Tài liệu Biodiesel

TÊN ĐỀ TÀI: BIODIESEL – NGUỒN NHIÊN LIỆU XANH TRONG TƯƠNG LAI TÊN ĐỀ TÀI: Biodiesel – nguồn nhiên liệu xanh trong tương lai HV THỰC HIỆN: HOÀNG VĂN THỤ GIẢNG VIÊN HD: PGS.TS VŨ QUÝ ĐẠC 10. 2014 HV THỰC HIỆN: HOÀNG VĂN THỤ LỚP CHCKĐL K4 DỢT 1 Page 1 TÊN ĐỀ TÀI: BIODIESEL – NGUỒN NHIÊN LIỆU XANH TRONG TƯƠNG LAI A.GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.TÍNH CẤP THIẾT ĐỀ TÀI Trong bối cảnh biến đổi khí hậu toàn cầu, thế giới đang nỗ lực tìm kiếm các giải pháp thay thế các dạng năng lượng đi từ nguyên liệu hóa thạch bằng các năng lượng sạch, năng lượng tái tạo và nhiên liệu sinh học. Việt Nam được đánh giá rất giàu tiềm năng về nguyên liệu sản xuất nhiên liệu sinh học liên quan đến các sản phẩm nông nghiệp đứng đầu thế giới như lúa, thủy sản,… Các loại cây trồng, rau, thủy sản ở Việt Nam là nguồn nguyên liệu rất thích hợp để tổng hợp biodiesel và theo tính toán của các nhà khoa học nếu tận dụng được nguồn nguyên liệu này chúng ta sẽ sản xuất được 300 triệu lít biodiesel B 100 hay tương đương khoảng 6 tỷ lít B 5. Tuy nhiên hiện nay lượng mỡ cá này chủ yếu vẫn được xuất khẩu sang nhiều nước trong khu vực. Một trong những nguyên nhân của hiện tượng trên là còn quá ít các công trình nghiên cứu về lý thuyết cũng như về ứng dụng quy trình công nghệ sản xuất biodiesel từ mỡ cá da trơn. Do vậy đề tài “BIODIESEL” được thực hiện nhằm góp phần xây dựng những cơ sở lý thuyết và xác định một số thông số công nghệ cơ bản của quá trình sản xuất biodiesel. 2. MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Mục tiêu đề tài: Cung cấp nhận thức và kiến thức về: − Tình hình khí phát thải trên thế giới hiện nay. − Hiệu ứng nhà kính và khí hậu nóng ấm toàn cầu. − Biodiesel - Nguồn nhiên liệu sinh học có thể thay thế − Công nghệ sản xuất biodiesel − Hiện trạng, thách thức và định hướng phát triển của việc nghiên cứu và sản xuất biodiesel HV THỰC HIỆN: HOÀNG VĂN THỤ LỚP CHCKĐL K4 DỢT 1 Page 2 TÊN ĐỀ TÀI: BIODIESEL – NGUỒN NHIÊN LIỆU XANH TRONG TƯƠNG LAI Nội dung nghiên cứu: − Ảnh hưởng của hiệu ứng nhà kính − Lịch sử hình thành và phát triển của biodiesel − Ưu và nhược điểm của biodiesel − Công nghệ sản xuất biodiesel − Tiêu chuẩn, phương pháp đánh giá chất lượng biodiesel − Hiện trạng, thách thức và triển vọng của việc nghiên cứ sản xuất biodiesel ở Việt Nam và thế giới. 3. NHỮNG ĐIỂM MỚI VỀ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI - Xác định phương pháp và điều kiện nuôi trồng một số loại thực vật điều chế BIODIESEL - Cách điều chế biodiesel, giới thiệu ưu nhược điểm của loại nhiên liệu này, tình hình sản xuất nhiên liệu biodiesel trong nước cũng như trên thế giới - Xu hướng phát triển loại nhiên liệu này trong tương lai. 4. CẤU TRÚC ĐỀ TÀI I. Giới thiệu chung về biodiesel II. Công nghệ sản xuất biodiesel III. Kết luận HV THỰC HIỆN: HOÀNG VĂN THỤ LỚP CHCKĐL K4 DỢT 1 Page 3 TÊN ĐỀ TÀI: BIODIESEL – NGUỒN NHIÊN LIỆU XANH TRONG TƯƠNG LAI B. NỘI DUNG CHÍNH CỦA ĐỀ TÀI I. TỔNG QUAN VỀ BIODIESEL I.1 NHIÊN LIỆU HÓA THẠCH Diesel hóa thạch: ‒ Phân đoạn chưng cất trung bình: 180 ÷ 280°C ‒ n-parafin, iso-parafin, chất thơm, S, O, N,…. Hình I.1 Chưng cất nhiên liệu hóa thạch ‒ Có 3 loại: No. 1-D, No. 2-D, No. 4-D - - - Diesel No. 1-D o  Phân đoạn chưng cất nhẹ 170 ÷ 270 C  Động cơ có biến thiên rộng về vận tốc, tải trọng  Kerozen, nhiên liệu phản lực Diesel No. 2-D  Diesel thông dụng o  Phân đoạn chưng cất trung bình 180 ÷ 340 C  Động cơ có tải trọng, vận tốc cao  Thành phần: n-ankan, cycloankan, ankynbezen, vòng thơm Diesel No. 4-D o  Phân đoạn chưng cất nặng 170 ÷ 270 C  Động cơ diesel có vận tốc thấp, trung bình trong điều kiện vận tốc và tải trọng gần như không thay đổi HV THỰC HIỆN: HOÀNG VĂN THỤ LỚP CHCKĐL K4 DỢT 1 Page 4 TÊN ĐỀ TÀI: BIODIESEL – NGUỒN NHIÊN LIỆU XANH TRONG TƯƠNG LAI - Quá trình cháy của nhiên liệu trong động cơ diesel: Rudolt Diesel (1858 ÷ 1913) phát minh Động cơ 4 thì  Nạp: đưa không khí vào xylanh  Nén: o  Nén không khí đến nhiệt độ (500 ÷ 700 C) và áp suất cao  P  hun sương nhiên liệu vào xylanh  Cháy:  Quá trình tự cháy xảy ra  Quá trình dãn nỡ sinh công làm chạy động cơ  Xả: khí thải Hình 1.2 quá trình nạp, nén nhiên liệu Hình 1.3 quá trình giãn nở, xả HV THỰC HIỆN: HOÀNG VĂN THỤ LỚP CHCKĐL K4 DỢT 1 Page 5 TÊN ĐỀ TÀI: BIODIESEL – NGUỒN NHIÊN LIỆU XANH TRONG TƯƠNG LAI  Khả năng tự bốc cháy của diesel: ‒ Đặc trưng bằng chỉ số cetan CN ‒ Yêu cầu cho động cơ diesel: 45 ÷ 50 ‒ CN cao quá: lãng phí nhiên liệu ‒ CN thấp quá: xảy ra quá trình cháy kích nổ  Xu thế sử dụng động cơ diesel ‒ Diesel có tỷ số nén cao hơn xăng (14/1 ÷ 17/1) ‒ Công suất sử dụng của diesel lớn hơn xăng ‒ Nhiên liệu diesel rẻ hơn vì không qua chế biến phức tạp ‒ Khí thải ít độc hơn vì không cần có phụ gia  Nhiên liệu sinh học biodiesel - Là monoalkyl ester (FAME) - Ký hiệu B100 - Đi từ acid béo mạch thẳng dài của dầu mỡ động thực vật - Sử dụng trực tiếp với động cơ diesel mà không cần hiệu chỉnh - Phối trộn với diesel ký hiệu BXX:  XX: Vbiodiesel (%) trong dầu pha trộn  B5, B20, B2 Hình 1.4 biểu đồ biểu thị tỷ lệ pha trộn Biodiesel trong dầu Diesel HV THỰC HIỆN: HOÀNG VĂN THỤ LỚP CHCKĐL K4 DỢT 1 Page 6 TÊN ĐỀ TÀI: BIODIESEL – NGUỒN NHIÊN LIỆU XANH TRONG TƯƠNG LAI Hình 1.5 Bảng biểu thị các hãng xe cho phép sử dụng Biodiesel Hình 1.6 Hình ảnh các loại cây trồng sản xuất Biodiesel HV THỰC HIỆN: HOÀNG VĂN THỤ LỚP CHCKĐL K4 DỢT 1 Page 7 TÊN ĐỀ TÀI: BIODIESEL – NGUỒN NHIÊN LIỆU XANH TRONG TƯƠNG LAI Hình 1.7 Các nhà máy sản xuất Biodiesel trên thế giới( Pháp, Ý) Hình 1.8 Nhà máy sản xuất Biodiesel Đức Hình 1.9 Nhà máy sản xuất Biodiesel Miền nam Việt Nam HV THỰC HIỆN: HOÀNG VĂN THỤ LỚP CHCKĐL K4 DỢT 1 Page 8 TÊN ĐỀ TÀI: BIODIESEL – NGUỒN NHIÊN LIỆU XANH TRONG TƯƠNG LAI I.2 LỊCH SỬ CỦA BIODIESEL − 1890: Rudolf Diesel phát minh ra động cơ diesel − 1892 : Diesel chạyđộng cơ bằng dầu đậu phộng − 1930 ÷ 1940: động cơ chạy bằng dầu thực vật − 1938: FAME chạy xe buýt Brussels ÷ Louvain − 1981: biodiesel thương phẩm ở Nam Phi − 1985: 1 xưởng sản xuất biodiesel ở Áo − 1990: thương mại hóa biodiesel ở Áo − 1990: Ford, Massey-Ferguson, Mercedes, Sam thừa nhận I.3 TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU DẦU MỠ  − − − −  − − −   Thành phần hóa học: Triglyxerit (TG) Axit béo tự do (free fatty acid – FFA) Sterol, lipit phospho Vitamin A, vitamin D Trạng thái tự nhiên Dạng lỏng: dầu Dạng rắn: mỡ Các loại dầu mỡ có thể sử dụng làm nhiên liệu Thực vật ăn được: Dầu dừa, đậu nành, dầu cải, dầu hạt hoa hướng dương Dầu cọ Mỡ động vật: HV THỰC HIỆN: HOÀNG VĂN THỤ LỚP CHCKĐL K4 DỢT 1 Page 9 TÊN ĐỀ TÀI: BIODIESEL – NGUỒN NHIÊN LIỆU XANH TRONG TƯƠNG LAI   Mỡ bò, cừu, mỡ heo, mỡ gà  Mỡ cá,…. Dầu không ăn được:  Dầu Jatropha, dầu vi tảo, dầu cọ,…  Dầu Pangomia,… Dầu đã qua sử dụng Thành phần axit béo trong một số dầu mỡ động thực vật Hình 2.1 Bảng thành phần Axit trong các loại thực vật Thông số nhiên liệu của dầu mỡ so với diesel − o  Độ nhớt động học : 30  40 cSt ở 38 C - Độ nhớt cao: khối lượng và cấu trúc phân tử lớn Khối lượng phân tử: 600  900, cao hơn diesel 20 lần o  Điểm chớp cháy rất cao (> 200 C)  Điểm đục (CP), điểm chảy (PP) cao hơn  Chỉ số cetan (CN) thấp hơn: 32  40 −  Nhiệt trị: 39  40 MJ/kg < diesel (45 MJ/kg) Các thông số kỹ thuật đặc trưng của dầu mỡ  Chỉ số axit AV: hàm lượng axit béo tự do  Chỉ số xà phòng hóa HV THỰC HIỆN: HOÀNG VĂN THỤ LỚP CHCKĐL K4 DỢT 1 Page 10 TÊN ĐỀ TÀI: BIODIESEL – NGUỒN NHIÊN LIỆU XANH TRONG TƯƠNG LAI  Chỉ số iốt 0  200: độ không no  Hàm lượng oxy trong phân tử (đặc trưng): 10%  Hàm lượng nước I.4 SỬ DỤNG DẦU MỠ LÀM NHIÊN LIỆU − Độ nhớt cao:  Ảnh hưởng đến quá trình phun tự động của động cơ  Trộn lẫn dầu mỡ với không khí không hiệu quả  Làm hỏng các thiết bị tự động của động cơ  Cháy không hòan tòan  Đầu phun bị tắc nghẽn − Nhiệt độ chớp cháy cao:  Giảm khả năng bay hơi  Cháy không hòan tòan  Đầu phun bị tắc nghẽn − Bị oxy hóa, polyme hóa − Tính chất nhiệt độ thấp − Giá cao − Chỉ số Xetan thấp     Hình 2.2 Khả năng cháy của Biodiesel so với Diesel Tự bốc cháy thấp Tạo nhiều cặn, muội than Tính nhờn thấp Khởi động phải gia nhiệt HV THỰC HIỆN: HOÀNG VĂN THỤ LỚP CHCKĐL K4 DỢT 1 Page 11 TÊN ĐỀ TÀI: BIODIESEL – NGUỒN NHIÊN LIỆU XANH TRONG TƯƠNG LAI Tính chất nhiên liệu một số dầu mỡ động thực vật Hình 2.3 Tính chất nhiên liệu của một số loại thực vật I.5 TÍNH CHẤT ĐẶC TRƯNG CỦA BIODIESEL − Chất lỏng màu vàng nhạt Mùi nhẹ, dễ bay hơi 3 − Tỷ trọng ~ 0,88 g/cm − Độ nhớt tương đương với diesel − Không tan trong nước − Chất khử đối với đồng, chì thiếc HV THỰC HIỆN: HOÀNG VĂN THỤ LỚP CHCKĐL K4 DỢT 1 Page 12 TÊN ĐỀ TÀI: BIODIESEL – NGUỒN NHIÊN LIỆU XANH TRONG TƯƠNG LAI − Dung môi hữu cơ tốt hơn diesel − Thân thiện với môi trường − Cháy hòan tòan, không gây tiếng ồn − Tính chất nhiệt độ thấp     −     Kết tinh, đông đặc ở nhiệt độ thấp Gây tắc nghẽn lưới lọc, đầu phun của động cơ Nhiệt độ kết tinh tùy thuộc vào nguyên liệu Thêm diesel, phụ gia, este mạch nhánh Vòng đời của biodiesel (biodiesel cycle) Tái tạo: renewable Giảm ô nhiễm: low emission profile Thân thiện với môi trường: environmentally beneficial Tự phân hủy: biodegradab HV THỰC HIỆN: HOÀNG VĂN THỤ LỚP CHCKĐL K4 DỢT 1 Page 13 TÊN ĐỀ TÀI: BIODIESEL – NGUỒN NHIÊN LIỆU XANH TRONG TƯƠNG LAI Hình 2.4 Vòng đời của Biodiesel − Ưu nhược điểm của biodiesel − Ưu điểm:  Giảm ô nhiễm môi trường  Không gây tiếng ồn  Có thể tái tạo  Tự phân hủy  Tăng tuổi thọ của động cơ  Giảm lệ thuộc vào dầu mỏ  Phát triển nông nghiệp Tác dụng của biodiesel đối với khí “nhà kính” Hình 2.5 Biểu đồ sự ảnh hưởng Biodiesel đối với nhà kính  Khí nhà kính: – Hơi nước, CO , CH , N O, O , CFCs, HFCs, PFCs 2 4 2 3 – Khả năng hấp thụ các bức xạ sóng dài (hồng ngoại) Lượng khí thải dự báo và hiện nay HV THỰC HIỆN: HOÀNG VĂN THỤ LỚP CHCKĐL K4 DỢT 1 Page 14 TÊN ĐỀ TÀI: BIODIESEL – NGUỒN NHIÊN LIỆU XANH TRONG TƯƠNG LAI Hình 2.6 Lượng khí thải một số nước trên thế giới  Các nước có công nghiệp phát triển thì xả khí thải càng nhiều – Lượng khí nhà kính tăng nhanh đáng kể trong thế kỷ 20 – Hấp thụ IR tăng, nhiệt độ toàn cầu tăng Hình 2.7 Lượng khí thải thay đổi theo từng năm HV THỰC HIỆN: HOÀNG VĂN THỤ LỚP CHCKĐL K4 DỢT 1 Page 15 TÊN ĐỀ TÀI: BIODIESEL – NGUỒN NHIÊN LIỆU XANH TRONG TƯƠNG LAI Hình 2.8 Ảnh hưởng khí thải đến tầng khí quyển Hình 2.9 Ảnh hưởng khí thải đến hệ sinh thái biển HV THỰC HIỆN: HOÀNG VĂN THỤ LỚP CHCKĐL K4 DỢT 1 Page 16 TÊN ĐỀ TÀI: BIODIESEL – NGUỒN NHIÊN LIỆU XANH TRONG TƯƠNG LAI Hình 3.1 Lượng mưa a xít do khí thải gây ra Hình 3.2 Sự thay đổi hệ sinh thái qua từng giai đoạn Dự báo về độ tăng nhiệt độ toàn cầu Hình 3.3 Dự báo về sự thay đội nhiệt độ HV THỰC HIỆN: HOÀNG VĂN THỤ LỚP CHCKĐL K4 DỢT 1 Page 17 TÊN ĐỀ TÀI: BIODIESEL – NGUỒN NHIÊN LIỆU XANH TRONG TƯƠNG LAI Khả năng phân hủy của dầu mỡ, biodiesel và diesel − Nhược  Tính chất nhiệt độ thấp  NOX hơi cao hơn diesel  Tỷ lệ sử dụng 92% diesel  Có thể bị oxy hóa  Công nghệ kỹ thuật cao  Giá thành cao hơn diesel HV THỰC HIỆN: HOÀNG VĂN THỤ LỚP CHCKĐL K4 DỢT 1 Page 18 TÊN ĐỀ TÀI: BIODIESEL – NGUỒN NHIÊN LIỆU XANH TRONG TƯƠNG LAI Hình 3.4 Mối quan hệ tỷ lệ Biodiesel và lượng phát thải Các phương tiện đã sử dụng biodiesel Hình 3.5 Một số phương tiện dung nhiên liệu Biodiesel HV THỰC HIỆN: HOÀNG VĂN THỤ LỚP CHCKĐL K4 DỢT 1 Page 19 TÊN ĐỀ TÀI: BIODIESEL – NGUỒN NHIÊN LIỆU XANH TRONG TƯƠNG LAI Tình hình sản xuất biodiesel Hình 3.6 Tình hình sản xuất Biodiesel Phân bố vùng nguyên liệu sản xuất biodiesel ở Brazin Hình 3.7 phân bố vùng nguyên liệu ở BRAZIN HV THỰC HIỆN: HOÀNG VĂN THỤ LỚP CHCKĐL K4 DỢT 1 Page 20