Tài liệu Thiết kế phân xưởng sản xuất biodiesel từ dầu vi tảo

  • Số trang: 91 |
  • Loại file: DOC |
  • Lượt xem: 36 |
  • Lượt tải: 0

Mô tả:

Diesel là nhiên liệu không thể thiếu trong hoạt động sản xuất công nghiệp cũng như giao thông vận tải. Hiện nay nhu cầu về nhiên liệu ngày càng tăng. Theo một số liệu mới nhất thì diesel sẽ chiếm 70% nhu cầu nhiên liệu tính đến năm 2040.(được đưa ra trong báo trong báo cáo “Triển vọng về năng lượng tầm nhìn 2040”- do ExxonMobil). Cũng từ báo cáo này thì nhu cầu về diesel sẽ vượt qua nhu cầu về xăng để trở thành nhiên liệu số một nhu cầu đối với xe du lịch và xe thương mại hạng nhẹ cũng như hạng nặng trang bị động cơ diesel tăng. Bên cạnh đó thì trữ lượng nguyên liệu hóa thạch lại càng giảm đi nhanh chóng. Trước thực trạng đó thì việc tìm ra nguồn nguyên liệu mới được tìm ra nhưng nguyên liệu sinh học lại có ưu điểm hơn cả. Nó một mặt giải quyết vấn đề thiếu hụt nguồn nguyên liệu, một mặt làm giảm lượng ô nhiểm môi trường. Cho đến nay đã sử dụng qua ba thế hệ NLSH ; Từ thế hệ thứ nhất người ta dùng cây lương thực làm nguồn nguyên liệu để tạo ra biodiesel, hiệu quả thì thế hệ này không được đánh giá cao do ảnh hưởng đến vấn đề an ninh lương thực. Thế hệ thứ hai ra đời nó không ảnh hưởng đến vấn đề an ninh lương thực nhưng mang lại hiệu quả chưa cao do vấp phải rào cản khi chế biến. Và thế hệ nguyên liệu sinh học thứ ba ra đời- đây gồm những loài vi tảo sống dưới nước, thế hệ này ra đời nó đáp ứng được đầy đủ các yêu cầu đã đặt ra mà còn mang lại hiệu quả cao .Do trong thành phần hóa học chúng có chứa một lượng lớn hidrocacbon no mạch thẳng (C17H36) chúng là thành phần chính của diesel và nó là loài không ảnh hưởng đến vấn đề an ninh lương thực. Trước nhu cầu chung của toàn cầu thì Việt Nam cũng đã và đang triển khai các dự án liên quan đến nuôi trồng vi tảo để phục vụ sản xuất biodiesel . Đi từ vi tảo để tạo được biodiesel phải trải qua cả một quá trình , tảo phải được sấy khô để tách nước sau đó qua giai đoạn chiết tách để thu được dầu vi tảo. Và từ dầu ta tiếp tục qua giai đoạn tổng hợp để tạo thành biodiesel. Trong đồ án này tập trung giải quyết hai vấn đề lớn là thiết kế phân xưởng sản xuất biodiesel từ dầu vi tảo và tính toán thiết kế thiết bị phản ứng chính.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD:PGS Nguyễn Khánh Diệu Hồng Lời cảm ơn: Đầu tiên em xin chân thành cảm ơn bộ môn Công nghệ hữu cơ hóa dầu, đã tạo điều kiện cho em học tập rèn luyện tại trường trong những năm học qua. Đặc biệt là các thầy cô giáo đã tân tình dạy bảo, cung cấp các kiến thức khoa học và giúp chúng em định hướng tương lai. Trong những năm học tại trường đã được học nhiều kiến thức quí báu mà sẽ không bao giờ quên. Đặc biệt, em xin gởi lời cảm ơn đến cô giáo GS Đinh Thị Ngọ và cô giáo PSG Nguyễn Khánh Diệu Hồng đã tận tụy đỡ em rất nhiều để hoàn thành đồ án này. Em sẽ cố gắng hết sức để đạt kết quả tốt. Cuối cùng em xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình bạn bè, những người thân đã bên cạnh tạo điều kiện để em hoàn thành nhiệm vụ hojc tập của mình. Xin cảm ơn và chúc các thầy cô, gia đình bạn bè, người thân vui vẻ hạnh phúc và thành công. Hà Nội,ngày 23/6/2013. Sinh viên Hoàng Lê An. Hoàng Lê An-Hoá dầu k53QN Trang 1 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD:PGS Nguyễn Khánh Diệu Hồng Lời mở đầu: Diesel là nhiên liệu không thể thiếu trong hoạt động sản xuất công nghiệp cũng như giao thông vận tải. Hiện nay nhu cầu về nhiên liệu ngày càng tăng. Theo một số liệu mới nhất thì diesel sẽ chiếm 70% nhu cầu nhiên liệu tính đến năm 2040. (được đưa ra trong báo trong báo cáo “Triển vọng về năng lượng tầm nhìn 2040”do ExxonMobil). Cũng từ báo cáo này thì nhu cầu về diesel sẽ vượt qua nhu cầu về xăng để trở thành nhiên liệu số một nhu cầu đối với xe du lịch và xe thương mại hạng nhẹ cũng như hạng nặng trang bị động cơ diesel tăng. Bên cạnh đó thì trữ lượng nguyên liệu hóa thạch lại càng giảm đi nhanh chóng. Trước thực trạng đó thì việc tìm ra nguồn nguyên liệu mới được tìm ra nhưng nguyên liệu sinh học lại có ưu điểm hơn cả. Nó một mặt giải quyết vấn đề thiếu hụt nguồn nguyên liệu, một mặt làm giảm lượng ô nhiểm môi trường. Cho đến nay đã sử dụng qua ba thế hệ NLSH ; Từ thế hệ thứ nhất người ta dùng cây lương thực làm nguồn nguyên liệu để tạo ra biodiesel, hiệu quả thì thế hệ này không được đánh giá cao do ảnh hưởng đến vấn đề an ninh lương thực. Thế hệ thứ hai ra đời nó không ảnh hưởng đến vấn đề an ninh lương thực nhưng mang lại hiệu quả chưa cao do vấp phải rào cản khi chế biến. Và thế hệ nguyên liệu sinh học thứ ba ra đời- đây gồm những loài vi tảo sống dưới nước, thế hệ này ra đời nó đáp ứng được đầy đủ các yêu cầu đã đặt ra mà còn mang lại hiệu quả cao .Do trong thành phần hóa học chúng có chứa một lượng lớn hidrocacbon no mạch thẳng (C17H36) chúng là thành phần chính của diesel và nó là loài không ảnh hưởng đến vấn đề an ninh lương thực. Trước nhu cầu chung của toàn cầu thì Việt Nam cũng đã và đang triển khai các dự án liên quan đến nuôi trồng vi tảo để phục vụ sản xuất biodiesel . Đi từ vi tảo để tạo được biodiesel phải trải qua cả một quá trình , tảo phải được sấy khô để tách nước sau đó qua giai đoạn chiết tách để thu được dầu vi tảo. Và từ dầu ta tiếp tục qua giai đoạn tổng hợp để tạo thành biodiesel. Trong đồ án này tập trung giải quyết hai vấn đề lớn là thiết kế phân xưởng sản xuất biodiesel từ dầu vi tảo và tính toán thiết kế thiết bị phản ứng chính. Hoàng Lê An-Hoá dầu k53QN Trang 2 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD:PGS Nguyễn Khánh Diệu Hồng PHẦN I: TỔNG QUAN CHUNG VỀ LÝ THUYẾT CHƯƠNG I: VI TẢO I.1 Nguồn nguyên liệu chính để sản xuất biodiesel I.1.1 Mỡ động vật: Mỡ động vật chia là hai nhóm: mỡ động vật trên cạn, mỡ động vật dưới nước. Mỡ động vật trên cạn chứa nhiều axit béo no, chủ yếu là palmitic và axit stearic chứa nhiều axit béo thuộc nhóm omega-6 hơn, hầu như không có omega-3 nên thường ở trạng thái rắn trong điều kiện nhiệt độ bình thường. Các axit béo thuộc nhóm omega-6 có tác dụng làm co mạch, tăng huyết áp. Mỡ động vật dưới nước chứa hàm lượng axit béo không no thuộc nhóm omega-3 tương đối lớn, ở thể lỏng trong điều kiện nhiệt độ bình thường.. I.1.2 Dầu thực vật Dầu thực vật có thể tách từ các loại cây lương thực như đậu nành, đậu phụng, vừng, hạt hướng dương, cải, dừa…Hay một số loài cây có độc tình như jatropha, dầu cọ, cao su…. Bảng - 1 Các loại cây lấy dầu [5] Dầu cọ Từ hơn 10 năm trước đã trồng ở Long An, đạt 4 tấn dầu/ha. Tuy nhiên có một khó khăn: trồng qui mô lớn mới có hiệu quả vì cần đầu tư dây chuyền xử lý ngay sau thu hoạch do trong hạt chứa mem lipase phân huỷ dầu trong 24h thành este và glycerin nên cần diệt men lipase bằng nồi hơi; cọ dầu không khó khăn trồng nhưng cần mưa quanh năm- khó đạt được ở Việt Nam. Hiện nay hầu như không thực hiện được . Vừng Cây ngắn ngày, nhạy cảm thời tiết, hiện nay đang trồng đại trà tại Nghệ An, Thanh Hoá, Gia Lai, An Giang. Hiện nay vừng được xuất khẩu sang Nhật cả hạt và dầu. Dừa Diện tích trên 180.000 ha, nhưng năng suất dầu thấp, tối đa đạt 1 tấn dầu/ha bằng ¼ so với cây cọ. Sản lượng ép dầu không cao vì cây dừa rất hiệu quả với nông dân do các sản phẩm như cơm dừa, sơ dừa, than gáo dừa thủ công mỹ nghệ từ cây dừa..nên giá dừa trái tăng. Đậu nành Đậu nành được dùng làm thực phẩm và nước uống, có giá thành tương đối cao . Hướng Trồng thử nghiệm ở Củ Chi ( đạt 2,5 tấn/ha) Lâm Đồng( đạt Hoàng Lê An-Hoá dầu k53QN Trang 3 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD:PGS Nguyễn Khánh Diệu Hồng dương 3,5-5 tấn /ha). Khi trồng thử nghiệm các thế hệ lai năng suất tăng đáng kể. Do đó hướng dương trở thành nguồn nguyên liệu có triển vọng. Bông vải Theo chính sách nhà nước về tự túc 70% nguyên liệu diệt may, diện tích trồng cây bông sẽ phát triễn nhanh chóng. Diện tích 2003, 2005, 2010 tương ứng là 33.000ha, 60.000ha, và 120.000ha. Dầu hạt bông vải sẽ là nguồn nguyên liệu tốt để sản xuất biodiesel. Ngày nay các nhà khoa học đã tìm ra một số loài tảo có thể tinh chế ra dầu như botryococcus sp, chlorella sp, haematococcus pluvialis…..Với việc tìm ra nguồn nguyên liệu mới này đã giải quyết được vấn đề an ninh lương thực và vấn đề ô nhiễm môi trường . I.2 Giới thiệu về vi tảo Vi tảo thường được tìm thấy ở hệ thống nước ngọt và biển. Chúng là những động vật đơn bào, tồn tại riêng lẻ hoặc từng nhóm. Tuỳ thuộc vào từng loài mà chúng có kích thước dao động từ vài micromet. Không giống như thực vật bậc cao vi tảo không có rễ, thân và lá. Cũng như các loài thực vật sống trên trái đất vi tảo có khả năng quang hợp, sản xuất ra khoảng nửa lượng oxi trong khí quyển. Đa dạng sinh học của vi tảo rất lớn và gần như chưa được khai thác, người ta ước tính khoảng 200.000 - 800.000 loài tồn tại và 50.000 loài được mô tả. Ngày nay vi tảo đã được đưa vào nuôi cấy tạo nguyên liệu cho sản xuất như biodiesel, etanol, green diesel, nhiên liệu phản lực sinh học (biojet), hay dùng làm thực phẩm, dược phẩm, phân bón…Trong các chức năng đó ta chú ý đến việc dùng sinh khối vi tảo làm nguyên liệu sản xuất biodiesel. Bảng 2 Năng suất thu hồi sinh khối của các loại cây chứa dầu [1] STT Sinh khối Năng suất(tấn/ha/năm) 1. Đậu nành 1-2,5 2. Cây cải dầu 3 3. Dầu cọ 19 4. Jatropha 7,5-10 5. Vi tảo 14-255 Từ bảng trên ta thấy sinh khối vi tảo thu được rất lớn so với các loại cây khác, đây là tiềm năng quan trọng trong việc sản xuất nhiên liệu sạch. Hoàng Lê An-Hoá dầu k53QN Trang 4 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD:PGS Nguyễn Khánh Diệu Hồng I.2.1 Tiềm năng trữ lượng sinh khối vi tảo Ở Việt Nam, từ năm 2009 chính phủ đã bắt đầu thực hiện chương trình quốc gia về phát triển nhiên liệu sinh học đến hết 2015 và tầm nhìn đến năm 2025. Chương trình gồm một số dự án về xây dựng nhà máy sản xuất etanol sinh học từ sắn, mía do PetroVietnam chủ trì đã được khởi công. Theo kế hoạch công suất thiết kế 365.000 tấn/ năm, có khả năng sản xuất 7,3 triệu tấn xăng E5. Cùng trong năm 2009 chương trình nghiên cứu công nghệ nuôi trồng và sản xuất vi tảo làm nguyên liệu cho sản xuất nhiên liệu sinh học đã được phê duyệt. Chương trình kéo dài 3 năm từ 2009-2011, do Viện công nghệ sinh học, Viện khoa học và công nghệ Việt Nam chủ trì. Cho đến nay, chương trình đã và đang thực hiện các nội dung nghiên cứu sau: * Sàng lọc các chủng(loài) vi tảo (cả nước ngọt lẫn nước mặn) trong tập đoàn giống của Việt Nam có hàm lượng cacbonhydrat cao (làm nguyên liệu cho sản xuất etanol), hoặc giàu lipit và thành phần axit béo cao (phù hợp cho nguyên liệu diesel sinh học). Kết quả cho thấy một số loài vi tảo botryococcus sp, chlorella, tetraselmis, nannochlorpsis…và một số loài tảo tự dưỡng khác là tiềm năng để trở thành nguyên liệu để sản xuất nhiên liệu sạch ở nước ta. * Nuôi trồng và thu hồi sinh khối một số loài tảo lựa chọn được trên qui mô lớn, cả ở hồ và hệ thống bioreactor kín. * Kết hợp sản xuất sinh khối và xử lý nước thải từ các làng nghề truyền thống, hoặc hấp thụ khí thải CO2 từ các nhà máy thuỷ điện. Tối ưu hoá quá trình kết hợp này vừa giảm giá thành sinh khối vừa giải quyết vấn đề môi trường. Sử dụng các sản phẩm được loại ra trong quá trình sản xuất diesel sinh học (như glycerin) làm nguồn cacbon để nuôi trồng các loại vi tảo giàu dinh dưỡng khác làm thức ăn cho động vật nuôi. * Phát triển qui trình chuyển hoá từ sinh khối thành dầu tảo, sau đó thành diesel sinh học. Thành phần axit béo ứng với mỗi loại vi tảo thường khác nhau, dẫn đến qui trình chuyển hoá và chất lượng diesel sinh học tương ứng cũng khác nhau. Tối ưu hoá quá trình chuyển hoá cũng là yêu cầu để giảm giá thành diesel sinh học và năng cao chất lượng của nhiên liệu từ tảo. I.2.2 Nuôi trồng sinh khối vi tảo Giống như thực vật vi tảo sử dụng ánh sáng mặt trời để quang hợp[7]. Quang hợp là một quá trình sinh hoá quan trọng, trong đó thực vật, tảo và một số vi khuẩn chuyển đổi năng lượng của ánh sáng mặt cùng với các chất vô cơ thành các loại đường đơn giản. Có hai phương pháp canh tác chính: Hoàng Lê An-Hoá dầu k53QN Trang 5 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD:PGS Nguyễn Khánh Diệu Hồng * Ao * Lò phản ứng sinh hoc quang a. Ao Trồng tảo trong ao mở đã được nghiên cứu rộng rãi. Ao mở có thể được phân loại vào các vùng nước tự nhiên (hồ, đầm, phá, ao) và các hồ nhân tạo hoặc container. Các hệ thống được sử dụng phổ biến nhất bao gồm các ao lớn nông, xe tăng, ao tròn và ao mương. Một trong những lợi thế chính của ao mở là họ được dễ dàng hơn để xây dựng và hoạt động hơn so với hầu hết các hệ thống kín. Tuy nhiên, hạn chế lớn trong ao mở bao gồm ánh sáng kém sử dụng bởi các tế bào, tổn thất bay hơi, sự khuếch tán của CO 2 vào khí quyển, và yêu cầu của các khu vực đất đai rộng lớn. Các ao tảo được trồng thường là những gì được gọi là "ao mương". Trong các ao, tảo, nước và các chất dinh dưỡng lưu thông xung quanh một đường đua. Với cánh đảo cung cấp các dòng chảy, tảo được giữ lơ lửng trong nước, và được lưu hành trở lại bề mặt trên một tần số thường xuyên. Các ao được thường được giữ nông cạn vì tảo cần phải được tiếp xúc với ánh sáng mặt trời và ánh sáng mặt trời chỉ có thể xâm nhập vào nước ao đến độ sâu hạn chế. Các ao được hoạt động một cách liên tục, với CO 2 và các chất dinh dưỡng được liên tục làm thức ăn cho các ao nuôi, trong khi nước có chứa tảo được lấy ra ở đầu kia. b. Lò phản ứng sinh học quang Học quang là một thiết bị đóng cửa mà cung cấp một môi trường được điều chỉnh và cho phép năng suất cao của tảo. Vì nó là một hệ thống khép kín, tất cả các yêu cầu phát triển của tảo được giới thiệu vào hệ thống và kiểm soát theo yêu cầu. PBRs tạo điều kiện thuận lợi cho kiểm soát tốt hơn về môi trường sống như cung cấp lượng khí carbon dioxide, cung cấp nước, nhiệt độ tối ưu, tiếp xúc hiệu quả với ánh sáng, văn hóa mật độ, độ pH, khí đốt cung cấp tốc độ, chế độ trộn, vv, I.2.3 Các loại vi tảo dùng để sản xuất nguyên liệu sinh học Có rất nhiều loại tảo khác nhau, phụ thuộc vào điều kiện khí hậu, CO 2 và mục đích sử dụng mà chon loại vi tảo cho phù hợp. Bảng 3: Một số vi tảo chứa dầu [8] Vi tảo Botryococcus brauni Hoàng Lê An-Hoá dầu k53QN Thành phần dầu (% Năng suất chất béo thu trọng lượng khô) được. 25 – 75 Trang 6 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Chlorella sp Crypthecodinium cohnii Dunaliella tertiolecta Dunaliella salina Isochrysis sp Monallanthus salina Nannochloropsis Nannochloris sp Neochloris oleoabundans Nannochloropsis oculata Phaeodatylum tricornutum Schizochytrium sp Skeletonema costatum GVHD:PGS Nguyễn Khánh Diệu Hồng 28 – 32 20 – 51,1 42,1 - 16,1- 71 >20 25 – 33 20 – 22 31 – 68 20 – 35 35 – 54 116,0 37,8 60,9 – 76,5 37,6 – 90 60,9 – 76,5 90,0 – 134 22,7 - 29,7 84,0 - 142,0 20 – 30 44,8 50 – 77 13,5 – 51,3 17,4 Từ bảng số liệu này ta thấy vi tảo loại botryococcus sp, dunaliella tertiolecta, schizochytrium sp là những loại vi tảo cho trữ lượng dầu cao. Vì thế các nhà nghiên cứu đã tập trung khai thác những vi tảo này để thu được dầu cho năng suất cao. a.Vi tảo loại Chlorella Cho dầu có màu vàng sậm, năng suất chuyển đổi thành biodiesel là 97% sau 2h phản ứng. Chlorella có nhiều triển vọng phát triển ở Việt Nam, là nguồn sản xuất NLSH ( nguyên liệu sinh học) phong phú không xâm hại an ninh lương thực như các loại cây trồng lấy dầu khác. Nhóm tảo này rất dễ nuôi trồng có thể tồn tại bất cứ nơi nào kể cả vùng hoang hoá, nước mặn hay nước thải, chỉ cần ánh sáng, CO2, nước và dinh dưỡng có thể là phân hoá học hay phân chuồng.Tảo có khả năng làm sạch môi trường nước bị ô nhiễm. Tảo giống thường nuôi trồng trong phòng thí nghiệm, về sau có thể chuyển qua bể hoặc ao để nuôi. Ngoài ra xác tảo khô còn được sử dụng để đốt trực tiếp trong động cơ đốt trong thay thế cho than bụi. Hoàng Lê An-Hoá dầu k53QN Trang 7 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD:PGS Nguyễn Khánh Diệu Hồng Hình1Vi tảo Chlorella Hình2 -Vi tảo H.pluvialis b. Haematococcus pluvialis Phân tích hàm lượng và phân tích chất béo trong vi tảo haematococcus khi tiếp xúc với điều kiện Stress thấy vi tảo này có tiềm năng là nguồn nguyên liệu cho sản xuất biodiesel. Tổng hàm lượng chất béo trong vi tảo này là 15,61% khối lượng khô, nhưng khi cho các tế bào H. pluvialis lần lượt tiếp xúc liên tục với cường độ ánh sáng cao với lượng N2 vừa đủ( điều kiện A-stress) và điều kiện không có N 2 (điều kiện Bstress) thu kết quả tương ứng34,85% KL khô và 32,99KL khô. Thành phần axit béo trong H.pluvialisowr cả hai điều kiện đều có strearic, oleic, linoleic, linolenic và linolelaidic. c. Nannochloropsis oculata Loại tảo này có mật độ nuôi cấy cao chúng được mua từ Algagen LLC (Vero Beach, FL). Chúng được nuôi trong hồ hở, có ánh sáng tự nhiên có độ Ph = 8 và nhiệt độ 29,40 [9] . Với hàm lượng lipip chiếm 31% KL khô hoặc cao hơn sẽ cho được dầu đạt 55-61mg/L/ngày [10] .Vì thế tảo Nannochloropsis là một trong những nguyên liệu để sản xuất biodiesel đạt hiệu quả cao . d. Dunaliella tertiolecta Khả năng phản ứng với môi trường của tảo này rất cao, sống được trong môi trường nước mặn hàm lượng muối >32% từ nước biển thông thường cho đến vùng biển chết. Môi trường nuôi cấy ảnh hưởng sự phát triển và trao đổi chất trong quá trình nuôi tảo. Tiến hành nuôi cấy tảo trong 3 loại đèn khác nhau : đèn đỏ LEDs, đèn LEDs trắng, và đèn huỳnh quang. * Nếu tăng nguồn sáng, mật độ ánh sáng thì ảnh hưởng đến chất lượng sinh khối cũng như tốc độ phát triển của tảo Tertiolecta. * Nguồn sáng và ánh sáng khác nhau cũng không ảnh hưởng đáng kể đến thành phần FAME trong tảo đó. Hoàng Lê An-Hoá dầu k53QN Trang 8 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD:PGS Nguyễn Khánh Diệu Hồng * Metyl linolenic và metyl pamitic là thành phần FAME chính trong D.tertiolecta Hình.3- Nannochloropsis oculata Hình.4- D.tertiolecta đ. Botrycoccus sp [8] Botryococcus là 1 tảo đơn bào, tiết ra hydrocacbon chiếm 75% trọng lượng khô của sinh khối. Trong thí nghiệm, rong ở dưới 2 dạng: một dạng xanh lục, đó là thời kỳ sinh trưởng mạnh; 1 dạng nâu đỏ, đó là thời kỳ nghỉ ngơi. Dạng xanh cho hydrocacbon thường, có mặt ở chuỗi alcadien, có số C từ 25 đến 31. Dạng đỏ cho những botryococcen, đó là những triterpen polymetil, có công thức chung là C nH2n10 (còn botryococcen có công thức là C 34H58). Tỷ lệ hydrocacbon thay dổi trong chu kỳ tăng trưởng ở botryococcus với tỷ lệ cao nhất trong suốt giai đoạn lũy thừa( expoxential stage) và giai đoạn đầu pha dừng của sự tăng trưởng. Sự sản xuất hidrocbon có thể tăng do sự gia tăng photpho trong môi trường sinh trưởng. Hoàng Lê An-Hoá dầu k53QN Trang 9 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD:PGS Nguyễn Khánh Diệu Hồng Hình 5- Ảnh của tảo dưới kính hiển vi [3] Mới đây, các nhà khoa học Mỹ đã xác định được những sinh vật tham gia tích cực nhất vào quá trình hình thành nên dầu mỏ. Cụ thể một nhóm các nhà nghiên cứu dưới sự lãnh đạo của Giáo sư Joe Chappel (Trường đại học Tổng hợp Kentucky) đã phát hiện ra rằng, trong tất cả các mẫu dầu mỏ tự nhiên trên hành tinh chúng ta đều có các đoạn gen của một loại rong tảo cực nhỏ có tên khoa học là Botryococcus braunii. Số lượng các đoạn ADN của loại sinh vật này chiếm vị trí áp đảo trong thành phần dầu mỏ, gấp hàng trăm lần so với các “dấu vết” tương tự của các loại rong tảo và vi khuẩn khác. Nhóm khoa học này còn xác định được, loại rong tảo trên bắt đầu tham gia vào quá trình đặc biệt có ích đối với nhân loại này từ khoảng gần 500 triệu năm trước (vào kỷ Cambri) và vẫn tiếp tục nhiệm vụ của mình cho đến tận ngày nay. Về ứng dụng thương mại, các hydrocacbson do vi tảo sản xuất có thể làm nhiên liệu lỏng bằng cách trích ly trực tiếp những hydrocacbon chuỗi dài (botryococcen). Nếu đầy đủ ánh sáng, CO2 (hoà tan trong nước), và dinh dưỡng, 1ha tảo cho 100 tấn tảo, và mỗi tấn tảo sản xuất được 410 lít diesel sinh học. Nếu lên men yếm khí, thì mỗi tấn tảo sản xuất được 6 MJ khí metanol. Một m3 tảo khô nặng khoảng 448 kg. Tuy nhiên cho đến nay, mật độ tăng trưởng của botryococcus còn chậm khiến cho loài tảo này ít có hiệu quả thương mại. Nhưng lối thoát cũng được giới khoa học nhanh chóng lần ra họ tìm ra những loại gen của rong tảo trên, có thể sản xuất được hidrocacbon. Qua đó, có thể cấy những gen trên lên các sinh vật sinh trưởng nhanh hơn nhiều, chẳng hạn như lên tế bào các loại men.Nghiên cứu ghép gen cho nhiều dầu cũng cho kết quả khả quan. Enzyme Acetyl-CoA carboxylase (ACC) chi phối số lượng lipid tích trữ trong cơ thể vi tảo, và gen chi phối ACC đã được đánh dấu và ghép vào bộ máy di truyền của tảo.Tại Hoa Kỳ có dự án dẫn ống khí thải CO2 từ nhà máy nhiệt điện đốt than đá đến hồ canh tác tảo để tái tạo carbon sinh học, thay vì thải CO2 vào khí quyển làm gia tăng nhiệt độ hoàn cầu. I.2.4 Các đặc tính của vi tảo Botryococcus Những chủng vi tảo B. braunii này phát triển tốt ở nhiệt độ gần 15-35 0C ở ngoài trời.Với những sự khác nhau về bioreactor, thời gian tiêm các chất dinh dưỡng và các phương pháp sục khí ta thấy tốc độ tăng trưởng hằng ngày khác nhau, cụ thể là từ 0,033-0,086. Kết quả báo cáo rằng tỷ lệ tăng trưởng hằng ngày của tảo được 0,07 ngay cả khi mật độ của nó đạt 3,5g/l.Về liên quan đến sục khí ta thấy rằng nồng độ CO2 khoảng 1% thì thuận lợi cho sự phát triển của tảo hơn cả. [8] Hoàng Lê An-Hoá dầu k53QN Trang 10 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD:PGS Nguyễn Khánh Diệu Hồng Trong hầu hết các trường hợp, thành phần hydrocacbon trong dầu chiếm tối đa 45% tổng lượng khô của sinh khối tảo và độ tinh khiết của hydrocacbon trierpenic, chẳng hạn như C34H58 là rất cao, nhiều hơn 95% trọng lượng khô của nó. Nhiệt trị của hydrocacbon là khoảng 43-46 MJ/KG. Sau khi khai thác các thành phần dầu, cặn rắn bỏ lại phía sau, những cặn này chiếm khoảng 50% trọng lượng khô. Mặc dù đã không phân tích các thành phần chi tiết nhưng hầu hết các thành phần của các cặn rắn được ước tính hợp lí bằng các chất hữu cơ bởi vì trên 98% tổng trọng lượng khô của tảo được tạo thành từ các hợp chất hữu cơ. Nhiệt trị của thành phần rắn đã được quan sát thực nghiệm và được tìm thấy là 31-31MJ/kg với 3% độ ẩm, cao hơn so với than antraxit.Các đặc điểm, tính chất của B. braunii và hydrocacbon của nó được thể hiện trong bảng : Bảng 4: Đặc tính và tính chất nhiên liệu của Botryococcus. Tính chất nhiên liệu của các nguyên liệu dầu hydrocacbon tiêu chuẩn. Danh mục B. branunii Tốc độ tăng trưởng đặc biệt tạị 3,5 g/L sinh khối Khoảng nhiệt độ Chất hữu cơ Hàm lượng dầu Dầu tinh khiết Dầu cặn Hydrocacbon C34H58 từ B. braunii Tỷ trọng Sức căng bề mặt Độ nhớt Kinetic Hydrocacbon C30H50 Tỷ trọng Sức căng bề mặt Độ nhớt Kinetic Dầu nhẹ Tỷ trọng Sức căng bề mặt Độ nhớt Kinetic Dầu nặng Tỷ trọng Sức căng bề mặt Độ nhớt Kinetic Hoàng Lê An-Hoá dầu k53QN Tính chất Đơn vị 0,07 15-30 98 45 C34H58 90% 50 /day 0 C % % % % 0,875 29,7 5,80 E 103 kg/m3 103 N/m m2/s 0,852 32,9 1,50E 103 kg/m3 103 N/m m2/s 0,862 28,2 1,50E 103 kg/m3 103 N/m m2/s 0,983 32 1,50E 103 kg/m3 103 N/m m2/s Trang 11 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD:PGS Nguyễn Khánh Diệu Hồng I.3 Quá trình chiết tách dầu vi tảo từ sinh khối vi tảo. I.3.1 Phương pháp ép dầu cơ khí: Đây là phương pháp tách đơn giản nhất có thể tách ra một lượng lớn (70-75%) dầu trong tảo. Qui trình tách tách dầu trong tảo bằng phương pháp ép gồm có hai công đoạn [11].Công đoạn tách nước và công đoạn ép tách dầu. a. Tách nước Dạng huyền phù của vi tảo ở trong nước rất khó bị phá vỡ cấu trúc, do tế bào của vi tảo có tính đàn hồi cao. Mặc dù tảo đã được tách các phân tử nước tự do, nhưng trong các khe tế bào vẫn chứa một lượng nước nhỏ có tác dụng như bôi trơn. Do đó muốn tách được dầu ra khỏi tảo bằng phương pháp ép cơ khí, thì cần phải sấy khô tảo trước khi đưa vào máy ép. Quá trình tách nước từ vi tảo thường rất tốn năng lượng, đây cũng là một nhược điểm của quá trình ép dầu bằng cơ khí. Ngày nay có nhiều hãng đã nghiên cứu và đưa ra công nghệ mới nhằm tiết kiệm năng lượng hơn. b.Ép tách dầu Tảo khô qua công đoạn tách nước được đưa vào máy ép, dầu thu được tinh chế để sản xuất biodiesel, phần bả còn lại vẫn chứa một lượng dầu nhất định, có thể được dùng để sản xuất ra các phụ phẩm, hoặc thức ăn cho động vật. Ngày nay có một số nhà máy sử dụng với kết hợp với phương pháp trích ly bằng dung môi để tách lượng dầu còn lại ra khỏi bã ép ( hiệu quả kết hợp hai phương pháp lên đến 95% ) [14]. Để ép dầu người ta sử dụng máy ép. Có nhiều loại máy ép: máy ép kiểu vít, expeller, máy ép chuyển động tịnh tiến sử dụng piston… Do đó, tuỳ cấu trúc của từng loại tảo mà sử dụng máy ép cho phù hợp. Sơ đồ máy ép kiểu vít có dạng như sau: Hình 6- Máy ép dầu screw [15,16]. Hoàng Lê An-Hoá dầu k53QN Trang 12 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD:PGS Nguyễn Khánh Diệu Hồng Nguyên tắc hoạt động của máy ép dầu kiểu vít: Máy này sử dụng ma sát và áp lực liên tục từ các ổ đĩa ốc vít để di chuyển và ép nguyên liệu. Dầu ép được thẩm thấu qua lưới có kích thướt lỗ đủ nhỏ để không cho phần bã đi qua. Dầu sau đó được thu lại và đem tinh chế để sản xuất biodiesel, phần bã còn lại được ép thành bánh đưa ra ngoài. Trong quá trình ép nhiệt sinh ra có thể đạt 60-99 0có thể ảnh hưởng đến chất lượng dầu ép được, nên có một số nhà máy sử dụng thiết bị làm mát để cải thiện nhược điểm này. Phương pháp ép có thể tách được khoảng 7075% lượng dầu trong tảo [15,16]. Tuy nhiên phương pháp này tiêu tốn nhiều năng lượng, máy móc công kềnh , hiệu quả chiết tách dầu không cao. Ngày nay phương pháp này thường được sử dụng kết hợp với phương pháp trích ly dầu bằng dung môi để tách triệt để dầu ra khỏi nguyên liệu (có thể thu được tới 95% dầu trong nguyên liệu ). I.3.2 Phương pháp trích ly I.3.2.1 Phương pháp trích ly siêu âm Siêu âm là âm thanh có tần suất nằm ngoài ngưỡng nghe của con người, song siêu âm được chia là hai vùng: - Vùng có tần số cao (5-10MHz) thường được ứng dụng trong y học để chuẩn đoán bệnh. - Vùng có tần số thấp hơn (20-100kHz) thường được ứng dụng trong kích hoạt phản ứng hoá học, hàn chất dẻo, chất tẩy rửa, cất gọt, và phá vỡ tế bào. Các thiết bị siêu âm hiện nay chủ yếu gồm hai dạng: Bồn siêu âm (40kHz) Thanh siêu âm ( 20kHz) Bồn thùng làm bằng inox, bên dưới đáy bồn có bộ phận phát ra siêu âm. Một số bồn có trang bị thêm bộ phận gia nhiệt nhưng không cho phép tăng nhiệt độ lên cao. Bồn siêu âm có ưa điểm là phân bố nhiệt độ đồng đều, thuận tiện thao tác và dễ dàng sử dụng. Công nghệ siêu âm tăng sự chiết suất dầu từ các tế bào tảo và làm quá trình chuyển biến thành biodiesel nhanh hơn. So sánh với các nguyên liệu truyền thống (các loại dầu cải..) thì hàm lượng dầu thu từ tảo/hecta cao hơn. Đặc biệt, loại tảo diatom, các loại tảo xanh đã được chứng minh có hàm lượng dầu dùng làm biodiesel rất cao [16]. Khi áp dụng âm thanh vào trong chất lỏng, các sóng âm thanh sẽ được tạo Hoàng Lê An-Hoá dầu k53QN Trang 13 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD:PGS Nguyễn Khánh Diệu Hồng thành và di chuyển trong nước, thay đổi đều từ áp suất cao đến áp suất thấp. Giai đoạn áp suất thấp, trong nước hình thành các bọt chân không chứa nhiều năng lượng. Khi bọt chân không đủ lớn chúng sẽ bùng nổ vào bên trong trong giai đoạn áp suất cao. Môi truờng chất lỏng bọt được hình thành ở nửa chu kỳ đầu và bọt vỡ ra ở nửa chu kỳ sau, giải phóng một năng lượng rất lớn.[16]. Khi nổ các lực có năng lượng sẽ được giải phóng và sẽ tạo ra các khoảng không bị ép. Năng lượng này được sử dụng để phá vỡ tế bào vi tảo một cách hiệu quả. Tại vùng bị phát nổ sẽ hình thành áp suất cao, các lực ép sẽ làm vỡ tế bào và tạo điều kiện trao đổi chất dể dàng hơn. Hiệu ứng này hỗ trợ sự chiết suất chất lipid của tảo được dễ dàng hơn. Giai đoạn áp suất cao siêu âm hỗ trợ quá trình phân tán dung dịch như hexan trong các tế bào . Lực được tạo thành phá vỡ tế bào và tạo điều kiện hoà trộn cho lipid với dung dịch. Khi chất béo hoà tan trong hexan, người ta có thể loại tế bào ra ngoài , tách hexan ra khỏi chất béo qua quá trình bốc hơi. I.3.2.2 Phương pháp trích ly dùng dung môi hoá học Trọng tâm của phương pháp này là kết hợp việc dùng dung môi với khuấy từ để tách dầu từ sinh khối vi tảo. Phương pháp trích ly dùng dung môi hoá học có hai phương pháp hoá học thường sử dụng: [17]. - Trích ly gián đoạn dùng dung môi hexan, dimity ete, butanol,dung môi HIP, (hexan/isopropan = 3/2 ), hexan/etanol, … - Trích ly liên tục sohlet. a. Dung dịch hỗn hợp cloroform + methanol Tỷ lệ cloroform/methanol =2/1 là hỗn hợp có năng suất lipip lớn nhất trong các dung môi thường dùng để trích ly lipip từ dầu vi tảo. Hỗn hợp dung môi này có hiệu quả cao như vậy vì có thể dễ dàng phá vỡ màng tế bào chất, có độ phân cực cao, có độ tương tác mạnh với các liên kết hydro của lipip với protein, và nó lôi kéo lipip từ vi tảo vào trong lòng dung môi. Ngoài ra những dung môi có độ phân cực kém hơn thì không chỉ thu được ít lipip hơn mà còn có lẫn nhiều tạp chất non-lipip khác. Nhưng do cả hai chất chloroform, methanol là những chất độc hại với người và môi trường nên những năm gần đây hỗn hợp dung môi này đã được thay thế bởi những dung môi khác ít độc hại hơn. b. Dung môi hexan và hỗn hợp hexan + rượi Hiện nay các tảo được thu về vắt ráo nước rồi phơi khô dưới ánh sáng mặt trời và cuối cùng được tán thành bột. Các công đoạn trên không phá huỷ được tế bào. Do đó, phải dùng dung môi hữu cơ để phá vỡ bức tường này, sau đó mới có Hoàng Lê An-Hoá dầu k53QN Trang 14 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD:PGS Nguyễn Khánh Diệu Hồng thể chiết suất được dầu. [18]. Qui trình sản xuất thích hợp này tốn rất nhiều năng lượng. Vì vậy sau khi tảo được tách bằng phương pháp cơ học xong thì phần bã còn lại được trộn với hexan để tách phần dầu còn lại. Dầu hoà tan trong hexan còn bã được lọc ra khỏi dung dịch. Dầu được tách ra khỏi hexan bằng chưng cất. Hai giai đoạn (ép lạnh và dùng dung môi hexan) được thực hiện đồng thời và ước tính thu được 95% dầu trong tảo [17]. Dung môi hexan khi dùng trích ly dầu tảo thì không độc hại như chloroform, mà còn cho hiệu quả quá trình trích ly cao hơn [19]. Ngoài ra để tăng hiệu suất tách dầu người ta thường dùng hỗn hợp hexan với rượi etanol, isopropanol hoặc butanol. Hiệu suất tách dầu tăng được tác giả [19] giải thích như sau: do phần tử lipip liên kết với phân tử protein trong màng tế bào bằng liên kết hydro, hoặc bằng lực hút tĩnh điện nên phải có sự xuất hiện của dung môi phân cực để phá vỡ liên kết phức tạp giữa lipip và protein này trước khi hấp thụ bởi dung môi hexan. Thêm vào đó tryglycerit cũng không mang điện nhưng hình thành ở dạng mixen bền vững ngăn cảng khả năng hấp thụ của hexan nên cần phải có phân tử rượi thúc đẩy nhanh phá vỡ cấu trúc mixen này. c. Dung môi dimetyl ete (DME) Phương pháp mới của CRIEPI dựa trên việc sử dụng dimetyl ete có đặc tính dễ liên kết với các phân tử dầu trong nước. Hợp chất này có thể thẩm thấu qua màng tế bào (vốn được tạo nên phần tử từ nước ) để liên kết với các phần tử dầu. d. Trích ly Soxhlet Đây là phương pháp cổ điển dùng để trích ly các chất dinh dưỡng từ sinh khối, bằng việc chọn dung môi phù hợp, kết hợp với việc gia nhiệt và khuấy trộn. Phương pháp Soxhlet đã được sử dụng trong một thời gian dài nên phương pháp đã được chuẩn hoá và là phương pháp hiệu quả trong trích ly các hợp chất thông thường ngoại trừ các chất dễ phân huỷ nhiệt. Nguyên liệu được điền đầy trong ống chứa nguyên liệu. Dung môi đựng trong bình cầu ở dưới, và được gia nhiệt để bay hơi dung môi, hơi dung môi theo ống dẫn bên phải lên sinh hàn phía trên và được ngưng tụ để chảy vào ống chứa nguyên liệu. Dung môi được điền đầy trong ống chứa nguyên liệu đến vạch qui định sau đó mới cuốn theo các phần tử cần tách, chảy ngược trở lại vào bình cầu, cứ như thế đến khi trích ly hoàn toàn. Sau đó dung môi trong bình cầu được thu hồi băng nước cất. Tuỳ theo mục đích chất cần trích ly mà lựa chọn dung môi cho phù hợp. Với dung môi khác nhau thì sẽ cho hiệu quả khác nhau. Với mục đích là lấy dầu ăn từ Hoàng Lê An-Hoá dầu k53QN Trang 15 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD:PGS Nguyễn Khánh Diệu Hồng cây lấy dầu thì dùng dung môi là hexan là phù hợp nhất. Vì nó là dung môi có khả năng hoà tan tốt các chất dầu, ngoài ra khả năng thu hồi lại hiệu quả do nó có nhiệt độ sôi khá thấp nằm trong khoảng 63-690C . Tuy nhiên hexan là một trong 189 hoá chất gây ô nhiễm môi trường không khí nghiêm trọng. Chính vì thế mà các dung môi thân thiên với môi trường, an toàn không gây độc hại đang được nghiên cứu và ứng dụng như isopropanol, etanol.. Nhưng các dung môi thay thế gặp một vấn đề lớn là khả năng thu hồi và giá thành lại đắt hơn so với hexan. Phương pháp trích ly soxhlet cũng phụ thuộc nhiều vào kích thước nguyên liệu. Ví dụ như quá trình trích ly chất béo từ hạt dầu sẽ đạt hiệu suất trích ly 99% trong 2h nếu kích thướt hạt nguyên liệu 0,4mm, nhưng sẽ mất 12h để đạt được hiệu suất tương tự với kích thướt hạt nguyên liệu là 2.0mm. *Nhược điểm của quá trình trích ly soxhlet: Thời gian trích ly dài Sử dụng dung môi lớn Không thể khuấy trộn để thúc đẩy quá trình Một lượng lớn dung môi cũng tức là yêu cầu một lượng lớn năng lượng để chưng thu hồi dung môi, lấy sản phẩm. Những chất phân huỷ nhiệt ở nhiệt độ sôi của dung môi thì không thể sử dụng phương pháp thông thường này. Một lượng lớn dung môi cùng với thời gian trích ly dài cũng là những hạn chế của phương pháp này. *Ưu điểm của phương pháp này: Đây là phương pháp đơn giản rẻ tiền. Nguyên liệu luôn luôn được tiếp xúc với dung môi mới do quá trình bay hơi, tuần hoàn liên tục, tăng hiệu quả quá trình. Giữ được nhiệt độ tương đối cao cho quá trình trích ly. Không cần giai đoạn lọc qua khi kết thúc quá trình. Nhờ những ưa điểm đó mà phương pháp soxhlet vẫn được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp. I.3.2.3 Phương pháp trích ly dùng CO2 siêu tới hạn. Hoàng Lê An-Hoá dầu k53QN Trang 16 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD:PGS Nguyễn Khánh Diệu Hồng Phương pháp này có hiệu quả tách dầu cao từ phương pháp siêu truyền thống khác. Do đó sản phẩm thu có nồng độ và độ tinh khiết cao hơn. Hầu như phương pháp này trích ly được 100% dầu. Hình 7- Mô hình chiết tách vi tảo sử dụng CO2 siêu tới hạn. [24]. Chiết tách siêu tới hạn là phân tách một hay một số chất từ hỗn hợp nguyên liệu bằng cách sử dụng chất lỏng CO 2 siêu tới hạn ở điều kiện nhiệt độ và áp suất cao hơn điểm tới hạn [20,21].Khi ở trạng thái này CO2 siêu tới hạn có đặc tính về độ tan tương tự như một chất lỏng. Đồng thới có khả năng khuếch tán và độ nhớt gần như một chất khí, nhờ vậy chúng có khả năng khuếch tán và hoà tan trong nguyên liệu. Gore (1861) là người đầu tiên phát hiện ra khả năng hoà tan tốt của naphtalen và camphỏ trong CO2 ở trạng thái siêu tới hạn. Andrews (1875) đã nghiên cứu đặc tính của CO2 siêu tới hạn. Tuy nhiên từ đầu năm 1970, công nghệ chiết tách các hợp chất tự nhiên bằng CO 2 siêu tới hạn mới được ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm, mỹ phẩm , dược phẩm: như chiết tách cafein trong cà phê và chè xanh, chiết xuất dầu vừng đen, chiết xuất polyphenol từ chè xanh, loại bỏ cholesterol trong thực phẩm… I.3.2.4 Phương pháp trích ly dùng ezyme Theo tác giả [13] đối với việc trích ly dùng dầu tảo, nếu trích ly dùng enzym có thể cải thiện tỉ lệ tinh dầu chiết xuất và sản xuất protein hiệu quả. Hơn nửa điều kiện hoạt động của enzyme rất thân thiện với môi trường. Áp dụng phương pháp chiết xuất bằng enzyme, thì lực áp siêu âm có thể hổ trợ cho enzyme thâm nhập vào tế bào một cách dễ dàng. Qua đó, giải pháp này sẽ giúp cho ra kết quả tốt hơn và Hoàng Lê An-Hoá dầu k53QN Trang 17 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD:PGS Nguyễn Khánh Diệu Hồng đóng vai trò hoà tan như các dung dịch khác trong khi enzyme phân huỷ thành tế bào. I.3.2.4 Phương pháp Single-Step Extraction Phương pháp này dựa trên cơ sở của quá trình phân tách chất lỏng, kết hợp với việc sử dụng xung điện từ và điều chỉnh độ pH ( bằng điều chỉnh nồng độ khí CO2)trong môi trường dung môi để phá vỡ thành tế bào, giải phóng dầu. Với quá trình tách này hiệu suất tách sẽ đạt 97%. Ưu điểm của phương pháp này là không sử dụng dung môi hoá học, máy móc cồng kềnh,và cũng không yêu cầu loại nước trong quá trình tách dầu. Năng lượng dùng để phân tách dầu, nước và biomas ít hơn so với các phương pháp khác. I.3.2.5 Sử dụng công nghệ nano Công ty Catilin và trường đại học Lowa State- center for Catalysis (ISUCCAT), thành viên của National Advanced Biofuels and Bioproducts( NAABB), sẽ tiên phong phát triển công nghệ tách dầu vi tảo sử dụng hạt nano có kích thước mao quản trung bình có chọn lọc và cô lập những thành phần hợp chất có giá trị kinh tế cao trong hỗn hợp lipip của tảo. I.3.2.6 Hệ thống tách dầu liên tục Cavition Technollogies Inc đang phát triển công nghệ mới cho phép tách dầu từ tảo dựa trên cơ sở tạo ra trạng thái sủi bong bong của dung môi. Thiết bị CTI’s Nano có khả năng tạo bong bong trong dung môi, khi những bong bóng này vỡ bên cạnh thành tế bào sẽ gây ra các sóng va đập và các tia lỏng phá vỡ thành tế bào, giải phóng dầu vào trong dung môi. Hoàng Lê An-Hoá dầu k53QN Trang 18 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD:PGS Nguyễn Khánh Diệu Hồng CHƯƠNG II: BIODIESEL II.1 Khái quát chung về biodiesel II.1.1 Khái niệm về biodiesel Biodiesel đã manh nha từ rất sớm năm 1853 nhờ công trình nghiên cứu của E.Dufy và J.Patrick về chuyển hoá este của dầu thực vật, nhưng BD chỉ chính thức được ghi nhận vào ngày 10/08/1893, ngày của kĩ sư người Đức Rudolf Christian Karl Diesel cho ra mắt động cơ diesel chạy bằng dầu lạc, sau đó ngày 10/08 được chọn là ngày BD quốc tế ( international BD Day). Đến năm 1907 Herry Ford, người sáng lập công ty đa quốc gia Ford Motor Company, cho ra đời chiếc xe etanol. Nhưng do xăng dầu có nguồn gốc từ nguyên liệu hoá thạch có giá rẻ hơn nên nhiên liệu sinh học chưa được coi trọng. Nhưng trong thời gian gần đây do giá xăng dầu tăng nhanh, nguy cơ cạn kiệt nhiên liệu hoá thạch đe doạ và yêu cầu bức thiết về chống biến đổi khí hậu toàn cầu mà nhiên liệu sinh học trở thành một nhu cầu cần thiết của nhân loại, nhất là khi các công nghệ biến đổi gen góp phần làm tăng đội biến sản lượng một số sản phẩm nông nghiệp. Tóm lại, có thể hiểu một cách tổng quát diesel là một loại nguyên liệu bất kỳ dùng cho động cơ Diesel. Dựa theo nguồn gốc, có thể chia Diesel thành 2 loại: - Dầu diesel ( thương gọc tắt là Diesel) là 1 loại nhiên liệu lỏng thu được khi cưng cất dầu mỏ ở phân đoạn có nhiệt độ từ 1750 – 3700, thành phần chủ yếu là hydrocacbon từ C16-C21. - Biodiesel: có nguồn gốc từ dầu thực vật ( cỏ, tảo, cây jatropha, cây cao su…) hay mỡ động vật. Các loại dầu mỡ động thực vật, dầu mỡ thải tuy rằng có thể cháy ở điều kiện thường, nhưng vì có độ nhớt cao, một số loại có chỉ số axit lớn nên chúng không thể dùng trực tiếp cho các động cơ mà chúng cần phải được chuyển thành Monoankyl- este rồi mới đem đi sử dụng. Theo phương diện hoá học, BD là metyl este của những axit béo (trong đó thành phần tạo năng lượng chủ yếu là gốc hydrocacbon). II.1.2 Tại sao phải sử dụng biodiesel - Dân số thế giới ngày càng tăng nhanh, áp lực về năng lượng và môi trường càng lớn. Trữ lượng dầu mỏ ngày càng giảm dần, do đó nhu cầu đặt ra là cần tìm nguồn năng lượng thay thế. Đó là năng lượng hạt nhân, năng lưọng gió , năng lượng mặt trời, sóng biển, năng lưọng nhiệt trong lòng đất. Tất cả nguồn năng lượng đó đang được nghiên cứu ứng dụng nhưng vấn đề an toàn khi sản xuất và giá thành của nó còn cao nên việc ứng dụng đại trà của nó còn gặp khó khăn. - Một nguồn năng lượng mới từ biomass đang được chú ý và có nhiều triển Hoàng Lê An-Hoá dầu k53QN Trang 19 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD:PGS Nguyễn Khánh Diệu Hồng vọng, vì tính hiện thực cũng như khả năng tái sinh và phù hợp với sinh thái của nó. - Etanol đi từ đường mía cũng, tinh bột cũng sẽ là một dạng nhiên liệu sinh học có triển vọng. - Dầu mỡ động thực vật cũng là một dạng nguyên liệu để tạo ra nguyên liệu không chỉ tạo ra các hợp chất hữu cơ, cơ bản mà còn tạo ra nguyên liệu để sản xuất ra nhiên liệu cho động cơ đốt trong tương tự như dầu DO hay FO như của dầu mỏ. Đó chính là Biodiesel. Dự báo nguồn nguyên liệu này sẽ chiếm 15-20% trong tổng nhu cầu nhiên liệu của thế giới trong vòng 50 năm tới. - Biodiesel không chỉ là nhiên liệu sinh học, mà kèm theo đó là trồng cây có dầu để phủ xanh đất trống đồi trọc, chống xói mòn đất, tăng lượng oxy khí quyển, giảm khí CO2, xoá đói giảm nghèo cho vùng trung du miền núi. Ngoài ra trong quá trình tổng hợp biodiesel thu đựoc một số sản phẩm khác có giá trị kinh tế cao như glycerin, đạm từ bả và các chất hoạt tính sinh học khác như saponin, photpholipit, gluxit.. II.1.3 Ưu nhược điểm của BD so với diesel truyền thống * Ưu điểm: - Trị số xetan cao: Trị số xetan là một đơn vị đo khả năng tự bốc cháy của nhiên liệu diesel. Trị số xetan cao thì sự mồi lửa và sự cháy càng tốt, động cơ chạy đều đặn hơn. Nhiên liệu diesel có trị số xetan từ 50 đến 52 và 53 đến 54 đối với động cơ cao tốc. Biodiesel là các alkyl este mạch thẳng do vậy nhiên liệu này trị số xetan cao hơn diesel truyền thống, bidiesel có trị số xetan từ 56-58. Với trị số xetan như vậy, biodiesel hoàn toàn có thể đáp ứng yêu cầu của những động cơ đòi hỏi trị số xetan cao mà không cần pha thêm phụ gia. [26] - Hàm lượng lưu huỳnh thấp: Trong biodiesel có hàm luợng lưu huỳnh thấp cỡ 0,001%. Đặc tính này của biodiesel rất tốt cho quá trình sử dụng nhiên liệu, vì nó làm giảm đáng kể khí SOX gây ăn mòn thiết bị và gây ô nhiễm môi trường. - Quá trình cháy sạch : Do trong nhiên liệu chứa 11,5% oxy nên quá trình cháy của nhiên liệu xảy ra hoàn toàn. Vì vậy với những động cơ sử dụng nhiên liệu biodiesel thì sự tạo muội, đóng cặn trong động cơ giảm đáng kể. - Khả năng bôi trơn cao nên giảm mài mòn: Biodiesel có khả năng bôi trơn rất tốt. Các cuộc kiểm tra đã chỉ ra rằng, bidiesel có khả năng bôi trơn tốt hơn diesel khoáng. Khả năng bôi trơn của nhiên liệu đặt trưng bởi giá trị HFRR , nói chung giá trị HERR càng thấp thì khả năng bôi trơn càng tốt. Diesel đã xử lý lưu Hoàng Lê An-Hoá dầu k53QN Trang 20
- Xem thêm -