Ptbv 6 tong quan ve chien luoc phat trien ben vung

Khái niệm và khả năng tiềm ẩn của nền tảng sinh học cho sản xuất phân tử sinh học • Chuyển từ nền kinh tế phụ thuộc nhiên liệu hóa thạch sang bio-mass • Các động lực cho quá trình sử dụn

Trang 1

TỔNG QUAN VỀ CHIẾN LƯỢC PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG TRONG CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

Trang 2

Các loại năng lượng tái tạo: phát triển và

Trang 3

Năng lượng mặt trời

Năng lượng từ bio-mass (gỗ, chất thải rắn đô thị, bio-gas)

Công nghệ sử dụng điện hiệu suất cao

Trang 4

Các loại năng lượng tái tạo: đỉnh cao và

khuếch tán

Trang 5

khuếch tán

Trang 6

khuếch tán

Trang 7

khuếch tán

• Các vấn đề khi phát triển năng lượng tái tạo:

Khủng hoảng kinh tế ảnh hưởng đến chính

sách khuyến khích trong năng lượng mới và giá điện so với mạng lưới điện truyền thống

Sự biến động của công suất điện từ năng

lượng mới làm quá tải mạng lưới điện và hệ thống do các nguyên nhân cường độ mặt trời

và cường độ gió thay đổi theo thời gian

Trang 8

Tăng cường công nghệ

• Là một trong các con đường phát triển hứa hẹn nhất cho công nghệ hóa học và nghiên cứu công nghệ hóa học

• Là chiến lược thiết kế đề cao việc giảm kích thước công nghệ hiện hữu trong khi vẫn giữ nguyên năng suất và chất lượng

• Chia làm hai loại:

Tăng cường thiết bị công nghệ

Tăng cường phương pháp công nghệ

Trang 9

• Các cơ sở của tăng cường công nghệ:

Tối đa hóa hiệu suất của các quá trình bên trong

và tương tác giữa các phân tử

Tạo điều kiện cho mỗi phân tử có cùng thông số công nghệ trong quá trình hoạt động

Tối ưu hóa các nguồn động lực ở mọi cấp độ và tối đa diện tích bề mặt riêng để sử dụng các

nguồn động lực này

Tối đa hóa các hiệu quả hiệp trợ từ các quá trình riêng lẻ

Trang 10

• Các đặc điểm của tăng cường công nghệ:

Áp dụng cho mọi cấp độ trong công nghệ hóa học: từ mức độ phân tử đến cấp độ trung gian

Trang 11

• Tăng cường thiết bị công nghệ:

Thiết bị thực hiện phản ứng: loại đĩa quay,

loại trộn quay, loại trộn tĩnh có xúc tác, thiết bị

vi mô, kết hợp truyền nhiệt

Thiết bị không thực hiện phản ứng: trộn tĩnh, trao đổi nhiệt compact, trộn rotor/stator…

Trang 12

Thiết bị phản ứng đĩa quay

Trang 13

Thiết bị phản ứng trộn quay

Trang 14

Thiết bị phản ứng rotor/stator

Trang 16

Thiết bị truyền nhiệt compact

Trang 17

Thiết bị trộn tĩnh-phản ứng

Trang 18

• Thiết bị trộn tĩnh:

Kết hợp trộn và trao đổi nhiệt cường độ cao

Thể tích nhỏ, chi phí thiết bị thấp, trộn tốt ở tốc độ trượt thấp

Dễ nghẹt bởi chất rắn

Chống nghẹt một phần bằng xúc tác cấu trúc dòng cắt ngang mở, xúc tác cấu trúc trộn tĩnh tốt,

Trang 19

Trang 20

• Thiết bị phản ứng xúc tác dị thể dạng

monolith:

Tổn thất áp suất thấp so với loại đệm xúc tác

Diện tích truyền khối lớn

Thể tích thiết bị nhỏ

Chi phí thiết bị thấp

Độ an toàn cao

Trang 21

Trang 22

Trang 23

• Tăng cường phương pháp công nghệ:

Chia làm 4 lãnh vực: (1) thiết bị phản ứng

nhiều chức năng, (2) quá trình tách kết hợp, (3) các nguồn năng lượng thay thế, (4) các phương pháp khác

Lãnh vực (1) và (2) kết hợp nhiều quá trình trong một thiết bị: phản ứng và phân tách, phân tách và trao đổi nhiệt…

Trang 24

• Tăng cường phương

Trang 25

Trang 26

Trang 27

Thiết bị phản ứng đa chức năng kiểu chưng cất kết hợp phản ứng:

phản ứng và chưng cất trong cùng thiết bị

Giảm nhu cầu năng lượng khi vận hành

Giảm chi phí thiết bị

Tách sản phẩm liên tục làm tăng năng suất thiết

bị đáng kể so với thiết bị truyền thống

Trang 28

Thiết bị phản ứng đa chức năng kiểu trích ly kết hợp phản ứng:

Giảm các bước công nghệ trong quy trình tổng

Tăng độ chọn lọc và năng suất do giảm hoàn lưu dòng và chất thải

Trang 29

Trang 30

Thiết bị phản ứng đa chức năng kiểu phản ứng kết hợp chuyển pha: thiết bị phản ứng đùn trong công nghiệp polymer

Trang 31

Thiết bị phản ứng đùn chế biến các chất có độ nhớt rất cao mà không sử dụng lượng lớn dung môi

Trang 32

Thiết bị phân tách kết hợp:

Kết hợp 2 hay nhiều quá trình công nghệ

Tăng hiệu suất quá trình nhờ các hiệu quả hiệu trợ giữa các quá trình

Loại quan trọng nhất trong kiểu này là kết hợp màng với các quá trình phân tách khác: chưng cất màng, hấp thụ màng và giải hấp màng

Trang 33

Thiết bị phân tách kết hợp: thiết bị chưng cất màng, sử dụng động lực quá trình là khác biệt nhiệt độ, là phương án thay thế cho quá trình thẩm thấu ngược và cô đặc

Trang 34

• Tăng cường phương

Trang 35

Thiết bị chưng cất màng

Trang 36

Thiết bị chưng cất hấp phụ:

Thêm chất hấp phụ chọn lọc vào nguyên liệu chưng cất để tăng khả năng phân tách chất

Dùng để tách tạp chất dạng vết trong sản xuất hóa chất tinh khiết

Tách chất có điểm đẳng phí hoặc có nhiệt độ sôi rất gần nhau

Trang 37

Thiết bị chưng cất sử dụng nguồn năng lượng khác: vi sóng, siêu âm

Sử dụng vi sóng làm nguồn năng lượng

Có khả năng gia tốc quá trình hóa học hàng trăm lần so với quá trình thông thường

Trang 38

Phương pháp khác: lưu chất siêu tới hạn, kỹ

Trang 39

Thiết bị trộn và lắng tách kết hợp:

Trang 40

Khái niệm và khả năng tiềm ẩn của nền tảng

sinh học cho sản xuất phân tử sinh học

• Chuyển từ nền kinh tế phụ thuộc nhiên liệu hóa thạch sang bio-mass

• Các động lực cho quá trình sử dụng bio-mass:

Bền vững về kinh tế, xã hội và môi trường cho kinh tế thế giới

Dầu, khí, than và phosphor gần đạt đỉnh khai thác và giá tăng mạnh

Các quốc gia cần giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch bằng cách đa dạng hóa nguồn năng lượng

Vấn đề biến đổi khí hậu và phát thải khí nhà kính

Trang 41

• Các hóa chất có nguồn gốc sinh học ngoại trừ nhiên liệu sinh học:

Hồ tinh bột không cho thực phẩm

Sợi cellulose và các chất từ cellulose

Dầu tall oil

Acid béo

Sản phẩm từ lên men: ethanol, acid citric

Trang 42

• Các nguyên nhân thúc đẩy sản xuất hóa chất

có nguồn gốc sinh học:

Giá dầu tăng

Nhu cầu sử dụng sản phẩm thân thiện môi

trường

Tăng dân số

Cung cấp hạn chế các nguồn tài nguyên không tái tạo

Trang 43

• Các quá trình tinh luyện và chế biến sinh học

(biorefinery):

Tiếp cận sử dụng hiệu quả hơn bio-mass

Tương tự như nhà máy loc dầu hóa thạch

Kết hợp các quá trình tinh luyện và chế biến sinh học

Sản xuất chất sinh học

Sản xuất nguồn năng lượng thứ cấp (nhiên liệu,

điện, nhiệt)

Trang 44

• Nhu cầu giao thông vận tải đối với quá trình

tinh luyện và chế biến sinh học (biorefinery):

Nhu cầu rất lớn về nhiên liệu sinh học sử dụng trong giao thông vận tải ngắn hạn và trung hạn

Giá thành nhiên liệu sinh học giảm nhờ sử

dụng biorefinery vừa sản xuất nhiên liệu vừa sản xuất hóa chất sinh học

Quá trình này có hiệu quả rất cao

Trang 45

Phân loại biorefinery

Trang 46

• Nguồn nguyên liệu chính của biorefinery:

Các loại cỏ

Hồ tinh bột ngũ cốc (lúa mì và ngô)

Đường (củ cải đường, mía)

Lignocellulose (rừng trồng, cây chất đốt, cỏ mềm)

Chất thải lignocellulose (rơm rạ)

Dầu thực vật

Sinh khối từ nước (tảo, rong)

Chất thải hữu cơ (chất thải công nghiệp, thương mại, dân dụng)

Trang 47

• Sản phẩm và công nghệ của biorefinery:

Hydrocarbon: khí tổng hợp và khí biogas

Carbohydrate C5-C6 từ tinh bột, đường mía và cellulose

Hỗn hợp C5-C6 carbohydrate từ hemicellulose, lignin, dầu thực vật (thực vật hoặc tảo)

Dung môi hữu cơ từ cỏ, chất lỏng nhiệt phân

Các quá trình gồm: nhiệt, sinh học và hóa học

Trang 48

• Nền tảng biogas:

Chủ yếu là phân hủy yếm khí biomass hàm ẩm cao

(phân xanh, chất thải từ nhà máy chế biến thực phẩm, chất thải rắn đô thị

Phát triển mạnh từ việc trồng các cây khai thác năng lượng

Là một phần của các nhà máy biorefinery sản xuất hóa chất và nhiên liệu sinh học

Có thể tăng nhờ tối ưu hóa hiệu suất tạo methane,

hiệu quả kinh tế của sản phẩm sinh học

Trang 49

• Nền tảng đường:

Đường C6 (glucose) từ thủy phân sucrose hoặc

tinh bột hoặc cellulose

Đường glucose là nguyên liệu sinh học cho nhiều quá trình lên men để sản xuất hóa chất quan trọng

Hỗn hợp đường C5-C6 từ thủy phân hemicellulose

có thể là nguyên liệu lên men để sản xuất các chất như quy trình sử dụng glucose

Trang 50

• Nền tảng đường:

Hỗn hợp đường C5-C6 có thể dehydro hóa

chọn lọc, hydro hóa và oxi hóa để sản xuất

sorbitol, furfural, glucaric acid,

hydroxymethylfurfural (HMF) và levulinic acid

Trang 51

Trang 52

• Nền tảng dầu thực vật:

Dầu thực vật chủ yếu để sản xuất acid béo và rượu béo

Từ acid béo có thể sản xuất xà phòng, chất tẩy rửa, sản phẩm chăm sóc cá nhân

Nguồn dầu thực vật chủ yếu từ dừa, cọ, nhân cọ chứa acid béo no hoặc 1 nối đôi C12-C18

Các loại dầu thực vật không no như đậu nành, hướng dương, lanh dùng để sản xuất nhựa alkyd, linoleum và dầu epoxy hóa

Trang 53

Nhị hợp các acid béo dùng sản xuất polyamide

và keo chảy nóng polyamide

Trang 54

Sản lượng cao hơn cây trồng do sử dụng toàn bộ

Có thể nuôi trồng ở nước mặn, nước lợ vùng đất không thể trồng trọt mà không cạnh tranh với

nông nghiệp truyền thống

Trang 55

Thuận lợi khi sử dụng vi tảo làm nguồn tài

nguyên tái tạo gồm:

Phát triển nhờ nắng, nước, CO2 và chất dinh

dưỡng vô cơ trong các nguồn chất thải

Có thể thu hoạch quanh năm

Có tính đồng thể và không chứa lignocellulose

Trang 56

Các ưu điểm khác của vi tảo:

Hàm lượng protein cao có thể đến 50% trọng

lượng khô

Chứa đến 20 loại amino acid

Hàm lượng carbohydrate tương đối

Hàm lượng chất béo đôi khi rất cao

Một số chất giá trị khác: chất màu, chất chống oxy hóa, acid béo, vitamin, các chất độc và sterol

kháng nấm, kháng khuẩn, kháng virus

Trang 57

• Nền tảng lignin:

Các ứng dụng công nghiệp lớn nhất là

lignosulfonate thu được từ bột giấy qua xử lý

acid sulfite

Lignosulfonate sử dụng chủ yếu làm tác nhân

phân tán trong chất kết dính và keo dán

Phần còn lại của lignosulfonate dùng trong xây dựng, khai thác mỏ, thức ăn gia súc và nông

nghiệp

Trang 58

Kraft lignin sử dụng làm nguồn năng lượng và sản xuất các chất có giá trị cao

Sản xuất ethanol sinh học từ lignocellulose

Các chất có giá trị từ lignin: nhựa, composite

và polymer, hợp chất thơm, sợi carbon

Trang 59

Kraft lignin sử dụng làm nguồn năng lượng và sản xuất các chất có giá trị cao

Sản xuất ethanol sinh học từ lignocellulose

Các chất có giá trị từ lignin: nhựa, composite

và polymer, hợp chất thơm, sợi carbon

Trang 61

Khôi phục đất và nước

Tiêu đề	Tổng Quan Về Chiến Lược Phát Triển Bền Vững Trong Công Nghệ Hóa Học
Thể loại	Bài viết

Định dạng
Số trang	70
Dung lượng	3,36 MB