vào 100 mL 
28 
H2SO4 72% ngâm ở nhiệt độ phòng trong 4 giờ, thêm vào 150 ml H2SO4 1N đun sôi 
hồi lưu trên bếp cách thủy trong 1 giờ. Làm nguội, lọc bã qua giấy lọc (đã biết khối 
lượng), rửa bằng nước nóng đến khi nước rửa đạt trung tính. Sấy ở 105 C đến khối 
lượng không đổi, làm nguội trong bình hút ẩm, cân bã sau sấy d (g). 
- Chuyển phần giấy có bã vào cốc nung (đã biết khối lượng), than hóa trên bếp 
điện, chuyển vào lò nung, tro hóa ở nhiệt độ 550 C, làm nguội trong bình hút ẩm, 
cân phần cặn sau nung e (g). 
Tính kết quả: 
- Hàm lượng Hemicellulose (%) = ( b – c) x 100/a 
- Hàm lượng Cellulose ( %) = ( c – d) x 100/a 
- Hàm lượng Lignin (%) = ( d – e) x 100/a 
Phụ lục 8.2: Kết quả phân tích xác định thành phần hemicellulose, 
cellulose và lignin trong sản phẩm rắn 
Sinh 
khối 
Nhiệt độ 
phản 
ứng (C) 
mhemi-
cellulose/mr 
mcellulose/mr mlignin/mr mkpu/mr mkpu/ms0 
Bột 
gỗ 
450 0,018 0,051 0,366 0,435 0,2 
475 0,017 0,042 0,312 0,371 0,147 
500 0,012 0,021 0,282 0,315 0,107 
Bã 
mía 
450 0,035 0,075 0,419 0,529 0,2 
475 0,031 0,062 0,334 0,427 0,14 
500 0,011 0,020 0,270 0,301 0,1 
Phụ lục 9: Khối lượng trung bình các sản phẩm nhiệt phân nhanh phụ thuộc 
vào nhiệt độ 
Bảng 1: Khối lượng sản phẩm nhiệt phân nhanh bột gỗ phụ thuộc vào nhiệt độ 
Nhiệt độ phản ứng (C) 450 475 500 525 
Khối lượng dầu sinh học md (g) 198 228 244 224 
Khối lượng chất rắn mr (g) 230 198 175 155 
Khối lượng khí không ngưng (g) 72 74 81 121 
29 
Bảng 2: Khối lượng sản phẩm nhiệt phân nhanh bã mía phụ thuộc vào nhiệt độ 
Nhiệt độ phản ứng (C) 450 475 500 525 
Khối lượng dầu sinh học (g) 234 257 241 211 
Khối lượng chất rắn (g) 189 164 166 164 
Khối lượng khí không ngưng (g) 77 79 93 125 
Phụ lục 10: Khối lượng trung bình các sản phẩm nhiệt phân nhanh phụ thuộc 
vào kích cỡ hạt 
Bảng 1: Khối lượng sản phẩm nhiệt phân nhanh bột gỗ phụ thuộc vào kích cỡ 
Kích cỡ bột gỗ (mm) < 0,5 0,5  1 1  1,5 1,5  2 
Khối lượng dầu sinh học (g) 234 246 229 229 
Khối lượng chất rắn (g) 161 169 186 195 
Khối lượng khí không ngưng (g) 105 85 85 76 
Bảng 2: Khối lượng sản phẩm nhiệt phân nhanh bã mía phụ thuộc vào kích cỡ 
Kích cỡ bã mía (mm) < 0,5 0,5  1 1  1,5 1,5  2 
Khối lượng dầu sinh học (g) 215 229 249 234 
Khối lượng chất rắn (g) 145 151 166 191 
Khối lượng khí không ngưng (g) 140 120 85 75 
Phụ lục 11: Khối lượng trung bình các sản phẩm nhiệt phân nhanh sinh khối 
phụ thuộc vào lưu lượng khí N2 
Bảng 1: Sản phẩm nhiệt phân nhanh bột gỗ phụ thuộc vào lưu lượng khí N2 
Lưu lượng khí nitơ (lít/phút) 26 27 28 29 
Khối lượng dầu sinh học (g) 216 226 244 235 
Khối lượng chất rắn (g) 168 173 181 184 
Khối lượng khí không ngưng (g) 116 101 75 81 
Bảng 2: Sản phẩm nhiệt phân nhanh bã mía phụ thuộc vào lưu lượng khí N2 
Lưu lượng khí nitơ (lít/phút) 26 27 28 29 
Khối lượng dầu sinh học (g) 219 251 236 235 
Khối lượng chất rắn (g) 171 172 186 187 
Khối lượng khí không ngưng (g) 110 77 78 78 
30 
Phụ lục 12: Kết quả phân tích GC/MS dầu sinh học nhiệt phân nhanh bột gỗ 
31 
32 
Phụ lục 13: Tính khối lượng riêng của hỗn hợp khí nhiệt phân ra khỏi lò 
phản ứng 
1. Số liệu phân tích thực nghiệm các cấu tử trong các thành phần sản phẩm 
Stt Tên cấu tử Công thức 
hóa học 
% mol 
gi 
Phân tử 
lượng µi 
(g/mol) 
1 Khí không ngưng 
1.1 Cacbon monoxit CO 0,01 28 
1.2 Cacbon điôxít CO2 0,03 44 
1.3 Mêtan CH4 0,25 16 
1.4 Êtan C2H6 0,47 30 
1.5 Hydrô H2 0,2 2 
1.6 Ôxy O2 0,04 32 
2 Dầu sinh học 
2.1 Furanone C4H4O2 0,102 84 
2.2 Cyclopentanone C13H24O 0,010 196 
2.3 Benzaldehyde C7H6O 0,088 106 
2.4 Phenol C6H6O 0,041 94 
2.5 2-cyclopenten-1 - one C8H8O2 0,052 136 
2.6 2,2,4-Trimethyl-3 -hydroxy-n-
valeronitrile C8H15NO 0,025 141 
2.7 Phenol, 2-methyl C7H8O 0,042 108 
2.8 Phenol, 2-methoxy C7H8O2 0,085 124 
2.9 Phenol, 2, dimethyl C8H10O 0,009 122 
2.10 Phenol, 2-methoxy-4-methyl C8H10O2 0,028 138 
2.11 1,2-Benzenediol C6H6O2 0,030 110 
2.12 1,2-Benzenediol, 3 methoxy C7H8O3 0,009 140 
2.13 Phenol, 4-ethyl-2-methoxy C9H12O2 0,009 152 
2.14 Phenol, 2, 6-dimethoxy C8H10O3 0,097 154 
2.15 Eugenol C10H12O2 0,023 164 
33 
2.16 Vanilin C8H8O3 0,038 152 
2.17 Phenol, 2 -methoxy-4-(1propenyl) C10H12O2 0,010 164 
2.18 2,5-Dimethoxybenzyl alcohol C9H12O3 0,076 168 
2.19 Phenol, 2 -methoxy-4-propyl C10H14O2 0,006 166 
2.20 Ethanone, 1-(4-hydroxy-3 
methoxyphenyl) C9H10O3 0,020 166 
2.21 Phenol, 2,6 -dimethoxy-4-
(2propenyl) C11H14O3 0,013 194 
2.22 Benzaldehyde, 4 - hydroxy -3,5 
dimethoxy C9H10O4 0,033 182 
2.23 Phenol, 2,6 -dimethoxy-4-
(2propenyl) C11H14O3 0,018 194 
2.24 2-propenal, 3-(4-hydroxy-3 
methoxyphenyl) C10H10O3 0,030 178 
2.25 Curvulol C10H12O4 0,014 196 
2.26 2-Oxa-6azatricyclo[3.3.11(3,7)] 
decane-6-carboxaldehyde C9H13NO2 0,008 167 
2.27 2-cyclohexene-1-acetic acid, 2-
nitro, ethyl ester C10H15NO4 0,005 213 
2.28 3,5-Dimethoxy-4 
hydroxycinnamaldehydes C11H12O4 0,023 208 
2.29 Hexanedioic acid, mono 
(2ethylhexyl) ester C14H26O4 0,011 258 
2.30 Diisooctyl phthalate C24H38O4 0,047 390 
2. Số liệu thí nghiệm và tra cứu 
Stt Tên đại lượng Đơn vị Giá trị 
1 Hiệu suất thu hồi dầu sinh học (d) % 49 
2 Hiệu suất thu hồi khí không ngưng (g) % 16 
3 Khối lượng riêng của không khí ở 15 C (ρkk) kg/m
3 1,225 
4 Phân tử lượng của không khí (µkk) g/mol 29 
34 
3. Số liệu tính toán 
Đại lượng tính toán Đơn vị Công thức tính toán Giá trị 
Phân tử lượng trung bình 
của khí không ngưng (µg) 
g/mol 
n
g ig ig
1
g  21,38 
Phân tử lượng trung bình 
của dầu sinh học (µd) 
g/mol 
n
d id id
1
g  151,60 
Khối lượng riêng của khí 
không ngưng ở 15C (ρg) 
kg/m3 ρg = ρkkµg/µkk 0,90 
Khối lượng riêng của dầu 
ở dạng khí ở 15C (ρd) 
kg/m3 ρd = ρkkµd/µkk 6,405 
Khối lượng riêng của hỗn 
hợp khí không ngưng và 
dầu ở dạng khí ρgd ở 15C 
kg/m3 
d d g g15
gd
d g
  
 
 5,05 
Khối lượng riêng của hỗn 
hợp khí không ngưng và 
dầu ở dạng khí ρgd ở 
420C 
kg/m3 
420 15
gd gd
15 273
420 273
 2,1 
Phụ lục 14: Giải hệ phương trình động lượng xác định khối lượng các sản 
phẩm từ quá trình nhiệt phân 
1. Phương trình động lượng xác định khối lượng các sản phẩm từ quá trình nhiệt 
phân 
 s 1 2 3 s
dm
k k k m
d

(5.1) 
d
2 s 4 5 d
dm
k m (k k )m
d

(5.2)
c
3 s 5 d
dm
k m k m
d

(5.3) 
35 
g
1 s 4 d
dm
k m k m
d

(5.4) 
Với điều kiện ban đầu: khi  = 0 thì ms = ms0, mc = mg = mt = 0 (5.5) 
2. Giải các phương trình động lượng từ (5.1) đến (5.4) 
- Phương trình (5.1) có nghiệm tổng quát: 
  s 1 1 2 3m (τ) = C exp -(k + k + k )τ (5.a) 
Thế điều kiện ban đầu (5.5) vào nghiệm tổng quát (5.a) thu được C1 = ms0 
Suy ra:  s s0 1 2 3m (τ) = m exp -(k + k + k )τ (5.8) 
- Thế (5.8) vào phương trình (5.2) ta được: 
  d 2 s0 1 2 3 4 5 d
m
 = k m exp -(k + k + k )τ - (k + k )m
τ


 (5.b) 
Phương trình (5.b) có nghiệm tổng quát: 
    2 s0d 4 5 1 2 3
1 2 3 4 5
k m
m (τ) = Cexp -(k + k )τ - exp -(k + k + k )τ
(k + k + k ) - (k + k )
 (5.c) 
Thế điều kiện ban đầu (5.5) vào nghiệm tổng quát (5.c) thu được: 
2 s0
1 2 3 4 5
k m
C = 
(k + k + k ) - (k + k )
Suy ra: 
    2 s0d 1 2 3 4 5
4 5 1 2 3
k m
m (τ) = exp -(k + k + k )τ - exp -(k + k )τ
(k + k ) - (k + k + k )
 (5.9) 
+ Thế (5.8) và (5.9) vào phương trình (5.3) ta được: 
 
    
c
3 s0 1 2 3
2 s0
5 1 2 3 4 5
4 5 1 2 3
m
 = k m exp -(k + k + k )τ
τ
k m
+ k exp -(k + k + k )τ - exp -(k + k )τ
(k + k ) - (k + k + k )


 (5.d) 
Phương trình (5.d) có nghiệm tổng quát là: 
 
   
3 s0 2 5 s0
c 1 2 3
1 2 3 4 5 1 2 3
1 2 3 4 5
1 2 3 4 5
k m k k m
m (τ) = - exp -(k + k + k )τ + x
(k + k + k ) (k + k ) - (k + k + k )
-1 1
exp -(k + k + k )τ + exp -(k + k )τ + C
(k + k + k ) (k + k )
 
 
 
 (5.e) 
Thế điều kiện ban đầu (5.5) vào nghiệm tổng quát (5.e) thu được: 
36 
3 s0 2 5 s0
1 2 3 4 5 1 2 3 1 2 3 4 5
k m k k m -1 1
C = - +
(k + k + k ) (k + k ) - (k + k + k ) (k + k + k ) (k + k )
 (5.f) 
Suy ra: 
  
  
  
3 s0
c 1 2 3
1 2 3
2 5 s0
1 2 3
4 5 1 2 3 1 2 3
2 5 s0
4 5
4 5 1 2 3 4 5
k m
m (τ) = 1-exp -(k + k + k )τ
(k + k + k )
k k m
+ 1-exp -(k + k + k )τ
[(k + k ) - (k + k + k )](k + k + k )
k k m
- 1-exp -(k + k )τ
[(k + k ) - (k + k + k )](k + k )
 (5.10) 
+ Giải tương tự như tính mc ta có: 
  
  
  
1 s0
g 1 2 3
1 2 3
2 4 s0
1 2 3
4 5 1 2 3 1 2 3
2 4 s0
4 5
4 5 1 2 3 4 5
k m
m (τ) = 1-exp -(k + k + k )τ
(k + k + k )
k k m
+ 1-exp -(k + k + k )τ
[(k + k ) - (k + k + k )](k + k + k )
k k m
- 1-exp -(k + k )τ
[(k + k ) - (k + k + k )](k + k )
 (5.11)