Hoàn thiện công nghệ sản xuất biodiesel từ dầu thực việt nam ở qui mô pilot có công suất 100 kg trên ngày

BÁO CÁO
BÁO CÁO
TỔNG KẾT ĐỀ TÀI CẤP
TỔNG KẾT ĐỀ TÀI CẤP
VIỆN KH&CN VIỆT NAM
VIỆN KH&CN VIỆT NAM
NĂM 2007-2008
NĂM 2007-2008
Hòan thiện công nghệ sản xuất biodiesel
Hòan thiện công nghệ sản xuất biodiesel
từ dầu thực vật Việt nam ở qui mô pilot
từ dầu thực vật Việt nam ở qui mô pilot
có công suất 100 KG/ngày
có công suất 100 KG/ngày
HỘI ĐỒNG NGHIỆM THU CẤP CƠ SỞ
HỘI ĐỒNG NGHIỆM THU CẤP CƠ SỞ
( Viện khoa học vật liệu ứng dụng)
( Viện khoa học vật liệu ứng dụng)
Ngày 28 tháng 11 năm 2008
Ngày 28 tháng 11 năm 2008

NHỮNG NGƯỜI THAM GIA
NHỮNG NGƯỜI THAM GIA
•
PGS.TS. Hồ Sơn Lâm
•
K.S. Trần NgọcThắng
•
Th.S. Võ Đỗ Minh Hoàng
•

Th.S. Nguyễn Thị Thu Thảo
•
K.S. Nguyễn Thành Công
•
KS. Vũ Thị Thu Nhi
•
KS. Lê Thị Hoà
•
CS. Bùi Thị Tiền
•
Th.S. Bùi Duy Du
•
KS. Nguyễn Nghĩa Long
•
Huỳnh Ngọc Điệp
•
Châu Thanh Phương
•
Và một số đơn vị, cá nhân khác

NỘI DUNG BÁO CÁO
NỘI DUNG BÁO CÁO
•
Nội dung KH&CN của đề tài:
•
Kết quả thực hiện đề tài:
•
Tính toán sơ bộ chi phí cho 1 mẻ
sản phẩm :
•

Một vài kết quả thử nghiệm sản
phẩm trên động cơ:
•
Kết luận.

I. NỘI DUNG KH&CN CỦA ĐỀ TÀI
I. NỘI DUNG KH&CN CỦA ĐỀ TÀI
1. Tình hình nghiên cứu trong và
ngoài nước:
2. Tình hình nghiên cứu và sử dụng
trong nước
3. Khả năng phát triển ở Việt nam
4. Tóm tắt nội dung đã thực hiện trong
năm 2005-2006:
5. Mục đích của nghiên cứu hòan thiện
công nghệ ở qui mô pilot:

I. NỘI DUNG KH&CN CỦA ĐỀ TÀI
I. NỘI DUNG KH&CN CỦA ĐỀ TÀI
1. Tình hình nghiên cứu trong và
ngoài nước:
2. Tình hình nghiên cứu và sử dụng
trong nước
3. Khả năng phát triển ở Việt nam

I. NỘI DUNG KH&CN CỦA ĐỀ TÀI
I. NỘI DUNG KH&CN CỦA ĐỀ TÀI
4. Tóm tắt nội dung đã thực hiện trong năm 2005-2006:
•
+Nghiên cứu công nghệ chuyển hóa một số dầu thực vật VN thành

nhiên liệu biodiesel: Dầu dừa (tiền giang), dầu Gòn( Tiền giang),
Cao su (Bình phước), Trẩu (Hà giang) Sở ( Hà giang), Cọ núi(Hà
giang), Hạt cải (Hà giang), Bông vải( Ninh thuận), Dầu Đậu nành
(Đồng nai), Cọ (Malaixia), Cải dầu ( Rape-Đức)
•
+Nghiên cứu các chỉ số hóa lý của các mẫu dầu nói trên theo các
tiêu chuẩn quốc tế về biodiesel: độ nhớt, tỷ trọng, nhiệt lượng,
nhiệt chớp cháy, chỉ số cetan( phương pháp tính tóan), hàm lượng
etyleste, hàm lượng Mono, Di-triglyxerit trong etyleste, hàm lượng
nước, chỉ số axit, bazo, iod, chỉ số ổn định oxy hóa,
•
+Động học và cơ chế phản ứng Transeste hóa
•
+Các lọai xúc tác cho phản ứng transeste hóa
•
+Điều kiện phản ứng trong phòng thí nghiệm: tỷ lệ các chất tham
gia phản ứng, hàm lượng và thành phần xúc tác, nhiệt độ phản
ứng, thời gian phản ứng
•
+Nghiên cứu phụ gia chống oxy hóa
•
+Nghiên cứu phối trộn thành các mẫu tiêu chuẩn từ các lọai dầu
khác nhau:

I. NỘI DUNG KH&CN CỦA ĐỀ TÀI
I. NỘI DUNG KH&CN CỦA ĐỀ TÀI
5. Mục đích của nghiên cứu hòan thiện
công nghệ ở qui mô pilot:
•
+ Đề xuất thiết kế chế tạo thiết bị và xây dựng pilot sản

xuất BIODIESEL từ các lọai dầu thực vật Việt nam
khác nhau có qui mô 100kg sản phẩm/ ngày.
•
+ Xác định các thông số công nghệ trên qui mô pilot đã
chế tạo
•
+ Xác định thành phần, tính chất của sản phẩm
BIODIESEL sản xuất được theo tiêu chuẩn Việt nam
( TCVN-1/2008) dùng làm nhiên liệu diesel
•
+ Sơ bộ tính toán các số liệu kinh tế từ pilot:

II. KẾT QUẢ THỰC HIỆN
II. KẾT QUẢ THỰC HIỆN
ĐỀ TÀI
ĐỀ TÀI
•


Gia công và lắp đặt thiết bị
Gia công và lắp đặt thiết bị
•
Nghiên cứu công nghệ.
Nghiên cứu công nghệ.

Gia công và lắp đặt thiết bị
•
Toàn cảnh pilot:

SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ(1)

LO DAU
CK1
PU R
PHA 1
PHA 2
B1
B2
B3 B4
B5
B6
BCK
CK2
CK3
NL
THÔ
GL+XT+H2O
Nước thải
Trung hòa
SP BIODIESEL
BL
Glyxerin
Na
2
SO
4

SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ(2)
1. Lò dầu: Dầu truyền nhiệt được chứa
trong nồi thép, bên ngòai có vỏ bảo ôn
(Phần thiết kế dưới đây). Lò được cấp

nhiệt bằng than đá. Bên trong có hệ
thống cấp nhiệt bằng điện để ổn định
nhiệt độ dầu, phòng trường hợp hết
than, chưa kịp cháy…được gắn với rơ
le nhiệt để điều khiển nhiệt độ theo chế
độ công nghệ. Dầu được bơm B1 bơm
qua vỏ áo của nồi phản ứng và nồi cất
chân không. Sau khi dầu vào đầy vỏ áo
của nồi phản ứng( nồi cất chân không),
được trả về lò dầu và tiếp tục lấy nhiệt
cung cấp cho nồi phản ứng. Nhiệt độ
của dầu được nâng lên tối đa là 130
oC.
Nhiệt độ bắt đầu cho qua bình
phản ứng ở vùng 70-90 oC.

SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ(3)
2. Nồi phản ứng (PU): Nồi phản
ứng bằng inox, được chế tạo hai
lớp: lớp trong chứa dầu thực vật, lớp
ngòai (vỏ áo) chứa dầu tải nhiệt,
bằng inox chịu nhiệt và axít. Dầu
thực vật và Metanol được bơm B2
bơm vào nồi phản ứng theo số liệu
cho trước. Công suất tối đa của nồi
phản ứng là 150Kg/ mẻ. Tỉ lệ
metanol/ dầu là 15-20%. Sau
khi đã nạp liệu, máy khuấy bắt đầu
làm việc và nhiệt độ dầu tải nhiệt đã
đạt yêu cầu, mở các van và bơm B1

để cho dầu qua vỏ áo của nồi phản
ứng.

SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ(4)
Khi nhiệt độ của nguyên liệu trong nồi phản ứng đã đạt 40-60oC, mở
bơm B3 để bơm axít vào nồi phản ứng với vận tốc 1lít (1,86kg)/giờ. Lượng
axít tùy theo từng lọai dầu, biến thiên từ 1-1,5 lít cho một mẻ 50kg .Sau 03
giờ, tính từ thời điểm bắt đầu cung cấp axít vào nồi phản ứng, lấy mẫu đo độ
nhớt.
Tiếp tục lấy mẫu sau mỗi giờ cho đến khi độ nhớt không đổi.
(Trong thực nghiệm, nếu tiếp tục tăng thời gian phản ứng sau 6-7 giờ, độ
nhớt không thay đổi nhiều.). Phản ứng kết thúc ở thời gian 5-6 giờ.
Khóa bơm dầu, xả sản phẩm qua bình lắng BL.Tiếp tục cho nguyên liệu
vào bình phản ứng PU, và tiến hành phản ứng như trên.
Trong quá trình lắng trong thiết bị lắng BL, sản phẩm tách làm 2 pha:
Pha dầu ở trên và pha glyxerin, xúc tác ở dưới. Pha glyxerin được tách khỏi
pha dầu, tiến hành trung hòa để nhận glyxerin thô và Na2SO4 . Phần dầu
được đưa lên bình rửa R

SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ(5)
Rửa biodiesel:
Nguyên tắc rửa như sau: Cho
100kg sản phẩm (Ester) vào bình rửa.
Bơm nước muối bảo hòa vào bình R
theo tỷ lệ Dầu/nước muối = 1/ 2-2,5.
Khuấy mạnh trong 30 phút, để tách
lớp, trả phần nước muối trở lại bồn
chứa. Bơm nước sạch trong bồn chứa
thứ 2 vào bình rửa R với tỷ lệ như trên,
khuấy mạnh trong 30 phút, để lắng, trả

nước về bồn chứa 2. Tiếp tục cho nước
sạch ( nước đã xử lý) vào rửa như trên
thêm 2-3 lần. Lúc này có thể thải trực
tiếp ra ngòai. Nước rửa trong hai bồn
chứa, sau một thời gian làm việc, phải
kiểm tra lại độ pH, nếu pH quá thấp( 4-
5) cần trung hòa trước khi sử dụng.

SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ(6)
Hệ thống rửa nhìn
theo chiều dọc
Hệ thống rửa nhìn theo
chiều ngang

SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ(7)
4. Cất chân không:
Thiết bị cất chân không bao gồm nồi cất, hệ thống làm lạnh và ngưng tụ, bơm chân
không. Các tính tóan cho phần thiết bị này được trình bày ở phần tiếp theo.
Nồi cất: được chế tạo bằng inox, hai lớp. Lớp trong là nồi cất, lớp ngòai là vỏ áo cấp
nhiệt bằng dầu. Phía trong nồi cất có gắn hệ cấp nhiệt bằng điện trở để tăng nhiệt cho phù
hợp với nhiệt độ sôi của phân đọan cao nhất (C
18
-C
20
). Ở phần trên nồi cất có đồng hồ đo
chân không, đồng hồ đo nhiệt độ và kapilar cho không khí vào để tạo hiện tượng giả sôi và
van cấp nguyên liệu.
Hệ thống làm lạnh: được chế tạo theo dạng ống lồng trong bình nước lạnh ra vào liên
tục. Để có thể hạn chế tối đa sự thất thoát, đặc biệt khi chưng cất dung môi, bên trong bình
chứa sản phẩm có đặt một ống xoắn ruột gà, cấp lạnh bằng một máy lạnh sâu, có thể đưa

nhiệt độ nước làm lạnh xuống khoảng -15
o
C.
Máy lạnh sâu: được thiết kế từ một giàn lạnh của máy điều hòa nhiệt độ dân dụng của
hãng National, có công suất 0,75 KW. Buồng nước bằng inox có kích thước 0,7m x 1,25m
x 0,3m. Trong trường hợp cất biodiesel, nhiệt độ bay hơi của sản phẩm cao nên không cần
dùng máy lạnh sâu mà chỉ cần cấp nước giải nhiệt bình thường. Độ thất thoát trong trường
hợp này được xác định khoảng 0,005%.
Bơm chân không: Hàng của Nhật, model: KRP 1800. Seri: 1974690384 với các tính
năng sau:- Công suất: 2.2 KW- Tốc độ vòng quay: 430 vòng/phút- Lưu lượng KK: 1500 lít/
phút Chân không tối đa: 0,005 mmHg Thể tích dầu CK: 5 lít.

SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ(8)
Hệ thống cất chân không

Nghiên cứu công nghệ
•
NGHIÊN CỨU NGUYÊN LIỆU:
•
1. Nguyên liệu là dầu dừa thô, có độ axít cao, không xuất khẩu
được, có màu vàng sáng đến vàng nâu:
•
+ Tỷ trọng(35oC): 0,918
•
+ Chỉ số chiết quang( 350C):1,4650
•
+ Chỉ số iod:10,5
•
+Chỉ số xà phòng: 246
•

+ Chỉ số axít: 69,42
•
+ Độ nhớt động học:45,48 mm2/s
•
2. Dầu gòn thô:Màu vàng, trong:
+ Tỉ trọng(350C): 0,920
•
+ Chỉ số chiết quang( 350C): 1,4650
•
+ Chỉ số Iod: 129
•
+ Chỉ số xà phòng:180
•
+ Chỉ số Axit: 190
•
+ Độ nhớt động học: 57,75 mm2/s
•
3. Dầu hạt cao su thô: màu đen sậm:
+ Tỉ trọng(350C) 0,925
•
+ Chỉ số chiết quang( 350C) 1,4704
•
+ Chỉ số Iod: 136,55
•
+ Chỉ số xà phòng: 193,15
•
+ Chỉ số Axit: 35,55
•
+ Độ nhớt động học:60,20 mm2/s

CHỌN CHẾ ĐỘ CÔNG NGHỆ(1)
•
1: Xúc tác:
Chúng tôi đã chọn xúc tác là H2SO4 vì những lý do sau đây:
•
-Phản ứng không tạo ra sản phẩm xà phòng hoá.
•
-Phản ứng tạo nhiệt nên nhiệt cho phản ứng được giảm
•
-Sản phẩm sulfua hoá rất ít, nếu có cũng dễ dàng tách khỏi sản
phẩm.XT nằm ở pha glyxerin, sau phản ứng có thể tách ngay khỏi biodiesel.
•
-Dễ dàng trung hoà bằng NaOH để tạo ra H2O và Na2SO4- một chất
dùng làm khan khi loại nước khỏi biodiesel, có thể thu hồi và tái chế.
•
-Giá thành thấp, có thể sử dụng của Việt nam, không phải nhập.
•
-Hiệu suất phản ứng tương đương xúc tác nhập của hãng BASF
(Báo cáo Tổng kết năm 2005-2006)

CHỌN CHẾ ĐỘ CÔNG NGHỆ(2)
•
2:Tỷ lệ các chất tham gia phản ứng:
a/Me-OH/VO
•
Theo lý thuyết, 3 mol alcohol và 1 mol triglyxerit cho ta 3 mol este, 1 mol
glixerin. Ngoài ra, tùy thuộc vào các loại dầu khác nhau, chất lượng khác nhau
và sử dụng alcohol khác nhau, với hiệu suất este trong vòng 93-98%, người ta
sử dụng tỷ lệ từ 6:1 đến 1:1. Thậm chí có những nghiên cứu với tỷ lệ 30:1 hay
15:1, nhưng hiệu suất vẫn nằm trong giới hạn 93-98%.[Báo cáo tổng kết 2005-

2006].
•
Tùy thuộc vào loại dầu, tỷ lệ này có khi là 15 hay 16% [Báo cáo tổng kết
2005-2006]. Các tính toán của chúng tôi cho thấy lượng Metanol thực sự tham
gia tạo thành Este chỉ chiếm 12% lượng dầu, phần còn lại là dư thừa. Vì vậy,
chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu thay đổi tỷ lệ Metanol/dầu là 20%
(10kg/50kg). Để không bị mất metanol trong quá trình phản ứng
•
Tỷ lệ tối ưu trong quá trình sản xuất ở qui mô pilot là 20% so với nguyên liệu
cho vào (50kg VO).Tỷ lệ trên được giữ nguyên cho những thí nghiệm có khối
lượng lớn gấp 2 lần (135kg), vẫn cho sản phẩm có chất lượng tốt ( độ nhớt của
sản phẩm từ dầu gòn là 7, từ dầu dừa là 5, từ dầu cao su là 7mm
2
/s)

CHỌN CHẾ ĐỘ CÔNG NGHỆ(3)
•
2:Tỷ lệ các chất tham gia phản ứng:
b/H2SO4/MeOH +VO
•
Đối xúc tác H2SO4, chúng tôi thấy ở vùng 3-3,5 kg trên tổng nguyên liệu (10 kg
MeOH, 50Kg VO) là tối ưu.Các thí nghiệm với khối lượng nguyên liệu nhiều
gấp 2 lần (135Kg), tỷ lệ trên vẫn bảo đảm cho sản phẩm có chất lượng tốt ( độ
nhớt của sản phẩm từ dầu gòn là 7, từ dầu dừa là 5, từ dầu cao su là 7 mm
2
/s).
Tăng lượng xúc tác nhiều hơn không tốt. Vận tốc xúc tác tối ưu là 0,5-1 lít/giờ.

Phương pháp khảo sát độ
nhớt động học tại pilot

Độ nhớt động học được xác định bằng nhớt
kế OSWALD và tính độ nhớt tại thời điểm
lấy mẫu theo công thức ν = C.t ( C= 0,350)

Kết quả khảo sát độ nhớt động
học với thời gian phản ứng (1):
Thời gian phản
ứngGiờ(h)
0
2
3
4
5
6
7
8
Thời gian chảy
trong U-Tuyp-
(k=0,350)Giây(s)
131
62
47
34
22
22
21
21
Độ nhớt động
học(mm2/s)
45,48

21,70
16,45
11,90
7,70
7,70
7,35
7,35
ν sau khi cất 3,65
ν sau khi cất 3,65
ν sau khi cất 3,65
ν sau khi cất 3,65
1. Dầu dừa thô

Kết quả khảo sát độ nhớt động học
với thời gian phản ứng(2):
Thời gian phản
ứngGiờ(h)
0
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Thời gian chảy
trong U-Tuyp-
(k=0,350)Giây(s)

165
100
60
53
44
34
32
30
22
20
Độ nhớt động
học(mm2/s)
57,75
35,00
21,00
18,55
15,40
11,90
11,20
10,50
7,70
7,00
ν sau khi cất 6,87
ν sau khi cất 6,87
2. Dầu Gòn thô

Kết quả khảo sát độ nhớt động học
với thời gian phản ứng (3):
Thời gian phản
ứngGiờ(h)

0
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Thời gian chảy
trong U-Tuyp-
(k=0,350)Giây(s)
172
115
80
55
44
42
32
27
23
22
Độ nhớt động
học(mm2/s)
60,20
40,25
28,00
19,25
15,40

14,70
11,20
9,45
8,05
7,70
ν sau khi cất 4,92
3. Dầu cao su thô