Nghiên cứu sử dụng dầu Diesel sinh học từ mỡ cá da trơn cho động cơ của phương tiện khai thác thủy sản

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
_____________________

HỒ TRUNG PHƯỚC

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG DẦU DIESEL SINH HỌC TỪ MỠ CÁ
DA TRƠN CHO ĐỘNG CƠ CỦA PHƯƠNG TIỆN KHAI THÁC
THỦY SẢN

LUẬN ÁN TIẾN SĨ

KHÁNH HÒA – 2019


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN.............................................................................................................. i
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................................... ii
MỤC LỤC ................................................................................................................................iii
DANH MỤC KÍ HIỆU...........................................................................................................vii
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ............................................................................................... x
DANH MỤC CÁC BẢNG ....................................................................................................xii
DANH MỤC CÁC HÌNH .....................................................................................................xiii
TÓM TẮT NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN ................................................. xv
MỞ ĐẦU ................................................................................................................................... 1
1. LÝ DO THỰC HIỆN ĐỀ TÀI............................................................................................. 1
2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU ................................................................................................ 2
3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU ................................................................... 3
3.1. Đối tượng nghiên cứu ........................................................................................................ 3
3.2. Phạm vi nghiên cứu ........................................................................................................... 3
4. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ................................................................................................ 3

5. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ TÍNH THỰC TIỄN CỦA LUẬN ÁN................................ 3
5.1. Ý nghĩa khoa học ............................................................................................................... 3
5.2. Tính thực tiễn của luận án ................................................................................................. 4
6. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ....................................................................................... 4
6.1. Nghiên cứu lý thuyết.......................................................................................................... 4
6.2. Nghiên cứu thực nghiệm ................................................................................................... 4
7. KẾT CẤU LUẬN ÁN .......................................................................................................... 4
8. NHỮNG HẠN CHẾ CỦA LUẬN ÁN ............................................................................... 5
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU BIODIESEL VÀ LỰA CHỌN
ĐỘNG CƠ NGHIÊN CỨU...................................................................................................... 6
1.1. Tổng quan về nhiên liệu sinh học và biodiesel ................................................................ 6
1.2. Tình hình nghiên cứu sử dụng biodiesel trên Thế giới và tại Việt Nam ................ 14
1.2.1. Trên Thế giới ................................................................................................................. 14
1.2.2. Tại Việt Nam ................................................................................................................. 18
1.3. Cơ sở lựa chọn động cơ diesel làm máy chính tàu cá phục vụ nghiên cứu ................. 24
1.4. Kết luận chương 1 ............................................................................................................ 27

iii


Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ MÔ HÌNH TOÁN MÔ TẢ ẢNH HƯỞNG CỦA
NHIÊN LIỆU BIODIESEL ĐẾN CÁC THÔNG SỐ CÔNG TÁC CHỦ YẾU CỦA
ĐỘNG CƠ DIESEL ............................................................................................................... 29
2.1. Các thông số công tác chủ yếu của động cơ diesel ........................................................ 29
2.1.1. Công suất của động cơ.................................................................................................. 30
2.1.2. Hiệu suất ........................................................................................................................ 31
2.1.3. Tiêu hao nhiên liệu ....................................................................................................... 32
2.1.4. Phát thải khí xả .............................................................................................................. 33
2.2. Nhiên liệu dùng cho động cơ diesel................................................................................ 34
2.2.1. Nhiệt trị .......................................................................................................................... 34

2.2.2. Độ nhớt và khối lượng riêng ........................................................................................ 34
2.2.3. Sức căng bề mặt và tính bay hơi .................................................................................. 35
2.2.4. Nhiệt độ chớp lửa và nhiệt độ bốc cháy ...................................................................... 35
2.2.5. Nhiệt độ vẩn đục và nhiệt độ đông đặc ....................................................................... 35
2.2.6. Khả năng tự bốc cháy của nhiên liệu ........................................................................... 36
2.3. Ảnh hưởng của nhiên liệu biodiesel đến các thông số công tác chủ yếu của động cơ
diesel ........................................................................................................................................ 37
2.3.1. Nhiên liệu biodiesel từ mỡ cá....................................................................................... 37
2.3.2. Ảnh hưởng của tính chất nhiên liệu biodiesel đến quá trình phun ............................ 41
2.3.3. Ảnh hưởng của nhiên liệu biodiesel đến quá trình cháy ............................................ 54
2.3.4. Ảnh hưởng của nhiên liệu biodiesel đến công suất và suất tiêu hao nhiên liệu........ 62
2.3.5. Ảnh hưởng của biodiesel đến phát thải khí xả ............................................................ 62
2.3.5.1. Ảnh hưởng của biodiesel đến phát thải bồ hóng...................................................... 62
2.3.5.2. Ảnh hưởng của biodiesel đến phát thải NOx............................................................ 64
2.3.5.3. Ảnh hưởng của biodiesel đến nhiệt độ khí xả .......................................................... 66
2.4. Kết luận chương 2 ............................................................................................................ 66
Chương 3. ĐÁNH GIÁ CÁC THÔNG SỐ CÔNG TÁC CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL KHI
SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU B10 BẰNG MÔ PHỎNG SỐ ................................................... 67
3.1. Phương pháp mô phỏng trong nghiên cứu phát triển động cơ ...................................... 67
3.2. Xây dựng mô hình mô phỏng động cơ Cummins NTA855 sử dụng nhiên liệu B10 .... 68
3.2.1. Phần mềm mô phỏng mã nguồn mở CFD KIVA-3V ................................................ 68
3.2.2. Các phương trình chủ đạo trong tính toán của phần mềm CFD KIVA–3V ............. 73
3.2.3. Xác định các điều kiện để hiệu chỉnh mô hình mô phỏng ......................................... 76

iv


3.3. Kết quả mô phỏng ............................................................................................................ 79
3.3.1. Phun và hình thành hỗn hợp cháy................................................................................ 79
3.3.2. Sự biến thiên áp suất cháy trong xi lanh ...................................................................... 81

3.3.3. Biến thiên nhiệt độ và tốc độ tỏa nhiệt ........................................................................ 87
3.4. Kết luận chương 3 ............................................................................................................ 99
Chương 4. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU BIODIESEL TỪ
MỠ CÁ DA TRƠN CHO ĐỘNG CƠ DIESEL CUMMINS NTA855 CỦA TÀU CÁ . 100
4.1. Xác định phương pháp hòa trộn nhiên liệu giữa B100 với DO .................................. 100
4.1.1. Phương pháp hòa trộn trên đường ống (On line blending) ...................................... 100
4.1.2. Phương pháp hòa trộn trong đường ống (In line blending)...................................... 101
4.1.3. Phương pháp hòa trộn văng tóe (Splash blending) ................................................... 102
4.1.4. Phương pháp hòa trộn trung gian (Intermediate blends) .......................................... 102
4.1.5. Phương pháp hòa trộn khuấy ..................................................................................... 103
4.2. Bố trí thiết bị thực nghiệm............................................................................................. 105
4.2.1. Thiết bị thực nghiệm................................................................................................... 105
4.2.1.1. Động cơ thực nghiệm .............................................................................................. 105
4.2.1.2. Bộ phối trộn nhiên liệu ............................................................................................ 106
4.2.1.3. Bộ tiêu công suất (Dynometter) .............................................................................. 109
4.2.2. Sơ đồ bố trí thiết bị thực nghiệm ............................................................................... 112
4.3. Xây dựng chế độ và qui trình thực nghiệm .................................................................. 113
4.3.1. Chế độ thực nghiệm .................................................................................................... 113
4.3.2. Quy trình thực nghiệm................................................................................................ 114
4.4. Kết quả thực nghiệm trên động cơ Cummins NTA855 và đánh giá .......................... 115
4.4.1. Kết quả thực nghiệm................................................................................................... 115
4.4.1.1. Kết quả ghi nhận trong thời gian khoảng 10.000 chu kỳ làm việc của động cơ khi
sử dụng nhiên liệu B10 so với DO ....................................................................................... 116
4.4.1.2. Kết quả ghi nhận trong thời gian khoảng 20.000 chu kỳ làm việc của động cơ khi
sử dụng nhiên liệu B10 so với DO ....................................................................................... 117
4.4.2. Đánh giá kết quả thực nghiệm ................................................................................... 119
4.5. Kết luận chương 4 .......................................................................................................... 120
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .......................................................................... 121
Kết luận: ................................................................................................................................. 121
Hướng phát triển: .................................................................................................................. 122

v


DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN.............. 123
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................................... 124
TIẾNG VIỆT ......................................................................................................................... 124
TIẾNG ANH ......................................................................................................................... 125
WEBSITE .............................................................................................................................. 128
PHỤ LỤC

vi


DANH MỤC KÍ HIỆU
CHỮ LA TINH
Ah

: Diện tích mặt cắt lỗ phun,

mm2

Cd

: Hệ số giãn dòng của vòi phun,

-

cm

: Vận tốc trung bình của piston,

m/s

cp

: Nhiệt dung riêng đẳng áp,

kJ/kg K

cv

: Nhiệt dung riêng đẳng tích,

kJ/kg K

D

: Đường kính hạt nhiên liệu,

mm

Dc

: Đường kính xy lanh,

mm

Dh

: Đường kính khoang phun,

mm

D0

: Đường kính ban đầu của hạt nhiên liệu,

mm

dh

: Đường kính lỗ phun,

mm

dp

: Đường kính hạt bồ hóng,

mm

F

: Gia tốc,

m/s2

Fh,j

: Thông lượng khuếch tán theo phương j,

W/m2

g

: Gia tốc trọng trường,

m/s2

h

: Enthalpy,

kJ/kg

K

: Hệ số xâm thực lỗ phun,

-

k

: Động năng rối,

kJ/kg

kA

: Hằng số tốc độ phản ứng ô xy hóa bồ hóng,

g/cm2s Pa

kB

: Hằng số tốc độ phản ứng ô xy hóa bồ hóng,

g/cm2s Pa

ki

: Hằng số tốc độ phản ứng i của mô hình hình thành NOx

kg/m3s

kT

: Hằng số tốc độ phản ứng ô xy hóa bồ hóng,

g/cm2s

kZ

: Hằng số tốc độ phản ứng ô xy hóa bồ hóng,

1/Pa

lb

: Chiều dài phân rã tia phun,

m

lh

: Chiều dài lỗ phun,

mm

md

: Khối lượng hạt nhiên liệu,

g

mf

: Lượng nhiên liệu cấp chu trình,

g/ct

minj

: Tốc độ phun lưu lượng nhiên liệu,

g/h

: Số Avogadro,

mol-1

: Số hạt rắn,

1/cm3

NA
NP

vii


n

: Tốc độ động cơ,

vòng/phút

Oh

: Số Ohnesorge,

-

pc

: Áp suất trong xi lanh tại thời điểm phun nhiên liệu,

bar

pg

: Áp suất của chất khí,

bar

pinj

: Áp suất phun nhiên liệu,

bar

pv

: Áp suất hóa hơi trong lỗ phun,

bar

QH

: Nhiệt trị thấp của nhiên liệu,

kJ/kgnl

R

: Hằng số khí lý tưởng,

Jmol−1K−1

Reg

: Số Reynolds pha khí,

-

Rel

: Số Reynolds pha lỏng,

-

r

: Bán kính hạt nhiên liệu,

mm

r

: Tham số phương trình cháy,

-

rc

: Bán kính tới hạn hạt nhiên liệu,

mm

rh

: Bán kính cong đầu vào lỗ phun,

mm

ri

: Tốc độ phản ứng hình thành và ô xy hóa bồ hóng thứ i

-

rsc

: Hệ số hiệu chỉnh quá trình cháy khuếch tán,

-



: Hệ số khuếch tán khối lượng,

-

S

: Độ xuyên sâu tia phun,

m

Ss

: Hành trình piston,

mm

s

: Chỉ số thể hiện hàm nguồn,

-

sh

: Nguồn năng lượng,

J

sij

: Tenxơ tốc độ biến dạng,

1/s

sm

: Nguồn khối lượng,

kg

T

: Nhiệt độ,

K

Ta

: Số Taylor,

-

Tcyl

: Nhiệt độ khối khí trong xi lanh,

K

Td

: Nhiệt độ hạt nhiên liệu,

K

TKH

: Thời gian phân rã hạt nhiên liệu,

s

Tw

: Nhiệt độ vách xi lanh,

K

t

: Thời gian

s

tb

: Thời gian phân rã tia phun,

s

viii


tdur

: Thời gian cháy,

s

u

: Vận tốc hạt nhiên liệu theo các phương,

m/s

u’

: Các thành phần vận tốc mạch động,

m/s

vg

: Vận tốc của dòng khí,

m/s

vl

: Vận tốc ban đầu của tia phun nhiên liệu,

m/s

vrel

: Vận tốc tương đối của hạt nhiên liệu và khí bao quanh

m/s

Weg

: Số weber pha khí,

-

Wel

: Số weber pha lỏng,

-

xi

: Các tọa độ,

m

CHỮ HY LẠP
Δp

: Độ chênh áp (pinj – pc),

bar

Δθ

: Thời gian phun nhiên liệu,

độ

ε

: Động năng tiêu tán rối,

kJ/kg s

θ

: Vùng không gian chiếm chỗ của các hạt nhiên liệu,

-

θs

: Góc nón tia phun,

độ

λ

: Tỷ lệ không khí/nhiên liệu,

-

µg

: Độ nhớt động học chất khí,

mm2/s

µl

: Độ nhớt động học chất lỏng,

mm2/s

d

: Khối lượng riêng của hạt nhiên liệu,

g/cm3

ρg

: Khối lượng riêng chất khí,

g/cm3

ρl

: Khối lượng riêng chất lỏng,

g/cm3

σl

: Sức căng mặt ngoài chất lỏng,

N/m

τij

: Các thành phần ứng suất,

N/m2

φ

: Góc quay trục khuỷu (góc cấp nhiên liệu toàn phần),

độ

φCD

: Góc cháy trễ,

độ

φinj

: Góc phun sớm,

độ

φSOC

: Góc bắt đầu cháy,

độ

φSOI

: Góc bắt đầu phun,

độ

ix


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
ATDC

: Sau điểm chết trên (After Top Death Center)

BTDC

: Trước điểm chết trên (Before Top Death Center)

B5, B10, B15, : Biodiesel pha trộn với nhiên liệu Diesel ở tỷ lệ: 5%, 10%, 15%
B100

: 100% Biodiesel

BIO

: Biodiesel

BDJ

: Biodiesel từ dầu jatropha (Biodiesel Jatropha)

BDFC

: Nhiên liệu biodiesel từ dầu dừa (Biodiesel Fuel Coconut)

BDFW

: Nhiên liệu biodiesel từ dầu ăn phế thải (Biodiesel Fuel Wasking)

BSFC

: Suất tiêu hao nhiên liệu có ích (Brake Specific Fuel Consumption )

CA

: Góc quay trục khuỷu (Crank Angle)

CFD

: Động lực học lưu chất (Computational Fluid Dynamics)

CV

: Thể tích kiểm soát (Control Volume)

ĐBSMK

: Đồng bằng sông mê kông

ĐCĐT

: Động cơ đốt trong

ĐTNĐ

: Đường thủy nội địa

DHNTB

: Duyên hải Nam trung bộ

DO

: Nhiên liệu Diesel

DI

: Phun nhiên liệu trực tiếp (Direct Injection)

EU

: Châu Âu (Euro)

FDM

: Phương pháp sai phân hữu hạn (Finite Difference Method)

FEM

: Phương pháp phần tử hữu hạn (Finite Element Method)

FVM

: Phương pháp thể tích hữa hạn (Finite Volume Method )

gqtk

: Góc quay trục khuỷu

HTPNL

: Hệ thống phun nhiên liệu

Hp

: Sức ngựa (Horse Power)

IEA

: Cơ quan năng lượng quốc tế (International Energy Agency)

NLSH

: Nhiên liệu sinh học

NCS

: Nghiên cứu sinh

PM

: Bồ hóng (Particulates Matter)

RSO

: Dầu cần sa ( Rick Simpson Oil)

x


RME

: Dầu hạt cải dầu (Rapeseed Oil Methyl Esters )

SO

: Dầu đậu nành (Soybean Oil)

SMD

: Đường kinh trung bình hạt nhiên liệu (Sauder mean diameter)

TCVN

: Tiêu chuẩn Việt Nam

Tp.HCM

: Thành phố Hồ Chí Minh

v/p

: Vòng/ phút

WCO

: Dầu ăn phế thải (Wask Cooking Oil)

xi


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Các chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản của biodiesel B100 theo ASTM D6751 ..........12
Bảng 1.2. Các chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản của biodiesel B100 theo EN 14214 .................13
Bảng 1.3. Các chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản của biodiesel B100 theo TCVN 7717 .............19
Bảng 1.4. Các chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản của biodiesel B100 ..........................................20
Bảng 1.5. Tổng hợp loại động cơ phổ biến theo vùng khảo sát ....................................25
Bảng 1.6. Loại động cơ được sử dụng phổ biến ...........................................................25
Bảng 1.7. Thông số kỹ thuật của một số động cơ diesel máy chính tàu cá ..................26
Bảng 2.1. So sánh chỉ tiêu kỹ thuật nhiên liệu biodiesl B100 dùng trong nghiên cứu
với B100 theo tiêu chuẩn ...............................................................................................38
Bảng 2.2. Các chỉ tiêu kỹ thuật của dầu mỡ cá B100 ....................................................39
Bảng 2.3. Các chỉ tiêu kỹ thuật nhiên liệu DO dùng trong nghiên cứu ........................40
Bảng 2.4. Kết quả phân tích dầu B5 (5% B100 + 95% dầu DO) ..................................40
Bảng 2.5. Kết quả phân tích dầu B10 (10% B100 + 90% dầu DO) ..............................41
Bảng 2.6. So sánh chỉ tiêu nhiên liệu B10 và DO .........................................................41
Bảng 2.7. Kết quả tính toán lý thuyết các thông số cơ bản của chùm tia nhiên liệu đối
với nhiên liệu DO và B10 ..............................................................................................53
Bảng 2.8. Các hệ số mô hình Shell ...............................................................................60
Bảng 2.9. Các bước hình thành bồ hóng và tốc độ phản ứng ........................................64
Bảng 2.10. Các mô hình toán sử dụng trong chương 3 phục vụ mô phỏng ..................66
Bảng 3.1. Nội dung các pha tính toán ...........................................................................72

Bảng 3.2. Đặc tính động cơ Cummins NTA855 sử dụng nhiên liệu DO ......................77
Bảng 3.3. Thông số đầu vào của nhiên liệu mô phỏng .................................................77
Bảng 3.4. Hệ số hiệu chỉnh mô hình mô phỏng ............................................................78
Bảng 3.5. Mức độ giảm áp suất cháy của nhiên liệu B10 so với DO............................83
Bảng 3.6. Công suất khi động cơ sử dụng nhiên liệu DO và B10.................................84
Bảng 3.7. Suất tiêu hao nhiên liệu riêng khi động cơ sử dụng nhiên liệu .....................84
Bảng 3.8. Công suất và suất tiêu hao nhiên liệu riêng khi động cơ sử dụng nhiên liệu
DO so với catalogue ......................................................................................................85
Bảng 3.9. Công suất và suất tiêu hao nhiên liệu khi động cơ sử dụng nhiên liệu B10 so
với catalogue ..................................................................................................................86
Bảng 3.10. Mức độ giảm nhiệt độ cháy của nhiên liệu B10 so với DO ........................89
Bảng 3.11. Mức độ giảm NOx của nhiên liệu B10 so với DO ......................................93
Bảng 3.12. Mức độ giảm bồ hóng của nhiên liệu B10 so với DO ................................96
Bảng 4.1. Đánh giá sự thay đổi chỉ tiêu công tác của động cơ khi sử dụng................119

xii


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Sơ đồ ester hóa ................................................................................................9
Hình 1.2. Quy trình cơ bản sản xuất dầu biodiesel từ mỡ cá ..........................................9
Hình 1.3. Quy trình sản xuất gián đoạn biodiesel dùng xúc tác kiềm ...........................10
Hình 1.4. Quá trình chuyển hóa biodiesel .....................................................................11
Hình 1.5. Biểu đồ tỷ lệ loại động cơ có dải công suất lớn hơn 300 CV ........................25
Hình 1.6. Động cơ Cummins NTA855..........................................................................27
Hình 1.7. Sơ đồ khối quá trình nghiên cứu ...................................................................28
Hình 2.1. Biến thiên áp suất cháy p, tốc độ phun nhiên liệu mf, tốc độ tỏa nhiệt Qn .............30
Hình 2.2. Sự phân rã của một tia phun nhiên liệu hình nón ..........................................43
Hình 2.3. Sự phát triển của tia phun trong quá trình phun ............................................44
Hình 2.4. Phân bố các chất lỏng (màu đen) và hơi (màu xám) của tia phun ................45

Hình 2.5. Tóm tắt cơ chế phân rã của tia nhiên liệu ......................................................48
Hình 2.6. Xâm thực và không xâm thực của dòng chảy trong lỗ vòi phun...................49
Hình 2.7. Sự phát triển tia phun theo thời gian. (Busch R., 2001) ................................51
Hình 2.8. Sơ đồ minh hoạ va chạm vách của tia phun hình nón ...................................52
Hình 3.1. Sơ đồ cấu trúc chương trình mã nguồn mở CFD KIVA-3V .........................70
Hình 3.2. Lưu đồ tính toán các pha trong mô phỏng.....................................................71
Hình 3.3. Bản vẽ piston và tọa độ buồng cháy động cơ Cummins NTA855 ................76
Hình 3.4. Lưới mô phỏng buồng cháy động cơ Cummins NTA855 .............................76
Hình 3.5. Đặc tính động cơ Cummins NTA855 ............................................................77
Hình 3.6. So sánh đường cong áp suất trong xi lanh khi chưa có cháy ........................78
Hình 3.7. Mô phỏng quá trình phun nhiên liệu của động cơ Cummins NTA855 .........79
Hình 3.8. Cấu trúc tia phun nhiên liệu B10 so với DO .................................................80
Hình 3.9. Sự phát triển tia phun của nhiên liệu theo thời gian ......................................80
Hình 3.10. Biến thiên áp suất cháy trong xi lanh của các mẫu nhiên liệu ở 1200 v/p ..........81
Hình 3.11. Biến thiên áp suất cháy trong xi lanh của các mẫu nhiên liệu ở 1400 v/p ..........82
Hình 3.12. Biến thiên áp suất cháy trong xi lanh của các mẫu nhiên liệu ở 1600 v/p ..........82
Hình 3.13. Biến thiên áp suất cháy trong xi lanh của các mẫu nhiên liệu ở 1800 v/p ..........82
Hình 3.14. Đặc tính công suất của động cơ sử dụng nhiên liệu B10 so với DO ...........83
Hình 3.15. Đặc tính suất tiêu hao nhiên liệu riêng của động cơ....................................84
Hình 3.16. Công suất của động cơ khi sử dụng nhiên liệu B10 và DO ........................85
Hình 3.17. Suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ khi sử dụng nhiên liệu B10 và DO ...86
Hình 3.18. Công suất của động cơ khi sử dụng nhiên liệu B10 và DO ........................87
Hình 3.19. Tốc độ tỏa nhiệt của các mẫu nhiên liệu .....................................................88

xiii


Hình 3.20. Biến thiên nhiệt độ cháy của nhiên liệu B10 so với DO .............................88
Hình 3.21. Biến thiên nhiệt độ với áp suất cháy của nhiên liệu B10 ............................89
Hình 3.22. Biến thiên nhiệt độ cháy trong xi lanh của các mẫu nhiên liệu ở 1400 v/p ........90

Hình 3.23. Biến thiên nhiệt độ cháy trong xi lanh của các mẫu nhiên liệu ở 1600 v/p ........90
Hình 3.24. Biến thiên nhiệt độ cháy trong xi lanh của các mẫu nhiên liệu ở 1800 v/p ........91
Hình 3.25. Phân bố nhiệt độ của các mẫu nhiên liệu trong buồng cháy .......................92
Hình 3.26. Hình thành NOx của nhiên liệu B10 so với DO ..........................................92
Hình 3.27. Phân bố NOx trên mặt quan sát của nhiên liệu B10 so với DO ...................93
Hình 3.28. Phát thải NOx của các mẫu nhiên liệu ở 1400 v/p .......................................93
Hình 3.29. Phát thải NOx của các mẫu nhiên liệu ở 1600 v/p .......................................94
Hình 3.30. Phát thải NOx của các mẫu nhiên liệu ở 1800 v/p .......................................94
Hình 3.31. Hình thành bồ hóng của nhiên liệu B10 so với DO ....................................95
Hình 3.32. Phân bố bồ hóngtrên mặt quan sát của nhiên liệu B10 so với DO ..............95
Hình 3.33. Phát thải NOx và bồ hóng của nhiên liệu B10 so với DO ở 1200 v/p .........96
Hình 3.34. Quy luật phát thải bồ hóng và NOx của nhiên liệu B10 theo tốc độ ............97
Hình 3.35. Phát thải bồ hóng của các mẫu nhiên liệu ở 1400 v/p .................................97
Hình 3.36. Phát thải bồ hóng của các mẫu nhiên liệu ở 1600 v/p .................................98
Hình 3.37. Phát thải bồ hóng của các mẫu nhiên liệu ở 1800 v/p .................................98
Hình 4.1. Bộ hòa trộn nhiên liệu trên đường ống ........................................................100
Hình 4.2. Bộ hòa trộn nhiên liệu trong đường ống .....................................................101
Hình 4.3. Phương pháp hòa trộn In-Line cho động cơ Cummins TNA855 ................105
Hình 4.4. Động cơ Cummins NTA855 lắp trên bệ thử ...............................................106
Hình 4.5. Sơ đồ hệ thống nhiên liệu DO và biodiesel song song sử dụng van 3 ngả .107
Hình 4.6. Bộ hòa trộn nhiên liệu bằng bơm bánh răng ...............................................108
Hình 4.7. Hệ thống hòa trộn và cấp dầu cho động cơ Cummins NTA855 .................109
Hình 4.8. Phanh thủy lực Dynomide ...........................................................................110
Hình 4.9. Giao diện đo dữ liệu của bộ đo Dyno max 2010 .........................................111
Hình 4.10. Sơ đồ bố trí thực nghiệm ...........................................................................112
Hình 4.11. Một số hình ảnh thử nghiệm động cơ Cummins NTA855 ........................116
Hình 4.12. Kết quả thử nghiệm nhiên liệu B10 so với DO ghi nhận trong thời gian
khoảng 10.000 chu kỳ làm việc của động cơ ..............................................................117
Hình 4.13. Kết quả thử nghiệm nhiên liệu B10 so với DO ghi nhận trong thời gian
khoảng 20.000 chu kỳ làm việc của động cơ ..............................................................118

xiv


TÓM TẮT NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN
Đề tài luận án:

“Nghiên cứu sử dụng dầu Diesel sinh học từ mỡ cá da trơn cho
động cơ của phương tiện khai thác thủy sản”.

Ngành/Chuyên ngành:

Kỹ thuật cơ khí động lực

Mã số:

9520116

Nghiên cứu sinh:

Hồ Trung Phước

Khóa:

2013

Người hướng dẫn:

PGS.TS. Phan Văn Quân
PGS.TS. Trần Gia Thái

Trường Đại học Nha Trang

Cơ sở đào tạo:
Nội dung:

1) Đã xác định được một số thuộc tính của nhiên liệu B5, B10, B100 (biodiesel có
nguồn gốc từ mỡ cá da trơn) dùng cho quá trình nghiên cứu.
2) Luận án đã sử dụng phần mềm KIVA-3V để xây dựng và hiệu chỉnh mô hình
mô phỏng động cơ Cummins NTA 855, dùng để khảo sát ảnh hưởng của loại
nhiên liệu sử dụng đến một số thông số nhiệt động trong buồng cháy, mức phát
thải NOx, PM và một số thông số công tác của động cơ khi sử dụng B10.
3) Đã đánh giá được ảnh hưởng của B10 đến một số thông số vận hành cơ bản của
động cơ Cummins NTA 855 bằng thực nghiệm và đề xuất công nghệ phối trộn
nhiên liệu phù hợp cho máy chính tàu đánh cá.
Người hướng dẫn

Nghiên cứu sinh

(Ký và ghi rõ họ tên)

(Ký và ghi rõ họ tên)

PGS.TS Phan Văn Quân

PGS.TS Trần Gia Thái

xv

Hồ Trung Phước

Thesis title: “Research to Use of Catfish Fat Biodiesel for Diesel Engines of Fishing
Ship"
Mayor:

Mechanical Power Engineering

Major code:

9520116

PhD Cadidate:

Ho Trung Phuoc

Supervisor:

Prof. Phan Van Quan
Prof. Tran Gia Thai

Education Institution:

Nha Trang University

Key Findings:
1) Defined some properties of B5, B10, B100 fuel (catfish fat biodiesel) used to
research.
2) The thesis used KIVA-3V software to build and adjust the Cummins NTA 855
engine simulation model, which used to investigate the effect of fuel on some
thermodynamic parameters in combustion chamber, NOx, PM emissions and

some cycle parameters of engine when using B10 fuel.
3) Estimate the influence of B10 fuel on some basic operating parameters of
Cummins NTA 855 engine by experiment and promote a suitable fuel mixing
technology for diesel engines of fishing ship.
PhD Cadidate

Ho Trung Phuoc

xvi


MỞ ĐẦU
1. LÝ DO THỰC HIỆN ĐỀ TÀI
Trong xu hướng bảo vệ môi trường và giảm thiểu sự phụ thuộc vào nhiên liệu từ
dầu mỏ của động cơ đốt trong đang ngày càng cạn kiệt và gây ô nhiễm thì việc sử
dụng nhiên liệu sinh học (NLSH) làm nguồn nhiên liệu thay thế đã và đang được các
nước phát triển nghiên cứu, ứng dụng. Hiện nay, tại Mỹ, Anh Quốc, Đan Mạch, Hà
Lan và một số nước khác thuộc châu Âu (EU) đã sử dụng thành công NLSH cho động
cơ trong các ngành công nghiệp và giao thông.
Nhiên liệu sinh học (biofuels), là loại nhiên liệu được sản xuất từ các hợp chất có
nguồn gốc động thực vật. Như nhiên liệu chế xuất từ chất béo của động thực vật (mỡ
động vật, dầu dừa, dầu cây hướng dương, dầu cây cọ dầu, dầu cây Jatropha...), ngũ cốc
(lúa mì, ngô, lạc, đậu tương...), chất thải trong nông nghiệp (rơm, cây bắp...), sản phẩm
thải trong công nghiệp (mùn cưa, sản phẩm gỗ thải...).
So với nhiên liệu truyền thống dầu mỏ như khí đốt, than đá,... NLSH có nhiều ưu
điểm nổi bật:
- Thân thiện với môi trường: Do có nguồn gốc từ động thực vật nên hàm lượng
khí gây ô nhiễm và hiệu ứng nhà kính trong khí thải của động cơ ít;
- Nguồn nhiên liệu có khả năng tái sinh từ các hoạt động sản xuất nông nghiệp,
nên giảm sự lệ thuộc vào nguồn tài nguyên nhiên liệu không tái sinh truyền thống.

Hiện nay có thể chia công nghệ sử dụng mỡ động vật và dầu thực vật làm nhiên
liệu (với tỷ lệ thích hợp) cho động cơ diesel thành hai hướng chính:
(1) Xử lý về mặt hoá học để mỡ động vật và dầu thực vật có được những tính chất
tương đương với diesel dầu mỏ (DO). Dầu qua xử lý như vậy gọi là biodiesel.
(2) Xử lý về mặt cơ - lý để dầu thực vật đạt được một số yêu cầu cơ bản của nhiên liệu
DO.
Trong phạm vi luận án này, NCS nghiên cứu theo hướng (1)
Với lợi thế về điều kiện tự nhiên cho việc phát triển thủy hải sản tại Việt Nam,
việc tận dụng nguồn nguyên liệu từ dầu mỡ cá để sản xuất Biodiesel là rất phong phú.
Qua thực tế khảo sát ở khu vực đồng bằng sông Mê Kông (ĐBSMK), nghề nuôi trồng,
chế biến và xuất khẩu cá da trơn đang đạt được các kết quả đáng khích lệ, theo số liệu
của Hiệp hội chế biến và xuất khẩu thủy sản Việt Nam, sản xuất và xuất khẩu cá da
trơn năm 2011 có sản lượng cá thu hoạch gần 1,2 triệu tấn, kim ngạch xuất khẩu đạt

1


hơn 1,8 tỷ USD, năm 2012 sản lượng cá thu hoạch gần 1,2 triệu tấn, kim ngạch xuất
khẩu đạt hơn 1,744 tỷ USD [47]. Theo số liệu của một số nhà sản xuất cá da trơn xuất
khẩu lượng mỡ thu được từ quá trình chế biến cá chiếm khoảng 12%, tính cho năm
2011 và 2012 lượng mỡ cá thu được bình quân khoảng 150.000 tấn/năm. Dầu
biodiesel B100 có nguồn gốc từ mỡ cá da trơn ở khu vực ĐBSMK đã được một số
doanh nghiệp Việt Nam như: Minh Tú, Agrifish An Giang, Công ty Tây Nam
v.v...nghiên cứu sản xuất thành công đạt các tiêu chuẩn TCVN 7717, ASTM D 6751
của Hoa Kỳ và EN 14214 của EU, được xuất khẩu sang các thị trường như Singapore,
Nhật Bản [7], [45].
Bên cạnh các thành tựu khoa học và việc ứng dụng biodiesel như là một nguồn
nhiên liệu thay thế trong tương lai, Nhà nước đã ban hành hàng loạt các văn bản pháp
lý nhằm mục đích chỉ đạo và định hướng phát triển nhiên liệu biodiesel vào các mục
tiêu ứng phó với biến đổi khí hậu và là nguồn nhiên liệu thay thế nhiên liệu truyền

thống.
Theo số liệu của Cục Khai thác và Bảo vệ Nguồn lợi Thủy sản (Tổng cục Thủy
sản, Bộ NN&PTNT), tính đến năm 2014, cả nước có khoảng 120.000 tàu cá, trong đó
số tàu tại khu vực Duyên hải Nam trung bộ (DHNTB) chiếm tỷ lệ đáng kể. Như vậy,
nếu dùng nhiên liệu biodiesel sản xuất từ mỡ cá da trơn cho các phương tiện khai thác
thủy sản (được hiểu là tàu đánh cá) sẽ tiết kiệm được một lượng ngoại tệ lớn cho quốc
gia và hạn chế ô nhiễm môi trường. Vì thế, song song với việc khảo sát đánh giá chất
lượng biodiesel trên thị trường, “Nghiên cứu sử dụng dầu Diesel sinh học từ mỡ cá
da trơn cho động cơ của phương tiện khai thác thủy sản” là rất cấp thiết trong bối
cảnh hiện nay.
2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiên liệu hỗn hợp biodiesel và DO từ mỡ cá da trơn
đến các thông số công tác chủ yếu của động cơ diesel tàu cá, từ đó chỉ ra khả năng sử
dụng loại nhiên liệu này và thiết kế hệ thống nhiên liệu chuyển đổi phù hợp.
Mục tiêu cụ thể:
(1) Phân tích lựa chọn nhiên liệu biodiesel từ mỡ cá da trơn sử dụng cho động cơ
diesel tàu cá;
(2) Đánh giá sự thay đổi các thông số công tác chủ yếu của động cơ diesel tàu cá
khi sử dụng nhiên liệu biodiesel;

2


(3) Đề xuất công nghệ chuyển đổi hệ thống nhiên liệu và các khuyến cáo cần
thiết khi sử dụng nhiên liệu biodiesel cho động cơ diesel tàu cá.
3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
3.1. Đối tượng nghiên cứu
Nhiên liệu diesel sinh học có nguồn gốc từ mỡ cá da trơn và các chỉ tiêu công tác
chủ yếu của động cơ diesel dùng làm máy chính tàu cá.
3.2. Phạm vi nghiên cứu

- Nhiên liệu diesel sinh học có nguồn gốc từ mỡ cá da trơn có tỷ lệ pha trộn 10%
(B10: 10% B100, 90% DO);
- Công suất, suất tiêu hao nhiên liệu, phát thải khí xả của động cơ diesel dùng
làm máy chính tàu cá khi sử dụng nhiên liệu B10.
4. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
(1) Tổng luận và nghiên cứu cơ sở lý thuyết sử dụng nhiên liệu B10 từ mỡ cá da
trơn làm nhiên liệu cho động cơ diesel;
(2) Lựa chọn mô hình toán và mô phỏng ảnh hưởng của nhiên liệu nhiên liệu
B10 đến các thông số công tác chủ yếu của động cơ diesel tàu cá;
(3) Đánh giá các thông số công tác chủ yếu của động cơ diesel tàu cá khi sử dụng
nhiên liệu B10 làm cơ sở để kết luận khả năng ứng dụng loại nhiên liệu này.
5. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ TÍNH THỰC TIỄN CỦA LUẬN ÁN
5.1. Ý nghĩa khoa học
(1) Phân tích lý thuyết và mô tả toán học về ảnh hưởng của việc sử dụng nhiên
liệu biodiesel đến các thông số công tác chủ yếu của động cơ diesel, làm cơ sở cho
nghiên cứu mô phỏng và thực nghiệm;
(2) Lựa chọn mô hình và các điều kiện mô phỏng (điều kiện ban đầu, điều kiện
biên) khi sử dụng nhiên liệu biodiesel; Xác định yếu tố điều chỉnh chính của nhiên liệu
hỗn hợp cho quá trình mô phỏng thông qua tính chất nhiên liệu là: Nhiệt trị, độ nhớt và
khối lượng riêng. Mô hình mô phỏng được kiểm nghiệm và điều chỉnh dựa trên đặc
tính gốc của động cơ nghiên cứu;
(3) Dẫn liệu khoa học về kết quả chạy thử nghiệm nhiên liệu B10 trên động cơ
diesel tàu cá đặc trưng. Những kết quả này là cơ sở khoa học trong việc nghiên cứu
nhiên liệu sinh học dùng cho động cơ diesel.

3


5.2. Tính thực tiễn của luận án
(1) Đề xuất giải pháp sử dụng nhiên liệu B10 cho động cơ diesel;

(2) Phát triển công nghệ chuyển đổi hệ thống nhiên liệu động cơ diesel sang sử
dụng nhiên liệu B10, góp phần khai thác nhiên liệu sinh học sẵn có cho động cơ diesel
tàu cá, thay thế một phần nguồn nhiên liệu truyền thống;
(3) Kết quả nghiên cứu của đề tài là cơ sở cho việc hoàn thiện sổ tay hướng dẫn
sử dung dầu biodiesel đúng kỹ thuật, tránh các hư hỏng về máy móc động cơ, tiết kiệm
về mặt năng lượng và thực hiện tốt các chương trình mục tiêu quốc gia về ứng phó với
biến đổi khí hậu.
6. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
6.1. Nghiên cứu lý thuyết
(1) Nghiên cứu tài liệu về những lý thuyết hiện đại đã và đang được phát triển
trên thế giới về các quá trình phun nhiên liệu, hình thành hỗn hợp và cháy trong động
cơ diesel khi sử dụng nhiên liệu biodiesel;
(2) Phân tích lựa chọn mô hình toán hợp lý, ứng dụng để nghiên cứu sự thay đổi
các thông số công tác của động cơ diesel khi sử dụng nhiên liệu B10;
(3) Mô phỏng bằng phần mềm chuyên dụng để xác định ảnh hưởng của nhiên
liệu B10 đến các thông số công tác chủ yếu của động cơ diesel tàu cá.
6.2. Nghiên cứu thực nghiệm
(1) Xác định các thông số nhiệt động của nhiên liệu B10 từ mỡ cá;
(2) Khảo sát thông số công tác chủ yếu của động cơ diesel tàu cá khi sử dụng
nhiên liệu B10 trên bệ thử so với khi động cơ sử dụng nhiên liệu DO.
7. KẾT CẤU LUẬN ÁN
Luận án có kết cấu gồm 4 chương và phần kết luận, kiến nghị:
Chương 1. Tổng quan về sử dụng nhiên liệu biodiesel và lựa chọn động cơ nghiên
cứu.
Chương 2. Cơ sở lý thuyết và mô hình toán mô tả ảnh hưởng của nhiên liệu
biodiesel đến các thông số công tác chủ yếu của động cơ diesel.
Chương 3. Đánh giá các thông số công tác của động cơ diesel khi sử dụng nhiên
liệu B10 bằng mô phỏng số.
Chương 4. Nghiên cứu thực nghiệm sử dụng nhiên liệu biodiesel từ mỡ cá da
trơn cho động cơ Cummins NTA855 của tàu cá.

Kết luận và kiến nghị.

4


8. NHỮNG HẠN CHẾ CỦA LUẬN ÁN
Luận án chưa nghiên cứu đến quy luật cung cấp nhiên liệu, thực nghiệm đo phát thải
NOx, bồ hóng và tình trạng kỹ thuật theo thời gian dài sử dụng của động cơ khi dùng
nhiên liệu B10 có nguồn gốc từ mỡ cá da trơn.

5


Chương 1. TỔNG QUAN VỀ SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU BIODIESEL
VÀ LỰA CHỌN ĐỘNG CƠ NGHIÊN CỨU
1.1. Tổng quan về nhiên liệu sinh học và biodiesel
Nhiên liệu sinh học có nguồn gốc từ dầu thực vật và mỡ động vật, có tiềm năng
rất lớn khi làm nhiên liệu thay thế nhiên liệu truyền thống. Ngoài chức năng như một
phụ gia tăng cường ô xy cho quá trình cháy, giảm phát thải độc hại trong khí xả động
cơ như SOx, HC, CO, bồ hóng (Soot), NLSH còn là một nguồn nhiên liệu có thể tái
sinh. Bên cạnh đó, một đặc tính thuận lợi của NLSH là dễ pha trộn với nhiên liệu
truyền thống mà không yêu cầu cao về thiết bị cũng như năng lực sử dụng.
Nhiên liệu sinh học có nhiều loại như xăng sinh học (biogasoline), diesel sinh
học (biodiesel), và khí sinh học (biogas) - loại khí được tạo thành do sự phân hủy yếm
khí các chất thải nông nghiệp, chăn nuôi và lâm nghiệp. Trong các dạng trên thì chỉ có
biogasoline và biodiesel được quan tâm nghiên cứu, sản xuất và ứng dụng trong quy
mô công nghiệp.
Biodiesel là một loại nhiên liệu có tính chất tương đương với nhiên liệu DO
nhưng được sản xuất từ dầu thực vật, mỡ động vật hoặc dầu ăn phế thải, trong đó các
nguồn nguyên liệu chính để sản xuất được tập trung chủ yếu vào dầu thực vật của

những cây có hàm lượng dầu khá lớn như dầu đậu nành (Soybean Oil), dầu cải
(Rapeseed Oil) ở Châu Âu; dầu hướng dương (Sunflower Oil) ở Mỹ; dầu dừa
(Coconut Oil), dầu cọ (Palm Oil), dầu Jatropha ở Châu Á [1], [2]. Còn đối với mỡ
động vật và dầu ăn phế thải có phần hạn chế bởi các sản phẩm này có sản lượng ít hơn
và quá trình tổng hợp nguyên liệu phức tạp hơn so với dầu thực vật. Tuy nhiên, có
nhiều yếu tố ảnh hưởng đến việc sản xuất và ứng dụng NLSH, trong đó có biodiesel
dùng làm nhiên liệu cho động cơ dieseel như: Địa lý của từng quốc gia - khu vực; khí
hậu; nguyên liệu phục vụ nhu cầu thực phẩm cho con người mà Biodiesel được phát
triển với những nguyên liệu khác nhau.
Trước những thách thức về vấn đề bảo vệ môi trường và nguồn nhiên liệu dầu
mỏ ngày càng cạn kiệt thì việc sản xuất và ứng dụng biodiesel là cấp bách. Theo dự
kiến của cơ quan năng lượng quốc tế IEA (International Energy Agency - IEA), xu
hướng phát triển năng lượng trên thế giới đến năm 2050 sẽ sử dụng 23% lượng dầu
DO, 27% lượng NLSH, còn lại là các loại nhiên liệu khác trong tổng lượng nhiên liệu
cung cấp cho động cơ đốt trong (ĐCĐT) [23].

6


Tại Việt Nam, với lợi thế hơn 3.260 km bờ biển và vùng đồng bằng sông nước
Cửu Long (ĐBSMK) là ưu thế vượt trội về sản phẩm dư thừa từ mỡ cá ba sa, mỡ cá
tra… gọi chung là mỡ cá da trơn so với một số quốc gia trên thế giới. Đây là nguồn
nguyên liệu sản xuất Biodiesel trong nước phong phú và tái tạo, tạo được nhiều lĩnh
vực hữu ích khác kèm theo ngay khi đi vào sản xuất, góp phần tích cực vào sự phát
triển kinh tế xã hội [48].
Biodiesel là loại năng lượng tái tạo, về phương diện hoá học thì biodiesel là
Methyl ester (hay Ethyl ester) của những axit béo trong dầu hay mỡ động thực vật khi
được ester hoá bởi các Ancol methanol hoặc Ethanol, trong đó Methanol được sử dụng
phổ biến nhất.
Phản ứng tổng hợp Methyl ester là dùng các chất Methanol và xúc tác bazơ, quá

trình trao đổi ester còn gọi là quá trình rượu hóa, có nghĩa là từ một phân tử triglyxerit
trao đổi ester với 3 phân tử rượu mạch thẳng, tách ra Glycerin và tạo ra các Ankyl
ester theo phản ứng [15], [42]:

R1COOCH 2
R 2COOCH

+ 3ROH



R1COOR

CH- OH

+ R 2COOR

 Xúc tác 

R 2COOCH 2

Dầu, mỡ động thực vật

CH 2 - OH

Rượu mạch thẳng

CH 2 - OH

R 3COOR

Glyxerin

Biodiesel

(1.1)

Thực chất quá trình chuyển hóa này gồm một loạt các phản ứng thuận nghịch nối
tiếp nhau. Tức là triglyxerit chuyển hóa từng bước thành diglyxerit, rồi từ diglyxerit
chuyển hóa tiếp thành Monoglixerit và cuối cùng là Glycerin:
Triglyxerit  ROH  Diglyxerit  R1COOR
Diglyxerit  ROH  Monoglyxerit  R 2COOR

(1.2)

Monoglyxerit  ROH  Glyxerin  R 3COOR

Cơ chế của phản ứng trao đổi este sử dụng xúc tác bazơ được mô tả như sau:

ROH  B  RO  BH

(1.3)

Sau đó, gốc RO’ tiếp tục phản ứng với các phân tử triglyxerit tạo thành hợp chất
trung gian:

7


R1COOCH 2

R1COOCH 2

R 2COOCH

+ RO   R 2COOCH

RO
(1.4)

H 2C - O - C - R 3

H 2C - O - C - R 3
O

O-

Hợp chất trung gian này không bền, tiếp tục tạo một Anion và một Alkyl este
tương ứng:

R1COOCH 2

R1COOCH 2

R 2COOCH

RO

 R 2 COOCH

+ RCOOR 3
(1.5)

H 2C - O

H 2C - O - C - R 3
O

Cuối cùng là sự hoàn nguyên lại xúc tác theo phương trình:

R1COOCH 2
R 2COOCH

R1COOCH 2
+ BH 

 R 2COOCH

H 2C - O

+ B

(1.6)

H 2C - OH

Xúc tác B lại tiếp tục phản ứng với các diglyxerit và monoglyxerit giống như cơ
chế trên, cuối cùng tạo ra các Alkyl este và Glyxerin.
Quá trình sản xuất diesel sinh học bắt đầu từ dầu thực vật, mỡ động vật hoặc các
chất béo đã qua sử dụng. Các cấu trúc phân tử phân nhánh lớn của dầu (mỡ) được

chuyển sang các cấu trúc phân tử mạch thẳng ngắn hơn gọi là các ester Methyl - hoặc
Ethyl giống như các thành phần của dầu diesel truyền thống. Sơ đồ phương pháp ester
hoá trình bày trên hình 1.1. Trong đó, Glycerine được tách ra khỏi ester và sử dụng
trong các ngành công nghiệp khác [44].

8


Hình 1.1. Sơ đồ ester hóa
Biodiesel có tiềm năng lớn để làm nhiên liệu tái tạo trong các động cơ diesel. Có
được điều này chủ yếu là do các đặc tính thuận lợi của Biodiesel về khả năng pha trộn
với nhiên liệu DO thông thường và chỉ cần điều chỉnh nhỏ hệ thống nhiên liệu.
Trên cơ sở các quá trình chuyển hóa biodiesel, quy trình sản xuất biodiesel từ mỡ
cá được xây dựng như sau (hình 1.2):

Hình 1.2. Quy trình cơ bản sản xuất dầu biodiesel từ mỡ cá

9


Phụ thuộc vào phản ứng chuyển vị ester, thời gian phản ứng và tách lớp có thể
phân chia công nghệ sản xuất dầu Biodiesel thành hai loại qui trình sản xuất bao gồm:
Quy trình sản xuất gián đoạn (theo chu kỳ) và quy trình liên tục. Trong phạm vị đề tài,
NCS tóm lược các quy trình công nghệ sản xuất biodiesel gián đoạn như sau:
Quy trình sản xuất gián đoạn: Với lượng nguyên liệu đầu vào cao, phản ứng xảy
ra chậm, để đạt hiệu suất phản ứng 100% cần thời gian tương đối dài, năng suất toàn
bộ quá trình sẽ giảm. Quy trình chỉ thích hợp cho sản xuất ở quy mô nhỏ (khoảng 50010.000 tấn/năm) như trên hình 1.3.

Hình 1.3. Quy trình sản xuất gián đoạn biodiesel dùng xúc tác kiềm
1: Thiết bị gia nhiệt mỡ cá sơ bộ; 2: Thiết bị khuấy trộn Methanol và xúc tác;

3: Thiết bị khuấy trộn sơ bộ; 4: Bơm nhập liệu vào thiết bị phản ứng;
5: Thiết bị ngưng tụ hoàn lưu Methanol; 6: Thiết bị phản ứng chính;
7: Thiết bị lắng tách; 8: Thiết bị tách Methanol ra khỏi Glycerine;
9: Thiết bị ngưng tụ thu hồi Methanol; 10: Thiết bị tách nước.
Ưu, nhược điểm của công nghệ gián đoạn:
- Công nghệ đơn giản, chí phí thấp, có thể sử dụng nhiều nguồn nguyên liệu khác
nhau;

10