Nghiên cứu quá trình tổng hợp biodiezel từ dầu dừa trên xúc tác dị thể NaOH-MgO

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TỔNG HỢP BIODIEZEL
MỤC LỤC

MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây, nhu cầu về năng lượng nói chung và nhiên liệu nói
riêng ngày càng tăng do sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kĩ thuật và sự gia tăng
dân số. Tuy nhiên, nguồn nhiên liệu khoáng ngày càng cạn kiệt bởi sự khai thác ồ
ạt của con người dẫn đến yêu cầu tìm nguồn nhiên liệu thay thế trở nên cần thiết
hơn bao giờ hết. Một trong những nguồn nhiên liệu thay thế là nhiên liệu sinh học,
được tổng hợp từ sinh khối do đó hoàn toàn có thể tái tạo được. Nhiên liệu sinh học
bao gồm bioetanol, biodiezel…trong đó biodiezel được sử dụng phổ biến hơn cả.
Biodiezel là mono alkyl este của các axit béo, được tổng hợp từ dầu thực vật
hay mỡ động vật bởi phản ứng trao đổi este. Biodiezel có những tính chất hóa lý
gần tương tự diezel khoáng nên có thể dùng thay cho diezel khoáng. Việc sử dụng
biodiezel làm giảm sự phụ thuộc của con người vào nguồn năng lượng khoáng
đang dần cạn kiệt. Bên cạnh đó, sử dụng biodiezel trong động cơ diezel làm tăng
khả năng bôi trơn, giảm đáng kể lượng khí thải độc hại như CO
2
, CO, NO
x
,
hidrocacbon chưa cháy hết, chất rắn dạng vi hạt và muội cacbon, góp phần bảo vệ
môi trường. Chính vì những lợi ích như vậy nên biodiezel đã được nghiên cứu và
đưa vào sử dụng ở rất nhiều nước trên thế giới, đặc biệt ở những nước phát triển.
Không nằm ngoài xu hướng chung của thế giới, các nhà khoa học Việt Nam
cũng đã tiến hành nghiên cứu tổng hợp nguồn nhiên liệu sạch này để phục vụ nền
kinh tế quốc dân song song với việc khai thác sử dụng một cách hợp lý nguồn
nhiên liệu khoáng. Tận dụng ưu thế Việt Nam có nguồn dầu thực vật cũng như là
mỡ động vật phong phú, quá trình sản xuất biodiezel ở quy mô công nghiệp là hoàn
toàn khả thi. Tuy nhiên rất nhiều những nghiên cứu cần được tiến hành thêm để tìm
ra loại xúc tác dị thể phù hợp thay thế cho xúc tác đồng thể có nhiều nhược điểm

cũng như thử nghiệm loại xúc tác này trên nhiều loại dầu thực vật khác nhau để
đánh giá hoạt tính của chúng trong quá trình tổng hợp biodiezel. Đồ án “nghiên cứu
PHẠM ĐĂNG SƠN 1 HÓA DẦU 2 – K47
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TỔNG HỢP BIODIEZEL
quá trình tổng hợp biodiezel từ dầu dừa trên xúc tác dị thể NaOH/MgO” là một
phần nhỏ trong những nỗ lực đó, với mong muốn một ngày không xa biodiezel sẽ
được sử dụng rộng rãi hơn ở Việt Nam với những ưu điểm về chất lượng, kinh tế
và môi trường.

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN LÝ THUYẾT
I.1. Sơ lược về nhiên liệu khoáng và nhiên liệu diezel
Dầu mỏ đã được con người biết đến từ khá lâu. Nhưng cho đến tận đầu thế kỉ
XIX, dầu mỏ vẫn được dùng với mục đích thắp sáng. Vào nửa cuối thế kỉ XIX, khi
mà một loạt động cơ xăng và động cơ diezel được phát minh, cùng với việc tìm ra
dầu mỏ ở rất nhiều nơi trên thế giới đã dẫn đến sự tăng nhanh không ngừng quá
trình khai thác và chế biến dầu với mục đích làm nhiên liệu cho các động cơ đó
phục vụ nhu cầu di chuyển của con người.
Dầu mỏ khai thác từ dưới lòng đất, đó là sản phẩm của sự phân huỷ và biến
đổi hàng triệu năm của các lớp xác động thực vật biển hay xác các động thực vật
cạn bị cuốn trôi ra biển dưới tác dụng của vi khuẩn hay sự thay đổi địa chất mà
thành [1]. Vì vậy, dầu mỏ cũng được xếp vào nhóm các nhiên liệu khoáng như
than, đá dầu…Dầu được khai thác lên mặt đất là dầu thô, không thể sử dụng ngay
cho dù chỉ để đốt thắp sáng. Để làm nhiên liệu cho các động cơ hay với mục đích
thắp sáng, dầu thô trải qua một loạt các quá trình chế biến. Các phương pháp, công
nghệ chế biến dầu thô thành các sản phẩm trắng như xăng, dầu diezel và kerosen đã
không ngừng được cải tiến trong suốt hơn một thế kỉ qua, dẫn đến năng suất chế
biến và hiệu suất chế biến ngày càng tăng, song song với tăng sản lượng khai thác
dầu thô, đáp ứng kịp thời nhu cầu nhiên liệu của con người.
Trong thế kỉ 20, sự bùng nổ về dân số và sự phát triển của các ngành công
nghiệp đã làm nhu cầu về các loại nhiên liệu tăng mạnh mẽ. Nhu cầu về nhiên liệu

ngày càng tăng, thúc đẩy việc thăm dò và khai thác rất nhiều những mỏ dầu mới
khắp nơi trên toàn thế giới. Khoa học kĩ thuật tiến bộ đã giúp cho việc thăm dò trở
lên trở lên dễ dàng hơn, với việc xác định và ước lượng tương đối chính xác vị trí
mỏ dầu. Công nghệ khai thác cũng đạt được nhiều tiến bộ làm giảm thời gian khai
thác và nâng cao hiệu suất thu hồi dầu ở các mỏ. Ngày càng nhiều mỏ dầu được
khai thác hết và cũng ngày càng nhiều mỏ dầu mới được phát hiện ra, những tưởng
PHẠM ĐĂNG SƠN 2 HÓA DẦU 2 – K47
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TỔNG HỢP BIODIEZEL
quá trình khai thác đó sẽ kéo dài vô tận. Tuy nhiên, quá trình khai thác ồ ạt đó đã
và sẽ tạo ra những cuộc khủng hoảng năng lượng trên toàn thế giới.
Các nguồn năng lượng đang được sử dụng phổ biến hiện nay trên thế giới chủ
yếu là các nguồn năng lượng khoáng như dầu mỏ, than và một số nguồn năng
lượng khác như thuỷ điện, hạt nhân, gió…Xét về quá trình sử dụng thì năng lượng
đi từ dầu mỏ chiếm 65%, than đá chiếm 20-22%, thuỷ điện chiếm 8-12% và hạt
nhân chiếm 8-12,5% [2]. Các nguồn năng lượng khác như mặt trời, gió, sóng hay
địa nhiệt không đáng kể.
Chính vì chúng ta quá phụ thuộc vào dầu mỏ nên khủng hoảng năng lượng
chắc chắn sẽ xảy ra nếu các nguồn cung cấp dầu thô biến động. Do trữ lượng dầu
mỏ trên thế giới là có hạn nên càng khai thác nhiều thì dạng nhiên liệu khoáng này
ngày càng cạn kiệt. Theo dự báo của tập đoàn BP thì trữ lượng dầu mỏ đã thăm dò
trên toàn cầu là khoảng 150 tỷ tấn. Với đà tiêu thụ năm 2003 (3,6 tỷ tấn) và không
phát hiện ra mỏ dầu nào nữa trên thế giới thì dầu mỏ sẽ cạn kiệt trong vòng 41 năm
nữa. Đấy là chưa tính lượng tiêu thụ dầu ngày càng tăng do dự phát triển dân số
trên thế giới và sự gia tăng liên tục của các phương tiện giao thông, càng làm cho
lượng dầu mỏ nhanh chóng bị khai thác triệt để nếu chưa tìm được nguồn năng
lượng thay thế hợp lý.
Cuối thế kỉ 20 và đầu thế kỉ 21 đã chứng kiến những cuộc khủng hoảng về dầu
mỏ. Hầu hết trữ lượng dầu trên thế giới tập trung ở những vùng nhậy cảm và bất ổn
về chính trị như Trung Đông, Trung Á, Trung Mỹ…nên mỗi khi có những biến
động về chính trị, tôn giáo, sắc tộc ở những vùng trên ảnh hưởng tới lượng dầu thô

khai thác là dẫn tới khủng hoảng về năng lượng, kéo theo khủng hoảng kinh tế trầm
trọng cho rất nhiều nước khác, đặc biệt nhưng nước không có tài nguyên dầu mỏ và
phải phụ thuộc vào bên ngoài. Giá dầu mỏ hiện nay cũng đang ở mức cao, dao
động từ 55-80USD/thùng đã ảnh hưởng rất nhiều đến các ngành công nghiệp trên
thế giới.
Việt Nam là một nước có tài nguyên dầu mỏ, tuy trữ lượng dầu mỏ của Việt
Nam không phải là nhiều khi so với một số nước cùng khu vực. Nhưng Việt Nam
vẫn khai thác dầu thô để bán và nhập về các sản phẩm đã chế biến nên hiệu quả
kinh tế không cao. Năm 2003 tiêu thụ năng lượng thương mại nước ta đạt
205kg/người chỉ bằng 20% mức bình quân trên thế giới. Xăng dầu dùng cho giao
thông vận tải chiếm 30% nhu cầu năng lượng, và hầu hết vẫn phải nhập khẩu.
Trong tương lai gần, các nhà máy lọc dầu Dung Quất, Nghi Sơn và nhà máy lọc
dầu 3 (dự kiến) hoàn thành và đưa vào hoạt động sẽ tự đáp ứng một phần nhu cầu
về nhiên liệu của nền kinh tế quốc dân, giảm bớt sự phụ thuộc của Việt Nam vào
nước ngoài, đảm bảo an ninh năng lượng trong nước.
Việc sử dụng năng lượng khoáng gặp phải một vấn đề lớn là ô nhiễm môi
trường. Đây là vấn đề ngày càng được chú ý vì những hậu quả của chúng ngày
PHẠM ĐĂNG SƠN 3 HÓA DẦU 2 – K47
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TỔNG HỢP BIODIEZEL
càng rõ rệt. Nhiên liệu khoáng (than đá, dầu mỏ) khi cháy tạo nhiều khí CO
2
gây
hiệu ứng nhà kính làm trái đất nóng dần lên. Lượng lưu huỳnh khi cháy tạo SO
2
gây mưa axit, các hydrocacbon thơm khác cháy không triệt để tạo thành CO hay
các khí độc hại ảnh hưởng đến sức khoẻ con người…Do đó tìm kiếm nguồn năng
lượng sạch là vấn đề vô cùng cấp thiết. Với những mục tiêu giảm tối đa lượng khí
thải độc hại, tìm cách sử dụng tối ưu nhiên liệu khoáng và tìm kiếm nguồn năng
lượng sạch mới đang thúc đẩy đội ngũ các nhà khoa học trên thế giới không ngừng
nghiên cứu để tìm ra nguồn nhiên liệu lý tưởng cho tương lai.

Các nhà khoa học trên thế giới đã tìm ra được nhiều nguồn nhiên liệu thay thế
cho nhiên liệu khoáng. Một trong những nhiên liệu đó là biodiezel. Đây là một
nhiên liệu sinh học điển hình, được chế biến từ các loại dầu thực vật hay mỡ động
thực vật. Nhiên liệu biodiezel sẽ là một trong những nguồn nhiên liệu thay thế tốt
nhất cho động cơ trong tương lai khi mà nguồn nguyên liệu khoáng bị cạn kiệt.
Trên thế giới, đặc biệt là các nước phát triển, mật độ giao thông cao đòi hỏi
nhu cầu về năng lượng sạch rất lớn. Các nghiên cứu tìm ra nguồn nhiên liệu sạch
cho động cơ đã được thực hiện từ lâu, nhiều loại năng lượng sạch như xăng pha cồn
hay diezel pha biodiezel được sử dụng rất phổ biến. Tại Việt nam, việc nghiên cứu
nhiên liệu sạch đã được quan tâm và phát triển. Đã có nhiều đề tài nghiên cứu về
vấn đề nhiên liệu sạch cho động cơ như công trình nghiên cứu xăng pha cồn đã
được công bố, còn đề tài sử dụng biodiezel pha lẫn diezel vẫn còn đang được
nghiên cứu.
I.2. Tổng quan về dầu thực vật.
Dầu thực vật là nguyên liệu được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp thực
phẩm, công nghiệp sản xuất xà phòng và chất tẩy rửa, công nghiệp sơn…Trong
công nghiệp thực phẩm, ứng dụng phổ biến nhất của dầu thực vật là dùng để chế
biến rất nhiều các loại thực phẩm hay sử dụng trực tiếp làm dầu ăn. Dầu sử dụng
làm thực phẩm là loại dầu đã được tinh chế, loại bỏ tối đa thành phần axít béo tự
do, hàm lượng nước cùng nhiều tạp chất gây hại cho sức khoẻ con người khác. Bản
thân dầu thực vật là một loại thức ăn dễ tiêu hoá và cung cấp nhiều năng lượng.
Khi được cơ thể con người hấp thụ, nó sẽ được dự trữ trong các tế bào và giải
phóng năng lượng khi cần thiết. Khi thuỷ phân dầu thực vật ta thu được glyxerin,
một chất được dùng khá nhiều làm thực phẩm hay trong mỹ phẩm để giữ ẩm cho
da. Trong công nghiệp sản xuất xà phòng, dầu thực vật được nấu với xút (NaOH)
trong điều kiện nhất định để tạo thành xà phòng bánh. Trong công nghiệp sơn, dầu
thực vật được dùng để sản xuất dầu gốc (dầu alkyl…), các chất tạo màng,
vécni..Như vậy, dầu thực vật có rất nhiều ứng dụng trong cuộc sống [3,6].
Dầu thực vật còn có thể sử dụng làm nhiên liệu. Từ xa xưa ông cha ta đã biết
sử dụng dầu lạc, dầu vừng để thắp sáng. Khi mới ra đời, động cơ diezel đầu tiên

PHẠM ĐĂNG SƠN 4 HÓA DẦU 2 – K47
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TỔNG HỢP BIODIEZEL
cũng chạy bằng dầu lạc. Một số loại dầu có thể dùng trực tiếp làm nhiên liệu cho
các động cơ hiện đại. Tuy nhiên, một số nhược điểm của dầu thực vật đã cản trở sự
vận hành trơn tru của động cơ, gây nên nhiều sự cố hỏng hóc nên người ta không
dùng dầu thực vật trực tiếp làm nhiên liệu mà phải qua nhiều quá trình chế biến
phức tạp để tạo ra loại nhiên liệu đảm bảo hơn.
Một trong các loại nhiên liệu đi từ dầu thực vật là biodiezel. Đây là loại nhiên
liệu khá ưu việt, nổi lên như một loại nhiên liệu thay thế lý tưởng cho dầu diezel
hay nâng cao hiệu suất sử dụng và giảm ô nhiễm môi trường cho loại nhiên liệu
khoáng truyền thống. Đặc biệt trong hoàn cảnh hiện nay, khi thế giới đang đối mặt
với vấn đề ô nhiễm môi trường trầm trọng và sự khan hiếm dần của dầu mỏ thì sự
có mặt của nhiên liệu sinh học đi từ thực vật quả là một trong những giải pháp được
chú ý. Rất nhiều công trình nghiên cứu về nhiên liệu sinh học đã được tiến hành và
thậm chí được sử dụng ở nhiều nước trên thế giới.
I.2.1. Thành phần hoá học của dầu thực vật [3,8,9]
Thành phần hoá học chủ yếu của dầu thực vật là các triglyxerit. Nó là este của
các axit béo khác nhau với glyxerin. Công thức cấu tạo của triglyxerit này là

R
1
R
3
R
2
COO CH
COO CH
COO CH
2
2

Trong đó R
1
, R
2
, R
3
là các gốc axit béo. Các gốc axit này thường chứa từ 8 đến
22 nguyên tử cacbon. Nếu trong phân tử triglyxerit ba gốc axit này giống nhau
người ta gọi là triglyxerit đồng nhất, còn nếu khác nhau thì gọi là triglyxerit hỗn
tạp. Các loại dầu thực vật khác nhau thì có thành phần và chủng loại triglyxerit
khác nhau, nhưng đa phần là triglyxerit hỗn tạp.
Một trong những thành phần khác của dầu thực vật là các axit béo. Axit béo có
trong dầu thực vật thường có cấu tạo mạch thẳng, có thể no và không no. Phần lớn
các axit béo trong dầu thực vật ở trạng thái kết hợp trong triglyxerit và một phần
nhỏ ở trạng thái tự do. Hàm lượng các axit béo này cũng khác nhau tuỳ thuộc vào
từng loại dầu. Nếu thuỷ phân các triglyxerit, ta sẽ thu được axit béo và glyxerin.
Lượng axit béo thu được có thể vào chiếm 95% so với trọng lượng dầu ban đầu.
Glyxerin cũng tồn tại trong dầu thực vật, nhưng ở dạng tự do thì thành phần
của chúng rất nhỏ. Glyxerin có thể thu được khi thuỷ phân triglyxerit, và là một sản
phẩm phụ rất có giá trị. Bên cạnh các thành phần chủ yếu như thế thì dầu thực vật
còn chứa nhiều các hợp chất khác như sáp, nhựa, chất màu, các photphatit, tiền tố
và sinh tố…
I.2.2. Tính chất lý học của dầu thực vật [3,8,9]
PHẠM ĐĂNG SƠN 5 HÓA DẦU 2 – K47
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TỔNG HỢP BIODIEZEL
- Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ đông đặc : Vì dầu thực vật có thành phần không
đồng nhất, nó là hỗn hợp của nhiều chất khác nhau nên nhiệt độ nóng chảy và đông
đặc của chúng không có một giá trị nhiệt độ xác định mà là một khoảng nhiệt độ.
Với mỗi loại dầu khác nhau thì các giá trị đó cũng khác nhau. Đối với các loại dầu
chứa nhiều axit béo hay gốc axit béo no thì thường có khoảng nhiệt độ nóng chảy

hay đông đặc cao hơn so với loại dầu chứa các gốc axit béo hay axit béo không no.
- Tính tan : Dầu thực vật có thành phần chủ yếu là các chất không phân cực nên
chúng không tan trong nước, tan ít trong rượu và tan rất tốt trong dung môi không
phân cực như n-hexan, xăng, benzen…Độ tan của dầu vào trong dung môi phụ
thuộc vào nhiệt độ. Khi hoà tan một số loại dầu vào dung môi, ta cần kết hợp gia
nhiệt để nâng cao độ tan của chúng.
- Màu sắc : Màu sắc của dầu do các hợp chất mầu trong dầu quyết định. Dầu tinh
khiết không có màu. Nếu dầu chứa nhiều carotenoit thì thường có màu vàng, dầu
chứa clorofin sẽ có màu xanh…Đôi khi, với những loại dầu chứa những gốc axit
béo không no trong quá trình bảo quản có thể bị oxy hoá tạo mầu sắc khác so với
màu dầu gốc.
- Khối lượng riêng : Khối lượng riêng của dầu thực vật thường nằm trong khoảng
d
20
=0,907- 0,971, do đó dầu nhẹ hơn nước và nổi trên bề mặt nước. Dầu có các gốc
axit càng nhiều cacbon và càng no thì tỷ trọng càng lớn.
I.2.3. Tính chất hoá học của dầu thực vật [3,8,9]
Thành phần hóa học của dầu thực vật chủ yếu là các triglyxerit, một loại este
của axit béo và glyxerin nên chúng có đầy đủ tính chất của một este điển hình :
* Phản ứng thuỷ phân :
Ở điều kiện nhiệt độ, áp suất và xúc tác nhất định (thường là xúc tác
axit,enzym) sẽ xảy ra phản ứng thuỷ phân este lần lượt tạo thành các ditriglyxerit
và monotriglyxerit, cuối cùng là axit béo và glyxerin. Đây là các phản ứng thuận
nghịch :
PHẠM ĐĂNG SƠN 6 HÓA DẦU 2 – K47
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TỔNG HỢP BIODIEZEL

R
1
R

3
R
2
COO CH
COO CH
COO CH
2
2
+
H O
2
+
H O
2
R
3
R
2
CH
COO CH
COO CH
2
2
HO
+
R
1
COOH
R
3

CH
COO CH
2
2
HO
+
CH
HO
R
2
COOH
R
3
R
2
CH
COO CH
COO CH
2
2
HO
R
3
CH
COO CH
2
2
HO
CH
HO

H O
2
CH
CH
2
2
HO
CH
HO
HO
R
3
COOH
+
+
Phản ứng tổng quát có thể viết như sau :

R
1
R
3
R
2
COO CH
COO CH
COO CH
2
2
+
3H O

2
R
1
R
2
R
3
COOH
COOH
COOH
CH
CH
CH
2
2
OH
OH
OH
+
* Phản ứng xà phòng hoá
Trong môi trường kiềm, este trong dầu thực vật sẽ phản ứng với kiềm tạo
thành muối natri (kali) của axit béo (thành phần chính của xà phòng) và glyxerin.
Quá trình xà phòng hoá cũng xảy ra theo từng giai đoạn như quá trình thuỷ phân,
cho ta nhiều sản phẩm khác nhau nhưng sản phẩm cuối cùng là xà phòng và
glyxerin. Phản ứng này xảy ra hoàn toàn một chiều :

R
1
R
3

R
2
COO CH
COO CH
COO CH
2
2
+
R
1
R
2
R
3
COONa
COONa
COONa
CH
CH
CH
2
2
OH
OH
OH
+
3NaOH
Đây là phản ứng cơ bản trong quá trình sản xuất xà phòng và glyxerin từ dầu
thực vật.
* Phản ứng trao đổi este.

Trong môi trường có các xúc tác vô cơ như axit H
2
SO
4
, HCl hay các xúc tác
bazơ như NaOH, KOH các este trong dầu thực vật có thể tiến hành este hoá trao
đổi với các rượu bậc 1 như metylic, etylic…tạo thành các este axit béo với các rượu
tương ứng và glyxerin. Với R là gốc hydrocacbon của rượu, phản ứng dạng tổng
quát như sau:
PHẠM ĐĂNG SƠN 7 HÓA DẦU 2 – K47
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TỔNG HỢP BIODIEZEL

R
1
R
3
R
2
COO CH
COO CH
COO CH
2
2
+
3ROH
R
1
R
2
R

3
COOR
COOR
COOR
CH
CH
CH
2
2
OH
OH
OH
+
Phản ứng này là phản ứng cơ bản để tổng hợp biodiezel. Este của các axit
béo với rượu bậc một có thể thay thế nhiên liệu diezel trong các động cơ diezel,
giảm thiểu một cách đáng kể lượng khí độc hại thải ra môi trường.
Bên cạnh đó, các gốc axit béo trong dầu thực vật có thể dẫn đến một số tính
chất hoá học khác :
* Phản ứng cộng hợp:
+ Cộng hợp hiđro : khi có mặt xúc tác Niken và dưới áp suất nhiệt độ cao,
các gốc axit béo không no trong dầu thực vật có thể cộng hợp với hiđro để tạo
thành các gốc axit béo no. Quá trình no hóa dầu thực vật thường làm tăng độ nhớt
và làm rắn đặc dầu thực vật.
+ Cộng hợp halogen : dầu thực vật có thể tác dụng với halogen ở những liên
kết chưa no trong gốc axit.
* Phản ứng oxy hoá :
Các liên kết đôi trong gốc axít chưa no của dầu thực vật rất dễ bị oxy hoá.
Tuỳ thuộc vào chất oxy hoá và môi trường oxy hoá mà tạo ra các sản phẩm như
peroxyt, xetoaxit…hay đứt mạch tạo thành các chất có phân tử lượng nhỏ hơn. Quá
trình oxy hoá có thể xảy ra khi dầu thực vật tiếp xúc trực tiếp với không khí và làm

cho dầu bị biến chất, giảm chất lượng.
Sự ôi chua của dầu : Do trong dầu có lẫn nước, vi sinh vật và các loại men…
nên trong quá trình bảo quản thường xẩy ra các phản ứng biến đổi phân huỷ làm
ảnh hưởng đến màu sắc, mùi vị mà người ta gọi là sự ôi chua của dầu.
I.2.4. Các chỉ số quan trọng của dầu thực vật [3,8,9]
Để biểu thị tính chất và cấu tạo của từng loại dầu, người ta thống nhất quy
định một số chỉ tiêu có tính chất đặc trưng cho dầu thực vật. Những chỉ số này có
thể giúp ta đánh giá sơ bộ phẩm chất của dầu thực vật, đồng thời giúp quá trình tính
toán được thuận lợi.
* Chỉ số xà phòng hoá : là số miligam KOH cần thiết để trung hoà và xà
phòng hoá hết 1g dầu. Thông thường dầu thực vật có chỉ số xà phòng hoá khoảng
170-260. Chỉ số này càng cao thì dầu chứa càng nhiều axit béo phân tử lượng thấp
và ngược lại.
* Chỉ số axit : là số miligam KOH cần thiết để trung hoà hết lượng chất béo tự
do có trong 1g dầu. Chỉ số axit của dầu thực vật không cố định, dầu càng biến chất
và bị oxi hoá thì chỉ số axit càng cao.
PHẠM ĐĂNG SƠN 8 HÓA DẦU 2 – K47
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TỔNG HỢP BIODIEZEL
* Chỉ số iốt : là số gam Iốt cần thiết tác dụng hết với 100g dầu (I
s
). Chỉ số Iốt
biểu thị mức độ không no của dầu. Nếu chỉ số này càng cao thì dầu thực vật càng
chứa nhiều các gốc axit béo không no và ngược lại.
Bảng I.1 Các tính chất vật lý và hoá học của dầu thực vật
Tên dầu KV CR CN HHV AC SC IV SV
Dầu bông 33,7 0,25 33,7 39,4 0,02 0,01 113,20 207,71
Dầu nho 37,3 0,31 37,5 39,7 0,006 0,01 108,0
5
197,07
Dầu hướng

dương
34,4 0,28 36,7 39,6 0,01 0,01 132,32 191,70
Dầu vừng 36,0 0,25 40,4 36,4 0,002 0,01 91,76 210,34
Dầu nành 28,0 0,24 27,6 39,3 0,01 0,01 156,74 188,71
Dầu thầu dầu 33,1 0,24 38,1 36,6 0,006 0,01 69,82 220,78
Dầu lạc 24,0 0,21 52,9 39,8 0,01 0,02 98,62 197,63
Dầu cọ 34,2 0,22 34,5 39,8 0,01 0,01 102,35 197,56
Trong đó :
KV : Độ nhớt động học, mm
2
/s tại 311K
CR : Cặn cacbon, % khối lượng
CN : Trị số xetan
HHV : Nhiệt trị, MJ/kg
AC : Hàm lượng tro, % khối lượng
SC : Hàm lượng lưu huỳnh, % khối lượng
IV : Chỉ số iot, g I
2
/g dầu
SV : Chỉ số xà phòng, mg KOH/g
I.2.5. Các loại dầu thực vật thông dụng [6,8,11]
* Dầu đậu nành : Dầu đậu nành được chiết xuất từ hạt đậu nành. Cây đậu
nành là loại cây trồng rất phổ biến ở nhiều nơi trên thế giới, đặc biệt ở Bắc Mỹ.
Dầu tinh khiết có màu vàng sáng, thành phần axit béo chủ yếu là axit lioleic (50-
57%), oleic (23-29%). Dầu đậu nành được dùng nhiều trong thực phẩm. Nó được
dùng chủ yếu làm dầu rán, dầu ăn. Bên cạnh đó, từ dầu đậu nành có thể tách ra
được lexetin dùng trong dược liệu, trong sản xuất bánh kẹo. Ngoài ra dầu đậu nành
có thể dùng để sản xuất xà phòng, vecni, sơn và là nguyên liệu lý tưởng và rất
thông dụng để sản xuất biodisel.
* Dầu dừa : Dừa là một loại cây nhiệt đới được trồng nhiều ở Châu Mỹ La

Tinh, Châu Phi, Đông Nam Á, Ấn Độ. Trong vùng Đông Nam Á thì Philipin là
nước nổi tiếng về trồng và xuất khẩu dầu dừa. Ở Việt Nam dừa được trồng rất
PHẠM ĐĂNG SƠN 9 HÓA DẦU 2 – K47
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TỔNG HỢP BIODIEZEL
nhiều ở các vùng Nam Trung Bộ như Bình Định, Phan Thiết…Dừa là cây sinh
trưởng lâu năm, thích hợp với khí hậu nóng ẩm và có thể trồng được ở những vùng
đất mặn, chua. Dầu dừa được chiết từ cơm dừa, có chứa các axit béo no mạch trung
bình như axit lauric (44-52%), myristic (13-19%), panmitic(7,5-10,5%). Hàm
lượng các axit béo không no trong dầu dừa rất ít. Dầu dừa sử dụng nhiều để chế
biến thực phẩm, sản xuất macgarin và là nguyên liệu tốt để sản xuất xà phòng và
biodiezel.
* Dầu cọ : Cọ là một loại cây nhiệt đới được trồng nhiều ở Chilê, Ghana, Tây
Phi và một số nước Châu Á. Ở khu vực Đông Nam Á thì Malaysia là nước trồng và
xuất khẩu nhiều dầu cọ nhất. Ở Việt Nam cọ được trồng chủ yếu ở vùng trung du
phía Bắc với diện tích không nhiều. Từ cây cọ có thể sản xuất được dầu nhân cọ và
dầu cùi cọ. Đây là hai loại dầu khác nhau có những ứng dụng khác nhau. Dầu cùi
cọ có màu vàng được dùng để ăn trực tiếp hay chế biến thành bơ, mỡ thực vật. Dầu
cùi cọ có chứa nhiều caroten nên còn được dùng để sản xuất tiền sinh tố A. Dầu
nhân cọ dùng để sản xuất bánh kẹo. Cả hai loại dầu này đều có thể dùng để nấu xà
phòng hay để tổng hợp biodiezel.
* Dầu sở : Cây sở là một loại cây lâu năm được trồng nhiều ở vùng nhiệt đới.
Ở nước ta, sở được trồng nhiều ở các tỉnh trung du phía bắc. Thành phần axit béo
của dầu sở bao gồm axit oleic (>60%), axit lioleic (15-24%) và axit panmitic (15-
26%). Dầu sở sau khi tách saposin dùng là dầu thực phẩm rất tốt. Dầu sở là nguyên
liệu tốt trong công nghiệp sản xuất xà phòng hay tổng hợp biodiezel
* Dầu bông : Bông là loại cây trồng một năm. Trong dầu bông có sắc tố
carotenoit và đặc biệt là gossipol và các dẫn xuất của nó làm dầu bông có màu đặc
biệt : màu đen hoặc màu sẫm. Gossipol là một độc tố mạnh nên muốn chuyển dầu
bông thành dầu thực phẩm phải tách gossipol ra bằng phương pháp tinh chế dùng
kiềm hay axit antranilic. Trong dầu bông có chứa nhiều axit béo no Panmitic nên ở

nhiệt độ phòng nó ở thể rắn. Bằng cách làm lạnh dầu người ta có thể tách được axit
panmitic dùng để sản xuất macgarin và xà phòng. Dầu bông cũng có thể dùng để
sản xuất biodiezel
* Dầu hướng dương : Hướng dương là loại cây một năm và được trồng rất
nhiều ở xứ lạnh như các nước ở Châu Âu, Châu Á, Bắc Mỹ và đặc biệt ở Liên Xô
(chiếm 90% sản lượng thế giới). Đây là có mùi vị đặc trưng và có màu vàng sáng
tới đỏ. Dầu hướng dương có chứa nhiều protein nên là một loại thực phẩm rất quý.
Dầu hướng dương cũng là nguyên liệu tốt để tổng hợp biodiezel.
* Dầu thầu dầu : Dầu thầu dầu hay còn gọi là dầu ve được lấy từ hạt quả của
cây thầu dầu. Cây thầu dầu được trồng nhiều ở vùng có khí hậu nhiệt đới. Những
nước sản xuất dầu thầu dầu là Braxin (36%), Ấn Độ ( 6%), Trung Quốc, Liên Xô
cũ, Thái Lan. Tại Việt Nam, thầu dầu được trồng nhiều ở vùng trung du Bắc bộ,
Thanh Hoá, Nghệ Tĩnh.Tuy nhiên dầu thầu dầu ở Việt Nam vẫn còn nhập từ Trung
PHẠM ĐĂNG SƠN 10 HÓA DẦU 2 – K47
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TỔNG HỢP BIODIEZEL
Quốc. Dầu thầu dầu là loại dầu không khô, chỉ số axit từ 80-90, tỷ trọng lớn, tan
trong ankan, không tan trong xăng và dầu hoả. Hơn nữa, do độ nhớt cao của dầu
thầu dầu so với các loại dầu khác nên ngay từ đầu dầu thầu dầu đã được sử dụng
trong công nghiệp dầu bôi trơn. Hiện nay dầu thầu dầu vẫn là một trong các loại
dầu nhờn cao cấp dùng trong động cơ máy bay, xe lửa và các máy có tốc độ cao,
trong dầu phanh…Dầu thầu dầu được dùng trong nhiều lĩnh vực như y tế (làm
thuốc tẩy và thuốc nhuận tràng), công nghiệp mỹ phẩm và hương liệu, công nghiệp
chất dẻo, công nghiệp giấy (làm giấy than, giấy nến và mực in), công nghiệp dệt
nhuộm, công nghiệp sơn , dùng trong thuộc da và cũng có thể dùng để tổng hợp
biodiezel.
Nói chung, hầu hết các loại dầu thực vật thông dụng đều có thể dùng để tổng
hợp biodiezel. Tuy nhiên, phụ thuộc vào hàm lượng axit béo tự do khác nhau trong
từng loại dầu mà đòi hỏi quá trình xử lý và tinh chế khác nhau. Ở mỗi vùng, mỗi
quốc gia có thế mạnh về trồng loại cây lấy dầu nào thì có thể tổng hợp biodiezel từ
dầu của loại cây trồng ấy. Nước ta rất có thế mạnh về các loại cây như dừa, đậu

nành và thầu dầu, vì vậy cần đầu tư và quy hoạch vùng trồng trọt, sản xuất để đảm
bảo lượng nguyên liệu cho quá trình sản xuất biodiezel vốn sẽ phát triển rất mạnh
trong tương lai gần.
I.2.6. Vài nét về cây dừa và dầu dừa [6,11,13,17,21,25,30,32]
Cây dừa là một trong rất ít các loại cây mà tất cả các bộ phận của chúng đều
có công dụng hữu ích. Nước dừa làm nước giải khát, cơm dừa làm thực phẩm hay
ép lấy dầu, vỏ ngoài dừa dùng làm nguyên liệu sản xuất than hoạt tính chất lượng
cao, vỏ trong dừa (gáo dừa) chế tác thành các sản phẩm thủ công mỹ nghệ, cành lá
dừa dùng làm vật liệu lợp mái nhà, thân và rễ dừa phơi khô dùng làm củi đun hay
vật liệu xây dựng…Chính vì vậy mà dừa còn có tên gọi là “cây của cuộc sống”
(tree of life). Dừa là loại cây thân gỗ, sinh trưởng ở những vùng khí hậu nhiệt đới,
có thể chịu được đất mặn, đất cát rất tốt, do đó ta hay gặp loài cây này ở những
vùng nhiệt đới ven biển hay trên các đảo nhiệt đới. Tuy vậy, dừa không thể sống
được ở vùng khí hậu lạnh giá bởi tính chịu lạnh rất kém, thậm chí khi còn nhỏ chỉ
một đợt lạnh ngắn ngày cũng có thể làm chết cây. Dừa là loài cây ưa sáng, cần rất
nhiều năng lượng từ ánh sáng mặt trời nên không thể phát triển và có thể tàn lụi khi
sinh trưởng trong khu vực không có ánh nắng mặt trời (trong nhà, dưới tán của các
loại cây khác..). Cây dừa được nhân giống từ quả dừa, đây là một loại hạt có thể
chịu nhiều điều kiện thời tiết nhất. Quả dừa có lớp vỏ ngoài đặc biệt nhẹ và không
thấm nước, chúng làm cho quả dừa có thể trôi nổi thời gian dài trên biển trước khi
bị sóng đánh và một vùng đất nào đó để nảy mầm. Vỏ trong dừa rất cứng để bảo vệ
mầm và cơm dừa. Chỉ cần có một lượng nước ngọt cần thiết tưới đều đặn là dừa có
thể nảy mầm được.Tất cả những chất dinh dưỡng ban đầu cần thiết cho sự phát
triển của cây con đều đã có ở trong cơm và nước dừa nên cây dừa non không cần
PHẠM ĐĂNG SƠN 11 HÓA DẦU 2 – K47
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TỔNG HỢP BIODIEZEL
nhiều chất dinh dưỡng từ đất. Khi cây dừa phát triển, bộ rễ của chúng đâm sâu
xuống lòng đất để hút nước và các chất dinh dưỡng. Do bộ rễ chùm dài và khỏe nên
chúng có thể tồn tại ở những vùng đất cát, đất mặn bề mặt ven biển mà không cần
chăm bón hay tưới nước. Dừa được trồng rất nhiều ở những nước nhiệt đới, sau khi

trồng từ 8-10 năm dừa bắt đầu cho thu hoạch quả. Cây dừa cho trái quanh năm,và
thời gian cho trái của cây dừa kéo dài trong khoảng 70-80 năm, trung bình một cây
có thể cho một chùm khoảng 60-80 trái/tháng.Với những đặc tính như vậy, dừa đã
trở thành một loại cây mang lại rất nhiều thu nhập cho nhiều nước vùng nhiệt đới.
Ở một số hòn đảo thuộc Thái Bình Dương, đời sống của nhiều người bản địa phụ
thuộc hoàn toàn vào loại cây này.
Dầu dừa là loại dầu có giá trị và nhiều công dụng nhất trong các loại dầu thực
vật, chính vì vậy dầu dừa là một trong các loại dầu thực vật có giá thành đắt nhất.
Dầu dừa được chiết xuất từ cơm dừa khô (cơm dừa được phơi khô tự nhiên dưới
ánh nắng mặt trời hay sấy khô dưới tác dụng của nhiệt độ), mục đích của quá trình
này là loại bỏ phần lớn lượng nước có trong cơm dừa, nâng cao giá trị của dầu dừa.
Cơm dừa khô sau đó được đưa vào ép lấy dầu, bã dừa sau khi ép có thể làm thực
phẩm, phân bón hay làm thức ăn gia súc rất tốt vì chúng có chứa khá nhiều protein
(18-25%). Cơm dừa chứa hàm lượng lớn dầu, từ 65%-72% nên trung bình cứ 19
quả cho một lít dầu dừa. Sản lượng dầu dừa luôn lớn hơn nhiều so với các loại dầu
thực vật khác, chiếm 20% tổng sản lượng các loại dầu thực vật. Mặc dù loại cây
này được trồng rộng rãi ở nhiều quốc gia nhưng Philipin là nước sản xuất dầu dừa
lớn nhất thế giới. Trung bình hàng năm nước này sản xuất tới 1,4 tỷ m
3
dầu dừa.
Chỉ 20% trong sản lượng đó được sử dụng cho nhu cầu trong nước trong khi 80%
lượng dầu dừa còn lại dành cho xuất khẩu.
Dầu dừa là chất lỏng màu vàng nhạt, kết tinh và đông đặc khi nhiệt độ giảm
xuống dưới 25
0
C cho ta chất rắn dạng sáp mềm màu trắng. Thành phần các gốc axit
béo trong triglyxerit của dầu dừa như sau :
Bảng 1.2: Thành phần các gốc axit béo trong dầu dừa
Thành phần
Kí hiệu

(Số nguyên tử C:Liên
kết đôi)
Hàm lượng (%)
Axit Lauric C12:0 39-54
Axit Myristic C14:0 15-23
Axit Caprylic C8:0 6-10
Axit Palmitic C16:0 6-11
Axit Capric C10:0 5-10
Axit Oleic C18:1 4-11
Axit Stearic C18:0 1- 4
Axit Linoleic C18:2 1-2
PHẠM ĐĂNG SƠN 12 HÓA DẦU 2 – K47
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TỔNG HỢP BIODIEZEL
Do thành phần nhiều gốc hydrocacbon no đã dẫn đến tính chất nhiệt độ kết
tinh cao của dầu dừa. Các thông số lý hóa cơ bản của dầu dừa được thể hiện trong
bảng sau :
Bảng 1.3 : Tính chất lý hóa của dầu dừa
Tính chất Giá trị
Tỷ trọng ở 40
0
C 0,9 - 0,94
Trị số xetan 70
Chỉ số Iốt 8-10
Nhiệt độ nóng chảy 25
0
C
Độ nhớt ở 40
0
C 25,58mm
2

/s
Nhiệt độ đông đặc 25,1
0
C
Nhiệt độ lưu chuyển 20
0
C
Điểm chớp cháy 225
0
C
Chỉ số xà phòng hóa 246-260
Ngoài ra, dầu dừa còn là một chất dẫn nhiệt hiệu quả, có khả năng bôi trơn
cao, hòa trộn tốt với các loại nhiên liệu khác (diezel , kerosen) và có thể chuyển
hóa sang nhiên liệu biodiezel một cách dễ dàng.
Dầu dừa có thể sử dụng trực tiếp làm nhiên liệu cho động cơ diezel. So với các
loại dầu thực vật khác, dầu dừa có ưu điểm là chỉ số iốt rất thấp (từ 8-10). Chỉ số
iốt là thông số phản ánh hàm lượng hidrocacbon không no trong nhiên liệu. Đây là
một thông số quan trọng của dầu thực vật quyết định xem liệu loại dầu thực vật đó
có thể sử dụng trực tiếp làm nhiên liệu cho động cơ diezel hay không. Đối với các
loại dầu thực vật có chỉ số iốt nhỏ hơn 25 có thể dùng trực tiếp làm nhiên liệu mà
không phải thay đổi cấu tạo của động cơ, với các loại dầu có chỉ số iốt lớn hơn thì
khả năng trùng hợp tăng do hàm lượng các hiđrocacbon không no trong dầu lớn, do
đó việc sử dụng trực tiếp làm nhiên liệu cho động cơ bị hạn chế hay động cơ phải
thay đổi cấu tạo một số chi tiết (vòi phun, bầu lọc…) mới có thể thích hợp cho việc
sử dụng những loại dầu thực vật đó. Như vậy chỉ có dầu dừa mới có thể có chỉ số
iốt phù hợp để sử dụng trực tiếp làm nhiên liệu cho động cơ diezel, tuy nhiên nhiệt
độ nóng chảy cao (24-25
0
C) đã hạn chế việc sử dụng dầu dừa làm nhiên liệu ở các
vùng có nhiệt độ thấp.

Để sử dụng dầu dừa trực tiếp làm nhiên liệu cho động cơ diezel, ngoài việc
nhiệt độ môi trường phải cao hay có cách gia nhiệt cưỡng bức để giữ cho dầu dừa
luôn ở thể lỏng, người ta phải thay đổi chế độ chạy của động cơ. Khi khởi động và
kết thúc động cơ sẽ sử dụng nhiên liệu diezel, khi chạy ổn định sẽ chuyển sang
dùng nhiên liệu dầu dừa. Vì quá trình hoạt động này khá phức tạp nên người ta có
thể trộn một phần dầu dừa vào diezel hoặc kerosen để làm nhiên liệu cho động cơ.
PHẠM ĐĂNG SƠN 13 HÓA DẦU 2 – K47
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TỔNG HỢP BIODIEZEL
Các nghiên cứu đã chứng minh rằng nếu trộn dưới 20% dầu dừa vào nhiên liệu thì
vẫn đảm bảo được chế độ hoạt động của động cơ mà không phải thay đổi cấu tạo.
Tuy nhiên nếu xét trong một thời gian dài thì loại nhiên liệu sử dụng trực tiếp dầu
dừa này vẫn mang đến những vấn đề xấu cho động cơ như lượng cặn bám vào vòi
phun, tắc bầu lọc, giảm khoảng nhiệt độ hoạt động của nhiên liệu…mà lý do chính
vẫn là độ linh động kém của loại dầu này.
Chính vì vậy một vấn đề đặt ra là phải giảm độ nhớt, giảm nhiệt độ đông đặc
của dầu dừa bằng một phương pháp nào đó mà vẫn đảm bảo khả năng sử dụng làm
nhiên liệu cho động cơ. Và phương pháp tổng hợp biodiezel đi từ dầu dừa đã giải
quyết triệt để vấn đề này.
I.3. Động cơ và nhiên liệu diezel
I.3.1. Động cơ diezel [2,4]
Động cơ diezel được Rulof Diezel sáng chế vào đầu thế kỉ 20, và là loại động
cơ phổ biến nhất trên thế giới. Mặc dù ra đời sau động cơ xăng, nhưng nó được sử
dụng rất rộng rãi trong công nghiệp cũng như trong giao thông vận tải (dùng cho
các loại phương tiện giao thông đường bộ, đường sắt và đường thuỷ). Do có tỷ số
nén cao hơn động cơ xăng nên động cơ diezel có công suất lớn hơn động cơ xăng
khi sử dụng cùng một lượng nhiên liệu. Mặt khác, giá nhiên liệu diezel lại rẻ hơn
giá nhiên liệu xăng nên thế giới đang có xu hướng diezel hoá động cơ.Tuy nhiên
cấu tạo phức tạp và cồng kềnh là hai nhược điểm cần khắc phục của động cơ diezel.
Nguyên lý hoạt động của động cơ diezel gần giống với động cơ xăng. Động cơ
diezel cũng có 4 chu kì hút, nén, nổ, xả nhưng quá trình hút chỉ hút không khí chứ

không hút hỗn hợp nhiên liệu và không khí như trong động cơ xăng. Không khí
được nén tới một mức độ nhất định thì bơm cao áp bơm nhiên liệu vào. Nhiên liệu
phun vào gặp nhiệt độ và áp suất rất cao của không khí trong xylanh sẽ nhanh
chóng bay hơi rồi tự bốc cháy. Quá trình cháy sẽ xảy ra ở bất kì điểm nào trong
xylanh mà ở đó hỗn hợp nhiên liệu và không khí thích hợp nhất. Như vậy, trong
động cơ diezel, hoá năng của quá trình cháy chuyển thành cơ năng. Tính chất lý
hoá của nhiên liệu sẽ ảnh hưởng lớn đến quá trình cháy và sinh công của động cơ
diezel.
I.3.2. Yêu cầu về nhiên liệu diezel [1,2,4]
Để động cơ diezel là việc ổn định đòi hỏi nhiên liệu diezel phải đảm bảo các
chỉ tiêu chất lượng sau :
* Phải có tính tự cháy phù hợp : tính chất này được đánh giá qua trị số xetan.
Trị số xetan là đơn vị đo quy ước đặc trưng cho khả năng tự bắt lửa của nhiên
liệu diezel, là một số nguyên, có giá trị đúng bằng giá tri của hỗn hợp chuẩn có
cùng khả năng tự bắt cháy. Hỗn hợp chuẩn này gồm hai hydrocacbon n-xetan
PHẠM ĐĂNG SƠN 14 HÓA DẦU 2 – K47
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TỔNG HỢP BIODIEZEL
(C
16
H
34
) quy định là 100, có khả năng bắt cháy tốt và α-metyl naphtalen (C
11
H
10
)
quy định là 0, có khả năng bắt cháy kém [1].
Trị số xetan xác định theo tiêu chuẩn ASTM-D 613. Khi sử dụng nhiên liệu
diezel phải chú ý đến trị số xetan phù hợp với số vòng quay của động cơ, nếu
không động cơ sẽ hoạt động không bình thường. Khi trị số xetan thấp hơn yêu cầu,

động cơ làm việc khó khăn, máy nóng, công suất giảm. Khi trị số xetan của nhiên
liệu cao hơn mức yêu cầu, hơi nhiên liệu tự cháy quá nhanh nên cháy không hoàn
toàn, xả khói đen, tiêu hao nhiên liệu, làm bẩn máy và gây ô nhiễm môi trường.
* Có khả năng tạo hỗn hợp cháy tốt : khả năng bay hơi tốt và phun trộn tốt
được đánh giá qua thành phần phân đoạn, độ nhớt, tỷ trọng và sức căng bề mặt.
+ Thành phần chưng phân đoạn : Thành phần chưng cất phân đoạn có
ảnh hưởng lớn đối với tính năng của động cơ diezel, chỉ tiêu này được xác định
theo tiêu chuẩn ASTM D 86.
- Nhiệt độ sôi 10% đặc trưng cho phần nhẹ dễ bốc hơi của nhiên liệu.
Nếu thành phần nhẹ quá cao, khi cháy sẽ làm tăng nhanh áp suất, động cơ làm việc
quá “cứng” sẽ dẫn tới cháy kích nổ. Thành phần nhẹ nhiều còn dẫn tới sự phun
sương không tốt, giảm tính đồng nhất của hỗn hợp cháy, làm cho khí cháy tạo
nhiều khói đen, tạo muội, làm bẩn máy và pha loãng dầu nhờn, động cơ làm việc
kém công suất, giảm tuổi thọ.
- Nhiệt độ sôi 50% đặc trưng cho khả năng khởi động của động cơ.
Nhiên liệu có t
50%
thích hợp sẽ làm động cơ khởi động dễ dàng.
- Nhiệt độ sôi 90% và nhiệt độ sôi cuối đặc trưng cho khả năng cháy
hoàn toàn của hơi nhiên liệu.
+ Độ nhớt động học : Độ nhớt của nhiên liệu diezel rất quan trọng vì nó
ảnh hưởng đến khả năng bơm và phun trộn nhiên liệu vào buồng đốt. Độ nhớt của
nhiên liệu có ảnh hưởng lớn đến kích thước và hình dạng của kim phun. Độ nhớt
động học được xác định ở 40
0
C theo phương pháp thử ASTM D 445
* Tính lưu biến tốt : để đảm bảo khả năng cấp liệu liên tục, yêu cầu này được
đánh giá bằng nhiệt độ đông đặc, nhiệt độ vẩn đục, tạp chất cơ học, hàm lượng
nước, nhựa.
+ Điểm đông đặc : Là nhiệt độ thấp nhất mà nhiên liệu vẫn giữa được tính

chất của chất lỏng. Điểm đông đặc được xác định theo phương pháp ASTM D 97.
+ Nước và tạp chất cơ học : Đây là một trong nhưng chỉ tiêu quan trọng
của nhiên liệu diezel. Nước và cặn có ảnh hưởng đến chất lượng, tồn chứa và sử
dụng. Nước và tạp chất trong diezel được xác định theo phương pháp ASTM D
1796.
+ Hàm lượng nhựa thực tế : Sau khi ra khỏi nhà máy, trong quá trình tồn
chứa, vận chuyển, bảo quản nhiên liệu không tránh khỏi việc tiếp xúc với nước và
không khí có thể tạo nhựa, cùng với các cặn bẩn cơ học làm tắc bầu lọc, bẩn buồng
PHẠM ĐĂNG SƠN 15 HÓA DẦU 2 – K47
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TỔNG HỢP BIODIEZEL
đốt, tắc hệ thống phun nhiên liệu. Vì vậy hàm lượng nhựa thực tế phải được quy
định dưới mức giới hạn cho phép và được xác định theo phương pháp ASTM
D381.
+ Nhiệt độ vẩn đục : Đây là một chỉ tiêu quan trọng, là nhiệt độ tại đó các
tinh thể sáp xuất hiện trong nhiên liệu ở điều kiện thử nghiệm xác định. Nhiệt độ
vẩn đục được xác định theo phưưong pháp ASTM D 2500.
* Ít tạo cặn trong quá trình cháy : khả năng này phục thuộc vào thành phần
phân đoạn và hàm lượng tro.
+ Hàm lượng tro : Là lượng tro còn lại sau khi đốt diezel đến cháy hết,
được tính bằng % khối lượng của lượng tro so cới lượng mẫu ban đầu. Hàm lượng
tro được xác định theo phương pháp ASTM _ D 485. Hàm lượng tro của nhiên liệu
diezel càng thấp càng tốt và được quy định ở dưới mức giới hạn cho phép.
* Ít ăn mòn, có khả năng bảo vệ : khả năng này của nhiên liệu được đánh giá
qua trị số axit, hàm lượng lưu huỳnh, độ ăn mòn lá đồng và hàm lượng mercaptan.
+ Trị số axit : Được xác định theo phương pháp ASTM D 974. Trị số axit
tính bằng số mg KOH để trung hoà hết lượng axit tự do trong 1g nhiên liệu. Trị số
này phản ánh hàm lượng axit tự do (cả vô cơ và hữu cơ) trong nhiên liệu và qua đó
đánh giá được mức độ ăn mòn của các chi tiết kim loại khi tiếp xúc với nhiên liệu.
+ Hàm lượng lưu huỳnh : Lưu huỳnh trong diezel tồn tại ở nhiều dạng
khác nhau như mercaptan, sunfat, thiophen…Các hợp chất lưu huỳnh trong diezel

đều có hại. Chúng gây ăn mòn, tạo khói thải độc hại làm ô nhiễm môi trường. Hàm
lượng lưu huỳnh được xác định theo phương pháp ASTM D 129 và có giá trị càng
thấp càng tốt.
+ Độ ăn mòn lá đồng : Nhằm đánh giá có tính chất định tính độ ăn mòn
của nhiên liệu đối với các chi tiết chế tạo từ đồng, xác định theo phương pháp
ASTM D 130.
* An toàn về phương diện cháy nổ : thể hiện qua nhiệt độ chớp cháy.
+ Nhiệt độ chớp cháy : Nhiệt độ chớp cháy là nhiệt độ thấp nhất (ở điều
kiện áp suất không khí) mẫu nhiên kiệu thử nghiệm hầu như bắt cháy khi ngọn lửa
xuất hiện và tự lan truyền một cách nhanh chóng trên bề mặt mẫu. Nhiệt độ chớp
cháy cốc kín được xác định theo phương pháp ASTM D 93.
Có thể tham khảo các chỉ tiêu chất lượng nhiên liệu diezel của Việt Nam trong
bảng sau :
Bảng 1.4 : Chỉ tiêu chất lượng của một số loại nhiên liệu diezel của Việt Nam
Tên chỉ tiêu
Mức Phương pháp
thử
DO 0,5%
S
DO 1,0 %
S
Trị số xetan, min 50 45 ASTM D 976
PHẠM ĐĂNG SƠN 16 HÓA DẦU 2 – K47
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TỔNG HỢP BIODIEZEL
Hàm lượng lưu huỳnh(% kl), max 0,5 1,0
ASTM D 129
ASTM D 2622
Nhiệt độ cất(
0
C) 90% thể tích, max 370 370

TCVN 2698-
95
Điểm chớp cháy cốc kín (
0
C), min 60 50 ASTM D 93
Độ nhớt động học ở 400C(cSt , mm2/s) 1,8-5,0 1,8-5,0 ASTM D 445
Cặn carbon của 10% chưng cất, % kl,
max
0,3 0,3
ASTM D 189
TCVN 6321-
97
Điểm đông đặc (
0
C), max
- Các tỉnh phía Bắc
- Các tỉnh phía Nam (từ Đà Nẵng trở
vào)
+5
+9
+5
+9
TCVN 3753-
95
ASTM D 97
Hàm lượng tro, %kl, max 0,01 0,01
TCVN 2690-
95
ASTM D 482
Hàm lượng nước-tạp chất cơ học, %V,

max
0,05 0,05 ASTM D 2709
Ăn mòn mảnh đồng ở 500C trong 3h,
max
N01 N01
ASTM D 130
TCVN 3178-
79
Hàm lượng nhựa tế, mg/100ml Báo cáo Báo cáo
I.3.3. Khí thải của nhiên liệu diezel truyền thống [28,35]
Nhiên liệu diezel chủ yếu được lấy từ hai nguồn chính là quá trình chưng cất
trực tiếp dầu mỏ và quá trình cracking xúc tác. Các thành phần phi hydrocacbon
trong nhiên liệu diezel như các hợp chất lưu huỳnh, nitơ, nhựa, asphanten…tương
đối cao, chúng không những gây nên các vấn đề về động cơ mà còn gây ô nhiễm
môi trường mạnh. Đặc biệt ngày nay với xu hướng diezel hoá động cơ thì vấn đề ô
nhiễm môi trường càng trở lên cấp thiết. Các loại khí thải chủ yếu của động cơ
diezel là SO
2
, NO
x
, CO, CO
2
, hydrocacbon thơm... Khí SO
2
không nhưng gây ăn
mòn mà còn gây mưa axit, tác động xấu đến sức khoẻ con người, mùa màng, cây
cối… Khí CO
2
là nguyên nhân gây hiệu ứng nhà kính. Khí CO được tạo ra do quá
trình cháy không hoàn toàn của nhiên liệu, nó là loại khí không màu, không mùi,

không vị, không gây kích thích da nhưng nó rất nguy hiểm với con người. Lượng
CO khoảng 70 phần triệu (ppm) có thể gây các triệu chứng như đau đầu, mệt mỏi,
buồn nôn. Lượng CO khoảng 150-200ppm gây bất tỉnh, mất trí nhớ và có thể dẫn
đến chết người. Thành phần hydrocacbon không cháy hết trong khí thải đặc biệt là
các hydrocacbon thơm là nguyên nhân gây ra bệnh ung thư. Ngoài ra, các chất rắn
PHẠM ĐĂNG SƠN 17 HÓA DẦU 2 – K47
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TỔNG HỢP BIODIEZEL
dạng hạt rất nhỏ khó nhận biết có lẫn trong khí thải cũng gây ô nhiễm không khí và
là nguyên nhân gây ra các bệnh về hô hấp.
Các nước trên thế giới hiện nay đều quan tâm đến vấn đề về hiệu quả kinh tế
và môi trường, vì vậy xu hướng phát triển của nhiên liệu diezel là tối ưu hoá trị số
xetan, giảm hàm lượng lưu huỳnh xuống mức thấp nhất, mở rộng nguồn nhiên liệu
và tìm kiếm nhưng nhiên liệu sạch ít gây ô nhiễm môi trường. Trước khi tìm ra
những nguồn nhiên liệu sạch mới có thể đáp ứng toàn bộ những chỉ tiêu kinh tế và
môi trường đó thì việc nâng cao chất lượng nhiên liệu diezel khoáng hiện có là rất
cần thiết.
I.3.4. Các phương pháp nâng cao chất lượng nhiên liệu diezel [2,4]
Có bốn phương pháp có thể làm sạch và nâng cao chất lượng của nhiên liệu
diezel :
* Phương pháp pha trộn : Sử dụng việc pha trộn giữa diezel sạch với
diezel bẩn hơn để thu được diezel đảm bảo chất lượng. Phương pháp này có hiệu
quả kinh tế khá cao, có thể pha trộn với các tỷ lệ khác nhau để có nhiên liệu diezel
thoả mãn yêu cầu. Tuy nhiên trên thế giới có rất ít nguồn dầu thô sạch (có ít thành
phần phi hydrocacbon) nên phương pháp này không có tính phổ biến cao.
* Phương pháp hydro hoá làm sạch : Phương pháp này có ưu điểm là
hiệu quả làm sạch rất cao, các hợp chất phi hyđrocacbon được giảm xuống rất thấp
nên nhiên liệu diezel rất sạch. Tuy nhiên phương pháp này ít được lựa chọn vì vốn
đầu tư khá cao.
* Phương pháp nhũ hoá nhiên liệu diezel : Bản chất của phương pháp
này là đưa nước vào nhiên liệu diezel để tạo thành dạng nhũ tương. Loại nhiên liệu

này có nồng độ oxy cao hơn nên quá trình cháy sạch hơn. Nếu đưa vào sử dụng
trong thực tế thì phương pháp này không những góp phần giảm được ô nhiễm môi
trường mà còn có giá trị kinh tế rất cao. Tuy nhiên hiện nay phương pháp này vẫn
đang trong giai đoạn nghiên cứu thử nghiệm trong phòng thí nghiệm.
* Phương pháp đưa chất chứa oxy vào nhiên liệu diezel khoáng gọi là
nhiên liệu sinh học. Dạng nhiên liệu này cũng có nồng độ oxy cao hơn, giảm lượng
cặn bẩn, tạp chất , vì vậy quá trình cháy sạch và ít tạo cặn.
Trong bốn phương pháp trên thì phương pháp thứ tư là phương pháp được
nhiều nước quan tâm nhiều nhất và tập trung nghiên cứu nhiều nhất vì đây là
phương pháp lấy từ nguồn nguyên liệu sinh học. Đó là nguồn nguyên liệu có thể
coi là vô tận, tái sử dụng được. Nhiên liệu sinh học tổng hợp từ sinh khối khi cháy
tạo ra rất ít các khí thải như CO, SO
x
, H
2
S, hydrocacbon thơm...nên giảm thiểu khả
năng gây ô nhiễm môi trường rất nhiều.Trong số các nhiên liệu đó, biodiezel xuất
hiện như là một nhiên liệu sinh học điển hình, đã, đang và sẽ là nguồn nhiên liệu lý
tưởng trong tương lai thay thế cho nhiên liệu khoáng sẽ bị khai thác cạn kiệt trong
một tương lai không xa.
PHẠM ĐĂNG SƠN 18 HÓA DẦU 2 – K47
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TỔNG HỢP BIODIEZEL
I.4. Tổng quan về biodiezel
I.4.1. Nhiên liệu sinh học
Trong các phương pháp nhằm nâng cao chất lượng nhiên liệu diezel thì
phương pháp sử dụng nhiên liệu sinh học là phương pháp có hiệu quả nhất và được
sử dụng nhiều nhất. Nhiên liệu sinh học được định nghĩa là bất cứ loại nhiên liệu
nào nhận được từ sinh khối. Chúng bao gồm bioetanol, biodiezel, biogas,
dimetylete sinh học và dầu thực vật. Nhiên liệu sinh học được sử dụng nhiều hiện
nay trong giao thông vận tải là etanol sinh học, diezel sinh học và xăng pha etanol.

Có thể so sánh giữa nhiên liệu có nguồn gốc dầu mỏ với nhiên liệu sinh học như
sau :
Bảng 1.5 : So sánh nhiên liệu sinh học và nhiên liệu khoáng
Nhiên liệu dầu mỏ Nhiên liệu sinh học
Sản xuất từ dầu mỏ Sản xuất từ nguyên liệu thực vật
Có hàm lượng lưu huỳnh cao Hàm lượng lưu huỳnh cực thấp
Chứa hàm lượng chất thơm Không chứa hamg lượng chất thơm
Khó phân huỷ sinh học Có khả năng phân huỷ sinh học cao
Không chứa hàm lượng oxy Có 11% oxy
Điểm chớp cháy cao Điểm chớp cháy cao
Như vậy, việc phát triển nhiên liệu sinh học có lợi về nhiều mặt như giảm
đáng kể các khí thải độc hại, mở rộng nguồn năng lượng, đảm bảo an ninh năng
lượng, giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu nhập khẩu đồng thời đem lại nhiều lợi
nhuận cho các nhà máy sản xuất và tạo nhiều việc làm cho người dân…
I.4.2. Giới thiệu về biodiezel [7,8,14,15,36,37]
Trước đây, khi động cơ diezel được phát minh ra thì nhiên liệu đầu tiên được
sử dụng cho loại động cơ này là dầu thực vật. Nhưng nguyên liệu dầu thực vật đã
không được lựa chọn làm nhiên liệu cho động cơ diezel vì giá của dầu thực vật đắt
hơn giá của diezel khoáng. Gần đây, do sự tăng giá của nhiên liệu diezel có nguồn
gốc từ dầu mỏ (diezel khoáng) và sự hạn chế về nguồn nhiên liệu mà người ta lại
hướng sự quan tâm trở lại dầu thực vật với những lợi ích về môi trường và khả
năng tái sinh của nó.
Việc sử dụng dầu thực vật như là một nhiên liệu thay thế để cạnh tranh với dầu
mỏ đã được bắt đầu từ những năm 1980. So với nhiên liệu diezel khoáng truyền
thống, dầu thực vật có nhiều ưu điểm như hàm lượng lưu huỳnh thấp hơn, hàm
lượng chất thơm rất ít, độ nhớt cao hơn, khả năng bay hơi kém, dễ bị vi khuẩn phân
huỷ và đặc biệt là có khả năng tái sinh được (do có thể trồng được các loại cây lấy
dầu làm nguồn nguyên liệu tổng hợp). Tuy nhiên, hạn chế chính đối với việc sử
PHẠM ĐĂNG SƠN 19 HÓA DẦU 2 – K47
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TỔNG HỢP BIODIEZEL

dụng dầu thực vật làm nhiên liệu diezel chính là độ nhớt. Dầu thực vật có độ nhớt
rất cao, gấp 10 đến 20 lần nhiên liệu diezel thông thường (thậm chí dầu thầu dầu
còn có độ nhớt gấp 100 lần) nên chúng ảnh hưởng đến quá trình bơm phun, cháy
tạo cặn trong động cơ. Vì vậy sự pha loãng, nhũ hoá, nhiệt phân, cracking xúc tác
và metyl este hoá là các giải pháp kĩ thuật sử dụng để giảm độ nhớt của dầu thực
vật:
- Pha loãng dầu thực vật : Độ nhớt của dầu thực vật có thể được giảm xuống
bằng việc pha loãng dầu với etanol tinh khiết, hoặc hỗn hợp 25% dầu hướng dương
và 75% dầu diezel khoáng để thu được nhiên liệu có độ nhớt phù hợp. Tuy nhiên,
độ nhớt của hỗn hợp nhiên liệu theo phương pháp trộn này vẫn cao hơn chỉ tiêu cho
phép (lớn hơn 4,1 cSt tại 40
0
C ) nên hỗn hợp này không phù hợp cho việc sử dụng
lâu dài làm nhiên liệu của động cơ diezel .
- Sử dụng dạng nhũ hoá dầu thực vật : Để giảm độ nhớt cao của dầu thực vật,
người ta tiến hành nhũ hoá dầu thực vật với các chất lỏng không thể hoà tan được
như etanol, metanol. Phương pháp này hiện nay đang được nghiên cứu.
- Nhiệt phân dầu thực vật : Nhiệt phân dầu thực vật bằng nhiệt độ cao không
có mặt của oxy ta thu được các ankan, anken, ankadien, các axit cacboxylic, hợp
chất thơm và lượng nhỏ các sản phẩm khí. Quá trình nhiệt phân các hợp chất béo
được thực hiện cách đây hơn 100 năm ở những nơi có ít hoặc không có dầu mỏ.
- Cracking xúc tác dầu thực vật : Cracking dầu thực vật sẽ tạo ra các ankan,
xycloankan, alkylbenzen…làm nhiên liệu rất tốt tuy nhiên đầu tư cho một dây
chuyền cracking xúc tác rất tốn kém.
- Chuyển hoá este tạo biodiezel : Quá trình này tạo ra các alkyl este của axit
béo có trọng lượng phân tử và độ nhớt thấp hơn nhiều so với các phân tử dầu thực
vật ban đầu. Các este này có trọng lượng phân tử bằng một phần ba khối lượng
phần tử của dầu thực vật và có độ nhớt thấp xấp xỉ bằng dầu khoáng. Hỗn hợp bao
gồm các alkyl este của axit béo đó gọi là biodiezel, chúng có tính chất rất phù hợp
cho việc làm nhiên liệu cho động cơ diezel.

Trong các phương pháp trên, phương pháp chuyển hoá este tạo biodiezel là sự
lựa chọn tốt nhất, vì các đặc tính vật lý của metyl este rất gần với nhiên liệu diezel
thông thường. Hơn nữa quá trình tổng hợp biodiezel cũng tương đối đơn giản với
chi phí không cao. Đặc biệt, không như dầu thực vật, biodiezel có thể sử dụng làm
nhiên liệu cho động cơ diezel mà không cần phải thay đổi các chi tiết động cơ như
đối với dầu thực vật, vì độ nhớt của nó thấp và ít tạo cặn hơn nhiều.
Có thể tham khảo đặc tính của diezel khoáng và một số loại metyl este khác ở
bảng sau :
Bảng 1.6 : Một số đặc tính của diezel khoáng và metyl este thực vật
STT Tính chất
Nhiên liệu
Diezel No2 Metyleste Metyleste Metyleste
PHẠM ĐĂNG SƠN 20 HÓA DẦU 2 – K47
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TỔNG HỢP BIODIEZEL
dầu đậu
nành
dầu hạt cải
dầu phế
thải
1 Trị số xetan 40÷52 50,9 52,9 57
2
Nhiệt độ chớp
cháy,
o
C
60÷72 131 170 117
3
Khối lượng riêng
(g/ml)
0,85 0,885 0,883 0,876

4
Độ nhớt ở
40
o
C,cSt
2,6 4,08 4,83 4,80
5 Nhiệt độ đông đặc -25÷-15 -0,5 -4,0 13,9
6
Thành
phần
chưng
cất
T
s
đầu 185 299 326 209
T
s
10% 210 328 340 324
T
s
50% 260 336 344 328
T
s
90% 315 340 348 342
T
s
cuối 345 346 366 339
7 Chỉ số iot 8,6 133,2 97,4 -
Biodiezel là các mono alkyl este của các axit béo mạch thẳng được điều chế
bởi phản ứng trao đổi este giữa các loại dầu thực vật và mỡ động vật với các rượu

mạch thẳng (metanol, etanol…). Với R
x
là gốc axit béo, R là gốc rượu thì công thức
chung của nhiên liệu biodiezel là R
x
COOR. Phản ứng tổng hợp biodiezel dạng tổng
quát được viết như sau :

R
1
R
3
R
2
COO CH
COO CH
COO CH
2
2
+
3ROH
R
1
R
2
R
3
COOR
COOR
COOR

CH
CH
CH
2
2
OH
OH
OH
+
Biodiezel có tính chất vật lý rất giống với dầu diezel, nhưng tốt hơn dầu diezel
nhiều về nồng độ khí thải. Các chỉ tiêu của biodiezel so với nhiên liệu diezel được
thể hiện qua bảng sau :
Bảng 1.7 : So sánh các chỉ tiêu của biodiezel và diezel khoáng
Các chỉ tiêu Biodiezel Diezel
Tỷ trọng 0,87 – 0,89 0,81 - 0,89
Độ nhớt động học ở 40
0
C, cSt 2,7 – 5,8 1,9 - 4,1
Trị số xetan 46 – 70 40 - 55
Nhiệt lượng toả ra khi cháy, cal/g 37000 43800
Hàm lượng lưu huỳnh, % 0,0 – 0,0024 0,5
Điểm vẩn đục,
0
C -11 – 16 -
Điểm rót,
0
C -15 – 13 -25 - -15
PHẠM ĐĂNG SƠN 21 HÓA DẦU 2 – K47
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TỔNG HỢP BIODIEZEL
Chỉ số iôt 60 – 135 8,6

Sản phẩm cháy của biodiezel sạch hơn nhiều so với nhiên liệu diezel khoáng,
riêng B20 (hỗn hợp của 20% biodiezel với 80% diezel khoáng) có thể được sử
dụng trong các động cơ diezel mà không phải thay đổi kết cấu của động cơ. Thực tế
động cơ sẽ chạy tốt hơn với B20 so với biodiezel nguyên chất.
* Ưu điểm của biodiezel
+ Trị số xetan cao : Trị số xetan là một đơn vị đo khả năng tự bốc cháy của
nhiên liệu diezel. Nhiên liệu diezel cho động cơ thông thường có trị số xetan nhỏ
hơn 50, còn đối với động cơ có tốc độ cao thì chỉ số xetan đòi hòi phải từ 50- 60.
Nhìn chung thì trị số xetan của biodiezel thường cao hơn diezel khoáng, và hoàn
toàn có thể sử dụng cho các động cơ có tốc độ cao mà không phải thêm phụ gia
tăng trị số xetan. Chỉ số xetan cao sẽ giúp động cơ khởi động dễ dàng hơn và giảm
thiểu tiếng ồn khi hoạt động.
+ Hàm lượng lưu huỳnh : Hàm lượng lưu huỳnh trong biodiezel rất nhỏ,
thường chỉ vào khoảng 0,001%. Đặc tính này giúp giảm đáng kể khí SO
2
gây ăn
mòn thiết bị và gây ô nhiễm môi trường khi biodiezel được sử dụng rộng rãi làm
nhiên liệu thay cho diezel truyền thống.
+ Khả năng bôi trơn giảm mài mòn : Biodiezel có khả năng bôi trơn bên trong
rất tốt. Các nghiên cứu đã chứng minh rằng khả năng bôi trơn của biodiezel tốt hơn
nhiều so với diezel khoáng. Khả năng bôi trơn của nhiên liệu được đặc trưng bởi
giá trị HFRR (high-frequency receiprocating rig), giá trị này càng thấp thì khả năng
bôi trơn càng tốt. Nhiên liệu diezel thông thường đã xử lý lưu huỳnh có giá trị
HFRR lớn hơn 500 khi không có phụ gia, và phải thêm phụ gia tăng khả năng bôi
trơn để giảm xuống dưới 450 (giới hạn trên cho khả năng bôi trơn của nhiên liệu).
Trong khi đó, giá trị HFRR của biodiezel chỉ khoảng 200 nên biodiezel còn có thể
sử dụng như là một phụ gia bôi trơn rất tốt cho nhiên liệu diezel thông thường. Khi
nhiên liệu diezel khoáng đã được pha biodiezel với tỷ lệ thích hợp, sự mài mòn
động cơ được giảm đáng kể. Các thực nghiệm đã chứng minh sau khoảng 15000
giờ làm việc vẫn không nhận thấy sự mài mòn ở động cơ sử dụng loại nhiên liệu

kết hợp này [8].
+ Giảm hàm lượng khí thải độc hại và nguy cơ mắc bệnh ung thư : Theo các
nghiên cứu của Bộ năng lượng Mỹ đã hoàn thành tại một trường đại học ở
California, sử dụng biodiezel tinh khiết thay cho diezel khoáng có thể giảm 93,6%
nguy cơ mắc bệnh ung thư từ khí thải của diezel. Điều này là do khác với nhiên liệu
diezel khoáng, trong thành phần của biodiezel chứa 11% oxy làm quá trình oxy hóa
triệt để nhiên liệu xảy ra dễ dàng hơn nhiều, lượng hydrocacbon chưa cháy hết
trong khí thải và các hạt vật chất rắn sẽ giảm đáng kể. Hơn nữa, biodiezel chứa rất
ít các hợp chất thơm và lưu huỳnh làm hàm lượng các khí thải có chứa các hợp chất
PHẠM ĐĂNG SƠN 22 HÓA DẦU 2 – K47
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TỔNG HỢP BIODIEZEL
đó, vốn rất độc với con người và môi trường, giảm xuống một cách đáng ngạc
nhiên, không chỉ với nhiên liệu biodiezel 100% (B100) mà ngay cả với tỷ lệ pha
trộn 20% biodiezel (B20).
+ An toàn cháy nổ : Biodiezel có nhiệt độ chớp cháy trên 100
0
C cao hơn nhiều
so với diezel vì vậy biodiezel ít nguy hiểm hơn trong quá trình bảo quản, tồn chứa
và vận chuyển.
+ Nguồn nguyên liệu tổng hợp được đảm bảo : Không như nguồn năng lượng
từ dầu mỏ đang bị khai thác ồ ạt và có thể bị cạn kiệt trong tương lai, biodiezel
được tổng hợp từ các loại dầu thực vật, mỡ động vật nên dễ dàng có thể tái tạo và
nuôi trồng được.
+ Có khả năng phân hủy sinh học : Đây cũng có thể được coi là một ưu điểm
của biodiezel. Nhiên liệu biodiezel hoàn toàn có thể phân hủy sinh học khá nhanh
và triệt để tạo ra những hợp chất ít gây hại và ô nhiễm cho môi trường. Vì vậy nếu
có sự cố tràn dầu thì biện pháp khắc phục hậu quả sẽ trở nên dễ dàng hơn và ảnh
hưởng đến môi trường sẽ không nghiêm trọng bằng diezel khoáng.
* Nhược điểm chủ yếu của biodiezel :
+ Giá thành cao : Biodiezel thu được từ dầu thực vật đắt hơn so với nhiên liệu

diezel thông thường. Ở Mỹ, một gallon dầu đậu nành có giá gấp 2 đến 3 lần một
gallon dầu diezel. Nhưng trong quá trình sản xuất biodiezel có tạo ra sản phẩm phụ
là glyxerin có rất nhiều ứng dụng nên có thể bù nào một phần giá cả cao của
biodiezel.
+ Độ linh động không cao : Có thể nhận thấy nhiệt độ vẩn đục, nhiệt độ kết
tinh và nhiệt độ đông đặc của biodiezel có giá trị cao hơn so với các giá trị tương
ứng của diezel. Mặc dù các nhiệt độ này phụ thuộc khá nhiều vào nguồn nguyên
liệu tuy nhiên việc sử dụng biodiezel (đặc biệt là các loại biodiezel tổng hợp từ dầu
mỡ động vật) ở những vùng có khí hậu thấp vẫn gặp nhiều khó khăn và phải cần có
phụ gia chống đông đặc để đảm bảo tính lưu biến tốt của nhiên liệu. Mặt khác, độ
nhớt động học của biodiezel cũng thường cao hơn so với các loại nhiên liệu diezel
khoáng. Hầu hết các loại biodiezel nguyên chất (trừ biodiezel dừa) đều có độ nhớt
cao hơn tiêu chuẩn đối với các loại nhiên liệu chạy động cơ diezel (đòi hỏi độ nhớt
nằm trong khoảng 1,9 - 4,1 cSt). Đây chính là nguyên nhân chính mà biodiezel
100% (B100) ít khi được sử dụng trực tiếp nếu không điều chỉnh lại hệ thống bơm
phun nhiên liệu của động cơ mà thay vào đó sử dụng B20 để đảm bảo độ nhớt phù
hợp.
+ Khí thải của nhiên liệu biodiezel có chứa nhiều NO
x
: hàm lượng NO
x
trong
khí thải của phần lớn các nhiên liệu biodiezel nhiều hơn khí thải của diezel khoáng.
Nhưng có thể giảm lượng NO
x
trong khí thải này bằng cách lắp thêm bộ tuần hoàn
khí thải hay hộp xúc tác ở ống xả của động cơ. Các thiết bị này đã được sử dụng rất
nhiều ở những nước phát triển.
PHẠM ĐĂNG SƠN 23 HÓA DẦU 2 – K47
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TỔNG HỢP BIODIEZEL

+ Tính kém ổn định : Biodiezel dễ bị phân huỷ bởi rất nhiều nguyên nhân nên
quá trình bảo quản khó khăn.
+ Nhiệt trị không cao : Nhiệt trị của nhiên liệu Biodiezel nhỏ hơn nhiên liệu
khoáng từ 5-8%, do đó nếu sử dụng cùng một lượng nhiên liệu thì động cơ sử dụng
nhiên liệu biodiezel cho công suất thấp hơn động cơ sử dụng biodiezel khoáng.
+ Tính chất thời vụ của nguồn nguyên liệu dầu thực vật : Nguyên liệu để sản
xuất các biodiezel đa số là hạt hay quả của những cây ngắn hay dài ngày nhưng thu
hoạch mang tính mùa vụ. Vì vậy để đảm bảo việc sử dụng biodiezel quanh năm ta
phải quy hoạch tốt nguồn nguyên liệu.
+ Đòi hỏi tuân thủ những quy định khắt khe về môi trường khi sản xuất : Quá
trình sản xuất biodiezel phải rửa và tinh chế sản phẩm rất nhiều, trong nước rửa có
lẫn nhiều xà phòng, metanol và glyxerin là những chất gây ô nhiễm. Do đó cần phải
xử lý nguồn nước thải tốt để không gây ô nhiễm môi trường.
I.4.3. Các quá trình chuyển hoá este tạo biodiezel [18,36,37]
Biodiezel có thể được sản xuất bởi nhiều công nghệ este hoá khác nhau. Về
phương diện hoá học quá trình chuyển hoá este (transesterification - hay còn gọi là
quá trình rượu hoá) có nghĩa là từ một phân tử este tác dụng với 1 rượu khác cho ra
một este mới và một rượu mới. Quá trình tổng hợp biodiezel bản chất cũng là sự tác
dụng của triglyxerit (1 loại este đa chức) với phân tử rượu để tạo ra các alkyl este
của axit béo với rượu đó và rượu đa chức glyxerin. Rượu được sử dụng trong quá
trình này thường là các rượu đơn chức chứa khoảng từ một đến tám nguyên tử
cacbon : metanol, etanol, propanol, butanol…trong đó metanol và etanol thường
hay được sử dụng nhất. Etanol có ưu điểm là sản xuất dễ dàng từ các sản sản phẩm
nông nghiệp bằng phương pháp lên men, không độc hại và ít ô nhiễm môi trường
hơn. Tuy nhiên metanol được sử dụng nhiều hơn do giá thành thấp hơn, cho phép
tách đồng thời pha glyxerin do nó là rượu mạch ngắn nhất và phân cực. Phản ứng
sử dụng etanol sẽ đòi hỏi lượng nước trong rượu và dầu rất thấp, do đó làm phức
tạp hơn dây chuyền công nghệ. Bên cạnh đó, metyl este có năng lượng lớn hơn etyl
este, khả năng tạo cốc ở vòi phun thấp.Vì vậy, cho dù độc hại hơn, nhưng metanol
vẫn được sử dụng rộng rãi làm nguyên liệu tổng hợp biodiezel trong rất nhiều nhà

máy trên thế giới.
Biodiezel có thể tổng hợp từ nhiều nguồn nguyên liệu khác nhau, nhưng chung
qui lại có ba nhóm nguyên liệu chủ yếu : dầu thực vật, dầu thải và mỡ động vật. Do
hàm lượng axit béo tự do trong các nguồn nguyên liệu đó khác nhau nên quá
trình xử lý nguyên liệu (chủ yếu là tách các axit béo tự do và khống chế hàm
lượng nước) cũng khác nhau. Trong các nguồn nguyên liệu trên thì nguồn nguyên
liệu dầu thực vật được sử dụng phổ biến nhất và cũng là nguồn nguyên liệu dồi dào
nhất.
PHẠM ĐĂNG SƠN 24 HÓA DẦU 2 – K47
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TỔNG HỢP BIODIEZEL
Có hai phương pháp cơ bản để tổng hợp biodiezel từ dầu thực vật và mỡ động
vật :
* Phương pháp siêu tới hạn : Đây là phương pháp mới không cần sử dụng xúc
tác nhưng nhiệt độ và áp suất tiến hành phản ứng rất cao (nhiệt độ 850K và áp suất
trên 100Mpa). Phương pháp này cho độ chuyển hoá cao, thời gian phản ứng ngắn
nhất, quá trình tinh chế sản phẩm đơn giản nhất vì không phải tách xúc tác ra khỏi
sản phẩm, nhưng đòi hỏi chế độ công nghệ cao, thiết bị phản ứng cấu tạo phức tạp.
* Phương pháp trao đổi este có sử dụng xúc tác. Có ba loại xúc tác hay được
sử dụng, đó là :
+ Xúc tác axit : Chủ yếu là axit Bronted như H
2
SO
4
, HCl…xúc tác đồng
thể trong pha lỏng. Phương pháp xúc tác đồng thể này đòi hỏi nhiều năng lượng
cho quá trình tinh chế sản phẩm. Các xúc tác này cho độ chuyển hoá thành este cao,
nhưng phản ứng chỉ đạt độ chuyển hoá cao khi nhiệt độ cao trên 100
0
C và thời gian
phản ứng lâu hơn, ít nhất trên 6 giờ mới đạt độ chuyển hoá hoàn toàn. Ví dụ như sử

dụng xúc tác H
2
SO
4
nồng độ 1% với tỉ lệ metanol/dầu đậu nành lành là 30/1 tại
65
0
C mất 50 giờ mới đạt độ chuyển hoá 99%. Xúc tác axit dị thể sử dụng trong quá
trình này như SnCl
2
, zeolite USY-292, nhựa trao đổi anion A26, A27…Xúc tác này
có ưu điểm là quá trình tinh chế sản phẩm đơn giản, không tốn nhiều năng lượng
nhưng ít được sử dụng do có độ chuyển hoá thấp.
+ Xúc tác bazơ : Xúc tác bazơ được sử dụng trong quá trình chuyển hoá
este dầu thực vật có thể là xúc tác đồng thể trong pha lỏng như : KOH , NaOH,
K
2
CO
3
, CH
3
ONa hay xúc tác dị thể như MgO, nhựa trao đổi cation Amberlyst 15,
titanium silicate TIS…Xúc tác đồng thể CH
3
ONa cho độ chuyển hoá cao nhất, thời
gian phản ứng ngắn nhất, nhưng yêu cầu không được có sự có mặt của nước vì vậy
không thích hợp trong quá trình sản xuất công nghiệp. Còn xúc tác dị thể có hoạt
tính cao nhất là MgO nhưng hiệu suất sản phẩm vẫn còn quá thấp so với xúc tác
đồng thể (nhỏ hơn 10 lần so với KOH hay NaOH).
Kết quả thử nghiệm đối với các loại xúc tác khác nhau ở cùng điều kiện

nhiệt độ là 60
0
C, thời gian phản ứng là 8h, cùng một loại dầu, cùng một tác nhân
rượu hoá, tỷ lệ mol rượu/dầu như nhau được đưa ra trong bảng sau :
Bảng 1.8 : Độ chuyển hóa tạo biodiezel của một số loại xúc tác
Xúc tác Độ chuyển hoá (%)
NaOH 100,0
Amberlyst A26 0,1
Amberlyst A27 0,4
Amberlyst 15 0,7
TIS 0,6
SnCl
2
3,0
PHẠM ĐĂNG SƠN 25 HÓA DẦU 2 – K47