Luận Văn NCSX Biodesel Từ Dầu Phế Thải
SVTH: Ñaë n g Ngoï c Löông
GVHD : T.S Nguyeã n Höõ u Löông
Môû ñaàu
Trong boái caûnh neàn kinh teá theá giôùi ñang böôùc vaøo toaøn caàu hoùa, moãi moät bieán ñoäng
treân theá giôùi ñeàu aûnh höôûng tôùi caùc quoác gia, trong ñoù coù Vieät Nam. Trong hai naêm trôû laïi ñaây
thò tröôøng xaêng daàu luoân bieán ñoäng, taêng giaù lieân tuïc, ñaõ aûnh höôûng khoâng nhoû tôùi neàn kinh teá
nöôùc ta. Nguyeân nhaân laø do söï bieán ñoäng veà chính trò, veà nhu caàu söû duïng; vaø ñaëc bieät laø theo
döï ñoaùn cuûa caùc nhaø khoa hoïc, tröõ löôïng cuûa caùc loaïi nhieân lieäu hoùa thaïch trên thế giới đang
cạn kiệt dần trong voøng 50 naêm tôùi. Do ñoù, vieäc tìm kieám nhöõng nguoàn nhieân lieäu thay theá laø
moät nhu cầu caáp thieát.
Daãn xuaát cuûa daàu thöïc vaät vaø daàu thöïc vaät pheá thaûi ñang ñöôïc caùc nhaø khoa hoïc quan
taâm vaø ñöôïc coi laø söï thay theá thích hôïp cho nhieân lieäu diesel truyeàn thoáng. Ñaây laø nguoàn
nguyeân lieäu maø con ngöôøi coù theå tái tạo ñöôïc. Beân caïnh ñoù, nguồn nhiên liệu thay theá này còn
coù yù nghóa to lôùn trong vaán ñeà giảm oâ nhieãm moâi tröôøng. Hiện nay, caùc nöôùc Chaâu AÂu, Chaâu
Myõ vaø khu vöïc Ñoâng Nam AÙ cuõng raát quan taâm vaøo thöû nghieäm vaø saûn xuaát lọai nhiên liệu mới
này.
Vieät Nam chuùng ta thuoäc khu vöïc nhieät ñôùi neân daàu thöïc vaät raát phong phuù, nhu caàu söû
duïng daàu thöïc vaät thay cho môõ ñoäng vaät cuûa ngöôøi daân ngaøy caøng taêng. Vaán ñeà veä sinh an toaøn
thöïc phaåm cuõng ngaøy caøng ñöôïc quan taâm ñuùng möùc. Caùc loaïi daàu ñaõ qua söû duïng thaûi ra seõ
nhieàu theâm. Vì vaäy, vieäc ñi saâu nghieân cöùu khaû naêng söû duïng daàu thaûi thöïc vaät laøm nhieân lieäu
biodiesel caøng coù yù nghóa thöïc teá hôn.
Trang1
SVTH: Ñaë n g Ngoï c Löông
GVHD : T.S Nguyeã n Höõ u Löông
CHÖÔNG I
TOÅNG QUAN
Trang2
SVTH: Ñaë n g Ngoï c Löông
GVHD : T.S Nguyeã n Höõ u Löông
1.1. NHIEÂN LIEÄU DIESEL VAØ ÑOÄNG CÔ DIESEL
1.1.1. Nhieân lieäu diesel
1.1.1.1. Giới thiệu chung
Nhieân lieäu diesel laø moät loaïi nhieân lieäu loûng, ñöôïc söû duïng chuû yeáu cho ñoäng cô diesel
vaø moät soá loaïi turbine khí. Nhieân lieäu diesel ñöôïc saûn xuaát chuû yeáu töø chöng caát tröïc tieáp daàu
thoâ vôùi nhieät ñoä phaân caét töø 220 0C – 2400C ñeán 3600C – 3800C bao goàm caùc hydrocarbon
khaùc nhau töø C14 ñeán C20.
1.1.1.2. Nhu caàu söû duïng diesel
Cuøng vôùi söï gia taêng daân soá vaø phaùt trieån coâng nghieäp, noâng nghieäp thì nhu caàu tieâu
thuï nhieân lieäu diesel cuõng ngaøy caøng taêng. Nhiên liệu diesel chủ yếu được sử dụng cho các
phương tiện dùng động cơ diesel như xe tải, xe bus, tuabin, tàu thủy, … Nhu cầu tiêu thụ nhiên
liệu diesel tại Việt Nam được trình bày trong các Bảng 1.1 và 1.2.
Baûng 1.1. Nhu caàu tieâu thuï daàu diesel qua caùc giai ñoaïn [5].
Saûn phaåm
Tieâu thuï
(trieäu taán)
Möùc taêng
%/naêm
1991
1992
1993
1994
1995
1996
1997
1998
1999
2000
1.2
1.74
2.12
2.36
2.92
3.0
3.15
3.25
3.58
3.74
-
34.8
21.8
11.3
25.4
1.4
5.0
3.2
10.2
4.5
Baûng 1.2. Nhu caàu tiêu thụ nhiên liệu tại Việt Nam trong các năm qua [5].
Ñôn vò ño
1995
2000
2005
Toång nhu caàu nhiên liệu
Trieäu taán
4.2
5.5
7.5
Tỷ lệ nhiên liệu diesel
%
46
47
47
Qua baûng phaân tích ta thaáy raèng nhu caàu tieâu thuï diesel tại Việt Nam raát cao, chieám
gaàn 50% toång nhu caàu nhieân lieäu caàn duøng. Theo dự báo, nhu cầu về nhiên liệu diesel tại nước
ta sẽ tăng gấp 2,5 lần vào năm 2020 (xem Bảng 1.3).
1.1.2. Động cơ diesel
1.1.2.1. Nguyeân lyù laøm vieäc cuûa ñoäng cô diesel
Ñoäng cô diesel laøm vieäc theo nguyeân taéc 4 kyø: huùt khoâng khí, neùn khoâng khí, noå, xaû.
Piston ñi töø treân xuoáng thöïc hieän quaù trình huùt khoâng khí vaøo buoàng ñoát. Piston ñi töø döôùi leân
neùn khoái khoâng khí vôùi tyû soá neùn cao vaø nhieät ñoä khoâng khí taêng cao. Sau ñoù, nhieân lieäu seõ
ñöôïc phun döôùi daïng söông vaøo khoái khoâng khí noùng naøy. Tieáp xuùc vôùi khoâng khí ôû nhieät ñoä
Trang3
SVTH: Ñaë n g Ngoï c Löông
GVHD : T.S Nguyeã n Höõ u Löông
cao, nhieân lieäu seõ töï boác chaùy. Quaù trình naøy sinh coâng, giaõn nôû, ñaåy piston ñi töø treân xuoáng.
Sau ñoù, piston ñi töø döôùi leân ñaåy khí thaûi ra ngoaøi.
1.1.2.2. Quaù trình chaùy trong ñoäng cô
Quaù trình chaùy ñoäng cô thöôøng chia laøm 3 giai ñoaïn:
Giai ñoaïn baét chaùy: nhieân lieäu ñöôïc phun vaøo beân trong buoàng ñoát döôùi daïng haït
söông mòn (nhöng ôû traïng thaùi loûng) luùc naøy trong buoàng ñoát ñaõ coù saün khí neùn. Ngay taïi thôøi
ñieåm naøy nhieät ñoä trong buoàng ñoát ñaït khoaûng 500 0C. Sau khoaûng thôøi gian T(thôøi gian baét
chaùy) nhieân lieäu boác chaùy. Khoaûng thôøi gian naøy daøi hay ngaén phuï thuoäc nhieân lieäu vaø heä
thoáng phun nhieân lieäu.
Giai ñoaïn chaùy: giai ñoaïn naøy baét ñaàu khi hoãn hôïp nhieân lieäu ñoàng nhaát. Ngoïn löûa lan
traøn nhanh choùng xuyeân qua hoãn hôïp deã chaùy ñöôïc hình thaønh trong thôøi gian chaùy treã, ñoù laø
nguyeân nhaân laøm cho nhieät ñoä, aùp suaát taêng nhanh choùng trong phoøng ñoát. Toác ñoä taêng aùp
suaát trong buoàng ñoát thay ñoåi phuï thuoäc hoãn hôïp chaùy hieän dieän trong buoàng ñoät ngö theá naøo.
Vaán ñeà naøy phuï thuoäc thôøi gian chaùy treã, tyû leä nhieân lieäu vaø khoâng khí.
Giai ñoaïn xaû: trong suoát giai ñoaïn cuoái cuøng, söï chaùy lieân tuïc nhöng ñöôïc ñieàu chænh
bôûi tæ leä nhieân lieäu coù theå ñöôïc hoaø troän vôùi oxy. ÔÛ quaù trình naøy thì aùp suaát leân chaäm hôn vaø
roài giaûm khi piston ñi xuoáng. Khi nhieân lieäu ngöøng phun, söï chaùy vaãn tieáp tuïc cho ñeán khi
nhieân lieäu chaùy heát.
1.1.2.3. Caùc hôïp chaát trong khí thaûi từ ñoäng cô
Caùc hôïp chaát thaûi trong ñoäng cô thöôøng laø khoùi thaûi, hydrocarbon, muoäi than, caùc hôïp
chaát löu huyønh, caùc hôïp chaát Nitô vaø CO2.
1.1.2.3.1. Khoùi thaûi cuûa ñoäng cô: thöôøng ñöôïc chia laøm 3 loaïi vôùi söï phaân bieät maøu khaùc
nhau.
•
Khoùi traéng: ñöôïc hình thaønh khi ñoäng cô vaø khoâng khí ôû traïng thaùi nguoäi laïnh.
Taïi nhieät ñoä thaáp thôøi gian chaùy treã taêng vaø quaù trình chaùy khoâng hoaøn toaøn.
Keát quaû trong hoãn hôïp cuûa nöôùc vaø moät phaàn nhieân lieäu chaùy ñöôïc thaûi ra
ngoaøi nhö khoùi traéng. Khi ñoäng cô noùng daàn leân thì khoùi traéng bieán daàn ñi.
•
Khoùi ñen: ta coù theå thaáy ñöôïc, chính laø cuûa carbon vaø boà hoùng maø noù ñöôïc hình
thaønh khi quaù trình chaùy khoâng hoaøn toaøn. Ñieàu naøy chæ xuaát hieän khi khoâng
khí ñöa vaøo khoâng ñuû.
Trang4
SVTH: Ñaë n g Ngoï c Löông
•
GVHD : T.S Nguyeã n Höõ u Löông
Khoùi xanh: ñöôïc hình thaønh khi daàu boâi trôn ñöôïc ñoát chaùy trong buoàng ñoát vaø
thöôøng gaây baøo moøn ñoäng cô.
1.1.2.3.2. Hydrocarbon: trong ñieàu kieän vaän haønh treân, vieäc dö khoâng khí seõ taïo raát ít
hydrocarbon.
1.1.2.3.3. Boà hoùng: töông töï nhö hydrocarbon, khoùi thaûi thì vieäc taïo thaønh boà hoùng laø do quaù
trình chaùy khoâng hoaøn toaøn. Vì vaäy ñeå xöû lí hieän töôïng naøy ngöôøi ta thöôøng taêng
thôøi gian chaùy, taêng nhieät ñoä chaùy vaø söû duïng nhieân lieäu ít haøm löôïng löu huyønh.
1.1.2.3.4. Caùc hôïp chaát nitô, löu huyønh, và CO2:
•
Caùc hôïp chaát löu huyønh ñöôïc hình thaønh do quaù trình ñoát chaùy löu huyønh trong
nguyeân lieäu. Ñaây chính laø nguyeân nhaân gaây ra hieän töôïng möa acid.
•
Caùc hôïp chaát Nitô ñöôïc hình thaønh trong suoát quaù trình chaùy, ôû nhieät ñoä cao thì
hôïp chaát naøy ñöôïc hình thaønh.
•
CO2 laø hôïp chaát khaù phoå bieán hình thaønh trong quaù trình chaùy vaø laø nguyeân
nhaân gaây neân hieäu öùng nhaø kính.
Möùc ñoä phaùt sinh caùc chaát thaûi trong ñoäng cô coøn tuyø thuoäc vaøo quaù trình phun nhieân
lieäu vaøo trong buoàng ñoát cuûa ñoäng cô. Lượng phát sinh chất thải từ quá trình đốt cháy nhiên
liệu được trình bày trong Bảng 1.4.
Baûng 1.3. Möùc ñoä phaùt sinh chaát oâ nhieãm trung bình cuûa quaù trình chaùy nhieân lieäu hydrocarbon [5].
Chaát oâ nhieãm
Löôïng phaùt sinh (g/kg nhieân lieäu)
NOX
20
CO
200
HC
2.5
Boà hoùng
2–5
1.1.3. Chất lượng của nhiên liệu diesel
Nhằm đáp ứng các yêu cầu về sử dụng trong động cơ cũng như các tiêu chuẩn về môi
trường, nhiên liệu diesel phải thỏa mãn một số chỉ tiêu về chất lượng sản phẩm quy định. Tuyø
theo ñieàu kieän cuûa moãi nöôùc maø coù caùc tieâu chuaån khaùc nhau (xem các Bảng 1.5 và 1.6).
Trang5
SVTH: Ñaë n g Ngoï c Löông
GVHD : T.S Nguyeã n Höõ u Löông
Baûng 1.4. Tieâu chuaån nhieân lieäu diesel ôû AÁn Ñoä IS : 1460 – 1974 [5].
Chæ tieâu
Ñôn vò
Möùc quy ñònh
mgKOH/g
0.5
%kl
0.2
-
42
C
6
-
1A
C
38
Ñoä nhôùt, 38 C
cSt
2 – 7.5
Löu huyønh toång, max
%kl
1
Haøm löôïng nöôùc, max
%tt
0.05
Acid toång, max
Caën Carbon (Ramsbotton), max
Chæ soá cetan, min
0
Ñieåm chaûy, max
0
Ñoä aên moøn ñoàng 3h taïi 100 C
0
Ñieåm chôùp chaùy coác kín, min
0
Baûng 1.5. Tieâu chuaån nhieân lieäu diesel ôû Vieät Nam : TCVN 5689 : 1998.[5]
Chæ tieâu
Phương pháp thử
Chæ soá Cetan, min
Ñôn vò
D.976
Haøm löôïng löu huyønh, max
Nhieät ñoä caát 90%, max
Ñieåm chôùp chaùy coác kín, min
Möùc quy ñònh
DO 0.5%S
DO 1%S
50
45
D.129, D2622
%kl
0.5
1.0
TCVN2698 – 95
%tt
370
370
60
50
D.96/TCVN2693 – 95
0
0
C
2
Ñoä nhôùt ñoäng hoïc 40 C
D.445
cSt (mm /s)
1.8 – 5.0
1.8 – 5.0
Caên carbon 10%, max
D.198/TCVN – 6324
%kl
0.3
0.3
+5
+5
+9
+9
0.01
0.01
0.05
0.05
n-1
n-1
Ñieåm ñoâng ñaëc
Phía baéc
D.94TCVN3753 – 95
0
C
Phía nam
Haøm löôïng tro, max
D.492/TCVN2690–95
Nöôùc vaø taïp chaát cô hoïc, max
0
Aên moøn mieáng ñoàng ôû 3h/50 C, max
Nhöïa thöïc teá
1.2.
D.2709
%tt
D.130/TCVN2694–95
TCVN3178 - 79
mg/100ml
DAÀU THÖÏC VAÄT
1.2.1. Khaùi quaùt chung veà daàu thöïc vaät
Daàu thöïc vaät laø moät nguoàn nguyeân lieäu quan troïng trong coâng nghieäp vaø thöïc phaåm. Töø daàu
thöïc vaät, ngöôøi ta coù theå ñieàu cheá ñöôïc raát nhieàu saûn phaåm khaùc nhau. Hieän nay, moät
löôïng lôùn daàu thöïc vaät ñöôïc söû duïng trong thöïc phaåm, cheá bieán xaø phoøng, chaát hoaït
ñoäng beà maët vaø raát nhieàu saûn phaåm höõu duïng khaùc. Phaàn lôùn caùc loaïi daàu thöïc vaät
ñöôïc saûn xuaát töø caùc loaïi haït cuûa caùc caây töông öùng (tröø moät soá loaïi nhö daàu döøa, coï…)
Trang6
SVTH: Ñaë n g Ngoï c Löông
GVHD : T.S Nguyeã n Höõ u Löông
baèng caùch laøm khoâ, nghieàn, naáu, và eùp cô hoïc hoaëc chieát ñeå taùch daàu ra. Sau ñoù, daàu
caàn ñöôïc traûi qua moät soá coâng ñoaïn söû lý nhö loïc taïp chaát, xöû lý kieàm, … môùi coù theå söû
duïng.
Daàu thöïc vaät raát phong phuù (xem Baûng 1.7), nhöng phaân boá khoâng ñeàu. Caùc nöôùc nhö
Myõ, Nga, AÁn Ñoä, … coù daàu ñaäu naønh, daàu lanh, … Caùc quoác gia vuøng Ñòa Trung Haûi có nhieàu
daàu oliu. Caùc nöôùc vuøng nhieät ñôùi nhö caùc quoác gia Ñoâng Nam AÙ, Chaâu Phi coù nhieàu daàu coï,
daàu döøa, …
Baûng 1.6. Lieät keâ moät soá loaïi daàu thöïc vaät treân theá giôùi.[7]
STT
Teân
Loaøi
Khoái löôïng rieâng
Chæ soá xaø phoøng
D15/15 (g/cm )
hoaù
3
Chæ soá Ioát
1
Boâng (haït)
Gossypium hirsutum
0,920 - 0,926
189 - 199
100 - 200
2
Caûi beï (haït)
Brasica Annuus
0,920 – 0,917
170 – 188
92 – 123
3
Caùm
Oryza sativa
0,914 – 0.928
180 – 195
91 – 110
4
Coï (cuøi)
Elaeis guineensis
0,915
196 – 206
51 – 58
5
Coï (nhaân)
Elaeis guineensis
0,918 – 0,925
284 – 250
23 – 37
6
Cao su ( haït)
Hevea brasillensis
0,923 – 0,924
183 – 190
125 – 145
7
Doïc
Garcinia tonkiness
0,912 – 0,913
176
64 – 86
8
Döøa
Cocos nucifera
0,917 – 0,930
246 – 268
7,5 – 12
9
Ñaäu naønh
Glycinemax (G.soja)
0,922 – 0,928
188 – 195
120 – 140
10
Gai daàu
Caunabis sativa
0,929 – 0,934
190 – 194
145 – 167
11
Höôùng döông
Heliauthus Annuus
0,923 – 0,926
186 – 194
120 – 135
12
Laïc
Arachis hypogaca
0,194 – 0,926
187 – 207
83 – 105
13
Lai
Aleurites moluccana
0,925 – 0,930
180 – 193
130 – 145
14
Ngoâ (phoâi)
Zea mys
0,921 – 0,928
187 – 193
115 – 125
15
Lanh
Linum usitatissinum
0,930 – 0,938
188 – 195
170 – 204
16
Oliu
Olea europea
0,914 – 0,918
185 – 196
79 – 88
17
Thaàu daàu
Ricinus communis
0,957 – 0,967
177 – 185
81 – 90
18
Traåu
Aleurites montana
0,925 – 0,943
185 – 197
145 – 176
19
Sôû
Thea sasaqua
0,916
190 – 195
85 – 90
20
Vöøng
Sesamum indicum
0,914 – 0,925
187 – 195
103 - 116
1.2.2. Thaønh phaàn cuûa daàu thöïc vaät:
Daàu thöïc vaät coù thaønh phaàn chuû yeáu (95%) laø hoãn hôïp caùc ester cuûa gylcerin vôùi caùc
acid beùo cao phaân töû (tryglyceride), trong ñoù tính chaát cuûa daàu phuï thuoäc vaøo thaønh phaàn cuûa
caùc maïch acid beùo cuõng nhö söï phaân boá cuûa chuùng trong caùc triglyceride. Maëc duø thaønh phaàn
Trang7
SVTH: Ñaë n g Ngoï c Löông
GVHD : T.S Nguyeã n Höõ u Löông
cuûa daàu coù söï dao ñoâng nhaát ñònh phuï thuoäc vaøo caùc ñieàu kieän khí haäu ôû vuøng troàng haït daàu
nhöng nhìn chung caùc tính chaát cô baûn cuûa daàu töông ñoái oån ñònh. Thoâng thöôøng caùc loaïi daàu
thöôøng ôû theå loûng taïi ñieàu kieän nhieät ñoä thöôøng. Theå loûng laø do caùc acid beùo ngaén hoaëc daây
acid beùo daøi nhöng mang nhieàu noái ñoâi. Ngoaøi glyceride trong daàu coøn chöùa moät löôïng nhoû
raát nhieàu taïp chaát khaùc nhau: caùc acid beùo töï do, chaát maøu, phosphatide, protein,
hydrocacbon…
Coâng thöùc toång quaùt cuûa tryglyceride như sau:
CH2 – OCOR1
CH2 – OCOR2
CH2 – OCOR3
Caùc acid beùo trong caùc triglyceride vaø caùc acid beùo töï do toàn taïi trong daàu thöïc vaät
thöôøng coù daïng maïch thaúng, coù soá carbon chaün, töø C 6 ñeán C24 vaø thöôøng khoâng chöùa nhoùm
ñònh chöùc khaùc treân daây nhöng coù theå mang moät vaøi noái ñoâi C=C, daãn ñeán söï khaùc bieät veà
baûn chaát cuûa caùc loaïi daàu. Chæ coù moät soá ít tröôøng hôïp acid coù theâm daây nhánh hoaëc chöùa
nhoùm – OH, voøng peroxide, hoaëc voøng cyclopentane, …
Acid beùo coù 2 loaïi: acid beùo no vaø khoâng no:
•
Acid beùo no thöôøng gaëp laø: acid caproic (C 6), acid capilic (8), acid capric (C 10), acid
miistic (C14), acid paltimic (C6), acid stearic (C8).
•
Acid beùo khoâng no thöôøng gaëp laø: acid oleic, acid linoleic, acid arachidomic,…
Trong daàu thöïc vaät, acid beùo C18 thöôøng chieám nhieàu nhaát, tröø moät vaøi tröôøng hôïp coù tæ
leä acid C12 lôùn nhaát nhö: daàu döøa, daàu coï, … Chính caùc acid beùo quyeát ñònh phaàn lôùn ñaëc tröng
hoaù lý cuûa daàu thöïc vaät. Maïch acid beùo caøng daøi, no thì nhieät ñoä noùng chaûy cuûa daàu caøng cao,
aùp suaát hôi caøng keùm, do ñoù ít coù muøi. Cuøng moät chieàu daøi maïch cacbon, acid beùo coù chöùa
nhieàu noái ñoâi thì nhieät ñoä noùng chaûy caøng thaáp (xem Bảng 1.7). Phaàn lôùn caùc acid beùo coù
maïch daøi caáu taïo neân triglyceride cuûa daàu thöïc vaät. Ñoù chính laø nguyeân nhaân daãn ñeán daàu
thöïc vaät khoâng tan trong nöôùc, ít tan trong röôïu coù maïch ngaén nhö methanol. Thaønh phaàn acid
beùo trong moät soá loaïi daàu thöïc vaät được trình bày trong Bảng 1.8.
Baûng 1.7. Caùc acid beùo coù trong thaønh phaàn caùc loaïi daàu .[7]
Teân thoâng duïng
Coâng thöùc caáu taïo
Tonc(oC)
Tæ troïng
44
-
Acid beùo no
Blau ric
CH3(CH2)10COOH
Trang8
SVTH: Ñaë n g Ngoï c Löông
GVHD : T.S Nguyeã n Höõ u Löông
Panmitic
CH3(CH2)12COOH
63
0,849
Stearic
CH3(CH2)16COOH
70
0,847
Oleic
CH3(CH)7CH=CH(CH2)7COOH
14
0,900
Linileic
CH3(CH2)CH=CHCH2CH=(CH2)7COOH
-9.5
0,903
Linolenic
CH3(CH2CH=CH)3(CH2)7COOH
-11
0,914
Eleostearic
CH3(CH2)5CHCH2CH=CH(CH2)7COOH
-
-
Ricinoleic
CH3(CH2)5CHCH2CH=CH(CH2)7COOH
5
0,954
Acid beùo khoâng no
OH
Baûng 1.8. Thaønh phaàn acid beùo trong moät soá loaïi daàu thöïc vaät.[7]
Thaønh phaàn acid beùo (% khoái löôïng)
12:0
14:0
16:0
18:0
18:1
18:2
18:3
22:1
Döøa
44-51
13-18
7.5-10
1-3
5-8.2
1.0-2.6
-
-
Caùm
-
7-13
2.5-3
30-43
39-52
1
-
Cotton
-
22-24
2.6-5
19
50-52
-
-
Lanh
-
6
3.2-4
13-37
5-23
26-60
-
Olive
-
1.3
7-18
1.4-3.3
55-85
4-19
-
-
Coï
-
0.6-2.4
32-46
4-6.3
37-53
6-12
-
-
Ñaäu phoäng
-
0.5
6-12.5
2.5-6
37-61
13-41
-
-
Caûi
-
1.5
1-4.7
1-3.5
13-18
9.5-22
1-10
40-64
Ñaäu naønh
-
2.3-11
2.4-6
22-31
49-53
2-10.5
-
Höôùng döông
-
3.5-6.5
1.3-5.6
14-43
44-69
-
-
0.8-1.5
Ngoaøi ra, daàu thöïc vaät coøn chöùa moät löôïng nhoû caùc taïp chaát nhö:
•
Photpholipit: nhöõng hôïp chaát naøy coøn laø Photphalit, chieám tæ leä thaáp hôn 3% nhö:
lexitin, xephalin, …
•
Saùp: laø ester cuûa acid beùo coù daây Carbon daøi thöôøng töø 24 0C ñeán 260C vôùi moät röôïu
ñôn chöùc hoaëc ña chöùc.
•
Sterol: moät soá daàu thöïc vaät chöùa 100mg ñeán 150mg sterol trong 100g daàu thöïc vaät.
•
Caùc chaát maøu nhö: carotenoit, clorophil,…chính caùc chaát naøy taïo saéc toá maøu cho daàu töø
vaøng ñeán ñoû.
•
Caùc chaát oxy hoaù coù muïc ñích baûo veä daàu nhö: tocopherol.
Trang9
SVTH: Ñaë n g Ngoï c Löông
GVHD : T.S Nguyeã n Höõ u Löông
1.2.3. ÖÙng duïng cuûa daàu thöïc vaät:
Veà maët sinh lý, chaát beùo laø nhöõng chaát cô baûn khoâng theå thieáu trong quaù trình caáu
thaønh teá baøo vaø ñaûm baûo cho caùc hoaït ñoäng sinh lý trong cô theå con ngöôøi. Giaù trò dinh döôõng
cuûa chaát beùo theå hieän ôû choã noù laø loaïi thöïc phaåm coù naêng löôïng cao. Do ñoù, trong cô theå, dinh
döôõng chaát beùo ñöôïc chuyeån hoaù vaø cung caáp naêng löôïng cho cô theå hoaït ñoäng vaø buø ñaép laïi
söï giaûm thaân nhieät do aûnh höôûng cuûa caùc yeáu toá beân ngoaøi.
Trong y hoïc, chaát beùo coù quan heä tröïc tieáp ñeán söï soáng cuûa vaät chaát, ñaëc bieät laø daàu
thöïc vaät. Nhieàu loaïi acid beùo vaø daãn xuaát cuûa noù coù trong daàu thöïc vaät coù hoaït tính sinh hoïc
cao. Moät soá loaïi daàu thöïc vaät coøn ñöôïc tröïc tieáp laøm thuoác vaø bieät döôïc. Trong coâng nghieäp,
daàu thöïc vaät laø nguoàn nguyeân lieäu quan troïng cho nhieàu ngaønh nhö: thöïc phaåm, coâng nghieäp
saûn xuaát caùc chaát taåy röûa, coâng nghieäp chaát deûo, coâng nghieäp sôïi, da, cao su nhaân taïo, duøng
trong sôn, verni, keo, möïc in, chaát taïo nhuõ, chaát thaám öôùt, vaät lieäu caùch ñieän, phuï gia cho daàu
boâi trôn, … Toùm laïi, daàu thöïc vaät khoâng theå thieáu trong ñôøi soáng vaø saûn xuaát.
Hieän nay, moät lónh vöïc öùng duïng môùi cuûa daàu thöïc vaät hieân ñang ñöôïc nghieân cöùu
trong vieäc söû duïng ñeå saûn xuaát nhieân lieäu thay theá cho nhieân lieäu diesel, duøng laøm chaát boâi
trôn thay cho caùc loaïi daàu nhôøn coù nguoàn goác töø daàu moû …
Baét ñaàu töø thaäp kyû 80 theá giôùi ñaõ nghieân cöùu vieäc söû duïng daàu thöïc vaät thay theá cho
nhieân lieäu diesel. Ñaëc bieät trong nhöõng naêm gaàn ñaây, vaán ñeà naøy caøng ñöôïc phaùt trieån maïnh
vaø ñöôïc tieán haønh nghieân cöùu ôû nhieàu quoác gia. Moät soá loaïi daàu thöïc vaät ñaõ ñöôïc thử nghieäm
treân theá giôùi nhö daàu caûi, daàu laïc, daàu höôùng döông, daàu ñaäu naønh, daàu coï, … Do caùc loaïi daàu
thöïc vaät coù khoái löôïng rieâng, ñoä nhôùt cao hôn vaø tính bay hôi keùm hôn, nhieät trò vaø chæ soá
cetan thaáp hôn nhieân lieäu diesel moät ít neân thích hôïp söû duïng cho ñoäng cô diesel.
Vieâc söû duïng daàu thöïc vaät nguyeân chaát hoaëc phoái troän daàu thöïc vaät vôùi diesel laøm
nhieân lieäu ñaõ ñöôïc thöû nghieäm töø raát laâu vôùi tyû leä 20%, 50%, 100% daàu thöïc vaät. Keát quaû thöû
nghieäm cho thaáy neáu söû duïng tröïc tieáp daàu thöïc vaät thì coâng suaát ñoäng cô giaûm ñi moät ít, suaát
tieâu hao nhieân lieäu cao hôn, ñoä khoùi khí xaû, haøm löôïng oxit carbon cao hôn, haøm löôïng
hidrocarbon khoâng chaùy thaáp hôn nhöng löôïng oxit nitô cao hôn so vôùi tröôøng hôïp söû duïng
toaøn boä nhieân lieäu diesel. Tuy nhieân, khi söû duïng tröïc tieáp nhö theá thì gaëp phaûi nhöõng khoù
khaên ôû boä phun nhieân lieäu vaø ñoäng cô.
1.2.4. Moät soá tính chaát hoaù hoïc cuûa daàu thöïc vaät:
1.2.4.1.
Phaûn öùng xaø phoøng hoaù
Trang10
SVTH: Ñaë n g Ngoï c Löông
GVHD : T.S Nguyeã n Höõ u Löông
Caùc triglyceride khi phaûn öùng vôùi kieàm seõ taïo thaønh muoái xaø phoøng (muoái cuûa caùc
acid beùo) vaø glycerin.
CH2 – OCOR1
CH2 – OH
CH2 – OCOR2
+
3NaOH
CH2 – OCOR3
1.2.4.2.
CH2 – OH
R1COONa
+
R2COONa
CH2 – OH
R3COONa
Phaûn öùng thuyû phaân
Tryglyceride bi thuyû phaân trong nöôùc taïo thaønh acid beùo vaø glycerine, phaûn öùng caàn
coù söï hieän dieän cuûa xuùc taùc (base, acid…)
CH2 – OCOR1
CH2 – OH
CH2 – OCOR2
Xuùc taùc
+ 3H2O
CH2 – OH
CH2 – OCOR3
1.2.4.3.
R1COOH
+
CH2 – OH
R2COOH
R3COOH
Phaûn öùng alcol phaân
Töông töï phaûn öùng thuyû phaân, tryglyceride khi taùc duïng vôùi alcol vôùi söï coù maët cuûa
xuùc taùc thích hôïp seõ bò thuyû phaân taùch thaønh glycerine vaø ester cuûa caùc acid beùo vôùi ancol
tham gia.
CH2 – OCOR1
CH2 – OH
CH2 – OCOR2 +
Xuùc taùc
3R’OH
CH2 – OH
CH2 – OCOR3
1.2.4.4.
RCOOR’
+
CH2 – OH
RCOOR’
RCOOR’
Phaûn öùng khöû
Khi coù maët cuûa xuùc taùc cromit ñoàng ôû 200 – 400 0C döôùi aùp suaát 100 – 200 atm,
tryglyceride bò khöû thaønh röôïu. Ñaây laø phaûn öùng duøng ñeå ñieàu cheá röôïu beùo töø daàu môõ.
RCOOR’
1.2.4.5.
+
H2
CH2OH
Phaûn öùng laøm oâi daàu
Trang11
+
R’OH
SVTH: Ñaë n g Ngoï c Löông
GVHD : T.S Nguyeã n Höõ u Löông
Trong quaù trình toàn tröõ, baûo quaûn daàu coù theå bò bieán ñoåi maøu saéc, muøi vò. Hieän töôïng
naøy goïi laø phaûn öùng laøm oâi daàu. Nguyeân nhaân gaây ra do aûnh höôûng cuûa taïp chaát trong daàu,
nöôùc, vi sinh vaät, men, caùc muoái kim loaïi, … Vieäc tìm caùc bieän phaùp choáng söï oâi cuûa daàu hieän
nay laø moät vaán ñeà quan troïng caàn nghieân cöùu giaûi quyeát.
1.2.4.6.
Phaûn öùng ñoàng hoaù
Trong ñieàu kieän thích hôïp, caùc acid beùo khoâng no coù trong daàu seõ thöïc hieän phaûn öùng
coäng hôïp vôùi moät soá chaát khaùc. Moät trong nhöõng phaûn öùng quan troïng nhaát laø phaûn öùng hydro
hoaù, phaûn öùng tieán haønh trong ñieàu kieän nhieät ñoä 90 – 280 0C, aùp suaát 6 – 10 atm, coù maët xuùc
taùc Ni. Phaûn öùng naøy coù yù nghóa thöïc teá raát quan troïng trong vieäc chuyeån daàu daïng loûng sang
daïng raén. Trong nhöõng ñieàu kieän thích hôïp, daàu coù acid beùo khoâng no coù theå coäng hôïp vôùi
halogen. Ngöôøi ta öùng duïng moät soá phaûn öùng coïâng hôïp cuûa halogen vaøo phaân tích.
1.2.4.7.
Phaûn öùng oxy hoaù
Phaûn öùng xaûy ra taïi caùc noái ñoâi cuûa acid beùo khoâng no. Tuyø theo baûn chaát cuûa chaát oxy
hoaù vaø ñieàu kieän phaûn öùng maø taïo thaønh caùc saûn phaåm oxy hoaù khaùc nhau, nhö caùc peroxide,
ceton, acid…
1.2.4.8.
Phaûn öùng truøng hôïp
ÔÛ ñieàu kieän thích hôïp, caùc noái ñoâi coù theå tham gia phaûn öùng truøng hôïp. Saûn phaåm laø
caùc hôïp chaát laø caùc hôïp chaát cao phaân töû.
1.3. DAÀU AÊN PHEÁ THAÛI
1.3.1. Thaønh phaàn hoaù hoïc cuûa daàu aên pheá thaûi
Töông töï nhö daàu thöïc vaät, daàu aên pheá thaûi coù thaønh phaàn chính laø triglycerit, ngoaøi ra
coøn coù moät löôïng nhoû acide beùo töï do. Thaønh phaàn acid beùo trong daàu aên pheá thaûi khoâng thay
ñoåi nhieàu so vôùi daàu nguyeân chaát (xem Bảng 1.10).
Baûng 1.9. So saùnh thaønh phaàn daàu aên pheá thaûi vaø thaønh phaàn daàu aên nguyeân chaát.[4]
Thaønh phaàn acid beùo (% khoái löôïng)
Ñôn vò tính
Daàu döøa
Daàu döøa pheá thaûi
C6:0
%
0.03
1.3131
C8:0
%
6.11
9.9753
Trang12
SVTH: Ñaë n g Ngoï c Löông
GVHD : T.S Nguyeã n Höõ u Löông
C 10 : 0
%
5.94
7.3156
C 12 : 0
%
52.29
49.5915
C 14 : 0
%
17.56
16.2820
C 15 : 0
%
0
0
C 16 : 0
%
8.22
7.3434
C 16 : 1
%
0
0
C 18 : 0
%
2.11
2.0109
C 18 : 1
%
6.28
4.8262
C 18 : 2
%
1.45
1.3420
1.3.2. Tính chaát hoaù lyù cuûa daàu aên pheá thaûi
Qua baûng phaân tích thaønh phaàn ta thaáy thaønh phaàn daàu aên pheá thaûi khoâng khaùc nhieàu
so vôùi daàu nguyeân chaát. Vì vaäy tính chaát hoaù lyù cuûa daàu nguyeân chaát khoâng khaùc nhau laém so
vôùi daàu pheá thaûi (xem baûng 1.11). Do ñoù, daàu aên pheá thaûi cuõng coù theå ñöôïc söû duïng laøm
nguyeân lieäu ñeå saûn xuaát biodiesel.
Baûng 1.10: Tính chaát hoaù lyù cuûa dầu ăn phế thải vaø daàu aên nguyeân chaát.[5]
Tính chaát
Ñôn vò
Daàu döøa nguyeân chaát
Daàu döøa pheá thaûi
Tæ troïng ôû 400C
-
0.22
0.176
Ñoä nhôùt ôû 400C
mm2/g
4.17
8.39
Chæ soá axide
mgKOH/g
4.74
8.639
Chæ soá Iod
g/100g
9.15
8.5657
Chæ soá xaø phoøng hoaù
mgKOH/g
255.57
270.0
Ñieåm chôùp chaùy
0
287.25
243
Ñieåm vaån ñuïc
0
25
16.5
Ñieåm chaûy
0
22
14
C
C
C
Trang13
SVTH: Ñaë n g Ngoï c Löông
GVHD : T.S Nguyeã n Höõ u Löông
1.4. CAÙC PHÖÔNG PHAÙP LAØM GIAÛM ÑOÄ NHÔÙT CUÛA DAÀU THÖÏC VAÄT
Theo quan ñieåm söû duïng ñoäng cô thì ñieåm khaùc bieät cô baûn giöõa daàu thöïc vaät so vôùi
nhieân lieäu diesel chính la øñoä nhôùt. ÔÛ 40 0C, ñoä nhôùt daàu thöïc vaät lôùn gaáp 10 laàn diesel, gaây
khoù khaên trong quaù trình phun nhieân lieäu, taïo caën ñaàu phun. Nhöõng phöông phaùp sau ñaõ ñöôïc
söû duïng ñeå laøm giaûm ñoä nhôùt cuûa daàu thöïc vaät.
1.4.1. Phöông phaùp saáy noùng
Ñoä nhôùt daàu thöïc vaät giaûm khi nhieät ñoä taêng, bôûi vaäy saáy noùng coù theå coi laø moät
phöông phaùp laøm giaûm ñoä nhôùt cuûa daàu thöïc vaät.
Khi ñoäng cô diesel laøm vieäc ôû cheá ñoä oån ñònh thì nhieät ñoä nhieân lieäu ôû sau bôm cao aùp
thay ñoåi trong phaïm vi 35 0C - 450C. Trong khoaûng nhieät ñoä naøy thì ñoä nhôùt cuûa daàu thöïc vaät
thay ñoåi töø 25 – 35 mm2/s. Ñoä nhôùt cuûa daàu thöïc vaät, ví duï nhö daàu ñaäu naønh luùc naøy coøn cao
hôn khoaûng 10 laàn ñoä nhôùt cuûa nhieân lieäu diesel. Ñeå ñaït tôùi ñoä nhôùt cuûa nhieân lieäu diesel thì
caàn taêng nhieät ñoä cuûa daàu thöïc vaät leân 80 0C bôûi vì ñoä nhôùt giaûm raát ít khi nhieät ñoä lôùn hôn
500C. Tuy nhieân taêng nhieät ñoä nhieân lieäu leân quaù cao laøm giaûm thay ñoåi traïng thaùi nhieät vaø
aûnh höôûng xaáu ñeán heä thoáng caáp nhieân lieäu. Ngoaøi ra, phöông phaùp naøy khoâng caûi thieän ñöôïc
caùc chæ tieâu khaùc cuûa daàu thöïc vaät nhö: chæ soá cetan, nhieät trò, …
1.4.2. Phöông phaùp pha loaõng
Pha loaõng laø phöông phaùp ñôn giaûn laøm giaûm ñoä nhôùt. Coù theå söû duïng nhieân lieäu
diesel ñeå pha loaõng daàu thöïc vaät. ÔÛ 40 0C, ñoä nhôùt cuûa daàu thöïc vaät thöôøng cao hôn ñoä nhôùt
nhieân lieäu diesel 10 laàn. Pha loaõng daàu thöïc vaät baèng nhieân lieäu diesel seõ nhaän ñöôïc daïng
nhieân lieäu môùi töø daàu thöïc vaät. Ñaây laø moät hoãn hôïp cô hoïc giöõa nhieân lieäu diesel vaø daàu thöïc
vaät, hoãn hôïp naøy ñoàng nhaát vaø beàn vöõng. Pha loaõng khoâng chæ laøm giaûm ñoä nhôùt cuûa daàu thöïc
vaät maø coøn caûi thieän ñöôïc caùc chæ tieâu khaùc cuûa daàu thöïc vaät.
Nhöôïc ñieåm:
•
Ñoä nhôùt vaãn coøn lôùn hôn so vôùi nhieân lieäu diesel
•
Daàu coøn coù chöùa caùc acide töï do do ñoù coù theå hình thaønh nhöïa bôûi söï oxy hoaù vaø polyme
hoaù trong suoát quaù trình toàn tröõ vaø ñoát chaùy, taïo caën cacbon vaø laøm ñaëc daàu boâi trôn
1.4.3. Phöông phaùp cracking
Coù theå hình dung quaù trình cracking daàu thöïc vaät gioáng vôùi quaù trình cracking daàu moû.
Nguyeân taéc cô baûn cuûa quaù trình chöng caát laø caét ngaén maïch hydrocacbon cuûa daàu thöïc vaät
Trang14
SVTH: Ñaë n g Ngoï c Löông
GVHD : T.S Nguyeã n Höõ u Löông
baèng taùc ñoäng cuûa nhieät vaø xuùc taùc thích hôïp. Saûn phaåm cuûa quaù trình thoâng thöôøng bao goàm
nhieân lieäu khí, xaêng, nhieân lieäu diesel vaø moät soá saûn phaåm phuï khaùc.
Baûng 1.11. Moät soá tính chaát cuûa saûn phaåm cracking daàu ñaäu naønh.[5]
Tính chaát hoaù lyù
Daàu ñaäu naønh
Daàu naønh sau khi cracking
Chæ soá cetan
38
43
Nhieät löôïng(MJ/kg)
39.3
40.6
Ñoä nhôùt ôû 380C,cSt
32.6
7.74
Nhö vaäy, phöông phaùp cracking daàu thöc vaät khoâng nhöõng laøm giaûm ñoä nhôùt cuûa daàu
thöïc vaät maø coøn caûi thieän ñöôïc caùc chæ tieâu khaùc cuûa thöïc vaät nhö laøm taêng trò soá cetan, giaûm
khoái löôïng rieâng, taêng nhieät trò, … Nhöôïc ñieåm cô baûn cuûa phöông phaùp naøy laø toán naêng löôïng,
saûn phaåm thu ñöôïc goàm nhieàu daïng nhieân lieäu vaø ñaëc bieät laø noù khoù thöïc hieän ôû quy moâ nhoû.
1.4.4. Phöông phaùp nhuõ töông hoaù
Nguyeân lieäu ban ñaàu laø daàu thöïc vaät, röôïu vaø chaát taïo söùc caêng beà maët. Vôùi thieát bò
taïo nhuõ coù theå taïo ra nhuõ töông daàu thöïc vaät – röôïu trong ñoù caùc haït röôïu coù kích thöôùc haït
khoaûng 150nm ñöôïc phaân boá ñeàu trong nhuõ töông.
Nhöôïc ñieåm: kim phun bò keát dính, phun khoâng ñeàu ñaën, baùm caën carbon naëng, chaùy
khoâng hoaøn toaøn vaø taêng ñoä nhôùt cuûa daàu boâi trôn. Vì vaäy, ñoäng cô hoaït ñoäng khoâng oån ñònh
khi laøm vieäc theo thôøi gian daøi.
1.4.5. Phöông phaùp alcol phaân
Ester hoaù daàu thöïc vaät laø phöông phaùp ñöôïc quan taâm nhieàu hôn trong nhöõng naêm gaàn
ñaây. Nguyeân lieäu ban ñaàu laø daàu thöïc vaät vaø röôïu. Ñieàu kieän phaûn öùng ñôn giaûn, coù theå thöïc
hieän ôû quy moâ nhoû. Beân caïnh ñoù saûn phaåm quaù trình alcol phaân ñaùp öùng ñöôïc tieâu chuaån veà:
ñoä nhôùt, chæ soá cetan, nhieät trò.
Phöông trình phaûn öùng alcol phaân :
CH2COOR1
CHCOOR2
CH2OH
+
3ROH
CH2COOR1
1.5.
CHOH
CH2OH
BIODIESEL
Trang15
R1COOR
+
R2COOR
R3COOR
SVTH: Ñaë n g Ngoï c Löông
GVHD : T.S Nguyeã n Höõ u Löông
1.5.1. Lịch sử phát triển của nhiên liệu biodiesel
Biodiesel laø töø chuyeân moân chæ loaïi nhieân lieäu duøng cho ñoäng cô diesel ñöôïc laøm töø
daàu thöïc vaät hoaëc methyl ester cuûa daàu thöïc vaät hay môõ ñoäng vaät sau ñoù ñöôïc troän laãn vôùi
nhieân lieäu diesel truyeàn thoáng. Noù ñöôïc ñònh nghóa nhö sau: “Biodiesel laø monoalkyl ester
cuûa axít beùo maïch daøi coù nguoàn goác töø daàu thöïc vaät hoaëc môõ ñoäng vaät, ñöôïc söû duïng cho
ñoäng cô diesel”.
Cách đây hơn 100 năm, nhà phát minh Rudolf Diesel đã phát minh ra động cơ chạy bằng
dầu thực vật. Vào những năm 1930 và 1940, dầu thực vật được sử dụng như là nhiên liệu diesel
nhưng chỉ được sử dụng trong tình trạng khẩn cấp. Bắt đầu từ năm 1980, có nhiều cuộc tranh cãi
lớn về việc sử dụng dầu thực vật làm một nhiên liệu. Cũng vào năm 1980, Caterpilla Brazil đã
sử dụng hỗn hợp 10% dầu thực vật cho động cơ diesel mà không có sự thay đổi cũng như thay
thế gì. Tại thời điểm này, chưa có một thực hành nào sử dụng 100% dầu thực vật để thay thế cho
nhiên liệu diesel, nhưng hỗn hợp pha trộn 20% dầu thực vật với 80% dầu diesel đã mang lại
thành công rực rỡ [1,2]. Một thời gian ngắn sau đó, người ta đã tiến hành thử nghiệm đến tỷ lệ
50/50.
Tháng 8 năm 1982, Hội nghị đầu tiên của thế giới về việc sử dụng dầu thực vật như là
nhiên liệu được diễn ra tại Fargo, phía nam Dakota. Năm 1982 là năm đáng được ghi nhận vì
đây cũng chính là năm bắt đầu dử dụng dầu ăn phế thải, cũng là thời điểm Viện Hóa Hữu Cơ
của Graz (Áo) đầu tiên sử dụng ester của dầu hạt cải. Năm 1985, thí điểm đầu tiên trên thế giới
sản xuất methyl ester dầu hạt cải được thực hiện tại trường Nông Nghiệp Silberberg, Styria
(Áo). Năm 1987, thử nghiệm trên động cơ đo hàm lượng khói thải của methyl ester dầu ăn phế
thải được tiến hành tại AVL List Gmble, Graz. Trong những năm 1989 – 1990, dự án đầu tư của
chính phủ Áo về “Sản xuất biodiesel chất lượng cao từ dầu ăn phế thải” được thực hiện. Năm
1994, biodiesel từ dầu ăn phế thải được bắt đầu đưa vào sản xuất công nghiệp tại Mureck, Áo.
Năm 1995, thành công trong việc sản xuất methyl ester với hiệu suất 100% đã được công bố.
Năm 1998, dự án sản xuất biodiesel từ nguồn nguyên liệu mỡ động vật chứa 20% hàm lượng
axít béo được thành lập. Đến năm 2003, có 4 quy trình tiên tiến cho việc sản xuất biodiesel từ
dầu thực vật và dầu ăn phế thải đã được công bố.
1.5.2. Tình hình nghieân cöùu vaø öùng duïng nhieân lieäu thay theá trên thế giới và Vieät Nam
Vieäc tìm kieám nguoàn nhieân lieäu môùi thay theá nhieân lieäu diesel töø daàu mỏ cho ñoäng cô
diesel ngaøy caøng trôû neân quan troïng vaø caáp thieát, ñaëc bieät, cuoäc khuûng hoaûng naêng löôïng vaøo
cuoái thaäp nieân 70, ñaàu thaäp nieân 80â. Daàu thöïc vaät vaø daãn xuaát cuûa chuùng ñöôïc coi laø söï thay
theá thích hôïp nhieân lieäu diesel truyeàn thoáng. So vôùi daàu thöïc vaät, biodiesel coù ñoä nhôùt thaáp
hôn vaø chæ soá cetan cao hôn. Beân caïnh yeáu toá thuaän lôïi laø chuû ñoäng ñöôïc nguoàn nhieân lieäu
Trang16
SVTH: Ñaë n g Ngoï c Löông
GVHD : T.S Nguyeã n Höõ u Löông
trong nöôùc, nhieân lieäu thay theá coøn coù yù nghóa raát to lôùn trong vaán ñeà oâ nhieãm moâi tröôøng. Vì
vậy, moät soá nöôùc ñaõ khuyeán khích vieäc söû duïng nhieân lieäu biodiesel.
Taïi Vieät Nam, vieäc ñieàu cheá vaø thöû nghieäm nhieân lieäu biodiesel töø daàu thöïc vaät baét
ñaàu ñöôïc quan taâm töø nhöõng naêm 1980. Coâng trình lôùn nhaát ñöôïc coâng boá coù leõ laø luaän aùn
Tieán só cuûa taùc giaû Nguyeãn Ñöùc Minh vaøo naêm 1997 [12]. Trong coâng trình naøy, taùc giaû ñaõ so
saùnh caùc tính naêng kó thuaät cuûa nhieân lieäu diesel coù pha daàu ñaäu naønh vôùi caùc haøm löôïng 10,
20, …, 100% vôùi nhieân lieäu diesel truyeàn thoáng. Ngoaøi ra, taùc giaû cuõng ñaõ thöû nghieäm ñieàu
cheá nhieân lieäu biodiesel baèng phöông phaùp ester hoaù daàu ñaäu naønh vôùi ethanol, söû duïng xuùc
taùc NaOH, nhieät ñoä phaûn öùng khoaûng 50 – 650C, thôøi gian phaûn öùng 6 – 7 giôø.
Trong khoaûng 5 naêm gaàn ñaây, caùc nghieân cöùu veà ñieàu cheá nhieân lieäu biodiesel töø daàu
thöïc vaät pheá thaûi ñaõ ñöôïc thöïc hieän ôû Haø Noäi (Trung taâm Khoa hoïc Töï nhieân vaø coâng ngheä
Quoác Gia) vaø Tp. Hoà Chí Minh (Ñaïi hoïc Quoác Gia Tp. Hoà Chí Minh). Caùc nghieân cöùu naøy
chuû yeáu ñi theo höôùng ñieàu cheá biodiesel baèng phöông phaùp ester hoaù. Töø naêm 2000, moät soá
nhoùm nghieân cöùu ôû Vieän Hoaù Hoïc, Vieän Moâi Tröôøng (Trung taâm Khoa hoïc Töï nhieân vaø Coâng
ngheä Quoác Qia) vaø ôû trung taâm Khoa Hoïc Moâi Tröôøng vaø phaùt trieån beàn vöõng thuoäc Ñaïi hoïc
Quoác Gia Haø Noäi baét ñaàu nghieân cöùu coâng ngheä sieâu aâm ñeå ñieàu cheá nhieân lieäu biodiesel töø
daàu thöïc vaät.
Töø naêm 2001, nhoùm nghieân cöùu thuoäc Boä moân Coâng ngheä Cheá bieán Daàu khí vaø Trung
taâm Loïc – Hoa ùdaàu (tröôøng Ñaïi hoïc Baùch Khoa Tp. Hoà Chí Minh) ñaõ baét ñaàu nghieân cöùu khaû
naêng saûn xuaát biodiesel töø caùc nguoàn daàu thöïc vaät.
Taùc giaû Tröông Quoác Vöông [5] ñaõ khaûo saùt khaû naêng pha troän tröïc tieáp daàu thöïc vaät
vaø daàu diesel ñeå thay theá daàu diesel. Nguoàn nguyeân lieäu söû duïng laø daàu döøa hoaëc daàu ñaäu
phoäng. Keát quaû cho thaáy raèng hoãn hôïp pha troän 3% theå tích daàu döøa vaø 97% theå tích diesel
hoaëc hoãn hôïp 2% daàu ñaäu phoäng vaø 98% daàu diesel coù theå ñöôïc söû duïng nhö nguoàn nhieân
lieäu thay theá cho nhieân lieäu diesel truyeàn thoáng. Ñaây laø moät phöông phaùp ñôn giaûn vaø coù theå
deã daøng thöïc hieän ôû quy moâ saûn xuaát lôùn hoaëc nhoû. Roõ raøng, khaû naêng söû duïng tröïc tieáp
nguoàn nguyeân lieäu daàu thöïc vaät laø khaû thi. Tuy nhieân, löôïng daàu thöïc vaät söû duïng vaãn coøn
quaù ít, vaø löôïng diesel truyeàn thoáng duøng trong hoãn hôïp nhieân lieäu vaãn coøn quaù cao. Moät
trong nhöõng nguyeân nhaân cuûa ñieàu naøy laø do ñoä nhôùt cuûa daàu thöïc vaät quaù cao daãn ñeán nhöõng
baát lôïi trong quaù trình phun nhieân lieäu vaø ñoát chaùy. Vì vaäy, chuùng ta caàn phaûi bieán tính daàu
thöïc vaät tröôùc khi ñöa vaøo söû duïng. Treân cô sôû phaân tích caùc öu nhöôïc ñieåm cuûa caùc phöông
phaùp saûn xuaát biodiesel ñang ñöôïc söû duïng hieän nay, phöông phaùp bieán tính daàu thöïc vaät
baèng phaûn öùng chuyeån methyl ester hoaù ñaõ ñöôïc löïa choïn ñeå khaûo saùt.
Trang17
SVTH: Ñaë n g Ngoï c Löông
GVHD : T.S Nguyeã n Höõ u Löông
Taùc giaû Nguyeãn Thò Hoàng Nô [1] ñaõ nghieân cöùu toång hôïp biodiesel töø nguoàn nguyeân
lieäu daàu döøa treân cô sôû thöïc hieän phaûn öùng chuyeån metyl ester hoaù giöõa caùc tryglyxerit coù
trong daàu döøa vaø methanol treân xuùc taùc raén SO 4.SnO2 töï toång hôïp. Ñieàu kieän thích hôïp cho
quaù trình ñieàu cheá xuùc taùc nhö sau:
•
Nhieät ñoä nung: 8000C
•
Thôøi gian sulfate hoaù: 2h
•
Ñoä pH 8
•
Noàng ñoä H2SO4: 4M
Ñieàu kieän thích hôïp cho phaûn öùng ñeå ñaït hieäu suaát ester hoaù 26,4%:
•
Nhieät ñoä: 650C.
•
Tyû leä mol methanol : daàu: 10 : 1.
•
Tyû leä xuùc taùc/daàu: 6%.
•
Thôøi gian phaûn öùng: 10h.
Öu nhöïôc ñieåm cuûa xuùc taùc SO4.SnO2 :
•
Saûn phaåm deã taùch lôùp:
•
Khoâng coù quaù trình röûa saûn phaåm neân khoâng taïo ra chaát thaûi gaây oâ nhieâm moâi tröôøng.
•
Laø xuùc taùc deã ñieàu cheá vaø reû tieàn.
•
Phaûn öùng khi tieán haønh ôû nhieät ñoä thöôøng thì hieäu suaát phaûn öùng khoâng cao. ÔÛ ñaây ta
bi giôùi haïn bôûi nhieät ñoä soâi cuûa methanol ôû aùp suaát thöôøng.
Trong noã löïc naâng cao hieäu suaát cuûa quaù trình chuyeån methyl ester hoaù daàu döøa, caùc
taùc giaû Phaïm Hoaøn Vuõ [6] vaø Ñaøo Ñöùc Phuù [7] ñaõ thay theá xuùc taùc raén axit baèng xuùc taùc raén
kieàm. ÔÛ ñaây, taùc giaû söû duïng K 2CO3/Al2O3 töï ñieàu cheá nhö laø xuùc taùc. So vôùi xuùc taùc raén axit
SO4.SnO2 söû duïng ôû treân, xuùc taùc raén kieàm naøy ñaõ naâng hieäu suaát phaûn öùng leân raát cao,
khoaûng 87 – 92% maø vaãn giöõ ñöôïc ñieàu kieän phaûn öùng töông ñoái ñôn giaûn (phaûn öùng ñöôïc
thöïc hieän ôû nhieät ñoä khoaûn 60 0C, aùp suaát khí quyeån, söï phaân taùch saûn phaåm töông ñoái deã
daøng). Theo caùc taùc giaû naøy, caùc yeáu toá lieân quan ñeán quaù trình ñieàu cheá xuùc taùc (nhö thôøi
gian taåm, thôøi gian nung vaø nhieät ñoä nung) vaø tyû leä xuùc taùc quyeát ñònh ñeán hieäu suaát cuûa phaûn
öùng. Moät ñieåm ñaùng löu yù nöõa laø khaû naêng phaûn öùng phuï thuoäc raát lôùn vaøo quaù trình xöû lyù sô
boä nguyeân lieäu daàu döøa tröôùc khi thöïc hieän phaûn öùng. Daàu döøa phaûi ñöïôc loïc boû caùc taïp chaát
Trang18
SVTH: Ñaë n g Ngoï c Löông
GVHD : T.S Nguyeã n Höõ u Löông
cô hoïc, chaát xô tröôùc khi ñöa vaøo heä phaûn öùng. Moät trong nhöõng taùc haïi cuûa nhöõng taïp chaát
naøy coù leõ laø do aûnh höôûng che phuû cuûa chuùng leân caùc taâm hoaït ñoäng cuõng nhö caùc loã xoáp cuûa
chaát mang, nhaát laø trong giai ñoaïn ñaàu cuûa phaûn öùng khi ñoä nhôùt cuûa daàu döøa coøn khaù cao,
daãn ñeán khaû naêng xuùc taùc cuûa caùc heä xuùc taùc raén giaûm xuoáng.
Vieäc söû duïng biodiesel töø daàu thöïc vaät ñaõ goùp phaàn ñaùng keå trong vaán ñeà giaûm oâ
nhieãm moâi tröôøng, giaûm söï phuï thuoäc vaøo nguoàn nguyeân lieäu nhaäp khaåu. Tuy nheân, giaù thaønh
vaãn coøn cao hôn raát nhieàu so vôùi diesel truyeàn thoáng. Nhaèm muïc ñích giaûm chi phí cho quaù
trình saûn xuaát biodiesel, caùc taùc giaû Phan Ngoïc Anh [2], Phuøng Khaùnh Nghieâm[3] vaø Nguyeãn
Thanh Duõng[4] ñaõ thöû nghieäm treân nguoàn daàu aên thaûi töø caùc quaù trình cheá bieán thöïc phaåm.
Töông töï nhö daàu thöïc vaät, daàu aên pheá thaûi coù thaønh phaàn chính laø tryglyxerit, ngoaøi ra coøn
coù moät löôïng nhoû axit beùo töï do. Thaønh phaàn axit beùo trong daàu aên pheá thaûi khoâng thay ñoåi
nhieàu so vôùi daàu nguyeân chaát [2] vì vaäy, tính chaát lyù hoaù cuûa daàu pheá thaûi khoâng khaùc nhieàu
so vôùi daàu nguyeân chaát. ÔÛ Vieät Nam, löôïng daàu naøy chuû yeáu thaûi ra moâi tröôøng beân ngoaøi
gaây oâ nhieãm nguoàn nöôùc. Do vaäy, vieäc nghieân cöùu khaû naêng söû duïng töø daàu aên pheá thaûi laø caàn
thieát vì seõ goùp phaàn vaøo vieäc giaûm oâ nhieãm moâi tröôøng töø nguoàn daàu thaûi naøy. Ñaây cuõng laø
höôùng ñaõ vaø ñang ñöôïc aùp duïng taïi nhieàu nöôùc treân theá giôùi[2 – 4,9]
Caùc taùc giaû naøy ñaõ taäp trung vaøo phaûn öùng ester hoaù daàu aên pheá thaûi baèng phöông
phaùp hoaù hoïc vôùi söû duïng xuùc taùc kieàm. Quaù trình chuyeån hoaù ñöôïc thöïc hieän ôû nhieät ñoä moäi
tröôøng, xuùc taùc KOH (0,75% khoái löôïng). Ñieàu kieän toái öu ñeå phaûn öùng ñaït hieäu suaát khoaûng
88.3% laø: tyû leä mol methanol : daàu = 7 : 1; thôøi gian phaûn öùng laø 90 phuùt. Saûn phaåm methyl
ester toång hôïp töø daàu thaûi thoaû maõn haàu heát caùc tieâu chuaàn quy ñònh cho nhieân lieäu diesel.
Tuy nhieân, haøm löôïng caën carbon Condradson (10% caát) quaù cao so vôùi tieâu chuaàn vaø thaønh
phaàn chöng caát cuûa methyl ester daàu aên pheá thaûi khaùc xa so vôùi nhieân lieäu diesel. Vì theá,
khoâng theå xöû duïng tröïc tieáp methyl ester cho ñoäng cô diesel maø phaûi phoái troän methyl ester
vôùi nhieân lieäu diesel. Keát quaû khaûo saùt aûnh höôûng cuûa caùc heä nhieân lieäu phoái troän leân caùc
tính naêng kyõ thuaät vaø thaønh phaàn khí thaûi cuûa ñoäng cô ôû cheá ñoä khoâng taûi vaø coù taûi cho thaáy
maãu hoãn hôïp 20% biodiesel vaø 80% diesel (B20) hoaøn toaøn coù theå duøng laøm nhieân lieäu thay
theá cho diesel truyeàn thoáng.
Treân cô sôû keát quaû cuûa caùc nghieân cöùu saûn xuaát biodiesel töø caùc nguoàn daàu aên thaûi [2
– 4] taùc giaû Nguyeãn Phuùc Tueä[8] ñaõ thöû tính toaùn sô boä ñeå thieát keá phaân xöôûng saûn xuaát
biodiesel töø daàu thöïc vaät thaûi vôùi naêng suaát 50 taán/ngaøy. Phöông phaùp ñeå saûn xuaát laø phaûn
öùng chuyeån metyl ester hoaù giöõa ester cuûa axit beùo vaø methanol. Phaûn öùng ñöôïc thöïc hieän ôû
nhieät ñoä thöôøng vôùi xuùc taùc KOH. Theo taùc giaû, vôùi toång soá voán ñaàu tö gaàn 5 trieäu USD moãi
Trang19
SVTH: Ñaë n g Ngoï c Löông
GVHD : T.S Nguyeã n Höõ u Löông
naêm chuùng ta coù theå thu laõi hôn 900.000 USD vôùi naêng suaát saûn phaåm laø 50 taán/ngaøy (ñaây laø
naêng suaát toái thieåu cuûa nhaø maùy). Vì vaäy, theo taùc giaû, döï aùn “Thieát keá phaân xöôûng saûn xuaát
biodiesel töø daàu thaûi” laø ñaùng giaù veà maët kinh teá vaø moâi tröôøng.
1.5.3. Ester cuûa daàu thöïc vaät (biodiesel) vaø caùc tính chaát cuûa noù
Ester cuûa daàu thöïc vaät coù theå ñöôïc saûn xuaát töø raát nhieàu loaïi daàu khaùc nhau nhö: daàu
coï, daàu höôùng döông, daàu ñaäu naønh, … Söï löïa choïn caùc loaïi daàu tuyø thuoäc vaøo giaù trò saûn xuaát
vaø taøi nguyeân nguyeân lieäu, thaønh phaàn acid beùo coù trong noù vì noù quyeát ñònh raát lôùn ñeán tính
chaát cuûa daàu vaø daãn suaát ester cuûa chuùng, ñaëc bieät laø methyl ester: nhieät ñoä ñoâng ñaëc, nhieät
ñoä chôùp chaùy, chæ soá cetan, ñoä nhôùt, nhieät trò, khaû naêng hoaù hôi, … Một số tính chất của ester
dầu thực vật được trình bày trong Bảng 1.13.
Baûng 1.12. Moät soá tính chaát vaät lyù cuûa ester daàu thöïc vaät.[7]
Ester
Chæ soá
cetan
Nhieät löôïng,
Ñoä nhôùt
2
kJ/kg
(mm /s)
Ñieåm vaån
0
Ñieåm
0
Ñieåm chôùp
ñuïc, C
chaûy, C
chaùy
Methyl Ester
Daàu boâng
51.2
-
6.8(210C)
-
-4
110
Daàu len
54.4
40449
6.7(400C)
-2
-9
84
Daàu rum
49.8
40060
-
-
-6
180
Daàu ñaäu naønh
46.2
39800
4.08(400C)
2
-1
171
Daàu höôùng döông
46.6
39800
4.22(400C)
0
-4
-
Môõ ñoäng vaät
-
39949
4.11(400C)
12
9
96
Ethyl Ester
Daàu coï
56.2
39070
4.5(37.80C)
8
6
19
Daàu ñaäu naønh
48.2
40000
4.14(400C)
1
-4
174
Trang20
- Xem thêm -