Nghiên cứu tổng hợp biokerosen từ dầu hạt cải trên xúc tác KNO3 al2o3

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ kỹ thuật “Nghiên cứu tổng hợp Biokerosen
từ dầu hạt cải trên xúc tác KNO3/ Al2O3” là công trình do chính tôi thực hiện dưới sự
hướng dẫn khoa học của GS.TS. Đinh Thị Ngọ. Các kết quả được trình bày trong
luận văn hoàn toàn chính xác, đáng tin cậy và chưa từng được công bố trong các công
trình khoa học nào khác.
Hà Nội, ngày 20 tháng 11 năm 2013
Học viên

Nguyễn Thị Thanh Hải


LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên em xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc đến GS.TS.
Đinh Thị Ngọ người đã hướng dẫn, giúp đỡ và định hướng cho em trong suốt quá
trình học tập, nghiên cứu để hoàn thành luận văn.
Em cũng xin chân thành cảm ơn các giảng viên, các cán bộ thuộc bộ môn Công
Nghệ Hữu Cơ – Hóa Dầu, Viện Kỹ thuật Hóa học - trường Đại học Bách khoa Hà Nội
đã tạo nhiều điều kiện thuận lợi cho em trong quá trình nghiên cứu.
Đồng thời, em xin trân trọng cảm ơn tập thể cán bộ Viện Đào tạo sau đại học trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Trường Cao đẳng Công nghiệp Thực Phẩm Việt
Trì đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em trong suốt quá trình thực hiện đề
tài nghiên cứu.
Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, tháng 12 năm 2013
Học viên

Nguyễn Thị Thanh Hải

MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
LỜI MỞ ĐẦU ..........................................................................................................1
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT ..............................................................2
1.1. NHIÊN LIỆU PHẢN LỰC................................................................................2
1.1.1. Thành phần nhiên liệu phản lực................................................................... 2
1.1.2. Tính chất hóa lý của nhiên liệu phản lực...................................................... 2
1.1.3. Ứng dụng của kerosen trên thế giới ............................................................. 4
1.2. TỔNG QUAN NHIÊN LIỆU SINH HỌC BIOKEROSEN................................5
1.2.1. Định nghĩa biokerosen................................................................................. 5
1.2.2. Nguyên nhân chuyển hướng sử dụng nhiên liệu biokerosen......................... 6
1.2.3. Ưu, nhược điểm của biokerosen .................................................................. 6
1.2.4. Lịch sử phát triển và các nghiên cứu về biokerosen ..................................... 8
1.2.5. Tình hình sản xuất và tiêu thụ biokerosen.................................................... 8
1.3. NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT BIOKEROSEN ..................................................9
1.3.1. Dầu thực vật nhiều nối đôi........................................................................... 9
1.3.2. Dầu thực vật có số cacbon thấp ..................................................................12
1.3.3. Dầu hạt cải .................................................................................................13
1.4. CÁC PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT BIOKEROSEN ......................................26
1.4.1. Sản xuất nhiên liệu sạch nhờ chuyển hóa enzym.........................................26
1.4.2. Phương pháp vi nhũ tương hóa ...................................................................26
1.4.3. Phương pháp nhiệt phân .............................................................................27
1.4.4. Phương pháp ba bước .................................................................................27
1.4.5. Quá trình chuyển đổi dầu thực vật thành bio- SPK (nhiên liệu sinh học)
biokerosen từ parafin tổng hợp .............................................................................28
1.4.6. Phương pháp trao đổi este...........................................................................29
1.4.7. Quá trình HRJ ............................................................................................30
1.5. XÚC TÁC QUÁ TRÌNH TRAO ĐỔI ESTE...................................................30

1.5.1. Xúc tác đồng thể.........................................................................................31
1.5.2. Xúc tác dị thể .............................................................................................32


1.5.3. Xúc tác dị thể bazơ rắn trên chất mang, xúc tác KNO3/ Al2O3 ....................33
CHƯƠNG II: THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .....36
2.1. PHÂN TÍCH TÍNH CHẤT HÓA LÝ CỦA DẦU HẠT CẢI ...........................36
2.1.1. Thành phần axit béo ...................................................................................36
2.1.2. Xác định chỉ số axit (ASTM D664) ............................................................36
2.1.3. Xác định chỉ số Iốt (pr EN-14111)..............................................................37
2.1.4. Xác định tỷ trọng (ASTM D1298) ..............................................................38
2.1.5. Xác định độ nhớt (ASTM D445) ................................................................39
2.2. TỔNG HỢP VÀ ĐẶC TRƯNG XÚC TÁC KNO3/Al2O3 ................................40
2.2.1. Điều chế xúc tác KNO3/Al2O3 ....................................................................40
2.2.2. Các phương pháp đặc trưng xúc tác............................................................40
2.3. TỔNG HỢP METYL ESTE TỪ DẦU HẠT CẢI ............................................41
2.3.1. Dụng cụ thí nghiệm và hóa chất..................................................................41
2.3.2. Tiến hành phản ứng ....................................................................................42
2.3.3. Tinh chế sản phẩm......................................................................................42
2.3.4. Tính toán hiệu suất của phản ứng trao đổi este............................................43
2.4. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG CỦA METYL ESTE ....44
2.4.1. Phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại (IR) .................................................44
2.4.2. Phương pháp sắc ký khí khối phổ (GC-MS) ...............................................45
2.4.3. Xác định chỉ số axit (TCVN 6127-1996) ....................................................46
2.4.4. Xác định độ nhớt động học (ASTM D445) .................................................47
2.4.5. Xác định tỷ trọng (ASTM D1298) ..............................................................48
2.4.6. Xác định hàm lượng nước (ASTM D95).....................................................48
2.4.7. Xác định trị số xêtan...................................................................................48
2.4.8. Xác định nhiệt độ chớp cháy cốc kín (ASTM D93) ....................................49
2.4.9. Xác định hàm lượng cặn cacbon (ASTM 189/97) .......................................50

2.4.10. Xác định chiều cao ngọn lửa không khói ..................................................50
2.5. ĐÁNH GIÁ HOẠT TÍNH XÚC TÁC BẰNG PHẢN ỨNG CHUYỂN HÓA
DẦU HẠT CẢI THÀNH METYL ESTE ...............................................................52
2.6. NGHIÊN CỨU TÁI SINH XÚC TÁC.............................................................52


2.7. XỬ LÝ HẠ NHIỆT ĐỘ VẨN ĐỤC HAY NHIỆT ĐỘ ĐIỂM CHẢY CỦA
METYL ESTE .......................................................................................................52
CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ........................................................54
3.1. ĐÁNH GIÁ HOẠT TÍNH CỦA XÚC TÁC ....................................................54
3.1.1. Lựa chọn xúc tác ........................................................................................54
3.1.2. Khảo sát hàm lượng KNO3, nhiệt độ nung tối ưu của xúc tác .....................55
3.1.3. Đánh giá sự biến đổi pha hoạt tính của xúc tác 30% KNO3/Al2O3 sau khi
nung ở 7500C .......................................................................................................57
3.2. KHẢO SÁT CÁC ĐIỀU KIỆN ĐỂ TỔNG HỢP METYL ESTE ....................64
3.2.1. Kết quả phân tích các tính chất nguyên liệu ................................................64
3.2.2. Ảnh hưởng của các điều kiện phản ứng tới quá trình tổng hợp metyl este..65
3.2.3. Sắc kí đồ của sản phẩm metyl este từ dầu hạt cải........................................69
3.2.4. Đánh giá, so sánh các chỉ tiêu kỹ thuật của metyl este từ dầu hạt cải và nhiên
liệu phản lực.........................................................................................................73
3.3. NGHIÊN CỨU TẠO HẠT VÀ TÁI SINH XÚC TÁC ....................................74
3.4. ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU TÁI SINH XÚC TÁC.......................76
3.5. KHẢO SÁT, XỬ LÝ ĐIỂM VẨN ĐỤC (ĐIỂM CHẢY) CỦA SẢN PHẨM
BIOKEROSEN ......................................................................................................77
KẾT LUẬN ..............................................................................................................80
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................81


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1: Thành phần của một số nhiên liệu phản lực .................................................2

Bảng 1.2: Tính chất, thành phần của một số loại nhiên liệu phản lực ...........................3
Bảng 1.3: Nhiệt độ đóng băng và nhiệt độ chớp cháy của một số loại nhiên liệu phản
lực [4]:.........................................................................................................................4
Bảng 1.4: Bảng tiêu chuẩn cho Kerosen.......................................................................4
Bảng 1.5: Lượng tiêu thụ nhiên liệu phản lực trên thế giới...........................................5
Bảng 1.6: Thông số vật lý của dầu lanh .......................................................................9
Bảng 1.7: Thành phần của dầu lanh so với các loại dầu khác [15]..............................10
Bảng 1.8: Độ nhớt, tỷ trọng và điểm chớp cháy của dầu hạt lanh tinh khiết và các dẫn
xuất este của dầu hạt lanh ..........................................................................................10
Bảng 1.9: Các thông số vật lý của Jatropha [11] ........................................................11
Bảng 1.10: Thành phần axit béo trong dầu cọ ............................................................11
Bảng1.11: Hàm lượng các nguyên tố của sinh khối vi tảo [14] ..................................12
Bảng 1.12: Thành phần axit béo của dầu dừa [12]......................................................13
Bảng 1.13: Các thông số vật lý của dầu dừa [12] .......................................................13
Bảng 1.14: Thành phần axit béo của một số loại dầu thực vật (%) .............................14
Bảng 1.15:Thành phần và một số tính chất dầu hạt cải sau phân tích [20,21,23] ........15
Bảng1.16: Thành phần axit béo trong gốc triglyxerit dầu hạt cải (w/w %) .................16
Bảng 1.17: Thành phần chính của triglyxerit trong dầu hạt cải (%)............................17
Bảng 1.18: Số liệu hóa học điển hình về dầu hạt cải thương mại, dầu tinh luyện và dầu
khử mùi (RBD)..........................................................................................................18
Bảng 1.19: Tính chất vật lý của dầu hạt cải và dầu HEAR .........................................18
Bảng 1.20: Tiêu chuẩn biodiesel từ dầu hạt cải ..........................................................22
Bảng 1.21: Một số thuộc tính của biodiesel từ dầu hạt cải, dầu đậu tương và sự so sánh
tương ứng với diesel khoáng......................................................................................23
Bảng 1.22: Thống kê về ứng dụng dầu hạt cải trong công nghệ nhiên liệu sạch .........25
Bảng 1.23: Chỉ số Hammett và phần trăm dầu chuyển hóa khi sử dụng các xúc tác
khác nhau [20] ..........................................................................................................34
Bảng 2.1: Lượng mẫu thử thay đổi theo chỉ số iốt dự kiến .........................................37
Bảng 2.2: Lượng mẫu thử thay đổi theo chỉ số axit dự kiến .......................................46

Bảng 3.1: Hiệu suất thu metyl este với các loại xúc tác khác nhau. ............................55
Bảng 3.2: Ảnh hưởng của hàm lượng KNO3 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 30% KNO3/Al2O3 chưa nung tại các vùng khác nhau ..63
Bảng 3.5: Kết quả EDX mẫu 30% KNO3/Al2O3 sau khi nung tại 750oC tại các vùng
khác nhau ..................................................................................................................63
Bảng 3.6: Hàm lượng pha hoạt tính của mẫu 30% KNO3/Al2O3 dựa trên kết quả.......64
phổ EDX ...................................................................................................................64
Bảng 3.7: Các tính chất đặc trưng của nguyên liệu.....................................................64
Bảng 3.8: Ảnh hưởng của tỷ lệ mol metanol/dầu .......................................................65
Bảng 3.9: Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến hiệu suất metyl este ......................66
Bảng 3.10: Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến hiệu suất metyl este .....................66
Bảng 3.11: Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến hiệu suất metyl este .....................67
Bảng 3.12: Mối quan hệ của hàm lượng xúc tác với hiệu suất metyl este ...................68
Bảng 3.13: Các điều kiện tối ưu cho quá trình tổng hợp metyl este, với xúc tác
KNO3/Al2O3. .............................................................................................................69
Bảng 3.14: Thành phần axit béo trong metyl este từ dầu hạt cải theo kết quả .............71
GC – MS ...................................................................................................................71
Bảng 3.15: Các chỉ tiêu kỹ thuật chính của metyl este................................................73
Bảng 3.16: Ảnh hưởng của hàm lượng thủy tinh lỏng (TTL) đến quá trình tạo hạt cho
xúc tác .......................................................................................................................74
Bảng 3.17: Ảnh hưởng của kích thước hạt hình trụ đến hiệu suất tạo biokerosen .......75
Bảng 3.18: So sánh xúc tác dạng bột và xúc tác dạng hạt...........................................76
Bảng 3.19: Kết quả thể hiện độ nhớt qua các lần tái sử dụng......................................76
Bảng 3.20: Kết quả thử hoạt tính và tái sử dụng xúc tác sau tái sinh ..........................77
Bảng 3.21: Khảo sát sự đông đặc của biokerosen với các loại rượu khác nhau...........78
Bảng 3.22: Khảo sát sự đông đặc của biokerosen với các thành phần khác nhau của
dung môi rượu izo-propanol ......................................................................................78
Bảng 3.23: Khảo sát nhiệt độ đông đặc của nhiên liệu đã pha trộn các thành phần %

khối lượng khác nhau.................................................................................................79


DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
Hình 1.1: Lượng phát thải CO2 ....................................................................................6
Hình 1.2: Thành phần phần trăm các sản phẩm dầu thực vật trên thế giới ..................24
Hình 1.3: Phần trăm các nước sản xuất dầu hạt cải lớn nhất trên thế giới ...................25
Hình 1.4: Quá trình chuyển đổi dầu thực vật thành Bio - SPK ...................................29
Hình 2.1: Sơ đồ thiết bị phản ứng trao đổi este pha lỏng ............................................42
Hình 2.2: Sơ đồ chiết tách sản phẩm metyl este .........................................................43
Hình 2.3. Hệ thống quan sát chiều cao ngọn lửa không khói ......................................51
Hình 3.1: Ảnh hưởng của hàm lượng KNO3 trong xúc tác với hiệu suất metyl este ....56
Hình 3.2: Ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến hiệu suất metyl este ..............................57
Hình 3.3: Phổ XRD của xúc tác KNO3/Al2O3 trước khi nung ....................................58
Hình 3.4: Phổ XRD của xúc tác KNO3/Al2O3 sau khi nung ở 7500C..........................58
Hình 3.5: Phổ XRD của xúc tác KNO3/Al2O3 được nung ở 8000C .............................59
Hình 3.6: Giản đồ phân tích nhiệt TG/DTG của xúc tác 30% KNO3/Al2O3 ................60
Hình 3.7: Sơ đồ nung xúc tác KNO3/Al2O3 ................................................................61
Hình 3.8. Ảnh SEM của xúc tác 30% KNO3/Al2O3 trước (a) và sau (b) quá trình nung
tại 7500C....................................................................................................................61
Hình 3.9: Phổ EDX của xúc tác 30% KNO3/Al2O3 khi chưa nung .............................62
Hình 3.10: Phổ EDX của xúc tác 30% KNO3/Al2O3 sau khi nung tại 7500C ..............63
Hình 3.11: Ảnh hưởng của tỷ lệ mol metanol/dầu đến hiệu suất metyl este................65
Hình 3.12: Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến hiệu suất metyl este ....................66
Hình 3.13: Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến hiệu suất metyl este......................67
Hình 3.14: Ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến hiệu suất metyl este..............................68
Hình 3.15: Ảnh hưởng của hàm lượng xúc tác đến hiệu suất tạo metyl este ...............69
Hình 3.16: Sắc kí đồ của sản phẩm metyl este từ dầu hạt cải......................................70
Hình 3.17. Khối phổ của Metyl Octandecenoat trong sản phẩm metyl este so sánh với
khối phổ chuẩn của Metyl Octandesenoat trong thư viện phổ chuẩn. .........................72

Hình 3.18: Hiệu suất tạo biokerosen theo số lần phản ứng .........................................77


LỜI MỞ ĐẦU
Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của các nền kinh tế trên thế giới thì nguồn
tài nguyên thiên nhiên ngày càng bị cạn kiệt, dẫn tới nhu cầu sử dụng dầu mỏ ngày
càng gia tăng, làm cho kinh tế toàn cầu cân bằng một cách mong manh. Bên cạnh
đó các nguồn năng lượng hóa thạch như dầu mỏ, than đá, khí đốt ngày càng cạn
kiệt, không có khả năng tái tạo được, hơn nữa việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch gây
ô nhiễm môi trường, phát thải CO2 gây hiệu ứng nhà kính, biến đổi khí hậu và ảnh
hưởng nghiêm trọng tới cuộc sống của con người. Vì vậy, khi sử dụng nhiên liệu
sinh học (nhiên liệu sạch) không chỉ mang lại lợi ích kinh tế mà còn góp phần bảo
vệ môi trường, sử dụng tiết kiệm hơn nguồn tài nguyên đang dần cạn kiệt, góp phần
đảm bảo sự phát triển bền vững. Đây chắc chắn sẽ là xu hướng nhiên liệu sạch của
cả thế giới trong tương lai.
Ngày nay, giao thông vận tải hàng không vẫn phụ thuộc chủ yếu vào nguồn
nhiên liệu hóa thạch. Ngành giao thông vận tải, bao gồm ngành hàng không đóng
góp lên đến 69% tổng CO2 phát thải và tỷ lệ này sẽ tăng lên rất nhanh chóng trong
tương lai gần, cùng với sự phát triển nhanh chóng của vận tải hàng không.
Trong tương lai nhu cầu nhiên liệu ngành hàng không ngày càng cao. 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 trên toàn thế giới và các trạm hãng
hàng không và quân sự trong năm 2006 và sẽ tăng lên trung bình 2% trong các năm
tiếp theo. 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 .
Để giải quyết các vấn đề cung cấp nhiên liệu cho hàng không, sự thiếu hụt
nguồn cung cấp dầu, an ninh dầu, sự nóng lên toàn cầu, biến đổi khí hậu và sự tăng
trưởng của du lịch hàng không thì việc tìm kiếm nhiên liệu thay thế là rất cần thiết.
Vì vậy mà sự ra đời của nhiên liệu thay thế biokerosen đã mang lại rất nhiều kì

vọng trong tương lai. Biokerosen sản xuất từ dầu thực vật có tính chất tương tự
kerosene khoáng thông thường. Nguyên liệu để sản xuất nhiên liệu biokerosen về
cơ bản phải đáp ứng các yêu cầu: Khả năng tái sinh, tính sẵn có và khả năng pha
trộn với nhiên liệu truyền thống.
Đề tài nghiên cứu sẽ trình bày quá trình tổng hợp biokerosen bằng chuyển
hóa este từ dầu hạt cải trên xúc tác KNO3/Al2O3 và khảo sát các điều kiện tối ưu sản
xuất biokerosen trong phòng thí nghiệm.

1


CHƯƠNG I: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT
1.1. NHIÊN LIỆU PHẢN LỰC
1.1.1. Thành phần nhiên liệu phản lực
Là một trong những sản phẩm của nhà máy lọc dầu, kerosen có nguồn gốc
dầu mỏ phức tạp, có khoảng sôi 150 – 2900C, gồm các hydrocacbon C9 – C16. Ở
nhiệt độ thường kerosen ở trạng thái lỏng với áp suất hơi thấp. Bảng sau sẽ thể hiện
thành phần và đặc điểm một số loại nhiên liệu phản lực [27].
Bảng 1.1: Thành phần của một số nhiên liệu phản lực
8008-20-6

64742-81-0

Jet A

JP-8

91770-15

Tỷ trọng API

41.8 -44.9

39 – 45.5

37.2- 46.1

37.0- 46.7

45.3

Hàm lượng
thơm, vol.%
Hàm lượng
olefin,vol %
Hydrocacbon
bão hòa, vol %

15.5-19.6

18 – 21.4

11.6 -24.0

13.6 -22.1

18

1.3 - 2.5

1.0 – 1.66

0.0 – 4.1

0.6 – 3.0

1.0

79 - 82

77.2 – 82

71.9 -88.4

74.9 -85.8

81

79 - 82

329 -406

294 – 394

333 – 390

332

451 - 568

404 – 510
(90%)

419 – 474
(90%)

495

10%
Cuối

1.1.2. Tính chất hóa lý của nhiên liệu phản lực
Nhiệt độ nóng chảy
Để mô tả các giai đoạn vật lý hoặc đặc tính dòng chảy của các sản phẩm dầu
mỏ như kerosen người ta thường sử dụng điểm chảy (pour point). Điểm chảy là
nhiệt độ thấp nhất mà tại đó ta quan sát được chuyển động của mẫu thử theo tiêu
chuẩn ASTM, 1999. Độ nhớt của sản phẩm giảm khi điểm chảy giảm. Điểm chảy
của dầu chưng cất trực tiếp (CAS 8008-20-6) với 15-20% hàm lượng thơm được đo
bằng API (1987b) là – 550C. Ba loại nhiên liệu phản lực có điểm chảy theo báo cáo
của Jokuty et al.(2002) [5] dao động từ -47 đến -50 0C, phạm vi này hẹp thể hiện
tính đồng nhất trong nhiên liệu phản lực.
Nhiệt độ sôi
Kerosen không có nhiệt độ sôi cụ thể mà thay vào đó là khoảng nhiệt độ sôi
đặc trưng cho thành phần của nó từ 180 – 250 0C (Kerosen thương phẩm có nhiệt độ
sôi: 150-290) [1].

2


Áp suất hơi

Áp suất hơi của kerosen ở nhiệt độ nhất định bằng tổng áp suất hơi các cấu tử
thành phần ở nhiệt độ đó. Sử dụng ASTM D323, Jet A/A1 có áp suất hơi tại 37.8 0C
lần lượt là 14 hPa và > 10 hPa [1,31]. Đối với các loại nhiên loại khác như JP5 và
JP8 ở 21 0C có áp suất hơi từ 3-35 hPa.
Khả năng hòa tan trong nước
Khảo sát cũng cho ta thấy độ hòa tan của kerosen trong nước nằm trong
khoảng từ 5 đến 12 mg/L. Tại Canada thử nghiệm thấy Jet A1 có độ hòa tan trong
nước theo tỷ lệ nước/dầu là 40/1 hay xấp xỉ 10.4 mg/L.
Bảng 1.2: Tính chất, thành phần của một số loại nhiên liệu phản lực
Nhiên liệu
Thông số kỹ thuật
Chỉ số axit, mg
KOH/g
Hàm lượng thơm max,
% thể tích
Lưu huỳnh,% khối
lượng
Triết tách, 0C:
Điểm sôi đầu
10% thể tích,max
50% thể tích,max
90% thể tích,max
Điểm sôi cuối
Áp suất hơi, kPa, max
Nhiệt độ chớp cháy,
0
C, min
Tỷ trọng, 15 0C, kg/m3
Điểm đông đặc, 0C,
max

Độ nhớt, –200C,
mm2/s, max
Nhiệt đốt cháy, MJ/kg,
min
Chiều cao ngọn lửa
không khói, mm, min
Hàm lượng naphta,
vol%, max

Jet A
ASTM D
1655
0.10

Jet A-1
DEF STAN
91-9
0.015

Jet B
CGSB - 3.22

0.30

TS-1
1 GOST
10227
0.7 (mg
KOH/100ml)
22 (% khối

lượng)
0.25

25

25.0

0.30
—
205
__
__
300

__
205
__
__
300

150
165
195
230
250

__
__
min125;
max190

__
270

—
38

—
38

—
28

21
—

775– 840

775– 840

750 – 801

–40

–47.0

min 774 ở 20
0
C
–50

8

8.0

8.0 ở – 400C

—

42.8

42.8

42.9

42.8

18

19.0

25

20

3.0

3.00

—

3.0

3

0.10
25.0
0.40

–51


Bảng 1.3: Nhiệt độ đóng băng và nhiệt độ chớp cháy của một số loại nhiên
liệu phản lực [4]:
Nhiên liệu

Năm giới
thiệu

Loại nhiên
liệu

JP-1
JP-2
JP-3
JP-4
JP-5
JP-6
JPTS
JP-7

1944
1945
1947
1951
1952
1956
1956
1960

kerosine
wide-cut
wide-cut
wide-cut
kerosine
kerosine
kerosine
kerosine

Áp suất
hơi, psi

≤ 2
5–7
2–3

Nhiệt độ
đóng băng,
max, 0C
– 60
–60

–60
–72
–46
–54
–53
–43

Nhiệt độ
chớp cháy,
min, 0C
43

60
43
60

JP-8
1979
kerosine
–47
38
JP8+100
1998
kerosine
–47
38
Bảng dưới đây cho ta thấy một số tiêu chuẩn kỹ thuật dùng cho kerosen được
sử dụng tại Mỹ [27].
Bảng 1.4: Bảng tiêu chuẩn cho Kerosen
Sản phẩm

Tiêu chuẩn

Tên tiêu chuẩn

Kerosen No. 1-K or
No. 2-K
Jet A or Jet A-1

ASTM

D 3699

ASTM

D 1655

JP-8 and JP-8+100

DOD

MIL-DTL-83133F

JP-5

DOD

MIL-DTL-5624 U

Diesel No. 1-D

ASTM

D 975

Chỉ số nhiên liệu tuabin
khí No. 1-GT
Chỉ số nhiên liệu No. 1

ASTM

D 2880

ASTM

D 396

1.1.3. Ứng dụng của kerosen trên thế giới
Trên thế giới Kerosen được sử dụng chủ yếu cho hai mục đích:
Nhiên liệu phản lực.
Dầu hỏa dân dụng.
Lượng tiêu thụ kerosen trên thế giới và Mỹ đã tăng gấp đôi trong 25 năm

4


qua. Theo thống kê tại Mỹ, năm 1970 tiêu thụ 32 triệu gallons/ ngày, năm 2002 tiêu
thụ 68 triệu gallons/ ngày. Theo điều tra gần nhất thì năm 2001 thế giới tiêu thụ 189
triệu gallons nhiên liệu mỗi ngày, tăng 20% so với năm 1990, trong đó Mỹ tiêu thụ
nhiều nhất với 37% tổng lượng tiêu thụ toàn thế giới [4].

Bảng 1.5: Lượng tiêu thụ nhiên liệu phản lực trên thế giới
Vùng
Bắc Mỹ
Trung và
Nam Mỹ
Tây Âu

Lượng nhiên liệu tiêu thụ, triệu US Gallons/ngày
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
69.0
72.2
73.5
74.8
77.4
79.6
76.1
6.1

7.4

7.7

7.7

5.3

8.5

9.5

32.4

34.0

35.5

37.7

40.7

42.2

40.9

Tây Âu và
FSU

12.3

11.4

10.1

11.8

11.0

11.3

11.4

Trung Đông

6.5

7.8

5.5

6.3

6.1

6.7

6.9

Châu Phi

5.2

4.9

5.7

5.0

5.7

5.6

6.2

Viễn Đông
và Châu Đại
Dương

36.0

36.1

38.7

35.2

36.6

37.1

38.2

Tổng

167.5

173.7

176.7

178.4

182.8

191.1

189.1

Tình hình và sự chuyển hướng:
Đứng trước nhu cầu sử dụng nhiên liệu phản lực tăng cao, trong khi đó
nguồn nhiên liệu dầu khí khoáng trên toàn cầu ngày càng cạn kiệt thì việc tìm một
nguồn nhiên liệu mới thay thế là rất cần thiết cho phát triển trong tương lai. Hơn
nữa, nhiên liệu hóa thạch kerosen có tác động xấu tới môi trường, phát thải khí gây
hiệu ứng nhà kính khi đốt cháy, vì thế tìm kiếm một nguồn năng lượng sạch thay
thế là giải pháp cần được quan tâm hiện nay.
1.2.
1.2.1.

TỔNG QUAN NHIÊN LIỆU SINH HỌC BIOKEROSEN
Định nghĩa biokerosen

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.
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

5


và este của axit béo mạch dài.
1.2.2. Nguyên nhân chuyển hướng sử dụng nhiên liệu biokerosen
Giá thành nhiên liệu phản lực tăng cao, nguồn dầu thô khoáng trên thế giới
ngày càng cạn kiệt, vấn đề môi trường là các nguyên nhân chính cho việc tìm kiếm
một nguồn nhiên liệu sạch thay thế Kerosen khoáng.
Cụ thể:
CO2 là một trong ba loại khí phát thải chính của động cơ phản lực, chiếm
khoảng 70%, còn lại 30% là H2O và NOx, nó tồn tại rất lâu trong không khí. CO2
gây ra bức xạ mạnh trực tiếp của các tia mặt trời làm tầng đối lưu của khí quyển
nóng lên, là nguyên nhân chính gây hiệu ứng nhà kính. Theo thống kê, lượng CO2
phát thải do máy bay chiếm khoảng 3% lượng CO2 phát thải toàn cầu. Hàng năm có
khoảng hàng triệu người chết do bệnh tật và thiên tai liên quan tới biến đổi khí hậu
mà nguyên nhân chính là phát thải khí nhà kính. Đặc biệt, khi máy bay hoạt động ở
độ cao 35000feet thì khí NO và SOx sinh ra sẽ kết hợp ngay với không khí và ở lại
trong khí quyển, đó chính là nguyên nhân gây ra khoảng 8000 cái chết mỗi năm do
phát thải trên cao [17].

Hình 1.1: Lượng phát thải CO2
Từ những nguyên nhân trên mà nhiên liệu Biokerosen đã ra đời nhằm cải thiện
các yếu điểm của nhiên liệu kerosene khoáng gặp phải.
1.2.3. Ưu, nhược điểm của biokerosen
Ưu điểm
Nhiên liệu biokerosen ra đời với những đặc tính ưu việt vượt trội so với kerosen

6

khoáng [17].
Giảm chỉ còn bằng 85% khí CO2 phát thải so với nhiên liệu kerosen khoáng
thông thường.
Đáp ứng đầy đủ các điều kiện của nhiên liệu phản lực. Đã thử nghiệm đảm
bảo an toàn kỹ thuật khi sử dụng cho máy bay chở khách.
Hiệu suất động cơ máy bay được cải thiện (mật độ năng lượng cao).
Giảm tiêu thụ nguồn nhiên liệu khoáng, khả năng ưu việt bằng hoặc cao hơn
các loại nhiên liệu như JP-8 hoặc Jet A1.
Không cần phải thay đổi động cơ máy bay.
Tận dùng nguồn nguyên liệu thải của tự nhiên, có thể tái tạo được và không
ảnh hưởng tới an ninh lương thực toàn cầu.
Đáp ứng tất cả các tiêu chí phát triển bền vững như: môi trường, kinh tế, xã
hội. Góp phần bảo tồn đa dạng sinh học, cân bằng sinh thái.
Cải thiện đời sống nông dân, giảm nghèo nhờ trồng các loại cây lấy dầu công
nghiệp.
Về các thông số kĩ thuật biokerosen cũng hoàn toàn đáp ứng, hoặc vượt trội các
thông số kĩ thuật của nhiên liệu phản lực khoáng [6].
Nhiệt độ đông đặc có thể đạt -62 0C (K2-100 ), -63.5 0C (SPK camelina)
trong khi nhiên liệu máy bay kerosen khoáng là - 47 0C.
Độ nhớt của nhiều loại biokerosen ở -20 0C dao động trong khoảng 3 - 6
(mm2/s) trong khi của nhiên liệu phản lực là 8 (mm2/s).
Chiều cao ngọn lửa không khói của các biokerosen, đặc biệt một số
biokerosen PBK đạt từ 27.1 – 29.1 (mm) trong khi của nhiên liệu phản lực là
18 - 20 (mm).
Nhiệt lượng cháy của kerosen (42.8 - 42.9 MJ/kg) tương đương với nhiệt
lượng cháy của biokerosen (dao động từ 41.19 – 46.04 MJ/kg với một số loại
biokerosen).
Hàm lượng lưu huỳnh trong biokerosen xấp xỉ 0 ppm (với SPK là < 1ppm)
trong khi ở nhiên liệu phản lực vào khoảng 600 ppm (max 3000 ppm với Jet

A1).
Nhược điểm
Giá thành nhiên liệu cao do chi phí sản xuất, nghiên cứu, phát triển cao và
công nghệ chưa hoàn thiện, chưa sản xuất được rộng rãi ở quy mô công
nghiệp.
Ảnh hưởng tới an ninh lương thực toàn cầu do dùng một số loại nguyên liệu
ăn được, và diện tích đất nông nghiệp để trồng cây lấy dầu.
Độ ổn định bảo quản thấp hơn so với kerosen khoáng.

7


1.2.4. Lịch sử phát triển và các nghiên cứu về biokerosen
Để đáp ứng nhu cầu sử dụng xăng dầu tăng cao và ngăn chặn phát thải khí
gây hiệu ứng nhà kính thì nhiều năm nay nhiên liệu biokerosen đã và đang được
nghiên cứu, ứng dụng sản xuất làm nhiên liệu cho máy bay phản lực. Đầu tiên,
Dunn [9] đã nghiên cứu một loại nhiên liệu là hỗn hợp 10-30% dầu đậu tương với
JP8 và JP8+100, trong khi đó thì Dagault and Gail [13] lại tiến hành thử nghiệm
hỗn hợp khác với 20% dầu hạt cải với Jet A1. Bên cạnh đó, Korres et al. Cũng tiến
hành so sánh các thuộc tính giữa nhiên liệu khoáng cho động cơ máy bay và
biokerosen. Theo báo cáo của Wagutu et al. [33] nghiên cứu về biokerosen từ bông,
dầu dừa, dầu đậu tương và dầu hạt hướng dương, họ kết luận rằng biokerosen từ dầu
hạt cải có các thuộc tính nhiên liệu khá giống kerosen khoáng. Ngoài ra trên thế giới
các nhà khoa học cũng tiếp cận vấn đề sản xuất nguyên liệu thay thế kerosen bằng
nhiều con đường khác nhau, ví dụ như nghiên cứu ứng dụng phản ứng FischerTropsch hoặc biokerosen từ các nguồn nguyên liệu sinh khối (Bio-SBK).
Theo Cottineau [10] thì UOP đã sản xuất được loại biokerosen từ dầu mè
với những tính chất vượt trội kerosen khoáng. Kinder và Rhams đã đưa ra các báo
cáo về quá trình hydro hóa, isome hóa dầu thực vật để sản xuất biokerosen, sản
phẩm của quá trình có thành phần khá giống kerosen khoáng. Theo đó thì
biokerosen là sản phẩm của chuỗi quá trình đi từ tinh chế, hydro hóa loại bỏ oxi,

bão hòa liên kết đôi, ổn định oxi hóa, tới isome hóa kín và bẻ mạch parafin. Thực
nghiệm với hỗn hợp 50% nhiện liệu từ bio-SPK đã thành công tốt đẹp trên các
chuyến bay ở ba công ty khác nhau [6].
1.2.5. Tình hình sản xuất và tiêu thụ biokerosen
Bắt đầu cách đây hơn 30 năm tại Brarin, nhiên liệu Biokerosen ngày càng
được nhiều quốc gia quan tâm nghiên cứu, phát triển làm nhiên liệu phản lực thay
thế nhiên liệu kerosen khoáng. Tại Brarin người ta đã phát triển nhiều loại cây trồng
lấy dầu phục vụ sản xuất như jatropha, đậu tương, dầu hạt cải, dầu mè… ở các tiểu
bang như Mato Grosso, Minas Gerais, Para. Trong năm 2011 -2012 thì việc nghiên
cứu trồng thử nghiệm đã nhân rộng ra toàn cầu, ở nhiều nước châu Á và cả châu
Phi. Trong một số dự án, kế hoạch của IATA (Hiệp Hội Vận Tải Hàng Không Thế
Giới), họ đưa ra mục tiêu cung cấp đủ 15% lượng nhiên liệu phản lực là biokerosen
vào năm 2020 [26].
Tại Mỹ, một số tập đoàn hàng đầu thế giới trong lĩnh vực năng lượng cũng
đang đẩy mạnh nghiên cứu phát triển biokerosen như UOP, Honeywell (dự án
DARPA cung cấp nhiên liệu phản lực cho quân đội, với hợp đồng tới 600.000
gallons/năm). Ngoài ra còn một số các tổ chức, công ty khác như Boeing, NASA

8


cũng đang nghiên cứu sự phát thải của nhiên liệu phản lực, và phát triển nhiên liệu
biokerosen để thay thế.
Theo như đưa tin ngày 29/6/2011 chuyến bay đầu tiên sử dụng nhiên liệu
Biokerosen đã thành công thuyết phục, chuyến bay này được hãng hàng không Hà
Lan KLM Royal Dutch Airlines thực hiện, với 171 hành khách trên chiếc Boeing
737-800 bay từ Schipol tới Paris [29].
1.3.

NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT BIOKEROSEN

Nguyên liệu dùng để sản xuất biokerosen (nhiên liệu sạch) được sử dụng trên
thế giới hiện nay gồm các loại dầu mỡ động, thực vật như dầu hạt cải (chủ yếu ở
liên minh Châu Âu), dầu đậu tương (ở Argentina và Mỹ), dầu cọ (ở các nước Châu
Á và Trung Quốc), dầu hạt hướng dương, dầu đậu nành, dầu lanh, và một số loại
dầu thực vật khác.
1.3.1 Dầu thực vật nhiều nối đôi
a. Dầu lanh
Dầu lanh được chiết xuất từ hạt chín khô của cây lanh.
Một số thông số vật lý của dầu lanh so với dầu thô [16]:
Bảng 1.6: Thông số vật lý của dầu lanh
Thông số

Dầu lanh

Dầu thô

Tỷ trọng tương đối (200C/nước tại 40C)

0.925-0.935

0.921

Chỉ số khúc xạ (nD 200C )

1475-1475

1.4657

Điểm nóng chảy (0C)

20 đến 24

Điểm bắt lửa , min.(0C, mở tách)

120-135

Độ nhớt (cp)

46.8

Chỉ số iôt

182-203

142

Chất không xà phòng hóa (%)

0.1-1.7

1.2

Chỉ số xà phòng hóa (mg KOH/g)

187-195

185

Photpho (ppm)

1.0-30

300

Chất diệp lục (ppm)

0.0-1.5

0.4

Axit béo tự do (% của oleic)

0.1-2.0

0.3

Triglyxerit (%)

94-98

93-98

9


Bảng 1.7: Thành phần của dầu lanh so với các loại dầu khác [15]
Thành phần

Lanh

Linola

Cải dầu

Hướng dương Đậu tương

C16:0

5.3

6.1

3.8

11.2

6.0

C18:0

3.3

3.8

1.7

4.1

4.0

C18:1

17.9

15.5

58.2

24.3

16.5

C18:2

14.7

71.3

20.1

54.6

72.4

C18:3

58.7

2.0

9.6

8.3

0.5

Axits béo (%)

Nhiệt độ chớp cháy của của dầu lanh là tương đối thấp so với các loại dầu
thực vật khác, tỷ trọng cao hơn 0.935. Nó phù hợp với mật độ cụ thể của các axit
béo tăng từ 0.895-0.9038 đến 0.914 oleic, axit linoleic, linolenic.
Giống hạt lanh được trồng ở miền Tây Canada, trung bình từ 495 mẫu phân
tích chứa 5% axit palmitic (16:00), 3% axit stearic (18:00), 17% axit oleic (18:01),
15% axit linolenic (18:02) và 59% axit linolenic (18:03). Mặc dù tương tự như các
giống được trồng ở Bắc Dakota, trong 11 giống cây được phân tích cho thấy thành
phần axit béo sau đây: 5-6% C16; 0, 3-6% C18:00; 19-29% C18:01; 14-18%
C18:02 và 45-52% C18:03. Nhiệt độ mát trong thời gian 10-25 ngày sau khi ra hoa
là nguyên nhân chính làm cho số lượng của axit linoleic trong dầu lanh cao.
Tương tự như vậy, một sự khác biệt lớn trong thành phần axit béo trong các
mẫu hạt lanh ở Úc được quan sát thấy: 13-25% C18:01 và 46-64% C18:03. Việc
phân tích được thực hiện trên các loại hạt lanh được thu thập từ các vùng trồng lanh
khác nhau trên thế giới và sau đó được phát triển ở Morden, Manitoba, Canada cho
thấy hàm lượng của axit oleic 14-60%, axit linolenic 3-21%.
Bảng 1.8: Độ nhớt, tỷ trọng và điểm chớp cháy của dầu hạt lanh tinh khiết và các
dẫn xuất este của dầu hạt lanh
Nhiên liệu
Dầu hạt lanh tinh
khiết
Dầu hạt lanh

metyl este
Dầu hạt lanh etyl
este

Độ nhớt (mm2 /s)
tại 311 K
27.20

Tỷ trọng
tại 311 K
926.6

Điểm chớp cháy
(K)
515

3.36

888.2

449

3.67

885.3

454

10

b. Dầu Jatropha
Jatropha là một loài cây có lịch sử 70 triệu năm, nguồn gốc từ Mexico và
Trung Mỹ, được người Bồ Đào Nha đưa qua Cape Verde, rồi lan truyền sang Châu
Phi, Châu Á, sau đó được trồng ở nhiều nước trở thành cây bản địa ở khắp các nước
trên toàn thế giới.
Ta thấy hàm lượng dầu của hạt jatropha xác định có khoảng 63.16%, phù
hợp làm nguyên liệu cho các ngành công nghiệp oleochemical (dầu diesel sinh học,
axit béo, xà phòng, chất hoạt động bề mặt, chất tẩy rửa…) [11].
Bảng 1.9: Các thông số vật lý của Jatropha [11]
Thông số

Giá trị

Tỷ lệ axit béo tự do, %

2.23 ± 0.02

Chỉ số iôt

103.62 ± 0.07

Chỉ số xà phòng hóa

193.55 ± 0.61

Chỉ số Peroxide

1.93 ± 0.012

Tỷ lệ phần trăm hàm lượng dầu (hạt nhân)

63.16 ± 0.35

Tỷ trọng ở 200C

0.90317

Độ nhớt ở nhiệt độ phòng (cp)

42.28

Trạng thái vật lý ở nhiệt độ phòng

Lỏng

c. Dầu cọ
Dầu cọ được làm từ hạt cọ. Màu sắc ban đầu mới chiết suất của dầu cọ có
màu cam sáng do có chứa hàm lượng caroten cao. Hàm lượng dầu khoảng 24002500 lít/ha.
Bảng 1.10: Thành phần axit béo trong dầu cọ
Thành phần axit béo

Hàm lượng (%)

Palmitic

45

Oleic

40

Linoleic

10

Stearic

5

11


Dầu cọ được trao đổi este với xúc tác KOH để tạo metyl este, qua quá trình
tách, làm sạch thu được nhiên liệu sinh học. Trong dầu cọ có chứa axit palmitic, axit
oleic và axit stearic [15].
d. Vi tảo
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 trời, nước và khí CO2 thành sinh khối tảo.
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...
Bảng1.11: Hàm lượng các nguyên tố của sinh khối vi tảo [14]
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 [11]:
Arachidonic axit (AA), Eicospentaenoic axit (EPA), Docasahexaenoic axit (DHA),
Gamma-linoleic axit (GLA), Linoleic axit (LA).
1.3.2. 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 [12].
Thành phần axit béo của dầu dừa được xác định theo phương pháp sắc ký khí
(CRL 10.004) thể hiện sau:

12


Bảng 1.12: Thành phần axit béo của dầu dừa [12]
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
C16

16.0-21.0
7.5-10.0

Myristic axit
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 1.13: Các thông số vật lý của dầu dừa [12]
Thông số

Dầu dừa

Độ ẩm (mg/kg)
Độ nhớt (cst) tại 400C
Khối lượng riêng (kg/dm3) tại 200C
Điểm khói, 0C
Tạp chất, % khối lượng
Chỉ số xà phòng
Giá trị axit
Chỉ số iốt

1.0
29
0.917
180
0.05 max
4.1-11.0
13 max

0.2-0.5

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 thường dùng là KOH [12].
1.3.3. Dầu hạt cải
Bảng sau đây sẽ cho ta thấy thành phần axit béo trong các chuỗi triglyxerit
của một số dầu thực vật, từ đó có thể lựa chọn các loại dầu thích hợp cho sản xuất
biokerosen bằng phương pháp chuyển hóa este [12].

13


Bảng 1.14: Thành phần axit béo của một số loại dầu thực vật (%)
Dầu

C8:0

C10:0

C12:0

C14:0

C18:3

C20:0

7.0

5.4

48.9

20.2

8.4

2.5

6.2

1.4

-

-

-

Hạt cọ

-

1.2

51.6

22.9

12.2

1.3

10.8

-

-

-

-

Hướng
dương
Cám
gạo
Rum

-

-

-

-

6.3

3.0

43.7

47.0

-

-

-

-

-

-

0.4

22.9

1.8

42.5

30.5

1.4

0.5

-

-

-

-

0.3

11.9

2.3

29.2

55.9

0.4

-

-

Mè

-

-

-

-

10.3

5.8

42.9

41.0

-

-

-

Đậu
phộng
Cọ

-

-

-

-

14.0

3.8

41.9

34.7

1.0

1.2

3.4

-

-

-

0.2

1.1

42.6

3.8

41.9

10.4

-

-

-

1.4

Ôliu

-

-

-

-

12.0

2.5

75.7

7.9

0.5

-

-

1.0

Đậu
tương

-

-

-

-

11.6

4.0

18.8

56.1

8.5

-

-

0.4

Hạt nho

-

-

-

-

7.2

4.8

19.4

68.1

0.1

-

-

0.4

Dừa

C16:0 C18:0

C18:1 C18:2

C22:2 Khác

Như vậy mỗi loại nguyên liệu sử dụng cho sản xuất biokerosen sẽ cho các
sản phẩm có đặc tính khác nhau. Về dầu hạt cải thì sản phẩm biokerosen sẽ có một
số ưu điểm nổi trội hơn so với các loại nguyên liệu khác:
Nhiệt trị cao hơn do axit béo có phân tử lượng cao.
Nhiệt độ đông đặc thấp vì các axit béo trong chuỗi triglyxerit có nhiều nối
đôi (vì chỉ số iot rất cao, cao hơn so với nhiều loại dầu thực vât khác).
Hàm lượng axit béo tự do thấp nên chất lượng sản phẩm cao, axit béo C18
chiếm hàm lượng cao nhất nên độ nhớt của sản phẩm là phù hợp với yêu cầu của
nhiên liệu phản lực.
Đặc biệt so với các nguồn nguyên liệu khác dầu hạt cải là nguồn nguyên liệu
tái sinh nhanh, sinh khối lớn, công nghệ thu hoạch đơn giản, giống cây trồng phong
phú, khả năng thích nghi các loại điều kiện thời tiết cao, sản lượng tính trên diện
tích đất trồng cao hơn hẳn so với các loại dầu khác và không ảnh hưởng tới an ninh
lương thực toàn cầu.
Đó chính là nguyên nhân tại sao dầu hạt cải, cây cải sẽ là nguồn nguyên liệu
tiềm năng cho sản xuất nhiên liệu sạch biokerosen trong tương lai.

14

-

a. Thành phần hóa học dầu hạt cải
Phân tích trong dầu hạt cải người ta thấy rằng TGAs (triglyxerit) chiếm 94.4
% tới 99.1 % thể tích [32].
Bảng 1.15:Thành phần và một số tính chất dầu hạt cải sau phân tích [20,21,23]
Thành phần

Dầu hạt cải

Triglyxerit (%)

94.4 – 99.1

Khối lượng riêng ở 25 0C

0.916-0.921 (theo phương pháp USP
24)

Axit béo tự do (%)

0.4- 1.2

Hàm lượng không xà phòng hóa (%)

0.5- 1.2

Tocopherols (mg/kg)

700- 1200

Chất diệp lục (mg/kg)

3– 50

Lưu huỳnh (mg/kg)

3– 25

Sắt (mg/kg)

<2

Chỉ số Iot

110 – 120 (theo phương pháp USP 24)

Chỉ số xà phòng hóa

188 – 198 (theo phương pháp USP 24)

Điểm bay hơi

230 0C (AOCS Cc 9a-48)

Điểm nóng chảy

290 0C (AOCS Cc 9a-48)

Nhận biết

Màu vàng nhạt, sáng, là dầu lỏng, sạch

Mùi

Nhẹ, không mùi

Hàm lượng peroxide

5.0 meq/kg (USP 24)

Thành phần axit béo trong dầu hạt cải:
Xu hướng sản xuất dầu hạt cải là giảm hàm lượng axit erucic trong tổng hàm
lượng axit béo, điều đó làm thành phần axit octadecanoic tăng lên, tổng hàm lượng
của chúng có thể đạt 95%. Ngày nay người ta có thể nhân giống và sản xuất các loại
dầu hạt cải có hàm lượng axit oleic thay đổi trong khoảng 60% - 80%, và giảm hàm
lượng axit linolenic xuống dưới 2% [32].

15


Bảng1.16: Thành phần axit béo trong gốc triglyxerit dầu hạt cải (w/w %)
Axit béo

Dầu hạt cải

C10:0

—

C12:0

—

C14:0

0.1

C16:0

3.6

C18:0

1.5

C20:0

0.6

C22:0

0.3

C24:0

0.2

Axit béo bão hòa

6.3

C16:1

0.2

C18:1

61.6

C20:1

1.4

C22:1

0.2

Axit béo chưa bão hòa đơn

62.4

C18:2n-6

21.7

C18:3n-3

9.6

C18:3n-6

—

Axit béo chưa bão hòa đa

31.3

Thành phần của gốc triglyxerit:
Triglyxerit là hỗn hợp lỏng đa dạng, phong phú nhất được tìm thấy trong dầu
hạt cải. Sự kết hợp của các axit béo trên phân nửa các phân tử glycerol đặc trưng
cho hỗn hợp phức tạp nhất khoảng n3 loại phân tử, trong đó n là số lượng các axit
béo có trong dầu.[32]

16


Bảng 1.17: Thành phần chính của triglyxerit trong dầu hạt cải (%)
Triglyxerit

Canola (CO)

LLCO

HOCO

LnLO

7.6

1.7

1.5

LLO

8.6

11.0

1.1

LnOO

10.4

2.6

8.6

LnOP

2.1

0.5

1.1

LOO

22.5

28.4

12.7

LOP

5.7

4.2

2.2

OOO

22.4

32.8

49.5

POO

4.6

4.8

7.7

SOO

2.6

2.4

5.0

PPP

0.1

1.4

2.8

LLP

1.4

1.1

0.8

LOS

1.6

1.9

1.0

LLL

1.3

1.6

0.2

LnLL

1.4

0.0

0.3

LnLnO

1.7

0.4

0.1

khác

6.0

5.2

5.4

Với: LLCO-Lo: dầu hạt cải hàm lượng axit linolenic thấp; HOCO: dầu hạt
cải hàm lượng cao axit oleic; Ln- Axit Linolenic; L- Axit Linoleic; O- Axit Oleic;
S-Axit Stearic; P- Axit Palmitic; Others- nhóm các axit khác với hàm lượng dưới
1% [32].
Dầu hạt cải thương mại, tinh luyện và quá trình khử mùi dầu:
Các thành phần điển hình trong dầu thương mại, dầu tinh luyện, dầu khử mùi
sẽ được trình bày trong bảng dưới đây. Các số liệu về dầu khử mùi thể hiện đặc
trưng cho loại dầu dùng trong thực phẩm.
Các số liệu trình bày trong bảng là sự so sánh chặt chẽ giữa các loại dầu,
thông qua hàm lượng các chất điển hình như Chlorophylls và các hợp chất của lưu
huỳnh [32].

17