quy trình tổng hợp nguyên liệu sinh học bio hydrofined diesel từ nguyên liệu mỡ cá bằng phương pháp hydro có xúc tác

Đại học Bà Rịa-Vũng Tàu CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Khoa Hóa Học & CN Thực Phẩm Độc lập - Tự do - Hạnh phúc


Số: /BKĐT
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
KHOA
HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
BỘ MÔN KT CHẾ BIẾN DẦU KHÍ
HỌ VÀ TÊN PHAN VĂN BÁU MSSV 1052010016
NGÀNH
CÔNG NGHỆ KTHH CHUYÊN NGÀNH HÓA DẦU
LỚP
DH10H1
1. Đề tài luận văn:
QUY TRÌNH TỔNG HỢP NGUYÊN LIỆU SINH HỌC BIO HYDROFINED DIESEL TỪ
NGUYÊN LIỆU MỠ CÁ BẰNG PHƯƠNG PHÁP HYDRO CÓ XÚC TÁC
2. Nhiệm vụ (yêu cầu về nội dung và số liệu ban đầu):
- Nghiên cứu tổng hợp, đánh giá, lựa chọn xúc tác có hoạt tính nhằm nâng cao hiệu suất quá trình tổng hợp
BHD

từ mỡ cá
- Khảo sát ảnh hưởng của điều kiện thí nghiệm đến đến hiệu quả sử dụng xúc tác trong phản ứng tổng hợp
BHD

từ mỡ cá, lựa chọn điều kiện tối ưu.
3. Ngày giao nhiệm vụ luận văn: ……………………
4. Ngày hoàn thành nhiệm vụ: ………………………
5. Họ tên người hướng dẫn: Phần hướng dẫn:
a/ PGS.TS. Huỳnh Quyền Toàn luận văn
b/Ths. Thiều Quang Quốc Việt

Nội dung và yêu cầu LVTN đã được thông qua Bộ môn.
Ngày … tháng … năm 2013 Ngày … tháng … năm 2013
CHỦ NHIỆM BỘ MÔN NGƯỜI HƯỚNG DẪN CHÍNH
PHẦN DÀNH CHO KHOA, BỘ MÔN:
Người duyệt (chấm sơ bộ):
Đơn vị:
Ngày bảo vệ:
Điểm tổng kết:
Nơi lưu trữ luận văn:
LỜI CAM ĐOAN
 
Em xin cam đoan rằng đây là đồ án của em, có sự hướng dẫn, giúp đỡ từ
Giảng viên PGS.TS. Huỳnh Quyền, Ths.Thiều Quang Quốc Việt. Các nội dung
nghiên cứu và kết quả trong đề tài này là trung thực và chính do bản thân em làm
được trong quá thí nghiêm. Các thông tin thứ cấp được sử dụng trong đồ án là có
nguồn gốc, được trích dẫn rõ ràng và tuân thủ các nguyên tắc. Ngoài ra, đề tài còn
sử dụng một số nhận xét đánh giá cũng như số liệu của các tác giả, cơ quan tổ chức
khác và cũng được thể hiện trong phần tài liệu tham khảo.
Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào, em xin hoàn toàn chịu trách nhiệm
trước Hội đồng cũng như kết quả luận văn của mình.
TP.HCM, ngày 06 tháng 07 năm 2014
SVTH
Phan Văn Báu
LỜI CẢM ƠN

Trước tiên em xin bày tỏ lòng tri ân sâu sắc đến Thầy Giáo PGS.TS
Huỳnh Quyền đã tận

tình hướng dẫn, giúp đỡ và truyền đạt nhiều kiến thức quý
báu cho em trong suốt thời

gian thực hiện luận văn.
Xin gửi lời cảm ơn Ths. Thiều Quang Quốc Việt đã giúp đỡ, chỉ bảo em
tận tình trong quá trình làm luận văn, đồng thời em xin cảm ơn quý Thầy, quý Anh
đang làm việc Trung Tâm Nghiên Cứu Lọc Hóa Dầu(RPTC) – Trường Đại Học
Bách Khoa TPHCM đã tận tình giúp đỡ và tạo

điều kiện thuận lợi cho em hoàn
thành luận văn.
Xin cảm ơn quý Thầy, Cô bộ môn khoa hóa học và công nghệ thực phẩm
– Trường Đại Học Bà Rịa-Vũng Tàu đã tạo điều kiện cho em được học tập,
nghiên cứu và trau dồi cho em những kiến thức nền tảng vững chắc trong suốt
thời gian

theo học tại Trường Đại Học Bà Rịa-Vũng Tàu.
Xin cảm ơn quý Thầy, Cô trong hội đồng chấm luận văn đã dành chút thời
gian

của mình để đọc và đưa ra các nhận xét quý báu giúp em hoàn thiện hơn
luận văn này.
Và sau cùng là lời cảm ơn chân thành đến gia đình và bạn bè, những người
luôn

động viên, giúp đỡ em trong cuộc sống.
Trân trọng./.
TP HCM, ngày 06 tháng 07 năm 2014

Kính thư
Phan Văn Báu
MỤC LỤC

CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU 1
1.1. Đặt vấn đề 1
1.2. Sự cần thiết của đề tài 2
1.3.Mục tiêu của đề tài 2
1.4.Nội dung nghiên cứu 3
1.5.Phương pháp nghiên cứu 3
1.6.Kết quả đạt được và vấn đề tồn tại 3
CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN 4
2.1. Tình hình nguồn năng lượng trên thế giới và Việt Nam 4
2.1.1. Trên thế giới 4
2.1.2. Ở Việt Nam 10
2.2.Tổng quan về nhiên liệu Diesel (DO) 17
2.2.1.Nhiên liệu Diesel (DO) 18
TCVN5689:2005 21
2.2.2.Động cơ diesel 22
2.3.Tổng quan về nhiên liệu sinh học (NLSH) 26
2.3.1. Khái niệm 26
2.3.2.Phân loại 27
2.4.Tổng quan về Biodiesel 28
2.4.1. Khái niệm 28
2.4.2.So sánh chất lượng của biodiesel và diesel khoáng 28
2.4.3.Ưu nhược điểm của biodiesel 29
2.4.4.Tình hình sản xuất và sử dụng biodiesel 31
2.4.5.Các phương pháp tổng hợp biodiesel 32
i
2.5.Tổng quan về Bio-Hidrofined-Diesel (BHD) hay Biodiesel thế hệ thứ 2 33
2.5.1.Giới thiệu chung 33
2.5.2.Thành phần và tính chất của BHD 33
2.5.3.Cơ sở lý thuyết phản ứng tổng hợp BHD 34
2.5.4.Tóm tắt các nghiên cứu tổng hợp BHD trên thế giới và Việt Nam 37

2.6.Tổng quan về nguồn nguyên liệu 38
2.6.1.Giới thiệu về dầu thực vật 39
2.6.2.Thành phần hóa học của dầu thực vật 39
2.6.3.Tính chất hóa lí cơ bản của dầu thực vật 41
2.6.4.Tính chất hóa học 42
2.6.5.Các chỉ tiêu quan trọng của dầu thực vật 44
2.6.6.Mỡ cá ba sa : 45
2.6.7.Tiền năng nguồn nguyên liệu trên thế giới và Việt Nam 47
CHƯƠNG 3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 50
3.1.Phản ứng tổng hợp BHD 50
3.1.1.Phản ứng hydrodeoxygenation (HDO) : 50
3.1.2.Xúc tác : 50
3.1.3.Sản phẩm : 52
3.2.Tổng hợp xúc tác 52
3.2.1.Thiế bị và hóa chất sử dụng 53
3.2.2.Quy trình tổng hợp xúc tác 53
3.2.3.Kiểm tra hiệu quả quá trình tổng hợp xúc tác 54
3.3.Thực nghiệm tổng hợp BHD 56
3.3.1.Thiết bị phản ứng 56
3.3.2.Tiến hành thí nghiệm 57
CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ, ĐÁNH GIÁ, CHỌN XÚC TÁC BIẾN TÍNH VÀ BÀN
ii
LUẬN 60
4.1.Kết quả nghiên cứu xúc tác 60
4.1.1.Phổ XRD của xúc tác CoMo/ γ-Al2O3 60
4.1.2.Phổ RXD của xúc tác CoMo/TiO2 60
CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 88
5.1. Kết luận 88
5.2.Kiến nghị 89
iii

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU
1.1. Đặt vấn đề
Trong bối cảnh hiện tại, nguồn dầu thô trên thế giới ngày càng cạn kiệt và
nhu

cầu về năng lượng trên thế giới ngày càng tăng, việc tìm kiếm một nguồn
năng lượng

thay thế là một vấn đề cấp thiết đang đặt ra cho nhiều quốc gia trên
thế giới. Bên cạnh

đó, vấn đề môi trường thay đổi do ảnh hưởng của hiệu ứng nhà
kính đã ảnh hưởng sâu

rộng đến hệ sinh thái trên toàn cầu, và ước tính mỗi năm
hơn 150.000 người chết do ảnh

hưởng của sự biến đổi của khí hậu [1]. Do vậy,
việc nghiên cứu tìm kiếm một nguồn

nhiên liệu sạch, có khả năng tái tạo để thay
thế đang là một vấn đề ưu tiên hàng đầu tại

nhiều nước trên thế giới và tại Việt
Nam.
Việc sản xuất nhiên liệu diesel sinh học đã được thương mại hóa trên thế
giới

bằng công nghệ chuyển hóa ester (transesterification) [2-5]. Tuy nhiên sản
phẩm của

quá trình này có nhiều nhược điểm, đặc biệt là độ nhớt và điểm
đông đặc cao [6-8],

không thỏa mãn các yêu cầu chỉ tiêu chất lượng của nhiên
liệu sử dụng trong động cơ

diesel. Thực tế hiện nay biodiesel chưa thể thay thế
được nguồn nhiên liệu hóa thạch,

việc sử dụng mới chỉ dừng lại ở hỗn hợp gồm
5% biodiesel với diesel khoáng. Mặt khác,

biodiesel có tính acid cao vì vậy việc
sử dụng trong động cơ có thể gây ra vấn đề ăn

mòn. Do vậy, để có thể sử dụng
được biodiesel cần phải thay đổi một số đặc tính về vật

liệu cũng như cấu tạo của
động cơ diesel hiện đang sử dụng. Đây chính là nhược điểm

quan trọng của
nhiên liệu diesel sản xuất bằng công nghệ chuyển hóa ester.
Công cuộc tìm kiếm nguồn nhiên liệu mới sạch, tái tạo được vẫn luôn
được các

quốc gia trên thế giới nỗ lực không ngừng. Gần đây, một hướng nghiên
cứu mới được

các nhà khoa học quan tâm đó chính là quá trình xử lí
hydro (hydrofining hay

hydrotreating) dầu thực vật (hay mỡ động vật). Ưu điểm
của quá trình này là tạo ra được

nguồn nhiên liệu có bản chất hóa học hoàn toàn
giống với diesel khoáng, đồng thời có

những ưu điểm có phần vượt trội hơn
1
diesel khoáng như: chí số cetane cao, hàm lượng

lưu huỳnh rất nhỏ đáp ứng
được chỉ tiêu chất lượng của diesel thương phẩm.
1.2. Sự cần thiết của đề tài
Là một nước nông nghiệp, nước ta có nguồn nguyên liệu dồi dào cho việc
phát

triển diesel sinh học như dầu dừa, dầu lạc cùng với các loại phụ phẩm như
mỡ cá, dầu

hạt cao sao, đặc biệt với các dự án trồng cây Jatropha để lấy dầu.
Hiện nay, hướng nghiên cứu sản xuất biodiesel bằng phương pháp xử lí
hydro

còn khá mới mẻ ở Việt Nam, hầu như chưa có báo cáo chính thức hay
công trình nghiên

cứu nào trong lĩnh vực này. Việc nghiên cứu nhiên liệu

biodiesel từ nguồn dầu thự vật

chỉ tập trung vào phương pháp ester hóa thông
thường và quá trình này vẫn còn nhiều

nhược điểm chưa giải quyết được như:
chất lượng biodiesel chưa đảm bảo, việc chiết

tách thu hồi methanol một hóa
chất độc hại với môi trường và con người. Chính vì vậy,

việc nghiên cứu sản
xuất biodiesel bằn phương pháp xử lý hydro thực sự là một hướng

nghiên cứu
mới mẻ vừa có ý nghĩa khoa học vừa có ý nghĩa thực tiễn cao, vừa giải

quyết
được vấn đề năng lượng đồng thời giải quyết vấn đề môi trường trong việc sản
xuất biodiesel chất lượng cao từ nguồn dầu thực vật, mỡ động vật. Không chỉ
vậy, hướng

đi này còn giúp tăng giá trị thặng dư của các sản phẩm nông nghiệp,
xa hơn là các nguồn

phế thải (dầu thải ) tạo tiền đề cho một nền nông nghiệp,
công nghiệp bền vững: xanh,

sạch, có hiệu quả kinh tế và thân thiện với môi
trường và đáp ứng một phần nào đó về

chương trình phát triển nhiên liệu sinh
học đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025 của

Bộ Công Thương Việt Nam [9].
1.3. Mục tiêu của đề tài
Sản xuất nhiên liệu biodiesel thế hệ mới (BHD) có bản chất hóa học giống
diesel

khoáng từ nguồn nguyên liệu là dầu thực vật, mỡ động vật (cụ thể là mỡ
cá) bằng

phương pháp xử lý với hydro trên hệ xúc tác mới CoMo/γ-Al
2
O
3
;
CoMo/TiO
2
; CoMo/ZrO
2.
2
1.4. Nội dung nghiên cứu
Điều chế xúc tác CoMo/γ-Al
2
O
3
; CoMo/TiO
2
; CoMo/ZrO

2
Khảo sát hoạt tính của xúc tác đối với quá trình tổng hợp BHD từ mỡ cá.
Khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố tới hiệu suất phản ứng và tính chất
của sản

phẩm BHD.
Khảo sát sơ bộ nguyên liệu mỡ cá.
1.5. Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết: sưu tầm, thu thập, tổng quan tài liệu.
Nghiên cứu thực nghiệm: Nghiên cứu thực nghiệm trong điều kiện phản
ứng kế

thừa của TS. Bùi Văn Ngọc [10], Stella Bezergianni [11] từ đó hiểu rõ
được cơ chế quá

trình xử lí hydro để tổng hợp BHD. Trên cơ sở kết quả đạt được
sẽ hiểu được rõ hơn về

cơ chế phản ứng, tương tác chất phản ứng – xúc tác, cũng
như ảnh hưởng của các thong số vận hành đến hiệu quả quá trình từ đó lựa chọn
được giải pháp tối ưu, cũng như xúc

tác phù hợp cho quá trình.
Kỹ thuật sử dụng:
 Đo XRD, XRF của mẫu xúc tác
 Đo GCMS xác định thành phần hidrocarbon phân đoạn sản phẩm.
 Thay đổi xúc tác, điều kiện phản ứng: nhiệt độ, thời gian lưu để khảo
sát

phản ứng.

 Đo chỉ tiêu chất lượng của sản phẩm: độ nhớt, chỉ số

acid, nhiệt trị,
chỉ số cetane…
1.6. Kết quả đạt được và vấn đề tồn tại
Xác định được xúc tác phù hợp cho phản ứng tổng hợp Bio-Hydrofined-
Diesel

cho dầu mỡ động thực vật.
Chỉ tiêu chất lượng sản phẩm phù hợp nhưng chỉ số acid lại cao, hàm
lượng olefin

và aromatic cao.
Ngoài phân đoạn diesel còn thu được phân đoạn nhẹ nguyên liệu cho sản
xuất xăng.
3
CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN
2.1. Tình hình nguồn năng lượng trên thế giới và Việt Nam
2.1.1. Trên thế giới
Công nghiệp năng lượng chính là ngành công nghiệp then chốt, chủ đạo
của mỗi

nền kinh tế thế giới. Phần quan trọng nhất của nguồn năng lượng chủ
yếu là nguồn năng

lượng hóa thạch gốc carbon (năng lượng hóa thạch) như than
đá, dầu mỏ, khí đốt. Sự

tăng cường các hoạt động kinh tế, gia tăng dân số đã
làm tăng sức ép lên ngành công

nghiệp năng lượng hay chính là việc khac thác,
sử dụng nguồn năng lượng hóa thạch.
Trong thế kỉ XX, thế giới chứng kiến sự phát triển mạnh mẽ khoa học
công nghệ,

kéo theo đó là sự tăng trưởng của công nghiệp và nền kinh tế thế giới.
Để đạt được những

thành tựu trên, loài người đã tiêu thụ một lượng lớn năng
lượng, đặc biệt là năng lượng

hóa thạch. Trong cân bằng năng lượng ta thấy ba
dạng năng lượng sơ cấp (nhiên liệu

khoáng) đóng vai trò chủ đạo là than đá, dầu
mỏ, khí thiên nhiên. Cả ba dạng trên đều

là nguồn năng lượng không tái tạo và
sản lượng có hạn. Ngoài ba dạng năng lượng trên

còn có các loại khác: năng
lượng điện, gió, thủy triều, hạt nhân, mặt trời. Tuy nhiên các

dạng năng lượng
này chỉ chiếm phần nhỏ trong cân bằng năng lượng toàn cầu.
Ngày nay, dần mỏ, khí thiên nhiên, than đá nếu chưa cạn kiệt vẫn giữ vai
trò quan

trọng trong cân băng năng lượng toàn cầu. Theo “Triển vọng năng

lượng quốc tế 2013”

[12], tiêu thụ năng lượng của thế giới dự báo sẽ tăng 56%
từ năm 2010 đến năm 2040.

Tổng số năng lượng trên thế giới tăng từ 524 nghìn
triệu đơn vị nhiệt Anh (Btu) trong

năm 2010 lên 630 nghìn triệu Btu năm 2020
và lên tới 820 nghìn triệu Btu vào 2040

( hình 1). Phần lớn sự tăng trưởng trong
tiêu thụ năng lượng xảy ra ở các nước ngoài Tổ

chức Hợp tác và Phát triển kinh
tế (ODEC) hay còn goi là các nước ngoài ODEC - nơi

mà có nền kinh tế phát
đang phát triển mạnh mẽ. Mức tăng ở các nước ngoài ODEC là

90% và các nước
ODEC là 17%.
4
Luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS. HUỲNH
QUYỀN
Hình 2-1. Tiêu thụ năng lượng của thế giới giai đoạn
1990-2040

Tiêu thụ nhiên liệu lỏng:
Hình 2-2. Tiêu thụ năng lượng của thế giới bởi nhiên liệu giai đoạn 1990-

2040
Trong nhiều thập kỉ qua, dầu là nguồn năng lượng sơ cấp chủ yếu của thế
giới và

dự đoán nó còn tiếp tục giữ được vị trí này, chiếm khoảng 40% tổng tiêu
thụ năng lượng
5
Luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS. HUỲNH
QUYỀN
của thế giới trong suốt thời kì 1999 tới 2020. Lượng ăng dầu và nhiên liệu lỏng thế
giới

sử dụng tăng đều qua các năm, từ 87 triệu thùng/ngày trong năm 2010 lên
97 triệu

thùng/ngày năm 2020 và lên 115 triệu thùng/ngày vào năm 2040. Hầu
hết nhiên liệu

lỏng được sử dụng trong côn nghiệp và lĩnh vực giao thông vận
tải. Mặc dù giá nhiên

liệu liên tục tăng, việc sử dụng nhiên liệu lỏng cho giao thông vận tải tăng trung
bình

1,1%/năm. Để đáp ứng được sự gia tăng này thì lượng nhiên liệu lỏng sản
xuất cũng

tăng 28,3 triệu thùng/ngày trong giai đoạn 2010 – 2040 bao gồm cả
xăng dầu, khí thiên

nhiên hóa lỏng, nhựa đường, nhiên liệu sinh học, kerozen…
Mặc dù các nước công nghiệp hoá vẫn tiếp tục tiêu thụ nhiều sản phẩm
dầu hơn

các nước đang phát triển, song khoảng cách này đang thu hẹp khá
nhanh. Năm 1999,

các nước đang phát triển chỉ tiêu thụ 58% lượng dầu các nước
công nghiệp hoá tiêu thụ;

nhưng đến năm 2020, dự báo các nước này sẽ tiêu thụ
tới 90% lượng dầu tiêu thụ bởi

các nước công nghiệp hoá. Dự báo sự tăng tiêu
thụ dầu ở các nước công nghiệp hoá chủ

yếu sẽ xảy ra trong lĩnh vực giao thông
vận tải, nơi hiện tại chưa có nguồn nhiên liệu

thay thế nào có thể cạnh tranh
được với dầu. Trong các nước đang phát triển, nhu cầu

về dầu dự báo sẽ tăng
trong tất cả các ngành vì cơ sở hạ tầng năng lượng ở các nước này

đang được
hoàn thiện, nên nhân dân các nước này đang chuyển từ sử dụng các nhiên

liệu
truyền thống như củi để sưởi ấm. nấu nướng sang điện, ga Ngoài ra các sản

phẩm

hoá dầu cũng đang được sử dụng trong công nghiệp.

Tiêu thụ khí tự nhiên:
6
Luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS. HUỲNH
QUYỀN
Hình 2-3. Tăng trưởng trong sản xuất khí tự nhiên của các nhóm nước trên thế
giới giai đoạn 2010-2040
Khí tự nhiên (KTN) được dự báo là nguồn năng lượng có tốc độ tăng
trưởng

nhanh nhất, tăng 64% từ 113 tỷ tỷ feet khối năm 2010 lên 185 tỷ tỷ feet
khối năm 2040.

Khí tự nhiên chiếm phần gia tăng lớn nhất trong phát điện,
chiếm khoảng 43% tổng gia

tăng năng lượng trong phát điện. Sử dụng KTN tăng
nhanh là do nhu cầu dung làm nhiên

liệu có hiều suất cao trong các nhà máy điện
sử dụng tuabin khí mới, và một số nguyên

nhân khác: giá cả, môi trường, an
ninh năng lượng, đa dạng hóa nhiên liệu …Ngành

công nghiệp và năng lượng
điện chiếm 77% tổng số dự báo gia tăng KTN tiêu thụ trên

thế giới. Tăng trưởng
trong sản xuất khí đốt tự nhiên cũng gia tăng đáng kể. Hoa Kì và

Nga dều tăng
sản lượng khí đốt tự nhiên lên 12 tỷ feet khối, chiếm gần một phần ba

trong
tổng số gia tăng sản xuất trên thế giới.
Tiêu thụ than đá:
7
Luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS. HUỲNH
QUYỀN
Hình 2-4. Tiêu thụ than đá của các nhóm nước trên thế giới giai đoạn 2010-2040
Trong tương lai, than vẫn là nguồn năng lượng đứng thứ 2 thế giới.
Khoảng 65%

sản lượng tiệu thụ than trên thế giới là để phát điện. Tiêu thụ than
của thế giới bắt đầu

gia tăng chậm từ thập kỉ 80 và dự đoán tiếp tục tăng. Tiêu
thụ than thế giới tăng trung

bình 1,3% mỗi năm, từ 147 nghìn triệu Btu trong
năm 2010 lên 180 nghìn triệu Btu năm

2020 và 220 nghìn triệu Btu vào năm
2040. Tiêu thu than chủ yếu trên thế giới là Trung Quốc (47%), Hoa Kì (14%)
và Ấn Độ (9%). Bởi các tác động tới môi trường của việc

khác thác và đốt than
đã dẫn tới lượng tiêu thụ than giảm dần từ sau năm 2025. Tương

đồng với nhu
cầu tiêu thụ, sản xuất than cũng tăng từ 8 tỉ tấn ngắn năm 2010 lên 115 tỉ

tấn
ngăn năm 2040, phản ánh xu hướng mở rộng trong những năm tới và chậm lại
vào

những năm tiếp sau đó. Sản xuất than tập trung ở bốn quốc gia là Trung
Quốc, Hoa Kì,

Ấn Độ, Úc và các nước không thuộc OECD châu Á.

Tiêu thụ điện:
8
Luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS. HUỲNH
QUYỀN
Hình 2-5. Phân bố các nguồn năng lượng điện trên thế giới giai đoạn 2010-2040
Vấn đề an ninh năng lượng và môi trường bởi việc phát thải khí nhà kính đã
thúc

đẩy các chính sách tăng dự kiến các nguồn năng lượng tái tạo. Sản lượng
điện của thế

giới tăng 93%, từ 20,2 tỷ kW.h năm 2010 lên 39 tỷ kW.h năm 2040.
Gần 80% của sự

gia tăng là năng lượng gió và thủy điện. Hầu hết sự tăng trưởng

trong thủy điện (82%)

là ở các nước ngoài OEDC và hơn một nửa sự gia tăng
năng lượng gió (52%) là ở các

nước OEDC. Tiếp theo là sản xuất điện từ năng
lượng hạt nhân tăng từ 2,62 tỷ kW.h

năm 2010 lên 5,492 tỷ kW.h vào năm 2040.
Dự báo thì tốc độ gia tăng nhanh nhất về

phát điện hạt nhân sẽ là ở các nước đang
phát triển, đặc biệt là các nước đang phát triển

châu Á. Ở các nước này thì số lò
phản ứng đang xây dựng chiếm một nửa số lò đang xây dựng trên thế giới, gồm 8
lò ở Trung Quốc, 4 ở Hàn Quốc, 2 ở Ấn Độ và 2 ở Đài

Loan.
Nhiên liệu hóa thạch tiếp tục cung cấp phần lớn năng lượng cho toàn thế
giới.

Mặc dù nhiên liệu lỏng trong đó đâu mỏ là nguồn năng lượng lớn nhất,
nhưng thị phần

của nó giảm từ 34% (năm 2010) xuống 28% (năm 2040), và bởi
giá thành cao và sức ép

lên môi trường nên xu hướng chuyển đổi sử dụng nhiên
liệu lỏng được chú ý. Các nguồn

năng lượng được dự báo phát triển mạnh là
năng lượng tái tạo (dầu sinh học, mặt trời )

và điện hạt nhân, dự báo tăng từ
11% (năm 2010) lên 15% (năm 2040) đối với năng

lượng tái tạo và tăng từ 5%
(2010) lên 7% (2040) đối với điện hạt nhân.
9
Luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS. HUỲNH
QUYỀN
Phát thải CO
2
:
Hình 2-6. Lượng CO
2
phát thải từ các loại nhiên liệu trên thế
giới

giai đoạn 1990-2040
Luôn đi cùng nhu cầu sử dụng năng lượng tái tạo chính là vấn đề phát thải
CO
2
.

Ước tính 80% lượng phát thải CO
2
do con người gây ra đều là kết quả của
việc đốt nhiên

liệu hóa thạch. Theo dự báo thì lượng phát thải CO
2
tăng từ 31,2
tỷ tấn trong năm 2010

lên 36,4 tỷ tấn năm 2020 và lên 45,5 tỷ tấn vào năm 2040
và phần lớn lượng phát thải

dự đoán là từ các nước không thuộc OEDC phát
triển. Trong năm 2010 lượng khí thải

cảu các nước không thuộc OEDC vượt qua
các nước OEDC 38% và tới năm 2040 con

số này dự kiến sẽ là 127%.
Trong các sản phẩm đi từ dầu mỏ, nhiên liệu diesel là một sản phẩm được
quan

tâm hàng đầu vì nó được ứng dụng rất rộng rãi: giao thông vận tải, công
nghiệp, xây

dựng, nông-lâm-ngư nghiệp Lượng diesel tiêu thụ cao gấp 6 lần
lượng xăng và trong

một chừng mực nào đó thì lượng diesel nói lên được sự phát
triển công nghiệp và kinh

tế của quốc gia. Tuy nhiên nó lại chính là nguồn nhiên
liệu gây ảnh hưởng xấu tới môi

trường và sức khỏe con người.
2.1.2. Ở Việt Nam
Được sự quan tâm của Đảng và Chính phủ, ngành năng lượng đã có sự phát
triển

mạnh trong thời gian qua. Ngành năng lượng Việt Nam đã có đóng góp
đáng kể cho

phát triển kinh tế của đất nước, tăng trưởng công nghiệp và xuất
10
Luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS. HUỲNH
QUYỀN
khẩu. Việt Nam có

nguồn năng lượng đa dạng như: khí, dầu, than, thủy điện,
năng lượng sinh khối, năng

lượng mặt trời, gió…nhưng không thật dồi dào.
Thống kê
Theo các chuyên gia, tiềm năng ước tính đến nay là: khoảng 4 tỷ tấn dầu
quy đổi

đối với dầu và khí, khoảng 6 tỷ tấn than và 20.000 MW đối với thủy
điện. Khí và dầu

thô được khai thác chủ yếu ngoài khơi của vùng biển phía Nam,
than được khai thác chủ

yếu ở phía Bắc. Từ năm 1990 Việt Nam bắt đầu xuất

khẩu năng lượng. Năng lượng xuất

khẩu chủ yếu là than và dầu thô [13].
Bảng 2-1. Nhu cầu tiêu thụ năng lượng ở Việt Nam và TP.HCM
Nhu cầu về
năng

lượng
(triệu

tấn)
2005
2010
Việt Nam
Tp.Hồ Chí
Minh
Việt Nam
Tp.Hồ Chí
Minh
Xăng dầu
12,5
3,80
18
5,5
LP
0,80
0,34
1,00
0,425
Tổng năng lượng sơ cấp cung cấp tăng 7,1% trong giai đoạn 2001-2010.

11
Luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS. HUỲNH
QUYỀN
Hình 2-7. Tổng năng lượng sản xuất theo dạng nhiên
liệu
Trong giai đoạn 2001-2010 than và dầu hầu như chiếm ưu thế trong tổng
năng

lượng sản xuất: tỷ trọng của than tăng từ 15% đến 35%, trong khi dầu
giảm từ 39%

xuống còn 23%, năng lượng phi thương mại giảm từ 33% xuống
còn 21%, thủy điện

giảm nhẹ từ 10% xuống 9%. Đáng chú ý là tỷ trọng của khí
tăng nhanh từ 3% năm 2000

lên 12% năm 2010.
Hình 2-8. Tỷ trọng các dạng năng lượng sơ cấp cung cấp
Tỷ trọng tham gia của các dạng năng lượng trong tổng năng lượng sơ
cấp cung

cấp là: 10,3% của dầu, 23% của than, 13% của khí, 22,9% của năng
lượng phi thương

mại, điện 10,3%, sản phẩm dầu 20,5%. Năng lượng nhập
khẩu là nguồn năng lượng

quan trọng đối với Việt Nam. Nhập khẩu năng
lượng tăng từ 7,9 Mtoe năm 2000 lên

12,2% Mtoe năm 2010 với tốc độ tăng là
3,4%/năm. Tuy nhiên tỷ lệ năng lượng nhập

khẩu so với năng lượng sơ cấp
cung cấp có xu hướng giảm. Từ 25% năm 2000 xuống

còn 19% năm 2010 do
năm 2009 nhà máy lọc dầu Dung Quất đã đi vào hoạt động.
12
Luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS. HUỲNH
QUYỀN
Hình 2-9. Tỷ trọng tiêu thụ năng lượng theo dạng nhiên liệu
Năm 2010 tổng tiêu thụ năng lượng cuối cùng tăng 6,8% so với năm 2000
[13].

Trong đó tiêu thụ sản phẩm dầu chiếm tỷ trọng lớn nhất là 35,6%, tiếp
theo là năng

lượng phi thương mại chiếm chiếm 29,1%, than 19,6%, điện 14,8%,
khí 1%.
Tổng tiêu thụ năng lượng thương mại cuối cùng (không tính năng
lượng phi

thương mại như: củi, than bùn, phụ phẩm nông nghiệp…) tăng từ
11,9 triệu TOE lên

đến 35 triệu TOE, gấp 2,9 lần [14].
Điện tiêu thụ bình quân đầu người tăng từ 289 kWh lên đến 998 kWh/
người/năm,

gấp gần 3,5 lần.
Điện sản xuất tăng trung bình 14,3%/năm. Cơ cấu sản xuất điện đã có sự
thay đổi

mạnh trong thập kỷ qua[13].
13
Luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS. HUỲNH
QUYỀN
Hình 2.10. Cơ cấu phát điện
Tổng phát thải khí CO
2
năm 2010 được tính cho ngành năng lượng
năm 2010

là: 56.024 kt-C ( Tính theo chỉ tiêu phát thải của APEC và 2006
IPCC).
Hình 2.11. Tỉ lệ phát thải CO
2
theo dạng năng lượng

Dự báo trong tương lai
Dự báo trong giai đoạn 10 năm và 20 năm tới, đến năm 2020 và 2030, tổng
14
Luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS. HUỲNH
QUYỀN
nhu

cầu năng lượng thương mại cuối cùng sẽ đạt tương ứng 78,8 - 83,6 triệu
TOE và 152 -175 triệu TOE, nghĩa là đến năm 2020 nhu cầu năng lượng cuối

cùng ở nước ta sẽ gấp

2,2 - 2,4 lần hiên nay.
Theo các chuyên gia, Việt Nam có đa dạng nguồn nhiên liệu năng lượng,
song

không thực sự dồi dào. Tiềm năng kinh tế - kỹ thuật nguồn thuỷ điện nước
ta được đánh

giá có thể sản xuất hàng năm khoảng 65 - 70 tỷ kWh sẽ được khai
thác hết với các công

trình thuỷ điện đang vận hành, đang và sẽ xây dựng từ nay
đến năm 2017.
Theo quy hoạch khai thác của ngành than, sản lượng than chỉ đủ cung
cấp cho

khoảng 12.000 MW, nghĩa là sản xuất được không quá 72 tỷ kWh mỗi
năm, kể cả đến

những năm 2025 - 2030.
Với nguồn khí đốt tại các mỏ ngoài khơi, theo tính toán chỉ đủ cho phát
triển các

nhà máy điện khí để sản xuất trên 100 tỷ kWh/năm và khoảng 3 - 5%
lượng khí đốt cần

cung cấp cho các hộ công nghiệp khác.
Còn tiềm năng khai thác dầu thô sẽ sớm đạt tới mức trần (khoảng 17 - 18
triệu

tấn/năm) và suy giảm dần giai đoạn sau năm 2015.
Trên cơ sở đánh giá mức tăng nhu cầu năng lượng và khả năng khai
thác các

nguồn tài nguyên năng lượng trong nước, các chuyên gia đã tính toán
cân đối và đưa ra

bảng sau[14]:
Bảng 2-2. Nhu cầu tổng thể và khả năng đáp ứng các loại năng lượng sơ cấp
15
Luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS. HUỲNH
QUYỀN
Dạng năng lượng
2010 2015
202
0
Đơn vị tự
nhiên
KTOE
Đơn vị tự
nhiên
KTOE
Đơn vị tự
nhiên
KTOE
Nhu cầu năng lượng
sơ cấp
61123 91675 148786
Khả năng cung

cấpnội địa
76889 89402 96172
Trong đó:
Than
49,8
tr. tấn
27888
60
tr. tấn
31680
70 tr.tấn
34562
Sản phẩm dầu thô
19,86 tr.
tấn
20217
20
tr. tấn
20360
20,7
tr. tấn
21073
Khí đốt
7,98 tỷ
m3
7183
11,43 tỷ
m3
10288
12,68 tỷ

m3
11413
Thuỷ điện
30,13
TWh
6478
54,4
TWh
11695
60,4
TWh
12994
Thuỷ điện nhỏ
1,99
TWh
428
4,2
TWh
905
6,46
TWh
1391
Năng lượng tái
tạo
44,5
tr. tấn
14695
43,8
tr. tấn
14474

44,6
tr. tấn
14740
Thừa (+) thiếu
(-)
+15766 -2273 -52614
Giải pháp an ninh năng lượng quốc gia của Việt Nam:
 Một là, phát triển năng lượng phải gắn liền với chiến lược phát
triển kinh

tế - xã hội của đất nước và đảm bảo đi trước một bước, với tốc độ cao,
bền vững, đồng

bộ, đi đôi với đa dạng hoá các nguồn năng lượng và công nghệ
tiết kiệm năng lượng là

nhiệm vụ trọng tâm trong suốt thời kỳ công nghiệp hoá,
hiện đại hoá đất nước.
 Hai là, phát triển năng lượng quốc gia phù hợp với xu hướng hội
nhập

quốc tế, sử dụng hiệu quả nguồn tài nguyên trong nước kết hợp với việc
khai thác, sử

dụng tài nguyên nước một cách hợp lý, thiết lập an ninh năng lượng
quốc gia trong điều

kiện mở, thực hiện liên kết hiệu quả trong khu vực và trên
16
Luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS. HUỲNH

QUYỀN
toàn cầu, gắn với giữ vững

an ninh quốc gia và phát triển nền kinh tế độc lập, tự
chủ.
Hiện nay, Việt Nam có tỷ lệ độc lập về năng lượng là 120 [11]. Tỷ lệ đó có
nghĩa

là cán cân ngoại thương về năng lượng rất thuận lợi, kim ngạch nhập khẩu
100 thì xuất

khẩu 120, một tỷ lệ mà ít quốc gia trên thế giới có thể đạt được. Ưu
điểm này là nhờ vào

sự khai thác dầu và khí ở các mỏ hydrocarbon ngoài khơi
biển Đông. Thế nhưng, nguồn

năng lượng hóa thạch tuy có trữ lượng nhưng
cũng không phải vô tận, rồi cũng sẽ đến

lúc cạn kiệt; thêm vào đó hiệu suất sử
dụng năng lượng ước khoảng 35% [6], do công

nghệ thiết bị và khai thác, chế
biến cũng như sử dụng còn lạc hậu cộng với việc kinh tế

phát triển kỷ lục
(khoảng 7.5-8.0%/năm [7]) nên chỉ trong vài năm nữa nước ta từ nước

xuất khẩu

năng lượng (dầu thô, than) sẽ thiếu hụt và trở thành nước nhập siêu về nhiên

liệu
trước năm 2020, đặc biệt là nhiên liệu diesel truyền thống với mức tiêu thụ
chiếm

40-50% tổng sản lượng sản phẩm dầu mỏ tiêu thụ ở nước ta (xem bảng).
Bảng 2-3. Mức tiêu thụ dầu diesel ở Việt Nam (ngàn tấn/năm)
Năm 1996 1997 1998 1999 2000 2005 2010
2015
2020
Sản
lượng
2795 3000 3200 3371 3506 4822 7168 9993 12320
Qua bảng phân tích ta thấy rằng nhu cầu sử dụng diesel ở Việt Nam rất cao,
chiếm

gần 50% tổng nhu cầu nhiên liệu cần dùng. Muốn đảm bảo tốc độ phát
triển của nền

kinh tế quốc gia thì trước tiên phải đảm bảo tính bền vững và có khả
năng kiểm soát của

nguồn cung cấp năng lượng. Để thực hiện điều này, việc tìm
kiếm nhiên liệu mới, “sạch”

hơn cần được đưa lên hàng đầu. Biodiesel chính là
một trong những câu trả lời.
2.2. Tổng quan về nhiên liệu Diesel (DO)
17

Luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS. HUỲNH
QUYỀN
2.2.1. Nhiên liệu Diesel (DO)
giới
thiệu.
Chưng cất dầu thô ta thu được phân đoạn sôi giữa 200
o
C và 350
o
C. Phân
đoạn

này chứa các hidrocarbon có từ 10 tới 20 nguyên tử carbon [15, 16]. Phân
đoạn này

thường được sử dụng để sản xuất dầu hỏa, nhiên liệu phản lực (kerosene)
và diesel (phân

đoạn gasoil). Dầu gasoil thu được từ các sản phẩm cracking nhiệt
và cracking xúc tác

rất khác với gasolin thu được từ chưng cất trực tiếp dầu thô do
thành phần của chúng đã

bị biến đổi. Hàm lượng parafin đã bị giảm đi do sự hình
thành các hydrocacbon không

bão hòa và hydrocarbon thơm, chất lượng nổ và chỉ
số cetan của dầu bị giảm đi.
Tên gọi dầu gasoil có nguồn gốc từ việc dùng dầu này để sản xuất khí thắp

sáng

bằng cracking và mặc dù ngày nay không còn sử dụng nữa nhưng tên
phân đoạn này

vẫn được giữ nguyên vì phần lớn dầu vẫn được sử dụng để sản
xuất khí ướt. Vì mục

đích này, dầu gasoin phải có đặc trưng parafin để cracking
nhiệt ta thu được sản phẩn

khí với hiệu suất cao có nhiệt trị lớn.
Nhiên liệu diesel có cùng khoảng nhiệt độ chưng cất với gasoil và chúng
là cùng

một nhiên liệu nhưng được sử dụng cho loại động cơ nén-nổ hay còn
gọi là động sơ

diesel, vì thế chúng được gọi là nhiên liệu diesel. Động cơ diesel
có rất nhiều dạng và

tốc độ, sử dụng một khoảng rất rộng các nhiên liệu từ các
distillat của dầu thô đến các

phân đoạn chưng cất dầu than đá và các dầu thực
vật.

Thành phần.
Phân đoạn gasoil nhẹ có phần lớn là các n-parafin, iso-parafin, còn
hydrocarbon

thơm rất ít. Ở phân đoạn có n-parafin có nhiệt độ kết tinh cao,
chúng là những thành

phần gây mất tính linh động của phân đoạn ở nhiệt độ
thấp. Trong gasoil, ngoài naphten

và hợp chất hydrocarbon thơm hai vòng là chủ
yếu, còn có hợp chất thơm ba vòng và

hợp chất cấu trúc hỗn hợp giữa naphten
18
Luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS. HUỲNH
QUYỀN
và thơm.
Ngoài ra còn chứa các hợp chất chứa S, O, N. Lưu huỳnh chủ yếu ở dạng
disunfua

dị vòng. Các hợp chất chứa oxi ở dạng axit naphtenic, một phần nhỏ ở
dạng phenol như

dimetylphenol, hợp chất chứ oxi có nhiều và đạt cực đại ở phân
đoạn này. Trong gasoil

đã xuất hiện nhựa nhưng với hàm lượng còn ít, trọng
lượng phân tử của nhựa còn thấp

(khoảng 300÷400 đvC).
Thành phần chính của diesel gồm chất nền và phụ gia. Chất nền là phân
đoạn

gasoil thu từ các quá trình khác nhau. Phục gia là các chất được bổ sung
vào nhằm cải

thiện các chỉ tiêu chất lượng của sản phẩm diesel.
 Chất nền sử dụng:
- Gasoil từ chưng cất dầu thô (60-90%).
- Gasoil từ cracking xúc tác.
- Gasoil từ caracking nhiệt.
- Gasoil từ hydrocracking
 Phụ gia sử dụng:
- Phụ gia làm giảm điểm chảy
- Phụ gia làm giảm điểm vẩn đục
- Phụ gia tăng chỉ số octane
- Phụ gia chống oxi hóa, ngăn cản tạo nhựa
- Phụ gia giảm hoạt tính kim loại
- Phụ gia chống ăn mòn
- Phụ gia khử nhũ
- Phụ gia tạo màu
Yêu cầu chất lượng đối với nhiên liệu diesel
 Khả năng tạo hỗn hợp cháy tốt: bay hơi tốt và phun trộn tốt, đánh
19