Nghiên cứu tổng hợp biokerosen từ dầu dừa sử dụng xúc tác ki al2o3

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.65 MB, 85 trang )

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
-----------------

MAI VĂN CƯỜNG

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP BIOKEROSEN TỪ DẦU DỪA
SỬ DỤNG XÚC TÁC KI/Al2O3
Chuyên ngành: HÓA HỌC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
HÓA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
GS.TS. ĐINH THỊ NGỌ

Hà Nội – Năm 2014

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
-----------------

MAI VĂN CƯỜNG

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP BIOKEROSEN TỪ DẦU DỪA SỬ
DỤNG XÚC TÁC KI/Al2O3

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
HÓA HỌC

Hà Nội – Năm 2014

Luận văn Thạc sĩ

GVHD: GS.TS. Đinh Thị Ngọ

LỜI CẢM ƠN
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc tới GS.TS Đinh Thị Ngọ đã hướng
dẫn, chỉ bảo em từ những ngày đầu em chập chững tham gia nghiên cứu. Cô đã
hướng dẫn tận tình và chu đáo về mặt chuyên môn để em có thể hoàn thành luận
văn tốt nghiệp này.
Đồng thời em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ môn Công
nghệ Hữu cơ – Hóa dầu là những người dạy dỗ, tạo điều kiện về cơ sở vật chất
trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu tại trường.
Nhưng do thời gian còn hạn hẹp, nên luận văn tốt nghiệp của em chưa được
hoàn thiện và còn nhiều thiếu sót. Em rất mong được sự đóng góp ý kiến của cô
giáo hướng dẫn và các thầy cô trong bộ môn để luận văn của em được hoàn thiện
hơn.
Xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 22 tháng 9 năm 2014
Học viên

Mai Văn Cường

HV: Mai Văn Cường

Luận văn Thạc sĩ

GVHD: GS.TS. Đinh Thị Ngọ

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN
LỜI CAM ĐOAN
MỤC LỤC
DANH MỤC VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU SINH HỌC BIOKEROSEN .... 2
1.1. NHIÊN LIỆU PHẢN LỰC ............................................................................ 2
1.1.1. Tính chất vật lí của kerosen khoáng có nguồn gốc từ dầu mỏ .................. 2
1.1.2. Thành phần hóa học ................................................................................ 2
1.1.3. Thành phần phân đoạn kerosen khi được sử dụng làm nhiên liệu phản lực
và dầu hỏa dân dụng ......................................................................................... 3
1.1.4. Ứng dụng ................................................................................................ 7
1.2. NHIÊN LIỆU PHẢN LỰC SINH HỌC BIOKEROSEN .............................. 7
1.2.1. Định nghĩa biokerosen ............................................................................ 7
1.2.2. Ưu điểm và ứng dụng của biokerosen...................................................... 8
1.2.3. Yêu cầu nhiên liệu biokerosen ................................................................. 9
1.2.4. Lịch sử phát triển nhiên liệu biokerrosen ............................................... 10
1.2.5. Tình hình sản xuất biokerosen ở Việt Nam và trên thế giới ................... 11
1.3. NGUỒN NGUYÊN LIỆU TỔNG HỢP BIOKEROSEN ............................. 12
1.3.1. Dầu thực vật có số cacbon thấp ............................................................. 12
1.3.2. Dầu thực vật nhiều nối đôi .................................................................... 14
1.4. CÁC PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT BIOKEROSEN .................................. 24
1.4.1. Quá trình trao đổi este ........................................................................... 24
1.4.2. Quá trình chuyển đổi dầu thực vật thành bio- SPK (nhiên liệu sinh học
biokerosen từ parafin tổng hợp) ...................................................................... 25

1.4.3. Phương pháp nhiệt phân ........................................................................ 29
1.4.4. Phương pháp vi nhũ tương hóa .............................................................. 30
1.4.5. Phương pháp ba bước ............................................................................ 30
1.4.6. Quá trình HRJ ....................................................................................... 31
1.5. XÚC TÁC QUÁ TRÌNH TRAO ĐỔI ESTE .............................................. 31
1.5.1. Xúc tác axit ........................................................................................... 31
1.5.2. Xúc tác bazơ ......................................................................................... 32
1.5.3. Xúc tác enzym....................................................................................... 34
1.5.4. Xúc tác KI/Al2O3 .................................................................................. 35
CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU... 37
2.1. TỔNG HỢP VÀ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐẶC TRƯNG XÚC TÁC
XÚC TÁC 30% KI/Al2O3 .................................................................................. 37
HV: Mai Văn Cường

Luận văn Thạc sĩ

GVHD: GS.TS. Đinh Thị Ngọ

2.1.1. Tổng hợp xúc tác KI/Al2O3 ................................................................... 37
2.1.2. Các phương pháp xác định đặc trưng xúc tác......................................... 37
2.2. TỔNG HỢP BIOKEROSEN TỪ DẦU DỪA .............................................. 38
2.2.1. Dụng cụ thí nghiệm và hóa chất ............................................................ 38
2.2.2. Tiến hành phản ứng với nguyên liệu dầu dừa ........................................ 39
2.2.3. Tinh chế sản phẩm ................................................................................ 40
2.2.4. Tính toán hiệu suất của phản ứng trao đổi este ...................................... 41
2.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐẶC TRƯNG NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM .. 42
2.3.1. Xác định chỉ số axit (ASTM D664) ....................................................... 42
2.3.2. Xác định chỉ số iốt (pr EN-14111)......................................................... 42
2.3.3. Xác định tỉ trọng (ASTM D1298) .......................................................... 44

2.3.4. Xác định độ nhớt ( ASTM D445) .......................................................... 45
2.3.5. Xác định hàm lượng nước (ASTM D95) ............................................... 45
2.3.6. Xác định nhiệt độ chớp cháy cốc kín (ASTM D93) ............................... 46
2.3.7. Xác định hàm lượng cặn cacbon (ASTM 189/97) .................................. 47
2.3.8. Xác định chiều cao ngọn lửa không khói (ASTM D1322) ..................... 48
2.3.9. Phương pháp sắc kí khí-khối phổ (GC-MS) ........................................... 50
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ....................................................... 52
3.1. NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH TỔNG HỢP XÚC TÁC KI/Al2O3 ................ 53
3.1.1. Nghiên cứu lựa chọn xúc tác ................................................................. 53
3.1.2. Khảo sát hàm lượng KI tối ưu trong xúc tác .......................................... 54
3.1.3. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến hiệu suất xúc tác . .............. 55
3.1.4. Kết quả nhiễu xạ tia X ........................................................................... 56
3.1.5. Giản đồ TG-DTG và DTA-DDTA ........................................................ 60
3.1.6. Kết quả ảnh SEM của xúc tác trước và sau quá trình nung .................... 62
3.1.7. Phổ EDX ............................................................................................... 63
3.2. KẾT QUẢ TỔNG HỢP BIOKEROSEN ..................................................... 64
3.2.1. Đặc trưng nguyên liệu đầu vào .............................................................. 64
3.2.2. Khảo sát diều kiện phản ứng ................................................................. 65
3.2.3. Kết quả GC – MS của sản phẩm biokerosen từ dầu dừa ........................ 71
KẾT LUẬN .......................................................................................................... 75
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 76

HV: Mai Văn Cường

Luận văn Thạc sĩ

GVHD: GS.TS. Đinh Thị Ngọ

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1: Tính chất vật lý của kerosen .................................................................... 2
Bảng 1.2: Các thông tin về các chuyến bay thử nghiệm ......................................... 11
Bảng 1.3: Thành phần axit béo của dầu dừa........................................................... 13
Bảng 1.4: Các thông số vật lý của dầu dừa ............................................................ 13
Bảng 1.5: Số liệu sản xuất ước tính đối với dầu dừa theo Sở Nông nghiệp Hoa Kỳ
đã công bố như sau ................................................................................................ 14
Bảng 1.6: Ưu, nhược điểm khi sử dụng vi tảo để sản xuất nhiên liệu sinh học ....... 15
Bảng 1.7: Hàm lượng các nguyên tố trong sinh khối vi tảo .................................... 16
Bảng 1.8: Hàm lượng dầu trong sinh khối vi tảo .................................................... 16
Bảng 1.9: Thành phần axit béo trong dầu tảo ......................................................... 17
Bảng 1.10:Thành phần hóa học của các loài vi tảo sấy khô .................................... 17
Bảng 1.11: Thông số vật lý của dầu lanh ............................................................... 18
Bảng 1.12: Thành phần của dầu lanh so với các loại dầu khác ............................... 18
Bảng 1.13: Tình hình thu hoạch sản lượng hạt lanh trên thế giới ........................... 20
Bảng 1.14: Thành phần axit béo trong dầu lanh ..................................................... 20
Bảng 1.15: Độ nhớt, tỷ trọng và điểm chớp cháy của dầu hạt lanh tinh khiết và các
dẫn xuất este của nó............................................................................................... 21
Bảng 1.16: Thành phần phần trăm của triglyxerit, diglyxerit và monoglyxerit trong
este ........................................................................................................................ 21
Bảng 1.17: Phần trăm axit béo trong metyl este dầu cải ......................................... 22
Bảng 1.18: Thành phần hóa học của dầu cọ ........................................................... 23
Bảng 1.19: Thành phần % các axit béo trong các dầu khác nhau ........................... 23
Bảng 1.20: Các thông số vật lý của jatropha .......................................................... 24
Bảng 1.21: Thành phần của nhiên liệu sinh học theo ATF ..................................... 27
Bảng 1.22: Hàm lượng nguyên tố trong nhiên liệu sinh học theo ATF ................... 27
Bảng 1.23: Thành phần CHN trong các loại bio-SPK theo D5291 ......................... 28
Bảng 1.24: Thành phần tạp chất của bio-SPK ........................................................ 29
Bảng 1.25: Thành phần các nguyên tố sau khi nhiệt phân dầu sinh học ................. 30
Bảng 1.26: So sánh ưu, nhược điểm của xúc tác đồng thể và dị thể ....................... 34
Bảng 1.27: Độ mạnh và hiệu suất chuyển đổi xúc tác của muối kali trên chất mang

Al2O3 ..................................................................................................................... 35
Bảng 1.28: Độ mạnh và hiệu suất chuyển đổi xúc tác của KI trên chất mang khác
nhau ...................................................................................................................... 36
Bảng 2.1: Lượng mẫu thử thay đổi theo chi số iốt dự kiến .................................... 43
Bảng 3.1. Hiệu suất thu metyl este với các loại xúc tác khác nhau ......................... 53

HV: Mai Văn Cường

Luận văn Thạc sĩ

GVHD: GS.TS. Đinh Thị Ngọ

Bảng 3.2: Ảnh hưởng của hàm lượng KI trong xúc tác với hiệu suất của phản ứng.
.............................................................................................................................. 55
Bảng 3.3: Mối quan hệ giữa nhiệt độ nung xúc tác với hiệu suất phản ứng ............ 56
Bảng 3.4: Kết quả EDX mẫu 25% KI/Al2O3 chưa nung tại các vùng khác nhau .... 63
Bảng 3.5: Kết quả EDX mẫu 25% KI/Al2O3 nung 850oC tại các vùng khác nhau .. 64
Bảng 3.6: Hàm lượng pha hoạt tính tính toán dựa trên kết quả phổ EDX ............... 64
Bảng 3.7: Các tính chất đặc trưng của nguyên liệu ................................................ 65
Bảng 3.8: Ảnh hưởng của tỷ lệ mol metanol/dầu đến hiệu suất phân đoạn
biokerosen ............................................................................................................. 66
Bảng 3.9: Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến hiệu suất phân đoạn biokerosen 67
Bảng 3.10: Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến hiệu suất phân đoạn biokerosen
.............................................................................................................................. 68
Bảng 3.11: Ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến hiệu suất phân đoạn biokerosen ...... 69
Bảng 3.12: Mối quan hệ của hàm lượng xúc tác với hiệu suất phân đoạn biokerosen
.............................................................................................................................. 70
Bảng 3.13: Bảng các điều kiện tối ưu cho quá trình tổng hợp biokerosen, với xúc
tác KI/Al2O3 .......................................................................................................... 71

Bảng 3.14.Thành phần axit béo trong biokerosen từ dầu dừa theo kết quả GC – MS
.............................................................................................................................. 72
Bảng 3.15: Tiêu chuẩn chính của biokerosen từ dầu dừa....................................... 73

HV: Mai Văn Cường

Luận văn Thạc sĩ

GVHD: GS.TS. Đinh Thị Ngọ

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
Hình 1.1:Sơ đồ về sự phân bố nguyên liệu sản xuất nhiên liệu sinh học................. 14
Hình 1.2: Quá trình sản xuất biokerosen trong công nghiệp .................................. 25
Hình 1.3: Các dạng của hợp phi hydrocacbon chất trong nhiên liệu phản lực ........ 26
Hình 1.4: Quá trình chuyển đổi dầu thực vật thành Bio-SPK ................................ 27
Hình 1.5: Đồ thị sự phân bố các hydrocacbon trong nhiên liệu bio-SPK ............... 28
Hình 1.6. Quá trình sản xuất HRJ Fuel .................................................................. 31
Hình 2.1: Sơ đồ thiết bị phản ứng tổng hợp biokerosen từ dầu dừa ....................... 39
Hình 2.2: Sơ đồ chiết tách sản phẩm biokerosen ................................................... 40
Hình 2.3. Hệ thống quan sát chiều cao ngọn lửa không khói .................................. 49
.............................................................................................................................. 55
Hình 3.1: Ảnh hưởng của hàm lượng KI trong xúc tác với hiệu suất phân đoạn
biokerosen ............................................................................................................. 55
Hình 3.2: Ảnh hưởng của nhiệt độ nung xúc tác đến hiệu suất phân đoạn biokerosen
.............................................................................................................................. 56
Hình 3.3: Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu KI/Al2O3 trước khi nung ..................... 57
Hình 3.4: Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu KI/Al2O3 sau khi nung tại 600oC ......... 57
Hình 3.5: Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu KI/Al2O3 sau khi nung tại 850oC ......... 58
Hình 3.6: Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu KI/Al2O3 sau khi nung tại 900oC ......... 58

Hình 3.7. Giản đồ TG-DTG của xúc tác ................................................................ 60
Hình 3.8. Giản đồ DTA-DDTA của mẫu xúc tác ................................................... 61
Hình 3.9: Ảnh SEM của xúc tác 25% KI/Al2O3 trước và sau nung tại 850oC ......... 62
Hình 3.10: Phổ EDX của xúc tác 25% KI/Al2O3 chưa nung .................................. 63
Hình 3.11: Phổ EDX của xúc tác 25% KI/Al2O3 đã nung tại 850oC ...................... 64
Hình 3.12: Ảnh hưởng của tỷ lệ mol metanol/dầu đến hiệu suất phân đoạn
biokerosen ............................................................................................................. 66
Hình 3.13: Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến hiệu suất phân đoạn biokerosen
.............................................................................................................................. 67
Hình 3.14: Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến hiệu suất phân đoạn biokerosen
.............................................................................................................................. 68
Hình 3.15: Ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến hiệu suất phân đoạn biokerosen ....... 69
Hình 3.16: Ảnh hưởng của hàm lượng xúc tác đến hiệu suất phân đoạn biokerosen
.............................................................................................................................. 70
Hình 3.17. Sắc ký đồ của mẫu biokerosen tổng hợp từ dầu dừa ............................. 71

HV: Mai Văn Cường

Luận văn Thạc sĩ

GVHD: GS.TS. Đinh Thị Ngọ

MỞ ĐẦU
Hiện nay sự phát triển mạnh mẽ của các nghành công nghiệp cùng với dân số
ngày một đông đúc, vấn đề biến đổi khí hậu tiêu cực của thiên nhiên qua những trận
thiên tai, lũ lụt… xảy ra do ảnh hưởng của nhiều yếu tố, sự phát thải CO 2 là một
trong những yếu tố chính mà ngành giao thông vận tải đã chiếm 69% tổng lượng
CO2 phát thải này. Cùng với CO2 là nguyên nhân chính dẫn đến các hiệu ứng nóng
lên toàn cầu thì lượng khí thải NOx cũng làm tăng mức độ tác động tổng thể của sự

phát thải ấy.
Với sự phát triển mạnh mẽ của ngành giao thông vận tải nói chung và đặc biệt
là ngành hàng không thì rõ ràng nhu cầu về nhiên liệu sẽ ngày càng tăng lên nhanh
chóng. Người ta ước tính rằng 757 triệu lít nhiên liệu máy bay phản lực đã được
tiêu thụ hàng ngày trong khoảng 3.500 sân bay thương mại và quân sự trên toàn thế
giới trong năm 2006 và lượng tiêu thụ ấy được dự kiến sẽ tăng 2% hàng năm. Các
nhà sản xuất máy bay dự đoán rằng số lượng máy bay dân dụng toàn cầu có thể tăng
gần hai lần, từ 20.500 trong năm 2006 đến 40.500 máy bay năm 2026. Đây cũng
thực sự là vấn đề lớn khi mà nhiên liệu hóa thạch – nguồn nguyên liệu chính của
nhiên liệu hàng không đang cạn kiệt từng ngày.
Để giải quyết vấn đề kép, là sự cạn kiệt của nhiên liệu hóa thạch và vấn đề khí
thải thì ngành công nghiệp hàng không đã bắt đầu xác định rõ vai trò quan trọng của
việc thúc đẩy đầu tư vào một giải pháp: Nhiên liệu phản lực sinh học biokerosen.
Tại Châu Âu, ngành công nghiệp hàng không có kế hoạch sử dụng khoảng
2.000.000 tấn biokerosen vào năm 2020. Biokerosen sản xuất từ dầu thực vật sẽ có
tính chất tương tự như dầu lửa thông thường, nguyên liệu để sản xuất biokerosen về
cơ bản đáp ứng được khả năng tái sinh, tính sẵn có và khả năng pha trộn với nhiên
liệu truyền thống. Nguồn nguyên liệu này phong phú hơn và an toàn hơn khi so
sánh với nguồn nguyên liệu hóa thạch.
Biokerosen là một phương án sử dụng nhiên liệu tất yếu của tương lai, hiện nay
cũng đã có một số nhà khoa học và các hãng hàng không trên thế giới đầu tư nghiên
cứu về nhiên liệu sinh học Biokerosen. Tuy nhiên số lượng nghiên cứu còn rất hạn
chế. Ở Việt Nam vẫn chưa có công trình nghiên cứu nào liên quan tới lĩnh vực này.
Từ những ý tưởng đó, nhóm nghiên cứu đã lựa chọn tập trung vào: “Nghiên cứu
tổng hợp biokerosen từ dầu dừa sử dụng xúc tác KI/Al2O3” với mong muốn
nâng cao hiểu biết về nguồn nhiên liệu xanh và những lợi ích của nó đối với đời
sống hàng ngày.

HV: Mai Văn Cường

1

Luận văn Thạc sĩ

GVHD: GS.TS. Đinh Thị Ngọ

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU SINH HỌC BIOKEROSEN
1.1. NHIÊN LIỆU PHẢN LỰC
1.1.1. Tính chất vật lí của kerosen khoáng có nguồn gốc từ dầu mỏ
Kerosen còn được gọi là parafin hoặc dầu parafin, là một chất lỏng không màu,
hoặc màu vàng nhạt, dễ cháy, có mùi đặc trưng, độ bay hơi tương đối nằm trung
gian giữa xăng và dầu diesel, là thành phần chưng cất giữa 150°C và 260°C.
Kerosen không tan trong nước, nhưng thể hòa tan trong các dung môi hữu cơ.
Kerosen có tính chất vật lý sau.
Bảng 1.1: Tính chất vật lý của kerosen
STT
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11

Thông số
Trạng thái (15 °C và 1 atm)
Điểm sôi ở 1 atm, °C
Điểm đóng băng, °C
Tỷ trọng(150C)
Sức căng bề mặt(200C), N / m
Nhiệt hóa hơi, J / kg
Nhiệt cháy, MJ / kg
Điểm chớp cháy, 0C
Chỉ số axit, mg KOH/g (max)
Hợp chất thơm, % thể tích ( max)
Độ nhớt ở -200C, mm2/s (max)

Giá trị
lỏng
200-260
-45.6
0,80
0.023-0.032
2.5 x 105
43.124
38
0.015
22.0
8.0

Kerosen có khả năng bay hơi thấp hơn so với xăng (gasolin), nhiệt độ sôi xấp xỉ
140°C/285F to 320°C/10F, và được chứa đựng trong phân đoạn dầu mỏ. Một số loại
dầu thô, đặc biệt là dầu thô parafinic, chứa đựng thành phần kerosen chất lượng cao,
những loại dầu thô khác thì chứa asphalt, chúng sẽ được lọc kỹ lưỡng để tách loại

thành phần aromatic và lưu huỳnh trước khi thành phần kerosen đạt yêu cầu. Việc
bẽ gãy các thành phần ít bay hơi của dầu mỏ giờ là quá trình chính cho việc sản xuất
kerosen [2,3].
1.1.2. Thành phần hóa học
Bao gồm các hydrocacbon có số cacbon từ C11-C15, C16. Trong phân đoạn này,
chứa hầu hết là các n-parafin, rất ít izo-parafin. Các hydrocacbon naphtenic và

HV: Mai Văn Cường

2

Luận văn Thạc sĩ

GVHD: GS.TS. Đinh Thị Ngọ

thơm, ngoài loại có cấu trúc một vòng và nhiều nhánh phụ, còn có mặt các hợp chất
hai hoặc ba vòng, đặc biệt loại naphten và thơm hai vòng chiếm phần lớn. Trong
kerosen bắt đầu có mặt các hợp chất hydrocacbon có cấu trúc hỗn hợp giữa vòng
thơm và vòng naphten như tetralin và đồng đẳng của chúng. Các hợp chất chứa S,
N, O tăng dần. Lưu huỳnh dạng mecaptan giảm dần, xuất hiện lưu huỳnh dạng
sunfua. Các chất nitơ với hàm lượng nhỏ, dạng quinolin, pyron, indol.
Kerosen (Jet A, Jet A1, JP-8) là một hỗn hợp phức tạp gồm alkan (50-65% thể
tích), mono và poly-aromatic (10-20% thể tích) và xycloalkan hoặc naphten (mono
và poly-cyclic 20-30% thể tích).
Kerosen là một sản phẩm có độ ổn định cao, và việc thêm các phụ gia để tăng
chất lượng là không cần thiết. Ngoài việc loại bỏ những số lượng quá mức của
aromatic bằng quá trình Edeleanu, phân đoạn kerosen có thể chỉ cần rửa bằng kiềm
hoặc 1 quá trình xử lý nếu H2S có mặt để loại bỏ mecaptan.
1.1.3. Thành phần phân đoạn kerosen khi được sử dụng làm nhiên liệu phản

lực và dầu hỏa dân dụng
a. Ảnh hưởng của thành phần hydrocacbon đến quá trình cháy của nhiên liệu
trong động cơ phản lực
Nhiên liệu dùng cho động cơ phản lực được chế tạo từ phân đoạn kerosen hoặc
từ hỗn hợp giữa phân đoạn kerosen và phân đoạn xăng.
Đặc điểm cơ bản nhất của nhiên liệu dùng cho động cơ phản lực là có tốc độ
cháy lớn, dễ dàng tự bốc cháy ở bất kỳ nhiệt độ và áp suất nào, cháy điều hoà,
không bị tắt trong dòng khí có tốc độ lớn, nghĩa là quá trình cháy phải có ngọn lửa
ổn định. Về phương diện này, cấu trúc của buồng đốt có tính chất vô cùng quan
trọng quyết định đến tính ổn định của ngọn lửa, nhưng thành phần hoá học của
nhiên liệu đảm bảo phải có nhiều hydrocacbon parafinic mạch thẳng cũng tạo ra
điều kiện bốc cháy dễ và tốc độ cháy mong muốn.
Thành phần các hydrocacbon trong nhiên liệu còn ảnh hưởng đến nhiệt năng
của quá trình cháy, đó là một tiêu chuẩn quan trọng đảm bảo khả năng tạo nên công
suất lớn khi sử dụng nhiên liệu trong các động cơ phản lực. Về tính chất này các
hydrocacbon thơm kém hơn các hydrocacbon parafinic và naphtenic.

HV: Mai Văn Cường

3

Luận văn Thạc sĩ

GVHD: GS.TS. Đinh Thị Ngọ

Để đảm bảo yêu cầu về nhiệt cháy của nhiên liệu phản lực trên 11.200 kcal/kg
thì thành phần nhiên liệu phải có nhiều parafin và naphten. Tuy nhiên quan trọng
hơn cả là các naphtenic nhiều vòng bởi vì nếu tăng cường thành phần parafin mạch
thẳng thì sẽ làm tăng khả năng mất tính linh động của nhiên liệu ở nhiệt độ thấp,

điều này rất nguy hiểm đối với các máy bay phản lực hoạt động ở tầm cao (lên cao
10.000m nhiệt độ khí quyển hạ xuống -560C) trong khi đó các naphten vẫn ở trạng
thái lỏng vừa đảm bảo việc cung cấp nhiên liệu vào buồng đốt không bị gián đoạn,
và có nhiệt cháy cũng không kém gì các parafin.
Quá trình cháy của nhiên liệu trong động cơ phản lực đòi hỏi nhiên liệu phải
cháy hoàn toàn, không được phân hủy trước khi cháy tạo nên các cặn cacbon, bám
vào buồng đốt ở gần tuy-e, hoặc bám vào nến điện ở gần lỗ phun nhiên liệu làm
thay đổi hình dạng và kích thước ban đầu của chúng. Về mặt này, các hydrocacbon
thơm có nhiệt độ sôi cao (chủ yếu là loại nhiều vòng có trong phân đoạn) có xu
hướng tạo tàn và cặn cốc rất mạnh còn các parafin bao giờ cũng có khả năng cháy
hoàn toàn và ít có xu hướng tạo tàn, tạo cốc. Xu hướng tạo tàn, tạo cốc của các
hydrocacbon có thể sắp xếp theo chiều giảm dần như sau:
Thơm > monoolefin > iso-parafin và naphten > n-parafin.
Để đánh giá khả năng tạo cặn cacbon này, đối với nhiên liệu phản lực thường
dùng đại lượng chiều cao ngọn lửa không khói, tính bằng (mm) để so sánh. Chiều
cao ngọn lửa sáng, ít tạo muội tạo cặn cacbon. Các hydrocacbon parafinic có chiều
cao ngọn lửa không khói cao nhất, nhưng chiều dài mạch cacbon lớn, trị số này
càng giảm. Đối với các hydrocacbon parafinic có mạch nhánh, chiều cao này nhỏ
hơn so với các parafin mạch thẳng tương ứng, còn đối với các hydrocacbon
naphtenic, chiều cao ngọn lửa không khói cũng tượng tự các iso-parafinic nhiều
nhánh. Các hydrocacbon thơm có chiều cao ngọn lửa không khói thấp nhất.
Tóm lại, trong thành phần hydrocacbon của phân đoạn kerosen thì các
hydrocacbon parafinic và naphtenic thích hợp trong động cơ phản lực nhất. Vi vậy,
phân đoạn kerosen và phân đoạn xăng của dầu mỏ họ naphteno-parafinic hoặc
parafino-naphtenic là nguyên liệu tốt nhất để sản xuất nhiên liệu cho động cơ phản
lực. Khi có hàm lượng hydrocacbon thơm quá cao, phải tiến hành loại chúng ra để
giữ trong giới hạn dưới 20-25%.
HV: Mai Văn Cường

4

Luận văn Thạc sĩ

GVHD: GS.TS. Đinh Thị Ngọ

Khi trong phân đoạn có chứa nhiều parafin mạch thẳng có nhiệt độ kết tinh cao,
phải tiến hành loại chúng ra nhằm đảm bảo cho nhiên liệu vẫn đảm bảo được tính
linh động tốt ở nhiệt độ thấp (chỉ cho phép nhiên liệu bắt đầu mất tính linh động ở 60oC).
Nói chung hàm lượng các hydrocacbon parafinic trong nhiên liệu phản lực có
thể thay đổi từ 30 + 60%, hàm lượng các hydrocacbon naphtenic có thể thay đổi từ
20-45%.
b. Ảnh hưởng của các thành phần khác, ngoài hydrocacbon đến tính chất của
nhiên liệu phản lực
Nói chung, những thành phần không phải là hydrocacbon trong phân đoạn
kerosen đều là những cấu tử có ảnh hưởng xấu đến tính chất sử dụng của nhiên liệu
phản lực.
Các hợp chất lưu huỳnh khi cháy tạo SO2 và SO3 và gây ăn mòn ở nhiệt độ
thấp. Đồng thời các hợp chất của lưu huỳnh còn gây tạo nên cặn cacbon bám trong
buồng đốt chủ yếu là trên nến điện, voi phun, tuy-e thoát sản phẩm cháy.
Các hợp chất của oxy, như axit naphtenic, phenol đều làm tăng khả năng ăn
mòn các thùng chứa, ống dẩn nhiên liệu. Các sản phẩm tạo ra do ăn mòn (các muối
kim loại của axit naphtenic) lại góp phần tạo cặn và tạo tàn khi cháy bám vào trong
buồng đốt).
Các hợp chất của nitơ làm cho nhiên liệu kém ổn định, làm biến màu ban đầu
của nhiên liệu.
Các kim loại, nhất là vanadi, natri nằm trong sản vật cháy ở nhiệt độ cao 650850oC khi đập vào các tuốc bin chính, sẽ gây ăn mòn phá hỏng rất mạnh các chi tiết
của tuốc bin, vì vậy hàm lượng kim loại và tro trong nhiên liệu thường là phải rất
nhỏ, khoảng vài phần triệu.
c. Tính chất của phân đoạn kerosen khi sử dụng làm dầu hỏa dân dụng

Phân đoạn kerosen khi sử dụng để sản xuất dầu hoả dân dụng cũng có những
đặc tính riêng, trong đó thành phần các hydrocacbon đóng một vai trò rất quan
trọng.

HV: Mai Văn Cường

5

Luận văn Thạc sĩ

GVHD: GS.TS. Đinh Thị Ngọ

Khi dùng dầu hoả để thắp sáng hay đun nấu, yêu cầu cơ bản nhất là làm sao để
ngọn lửa phải cháy sáng, không có màu vàng-đỏ, không tạo nhiều khói đen, không
tạo nhiều tàn đọng ở đầu bấc và dầu phải dễ dàng theo bấc lên phía trên để cháy.
Romp đã làm thí nghiệm dùng 6 ngọn đèn được đốt bằng 6 loại hydrocacbon
dưới đây:
+ Tetrahydronaphtalen C10H12
+ Mezitilen tức [C6H3(CH3)3]
+ Thơm tách ra từ phân đoạn kerosen
+ Phân đoạn kerosen đã tách hydrocacbon thơm
+ Xêten, C16H32
+ Xêtan, C16H34
Sau đó, nâng dần bấc nến lên cho đến khi thấy ngọn lửa xuất hiện khói đen và
đo chiều cao của ngọn lửa này. Ông ta nhân thấy rằng, ngọn lửa đèn đốt bằng xêtan
cho ngọn lửa cao nhất, và càng trở lên trên (tức càng giảm dần đặc tính parafinic,
tăng dần tính chất thơm) ngọn lửa càng thấp dần.
Do đó, thành phần parafin trong phân đoạn kerosen góp phần làm tăng chiều
cao ngọn lửa không khói, là một đặc tính quan trọng khi dùng nó để thắp sáng và

đun nấu. Các parafin và các naphten nói chung khi đốt, ngọn lửa của chúng đều có
màu sáng xanh trong khi đó, các hydrocacbon thơm khi đốt cho ngọn lửa đỏ vàng
có nhiều muội, khói đen. Nguyên nhân vì các parafin và naphten có chứa nhiều
H2 trong phân tử, quá trình cháy xảy ra nhanh, không kịp để xảy ra quá trình phân
hủy (cracking) dẫn đến tạo cacbon. Trong khi đó, các hydrocacbon thơm có tốc độ
cháy chậm, quá trình phân hủy xảy ra trước quá trình cháy, nên tạo nhiều muội than
và có nhiều khói đen.
Vì vậy, khi sử dụng phân đoạn kerosen dùng làm dầu hoả dân dụng phải loại bỏ
các hydrocacbon thơm, nhất là các hydrocacbon thơm nhiều vòng, và trong thành
phần của chúng còn lại các parafin và các naphten có số nguyên tử từ C10-C14.
Để đánh giá đặc tính của dầu hoả dân dụng, thường dùng đại lượng chiều cao
ngọn lửa không khói để đặc trưng. Đại lượng này phải đảm bảo trên 20(mm) (khi
đốt trong ngọn đèn tiêu chuẩn) mới có thể dùng làm dầu hoả cho sinh hoạt dân
dụng.
HV: Mai Văn Cường

6

Luận văn Thạc sĩ

GVHD: GS.TS. Đinh Thị Ngọ

Mối liên hệ giữa chiều cao ngọn lửa không khói và thành phần hydrocacbon có
trong phân đoạn có trong phân đoạn có thể xác định qua quan hệ như sau:
Trong các hợp chất không phải hydrocacbon có trong thành phần phân đoạn
kerosen, thì các hợp chất lưu huỳnh có ảnh hưởng quan trọng. Khi dùng dầu hoả có
nhiều S để đốt, các sản phẩm cháy của nó đều rất độc cho người sử dụng. Bên cạnh
đó, các hợp chất S khi cháy bám vào bóng đèn, tạo nên lớp màng đục, giảm độ
chiếu sáng thực tế của đèn.

Nói chung, phân đoạn kerosen của dầu mỏ họ parafinic hoàn toàn thích hợp
dùng để sản xuất dầu hoả dân dụng không đòi hỏi một quá trình biến đôi thành phần
của nó bằng các phương pháp hóa học phức tạp.
1.1.4. Ứng dụng
Kerosen được sử dụng làm nhiên liệu phản lực và nhiên liệu sinh hoạt dân
dụng.
Nhiên liệu cho động cơ phản lực có thể được chia thành ba dạng chính: Dạng
kerosen, dạng kerosen với điểm chớt cháy cao và dạng phân đoạn rộng.
Loại nhiên liệu được dùng cho các máy bay dân dụng trên thế giới là dạng
kerosen Jet A1 tương ứng F-35 của khối OTAN, ở Hoa Kỳ thì dùng cho máy bay
dân dụng này là loại Jet A tương tự như loại Jet A1 ở trên nhưng điểm cháy của nó
cao hơn (-40oC thay vì -47oC).
Đối với dạng thứ hai cho phép tồn chứa rất an toàn trong những khoang chứa
của máy bay. Còn loại thứ ba thì có nhiệt độ sôi đầu rất thấp khoảng 70oC, thực chất
đây là sản phẩm thu được từ việc phối trộn của phân đoạn naphta nhẹ với kerosen.
Ngoài ra nhiên liệu phản lực còn có nhiều dạng khác nhau phục vụ cho những
mục đích khác nhau như là nhiên liệu có nhiệt năng cao dùng cho hoả tiễn.
1.2. NHIÊN LIỆU PHẢN LỰC SINH HỌC BIOKEROSEN
1.2. 1. Định nghĩa biokerosen
Biokerosen là nhiên liệu có nguồn gốc từ tự nhiên hay có nguồn gốc từ sinh
khối. Hay nói cách khác biokerosen là este của các axit béo mạch ngắn tồn tại trong
dầu thực vật hoặc este của các axit béo có nhiều nối đôi có nguồn gốc từ dầu thực
vật.

HV: Mai Văn Cường

7

Luận văn Thạc sĩ

GVHD: GS.TS. Đinh Thị Ngọ

Mono alkyl este là sản phẩm của phản ứng este hóa giữa rượu mạch thẳng
(metanol, etanol) với dầu thực vật hoặc mỡ động vật (triglyxerit) tạo thành glyxerin
và este của axit béo mạch dài.
1.2.2. Ưu điểm và ứng dụng của biokerosen
a. Ưu điểm
- Về mặt môi trường.
+ Giảm lượng phát thải khí CO2, do đó giảm được lượng khí thải gây ra hiệu
ứng nhà kính.
+ Không có hoặc chứa rất ít các hợp chất của lưu huỳnh (<0,001% so với đến
0,2%).
+ Hàm lượng các hợp chất khác trong khói thải như: CO, SOX, HC chưa cháy,
bồ hóng giảm đi đáng kể nên có lợi rất lớn đến môi trường và sức khoẻ con người.
+ Không chứa HC thơm nên không gây ung thư.
+ Có khả năng tự phân huỷ và không độc
+ Giảm ô nhiễm môi trường nước và đất.
+ Giảm sự tiêu dùng các sản phẩm dầu mỏ.
- Về mặt kĩ thuật.
+ Có chỉ số xetan cao hơn kerosen.
+ Biokerosen rất linh động có thể trộn với kerosen theo bất kì tỉ lệ nào.
+ Biokerosen có điểm chớp cháy cao hơn kerosen, đốt cháy hoàn toàn, an toàn
trong tồn chứa và sử dụng.
+ Biokerosen có tính bôi trơn tốt. Ngày nay để hạn chế lượng SOx thải ra không
khí, người ta hạn chế tối đa lượng S trong kerosen. Nhưng chính những hợp chất
lưu huỳnh lại là những tác nhân giảm ma sát của dầu kerosen. Do vậy dầu kerosen
có tính bôi trơn không tốt và đòi hỏi việc sử dụng thêm các chất phụ gia để tăng tính
bôi trơn. Trong thành phần của biokerosen có chứa oxi. Cũng giống như S, O có tác
dụng giảm ma sát, cho nên biokerosen có tính bôi trơn tốt.

+ Do có tính năng tượng tự như dầu kerosen nên nhìn chung khi sử dụng không
cần cải thiện bất kì chi tiết nào của động cơ (riêng đối với các hệ thống ống dẫn,
bồn chứa làm bằng nhựa ta phải thay bằng vật liệu kim loại).

HV: Mai Văn Cường

8

Luận văn Thạc sĩ

GVHD: GS.TS. Đinh Thị Ngọ

- Về mặt kinh tế.
+ Sử dụng nhiên liệu biokerosen ngoài vấn đề giải quyết ô nhiễm môi trường nó
còn thúc đẩy ngành nông nghiệp phát triển, tận dụng tiềm năng sẵn có của ngành
nông nghiệp như dầu phế thải, mỡ động vật, các loại dầu khác ít có giá trị sử dụng
trong thực phẩm.
+ Đồng thời đa dạng hoá nền nông nghiệp và tăng thu nhập ở vùng miền nông
thôn.
+ Hạn chế nhập khẩu nhiên liệu kerosen, góp phần tiết kiệm cho quốc gia một
khoảng ngoại tệ lớn.
b. Nhược điểm
Biokerosen có nhiệt độ đông đặc cao hơn kerosen một ít gây khó khăn cho các
nước có nhiệt độ vào mùa đông thấp. Tuy nhiên đối với các nước nhiệt đới, như
Việt Nam chẳng hạn thì ảnh hưởng này không đáng kể.
Biokerosen có nhiệt trị thấp hơn so với kerosen.
Trở ngại lớn nhất của việc thương mại biokerosen trước đây là chi phí sản suất
cao. Do đó làm cho giá thành biokerosen khá cao, nhưng với sự leo thang giá cả
nhiêu liệu như hiện nay thì vấn đề này không còn là rào cản nữa.

Hiện nay biokerosen thường được sản xuất chủ yếu là theo mẻ. Đây là điều bất
lợi vì năng suất thấp, khó ổn định được chât lượng sản phẩm cũng như các điều kiện
của quá trình phản ứng. Một phương pháp có thể tránh hoặc tối thiểu khó khăn này
là sử dụng quá trình sản xuất liên tục.
* Tóm lại:
Ưu điểm của biokerosen từ dầu thực vật là khả năng tái sinh, hiệu quả đốt cao
hơn, lưu huỳnh thấp hơn, phân hủy vi khuẩn cao hơn, nhiên liệu có thể giúp giảm sự
phụ thuộc vào dầu thô và tính sẵn có của nhiên liệu. biokerosen dự kiến sẽ có các
tính chất hóa học tương tự như dầu lửa thông thường do đó có thể được trộn lẫn với
nhiên liệu truyền thống theo tỷ lệ phù hợp để đáp ứng các tiêu chuẩn nhiên liệu
hàng không. biokerosen có ứng dụng chính là làm nhiên liệu phản lực.
1.2.3. Yêu cầu nhiên liệu biokerosen
Yêu cầu đối với nhiên liệu phản lực là cần phải có tốc độ cháy cao, dễ dàng bốc
cháy khi có tia lửa điện, có nhiệt năng lớn, cháy điều hòa, có ngọn lửa ổn định và
HV: Mai Văn Cường

9

Luận văn Thạc sĩ

GVHD: GS.TS. Đinh Thị Ngọ

cháy hoàn toàn không tạo cặn.
Yêu cầu về nhiệt cháy cho nhiên liệu phản lực phải lớn hơn 11200 kcal/kg, do
vậy các n-parafin cho nhiệt cháy cao hơn cả. Mặt khác máy bay thường làm việc ở
độ cao trên 10km so với mặt đất, tại đó nhiệt độ không khí có khi xuống tới -500 C
nên yêu cầu nhiên liệu phản lực phải có độ linh động rất cao nên yêu cầu nhiên liệu
biokerosen phải có nhiệt độ đông đặc thấp (-47 đến -550C).
Máy bay phản lực làm việc ở trên cao, áp suất khí quyển giảm mạnh, để tránh

sự bốc hơi mạnh, tạo các nút hơi trong hệ thống yêu cầu nhiên liệu phản lực phải có
áp suất hơi bão hòa vào khoảng 21 kPa ở 380C.
Các hợp chất phi hydrocacbon chứa trong phân đoạn kerosen có ảnh xấu đến
tính chất sử dụng của nhiên liệu.
+ Các chất chứa S khi cháy tạo SO2, SO3 gây ăn mòn ở nhiệt độ thấp, đồng thời
còn gây cặn bám trong buồng đốt, gây trở ngại cho quá trình.
+ Các chất chứa oxy như phenol, axit naphtenic đều làm tăng khả năng ăn mòn
của thùng chứa, ống dẫn nhiên liệu.
+ Các chất chứa nitơ làm cho nhiên liệu kém ổn định, biến màu. Các kim loại
nặng, nhất là V, Ni nằm trong sản phẩm cháy ở nhiệt độ cao, khi đập vào tuabin
chính sẽ gây ăn mòn và phá hỏng các chi tiết của tuabin, vậy quy định hàm lượng
Smaxlà 0,3% trọng lượng.
1.2.4. Lịch sử phát triển nhiên liệu biokerrosen
Ngày 23 tháng 10 năm 1984, chương trình chuyến bay thử nghiệm sử dụng
biokerosen tinh khiết B100, bay từ Sao Jose dos Campos tới Brazil trong thời gian 4
giờ. Máy bay được sử dụng mang tên ‘‘Brandeirante’’được sản xuất bởi Embraer,
Brazil.
Năm 2005, Tiến sĩ Expedito Parente đã trình bày trong giải thưởng United
Nation’s Blue Sky ở Shenzhen, với đề tài ‘Mối tương quan giữa biodiesel và
biokerosen’.
Năm 2008, Virgin Atlantic thực hiện chuyến bay Boeing 747 hoạt động trên
hỗn hợp dầu lửa và nhiên liệu sinh học, sử dụng 80/20 hỗn hợp của dầu hỏa và
nhiên liệu sinh học làm từ dầu cọ và chiết xuất hạt cọ ba-ba-su, cộng với một thành
phần chất chống đông sinh học etanol.
HV: Mai Văn Cường

10

Luận văn Thạc sĩ

GVHD: GS.TS. Đinh Thị Ngọ

Tháng 11/2009, hãng hàng không Hà Lan KLM thực hiện một chuyến bay hành
khách thử nghiệm sử dụng biokerosen.
Tháng 9/ 2011, chuyến bay KLM Royal Dutch 1233 – một chiếc Boeing 737800 cất cánh từ Amsterdam Schipol đến Charles de Gaulle, Paris sử dụng
biokerosen mang theo 171 hành khách [21].
Từ hè năm 2011, hãng hàng không KLM sẽ được bắt đầu với 200 chuyến bay
giữa Amsterdam và Paris sử dụng hỗn hợp 50% kerosen và 50% nhiên liệu sinh học
được sản xuất từ dầu ăn.
Ngày 13/4/2012, Qantas sẽ bay chuyến bay thương mại đầu tiên Airbus
A330 của Úc được hỗ trợ bởi nhiên liệu sinh học có nguồn gốc từ dầu ăn, cất cánh
từ Sydney đến Adelaide.
Biokerosen đã được phát triển ở Fortaleza, Brazil trong suốt giai đoạn
1980÷1985 và hiện tại đã được cấp bằng sáng chế và đăng ký theo số PI-800795-7
(INPI).
Bảng 1.2: Các thông tin về các chuyến bay thử nghiệm
Hãng hàng
không
Máy bay
thương mại
Động cơ

New Zealand
Boeing 747400
Rolls-Royce
RB211-524G

Continental

Japan

Boeing 737-800

Boeing 747-300

CFM International
CFM56-7B
47.5%jatropha, 2.5%
tảo, 50% dầu hỏa

Pratt & Whitney
JT9D-7R4G2
42% camelina.
8% jatropha/tảo
Nikki
Universal/UOP
30/1/2009

Nguyên liệu

50% Jatropha

Nhà cung cấp

UOP

UOP

Thời gian

30/12/2008

7/1/2009

1.2.5. Tình hình sản xuất biokerosen ở Việt Nam và trên thế giới
Hiện nay, ở Việt Nam vẫn chưa có chương trình nghiên cứu mang tầm quốc gia
nào về nhiên liệu sinh học phản lực biokerosen. Chỉ giới hạn nguyên cứu với qui
mô ở phòng thí nghiệm. Xưởng thực nghiệm pilot sản xuất biodiesel của Viện Hóa
học Công nghiệp Việt nam sản xuất biodiesel từ dầu mỡ cặn béo thải động thực vật
đã đi vào sản xuất và phục vụ cho sinh viên thực tập nguyên cứu. Để đi vào thực tế
sản xuất thì khó khăn lớn nhất ở Việt Nam là nguồn nguyên liệu cho quá trình sản

HV: Mai Văn Cường

11

Luận văn Thạc sĩ

GVHD: GS.TS. Đinh Thị Ngọ

xuất. Nếu đảm bảo được nguồn nguyên liệu sản xuất thì quá trình sản xuất
biokerosen ở Việt Nam sẽ có hướng phát triển tốt hơn.
Trên thế giới, giai đoạn 1980-1985, biokerosen đã được phát triển ở Fortaleza,
Brazil. Tuy nhiên ngay sau khi giá dầu thấp, nhiên liệu biokerosen đã bị bỏ đi và nó
chỉ được quan tâm tới một lần nữa khi giá dầu tăng lên mức kỉ lục trong năm. Bộ
trưởng giao thông Hà lan đầu tư 1.25 triệu euro để phát triển biokerosen và hy vọng
sẽ sản xuất 40 tấn nhiên liệu sinh học trong mỗi tuần vào năm 2011.
Biokerosen sẽ trở thành hiện thực đến năm 2020, nhưng nguyên liệu sản xuất là

một thách thức lớn. Vì hầu như không chủ động được nguồn nguyên liệu để sản
xuất và chưa có quy hoạch về nguồn nguyên liệu một cách có hệ thống.
Sau những thử nghiệm ban đầu thì người ta đã quyết định sẽ thực hiện những
chuyến bay thử với nhiêu liệu có 50% bio-SPK pha trộn cùng nhiên liêu phản lực từ
dầu khoáng thông thường, cuộc thử nghiệm này được tiến hành với sự vào cuộc của
các hãng hàng không Boeing, Honeywell/UOP, Air Force Research Lab (AFRL),
cùng với sự tham gia của các công ty sản suất động cơ. Cả 3 loại nhiên liệu được sử
dụng cho các chuyến bay thử nghiệm đều đạt được tất cả các tiêu chuẩn ASTM
D1655.
1.3. NGUỒN NGUYÊN LIỆU TỔNG HỢP BIOKEROSEN
Nguồn nguyên liệu cho quá trình này rất phong phú, nó bao gồm các loại dầu
thực vật.Tập trung chủ yếu là dầu thực vật có số cacbon thấp và có nhiều nối đôi.
+ Dầu có số cacbon thấp cho sản phẩm biokerosen có độ nhớt thấp và nhiệt trị
cao.
+ Dầu có nhiều nối đôi cho sản phẩm biokerosen có độ linh động cao tốt cho
động cơ hoạt động ở nhiệt độ thấp vì có nhiệt độ đông đặc thấp.
1.3.1. Dầu thực vật có số cacbon thấp
Dầu thực vật có số cacbon thấp đặc trưng là dầu dừa.
Dầu dừa là loại dầu được sản xuất từ nhân và thịt của quả dừa. Dầu dừa là chất
lỏng không màu đến màu vàng-nâu nhạt. Dầu dừa rất ổn định nhiệt, hàm lượng các
chất béo không no rất ít, chứa hàm lượng chất béo bão hòa cao nên chậm oxi hóa,
khả năng chống ôi khoảng hai năm trong quá trình bảo quản. Dầu dừa chứa 96%
không bão hòa đơn và 2% axit béo không bão hòa đa [25].
HV: Mai Văn Cường

12

Luận văn Thạc sĩ

GVHD: GS.TS. Đinh Thị Ngọ

Thành phần axit béo của dầu dừa được xác định theo phương pháp sắc ký khí
(CRL 10.004) thể hiện sau:
Bảng 1.3: Thành phần axit béo của dầu dừa
Chuỗi Cacbon

Giá trị,%

Thành phần axit

C6:0

0.4-0.6

Caprolic axit

C8:0

5.0-10.0

Caprylic axit

C10

4.5-8.0

Capric axit

C12

43.0-53.0

Lauric axit

C14

16.0-21.0

Myristic axit

C16

7.5-10.0

Palmitic axit

C18:0

2.0-4.0

Stearic axit

C18:1

5.0-10.0

Oleic axit

C18:2

1.0-2.5

Linoleic axit

C18:3 - C24:1

<0.5

Bảng 1.4: Các thông số vật lý của dầu dừa
Thông số
Độ ẩm(mg/kg)

Dầu dừa
1.0

Độ nhớt (cSt) tại 40°C
Khối lượng riêng (kg/dm3) tại
20°C
Điểm khói, oC
Tạp chất, % khối lượng
Chỉ số axit
Chỉ số iốt

29
0.917
180
0.05 max
13 max
10-15

Dầu dừa là chất béo trung tính, có chứa glyxerin. Qua quá trình trao đổi este, sử
dụng chất xúc tác sẽ biến dầu thành các este, tách glyxerin từ các sản phẩm chính.
Các glyxerin nằm phía dưới và dầu sinh học nổi lên trên và được chiết ra bình.
Trong quy mô phòng thí nghiệm xúc tác thướng dùng là KOH [24,25,26].

HV: Mai Văn Cường

13

Luận văn Thạc sĩ

GVHD: GS.TS. Đinh Thị Ngọ

Bảng 1.5: Số liệu sản xuất ước tính đối với dầu dừa theo Sở Nông nghiệp
Hoa Kỳ đã công bố như sau

Năm

2005-06

2006-07

2007-08

Sản xuất
dầu dừa,
triệu tấn

5.91

5.42

5.79

2008-09 2009-10
5.62

6.60

2010-11
6.24

Trên thế giới có khá nhiều quốc gia và vùng lãnh thổ có diện tích trồng dừa tầm
cỡ là Philippin, Malaysia, Srilanka, Việt Nam, Mexico, Tây Nam Phi,… Nhìn
chung cây dừa phổ biến khắp các vùng nhiệt đới. Ở Việt Nam có hai địa phương
trồng nhiều dừa là: Đồng bằng sông cửu long ( Bến Tre ) và duyên hải miền trung (
Đà Nẵng vào Phan Thiết ). Việt Nam có diện tích trồng dừa trên 200.000 ha thì Bến
Tre đã chiếm 40 ngàn ha, và là vùng trồng dừa lớn nhất cả nước.
1.3.2. Dầu thực vật nhiều nối đôi
Sơ đồ về sự phân bố nguyên liệu sản xuất nhiên liệu sinh học thể hiện trên hình 1.1

Hình 1.1:Sơ đồ về sự phân bố nguyên liệu sản xuất nhiên liệu sinh học
a. Vi tảo
Tảo là một thuật ngữ bao gồm nhiều nhóm khác nhau của các sinh vật sống [8].
Vi tảo là loài thực vật bậc thấp trong hệ sinh thái, tồn tại chủ yếu trong môi trường
nước (nước ngọt, nước lợ hay nước biển), có khả năng chuyển hóa năng lượng mặt
HV: Mai Văn Cường

14

Luận văn Thạc sĩ

GVHD: GS.TS. Đinh Thị Ngọ

trời, nước và khí CO2 thành sinh khối tảo. Tảo có kích thước nhỏ, từ cấu trúc đơn
bào đến đa bào, có hình thái khá phức tạp.
Hiện nay, nhiên liệu sinh học từ vi tảo đang được tập trung nghiên cứu do
chúng giải quyết được cả vấn đề về môi trường và an ninh năng lượng. Vi tảo sử
dụng CO2, thông qua quá trình quang hợp để tích lũy sinh khối và lipid dùng làm
nguyên liệu để chuyển hóa thành năng lượng. Vi tảo là nguồn nguyên liệu thay
thế, thân thiện với môi trường để sản xuất nhiên liệu sinh học như bioetanol,
biodiesel, biokerosen...
Sử dụng vi tảo để sản xuất nhiên liệu sinh học có ưu và nhược điểm.
Bảng 1.6: Ưu, nhược điểm khi sử dụng vi tảo để sản xuất nhiên liệu sinh học
Ưu điểm

Nhược điểm

Tốc độ sinh trưởng cao
Không đòi hỏi các nguồn nước ngọt cho
nuôi trồng(có thể trồng trong nước
thải,nước lợ,nước biển).
Nhu cầu dùng nước ít hơn các loại cây
lương thực.
Hiệu suất chuyển hóa khí thải CO2 thành
sinh khối cao, giúp giảm phát thải hiệu
ứng nhà kính.

Hiệu suất cho dầu cao hơn.

Mật độ sinh khối của vi
tảo thấp do sự thâm nhập
của ánh sáng vào trong
lớp nước của ánh sáng
thấp.
Vốn đầu tư ban đầu cao
hơn so với các loại cây
trồng khác.

Có thể phát triển ở các vùng đất cằn cỗi,
hoang hóa, nhưng có đủ ánh sáng và
nước.

Nhà công nghệ sinh học Otto Pulz ở bang Brandenburg (Đông Đức) đề xuất dự
án sử dụng hoàn toàn nhiên liệu sinh học chiết xuất từ loài tảo để bay thử chiếc máy
bay Diamond DA42. Nhà hóa học Clemens Naumann ở viện công nghệ động cơ đốt
trong Stuttgart (Đức) cho biết: “Trong quá trình tinh lọc, dầu tảo có những tính chất
tương đương với dầu lửa thông dụng”. Không những thế, nhiên liệu sinh học lấy từ
loài tảo thân thiện với môi trường hơn và cung cấp nhiên liệu nhiều hơn tới 10%
[9,10].
HV: Mai Văn Cường

15

Luận văn Thạc sĩ

GVHD: GS.TS. Đinh Thị Ngọ

Bảng 1.7: Hàm lượng các nguyên tố trong sinh khối vi tảo
Thành phần

Hàm lượng (%)

C

61,52

H

8,50

O

20,19

N

9,79

S

-

Dầu tảo có chứa axit béo không bão hòa rất cao. Một số axit như [8]:
Arachidonic axit (AA), Eicospentaenoic axit (EPA), Docasahexaenoic axit (DHA),
Gamma-linoleic axit (GLA), Linoleic axit (LA)[2,11,12].
Bảng 1.8: Hàm lượng dầu trong sinh khối vi tảo

Sinh khối vi tảo

Hàm lượng dầu, %

Botryococcus braunii

25-75

Chlorella sp

28-32

Crypthecodinium cohnii

20

Cylindrotheca sp

16-37

Dunaliella primolecta

23

Isochrysis sp

25-33

Monallanthus salina

>20

Nannochloris sp

20-35

Nannochloropsis sp

31-68

Neochloris oleoabundans

35-54

Nitzschia sp

45-47

Phaeodactylum tricornutum

20-30

Schizochytrium sp

50-77

Tetraselmis sueica

15-23

HV: Mai Văn Cường

16

Luận văn Thạc sĩ

GVHD: GS.TS. Đinh Thị Ngọ
Bảng 1.9: Thành phần axit béo trong dầu tảo
Chlorella

Axit béo trong dầu

Cladophora fracta

Saturates

12.5

10.8

Monounsaturates

33.7

24.1

Polyunsaturates

50.9

62.8

Free

3.6

2.6

protothecoides

Bảng 1.10:Thành phần hóa học của các loài vi tảo sấy khô
Mẫu
Scenedesmus
obliquus
Scenedesmus
quadricauda
Scenedesmus
dimuorphus
Chlamydomonas
rheinhardii
Chlorella
vulgaris
Chlorella
pyrenoidosa
Spirogyra sp.
Dunaliella
bioculata
Dualiella salina
Euglena gracilis

Prymnesium
parvum
Tetraselmis
maculate
Porphyridium
cruentum
Spirulina
platensis
Spirulina
maxima
Synechocus sp.
Anabaena
cylindrical

HV: Mai Văn Cường

Protein, Carbonhydrat,
%
%

Lipid,
%

Nucleic
axit, %

50-56

10-17