Phân tích glyceron trong biodiesel

PHÂN TÍCH GLYCERON TRONG BIODIESEL
M C L CỤ Ụ
PHÂN TÍCH GLYCERON TRONG BIODIESEL
1.TỔNG QUAN VỀ BIODIESEL
1.1Năng lượng không tái sinh
Nguồn năng lượng không tái sinh là những nguồn năng lượng thiên nhiên mà con
người không có khả năng can thiệp vào sự hình thành cũng như quá trình tích lũy.
Đó là dạng năng lượng không thể phục hồi, không thể tái tạo hay không thể tái sử
dụng. Tuy nhiên dạng năng lượng này được sử dụng trên phạm vi rộng lớn khắp
toàn cầu, và cho thấy rằng không thể đáp ứng nhu cầu sử dụng của con người trong
tương lai.
Năng lượng không tái sinh đươc chia thành 2 dạng : năng lượng hóa thạch và năng
lượng hạt nhân
- Năng lượng hóa thạch : là dạng năng lượng được hình thành trên các quá
trình địa chất dài hang triệu năm xảy ra đối với xác động thực vật, như một
dạng hóa thạch bao gồm : than đá, dầu mỏ và khí thiên nhiên. Do quá trình
hình thành lâu dài như vậy, nên khi bị con người khai thác hết sẽ không có
khả năng phục hồi lại được.
Một trong những nhiên liệu hóa thạch ngày càng được sử dụng rộng rãi là
diesel
Diesel là một loại nhiên liệu lỏng, là sản phẩm thuộc phân đoạn nhẹ của quá
trình chưng cất trực tiếp dầu mỏ với khoảng nhiệt độ sôi ở áp suất khí quyển
từ 250
0
C đến 350
0
C ( cao hơn dầu hỏa và xăng ) bao gồm các hidrocacbon
khác nhau từ C14 đến C20. Nhiên liệu diesel được sử dụng chủ yếu cho
động cơ diesel và một phần được sử dụng cho các tuabin cơ khí.
PHÂN TÍCH GLYCERON TRONG BIODIESEL
- Năng lượng hạt nhân : là dạng năng lượng được hình thành do khả năng

phóng xạ của một vài nguyên tố. Có 2 kiểu phản ứng hình thành nên năng
lượng hạt nhân, đó là phản ứng phân hạch và phản ứng nhiệt hạch.
1.1.1 Năng lượng tái sinh
Năng lượng tái sinh là dạng năng lượng thu được từ các nguồn mà con người xem
như là vô hạn. Sự vô hạn ở đây ngoài ý nghĩa nhiều đến mức không thể cạn kiệt,
nên hiểu theo ý nghĩa rộng hơn đó là khả năng tái tạo trong một thời gian ngắn và
liên tục.
Dạng năng lượng này gồm :
- Năng lượng mặt trời
- Năng lượng gió
- Năng lượng sóng
- Năng lượng thủy triều
- Năng lượng địa nhiệt
- Năng lượng sinh khối
PHÂN TÍCH GLYCERON TRONG BIODIESEL
Nguồn năng lượng tái sinh đang được sử dụng nhiều nhất hiện nay là thủy
năng. Song, nguồn năng lượng sinh khối cũng là một trong những nguồn con
người khai thác và sử dụng hiệu quả. Sinh khối được xem là nguồn năng
lượng lớn thứ tư, ước tính chiếm khoảng 14%- 15% tổng năng lượng tiêu thụ
trên toàn thế giới. Ở các nước đang phát triển, sinh khối thường là nguồn
năng lượng lớn nhất, trung bình đóng góp khoảng 35% trong tổng cung cấp
năng lượng. Vì vậy, trong chiến lược sử dụng các nguồn năng lượng một
cách hiệu quả thì năng lượng sinh khối luôn được xem là ưu tiên hang đầu
và mang tính quyết định trong việc đáp ứng nhu cầu năng lượng của thế giới
trong tương lai.
Hiện nay, theo thuật ngữ về nhiên liệu, thì sinh khối ( biomass ) được xem là
nhiên liệu ở dạng rắn, nhiên liệu sinh học ( biofuel) là những nguyên liệu
dưới dạng lỏng thu nhận từ nhiên liệu sinh khối và khí sinh họ ( biogas ) là
sản phẩm của quá trinh phân giải yếm khí các chật hữu cơ.
Hai dạng nhiên liệu sinh học phổ biến nhất là biodiesel và bio-ethanol, là 2

dạng nhiên liệu tương ứng có thể thay thế cho diesel và gasoline mà không
cần phải cải tiến hoặc không cần cải tiến động cơ các phương tiện giao thông
PHÂN TÍCH GLYCERON TRONG BIODIESEL
cũng như máy móc sản xuất. Chúng được sản xuất chủ yếu từ sinh khối hay
các nguồn năng lượng tái sinh khác và góp phần giảm thiểu khí thải từ việc
đốt cháy nhiên liệu so với nhiên liệu hóa thạch tính trên cùng đơn vị hiệu
suất.
- Định nghĩa Biodiesel:
Biodiesel là hỗn hợp các alkyl monoesters thu nhận từ quá trình chuyển vị
ester dầu thực vật và mỡ động va65tcho nên biodiesel có khả năng thay thế
cho diesel từ dầu mỏ.
1.2Tầm quan trọng của Biodiesel và khả năng thay thế cho nguồn nhiên liệu
hóa thạch.
1.1.2 Ưu điểm
1. Đối với môi trường:
Nhiên liệu sinh học có nguồn gốc từ thực vật không đóng góp vào quá trình phát
thải CO2 - khí nhà kính. Hơn nữa, sự cân bằng trong phát thải CO2 đối với
biodiesel còn thể hiện qua chu trình khép kín: biodiesel sau khi sử dụng sẽ thải khí
CO2, cây trồng hấp thụ khí CO2 cùng với năng lượng mặt trời lại phát triển, tạo ra
nguồn nguyên liệu cho sản xuất nhiên biodiesel.
Ở phạm vi toàn cầu, khí thải ôtô chiếm gần 20% tổng khí thải gây hiệu ứng nhà
kính phát tán ra từ các quá trình liên quan tới năng lượng. Cả ethanol và biodiesel
đều bảo đảm giảm đáng kể phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính. Kết quả các công
trình nghiên cứu cho thấy biodiesel giảm tới 70% so với dầu diesel. Hàm lượng các
khí thải độc hại khác như CO, NOx, SOx, hydrocarbon đều giảm đi đáng kể khi sử
dụng nhiên liệu sinh học.
Ngoài ra, nhiên liệu sinh học còn có khả năng phân hủy sinh học nhanh, ít gây ô
nhiễm nguồn nước và đất.
2. Sản xuất và ứng dụng biodiescl:
Sản xuất và sử dụng biodiesel tương đối đơn giản hơn so với các dạng nhiên liệu

mới khác như hydro, pin nhiên liệu, LPG; không đòi hỏi phải sử dụng những thiết
bị và công nghệ đắt tiền. Công nghệ sản xuất biodiesel không phức tạp, có thể sản
xuất ở quy mô nhỏ (hộ gia đình) đến quy mô lớn.
Việc sử dụng nhiên liệu sinh học cũng sẽ nâng cao ý thức tiết kiệm năng lượng cho
cộng đồng do nhận thức về nguồn nhiên liệu có nguồn gốc từ thực phẩm.
3. Phát triển kinh tế nông nghiệp:
Thông qua nguyên liệu đầu vào của các nhà máy là sản phẩm nông nghiệp, do đó
việc sản xuất biodiesel có thể kích thích sản xuất nông nghiệp và mở rộng thị
trường cho sản phẩm nông nghiệp trong nước. Việc sản xuất biodiesel từ một số
cây trồng như dừa, lạc mở ra cơ hội thị trường sản phẩm mới cho nông dân với
tiềm năng tăng thu nhập hoặc tăng năng lực sản xuất của đất canh tác hiện có, tận
dụng các vùng đất hoang hóa và tạo thêm công ăn việc làm cho người dân. Chính
PHÂN TÍCH GLYCERON TRONG BIODIESEL
sách phát triển nguồn nguyên liệu cho sản xuất nhiên liệu sinh học phù hợp cũng sẽ
tạo ra sự đa dạng môi trường sinh học với các chủng loại thực vật mới. Bên cạnh
đó, việc tận dụng các nguồn phụ, phế phẩm nông nghiệp để sản xuất biodiesel giúp
bảo đảm không ảnh hưởng đến an ninh lương thực khi phát triển nhiên liệu sinh
học, đồng thời nâng cao giá trị của sản phẩm nông nghiệp.
4. Bảo đảm an ninh năng lượng:
Phát triển nhiên liệu sinh học giúp các quốc gia chủ động, không bị lệ thuộc vào
vấn đề nhập khẩu nhiên liệu, đặc biệt đối với những quốc gia không có nguồn dầu
mỏ và than đá; đồng thời kiềm chế sự gia tăng giá xăng dầu, ổn định tình hình
năng lượng cho thế giới. Do được sản xuất từ nguồn nguyên liệu tái tạo, biodiesel
thật sự là một lựa chọn ưu tiên cho các quốc gia trong vấn đề an ninh năng lượng.
Hơn nữa, việc phát triển nhiên liệu sinh học trên cơ sở tận dụng các nguồn nguyên
liệu sinh khối khổng lồ sẽ là một bảo đảm an ninh năng lượng cho các quốc gia.
1.1.2 Nhược điểm:
Hiện nay, từ những thông tin quảng bá về diesel sinh học, nhiều người lầm tưởng
rằng việc sử dụng nó chỉ có lợi mà không có hại gì. Trên thực tế, biodiesel cung có
những nhược điểm hạn chế việc ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp và đời sống.

Việc sử dụng nhiên liệu chứa nhiều hơn 5% biodiesel có thể gây nên những vấn đề
sau: ăn mòn các chi tiết của động cơ và tạo cặn trong bình nhiên liệu do tính dễ bị
oxi hóa của biodiesel; làm hư hại nhanh các vòng đệm cao su do sự không tương
thích của biodiesel với chất liệu làm vòng đệm.
Nhiệt độ đông đặc của biodiesel phụ thuộc vào nguyên liệu sản xuất nhưng nói
chung là cao hơn nhiều so với dầu diesel thành phẩm. Điều này ảnh hưởng rất lớn
đến việc sử dụng biodiesel ở những vùng có thời tiết lạnh.
Biodiesel không bền rất dễ bị oxi hóa nên gây nhiều khó khăn trong việc bảo quản.
Theo khuyến cáo của NBB thì không nên sử dụng B20 sau 6 tháng bảo quản trong
khi hạn sử dụng của dầu diesel thông thường có thể đến 5 năm.
2.TỒNG QUAN VỀ GLYCERON
1 Giới thiệu về Glyceron
1. Tính chất hóa học:
Glycerol là một rượu đa chức, gồm 3 nhóm -OH gắn vào gốc hyđrocacbon
C3H5(hay công thức hóa học là C3H5(OH)3). Glycerol là một chất lỏng không
màu, không mùi, nhớt, có vị ngọt (có 3 nhóm –OH), sôi ở 290
0
C, nóng chảy ở
17
0
C. Phân tử khối 92,09382 g / mol, độ nhớt 1,2 Pa °.
PHÂN TÍCH GLYCERON TRONG BIODIESEL
Hình glycerol
Có một số tính chất của một rượu đa như phản ứng với Cu(OH)2tạo ra
dung dịch xanh trong suốt. Đây cũng là phản ứng đặc trưng để nhận biết rượu đa
chức có 2 nhóm -OH trở lên gắn liền kề nhau.
2. Tính chất vật lý:
Glycerol có sức căng bề mặt 6400mN/m ở 200C, và nó có hệ số nhiệt độ
-0,0598mN/(mK). Glycerol hòa tan tốt trong nước phá vỡ các liên kết hydro giữa
các phân tử nước sao cho hỗn hợp không thể tạo thành một cấu trúc mạng tinh thể

ổn định ở nhiệt độ thường. Nhiệt độ điểm đông là -360F hay -37,8
0
C, tương ứng
với nồng độ Glycerol 6-70% làm cho nó trở thành một chất chống đông ở nhiệt độ
thường.
Nhiệt độ điểm đông được thể hiện ở bảng sau:
PHÂN TÍCH GLYCERON TRONG BIODIESEL
3. Ứng dụng của Glycerol:
- Glycerol là một thành phần quan trọng tạo nên chất béo, thuốc nổ
nitroglycerin Glycerol còn ðýợc dùng nhiều trong công nghiệp dệt, thuộc
da ðộng vật do có khả nãng giữ nýớc làm mềm da ðộng vật, vải Cho thêm
glycerol vào mực in, mực viết, kem ðánh rãng sẽ giúp cho các vật phẩm ðó
chậm bị khô.
- Nó còn ðýợc sử dụng nhiều trong dýợc phẩm và mỹ phẩm vì glycerol có khả
nãng hút ẩm tốt và tạo rao một lớp màng bảo vệ cho da, dạ dày …
- Hiện nay, do sự phát triển của Biodiesel nên lýợng Glycerol từ quá trình này
cũng rất dồi dào. Glycerol ðýợc dùng làm nguyên liệu ðiều chế propylene
glycol, acrolein, ethanol, và là nguyên liệu ðể sản xuất một số loại nhựa
epoxy
4. Giới thiệu về một số phýõng pháp sản xuất Glycerol
1. Sản xuất glycerol từ Anlyl Clorua:
Việc tổng hợp glycerol từ propen và Clo ðầu tiên ðýợc xuất hiện vào nãm
1943 bởi I.G. Farben tại Oppau và Hydebreck. Và ðýợc hoàn thiện cho tới ngày
hôm nay với sõ ðồ phản ứng sau:
PHÂN TÍCH GLYCERON TRONG BIODIESEL
Propen ðýợc cho tác dụng với Clo ở 400
0
C và tạo ra anlyl Clorua sau ðó anlyl
Clorua tiếp tục cho tác dụng với nýớc Clo rồi thủy phân cho Glycerol. Phần lớn
lýợng Glycerol hiện nay ðýợc sản xuất bằng phýõng pháp này. Song hiện nay các

nhà sản xuất ðang nhắm ðến nguồn nguyên liệu sạch có nguồn gốc từ thiên nhiên
ðể sản xuất Glycerol.
2. Lên men ðýờng.
Sự hình thành của glycerol bằng lên men ðýờng ðýợc phát hiện nãm 1858. Công
nghệ sử dụng ðýờng có thể ðýợc hiểu; lên men ðýờng gián ðoạn tại các giai ðoạn
glyceraldehyde 3-phosphate với cacbonat natri hoặc với kiềm hoặc kiềm thổ
sulfite. Sau khi giảm tới phosphate glycerol, glycerol thu ðýợc trong nãng suất tối
ða 25% do thủy phân. Phýõng pháp này ít phổ biến vì nãng suất không cao.
3. Phýõng pháp tổng hợp từ thủy phân chất béo:
Mặc dù là một thành phần của tất cả mỡ ðộng vật và các loại dầu, glycerol không
tồn tại tự do nhýng tồn tại ở dạng este của axit béo, tất cả ba nhóm hydroxyl
thýờng bị este hóa. Este nhý vậy ðýợc gọi là chất béo trung tính.
Glycerol của chất béo và các loại dầu khác nhau khoảng 8 - 14%, tùy thuộc vào tỷ
lệ các acid tự do và chiều dài chuỗi phân phối của các este axit béo.
Glycerol thu ðýợc nhý là một sản phẩm phụ trong việc chuyển ðổi chất béo
và dầu ðể thu ðýợc axit béo hoặc acid béo methyl este. Phýõng pháp này rất phổ
biến và ðõn giản.
 Xà phòng hóa:
Sau phản ứng xà phòng hóa, sản phẩm tạo thành là glycerol và Sodium stearate. Cả
hai chất ðều tan ðýợc trong nýớc, do glycerol tạo ðýợc liên kết hydro với nýớc, còn
sodium stearate là chất ðiện ly. Ngýời ta cho dung dịch NaCl bão hòa vào hỗn hợp
sản phẩm, thì xà phòng tách ra và nổi lên trên.
PHÂN TÍCH GLYCERON TRONG BIODIESEL
Nguyên nhân là do thay ðổi môi trýờng ðiện ly, ðộ phân ly sodium stearate
sẽ giảm, hòa tan rất ít trong môi trýờng NaCl bão hòa. Sodium stearate tách khỏi
hỗn hợp glycerol + nýớc + NaCl và nổi lên trên.
Ngýời ta dùng phýõng pháp chiết tách thì thu ðýợc glycerol và xà phòng.
2.Sản xuất Biodiesel
Nguồn gốc đi từ dầu thực vật và methanol thu được Biodiezel (methyl esters) và
sản phẩm phụ là glycerol. theo sở đồ phản ứng sau:

PHÂN TÍCH GLYCERON TRONG BIODIESEL
3.1 Cõ chế phản ứng .
Ðể thực hiện phản ứng chuyển hóa này cần có chất xúc tác nhý NaOH, hoặc KOH.
Vai trò của các chất xúc tác này rất quan trọng vì nó phản ứng với Methanol trýớc
ðể tạo tiền chất cho phản ứng:
Phản ứng 1: Tạo Alkoxide
Trong môi trýờng có nýớc alkoxide phân ly tạo CH3O– và Na
+
, CH3O– tiếp tục
thực hiện phản ứng tiếp theo
PHÂN TÍCH GLYCERON TRONG BIODIESEL
3.CÁC PHƯƠNG PHÁP TINH CHẾ GLYCERON
Hầu hết các quá trình sản xuất Biodiesel đều cho Glycerol có nồng độ từ 80-85%.
Để sử dụng nguồn Glycerol này vào chế biến thực phẩm và dược phẩm cần nâng
nồng độ của Glycerol lên 95-99,5%.
PHÂN TÍCH GLYCERON TRONG BIODIESEL
3.1. Tinh chế Glycerol bằng cách hút chân không:
Tinh chế Glycerol sử dụng quy trình hai giai ðoạn của quá trình bốc hõi chân
không liên tục. Glycerol thô ðýợc ðýa qua thiết bị trao ðổi nhiệt nâng nhiệt ðộ lên
100
0
C ( 212
0
F) bằng nhiệt tận dụng của dòng sản phẩm Glycerol nóng và nguồn
dầu nóng . Sau ðó ðýợc bõm vào thiết bị bốc hõi số 1. Tại ðây Rotor của ðýợc ðýa
thiết bị ngýng tụ ðể tách H2O và Methanol . Còn phần khó bay hõi ðýợc ðýợc ðýa
qua thiết bị bốc hõi số 2. Tại thiết bị bốc hõi số 2 Rotor quay tạo áp suất thấp (P=
0,1Bars) và phân tách Glycerol tinh khiết dạng hõi qua thiết bị tinh cất lại Glycerol
và ðýợc dẫn vào thiết bị ngýng tụ và thu sản phẩm là Glycerol có ðộ tinh khiết từ
95-99,5%.Còn phần cặn ðýợc ðýa ra khỏi thiết bị bốc hõi số 2 và ðýợc ðem ði xử

lý. Nếu sử dụng thiết bị phân tách thông thýờng ở áp suất khí quyển: Ðối với việc
tách nýớc, các axit béo dý (xà phòng), và muối từ glycerol thô, nhiệt ðộ quá trình
là lần ðầu tiên ðặt tại 212 ° F (100 ° C) hoặc hõi cao và van trên thiết bị phân tách
PHÂN TÍCH GLYCERON TRONG BIODIESEL
mở ra ðể nýớc bay hõi. Ðể phân riêng và ngýng tụ glycerol tinh khiết, nhiệt ðộ quá
trình tãng lên giữa 554 và 572 ° F (290 và 300 ° C) và hõi glycerol ðýợc dẫn tới
các bình ngýng tủ lạnh. Ðộ PH của glycerol phải ðýợc lýu giữ ở PH= 4 - 5.Nếu
PH >5 Glycerol sẽ tạo bọt gây khó khãn cho quá trình tinh chế.
2.Tinh chế glyceron bằng phương pháp sắc ký lỏng
Sơ đồ quy trình minh họa quá trình thanh lọc glycerin thô từ dầu diesel sinh học.
• Thuyết minh sơ đồ tinh chế Glycerol sử dụng thiết bị tách sắc ký:
Glycerol có hàm lượng muối 5% , 80% DS , nồng độ 95% sẽ được đưa vào bể
chứa sau đó được đưa vào thiết bị gia nhiệt lên 90
0
C . Dòng nguyên liệu nóng
được đưa qua thiết bị lọc để loại bỏ tạp chất và cặn có kích thước lớn trước khi
được đưa vào thiết bị khử hơi methanol và hơi của các cấu tử dễ bay hơi. Sau khi
khử khí dòng sản phẩm sẽ được đưa vào thiết bị tách sắc ký lỏng bằng polymertrao
ðổi ion ðể loại bỏ muối NaCl còn lẫn trong Glycerol . Sau thời gian lýu trong
PHÂN TÍCH GLYCERON TRONG BIODIESEL
thiết bị tách sắc ký dòng sản phẩm ðýợc ðýa qua thiết bị trao ðổi nhiệt ðể hạ nhiệt
ðộ sản phẩm xuống còn 40
0
C trýớc khi ðýợc rửa bằng nýớc vô khoáng . việc rửa
sản phẩm lại bằng nýớc ðể ðảm bảo sản phẩm sạch hõn , sau ðó sản phẩm ðýợc
chuyển vào thiết bị cô ðặc , glycerol tinh khiết sẽ ðýợc thu ở ðáy của thiết bị cô
đặc với hàm lýợng muối 5-10ppm ,80%DS , nồng ðộ 99,5% . Sau khi tách NaCl ra
khỏi sản phẩm , NaCl còn lẫn glycerol ðýợc ðýa vào thiết bị kết tinh nhằm thu
NaCl tái sử dụng ðể tách pha Biodiesel và Glycerol từ quá trình thủy phân. Tại
thiết bị tách sắc ký sẽ ðýợc bổ sung dòng nguyên liệu phụ hồi lýu từ quá trình kết

tinh NaCl và quá trình cô ðặc Glyerol . Dòng nguyên liệu phụ này cũng ðýợc gia
nhiệt lọc tạp chất và khử khí nhý dòng sản phẩm chính.