Đồ án Nghiên cứu quá trình tổng hợp biodiesel từ dầu cọ

Đồ án tốt nghiệp

Tr ờng Đại học bách khoa Hà Nội

Mở đầu
Nh chúng ta đã biết, các nguồn nguyên liệu hoá thạch để sản xuất
năng lợng ngày càng bị cạn kiệt, hơn nữa sản phẩm của nguyên liệu này đã
và đang gây ô nhiễm môi trờng trên toàn thế giới nh gây hiệu ứng nhà kính,
thủng tầng ô zôn làm trái đất nóng dần lên, các khí thải nh H2S, SOX làm
ma axit. Do vậy việc nghiên cứu các nguồn năng lợng thay thế các nguồn
năng lợng thân thiện với môi trờng đang đợc các nớc trên thế giới rất quan
tâm, Việt Nam cũng nằm trong xu thế đó.Chúng ta đã tìm ra các dạng năng
lợng mới nh: năng lợng mặt trời, năng lợng gió, năng lợng nớc, năng lợng
mặt trời, nhiên liệu sinh học để thay thế năng l ợng truyền thống gây ô
nhiễm từ nhiên liệu hoá thạch. Trong số các dạng năng lợng mới này thì
nguyên liệu sinh học đợc quan tâm hơn cả vì nó đợc sản xuất từ nguyên
liệu là dầu của các loại cây trồng và rất ít khí thải gây ô nhiễm môi trờng.
Hiện nay động cơ diesel có tỉ số nén cao do đó trên thế giới đang có
xu hóng diesel hoá động cơ nên nhiên liệu biodiesel đợc quan tâm hơn
cả.Biodiesel đợc coi là một loại nhiên liệu sinh học, khi trộn với diesel theo
một tỉ lệ thích hợp làm cho nhiên liệu diesel giảm đáng kể lợng khí thải gây
ô nhiễm môi trờng mà ta không phải cải tiến động cơ. Biodiesel
đợc sản xuất từ các loại dầu thực vật, mỡ động vật, thậm chí từ các loại dầu
thải
Trên thế giới đã có rất nhiều nớc nghiên cứu sản xuất và sử dụng
biodiesel nh là phụ gia cho nhiên liệu diesel tiêu biểu nh Đức, Mỹ,
Pháp Việt Nam là một nớc nông nghiệp (70% dân số làm nông nghiệp)
do vậy có nguồn thực vật phong phú, việc sử dụng chúng trong sản xuất
nhiên liệu sinh học sẽ có giá trị thực tiễn rất lớn.
Chính vì những lý do trên nên trong bản đồ án tốt nghiệp này em xin
đợc đề cập tới vấn đề:Nghiên cứu quá trình tổng hợp biodiesel từ dầu cọ.

Chơng I: tổng quan lý thuyết

-Hoàng minh tuấn

Hóa Dầu 2 _ K46

1


Đồ án tốt nghiệp

Trờng Đại học bách khoa Hà Nội

I.tổng quan về nhiên liệu diesel truyền thống.
I.1 Những nét chung về nhiên liệu diesel
Năng lợng nói chung và nhiên liệu dùng cho giao thông vận tải
(GTVT) nói riêng đóng vai trò thiết yếu cho sự phát triển kinh tế xã hội và
nâng cao chất lợng cuộc sống. Năng lợng có thể ví nh đầu tàu kéo cho sự
tăng trởng kinh tế. An ninh quốc gia an ninh kinh tế luôn gắn liền với an
ninh năng lợng. Vì vậy chính sách năng lợng luôn đợc đặt lên hàng đầu của
mỗi Quốc gia trong chiến lợc phát triển bền vững.
Các nguồn năng lợng đang đợc sử dụng hiện nay trên thế giới chủ
yếu là nguồn năng lợng hoá thạch nh than, dầu mỏ và nguồn năng lợng thuỷ
điện, hạt nhân Trong đó nguồn năng l ợng dầu mỏ quan trọng nhất chiếm
65% năng lợng sử dụng trên thế giới trong khi đó than đá chiếm 20- 22%;
5-6% từ năng lợng nớc và 8-12,5% từ năng lợng hạt nhân.
Ta thấy rằng dạng năng lợng hoá thạch dần dần sẽ bị cạn kiệt. Theo
nh dự báo của tập đoàn BP thì trữ lợng dầu mỏ đã thăm dò trên toàn cầu là
150 tỷ tấn. Năm 2003 lợng dầu mỏ tiêu thụ trên toàn thế giới là 3,6 tỷ tấn,

do vậy nếu nh không phát hiện ra mỏ dầu mới nào trên toàn thế giới thì
nguồn dầu mỏ này sẽ bị cạn kiệt trong vòng 41 năm trong khi đó thì lợng
tiêu thụ dầu mỏ ngày càng tăng cùng với sự bùng nổ dân số và sự phát triển
liên tục của các phơng tiện giao thông dự kiến đến năm 2050 trên toàn thế
giới sẽ có khoảng 1 tỉ ô tô các loại. Tất cả các lý do trên làm đẩy giá dầu
lên cao, hiện nay giá dầu thô trên thế giới đang dao động từ 65-75$ một
thùng.
Mặt khác nguồn dầu mỏ lại tập trung ở những khu vực bất ổn về
chính trị nh Trung Đông( chiếm 2/3 trữ lợng dầu mỏ của thế giới ),Trung
á,Trung Phi,Venezuyla. mỗi khi có cuộc khủng hoảng về dầu mỏ trên thế
giới thì kéo theo nó là nền kinh tế nhiều nớc cũng bị khủng hoảng trầm
trọng đặc biệt là các nớc nghèo, các nớc không có nguồn tài nguyên dầu mỏ
. Các khảo sát của các tổ chức quốc tế cho hay tốc độ phát triển công
-Hoàng minh tuấn

Hóa Dầu 2 _ K46

2


Đồ án tốt nghiệp

Trờng Đại học bách khoa Hà Nội

nghiệp toàn cầu đang suy giảm do giá dầu tăng nh ở Mỹ, EU và các nớc
Châu á. Việt Nam cũng không thể nằm ngoài số đó.
Việt Nam là một nớc có tiềm năng dầu khí không lớn, trong vài năm
gần đây đã khai thác và xuất khẩu dầu thô còn các sản phẩm dầu vẫn phải
nhập khẩu. Năm 2003 tiêu thụ năng lợng thơng mại ở nớc ta là 205 kg/ngời,
chỉ bằng 20% mức bình quân trên thế giới. Xăng dầu của chúng ta dùng cho

giao thông vận tải chiếm 30% nhu cầu năng lợng cả nớc ta vẫn phải nhập
khẩu.
Trong tơng lai với sự xuất hiện của ba nhà máy lọc dầu LD1( Dung
Quất);LD2(Nghi Sơn); LD3 huy vọng sẽ đáp ứng nhu cầu năng lợng cho đất
nớc.
Cơ cấu sản phẩm nhiên liệu
( Viện Chiến Lợc Phát Triển- Bộ KHKT)
Sản phẩm

LD-1

LD-2

LD-3

Xăng

(2008)
2.000

Diesel

3.400

2.180

2.180

7.760

Kerosen

0

200

200

400

JA1

280

200

200

680

FO

120

270

270

660

Tổng số xăng dầu

5.800

4.950

4.950

15.700

Tổng số

5.400

4.280

4.280

13.960

(2011-2012) (2017-2018)
2.100
2.100

Tổng số trớc
năm 2020
6.200

xăng,diesel
Nhà máy LD-3 cha có số liệu, ớc tính có cơ cấu sản phẩm nh LD-2

theo bảng trên đến trớc năm 2020 khi cả 3 nhà máy lọc dầu với tổng
công suất 20-22 triệu tấn dầu vào hoạt động sẽ cung cấp 15-16 triệu tấn

-Hoàng minh tuấn

Hóa Dầu 2 _ K46

3


Đồ án tốt nghiệp

Trờng Đại học bách khoa Hà Nội

xăng,diesel trong tổng nhu cầu khoảng 27-28 triệu tấn. Nh vậy khi cả 3 nhà
máy đi vào hoạt động thì ta vẫn còn thiếu đáng kể.
Cân đối nhiên liệu xăng, diesel đến 2020
(Viện Chiến Lợc Phát Triển- Bộ KHKT)
Sản phẩm

2001

Dân số
(triệu ngời)
Tổng nhu

5.143

2005

2008

2010

2012

2015

2020

82.93

88.24

93.13

99.38

8.629

12.896

16.23

19.564

6.100

4.28

0
10.38

4.28

0

0

cầu
Khả năng

700

5.40

cung cấp

condensat

0

0

LD-

LD-2

trong nớc

14.660

LD-

1
Thiếu(-)

2018

3

5.143

7.929

6.796

5.850

4904

100%

92%

52,7%

36%

25%

104

146

174

196

Tiêu dùng
nguời/năm
(kg/ng/năm)
Khi sử dụng các nguồn nhiên liệu hoá thạch thì gặp phải một vấn đê
lớn nữa đó là vấn đề ô nhiễm môi trờng. Đây là một vấn đề mà các nớc trên
thế giới đang quan tâm, nớc ta cũng không nằm ngoài vấn đề đó
Sử dụng nhiên liệu hoá thạch gây tác động lớn đến môi trờng toàn
cầu nh gây hiệu ứng nhà kính làm trái đất nóng dần lên( do nhiên liệu hoá
thạch thải nhiều khí CO2), gây lên ma axit( thải khí SOx ) và các khí độc hại
với sức khoẻ con ngời nh hydro cacbon thơm, CO Do vậy, việc nâng cao
chất lợng các sản phẩm nhiên liệu giảm lợng khí thải và tìm kiếm nhiên
liệu mới đang đợc quan tâm.

-Hoàng minh tuấn

Hóa Dầu 2 _ K46

4


Đồ án tốt nghiệp

Trờng Đại học bách khoa Hà Nội

Đối với động cơ xăng ngời ta dùng phơng pháp hydro hóa làm sạch
hoặc pha trộn cồn tạo nhiên liệu sạch
Đối với động cơ diesel do có tỉ số nén cao hơn động cơ xăng, giá
thành diesel lại rẻ hơn nhiều so với động cơ xăng do vậy trên thế giới đang
có su hớng diesel hoá động cơ diesel. Do vậy vấn đề làm sạch diesel đang
đợc quan tâm. Có bốn phơng pháp đợc đa ra sau đây để nâng cao chất lợng
của nhiên liệu diesel :
Phơng pháp hydro hoá làm sạch: phơng pháp này có u điểm là hiệu
quả làm sạch rất cao, các hợp chất phi hydrocacbon đợc giảm xuống rất
thấp nên nhiên liệu diesel rất sạch. Tuy nhiên phơng pháp này ít đợc lựa
chọn vì vốn đầu t khá cao khoảng 60 đến 80 triệu đô la cho một phân xởng
hydro hoá.
Phơng pháp pha trộn: đó là sử dụng việc pha trộng giữa nhiên liệu
diesel sạch với nhiện liệu diesel bẩn hơn để thu đợc nhiện liệu diesel đủ
sạch. Phơng pháp này có hiệu quả kinh tế khá cao, có thể pha trộn với các
tỷ lệ khác nhau để có nhiên liệu diesel thoả mãn yêu cầu. Tuy nhiên trên
thế giới có rất ít dầu mỏ chứa ít thành phần phi hydrocacbon cao. Vì vậy,
phơng pháp này cũng không phải là phơng pháp khả thi.
Phơng pháp nhũ hoá nhiên liệu diesel: đa nớc vào nhiên liệu diesel và
tạo nhiên liệu dạng nhũ tơng. Loại nhiên liệu này có nồng độ oxy cao hơn
nên quá trình cháy sạch hơn. Phơng pháp này nếu thực hiện đợc thì không
những giảm đợc ô nhiễm môi trờng, mà còn có giá trị kinh tế rất cao. Nhng
phơng pháp này vẫn đang trong giai đoạn nghiên cứu phòng thí nghiệm.
Phơng pháp thứ t: là đa các hợp chất chứa oxy vào nhiên liệu diesel
gọi là nhiên liệu sinh học. Dạng nhiên liệu diesel này có nồng độ oxy cao
hơn, thêm vào đó nhiện liệu sinh học lại ít có các tạp chất, vì vậy quá trình
cháy sạch, ít tạo cặn.

Trong bốn phơng pháp trên thì phơng pháp th t là phơng pháp đợc
nhiều nớc quan tâm nhất và tập trung nghiên cứu nhiều nhất vì đây là phơng

-Hoàng minh tuấn

Hóa Dầu 2 _ K46

5


Đồ án tốt nghiệp

Trờng Đại học bách khoa Hà Nội

pháp lấy từ nguồn nguyên liệu sinh học, đó là một nguồn nguyên liệu vô
tận, tái sử dụng đợc, hơn nữa nhiên liệu này khi cháy tạo rất ít các khí thải
nh COX; SOX; H2S; hydro cacbon thơm các khí này là nguyên nhân gây
ô nhiễm môi trờng.
Trên thế giới, đặc biệt là các nớc phát triển, mật độ phơng tiện giao
thông cao vì vậy mà việc sử dụng nguyên liệu sạch là rất lớn. Việc nghiên
cứu tìm ra nguyên liệu sạch cho động cơ đã đợc thực hiện từ lâu. Hiện
nay,việc sử dụng nhiên liệu sạch nh xăng pha cồn, diesel pha biodiesel rất
phổ biến ở các nớc này. Đặc biệt, trong những năm gần đây việc sử dụng
biodiesel cho nhiên liệu diesel đã tăng mạnh ở Mỹ, Pháp, Đức, Austria
Tại Việt Nam việc nghiên cứu nhiên liệu sạch đã đợc quan tâm và
phát triển. Đã có rất nhiều đề tài nghiên cứu về vấn đề nhiên liệu sạch cho
động cơ nh công trình nghiên cứu xăng pha cồn đã đợc công bố, còn đề tài
nghiên cứu sử dụng biodiesel pha lẫn diesel vẫn còn đang đợc nghiên cứu.

I.2 Các chỉ tiêu chất lợng của nhiên liệu diesel

Phải có tính tự cháy phù hợp : Tính chất này đợc đánh giá qua trị số
xetan.
Trị số xetan là đơn vị đo quy ớc đặc trng cho khả năng tự bắt lửa của
nhiên liệu diesel là một số nguyên, có giá trị đúng bằng giá trị của hỗn hợp
chuẩn có cùng khả năng tự bắt cháy. Hỗn hợp chuẩn này gồm hai
hydrocacbon: n-xetan (C16H34) quy định là 100, có khả năng tự bắt cháy tốt
và -metyl naphtalen (C11H10) quy định là 0, có khả năg tự bắt cháy kém.
Trị số xetan đợc xác định theo tiêu chuẩn ASTM- D 613. Trị số xetan
cao quá hoặc thấp quá đều gây nên những vấn đề không tốt cho động cơ.
Có khả năng tạo hỗn hợp cháy tốt: Bay hơi tốt và phun trộn tốt đợc
đánh giá qua thành phần phân đoạn, độ nhớt, tỷ trọng, sức căng bề mặt.
+ Thành phần chng cất phân đoạn: Thành phần chng cất phân đoạn
có ảnh hởng rất lớn đối với tính năng của động cơ diesel, đặc biệt là các

-Hoàng minh tuấn

Hóa Dầu 2 _ K46

6


Đồ án tốt nghiệp

Trờng Đại học bách khoa Hà Nội

động cơ trung bình và tốc độ cao, chúng có ảnh hởng đến tính an toàn.
Thành phần cất đợc xác định theo tiêu chuẩn ASTM- D 86
- Nhiệt độ sôi 10% đặc trng cho phần nhẹ dễ bốc hơi của nhiên liệu.
Nhiệt độ sôi này cao quá sẽ gây ra hiện tợng động cơ khó khởi động.
- Nhiệt độ sôi 50% là chỉ tiêu hay dùng nhất để đánh giá nhiên liệu

diesel, đặc trng cho khả năng thay đổi tốc độ của động cơ.
- Nhiệt độ sôi 90% và nhiệt độ sôi cuối đặc trng cho khả năng cháy
hoàn toàn của nhiên liệu.
+ Độ nhớt động học: Độ nhớt của nhiên liệu diesel rất quan trọng vì
nó ảnh hởng đến khả năng bơm và phun trộn nhiên liệu vào buồng đốt. Độ
nhớt của nhiên liệu có ảnh hởng lớn đến kích thớc và hình dạng của kim
phun. Độ nhớt động học đợc xác định ở 400C theo phơng pháp thử ASTMD 445.
Tính lu biến tốt: để đảm bảo khả năng cấp liệu liên tục.Yêu cầu này
đợc đánh giá bằng nhiệt độ đông đặc, nhiệt độ vẩn đục, tạp chất cơ học,
hàm lợng nớc, nhựa.
+Điểm đông đặc : là nhiệt độ thấp nhất mà nhiên liệu vẫn giữ đợc
tính chất của chất lỏng. Điểm đông đặc đợc xác định theo phơng pháp
ASTM D 97.
+Nớc và tạp chất cơ học: Đây là một trong những chi tiêu quan
trọng của nhiên liệu diesel. Nớc và cặn có ảnh hởng đến chất lợng , tồn
chứa và sử dụng. Nớc và tạp chất trong diesel đợc xác định theo phơng pháp
ASTM - D 1796.
+Hàm lợng nhựa thực tế: Sau khi ra khỏi nhà máy lọc dầu, nhiên
liệu không tránh khỏi việc tiếp xúc với nớc và không khí có thể tạo nhựa và
cặn bẩn làm tắc bầu lọc, bẩn buồng đốt, tắc hệ thốn phun nhiên liệu. Vì vậy
hàm lợng nhựa thực tế phải đợc quy định dới mức giới hạn cho phép và nó
đợc xác định theo phơng pháp ASTM- D381.

-Hoàng minh tuấn

Hóa Dầu 2 _ K46

7

Đồ án tốt nghiệp

Trờng Đại học bách khoa Hà Nội

Điểm sơng: Đây là một chỉ tiêu quan trọng , nó xác định nhiệt
độ tại đó các tinh thể sáp xuất hiện trong nhiên liệu ở điều kiện thử nghiệm
xác định. Điểm sơng đợc xác định theo phơng pháp ASTM-D 2500.
ít tạo cặn : phụ thuộc vào thành phần phân đoạn, đánh giá qua đô
axit, lu huỳnh, độ ăn mòn lá đồng, mercaptan
+ Hàm lợng lu huỳnh (S): Lu huỳnh trong diesel tồn tại ở nhiều
dạng khác nhau nh: mercaptan, sulfat, thiophenCác hợp chất l u huỳnh
trong diesel đều là thành phần có hại. Hàm lợng lu huỳnh càng thấp càng
tốt. Hàm lơng lu huỳnh có thể xác đợc xác định theo phơng pháp ASTM-D
129.
+ Độ ăn mòn lá đồng: Nhằm xác định có tính chất định tính độ
ăn mòn của nhiên liệu diesel đối với các chi tiết chế tạo tự động và đợc xác
định theo phơng pháp ASTM-D 130.
+ Hàm lợng tro: là lợng tro còn lại sau khi đốt diesel đến cháy
hết, đợc tính bằng % khối lợng của lợng tro so với lợng mẫu ban đầu. Hàm
lợng tro đợc xác định theo phơng pháp ASTM- D482 (hoặc TCVN 26901995). Nói chung hàm lợng tro của nhiên liệu diesel càng thấp càng tốt và
đợc quy định ở dới mức giới hạn cho phép.
An toàn về cháy nổ và không gây ô nhiễm môi trờng : đợc đánh giá
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 liệu thử nghiệm hầu nh 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 đợc xác định theo phơng pháp ASTM-D 93.
ít ăn mòn, có khả năng bảo vệ: đánh giá qua trị số axit, hàm lợng lu
huỳnh, độ ăn mòn lá đồng, hàm lợng mercaptan.
Trị số axit: Đợc xác định theo phơnhg pháp ASTM-D974 (hoặc TCVN

2695-1997). Trị số axit là thớc đo đánh giá hàm lợng các chất vô cơ và axit

-Hoàng minh tuấn

Hóa Dầu 2 _ K46

8


Đồ án tốt nghiệp

Trờng Đại học bách khoa Hà Nội

tổng của nhiên liệu. Nó giúp đánh giá mức độ ăn mòn của các chi tiết kim
loại khi tiếp xúc với nhiên liệu.
Để đảm bảo động cơ hoạt động một cách hiệu quả thì nhiên liệu diesel
phải có các tính chất phù hợp. Vì vậy chất lợng diesel là rất quan trọng cần
qui định cụ thể thành tiêu chuẩn và theo từng chỉ tiêu chất lợng sao cho phù
hợp với yêu cầu của động cơ. Các chỉ tiêu quan trọng để đáng giá chất lợng
của nhiên liệu diesel: trị số cetane, thành phần cất, nhiệt độ bốc cháy , hàm
lợng lu huỳnh, hàm lợng tro, hàm lợng nhựa và nớc , tỷ trọng, nhiệt trị, trị
số axit
Có thể tham khảo các chỉ tiêu chất lợng của nhiên liệu diesel theo tiêu
chuẩn Mỹ (ASTM) nh bảng sau:
Chỉ tiêu đánh giá chất lợng nhiên liệu diesel theo ASTM
STT

Tính chất

Phơng

2

Điểm chớp cháy, C, min
Nớc và cặn, % vol, max

pháp
D 93
D 1796

3

Nhiệt độ sôi 90% vol, 0C

D 86

1

4
5
6
7
8

0

Độ nhớt động học ở 400C,
cStD
Cặn cacbon trong 10% còn
lại, % KL

Hàm lợng tro,%KL, max
Hàm lợng lu huỳnh, %KL,
maxE
Độ ăn mòn lá đồng, 3h,

B

D 445
D 524

N0 1D

N0 2D

N0 4D

38
0.05
Max

52
0.05
282-

55
0.5

288

338

1.3-2.4

1.9-4.1

Max

D 482

0.15
0.01

D 129

0.50

5.524.0

0.35

0.1

0.01

2.00

0.50

-

D 130
N3
N3
500C, max
9
Trị số xetan, minF
D 613
40 G
40 G
30 G
0
10 Điểm sơng, C, max
D 2500
H
H
H
Nhiên liệu diesel chủ yếu đợc lấy từ hai nguồn chính là quá trình chng
cất trực tiếp dầu mỏ và quá trình cracking xúc tác. Các thành phần phi
hydrocacbon trong nhiên liệu diesel cao nh các hợp chất lu huỳnh, nitơ,
nhựa, asphanten. Các thành phần này không những gây nên các vấn đề về

-Hoàng minh tuấn

Hóa Dầu 2 _ K46

9


Đồ án tốt nghiệp

Trờng Đại học bách khoa Hà Nội

động cơ, mà còn gây ô nhiễm môi trờng rất mạnh. Đặc biệt xu hớng hiện
nay là diesel hóa động cơ thì vấn đề ô nhiễm môi trờng ngày càng tăng
mạnh. Các loại khí thải chủ yếu là SO 2, NOx, CO, CO2, hydrocacbon, vật
chất dạng hạtKhí SO2 không những gây ăn mòn mà còn ảnh hởng xấu
đến sức khoẻ của con ngời, gây ma axitKhí CO2 là nguyên nhân gây ra
hiệu ứng nhà kính. Khí CO đợc tạo ra do quá trình cháy không hoàn toàn
của nhiên liệu. Không giống nh những khí khác khí CO không có mùi,
không màu, không vị và không gây kích thích da, nhng nó rất nguy hiểm
đối với con ngời. Lợng CO khoảng 70 ppm có thể gây ra các triệu chứng
nh đau đầu, mệt mỏi, buồn nôn. Lợng CO khoảng 150 đến 200 ppm gây bất
tỉnh, mất trí nhớ và có thể chết. Các thành phần hydrocacbon trong khí thải
của nhiên liệu diesel đặc biệt là các hợp chất thơm rất có hại cho con ngời
là nguyên nhân gây ra bệnh ung th. Các vật chất dạng hạt có lẫn trong khí
thải cũng gây ô nhiễm không khí mạnh, chúng rất khó nhận biết, là nguyên
nhân gây ra các bệnh về hô hấp, tim mạch.
Các nớc trên thế giới hiện nay đều quan tâm đến vấn đề về hiệu quả
kinh tế và môi trờng, vì vậy xu hớng phát triển chung của nhiên liệu diesel
là tối u hoá trị số xetan, tìm mọi cách để giảm hàm lợng lu huỳnh xuống,
mở rộng nguồn nhiên liệu, tạo nhiên liệu sạch ít gây ô nhiễm môi trờng.
Việc đa biodiesel vào nhiên liệu diesel có thể nói là phơng pháp hiệu quả
nhất trong xu thế phát triển của nhiên liệu diesel hiện nay, nó vừa có lợi về
mặt kinh tế, hoạt động của động cơ, vừa có lợi về mặt môi trờng.

II. tổng quan về dầu thực vật.
II.1Sử dụng dầu thực vật
Dầu thực vật là một trong những nguyên liệu đợc sử dụng rộng rãi
trong nhiều ngành công nghiệp. Hàng năm trên thế giới có một lợng lớn ấn
phẩm về các công trình nghiên cứu về ứng dụng của dầu thực vật đợc công

bố. ậ nớc ta, trong vòng hơn mời năm trở lại đây mới có một số đề tài
nghiên cứu về dầu thực vật đợc công bố, chủ yếu trong công nghiệp sơn, h-Hoàng minh tuấn

Hóa Dầu 2 _ K46

10


Đồ án tốt nghiệp

Trờng Đại học bách khoa Hà Nội

ơng liệu mỹ phẩm, nhựa, chất hoạt động bề mặt trong ngành dệt nhuộm,
công nghiệp ngoài một số loại dầu trơn và phụ gia, dung dịch khoan, nhiên
liệu,Tuy nhiên ngoài một số loại dầu có giá trị thực phẩm nh : dầu thầu
dầu, dầu hạt cải, dầu đậu tơng, dầu hớng dơng, đợc sử dụng nhiều. Các
loại dầu khác cũng rất có khả năng ứng dụng nhng mới bắt đầu đợc nghiên
cứu nh: dầu trẩu, dầu hạt cao su, dầu sở, dầu bông, dầu dừa, dầu cọ,
II.2 Giới thiệu một số loại dầu thực vật thông dụng
Dầu đậu nành: Dầu đậu nành tinh khiết có màu vàng sáng, thành
phần axit béo chủ yếu của nó là linoleic (50%-57%), oleic (23%-29%). Dầu
đậu nành đợc dùng nhiều trong mục đích thực phẩm. Ngoài ra, dầu đậu
nành đã tinh luyện đợc dùng làm nguyên liệu để sản xuất macgaric. Từ đậu
nành có thể tách ra đợc lextin dùng trong dợc liệu, trong sản xuất bánh kẹo.
Dầu nành còn đợc dùng để sản xuất sơn, vecni, xà phòng và đặc biệt là
có thể dùng để sản xuất biodiesel (nhiên liệu sinh học).
Dầu dừa: Dừa là một loại cây nhiệt đới đợc trồng nhiều ở vùng Đông
Nam á, châu Phi, châu Mỹ La Tinh. ở Việt Nam, dừa đợc trồng nhiều ở
Thanh Hoá , Nghĩa Bình, Phú Khánh, Nam Trung Bộ Dừa là cây sinh tr ởng lâu năm, thích hợp với khí hậu nóng ẩm có thể trồng đợc ở các nơi nớc
mặn, lợ, chua Trong dầu dừa có chứa các axit béo lauric (44%-52%),

myristic (13%-19%), pannitic (7,5%-10,5%) . Hàm lợng các chất béo
không no rất ít. Dầu dừa đợc sử dụng nhiều cho mục đích thực phẩm, có thể
sản xuất macgarin và cũng là nguyên liệu rất tốt để sản xuất xà phòng và
biodiesel.
Dầu cọ: Cọ là một loại cây nhiệt đới đợc trồng nhiều ở Chilê, Gana,
Tây châu Phi, một số nớc ở châu Âu và một số nớc ở châu á. Từ cây cọ có
thể sản xuất đợc 2 loại dầu khác nhau: dầu nhân cọ và dầu cùi cọ. Dầu nhân
cọ có màu trắng và dầu cùi có màu vàng. Thành phần axit béo của chúng
cũng rất khác nhau. Dỗu cùi cọ là loại thực phẩm tốt dùng để ăn trực tiếp
hoặc chế biến thành bơ, mỡ thực vật. Dỗu cùi cọ có chứa nhiều caroten nên
-Hoàng minh tuấn

Hóa Dầu 2 _ K46

11


Đồ án tốt nghiệp

Trờng Đại học bách khoa Hà Nội

đợc dùng để sản xuất chất tiền sinh tố A. Dầu xấu có thể dùng để sản xuất
xà phòng hoặc dùng trong ngành luyện kim. Dầu nhân cọ có công dụng
trong ngành thực phẩm bánh kẹo và xà phòng . Cả hai loại dầu này đều có
thể làm nguyên liệu rất tốt để sản xuất biodiesel.
Dầu sở: Cây sở là một loại cây lâu năm đợc trồng nhiều ở vùng nhiệt
đới. ậ nớc ta, sở đợc trồng nhiều ở các tinh trung du và miền núi. Thành
phần axit béo của dầu sở bao gồm axit oleic (>60%), axit linoleic (15-24%)
và axit pamitic (15%-26%). Dỗu sở sau khi tách saponin dùng làm dầu thực
phẩm rất tốt. Ngoài ra, dầu sở còn đợc dùng rộng rãi trong công nghiệp xà

phòng, mỹ phẩm . Dầu sở cũng có thể làm nguyên liệu để sản xuất biodiesl.
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 cho dầu bông
có màu đặc biệt: màu đen hoặc nâu sẫm. Gossipol là một độc tố mạnh. Hiện
nay dùng phơng pháp tinh chế bằng kiềm hoặc axit antranilic có thể tách đợc gossipol chuyển thành dầu thực phẩm. Do trong dầu bông có chứa nhiều
axit béo no palmitic nên ở nhiệt độ phòng nó đã ở thể rắn. Bằng cách làm
lạnh dầu ngời ta có thể tách đợc palmitic dùng để sản xuất macgarin và xà
phòng . Dầu bông cũng là nguyên liệu rất tốt để sản xuất biodiesl.
Dầu hớng dơng: Hớng dơng là loại cây hoa một năm và hiện nay đợc
trồng nhiều ở xứ lạnh nh châu âu, châu Mỹ, châu á, và đặc biệt là Liên Xô
(chiếm 90% sản lợng của thế giới). Đây là loại cây có hàm lợng dầu cao và
đem lại sản lợng cao. Dầu hớng dơng có mùi vị đặc trng và có màu từ vàng
sáng tới đỏ. Dầu hớng dơng chứa nhiều protein nên là sản phẩm rất quý
nuôi dỡng con ngời . Ngoài ra, dầu hớng dơng cũng là nguyên liệu rất tốt để
sản xuât biodiesl.
Dầu thầu dầu: Dầu thầu dầu hay còn gọi là dầu ve đợc lấy từ hạt quả
của cây thầu dầu. Cây thầu dầu đợc trông nhiều ở vùng khí hậu nhiệt đới.
Những nớc sản xuất thầu dầu là Brazin (36%), ấn Độ (6%), Trung Quốc,
Liên Xô cũ, Thái Lan. Tại Việt Nam, thầu dầu đợc trồng ở nhiều vùng
trung Bắc Bộ, Thanh hoá, Nghệ Tĩnh. Tuy nhiên, hiện nay dầu thầu dầu ở
-Hoàng minh tuấn

Hóa Dầu 2 _ K46

12


Đồ án tốt nghiệp

Trờng Đại học bách khoa Hà Nội

Việt Nam vẫn phải nhập nhiều từ Trung Quốc. Dầu thầu dầu là loại dầu
không khô, số iot 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 từ đầu đã đợc sử dụng trong công nghiệp dầu mỡ bôi trơn.
Hiện nay, dầu vẫn là loại dầu nhờn cao cấp dùng trong động cơ máy bay, xe
lửa và các máy có tốc độ cao, trong dầu phanh. Dỗu thầu dầu đợc dùng
trong nhiều lĩnh vực nh: trong y tế đợc dùng làm thuốc tẩy, nhuộm tràng,
trong công nghệ hơng liệu và mỹ phẩm, trong công nghiệp chất dẻo, làm
giấy than, giấy in và mực in, trong công nghiệp dệt nhuộm, thuộc da, công
nghiệp sơn và công nghiệp bôi trơn .
Nói chung, các quá trình hoá học và ứng dụng có khác biệt đối với
từng loại dầu thực vật. Nhng hầu nh tất cả các loại dầu thực vật đều có thể
là nguyên liệu để sản xuất biodiesl pha trộn với nhiên liệu diesel làm giảm
đáng kể các khí độc hại trong khí thải nh SO2, NOx, các hydrocacbon thơm,
CO đồng thời có thể tiết kiệm đáng kể nhiên liệu khoáng. ậ nớc ta rất
thích hợp với các loại cây lấy dầu này, vốn đầu t lại ít, rất thuận lợi cho
ngành sản xuất dầu thực vật. Ngành sản xuất các loại dầu thực vật phát
triển, cung cấp sản lợng lớn và ổn định sẽ cung cấp đầy đủ nguyên liệu cho
quá trình sản xuất biodiesl rất có ý nghĩa về mặt bảo vệ môi trờng, kinh tế.
II.3 Thành phần hoá học của dầu thực vật
Các loại dầu khác nhau thì có thành phần hoá học khác nhau. Tuy
nhiên, thành phần chủ yếu của dầu thực vật là các glyxerit, nó là este tạo
thành từ axit béo có phân tử lợng cao và glyxerin (chiếm 95- 97%). Công
thức cấu tạo chung của nó là:
(Công thức)
R1, R2, R3 là các gốc hydrocacbua của axit béo, khi chúng có cấu tạo
giống nhau thì gọi là glyxerit đồng nhất, nếu khác nhau thì gọi là glyxerit
hỗn tạp. Các gốc R có chứa từ 8 đến 22 nguyên tử cacbon. Đại bộ phận dầu
thực vật có thành phần glyxerit dạng hỗn tạp.

-Hoàng minh tuấn

Hóa Dầu 2 _ K46

13


Đồ án tốt nghiệp

Trờng Đại học bách khoa Hà Nội

Thành phần khác của dầu thực vật đó là các axit béo. Các axit béo có trong
dầu thực vật đại bộ phận ở dạng kết hợp trong glyxrit và một lợng nhỏ ở
trạng thái tự do.
Thờng axit béo sinh ra từ dầu mỡ có thể vào khoảng 95% so với trọng lợng
dầu mỡ ban đầu. Về cấu tạo, axit béo là những axit cacboxylic mạch thẳng
có cấu tạo khoảng 6-30 nguyên tử cacbon {35,62-70}. Các axit lúc này có
thể no hoặc không no.
Các thành phần axit béo của các mẫu dầu thực vật {35}
%

C16:0 C16:1 C18:0 C18:1

C18:2 C18:3 Khác

Loại dầu
Dầu bông
Dầu hớng dơng
Dầu cọ

Dầu thầu dầu
Dầu đậu nành
Dầu lạc
Dầu dừa
Dầu sở

28.7
6.4
42.6
1.1
13.9
11.4
9.7
13-15

57.4
72.9
10.1
1.3
56.2
32.0
2.2
10-14

0
0.1
0.3
0
0.3
0

0.1
-

0.9
2.9
4.4
3.1
2.1
2.4
3.0
0,4

13.0
17.7
40.5
4.9
23.2
48.3
6.9
74-87

0
0
0.2
0
4.3
0.9
0
-

0
0
1.1
89.6
0
4.0
65.7
-

Một thành phần nữa trong dầu thực vật là glyxerin, nó tồn tạo ở dạng kết
hợp trong glyxerit. Glyxerin là rợu ba chức, trong dầu mỡ, lợng glyxerin thu
đợc khoảng 8-12% so với trọng lợng dầu ban đầu.
Ngoài các hợp chất chủ yếu ở trên trong dầu thực vật còn chứa một lợng
nhỏ các hợp chất khác nh các photphatit, các chất sáp, chất nhựa, chất nhờn,
các chất màu, các chất gây mùi, các tiền tố và sinh tố {4}
II.4 Một số tính chất quan trọng của dầu thực vật
Để biểu thị phần nào tính chất và cấu tạo của từng loại dầu, ngời ta
thống nhất quy định một số chỉ tiêu có tính chất đặc trng cho dầu thực vật.
Nhng chỉ số này có thể sơ bộ giúp ta đánh giá phẩm chất của dầu mỡ, đồng
thời cũng giúp ta tính toán trong sản xuất đợc thuận lợi .

-Hoàng minh tuấn

Hóa Dầu 2 _ K46

14


Đồ án tốt nghiệp

Trờng Đại học bách khoa Hà Nội

Chỉ số xà phòng hoá: là số mg KOH cần thiết để trung hoà và xà
phòng hoá hoàn toàn 1g dầu. Thông thờng, dầu thực vật có chỉ số xà phòng
hoá khoảng 170-260. Chỉ số này càng cao thì dầu càng chứa nhiều axit béo
phân tử lợng thấp và ngợc lại.
Chỉ số axit: là số mg KOH cần thiết để trung hoà hết lợng chất béo tự
do có trong 1g dầu. Chỉ số axit của dầu thực vật không cố định, dầu càng
biến chất thì chỉ số axit càng cao.
Chỉ số iot: là số gam iot tác dụng vớ 100g dầu mỡ (Is). Chỉ số iot
biểu thị mức độ không no của dầu mỡ, chỉ số này càng cao thì mức độ
không no càng lớn và ngợc lại.

Các tính chất vật lý và hoá học của dầu thực vật
Tên dầu
Dầu bông
Dầu nho
Dầu hớng d-

KV
33.7
37.3
34.4

CR
0.25
0.31
0.28

CN

33.7
37.5
36.7

ơng
Dầu vững
36.0
Dầu lanh
28.0
Dầu
thầu 33.1

0.25
0.24
0.24

dầu
Dầu lạc
Dầu cọ

0.21
0.22

24.0
34.2

HHV
39.4
39.7
39.6

AC
0.02
0.006
0.01

SC
0.01
0.01
0.01

IV
113.20
108.05
132.32

SV
207.71
197.07
191.70

40.4 39.4
27.6 39.3
38.1 39.6

0.002 0.01 91.76
0.01 0.01 156.74
0.006 0.01 69.82

210.34

188.71
220.78

52.9 39.8
34.5 39.8

0.01
0.01

197.63
197.56

0.02 98.62
0.01 102.35

Trong đó:

-Hoàng minh tuấn

Hóa Dầu 2 _ K46

15


Đồ án tốt nghiệp

Trờng Đại học bách khoa Hà Nội

KV: Độ nhớt động học, mm2/s tại 311K
CR: Cặn cacbon,% khối lợng

CN: Trị số cetane
HHV: Nhiệt trị, MJ/kg
AC: Hàm lợng tro, % khối lợng
SC: Hàm lợng lu huỳnh, % khối lợng
IV: Chỉ số iốt, cgI/g dầu
SV: Chỉ số xà phòng, mgKOH/g dầu
II.5Các phản ứng hoá học của dầu thực vật
Thành phần hóa học của dầu thực vật chủ yếu là ester của axit béo với
glyxerin do vậy chúng có đầy đủ tính chất của một ester:
*Phản ứng xà phòng hoá:
Trong những điều kiện thích hợp dầu mỡ có thể thuỷ phân ( t o, áp
suất, xúc tác).
Phản ứng
C3H5(OCOR)3 + 3H2O

3 RCOOH + C3H5(OH)3

Phản ứng qua các giai đoạn trung gian tạo thành các diglyxerit và
monoglyxerit.
Nếu trong quá trình thuỷ phân có mặt các loại kiềm (NaOH, KOH),
thì sau quá trình thủy phân, axit béo sẽ tác dụng với kiềm tạo thành xà
phòng:
RCOOH + NaOH

RCOONa + H2O

Tổng quát hai quá trình trên :
C3H5(OCOR)3 + 3NaOH

-Hoàng minh tuấn

3RCOONa

Hóa Dầu 2 _ K46

+ C3H5(OH)3

16


Đồ án tốt nghiệp

Trờng Đại học bách khoa Hà Nội

Đây là phản ứng cơ bản trong quá trình sản xuất xà phòng và glyxerin từ
dầu thực vật.
*Phản ứng cộng hợp :
Trong điều kiện thích hợp, các axit béo không no sẽ cộng hợp với
một số chất khác:
+Phản ứng hydro hoá : là phản ứng đợc tiến hành ở điều kiện
nhiệt độ, áp suất và có mặt của xúc tác Niken
+Trong những điều kiện thích hợp , dầu có chứa các axit béo
không no có thể cộng hợp với các halogen.
*Phản ứng trao đổi este (rợu phân):
Các glyxerit trong điều kiện có mặt của xúc tác vô cơ nh các xúc
tác axit H2SO4, HCl hoặc các xúc tác bazơ NaOH, KOH có thể tiến hành
este hoá trao đổi với các rợu bậc một nh metylic, etylic tạo thành các
alkyl este axit béo và glyxerin:
C3H5(OCOR)3 + 3CH3OH

3RCOOCH3 + C3H5(OH)3

Phản ứng này có ý nghĩa thực tế rất quan trọng vì ngời ta có thể sử
dụng các alkyl este axit béo làm nhiên liệu giảm một cách đáng kể lợng khí
thải độc hại ra môi trờng, đồng thời cũng thu đợc một lợng glyxerin sử
dụng trong nhiều ngành công nghiệp thực phẩm và vật dụng, sản xuất nitro
glyxerin làm thuốc nổ
+ Phản ứng oxi hoá:
Dầu thực vật có chứa nhiều các loại axit béo không no dễ bị oxi hoá,
thờng xảy ra ở nối đôi trong mạch cacbon. Tuỳ thuộc vào bản chất của chất
oxi hoá và điều kiện phản ứng mà tạo ra các sản phẩm oxi hoá không hoàn
toàn nh peroxyt, xetoaxit,hoặc các sản phẩm đứt mạch có phân tử l ợng
bé. Dầu thực vật tiếp xúc với không khí có thể xảy ra quá trình oxi hoá làm
biến chất dầu mỡ.
*Phản ứng trùng hợp:

-Hoàng minh tuấn

Hóa Dầu 2 _ K46

17


Đồ án tốt nghiệp

Trờng Đại học bách khoa Hà Nội

Dầu mỡ có chứa nhiều axit không no dễ phát sinh phản ứng trùng
hợp tạo ra các hợp chất cao phân tử.

III. Nhiên liệu sinh học.
Trong các phơng pháp nhằm nâng cao chất lợng nhiên liệu diesel thì
phơng pháp sử dụng nhiên liệu sinh học là phơng pháp có hiệu quả nhất và
đợc sử dụng nhiều nhất. Nhiên liệu sinh học đợc định nghĩa là bất kỳ loại
nhiên liệu nào nhận đợc từ sinh khối. Chúng bao gồm bioethanol, biodiesel,
biogas, ethanol-blended fuels,dimethyleter sinh học và dầu thực vật. Nhiên
liệu sinh học hiện nay đợc sử dụng trong giao thông vận tải là ethanol sinh
học, diesel sinh học và xăng pha ethanol. Có thể so sánh giữa nhiên liệu dầu
mỏ với nhiên liệu sinh học nh sau:
So sánh nhiên liệu sinh học với nhiên liệu khoáng
Nhiên liệu khoáng
Sản xuất từ dầu mỏ
Hàm lợng lu huỳnh cao
Chứa hàm lợng chất thơm
khó phân hủy sinh học
Không chứa hàm lợng oxy

-Hoàng minh tuấn

Nhiên liệu sinh học
Sản xuất từ nguyên liệu thực vật
Hàm lợng lu huỳnh cực thấp
Không chứa hàm lợng chất thơm
Có khả năng phân hủy sinh học cao
Có 11% oxy

Hóa Dầu 2 _ K46

18

Đồ án tốt nghiệp

Trờng Đại học bách khoa Hà Nội

Điểm chớp cháy cao

Điểm chớp cháy cao

Nh vậy, việc phát triển nhiên liệu sinh học có lợi về nhiều mặt nh giảm
đáng kể các khí độc hại nh SO2, CO, CO2 khí nhà kính, các
hydrocacbon, giảm cặn buồng đốt mở rộng nguồn năng l ợng, đóng góp
vào an ninh năng lợng giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu nhập khẩu, đồng
thời cũng đem lại lợi nhuận và việc làm cho ngời dân

IV. Tổng quan về biodiesel
IV.1 Giới thiệu chung về biodiesel
Trớc đây, kể từ khi động cơ diesel đợc phát minh ra thì nhiên liệu mà
ngời ta sử dụng đầu tiên chính là dầu thực vật. Nhng nguyên liệu dầu thực
vật đã không đợc lựa chọn làm nhiên liệu cho động cơ diesel vì giá của dầu
thực vật đắt hơn giá của diesel khoáng. Gần đây, với sự tăng giá của nhiên
liệu khoáng và sự hạn chế về số lợng của nó, nên nhiên liệu dầu thực vật
ngày càng đợc quan tâm và có khả năng thay thế cho nguyên liệu dầu
khoáng trong tơng lai gần, vì những lợi ích về môi trờng và khả năng tái
sinh của dầu thực vật.
Việc sử dụng dầu thực vật nh một nhiên liệu thay thế để cạnh tranh với
dầu mỏ đã đợc bắt đầu từ những năm 1980, vì những thuận lợi của các loại
dầu thực vật so với nhiên liệu diesel là chất lỏng dễ di chuyển, sẳn có, có
khả năng tái sinh đợc, nhiệt lợng cao hơn, hàm lợng lu huỳnh thấp hơn, hàm
lợng chất thơm ít hơn, khả năng dễ bị vi khuẩn phân hủy, độ nhớt cao hơn.

khả năng bay hơi thấp hơn. Vấn đề chính liên quan đến việc hạn chế sử
dụng trực tiếp dầu thực vật là độ nhớt . Dầu thực vật có độ nhớt rất cao, lớn
-Hoàng minh tuấn

Hóa Dầu 2 _ K46

19


Đồ án tốt nghiệp

Trờng Đại học bách khoa Hà Nội

gấp 10 lần đến 20 lần nhiên liệu diesel N02D, gây cặn trong động cơ. Dầu
thầu dầu còn có độ nhớt gấp 100 lần nhiên liệu diesel N 02D. Vì vậy sự pha
loãng,nhũ hóa nhiệt phân, cracking xúc tác và metyleste hóa là các kỹ thuật
đợc áp dụng để giải quyết vấn đề độ nhớt cao của nhiên liệu :
Pha loãng dầu thực vật . Độ nhớt của dầu thực vật có thể đợc làm
thấp xuống bằng việc trộn lẫn với ethanol tinh khiết, hoặc hỗn hợp 25% dầu
hớng dơng và 75% dầu khoáng thông thờng thu đợc nhiên liệu nh nhiên liệu
diesel. Độ nhớt của nó là 4,88 cSt tại 313 độ Kenvil, trong khi theo tiêu
chuẩn ASTM, giá trị lớn nhất là 4,0 cSt tại 313 độ Kenvil. Hỗn hợp này
không phù hợp cho tính sử dụng lâu dài của động cơ đốt trong.
Sử dụng dạng nhũ hóa dầu thực vật. Để giảm độ nhớt cao của dầu
thực vật , nhũ hóa dầu thực vật với các chất lỏng không thể hòa tan đợc nh
ethanol, methanol đã đợc nghiên cứu
Nhiệt phân dầu thực vật : nhiệt phân là phân hủy các phân tử dầu
thực vật bằng nhiệt không có mặt của oxy, kết quả tạo ra các ankan,
ankadien, các axit cacboxylic, hợp chất thơm và lợng nhỏ các sản phẩm khí.
Quá trình nhiệt phân các hợp chất béo đã đợc thực hiện cách đây hơn 100

năm đạc biệt ở nhiều nơi trên thế giới có ít hoặc không có dầu mỏ.
Cracking xúc tác dầu thực vật: tạo ra các ankan, cycloankan,
alkylbezen,Tuy nhiên việc đầu t cho một dây chuyền cracking xúc tác rất
tốn kém.
Chuyển hóa este tạo biodiesel: quá trình này tạo ra các alkyl este axit
béo (biodiesel là tên gọi các alkyl este axit béo này khi chúng đợc dùng làm
nhiên liệu) có trọng lợng phân tử và độ nhớt thấp hơn nhiều so với các phân
tử dầu thực vật ban đầu. Các este này có trọng lợng phân tử bằng một phần
ba khối lợng phân tử của dầu thực vật và có độ nhớt rất thấp (xấp xỉ bằng
diesel khoáng). Vì vậy, biodiesel thu đợc có tính chất phù hợp nh là một
nhiên liệu sử dụng cho động cơ diesel.
Trong các phơng pháp trên, phơng pháp chuyển hóa este tạo biodiesel
là sự lựa chọn tốt nhất, vì các đặc tính vật lý của các metyl este rất gần với
nhiên liệu diesel thông thờng và các quá trình này cũng tơng đối đơn giản,

-Hoàng minh tuấn

Hóa Dầu 2 _ K46

20


Đồ án tốt nghiệp

Trờng Đại học bách khoa Hà Nội

chi phí không cao. Hơn nữa, các alkyl este có thể cháy trong động cơ mà
không cần phải thay đổi các chi tiết của động cơ với sự tạo cặn thấp.
Biodiesel là các mono ankyl este mạch thẳng đợc điều chế bởi
phản ứng trao đổi este giữa các loại dầu thực vật và mỡ động vật với các

loại rợu mạch thẳng (methanol, ethanol,)

R1COOCH2

CH2 OH

R2COOCH + 3ROH

CH OH

R3COOCH2

CH2 OH

Dầu thực vật

Rợu mạch thẳng

Glyxerin

+

R1COOR
R2COOR
R3COOR
Biodiesel

Biodiesel là một nhiên liệu sinh học điển hình, nó đợc điều chế từ
dầu thực vật( dầu dừa, dầu bông, dầu hạt hớng dơng, dầu cọ, dầu đậu nành,
dầu sở) hoặc là mỡ động vật sạch hoặc phế thải. Đây là những nguyên

liệu không độc hại, có khả năng phân huỷ sinh học,có thể trồng trọt và chăn
nuôi đợc. Ngoài ra, trong quá trình sản xuất biodiesel , có tạo ra sản phẩm
phụ là glyxerin, đây cũng là một chất có giá trị kinh tế cao, chúng đợc sử
dụng trong các ngành dợc, mỹ phẩm.
Biodiesel rất sạch, đây là một nguồn nhiên liệu thay thế tốt nhất cho
động cơ trong tơng lai khi mà nguồn nguyên liệu khoáng bị cạn kiệt, không
làm suy yếu các nguồn tự nhiên, có lợi về mặt sức khoẻ và môi trờng. Việc
sản xuất biodiesel từ dầu thực vật, mỡ động vật và phế thải không những
giúp cân bằng môi trờng sinh thái mà còn làm đa dạng hoá các dạng năng lợng cung cấp cho con ngời, đóng góp vào đảm bảo an ninh năng lợng, giảm

-Hoàng minh tuấn

Hóa Dầu 2 _ K46

21


Đồ án tốt nghiệp

Trờng Đại học bách khoa Hà Nội

sự phụ thuộc vào nhiên liệu khoáng, đồng thời đem lại lợi nhuận và việc
làm cho ngời dân.
Biodiesel có tính chất vật lý rất giống với dầu diesel. Tuy nhiên,
tính chất phát khí thải thì biodiesel tốt hơn dầu diesel. Tính chất vật lý của
biodiesel so với nhiên liệu diesel đợc thể hiện ở bảng sau.

So sánh tính chất của nhiên liệu diesel với biodiesel
Các chỉ tiêu
Tỷ trọng

Độ nhớt động học ở 400C,
cSt
Trị số xetan
Nhiệt lợng tỏa ra khi cháy,
cal/g
Hàm lợng lu huỳnh,%
Điểm vẩn đục, 0C
Điểm rót, 0C
Chỉ số iot

Biodiesel
0.87 ữ 0.89
3.7 ữ 5.8

Diesel
0.81 ữ 0.89
1.9 ữ 4.1

46 ữ70
37000

40 ữ 55
43800

0.0 ữ 0.0024
- 11 ữ 16
- 15 ữ 13
60 ữ 135

0.5

- 25 ữ -15
8.6

Sản phẩm cháy của biodiesel sạch hơn nhiều so với nhiên liệu diesel
khoáng, riêng B 20 (20% biodiesel 80% diesel khoáng) có thể đợc sử
dụng trong các động cơ diesel mà không cần phải thay đổi kết cấu của
động cơ, thực tế các động cơ diesel sẽ chạy tốt hơn B 20.
Ưu điểm của biodiesel :
Trị số xetan cao: trị số xetan là một đơn vị đo khả năng phản ứng
bắt cháy của nhiên liệu diesel . Trị số xetan của diesel càng cao thì sự mồi
lửa và sự cháy càng tốt, động cơ chạy đều đặn hơn. Nhiên liệu diesel thông
thờng có trị số xetan từ 50 đến 52 và 53 đến 54 đối với động cơ cao tốc.

-Hoàng minh tuấn

Hóa Dầu 2 _ K46

22


Đồ án tốt nghiệp

Trờng Đại học bách khoa Hà Nội

Biodiesel là các alkyl este mạch thẳng do vậy nhiên liệu này có trị số xetan
cao hơn diesel khoáng, trị số xetan của biodiesel thờng từ 56 đến 58. Với trị
số xetan nh vậy biodiesel hoàn toàn có thể đáp ứng dễ dàng yêu cầu của
những động cơ đòi hỏi nhiên liệu chất lợng cao với khả năng tự bắt cháy
cao mà không cần phụ gia tăng trị số xetan.
Hàm lợng lu huỳnh: trong biodiesel hàm lợng lu huỳnh rất ít,

khoảng 0.001%. Đặc tính này của biodiesel rất tốt cho quá trình sử dụng
làm nhiên liệu cho động cơ diesel , vì nó làm giảm đáng kể khí thải SO 2 gây
ăn mòn thiết bị và gây ô nhiễm môi trờng.
Quá trình cháy sạch: do trong nhiên liệu biodiesel chứa khoảng
11% oxy, nên quá trình cháy của nhiên liệu xảy ra hoàn toàn. Vì vậy với
những động cơ sử dụng nhiên liệu biodiesel thì sự tạo muội, đóng cặn trong
động cơ giảm đáng kể.
Khả năng bôi trơn giảm mài mòn: Biodiesel có khả năng bôi trơn
bên trong rất tốt. Các cuộc kiểm tra đã chỉ ra rằng. biodiesel có khả năng
bôi trơn tốt hơn diesel khoáng. Khả năng bôi trơn của nhiên liệu đợc đặc trng bởi giá trị HFRR (high-frequency receiprocating rig), nói chung giá trị
HFRR càng thấp thì khả năng bôi trơn của nhiên liệu càng tốt. Diesel
khoáng đã xử lý lu huỳnh có giá trị HFRR 500 khi không có phụ gia, nhng giới hạn đặc trng của diesel là 450. Vì vậy, diesel khoáng yêu cầu phải
có phụ gia để tăng khả năng bôi trơn. Ngợc lại, giá trị HFRR của biodiesel
khoảng 200. Vì vậy, biodiesel rất phù hợp nh là một phụ gia rất tốt đối với
nhiên liệu diesel thông thờng. Khi thêm vào với tỷ lệ thích hợp sự hoạt động
của động cơ có thành phần biodiesel , sự mài mòn động cơ đợc giảm đáng
kể. Thực nghiệm đã chứng minh sau khoảng 15000 giờ làm việc, sự mài
mòn vẫn không đợc nhận thấy.
Khả năng thích hợp cho mùa đông: Biodiesel phải đợc phù hợp
cho tính chất sử dụng vào mùa đông ở nhiệt độ 20 0C (đo ở giá trị CFPP tơng tự cho cách đo của diesel khoáng). Cả các nhiên liệu chấp nhận phụ gia
phải đảm bảo điều này. Sự kết tinh (tạo parafin) xảy ra trong nhiên liệu
-Hoàng minh tuấn

Hóa Dầu 2 _ K46

23


Đồ án tốt nghiệp

Trờng Đại học bách khoa Hà Nội

diesel gây trở ngại cho các đờng ống dẫn nhiên liệu , bơm phun. Nếu điều
này xảy ra thì quá trình làm sạch là rất cần thiết. Còn biodiesel thì chỉ bị
đông đặc lại khi nhiệt độ tăng, và nó không cần thiết phải làm sạch hệ
thống nhiên liệu .
Giảm lợng khí thải độc hại: Theo các nghiên cứu của một trờng
đại học ở Califonia, sử dụng biodiesel tinh khiết thay cho diesel khoáng có
thể giảm 93.6% nguy cơ mắc bệnh ung th từ khí thải của diesel , do
biodiesel có chứa rất ít các hợp chất thơm, chứa rất ít lu huỳnh, quá trình
cháy của biodiesel triệt để hơn nên giảm đợc nhiều các hydrocacbon trong
khí thải.
An toàn cháy nổ: Biodiesel có nhiệt độ chớp cháy trên 110 0C cao
hơn so với diesel vì vậy tính chất nguy hiểm của nó thấp hơn, an toàn hơn
trong tồn chứa và vận chuyển.
Có thể trồng trọt dễ dàng: Tạo ra nguồn năng lợng độc lập với dầu
mỏ, không làm suy yếu các nguồn năng lợng tự nhiên, không gây ảnh hởng
tới sức khỏe con ngời và môi trờng.
Nhợc điểm chủ yếu của biodiesel là:
Giá thành khá cao: biodiesel thu đợc từ dầu thực vật đắt hơn so
với nhiên liệu diesel thông thờng. Ví dụ nh ở Mỹ 1 gallon dầu đậu nành giá
xấp xỉ bằng 2 đến 3 lần 1 gallon diesel thông thờng. Nhng trong quá trình
sản xuất biodiesel có thể tạo ra sản phẩm phụ là glyxerin là một chất có
tiềm năng thơng mại lớn có thể bù lại phần nào giá cả cao của biodiesel.
Biodiesel cũng có những nhợc điểm là thải ra nhiều khí NOx :
chúng thải khí NOX hơn so với diesel. Lợng khí này tăng lên khi sử dụng
biodiesel với tỷ lệ pha trộn biodiesel /diesel cao. Tuy nhiên cũng có thể
giảm NOx bằng cách sử dụng bộ tuần hoàn khí thải, hoặc lắp hộp xúc tác ở
ống xả của động cơ.
Tính kém ổn định của biodiesel : biodiesel bị phân huỷ rất nhanh.

-Hoàng minh tuấn

Hóa Dầu 2 _ K46

24


Đồ án tốt nghiệp

Trờng Đại học bách khoa Hà Nội

Phụ thuộc lớn vào nguồn nguyên liệu : cần phải quy hoạch tốt
vùng nguyên liệu.
Quá trình sản xuất biodiesel không đảm bảo: rửa diesel không
sạch thì khi sử dụng vẫn gây ra các vấn đề về ô nhiễm: do vẫn còn xà
phòng, kiềm d, methanol, glyxerin tự do là những chất gây ô nhiễm mạnh.
Vì vậy phải có các tiêu chuẩn cụ thể để đánh giá chất lợng của biodiesel .
Các tiêu chuẩn đánh giá chất lợng của biodiesel đợc cho trong bảng sau:

Chỉ tiêu đánh giá chất lợng biodiesel theo ASTM D6751
STT
1
2
3
4
5
6
7
8

9
10
11
12
13

Chỉ tiêu đánh giá
Tỷ trọng
Độ nhớt (400C, mm2/s)
Nhiệt độ chớp cháy, 0C
Hàm lợng nớc, % thể tích
Glyxerin tự do, % khối lợng
Hàm lợng lu huỳnh sulfat, % khối l-

Giá trị
0.8 0.9
1.9 6.0
Min 130
Max0.05
Max0.02
0.02

ợng
Hàm lợng lu huỳnh, % khối lợng
Hàm lợng phốt pho, % khối lợng
Chỉ số axit, mg KOH/g nhiên liệu
Độ ăn mòn đồng (3h/500C)
Trị số xetan
Cặn cacbon, % khối lợng
Tổng lợng glyxerin, % khối lợng

Max 0.05
Max 0.001
Max 0.8
< N03
>47
<0.05
Max 0.24

IV.2 các quá trình chuyển hoá este tạo biodiesel.
Biodiesel có thể đợc sản xuất bởi nhiều công nghệ este hóa khác nhau.
Về phơng diện hóa học quá trình chuyển hóa este (hay còn gọi là quá trình
rợu hóa) có nghĩa là từ một phân tử glyxerit hoặc các axit béo, trung hòa
các axit béo tự do, tách glyxerin và tạo ra các alkyl este. Rợu đợc sử dụng
trong các quá trình này thờng là các rợu đơn chức chứa khoảng từ một đến
tám nguyên tử cacbon: metanol, etanol, butanol, và amylalcol. Metanol và
-Hoàng minh tuấn

Hóa Dầu 2 _ K46

25