xây dựng quy trình công nghệ sản xuất liên tục biodiesel, sử dụng xúc tác dị thể, trên cơ sở kỹ thuật tạo bong bóng hơi

Company
LOGO
ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN
xây dựng quy trình công nghệ sản xuất liên tục biodiesel,
sử dụng xúc tác dị thể, trên cơ sở kỹ thuật tạo bong bóng
hơi

GVHD: TS.Nguyễn Vĩnh Khanh
HVTH : Nguyễn Đình Phúc
Nội Dung
V.Nội dung nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu
IV.Mục tiêu và luận giải về việc đặt ra mục tiêu
III.Tính cấp thiết
II.Tổng quan mỡ cá và biodiesel
I.Đặt vấn đề
V.Kết Quả Nghiên Cứu Trên Thế Giới Và Việt Nam
I.Đặt Vấn Đề
Đặt vấn đề
Đặt Vấn Đề

Nguồn nhiên liệu cung cấp cho động cơ diesel ngày càng khan hiếm, các vấn đề ô nhiễm môi
trường, nhu cầu năng lượng tăng, giá dầu mỏ biến động…

Sử dụng biodiesel.

Biodiesel được sản xuất từ dầu thực vật hoặc mỡ động vật. Ở Việt Nam cá tra, cá basa là 2 giống cá
được nuôi rất nhiều ở các tỉnh đồng bằng Sông Cửu Long với trữ lượng khá lớn, hàng năm lượng
mỡ cá thải ra là rất lớn
Sử dụng mỡ cá để sản xuất biodiesel hướng giải quyết phù hợp và cấp thiết theo tình hình thực
tế ở Việt Nam
Đặt Vấn Đề


Hiện tại trên thế giới cũng như tại Việt Nam, biodiesel thương phẩm được sản xuất bằng quá trình
chuyển ester hoá (transeterification), với methanol hoặc ethanol, sử dụng xúc tác acid hoặc base, và
thường được sản suất theo dạng mẽ. Với kiểu sản xuất này thì có rất nhiều nhược điểm dẫn đến hiệu
suất cũng như chất lượng sản xuất biodiesel không được cao. { sẽ được phân tích ở phần sau}

Để khác phục những vấn đề đó, đề tài này xin xây dựng quy trình công nghệ sản xuất liên tục
biodiesel, sử dụng xúc tác dị thể, trên cơ sở kỹ thuật tạo bong bóng hơi ( vấn đề này cũng đã được
nghiên cứu ở nhiều nước Mỹ, Pháp, Nhật, Úc, Đài Loan, …)
Tổng Quan Về Mỡ Cá, Biodiesel
Biodiesel
Mỡ cá
www.themegallery.com
Mỡ cá
•
Cá tra, cá basa là 2 giống cá
được nuôi rất nhiều ở các tỉnh
đồng bằng Sông Cửu Long với
trữ lượng khá lớn. Cá basa có
trọng lượng tương đối lớn
(khoảng 2 – 3 kg/con), trong
đó mỡ cá chiếm 15,7 – 23,9%
khối lượng cá.
•
Năm 2006, công suất chế biến
cá ở vào khoảng 800.000 tấn,
sinh ra khoảng 150.000 tấn mỡ
cá, năm 2008 đạt 1,8 triệu tấn,
tương ứng với lượng mỡ cá
khoảng 300.000 tấn. Đến 2010

con số này còn tăng thêm
25%.
Tại sao
chọn mỡ cá?
•
Nếu ta tận dụng tốt nguồn mỡ cá này
vào việc sản xuất biodiesel thì sẽ
không lo thiếu hụt nguồn nguyên liệu
ban đầu.
•
Việc tận thu mỡ cá còn góp phần
giảm ô nhiễm môi trường nguồn
nước ở khu vực chế biến cá xuất
khẩu.

Như vậy, chuyển mỡ cá thành
biodiesel thì nâng cao hẳn giá trị kinh
tế của giống cá này, ngoài ra giá
thành của biodiesel cũng giảm đáng
kể.

Kết quả thử nghiệm cho thấy với
khoảng 1 kg mỡ cá sẽ tạo thành được
1 lít biodiesel
Mỡ CÁ
Thành phần acid béo trong các loại
nguyên liệu (%)
www.themegallery.com
Tính Chất
Chỉ số Giá trị

Hàm lượng nước (%) 0.33
Chỉ số axit (mg KOH/g mỡ) 4.2725
Chỉ số xà phòng hóa (mg
KOH/g mỡ)
192.3
Chỉ số Iod (g I
2
/100g mỡ)
51.12
Tỷ trọng (g/ml) 0.9043
Độ nhớt (cSt) 4.27
Nguyên
liệu
Hàm
lượng
chất
béo
Acid
béo loại
một nối
đôi
Acid
béo loại
nhiều
nối đôi
Acid
béo
bão
hòa
Dầu dừa 47.6 5.00 1.00 94.00

Dầu cọ 44.63 40.00 10.00 50.00
Bơ 83.5 30.00 4.00 66.00
Mỡ heo 20 – 30 50.00 3.00 47.00
Mỡ bò 10 – 20 43.00 12.60 44.40
Mỡ cá
basa
25 31.52 12.72 44.35
Tính chất hóa lý
Mỡ Cá
Biodiesel (Diesel sinh học) là một loại nhiên liệu có tính chất giống với dầu diesel hóa thạch nhưng được sản
xuất từ nguồn nguyên liệu dầu thực vật và mỡ động vật, và thường được ký hiệu B100.
9
Khái Niệm Biodiesel
Ưu Nhược Điểm Của Biodiesel

ƯU ĐIỂM

Giảm ô nhiễm môi trường;

Không độc, dễ phân hủy;

Chỉ số Cetan cao hơn;

Giảm phụ thuộc vào nguồn dầu mỏ và thúc đẩy nông nghiệp phát triển.

NHƯỢC ĐIỂM

Nhiệt trị thấp hơn

tiêu thụ nhiên liệu nhiều hơn;


Độ ổn định oxy hóa thấp;

Điểm đông đặc cao;

Nguồn nguyên liệu hạn chế.
10
Chỉ Tiêu Chất Lượng Của Biodiesel
Chỉ tiêu Phương pháp thử Giới hạn Đơn vị
Nhiệt độ chớp cháy cốc kín ASTM D 93 130 min
0
C
Hàm lượng methanol EN 14110 0,2 max % kl
Hàm lượng nước và cặn ASTM D 2709 0,05 max % tt
Hàm lượng cặn cacbon (100% mẫu) ASTM D 4530 0,05 max % kl
Hàm lượng tro sunphat ASTM D 874 0,02 max % kl
Độ nhớt động học ở 40
0
C ASTM D 445 1,9 – 6,0 cSt (mm
2
/s)
Hàm lượng lưu huỳnh
•
S500 Grade
•
S15 Grade
ASTM D 5453
500 max
15 max
mg/kg

Ăn mòn mảnh đồng ASTM D 130 No. 3 max
Trị số axit ASTM D 664 0,5 max mgKOH/g
Hàm lượng glycerin tự do ASTM D 6854 0,02 max % kl
Tổng hàm lượng glycerin ASTM D 6854 0,24 max % kl
Trị số cetane ASTM D 613 47 min
Điểm vẩn đục ASTM D 2500 báo cáo
0
C
Nhiệt độ cất, 90 % thể tích ASTM D 1160 360 max
0
C
Hàm lượng P ASTM D 4951 10 max mg/kg
Tổng hàm lượng Ca, Mg EN 14538 5 max mg/kg
Tổng hàm lượng Na, K EN 14538 5 max mg/kg
Độ ổn định oxy hóa EN 14112 3 min hrs
III.Tính Cấp Thiết Của Đề Tài
Tính cấp thiết
Tính Cấp Thiết Của Đề Tài

Hiện tại, trên thế giới cũng như tại Việt Nam, biodiesel thương phẩm được sản xuất từ dầu thực vật hoặc
mỡ động vật, bằng quá trình chuyển ester hoá (transeterification), với methanol hoặc ethanol, sử dụng
xúc tác acid hoặc base. Trong quá trình sản xuất này, còn tồn tại những vấn đề như sau:

Tốc độ phản ứng bị giới hạn bởi quá trình truyền khối giữa
pha dầu và pha rượu, bởi vì chúng không hoà tan lẫn nhau.

Quá trình chuyển este hoá là phản ứng thuận nghịch, vì vậy
nếu không liên tục tách sản phẩm ra khỏi hỗn hợp phản
ứng, độ chuyển hoá sẽ bị giới hạn.


Quá trình sản xuất được thực hiện theo chế độ mẻ, vì vậy
không có được những ưu điểm của quá trình sản xuất liên
tục
Tính Cấp Thiết Của Đề Tài

Để giải quyết được những tồn đọng trên, công nghệ tại thời điểm hiện tại phải được thực hiện với thời
gian phản ứng dài, tỷ lệ mol rượu/dầu cao và hàm lượng xúc tác lớn. Điều này dẫn đến những nhược
điểm của quá trình sản xuất bao gồm:

Chi phí và năng lượng tiêu tốn cho quá trình tinh chế sản
phẩm biodiesel và hoàn nguyên xúc tác cũng như lượng
rượu dư là rất cao;

Lượng nước thải độc hại phát sinh lớn;

Thời gian phản ứng và thời gian tinh chế sản phẩm lâu, làm
cho hiệu suất của quá trình là thấp.
Tính Cấp Thiết Của Đề Tài

Những nghiên cứu công nghệ nhằm giải quyết các nhược điểm trên đã bắt đầu được tiến
hành trên thế giới (Mỹ, Pháp, Nhật, Úc, Đài Loan, …), chủ yếu tập trung vào các vấn đề
sau:

Nâng cao khả năng hoà trộn, hiệu suất truyền nhiệt và
truyền khối giữa hai pha dầu và rượu;

Phát triển các hệ xúc tác rắn tầng cố định, tầng sôi sử
dụng trong các thiết bị phản ứng được thiết kế đặc
dụng;


Phát triển các hệ thống thiết bị phản ứng – tinh chế
tích hợp
Tính Cấp Thiết Của Đề Tài

Tại Việt Nam, việc sử dụng biodiesel tuy đã được triển khai, nhưng vẫn ở quy mô nhỏ, và chưa có nhiều
nhà máy sản xuất biodiesel quy mô lớn, chất lượng biodiesel sản xuất được còn chưa cao.

Các công trình nghiên cứu tại Việt Nam chủ yếu tập trung vào công nghệ sản xuất biodiesel theo chế độ
mẻ, sử dụng xúc tác đồng thể. Công nghệ này có nhược điểm là :

Không thu hồi được xúc tác

Việc phân tách và tinh chế sản phẩm chính (biodiesel) và
phụ (glycerin) gặp nhiều khó khăn, do các sản phẩm bị
nhiễm xúc tác, muối, dẫn đến chất lượng sản phẩm không
tốt.

Ngoài ra sản xuất dạng mẻ, khi triển khai ở quy mô lớn, sẽ
gặp nhiều khó khăn, đặc biệt ở hiệu suất sử dụng thiết bị
.
Công nghệ sản xuất biodiesel liên tục với xúc tác rắn giải quyết được triệt để các nhược
điểm nêu trên.

Xúc tác không bị mất mát, có thể tái sử dụng

Chất lượng biodiesel đạt chuẩn và độ tinh khiết của sản
phẩm phụ glycerin rất cao (>98%).
Việc nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ sản
xuất liên tục biodiesel sử dụng xúc tác rắn, vì vậy, có ý
nghĩa thực tế và tính cấp thiết rất cao trong điền kiện hiện

tại ở Việt Nam.
IV.Mục Tiêu Và Luận Giải
Tại Sao Chọn Thiết Bị Tạo Nhũ Theo Công Nghệ
Tạo Bong Bóng Hơi?
Tại Sao Chọn Công Nghệ Sản Xuất Liên Tục?
Tại Sao Chọn Hệ Xúc Tác Rắn Dị Thể?
Mục Tiêu Của Đề Tài
Mục Tiêu

Mục tiêu chính của đề tài là xây dựng quy trình công nghệ sản xuất liên tục biodiesel, sử
dụng xúc tác dị thể, trên cơ sở kỹ thuật tạo bong bóng hơi (cavitaion)
Mục Tiêu
Điều chế xúc tác rắn dạng viên
trên cơ sở ZnO/MgO/CaO/Al
2
O
3
Khảo sát và đề xuất thông số công nghệ của
quá trình và thiết bị tạo hệ phân tán đồng đều,
dựa trên nguyên tắc tạo bong bóng hơi
Sản xuất thử nghiệm (quy mô PTN)
biodiesel ứng dụng công nghệ nêu trên


Mục tiêu cụ
Mục tiêu cụ
thể
thể
Xây dựng,lắp đặt hệ thồng quy
trình thiết bị

Tại Sao Chọn Xúc Tác Rắn Dị Thể?

Để giải quyết những vấn đề khó khăn trong việc điều chế biodiesel với các lọai xúc tác đã trên, người ta đã tiến hành phản
ứng trên xúc tác rắn dị thể.
Xúc tác đồng thể Xúc tác enzim
Không sử dụng xúc
tác
Xúc tác bazơ Xúc tác acid
Sử dụng methanol tới
hạn ở áp suất và nhiệt
độ cao /Sử dụng ozon
hoặc sóng cao tần
Phương pháp này có
nhược điểm là dễ tạo
thành xà phòng, tinh chế
sản phẩm khó
Phản ứng cần tỷ lệ
methanol:dầu cao, nhiệt
độ phản ứng tăng, thời
gian phản ứng dài hơn,
hiệu suất của phản ứng
chuyển hóa ester dùng
xúc tác axít thấp hơn so
với dùng xúc tác kiềm.
Ngòai ra, xúc tác axít
thường có giá thành cao
và gây ăn mòn thiết bị
phản ứng
Thời gian phản ứng quá
lâu, chi phí cho xúc tác

enzym quá lớn.
Đặc biệt là phương pháp
này càng không thể áp
dụng ở Việt Nam vì ở
nước ta chưa sản xuất
được enzym
Công nghệ và thiết bị
rất phức tạp và đắt tiền
nên mới chỉ thực hiện ở
quy mô phòng thí
nghiệm
Tại Sao Chọn Xúc Tác Rắn Dị Thể?
Ưu điểm của
việc sử dụng
xúc tác rắn dị thể
Dễ phân
tách hỗn
hợp sản
phẩm
Có thể thu
hồi và tái
sử dụng
xúc tác
Môi
trường
trong
sạch hơn
Hiệu suất
phản ứng
cao, Hàm

lượng ester
thu được
lớn
Tại Sao Chọn Công Nghệ Sản Xuất
Liên Tục?

Ưu điểm của quá trình sản xuất liên tục so với quá trình sản xuất dạng mẻ:

Độ chuyển hóa cao hơn do sản phẩm được tách ra liên tục( phản ứng ester hóa là phản ứng thuận
nghị ).

Công suất lớn

Dễ tự động toàn bộ qui trình

Dễ triển khai trên quy mô lớn

Hiệu suất sử dụng thiết bị cao hơn

Giảm chi phí sản xuất ( tuy cần chi phí đầu tư cao hơn).
Tại Sao Chọn Thiết Bị Tạo Nhũ Theo
Công Nghệ Tạo Bong Bóng Hơi?

Trong quá trình sản xuất biodiesel từ mỡ cá tốc độ phản ứng bị giới hạn bởi quá trình truyền khối giữa
pha mỡ cá và pha rượu, bởi vì chúng không hoà tan lẫn nhau.

Công nghệ tạo bong bóng hơi ( theo va đập thủy lực) tạo ra các hạt nhũ tương với kích thước << 10
mcm( do các vụ nỗ bọt khí trong chất lỏng tạo nên).
Nâng cao khả năng hoà trộn, hiệu suất truyền nhiệt và truyền khối giữa hai mỡ cá và rượu.
V.Kết Quả Nghiên Cứu

Việt Nam
Thế Giới