Nghiên cứu quá trình tổng hợp biodiezel từ dầu dừa trên xúc tác dị thể NaOH mgo

Ket-noi.com kho ti liu min phớ

Mục Lục

Mở đầu
Trong những năm gần đây, nhu cầu về năng lợng nói chung
và nhiên liệu nói riêng ngày càng tăng do sự phát triển mạnh mẽ
của khoa học kĩ thuật và sự gia tăng dân số. Tuy nhiên, nguồn
nhiên liệu khoáng ngày càng cạn kiệt bởi sự khai thác ồ ạt của con
ngời dẫn đến yêu cầu tìm nguồn nhiên liệu thay thế trở nên cần
thiết hơn bao giờ hết. Một trong những nguồn nhiên liệu thay
thế là nhiên liệu sinh học, đợc tổng hợp từ sinh khối do đó hoàn
toàn có thể tái tạo đợc. Nhiên liệu sinh học bao gồm bioetanol,
biodiezeltrong đó biodiezel đợc sử dụng phổ biến hơn cả.
Biodiezel là mono alkyl este của các axit béo, đợc tổng hợp từ
dầu thực vật hay mỡ động vật bởi phản ứng trao đổi este.
Biodiezel có những tính chất hóa lý gần tơng tự diezel khoáng
nên có thể dùng thay cho diezel khoáng. Việc sử dụng biodiezel
làm giảm sự phụ thuộc của con ngời vào nguồn năng lợng khoáng
đang dần cạn kiệt. Bên cạnh đó, sử dụng biodiezel trong động
cơ diezel làm tăng khả năng bôi trơn, giảm đáng kể lợng khí thải
độc hại nh CO2, CO, NOx, hidrocacbon cha cháy hết, chất rắn
dạng vi hạt và muội cacbon, góp phần bảo vệ môi trờng. Chính
vì những lợi ích nh vậy nên biodiezel đã đợc nghiên cứu và đa
vào sử dụng ở rất nhiều nớc trên thế giới, đặc biệt ở những nớc
phát triển.
Không nằm ngoài xu hớng chung của thế giới, các nhà khoa học
Việt Nam cũng đã tiến hành nghiên cứu tổng hợp nguồn nhiên
liệu sạch này để phục vụ nền kinh tế quốc dân song song với
Phạm Đăng Sơn
2 K47

1

Hóa dầu


Ket-noi.com kho ti liu min phớ
việc khai thác sử dụng một cách hợp lý nguồn nhiên liệu khoáng.
Tận dụng u thế Việt Nam có nguồn dầu thực vật cũng nh là mỡ
động vật phong phú, quá trình sản xuất biodiezel ở quy mô công
nghiệp là hoàn toàn khả thi. Tuy nhiên rất nhiều những nghiên
cứu cần đợc tiến hành thêm để tìm ra loại xúc tác dị thể phù hợp
thay thế cho xúc tác đồng thể có nhiều nhợc điểm cũng nh thử
nghiệm loại xúc tác này trên nhiều loại dầu thực vật khác nhau để
đánh giá hoạt tính của chúng trong quá trình tổng hợp biodiezel.
Đồ án nghiên cứu quá trình tổng hợp biodiezel từ dầu dừa trên
xúc tác dị thể NaOH/MgO là một phần nhỏ trong những nỗ lực
đó, với mong muốn một ngày không xa biodiezel sẽ đợc sử dụng
rộng rãi hơn ở Việt Nam với những u điểm về chất lợng, kinh tế
và môi trờng.

Chơng I : Tổng Quan Lý Thuyết
I.1. Sơ lợc về nhiên liệu khoáng và nhiên liệu diezel
Dầu mỏ đã đợc con ngời biết đến từ khá lâu. Nhng cho đến
tận đầu thế kỉ XIX, dầu mỏ vẫn đợc dùng với mục đích thắp
sáng. Vào nửa cuối thế kỉ XIX, khi mà một loạt động cơ xăng và
động cơ diezel đợc phát minh, cùng với việc tìm ra dầu mỏ ở rất
nhiều nơi trên thế giới đã dẫn đến sự tăng nhanh không ngừng
quá trình khai thác và chế biến dầu với mục đích làm nhiên liệu
cho các động cơ đó phục vụ nhu cầu di chuyển của con ngời.

Dầu mỏ khai thác từ dới lòng đất, đó là sản phẩm của sự
phân huỷ và biến đổi hàng triệu năm của các lớp xác động thực
vật biển hay xác các động thực vật cạn bị cuốn trôi ra biển dới tác
dụng của vi khuẩn hay sự thay đổi địa chất mà thành [1]. Vì
vậy, dầu mỏ cũng đợc xếp vào nhóm các nhiên liệu khoáng nh
than, đá dầuDầu đợc khai thác lên mặt đất là dầu thô, không
thể sử dụng ngay cho dù chỉ để đốt thắp sáng. Để làm nhiên
liệu cho các động cơ hay với mục đích thắp sáng, dầu thô trải
qua một loạt các quá trình chế biến. Các phơng pháp, công nghệ
chế biến dầu thô thành các sản phẩm trắng nh xăng, dầu diezel
Phạm Đăng Sơn
2
Hóa dầu
2 K47


Ket-noi.com kho ti liu min phớ
và kerosen đã không ngừng đợc cải tiến trong suốt hơn một thế
kỉ qua, dẫn đến năng suất chế biến và hiệu suất chế biến ngày
càng tăng, song song với tăng sản lợng khai thác dầu thô, đáp ứng
kịp thời nhu cầu nhiên liệu của con ngời.
Trong thế kỉ 20, sự bùng nổ về dân số và sự phát triển của
các ngành công nghiệp đã làm nhu cầu về các loại nhiên liệu tăng
mạnh mẽ. Nhu cầu về nhiên liệu ngày càng tăng, thúc đẩy việc
thăm dò và khai thác rất nhiều những mỏ dầu mới khắp nơi trên
toàn thế giới. Khoa học kĩ thuật tiến bộ đã giúp cho việc thăm dò
trở lên trở lên dễ dàng hơn, với việc xác định và ớc lợng tơng đối
chính xác vị trí mỏ dầu. Công nghệ khai thác cũng đạt đợc
nhiều tiến bộ làm giảm thời gian khai thác và nâng cao hiệu
suất thu hồi dầu ở các mỏ. Ngày càng nhiều mỏ dầu đợc khai thác

hết và cũng ngày càng nhiều mỏ dầu mới đợc phát hiện ra,
những tởng quá trình khai thác đó sẽ kéo dài vô tận. Tuy nhiên,
quá trình khai thác ồ ạt đó đã và sẽ tạo ra những cuộc khủng
hoảng năng lợng trên toàn thế giới.
Các nguồn năng lợng đang đợc sử dụng phổ biến hiện nay
trên thế giới chủ yếu là các nguồn năng lợng khoáng nh dầu mỏ,
than và một số nguồn năng lợng khác nh thuỷ điện, hạt nhân,
gióXét về quá trình sử dụng thì năng lợng đi từ dầu mỏ chiếm
65%, than đá chiếm 20-22%, thuỷ điện chiếm 8-12% và hạt
nhân chiếm 8-12,5% [2]. Các nguồn năng lợng khác nh mặt trời,
gió, sóng hay địa nhiệt không đáng kể.
Chính vì chúng ta quá phụ thuộc vào dầu mỏ nên khủng
hoảng năng lợng chắc chắn sẽ xảy ra nếu các nguồn cung cấp
dầu thô biến động. Do trữ lợng dầu mỏ trên thế giới là có hạn nên
càng khai thác nhiều thì dạng nhiên liệu khoáng này ngày càng
cạn kiệt. Theo dự báo của tập đoàn BP thì trữ lợng dầu mỏ đã
thăm dò trên toàn cầu là khoảng 150 tỷ tấn. Với đà tiêu thụ năm
2003 (3,6 tỷ tấn) và không phát hiện ra mỏ dầu nào nữa trên thế
giới thì dầu mỏ sẽ cạn kiệt trong vòng 41 năm nữa. Đấy là cha
tính lợng tiêu thụ dầu ngày càng tăng do dự phát triển dân số trên
thế giới và sự gia tăng liên tục của các phơng tiện giao thông,
càng làm cho lợng dầu mỏ nhanh chóng bị khai thác triệt để nếu
cha tìm đợc nguồn năng lợng thay thế hợp lý.
Cuối thế kỉ 20 và đầu thế kỉ 21 đã chứng kiến những cuộc
khủng hoảng về dầu mỏ. Hầu hết trữ lợng dầu trên thế giới tập
trung ở những vùng nhậy cảm và bất ổn về chính trị nh Trung
Phạm Đăng Sơn
2 K47

3

Hóa dầu


Ket-noi.com kho ti liu min phớ
Đông, Trung á, Trung Mỹnên mỗi khi có những biến động về
chính trị, tôn giáo, sắc tộc ở những vùng trên ảnh hởng tới lợng
dầu thô khai thác là dẫn tới khủng hoảng về năng lợng, kéo theo
khủng hoảng kinh tế trầm trọng cho rất nhiều nớc khác, đặc biệt
nhng nớc không có tài nguyên dầu mỏ và phải phụ thuộc vào bên
ngoài. Giá dầu mỏ hiện nay cũng đang ở mức cao, dao động từ
55-80USD/thùng đã ảnh hởng rất nhiều đến các ngành công
nghiệp trên thế giới.
Việt Nam là một nớc có tài nguyên dầu mỏ, tuy trữ lợng dầu
mỏ của Việt Nam không phải là nhiều khi so với một số nớc cùng
khu vực. Nhng Việt Nam vẫn khai thác dầu thô để bán và nhập
về các sản phẩm đã chế biến nên hiệu quả kinh tế không cao.
Năm 2003 tiêu thụ năng lợng thơng mại nớc ta đạt 205kg/ngời chỉ
bằng 20% mức bình quân trên thế giới. Xăng dầu dùng cho giao
thông vận tải chiếm 30% nhu cầu năng lợng, và hầu hết vẫn phải
nhập khẩu. Trong tơng lai gần, các nhà máy lọc dầu Dung Quất,
Nghi Sơn và nhà máy lọc dầu 3 (dự kiến) hoàn thành và đa vào
hoạt động sẽ tự đáp ứng một phần nhu cầu về nhiên liệu của nền
kinh tế quốc dân, giảm bớt sự phụ thuộc của Việt Nam vào nớc
ngoài, đảm bảo an ninh năng lợng trong nớc.
Việc sử dụng năng lợng khoáng gặp phải một vấn đề lớn là ô
nhiễm môi trờng. Đây là vấn đề ngày càng đợc chú ý vì những
hậu quả của chúng ngày càng rõ rệt. Nhiên liệu khoáng (than đá,
dầu mỏ) khi cháy tạo nhiều khí CO 2 gây hiệu ứng nhà kính làm
trái đất nóng dần lên. Lợng lu huỳnh khi cháy tạo SO 2 gây ma axit,

các hydrocacbon thơm khác cháy không triệt để tạo thành CO
hay các khí độc hại ảnh hởng đến sức khoẻ con ngờiDo đó
tìm kiếm nguồn năng lợng sạch là vấn đề vô cùng cấp thiết. Với
những mục tiêu giảm tối đa lợng khí thải độc hại, tìm cách sử
dụng tối u nhiên liệu khoáng và tìm kiếm nguồn năng lợng sạch
mới đang thúc đẩy đội ngũ các nhà khoa học trên thế giới không
ngừng nghiên cứu để tìm ra nguồn nhiên liệu lý tởng cho tơng
lai.
Các nhà khoa học trên thế giới đã tìm ra đợc nhiều nguồn
nhiên liệu thay thế cho nhiên liệu khoáng. Một trong những nhiên
liệu đó là biodiezel. Đây là một nhiên liệu sinh học điển hình,
đợc chế biến từ các loại dầu thực vật hay mỡ động thực vật. Nhiên
liệu biodiezel sẽ là một trong những nguồn nhiên liệu thay thế tốt
Phạm Đăng Sơn
2 K47

4

Hóa dầu


Ket-noi.com kho ti liu min phớ
nhất cho động cơ trong tơng lai khi mà nguồn nguyên liệu
khoáng bị cạn kiệt.
Trên thế giới, đặc biệt là các nớc phát triển, mật độ giao
thông cao đòi hỏi nhu cầu về năng lợng sạch rất lớn. Các nghiên
cứu tìm ra nguồn nhiên liệu sạch cho động cơ đã đợc thực hiện
từ lâu, nhiều loại năng lợng sạch nh xăng pha cồn hay diezel pha
biodiezel đợc sử dụng rất phổ biến. Tại Việt nam, việc nghiên cứu
nhiên liệu sạch đã đợc quan tâm và phát triển. Đã có nhiều đề tài

nghiên cứu về vấn đề nhiên liệu sạch cho động cơ nh công
trình nghiên cứu xăng pha cồn đã đợc công bố, còn đề tài sử
dụng biodiezel pha lẫn diezel vẫn còn đang đợc nghiên cứu.

I.2. Tổng quan về dầu thực vật.
Dầu thực vật là nguyên liệu đợc sử dụng rộng rãi trong công
nghiệp thực phẩm, công nghiệp sản xuất xà phòng và chất tẩy
rửa, công nghiệp sơnTrong công nghiệp thực phẩm, ứng dụng
phổ biến nhất của dầu thực vật là dùng để chế biến rất nhiều
các loại thực phẩm hay sử dụng trực tiếp làm dầu ăn. Dầu sử dụng
làm thực phẩm là loại dầu đã đợc tinh chế, loại bỏ tối đa thành
phần axít béo tự do, hàm lợng nớc cùng nhiều tạp chất gây hại cho
sức khoẻ con ngời khác. Bản thân dầu thực vật là một loại thức ăn
dễ tiêu hoá và cung cấp nhiều năng lợng. Khi đợc cơ thể con ngời
hấp thụ, nó sẽ đợc dự trữ trong các tế bào và giải phóng năng lợng
khi cần thiết. Khi thuỷ phân dầu thực vật ta thu đợc glyxerin,
một chất đợc dùng khá nhiều làm thực phẩm hay trong mỹ phẩm
để giữ ẩm cho da. Trong công nghiệp sản xuất xà phòng, dầu
thực vật đợc nấu với xút (NaOH) trong điều kiện nhất định để
tạo thành xà phòng bánh. Trong công nghiệp sơn, dầu thực vật đợc dùng để sản xuất dầu gốc (dầu alkyl), các chất tạo màng,
vécni..Nh vậy, dầu thực vật có rất nhiều ứng dụng trong cuộc
sống [3,6].
Dầu thực vật còn có thể sử dụng làm nhiên liệu. Từ xa xa ông
cha ta đã biết sử dụng dầu lạc, dầu vừng để thắp sáng. Khi mới
ra đời, động cơ diezel đầu tiên cũng chạy bằng dầu lạc. Một số
loại dầu có thể dùng trực tiếp làm nhiên liệu cho các động cơ
hiện đại. Tuy nhiên, một số nhợc điểm của dầu thực vật đã cản
trở sự vận hành trơn tru của động cơ, gây nên nhiều sự cố hỏng
hóc nên ngời ta không dùng dầu thực vật trực tiếp làm nhiên liệu
Phạm Đăng Sơn

2 K47

5

Hóa dầu


Ket-noi.com kho ti liu min phớ
mà phải qua nhiều quá trình chế biến phức tạp để tạo ra loại
nhiên liệu đảm bảo hơn.
Một trong các loại nhiên liệu đi từ dầu thực vật là biodiezel.
Đây là loại nhiên liệu khá u việt, nổi lên nh một loại nhiên liệu
thay thế lý tởng cho dầu diezel hay nâng cao hiệu suất sử dụng
và giảm ô nhiễm môi trờng cho loại nhiên liệu khoáng truyền
thống. Đặc biệt trong hoàn cảnh hiện nay, khi thế giới đang đối
mặt với vấn đề ô nhiễm môi trờng trầm trọng và sự khan hiếm
dần của dầu mỏ thì sự có mặt của nhiên liệu sinh học đi từ thực
vật quả là một trong những giải pháp đợc chú ý. Rất nhiều công
trình nghiên cứu về nhiên liệu sinh học đã đợc tiến hành và
thậm chí đợc sử dụng ở nhiều nớc trên thế giới.

I.2.1. Thành phần hoá học của dầu thực vật [3,8,9]
Thành phần hoá học chủ yếu của dầu thực vật là các
triglyxerit. Nó là este của các axit béo khác nhau với glyxerin. Công
thức cấu tạo của triglyxerit này là
R1 COO CH2
R2

COO CH

R3

COO CH2
Trong đó R1, R2, R3 là các gốc axit béo. Các gốc axit này thờng
chứa từ 8 đến 22 nguyên tử cacbon. Nếu trong phân tử
triglyxerit ba gốc axit này giống nhau ngời ta gọi là triglyxerit
đồng nhất, còn nếu khác nhau thì gọi là triglyxerit hỗn tạp. Các
loại dầu thực vật khác nhau thì có thành phần và chủng loại
triglyxerit khác nhau, nhng đa phần là triglyxerit hỗn tạp.
Một trong những thành phần khác của dầu thực vật là các axit
béo. Axit béo có trong dầu thực vật thờng có cấu tạo mạch thẳng,
có thể no và không no. Phần lớn các axit béo trong dầu thực vật ở
trạng thái kết hợp trong triglyxerit và một phần nhỏ ở trạng thái tự
do. Hàm lợng các axit béo này cũng khác nhau tuỳ thuộc vào từng
loại dầu. Nếu thuỷ phân các triglyxerit, ta sẽ thu đợc axit béo và
glyxerin. Lợng axit béo thu đợc có thể vào chiếm 95% so với trọng
lợng dầu ban đầu.
Glyxerin cũng tồn tại trong dầu thực vật, nhng ở dạng tự do
thì thành phần của chúng rất nhỏ. Glyxerin có thể thu đợc khi
thuỷ phân triglyxerit, và là một sản phẩm phụ rất có giá trị. Bên
cạnh các thành phần chủ yếu nh thế thì dầu thực vật còn chứa

Phạm Đăng Sơn
2 K47

6

Hóa dầu

Ket-noi.com kho ti liu min phớ
nhiều các hợp chất khác nh sáp, nhựa, chất màu, các photphatit,
tiền tố và sinh tố

I.2.2. Tính chất lý học của dầu thực vật [3,8,9]
- Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ đông đặc : Vì dầu thực
vật có thành phần không đồng nhất, nó là hỗn hợp của nhiều chất
khác nhau nên nhiệt độ nóng chảy và đông đặc của chúng
không có một giá trị nhiệt độ xác định mà là một khoảng nhiệt
độ. Với mỗi loại dầu khác nhau thì các giá trị đó cũng khác nhau.
Đối với các loại dầu chứa nhiều axit béo hay gốc axit béo no thì
thờng có khoảng nhiệt độ nóng chảy hay đông đặc cao hơn so
với loại dầu chứa các gốc axit béo hay axit béo không no.
- Tính tan : Dầu thực vật có thành phần chủ yếu là các chất
không phân cực nên chúng không tan trong nớc, tan ít trong rợu
và tan rất tốt trong dung môi không phân cực nh n-hexan, xăng,
benzenĐộ tan của dầu vào trong dung môi phụ thuộc vào nhiệt
độ. Khi hoà tan một số loại dầu vào dung môi, ta cần kết hợp gia
nhiệt để nâng cao độ tan của chúng.
- Màu sắc : Màu sắc của dầu do các hợp chất mầu trong dầu
quyết định. Dầu tinh khiết không có màu. Nếu dầu chứa nhiều
carotenoit thì thờng có màu vàng, dầu chứa clorofin sẽ có màu
xanhĐôi khi, với những loại dầu chứa những gốc axit béo không
no trong quá trình bảo quản có thể bị oxy hoá tạo mầu sắc khác
so với màu dầu gốc.
- Khối lợng riêng : Khối lợng riêng của dầu thực vật thờng nằm
trong khoảng d20=0,907- 0,971, do đó dầu nhẹ hơn nớc và nổi
trên bề mặt nớc. Dầu có các gốc axit càng nhiều cacbon và càng
no thì tỷ trọng càng lớn.

I.2.3. Tính chất hoá học của dầu thực vật [3,8,9]
Thành phần hóa học của dầu thực vật chủ yếu là các
triglyxerit, một loại este của axit béo và glyxerin nên chúng có
đầy đủ tính chất của một este điển hình :
* Phản ứng thuỷ phân :
ở điều kiện nhiệt độ, áp suất và xúc tác nhất định (thờng là
xúc tác axit,enzym) sẽ xảy ra phản ứng thuỷ phân este lần lợt tạo
thành các ditriglyxerit và monotriglyxerit, cuối cùng là axit béo và
glyxerin. Đây là các phản ứng thuận nghịch :

Phạm Đăng Sơn
2 K47

7

Hóa dầu


Ket-noi.com kho ti liu min phớ
CH2

R1

COO CH2

R2

COO CH + H2O

R2

COO CH + R1 COOH

R3

COO CH2

R3

COO CH2

HO

HO

CH2

R2

COO CH

R3

COO CH2
HO

CH2

HO

CH

+

+

H2O
R3

H2O

HO

CH2

HO

CH

+

COO CH2
HO

CH2

HO

CH

+

HO CH2
R3 COO CH2
Phản ứng tổng quát có thể viết nh sau :
R1 COOH
R1 COO CH2
R2

COO CH + 3H2O

R2 COOH

R2 COOH

+

R3 COOH

CH2 OH
CH OH

CH2 OH
R3 COOH
COO CH2
* Phản ứng xà phòng hoá
Trong môi trờng kiềm, este trong dầu thực vật sẽ phản ứng với
kiềm tạo thành muối natri (kali) của axit béo (thành phần chính
của xà phòng) và glyxerin. Quá trình xà phòng hoá cũng xảy ra
theo từng giai đoạn nh quá trình thuỷ phân, cho ta nhiều sản

phẩm khác nhau nhng sản phẩm cuối cùng là xà phòng và
glyxerin. Phản ứng này xảy ra hoàn toàn một chiều :
CH2 OH
R1 COONa
R1 COO CH2
R3

R2

COO CH + 3NaOH

R2 COONa+ CH OH

CH2 OH
R3 COONa
COO CH2
Đây là phản ứng cơ bản trong quá trình sản xuất xà phòng
và glyxerin từ dầu thực vật.
* Phản ứng trao đổi este.
Trong môi trờng có các xúc tác vô cơ nh axit H2SO4, HCl hay
các xúc tác bazơ nh NaOH, KOH các este trong dầu thực vật có
thể tiến hành este hoá trao đổi với các rợu bậc 1 nh metylic,
etylictạo thành các este axit béo với các rợu tơng ứng và glyxerin.
Với R là gốc hydrocacbon của rợu, phản ứng dạng tổng quát nh sau:
Phạm Đăng Sơn
8
Hóa dầu
2 K47
R3

Ket-noi.com kho ti liu min phớ
R1

COO CH2

R1 COOR

R2

COO CH + 3ROH

R2 COOR

CH2 OH

+

CH OH

CH2 OH
R3 COOR
COO CH2
Phản ứng này là phản ứng cơ bản để tổng hợp biodiezel.
Este của các axit béo với rợu bậc một có thể thay thế nhiên liệu
diezel trong các động cơ diezel, giảm thiểu một cách đáng kể lợng khí độc hại thải ra môi trờng.
Bên cạnh đó, các gốc axit béo trong dầu thực vật có thể dẫn
đến một số tính chất hoá học khác :
* Phản ứng cộng hợp:
+ Cộng hợp hiđro : khi có mặt xúc tác Niken và dới áp suất

nhiệt độ cao, các gốc axit béo không no trong dầu thực vật có
thể cộng hợp với hiđro để tạo thành các gốc axit béo no. Quá
trình no hóa dầu thực vật thờng làm tăng độ nhớt và làm rắn
đặc dầu thực vật.
+ Cộng hợp halogen : dầu thực vật có thể tác dụng với
halogen ở những liên kết cha no trong gốc axit.
* Phản ứng oxy hoá :
Các liên kết đôi trong gốc axít cha no của dầu thực vật rất
dễ bị oxy hoá. Tuỳ thuộc vào chất oxy hoá và môi trờng oxy hoá
mà tạo ra các sản phẩm nh peroxyt, xetoaxithay đứt mạch tạo
thành các chất có phân tử lợng nhỏ hơn. Quá trình oxy hoá có
thể xảy ra khi dầu thực vật tiếp xúc trực tiếp với không khí và
làm cho dầu bị biến chất, giảm chất lợng.
Sự ôi chua của dầu : Do trong dầu có lẫn nớc, vi sinh vật và
các loại mennên trong quá trình bảo quản thờng xẩy ra các
phản ứng biến đổi phân huỷ làm ảnh hởng đến màu sắc, mùi
vị mà ngời ta gọi là sự ôi chua của dầu.
R3

I.2.4. Các chỉ số quan trọng của dầu thực vật
[3,8,9]
Để biểu thị tính chất và cấu tạo của từng loại dầu, ngời ta
thống nhất quy định một số chỉ tiêu có tính chất đặc trng cho
dầu thực vật. Những chỉ số này có thể giúp ta đánh giá sơ bộ
phẩm chất của dầu thực vật, đồng thời giúp quá trình tính toán
đợc thuận lợi.
* Chỉ số xà phòng hoá : là số miligam KOH cần thiết để
trung hoà và xà phòng hoá hết 1g dầu. Thông thờng dầu thực vật
Phạm Đăng Sơn
2 K47

9

Hóa dầu


Ket-noi.com kho ti liu min phớ
có chỉ số xà phòng hoá khoảng 170-260. Chỉ số này càng cao
thì dầu chứa càng nhiều axit béo phân tử lợng thấp và ngợc lại.
* Chỉ số axit : là số miligam KOH cần thiết để trung hoà
hết lợng chất béo tự do có trong 1g dầu. Chỉ số axit của dầu thực
vật không cố định, dầu càng biến chất và bị oxi hoá thì chỉ số
axit càng cao.
* Chỉ số iốt : là số gam Iốt cần thiết tác dụng hết với 100g
dầu (Is). Chỉ số Iốt biểu thị mức độ không no của dầu. Nếu chỉ
số này càng cao thì dầu thực vật càng chứa nhiều các gốc axit
béo không no và ngợc lại.
Bảng I.1 Các tính chất vật lý và hoá học của
dầu thực vật
Tên dầu

KV

CR

CN

HH
V
Dầu bông 33,7 0,25 33,7 39,4

Dầu nho
37,3 0,31 37,5 39,7
Dầu hớng 34,4 0,28 36,7 39,6
dơng
Dầu vừng 36,0 0,25 40,4 36,4
Dầu nành 28,0 0,24 27,6 39,3
Dầu thầu 33,1 0,24 38,1 36,6
dầu
Dầu lạc
24,0 0,21 52,9 39,8
Dầu cọ
34,2 0,22 34,5 39,8

AC

SC

IV

SV

0,02
0,01 113,20 207,71
0,006 0,01 108,05 197,07
0,01
0,01 132,32 191,70
0,002 0,01 91,76
210,34
0,01
0,01 156,74 188,71

0,006 0,01 69,82
220,78
0,01
0,01

0,02 98,62
197,63
0,01 102,35 197,56

Trong đó :
KV : Độ nhớt động học, mm2/s tại 311K
CR : Cặn cacbon, % khối lợng
CN : Trị số xetan
HHV : Nhiệt trị, MJ/kg
AC : Hàm lợng tro, % khối lợng
SC : Hàm lợng lu huỳnh, % khối lợng
IV : Chỉ số iot, g I2/g dầu
SV : Chỉ số xà phòng, mg KOH/g

I.2.5. Các loại dầu thực vật thông dụng [6,8,11]
* Dầu đậu nành : Dầu đậu nành đợc chiết xuất từ hạt đậu
nành. Cây đậu nành là loại cây trồng rất phổ biến ở nhiều nơi
Phạm Đăng Sơn
2 K47

10

Hóa dầu

Ket-noi.com kho ti liu min phớ
trên thế giới, đặc biệt ở Bắc Mỹ. Dầu tinh khiết có màu vàng
sáng, thành phần axit béo chủ yếu là axit lioleic (50-57%), oleic
(23-29%). Dầu đậu nành đợc dùng nhiều trong thực phẩm. Nó đợc
dùng chủ yếu làm dầu rán, dầu ăn. Bên cạnh đó, từ dầu đậu nành
có thể tách ra đợc lexetin dùng trong dợc liệu, trong sản xuất bánh
kẹo. Ngoài ra dầu đậu nành có thể dùng để sản xuất xà phòng,
vecni, sơn và là nguyên liệu lý tởng và rất thông dụng để sản
xuất biodisel.
* Dầu dừa : Dừa là một loại cây nhiệt đới đợc trồng nhiều ở
Châu Mỹ La Tinh, Châu Phi, Đông Nam á, ấn Độ. Trong vùng Đông
Nam á thì Philipin là nớc nổi tiếng về trồng và xuất khẩu dầu
dừa. ở Việt Nam dừa đợc trồng rất nhiều ở các vùng Nam Trung Bộ
nh Bình Định, Phan ThiếtDừa là cây sinh trởng lâu năm, thích
hợp với khí hậu nóng ẩm và có thể trồng đợc ở những vùng đất
mặn, chua. Dầu dừa đợc chiết từ cơm dừa, có chứa các axit béo
no mạch trung bình nh axit lauric (44-52%), myristic (13-19%),
panmitic(7,5-10,5%). Hàm lợng các axit béo không no trong dầu
dừa rất ít. Dầu dừa sử dụng nhiều để chế biến thực phẩm, sản
xuất macgarin và là nguyên liệu tốt để sản xuất xà phòng và
biodiezel.
* Dầu cọ : Cọ là một loại cây nhiệt đới đợc trồng nhiều ở
Chilê, Ghana, Tây Phi và một số nớc Châu á. ở khu vực Đông Nam
á thì Malaysia là nớc trồng và xuất khẩu nhiều dầu cọ nhất. ở
Việt Nam cọ đợc trồng chủ yếu ở vùng trung du phía Bắc với diện
tích không nhiều. Từ cây cọ có thể sản xuất đợc dầu nhân cọ và
dầu cùi cọ. Đây là hai loại dầu khác nhau có những ứng dụng khác
nhau. Dầu cùi cọ có màu vàng đợc dùng để ăn trực tiếp hay chế
biến thành bơ, mỡ thực vật. Dầu cùi cọ có chứa nhiều caroten nên
còn đợc dùng để sản xuất tiền sinh tố A. Dầu nhân cọ dùng để

sản xuất bánh kẹo. Cả hai loại dầu này đều có thể dùng để nấu
xà phòng hay để tổng hợp biodiezel.
* Dầu sở : Cây sở là một loại cây lâu năm đợc trồng nhiều ở
vùng nhiệt đới. ở nớc ta, sở đợc trồng nhiều ở các tỉnh trung du
phía bắc. Thành phần axit béo của dầu sở bao gồm axit oleic
(>60%), axit lioleic (15-24%) và axit panmitic (15-26%). Dầu sở
sau khi tách saposin dùng là dầu thực phẩm rất tốt. Dầu sở là
nguyên liệu tốt trong công nghiệp sản xuất xà phòng hay tổng
hợp biodiezel
Phạm Đăng Sơn
2 K47

11

Hóa dầu


Ket-noi.com kho ti liu min phớ
* Dầu bông : Bông là loại cây trồng một năm. Trong dầu bông
có sắc tố carotenoit và đặc biệt là gossipol và các dẫn xuất của
nó làm dầu bông có màu đặc biệt : màu đen hoặc màu sẫm.
Gossipol là một độc tố mạnh nên muốn chuyển dầu bông thành
dầu thực phẩm phải tách gossipol ra bằng phơng pháp tinh chế
dùng kiềm hay axit antranilic. Trong dầu bông có chứa nhiều axit
béo no Panmitic nên ở nhiệt độ phòng nó ở thể rắn. Bằng cách
làm lạnh dầu ngời ta có thể tách đợc axit panmitic dùng để sản
xuất macgarin và xà phòng. Dầu bông cũng có thể dùng để sản
xuất biodiezel
* Dầu hớng dơng : Hớng dơng là loại cây một năm và đợc
trồng rất nhiều ở xứ lạnh nh các nớc ở Châu Âu, Châu á, Bắc Mỹ

và đặc biệt ở Liên Xô (chiếm 90% sản lợng thế giới). Đây là có mùi
vị đặc trng và có màu vàng sáng tới đỏ. Dầu hớng dơng có chứa
nhiều protein nên là một loại thực phẩm rất quý. Dầu hớng dơng
cũng là nguyên liệu tốt để tổng hợp biodiezel.
* Dầu thầu dầu : Dầu thầu dầu hay còn gọi là dầu ve đợc
lấy từ hạt quả của cây thầu dầu. Cây thầu dầu đợc trồng nhiều ở
vùng có khí hậu nhiệt đới. Những nớc sản xuất dầu thầu dầu là
Braxin (36%), ấn Độ ( 6%), Trung Quốc, Liên Xô cũ, Thái Lan. Tại
Việt Nam, thầu dầu đợc trồng nhiều ở vùng trung du Bắc bộ,
Thanh Hoá, Nghệ Tĩnh.Tuy nhiên dầu thầu dầu ở Việt Nam vẫn
còn nhập từ Trung Quốc. Dầu thầu dầu là loại dầu không khô, chỉ
số axit từ 80-90, tỷ trọng lớn, tan trong ankan, không tan trong
xăng và dầu hoả. Hơn nữa, do độ nhớt cao của dầu thầu dầu so
với các loại dầu khác nên ngay từ đầu dầu thầu dầu đã đợc sử
dụng trong công nghiệp dầu bôi trơn. Hiện nay dầu thầu dầu vẫn
là một trong các loại dầu nhờn cao cấp dùng trong động cơ máy
bay, xe lửa và các máy có tốc độ cao, trong dầu phanhDầu thầu
dầu đợc dùng trong nhiều lĩnh vực nh y tế (làm thuốc tẩy và
thuốc nhuận tràng), công nghiệp mỹ phẩm và hơng liệu, công
nghiệp chất dẻo, công nghiệp giấy (làm giấy than, giấy nến và
mực in), công nghiệp dệt nhuộm, công nghiệp sơn , dùng trong
thuộc da và cũng có thể dùng để tổng hợp biodiezel.
Nói chung, hầu hết các loại dầu thực vật thông dụng đều có
thể dùng để tổng hợp biodiezel. Tuy nhiên, phụ thuộc vào hàm lợng axit béo tự do khác nhau trong từng loại dầu mà đòi hỏi quá
trình xử lý và tinh chế khác nhau. ở mỗi vùng, mỗi quốc gia có thế
mạnh về trồng loại cây lấy dầu nào thì có thể tổng hợp biodiezel
Phạm Đăng Sơn
2 K47

12

Hóa dầu


Ket-noi.com kho ti liu min phớ
từ dầu của loại cây trồng ấy. Nớc ta rất có thế mạnh về các loại
cây nh dừa, đậu nành và thầu dầu, vì vậy cần đầu t và quy
hoạch vùng trồng trọt, sản xuất để đảm bảo lợng nguyên liệu cho
quá trình sản xuất biodiezel vốn sẽ phát triển rất mạnh trong tơng
lai gần.

I.2.6. Vài nét về cây
[6,11,13,17,21,25,30,32]

dừa

và

dầu

dừa

Cây dừa là một trong rất ít các loại cây mà tất cả các bộ
phận của chúng đều có công dụng hữu ích. Nớc dừa làm nớc giải
khát, cơm dừa làm thực phẩm hay ép lấy dầu, vỏ ngoài dừa dùng
làm nguyên liệu sản xuất than hoạt tính chất lợng cao, vỏ trong
dừa (gáo dừa) chế tác thành các sản phẩm thủ công mỹ nghệ,
cành lá dừa dùng làm vật liệu lợp mái nhà, thân và rễ dừa phơi
khô dùng làm củi đun hay vật liệu xây dựngChính vì vậy mà
dừa còn có tên gọi là cây của cuộc sống (tree of life). Dừa là

loại cây thân gỗ, sinh trởng ở những vùng khí hậu nhiệt đới, có
thể chịu đợc đất mặn, đất cát rất tốt, do đó ta hay gặp loài
cây này ở những vùng nhiệt đới ven biển hay trên các đảo nhiệt
đới. Tuy vậy, dừa không thể sống đợc ở vùng khí hậu lạnh giá bởi
tính chịu lạnh rất kém, thậm chí khi còn nhỏ chỉ một đợt lạnh
ngắn ngày cũng có thể làm chết cây. Dừa là loài cây a sáng,
cần rất nhiều năng lợng từ ánh sáng mặt trời nên không thể phát
triển và có thể tàn lụi khi sinh trởng trong khu vực không có ánh
nắng mặt trời (trong nhà, dới tán của các loại cây khác..). Cây
dừa đợc nhân giống từ quả dừa, đây là một loại hạt có thể chịu
nhiều điều kiện thời tiết nhất. Quả dừa có lớp vỏ ngoài đặc biệt
nhẹ và không thấm nớc, chúng làm cho quả dừa có thể trôi nổi
thời gian dài trên biển trớc khi bị sóng đánh và một vùng đất nào
đó để nảy mầm. Vỏ trong dừa rất cứng để bảo vệ mầm và cơm
dừa. Chỉ cần có một lợng nớc ngọt cần thiết tới đều đặn là dừa
có thể nảy mầm đợc.Tất cả những chất dinh dỡng ban đầu cần
thiết cho sự phát triển của cây con đều đã có ở trong cơm và nớc dừa nên cây dừa non không cần nhiều chất dinh dỡng từ đất.
Khi cây dừa phát triển, bộ rễ của chúng đâm sâu xuống lòng
đất để hút nớc và các chất dinh dỡng. Do bộ rễ chùm dài và khỏe
nên chúng có thể tồn tại ở những vùng đất cát, đất mặn bề mặt
ven biển mà không cần chăm bón hay tới nớc. Dừa đợc trồng rất
nhiều ở những nớc nhiệt đới, sau khi trồng từ 8-10 năm dừa bắt
Phạm Đăng Sơn
2 K47

13

Hóa dầu

Ket-noi.com kho ti liu min phớ
đầu cho thu hoạch quả. Cây dừa cho trái quanh năm,và thời gian
cho trái của cây dừa kéo dài trong khoảng 70-80 năm, trung
bình một cây có thể cho một chùm khoảng 60-80 trái/tháng.Với
những đặc tính nh vậy, dừa đã trở thành một loại cây mang lại
rất nhiều thu nhập cho nhiều nớc vùng nhiệt đới. ở một số hòn
đảo thuộc Thái Bình Dơng, đời sống của nhiều ngời bản địa
phụ thuộc hoàn toàn vào loại cây này.
Dầu dừa là loại dầu có giá trị và nhiều công dụng nhất trong
các loại dầu thực vật, chính vì vậy dầu dừa là một trong các loại
dầu thực vật có giá thành đắt nhất. Dầu dừa đợc chiết xuất từ
cơm dừa khô (cơm dừa đợc phơi khô tự nhiên dới ánh nắng mặt
trời hay sấy khô dới tác dụng của nhiệt độ), mục đích của quá
trình này là loại bỏ phần lớn lợng nớc có trong cơm dừa, nâng cao
giá trị của dầu dừa. Cơm dừa khô sau đó đợc đa vào ép lấy dầu,
bã dừa sau khi ép có thể làm thực phẩm, phân bón hay làm thức
ăn gia súc rất tốt vì chúng có chứa khá nhiều protein (18-25%).
Cơm dừa chứa hàm lợng lớn dầu, từ 65%-72% nên trung bình cứ
19 quả cho một lít dầu dừa. Sản lợng dầu dừa luôn lớn hơn nhiều
so với các loại dầu thực vật khác, chiếm 20% tổng sản lợng các loại
dầu thực vật. Mặc dù loại cây này đợc trồng rộng rãi ở nhiều quốc
gia nhng Philipin là nớc sản xuất dầu dừa lớn nhất thế giới. Trung
bình hàng năm nớc này sản xuất tới 1,4 tỷ m 3 dầu dừa. Chỉ 20%
trong sản lợng đó đợc sử dụng cho nhu cầu trong nớc trong khi
80% lợng dầu dừa còn lại dành cho xuất khẩu.
Dầu dừa là chất lỏng màu vàng nhạt, kết tinh và đông đặc
khi nhiệt độ giảm xuống dới 250C cho ta chất rắn dạng sáp mềm
màu trắng. Thành phần các gốc axit béo trong triglyxerit của dầu
dừa nh sau :
Bảng 1.2: Thành phần các gốc axit béo trong

dầu dừa
Thành phần
Axit
Axit
Axit
Axit
Axit

Lauric
Myristic
Caprylic
Palmitic
Capric

Phạm Đăng Sơn
2 K47

Kí hiệu
(Số nguyên tử
C:Liên kết đôi)

Hàm lợng (%)

C12:0
C14:0
C8:0
C16:0
C10:0

39-54

15-23
6-10
6-11
5-10

14

Hóa dầu


Ket-noi.com kho ti liu min phớ
Axit Oleic
Axit Stearic
Axit Linoleic

C18:1
C18:0
C18:2

4-11
1- 4
1-2

Do thành phần nhiều gốc hydrocacbon no đã dẫn đến tính
chất nhiệt độ kết tinh cao của dầu dừa. Các thông số lý hóa cơ
bản của dầu dừa đợc thể hiện trong bảng sau :
Bảng 1.3 : Tính chất lý hóa của dầu dừa
Tính chất
Tỷ trọng ở 400C
Trị số xetan

Chỉ số Iốt
Nhiệt độ nóng chảy
Độ nhớt ở 400C
Nhiệt độ đông đặc
Nhiệt độ lu chuyển
Điểm chớp cháy
Chỉ số xà phòng hóa

Giá trị
0,9 - 0,94
70
8-10
250C
25,58mm2/s
25,10C
200C
2250C
246-260

Ngoài ra, dầu dừa còn là một chất dẫn nhiệt hiệu quả, có khả
năng bôi trơn cao, hòa trộn tốt với các loại nhiên liệu khác (diezel ,
kerosen) và có thể chuyển hóa sang nhiên liệu biodiezel một cách
dễ dàng.
Dầu dừa có thể sử dụng trực tiếp làm nhiên liệu cho động cơ
diezel. So với các loại dầu thực vật khác, dầu dừa có u điểm là chỉ
số iốt rất thấp (từ 8-10). Chỉ số iốt là thông số phản ánh hàm lợng
hidrocacbon không no trong nhiên liệu. Đây là một thông số quan
trọng của dầu thực vật quyết định xem liệu loại dầu thực vật đó
có thể sử dụng trực tiếp làm nhiên liệu cho động cơ diezel hay
không. Đối với các loại dầu thực vật có chỉ số iốt nhỏ hơn 25 có

thể dùng trực tiếp làm nhiên liệu mà không phải thay đổi cấu tạo
của động cơ, với các loại dầu có chỉ số iốt lớn hơn thì khả năng
trùng hợp tăng do hàm lợng các hiđrocacbon không no trong dầu
lớn, do đó việc sử dụng trực tiếp làm nhiên liệu cho động cơ bị
hạn chế hay động cơ phải thay đổi cấu tạo một số chi tiết (vòi
phun, bầu lọc) mới có thể thích hợp cho việc sử dụng những loại
dầu thực vật đó. Nh vậy chỉ có dầu dừa mới có thể có chỉ số iốt
phù hợp để sử dụng trực tiếp làm nhiên liệu cho động cơ diezel,
Phạm Đăng Sơn
2 K47

15

Hóa dầu


Ket-noi.com kho ti liu min phớ
tuy nhiên nhiệt độ nóng chảy cao (24-250C) đã hạn chế việc sử
dụng dầu dừa làm nhiên liệu ở các vùng có nhiệt độ thấp.
Để sử dụng dầu dừa trực tiếp làm nhiên liệu cho động cơ
diezel, ngoài việc nhiệt độ môi trờng phải cao hay có cách gia
nhiệt cỡng bức để giữ cho dầu dừa luôn ở thể lỏng, ngời ta phải
thay đổi chế độ chạy của động cơ. Khi khởi động và kết thúc
động cơ sẽ sử dụng nhiên liệu diezel, khi chạy ổn định sẽ chuyển
sang dùng nhiên liệu dầu dừa. Vì quá trình hoạt động này khá
phức tạp nên ngời ta có thể trộn một phần dầu dừa vào diezel
hoặc kerosen để làm nhiên liệu cho động cơ. Các nghiên cứu đã
chứng minh rằng nếu trộn dới 20% dầu dừa vào nhiên liệu thì vẫn
đảm bảo đợc chế độ hoạt động của động cơ mà không phải
thay đổi cấu tạo. Tuy nhiên nếu xét trong một thời gian dài thì

loại nhiên liệu sử dụng trực tiếp dầu dừa này vẫn mang đến
những vấn đề xấu cho động cơ nh lợng cặn bám vào vòi phun,
tắc bầu lọc, giảm khoảng nhiệt độ hoạt động của nhiên liệu
mà lý do chính vẫn là độ linh động kém của loại dầu này.
Chính vì vậy một vấn đề đặt ra là phải giảm độ nhớt, giảm
nhiệt độ đông đặc của dầu dừa bằng một phơng pháp nào đó
mà vẫn đảm bảo khả năng sử dụng làm nhiên liệu cho động cơ.
Và phơng pháp tổng hợp biodiezel đi từ dầu dừa đã giải quyết
triệt để vấn đề này.

I.3. Động cơ và nhiên liệu diezel
I.3.1. Động cơ diezel [2,4]
Động cơ diezel đợc Rulof Diezel sáng chế vào đầu thế kỉ 20,
và là loại động cơ phổ biến nhất trên thế giới. Mặc dù ra đời sau
động cơ xăng, nhng nó đợc sử dụng rất rộng rãi trong công
nghiệp cũng nh trong giao thông vận tải (dùng cho các loại phơng
tiện giao thông đờng bộ, đờng sắt và đờng thuỷ). Do có tỷ số
nén cao hơn động cơ xăng nên động cơ diezel có công suất lớn
hơn động cơ xăng khi sử dụng cùng một lợng nhiên liệu. Mặt
khác, giá nhiên liệu diezel lại rẻ hơn giá nhiên liệu xăng nên thế giới
đang có xu hớng diezel hoá động cơ.Tuy nhiên cấu tạo phức tạp và
cồng kềnh là hai nhợc điểm cần khắc phục của động cơ diezel.
Nguyên lý hoạt động của động cơ diezel gần giống với động
cơ xăng. Động cơ diezel cũng có 4 chu kì hút, nén, nổ, xả nhng
quá trình hút chỉ hút không khí chứ không hút hỗn hợp nhiên liệu
và không khí nh trong động cơ xăng. Không khí đợc nén tới một
Phạm Đăng Sơn
2 K47

16

Hóa dầu


Ket-noi.com kho ti liu min phớ
mức độ nhất định thì bơm cao áp bơm nhiên liệu vào. Nhiên
liệu phun vào gặp nhiệt độ và áp suất rất cao của không khí
trong xylanh sẽ nhanh chóng bay hơi rồi tự bốc cháy. Quá trình
cháy sẽ xảy ra ở bất kì điểm nào trong xylanh mà ở đó hỗn hợp
nhiên liệu và không khí thích hợp nhất. Nh vậy, trong động cơ
diezel, hoá năng của quá trình cháy chuyển thành cơ năng. Tính
chất lý hoá của nhiên liệu sẽ ảnh hởng lớn đến quá trình cháy và
sinh công của động cơ diezel.

I.3.2. Yêu cầu về nhiên liệu diezel [1,2,4]
Để động cơ diezel là việc ổn định đòi hỏi nhiên liệu diezel
phải đảm bảo các chỉ tiêu chất lợng sau :
* Phải có tính tự cháy phù hợp : tính chất này đợc đánh giá
qua trị số xetan.
Trị số xetan là đơn vị đo quy ớc đặc trng cho khả năng tự
bắt lửa của nhiên liệu diezel, là một số nguyên, có giá trị đúng
bằng giá tri của hỗn hợp chuẩn có cùng khả năng tự bắt cháy. Hỗn
hợp chuẩn này gồm hai hydrocacbon n-xetan (C16H34) quy định là
100, có khả năng bắt cháy tốt và -metyl naphtalen (C11H10) quy
định là 0, có khả năng bắt cháy kém [1].
Trị số xetan xác định theo tiêu chuẩn ASTM-D 613. Khi sử
dụng nhiên liệu diezel phải chú ý đến trị số xetan phù hợp với số
vòng quay của động cơ, nếu không động cơ sẽ hoạt động không
bình thờng. Khi trị số xetan thấp hơn yêu cầu, động cơ làm
việc khó khăn, máy nóng, công suất giảm. Khi trị số xetan của

nhiên liệu cao hơn mức yêu cầu, hơi nhiên liệu tự cháy quá nhanh
nên cháy không hoàn toàn, xả khói đen, tiêu hao nhiên liệu, làm
bẩn máy và gây ô nhiễm môi trờng.
* Có khả năng tạo hỗn hợp cháy tốt : khả năng bay hơi tốt
và phun trộn tốt đợc đánh giá qua thành phần phân đoạn, độ
nhớt, tỷ trọng và sức căng bề mặt.
+ Thành phần chng phân đoạn : Thành phần chng cất
phân đoạn có ảnh hởng lớn đối với tính năng của động cơ diezel,
chỉ tiêu này đợc xác định theo tiêu chuẩn ASTM D 86.
- Nhiệt độ sôi 10% đặc trng cho phần nhẹ dễ bốc hơi
của nhiên liệu. Nếu thành phần nhẹ quá cao, khi cháy sẽ làm tăng
nhanh áp suất, động cơ làm việc quá cứng sẽ dẫn tới cháy kích
nổ. Thành phần nhẹ nhiều còn dẫn tới sự phun sơng không tốt,
giảm tính đồng nhất của hỗn hợp cháy, làm cho khí cháy tạo
Phạm Đăng Sơn
2 K47

17

Hóa dầu


Ket-noi.com kho ti liu min phớ
nhiều khói đen, tạo muội, làm bẩn máy và pha loãng dầu nhờn,
động cơ làm việc kém công suất, giảm tuổi thọ.
- Nhiệt độ sôi 50% đặc trng cho khả năng khởi động
của động cơ. Nhiên liệu có t 50% thích hợp sẽ làm động cơ khởi
động dễ dàng.
- Nhiệt độ sôi 90% và nhiệt độ sôi cuối đặc trng cho
khả năng cháy hoàn toàn của hơi nhiên liệu.

+ Độ nhớt động học : Độ nhớt của nhiên liệu diezel rất quan
trọng vì nó ảnh hởng đến khả năng bơm và phun trộn nhiên liệu
vào buồng đốt. Độ nhớt của nhiên liệu có ảnh hởng lớn đến kích
thớc và hình dạng của kim phun. Độ nhớt động học đợc xác định
ở 400C theo phơng pháp thử ASTM D 445
* Tính lu biến tốt : để đảm bảo khả năng cấp liệu liên tục,
yêu cầu này đợc đánh giá bằng nhiệt độ đông đặc, nhiệt độ
vẩn đục, tạp chất cơ học, hàm lợng nớc, nhựa.
+ Điểm đông đặc : Là nhiệt độ thấp nhất mà nhiên liệu
vẫn giữa đợc tính chất của chất lỏng. Điểm đông đặc đợc xác
định theo phơng pháp ASTM D 97.
+ Nớc và tạp chất cơ học : Đây là một trong nhng chỉ tiêu
quan trọng của nhiên liệu diezel. Nớc và cặn có ảnh hởng đến
chất lợng, tồn chứa và sử dụng. Nớc và tạp chất trong diezel đợc
xác định theo phơng pháp ASTM D 1796.
+ Hàm lợng nhựa thực tế : Sau khi ra khỏi nhà máy, trong
quá trình tồn chứa, vận chuyển, bảo quản nhiên liệu không tránh
khỏi việc tiếp xúc với nớc và không khí có thể tạo nhựa, cùng với
các cặn bẩn cơ học làm tắc bầu lọc, bẩn buồng đốt, tắc hệ
thống phun nhiên liệu. Vì vậy hàm lợng nhựa thực tế phải đợc
quy định dới mức giới hạn cho phép và đợc xác định theo phơng
pháp ASTM D381.
+ Nhiệt độ vẩn đục : Đây là một chỉ tiêu quan trọng, là
nhiệt độ tại đó các tinh thể sáp xuất hiện trong nhiên liệu ở
điều kiện thử nghiệm xác định. Nhiệt độ vẩn đục đợc xác
định theo phong pháp ASTM D 2500.
* ít tạo cặn trong quá trình cháy : khả năng này phục
thuộc vào thành phần phân đoạn và hàm lợng tro.
+ Hàm lợng tro : Là lợng tro còn lại sau khi đốt diezel đến
cháy hết, đợc tính bằng % khối lợng của lợng tro so cới lợng mẫu

ban đầu. Hàm lợng tro đợc xác định theo phơng pháp ASTM _ D
Phạm Đăng Sơn
2 K47

18

Hóa dầu


Ket-noi.com kho ti liu min phớ
485. Hàm lợng tro của nhiên liệu diezel càng thấp càng tốt và đợc
quy định ở dới mức giới hạn cho phép.
* ít ăn mòn, có khả năng bảo vệ : khả năng này của nhiên
liệu đợc đánh giá qua trị số axit, hàm lợng lu huỳnh, độ ăn mòn
lá đồng và hàm lợng mercaptan.
+ Trị số axit : Đợc xác định theo phơng pháp ASTM D 974.
Trị số axit tính bằng số mg KOH để trung hoà hết lợng axit tự do
trong 1g nhiên liệu. Trị số này phản ánh hàm lợng axit tự do (cả vô
cơ và hữu cơ) trong nhiên liệu và qua đó đánh giá đợc mức độ
ăn mòn của các chi tiết kim loại khi tiếp xúc với nhiên liệu.
+ Hàm lợng lu huỳnh : Lu huỳnh trong diezel tồn tại ở
nhiều dạng khác nhau nh mercaptan, sunfat, thiophenCác hợp
chất lu huỳnh trong diezel đều có hại. Chúng gây ăn mòn, tạo
khói thải độc hại làm ô nhiễm môi trờng. Hàm lợng lu huỳnh đợc
xác định theo phơng pháp ASTM D 129 và có giá trị càng thấp
càng tốt.
+ Độ ăn mòn lá đồng : Nhằm đánh giá có tính chất định
tính độ ăn mòn của nhiên liệu đối với các chi tiết chế tạo từ
đồng, xác định theo phơng pháp ASTM D 130.
* An toàn về phơng diện cháy nổ : thể hiện qua nhiệt

độ chớp cháy.
+ Nhiệt độ chớp cháy : Nhiệt độ chớp cháy là nhiệt độ
thấp nhất (ở điều kiện áp suất không khí) mẫu nhiên kiệu thử
nghiệm hầu nh bắt cháy khi ngọn lửa xuất hiện và tự lan truyền
một cách nhanh chóng trên bề mặt mẫu. Nhiệt độ chớp cháy cốc
kín đợc xác định theo phơng pháp ASTM D 93.
Có thể tham khảo các chỉ tiêu chất lợng nhiên liệu diezel của
Việt Nam trong bảng sau :
Bảng 1.4 : Chỉ tiêu chất lợng của một số loại nhiên liệu
diezel của Việt Nam
Tên chỉ tiêu
Trị số xetan, min

Mức
DO
DO 1,0
0,5% S
%S
50
45

Hàm lợng lu huỳnh(% kl), max

0,5

1,0

Nhiệt độ cất( 0C) 90% thể tích,

370

370

Phạm Đăng Sơn
2 K47

19

Phơng
pháp thử
ASTM D 976
ASTM D 129
ASTM D
2622
TCVN 2698Hóa dầu


Ket-noi.com kho ti liu min phớ
max
Điểm chớp cháy cốc kín (0C),
min
Độ nhớt động học ở 400C(cSt ,
mm2/s)

95
60

50

ASTM D 93

1,8-5,0

1,8-5,0

ASTM D 445

Cặn carbon của 10% chng cất,
% kl, max

0,3

0,3

ASTM D 189
TCVN 632197

Điểm đông đặc (0C), max
- Các tỉnh phía Bắc
- Các tỉnh phía Nam (từ Đà
Nẵng trở vào)

+5
+9

+5
+9

TCVN 375395
ASTM D 97

Hàm lợng tro, %kl, max

0,01

0,01

Hàm lợng nớc-tạp chất cơ học,
%V, max

0,05

0,05

ăn mòn mảnh đồng ở 500C
trong 3h, max

N01

N01

Báo cáo

Báo cáo

Hàm lợng nhựa tế, mg/100ml

TCVN 269095
ASTM D 482
ASTM D

2709
ASTM D 130
TCVN 317879

I.3.3. Khí thải của nhiên liệu diezel truyền thống
[28,35]
Nhiên liệu diezel chủ yếu đợc lấy từ hai nguồn chính là quá
trình chng cất trực tiếp dầu mỏ và quá trình cracking xúc tác.
Các thành phần phi hydrocacbon trong nhiên liệu diezel nh các hợp
chất lu huỳnh, nitơ, nhựa, asphantentơng đối cao, chúng
không những gây nên các vấn đề về động cơ mà còn gây ô
nhiễm môi trờng mạnh. Đặc biệt ngày nay với xu hớng diezel hoá
động cơ thì vấn đề ô nhiễm môi trờng càng trở lên cấp thiết.
Các loại khí thải chủ yếu của động cơ diezel là SO 2, NOx, CO, CO2,
hydrocacbon thơm... Khí SO2 không nhng gây ăn mòn mà còn
gây ma axit, tác động xấu đến sức khoẻ con ngời, mùa màng,
cây cối Khí CO2 là nguyên nhân gây hiệu ứng nhà kính. Khí
CO đợc tạo ra do quá trình cháy không hoàn toàn của nhiên liệu,
nó là loại khí không màu, không mùi, không vị, không gây kích
thích da nhng nó rất nguy hiểm với con ngời. Lợng CO khoảng 70
phần triệu (ppm) có thể gây các triệu chứng nh đau đầu, mệt
mỏi, buồn nôn. Lợng CO khoảng 150-200ppm gây bất tỉnh, mất
Phạm Đăng Sơn
20
Hóa dầu
2 K47


Ket-noi.com kho ti liu min phớ
trí nhớ và có thể dẫn đến chết ngời. Thành phần hydrocacbon

không cháy hết trong khí thải đặc biệt là các hydrocacbon thơm
là nguyên nhân gây ra bệnh ung th. Ngoài ra, các chất rắn dạng
hạt rất nhỏ khó nhận biết có lẫn trong khí thải cũng gây ô nhiễm
không khí và là nguyên nhân gây ra các bệnh về hô hấp.
Các nớc trên thế giới hiện nay đều quan tâm đến vấn đề về
hiệu quả kinh tế và môi trờng, vì vậy xu hớng phát triển của
nhiên liệu diezel là tối u hoá trị số xetan, giảm hàm lợng lu huỳnh
xuống mức thấp nhất, mở rộng nguồn nhiên liệu và tìm kiếm nhng nhiên liệu sạch ít gây ô nhiễm môi trờng. Trớc khi tìm ra
những nguồn nhiên liệu sạch mới có thể đáp ứng toàn bộ những
chỉ tiêu kinh tế và môi trờng đó thì việc nâng cao chất lợng
nhiên liệu diezel khoáng hiện có là rất cần thiết.

I.3.4. Các phơng pháp nâng cao chất lợng nhiên liệu
diezel [2,4]
Có bốn phơng pháp có thể làm sạch và nâng cao chất lợng
của nhiên liệu diezel :
* Phơng pháp pha trộn : Sử dụng việc pha trộn giữa
diezel sạch với diezel bẩn hơn để thu đợc diezel đảm bảo chất lợng. Phơng pháp này có hiệu quả kinh tế khá cao, có thể pha trộn
với các tỷ lệ khác nhau để có nhiên liệu diezel thoả mãn yêu cầu.
Tuy nhiên trên thế giới có rất ít nguồn dầu thô sạch (có ít thành
phần phi hydrocacbon) nên phơng pháp này không có tính phổ
biến cao.
* Phơng pháp hydro hoá làm sạch : Phơng pháp này có
u điểm là hiệu quả làm sạch rất cao, các hợp chất phi
hyđrocacbon đợc giảm xuống rất thấp nên nhiên liệu diezel rất
sạch. Tuy nhiên phơng pháp này ít đợc lựa chọn vì vốn đầu t khá
cao.
* Phơng pháp nhũ hoá nhiên liệu diezel : Bản chất của
phơng pháp này là đa nớc vào nhiên liệu diezel để tạo thành
dạng nhũ tơng. Loại nhiên liệu này có nồng độ oxy cao hơn nên

quá trình cháy sạch hơn. Nếu đa vào sử dụng trong thực tế thì
phơng pháp này không những góp phần giảm đợc ô nhiễm môi
trờng mà còn có giá trị kinh tế rất cao. Tuy nhiên hiện nay phơng
pháp này vẫn đang trong giai đoạn nghiên cứu thử nghiệm trong
phòng thí nghiệm.
Phạm Đăng Sơn
2 K47

21

Hóa dầu


Ket-noi.com kho ti liu min phớ
* Phơng pháp đa chất chứa oxy vào nhiên liệu
diezel khoáng gọi là nhiên liệu sinh học. Dạng nhiên liệu này
cũng có nồng độ oxy cao hơn, giảm lợng cặn bẩn, tạp chất , vì
vậy quá trình cháy sạch và ít tạo cặn.
Trong bốn phơng pháp trên thì phơng pháp thứ t là phơng pháp đợc nhiều nớc quan tâm nhiều nhất và tập trung
nghiên cứu nhiều nhất vì đây là phơng pháp lấy từ nguồn
nguyên liệu sinh học. Đó là nguồn nguyên liệu có thể coi là vô tận,
tái sử dụng đợc. Nhiên liệu sinh học tổng hợp từ sinh khối khi cháy
tạo ra rất ít các khí thải nh CO, SOx, H2S, hydrocacbon thơm...nên
giảm thiểu khả năng gây ô nhiễm môi trờng rất nhiều.Trong số
các nhiên liệu đó, biodiezel xuất hiện nh là một nhiên liệu sinh
học điển hình, đã, đang và sẽ là nguồn nhiên liệu lý tởng trong
tơng lai thay thế cho nhiên liệu khoáng sẽ bị khai thác cạn kiệt
trong một tơng lai không xa.

I.4. Tổng quan về biodiezel

I.4.1. Nhiên liệu sinh học
Trong các phơng pháp nhằm nâng cao chất lợng nhiên liệu
diezel thì phơng pháp sử dụng nhiên liệu sinh học là phơng pháp
có hiệu quả nhất và đợc sử dụng nhiều nhất. Nhiên liệu sinh học
đợc định nghĩa là bất cứ loại nhiên liệu nào nhận đợc từ sinh
khối. Chúng bao gồm bioetanol, biodiezel, biogas, dimetylete sinh
học và dầu thực vật. Nhiên liệu sinh học đợc sử dụng nhiều hiện
nay trong giao thông vận tải là etanol sinh học, diezel sinh học và
xăng pha etanol. Có thể so sánh giữa nhiên liệu có nguồn gốc dầu
mỏ với nhiên liệu sinh học nh sau :
Bảng 1.5 : So sánh nhiên liệu sinh học và nhiên
liệu khoáng
Nhiên liệu dầu mỏ
Sản xuất từ dầu mỏ
Có hàm lợng lu huỳnh cao
Chứa hàm lợng chất thơm
Khó phân huỷ sinh học
Không chứa hàm lợng oxy
Phạm Đăng Sơn
2 K47

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

22

Hóa dầu


Ket-noi.com kho ti liu min phớ
Điểm chớp cháy cao

Điểm chớp cháy cao

Nh vậy, việc phát triển nhiên liệu sinh học có lợi về nhiều
mặt nh giảm đáng kể các khí thải độc hại, mở rộng nguồn năng
lợng, đảm bảo an ninh năng lợng, giảm sự phụ thuộc vào nhiên
liệu nhập khẩu đồng thời đem lại nhiều lợi nhuận cho các nhà
máy sản xuất và tạo nhiều việc làm cho ngời dân

I.4.2. Giới thiệu về biodiezel [7,8,14,15,36,37]
Trớc đây, khi động cơ diezel đợc phát minh ra thì nhiên liệu
đầu tiên đợc sử dụng cho loại động cơ này là dầu thực vật. Nhng
nguyên liệu dầu thực vật đã không đợc lựa chọn làm nhiên liệu
cho động cơ diezel vì giá của dầu thực vật đắt hơn giá của
diezel khoáng. Gần đây, do sự tăng giá của nhiên liệu diezel có
nguồn gốc từ dầu mỏ (diezel khoáng) và sự hạn chế về nguồn
nhiên liệu mà ngời ta lại hớng sự quan tâm trở lại dầu thực vật với
những lợi ích về môi trờng và khả năng tái sinh của nó.
Việc sử dụng dầu thực vật nh là một nhiên liệu thay thế để
cạnh tranh với dầu mỏ đã đợc bắt đầu từ những năm 1980. So với
nhiên liệu diezel khoáng truyền thống, dầu thực vật có nhiều u
điểm nh hàm lợng lu huỳnh thấp hơn, hàm lợng chất thơm rất ít,
độ nhớt cao hơn, khả năng bay hơi kém, dễ bị vi khuẩn phân

huỷ và đặc biệt là có khả năng tái sinh đợc (do có thể trồng đợc
các loại cây lấy dầu làm nguồn nguyên liệu tổng hợp). Tuy nhiên,
hạn chế chính đối với việc sử dụng dầu thực vật làm nhiên liệu
diezel chính là độ nhớt. Dầu thực vật có độ nhớt rất cao, gấp 10
đến 20 lần nhiên liệu diezel thông thờng (thậm chí dầu thầu
dầu còn có độ nhớt gấp 100 lần) nên chúng ảnh hởng đến quá
trình bơm phun, cháy tạo cặn trong động cơ. Vì vậy sự pha
loãng, nhũ hoá, nhiệt phân, cracking xúc tác và metyl este hoá là
các giải pháp kĩ thuật sử dụng để giảm độ nhớt của dầu thực
vật:
- Pha loãng dầu thực vật : Độ nhớt của dầu thực vật có thể
đợc giảm xuống bằng việc pha loãng dầu với etanol tinh khiết,
hoặc hỗn hợp 25% dầu hớng dơng và 75% dầu diezel khoáng để
thu đợc nhiên liệu có độ nhớt phù hợp. Tuy nhiên, độ nhớt của hỗn
hợp nhiên liệu theo phơng pháp trộn này vẫn cao hơn chỉ tiêu cho
phép (lớn hơn 4,1 cSt tại 400C ) nên hỗn hợp này không phù hợp cho
việc sử dụng lâu dài làm nhiên liệu của động cơ diezel .
Phạm Đăng Sơn
2 K47

23

Hóa dầu


Ket-noi.com kho ti liu min phớ
- Sử dụng dạng nhũ hoá dầu thực vật : Để giảm độ nhớt
cao của dầu thực vật, ngời ta tiến hành nhũ hoá dầu thực vật với
các chất lỏng không thể hoà tan đợc nh etanol, metanol. Phơng
pháp này hiện nay đang đợc nghiên cứu.

- Nhiệt phân dầu thực vật : Nhiệt phân dầu thực vật bằng
nhiệt độ cao không có mặt của oxy ta thu đợc các ankan, anken,
ankadien, các axit cacboxylic, hợp chất thơm và lợng nhỏ các sản
phẩm khí. Quá trình nhiệt phân các hợp chất béo đợc thực hiện
cách đây hơn 100 năm ở những nơi có ít hoặc không có dầu
mỏ.
- Cracking xúc tác dầu thực vật : Cracking dầu thực vật sẽ
tạo ra các ankan, xycloankan, alkylbenzenlàm nhiên liệu rất tốt
tuy nhiên đầu t cho một dây chuyền cracking xúc tác rất tốn
kém.
- Chuyển hoá este tạo biodiezel : Quá trình này tạo ra các
alkyl este của axit béo có trọng lợng phân tử và độ nhớt thấp hơn
nhiều so với các phân tử dầu thực vật ban đầu. Các este này có
trọng lợng phân tử bằng một phần ba khối lợng phần tử của dầu
thực vật và có độ nhớt thấp xấp xỉ bằng dầu khoáng. Hỗn hợp bao
gồm các alkyl este của axit béo đó gọi là biodiezel, chúng có tính
chất rất phù hợp cho việc làm nhiên liệu cho động cơ diezel.
Trong các phơng pháp trên, phơng pháp chuyển hoá este tạo
biodiezel là sự lựa chọn tốt nhất, vì các đặc tính vật lý của
metyl este rất gần với nhiên liệu diezel thông thờng. Hơn nữa quá
trình tổng hợp biodiezel cũng tơng đối đơn giản với chi phí
không cao. Đặc biệt, không nh dầu thực vật, biodiezel có thể sử
dụng làm nhiên liệu cho động cơ diezel mà không cần phải thay
đổi các chi tiết động cơ nh đối với dầu thực vật, vì độ nhớt của
nó thấp và ít tạo cặn hơn nhiều.
Có thể tham khảo đặc tính của diezel khoáng và một số loại
metyl este khác ở bảng sau :
Bảng 1.6 : Một số đặc tính của diezel khoáng và
metyl este thực vật

STT
1
2

Tớnh cht

Tr s xetan
Nhit chp
Phạm Đăng Sơn
2 K47

Diezel No2
40ữ52
60ữ72

Nhiờn liu
Metyleste
Metyleste
Metyleste
du u
du ph
du ht ci
nnh
thi
50,9
52,9
57
131
170
117

24
Hóa dầu


Ket-noi.com kho ti liu min phớ

3
4
5
6
7

chỏy,oC
Khi lng riờng
(g/ml)
nht
40oC,cSt
Nhit ụng c
Ts u
Thnh
Ts 10%
phn
Ts 50%
chng
Ts 90%
ct
Ts cui
Ch s iot

0,85

0,885

0,883

0,876

2,6

4,08

4,83

4,80

-25ữ-15
185
210
260
315
345
8,6

-0,5
299
328
336
340
346
133,2

-4,0
326
340
344
348
366
97,4

13,9
209
324
328
342
339
-

Biodiezel là các mono alkyl este của các axit béo mạch thẳng
đợc điều chế bởi phản ứng trao đổi este giữa các loại dầu thực
vật và mỡ động vật với các rợu mạch thẳng (metanol, etanol). Với
Rx là gốc axit béo, R là gốc rợu thì công thức chung của nhiên liệu
biodiezel là RxCOOR. Phản ứng tổng hợp biodiezel dạng tổng quát
đợc viết nh sau :
CH2 OH
R1 COOR
R1 COO CH2
R2

R2 COOR

COO CH + 3ROH

+

CH OH

CH2 OH
R3 COOR
COO CH2
Biodiezel có tính chất vật lý rất giống với dầu diezel, nhng tốt
hơn dầu diezel nhiều về nồng độ khí thải. Các chỉ tiêu của
biodiezel so với nhiên liệu diezel đợc thể hiện qua bảng sau :
R3

Bảng 1.7 : So sánh các chỉ tiêu của biodiezel và
diezel khoáng
Các chỉ tiêu
Tỷ trọng
Độ nhớt động học ở 400C,
cSt
Trị số xetan
Nhiệt lợng toả ra khi cháy,
cal/g
Hàm lợng lu huỳnh, %
Điểm vẩn đục, 0C
Điểm rót, 0C
Phạm Đăng Sơn
2 K47

Biodiezel

0,87 0,89

Diezel
0,81 - 0,89

2,7 5,8

1,9 - 4,1

46 70

40 - 55

37000

43800

0,0 0,0024
-11 16
-15 13

0,5
-25 - -15

25

Hóa dầu