Nghiên cứu tổng hợp metyl este từ dầu dừa và dầu hạt cải trên xúc tác bazơ rắn, sử dụng làm thành phần pha chế nhiên liệu phản lực biokerosen

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

NGUYỄN THỊ HÀ

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP METYL ESTE TỪ DẦU DỪA VÀ
DẦU HẠT CẢI TRÊN XÖC TÁC BAZƠ RẮN, SỬ DỤNG LÀM
THÀNH PHẦN PHA CHẾ NHIÊN LIỆU PHẢN LỰC
BIOKEROSEN

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÓA HỌC

Hà Nội - 2016


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

NGUYỄN THỊ HÀ

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP METYL ESTE TỪ DẦU DỪA VÀ DẦU
HẠT CẢI TRÊN XÖC TÁC BAZƠ RẮN, SỬ DỤNG LÀM THÀNH
PHẦN PHA CHẾ NHIÊN LIỆU PHẢN LỰC BIOKEROSEN

Chuyên ngành: Kỹ thuật hóa học
Mã số:62520301

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÓA HỌC
HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:

1. PGS.TS. Nguyễn Khánh Diệu Hồng
2. TS. Nguyễn Lệ Tố Nga

Hà Nội - 2016


LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Những số liệu và kết quả
nghiên cứu trong luận án là trung thực và chƣa đƣợc các tác giả khác công bố.
Hà Nội, ngày
tháng
Nghiên cứu sinh

năm 2016

Nguyễn Thị Hà
Ngƣời hƣớng dẫn

PGS.TS. Nguyễn Khánh Diệu Hồng

TS. Nguyễn Lệ Tố Nga

a


LỜI CẢM ƠN
Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến tập thể hƣớng dẫn PGS.TS. Nguyễn Khánh Diệu
Hồng – Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội và TS. Nguyễn Lệ Tố Nga – Tập đồn dầu khí
Việt Nam đã hƣớng dẫn tơi trong mọi khía cạnh học thuật của luận án tiến sĩ này.
Tơi xin bày tỏ lịng kính trọng và gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến GS.TS Đinh Thị

Ngọ, ngƣời đã truyền đạt cho tôi những kinh nghiệm quý báu trong thời gian thực hiện
luận án.
Tôi xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô trong Bộ mơn Cơng nghệ Hữu cơ – Hóa dầu,
Viện Kỹ thuật Hóa học, Viện Đào tạo sau Đại học trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội đã
tạo điều kiện, giúp đỡ tôi về nhiều mặt trong thời gian thực hiện luận án.
Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu Trƣờng Đại học Cơng nghiệp Tp Hồ Chí
Minh, Lãnh đạo Cơ sở Thanh Hóa cùng các đồng nghiệp đã tạo điều kiện, động viên và
giúp đỡ tơi trong q trình thực hiện luận án.
Xin bày tỏ lòng biết ơn tới mọi ngƣời trong gia đình, bạn bè tơi, sự giúp đỡ tận tâm và
tin tƣởng của mọi ngƣời là động lực rất lớn để tơi hồn thành luận án.
Hà Nội, ngày
tháng
Nghiên cứu sinh

Nguyễn Thị Hà

b

năm 2016


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................................................ a
LỜI CẢM ƠN.................................................................................................................................. b
MỤC LỤC ....................................................................................................................................... c
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ...............................................................................................f
DANH MỤC CÁC BẢNG .............................................................................................................. g
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ .......................................................................................... i
GIỚI THIỆU LUẬN ÁN ................................................................................................................. 1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT .................................................................................... 3

1.1. TỔNG QUAN CHUNG VỀ KEROSEN VÀ BIOKEROSEN .............................................................. 3

1.1.1. Tổng quan về phân đoạn kerosen .......................................................................................... 3
1.1.1.1. Khái quát chung về phân đoạn kerosen khoáng ................................................................. 3
1.1.1.2. Các tính chất hóa lý và chỉ tiêu kỹ thuật của kerosen khoáng ............................................ 4
1.1.1.3. Các ứng dụng của phân đoạn kerosen khoáng ................................................................... 4
1.1.2. Tổng quan chung về nhiên liệu sinh học biokerosen............................................................. 6
1.1.2.1. Đặc điểm, thành phần và tính chất của biokerosen ............................................................ 6
1.1.2.2. Ƣu, nhƣợc điểm của biokerosen ......................................................................................... 9
1.1.3. Tình hình nghiên cứu tổng hợp và sử dụng nhiên liệu phản lực biokerosen trên thế
giới và Việt Nam………………………………………………………………………......11
1.1.3.1. Tình hình nghiên cứu tổng hợp và sử dụng nhiên liệu phản lực biokerosen trên thế
giới ................................................................................................................................................. 11
1.1.3.2. Tình hình nghiên cứu tổng hợp và sử dụng nhiên liệu phản lực biokerosen ở Việt
Nam ............................................................................................................................................... 12
1.2. NGUỒN NGUYÊN LIỆU CHO QUÁ TRÌNH TỔNG HỢP BIOKEROSEN .................................... 12

1.2.1. Các yêu cầu về nguồn nguyên liệu ...................................................................................... 12
1.2.2. Dầu thực vật nhiều nối đôi .................................................................................................. 13
1.2.2.1. Dầu lanh............................................................................................................................ 13
1.2.2.2. Vi tảo ................................................................................................................................ 16
1.2.2.3. Dầu hạt cải ........................................................................................................................ 18
1.2.2.4. Dầu cọ ............................................................................................................................... 19
1.2.2.4. Dầu Jatropha ..................................................................................................................... 20
1.2.3. Dầu thực vật có số cacbon thấp ........................................................................................... 21
1.2.3.1. Đặc trƣng dầu dừa, thành phần hóa học, tính chất hóa lý ................................................ 21
1.2.3.2. Khả năng khai thác dầu dừa ở Việt Nam và trên thế giới ................................................ 22
1.2.4. Sinh khối (biomass) ............................................................................................................. 26
1.3. XÖC TÁC BAZƠ VÀ VAI TRÕ CỦA CHƯNG TRONG Q TRÌNH TRAO ĐỔI ESTE ............ 27

1.3.1. Xúc tác bazơ đồng thể trong quá trình trao đổi este ............................................................ 27
1.3.2. Xúc tác bazơ dị thể (bazơ rắn) trong quá trình trao đổi este ............................................... 29
1.3.3. Một số loại xúc tác bazơ rắn điển hình ................................................................................ 31
1.3.4. Xác định tính chất bazơ của chất rắn ................................................................................... 35
1.3.5. Giới thiệu về xúc tác KNO3/Al2O3 ...................................................................................... 36
1.3.6. Giới thiệu về xúc tác KI/Al2O3 ............................................................................................ 37
1.4. QUÁ TRÌNH TRAO ĐỔI ESTE ......................................................................................................... 38

1.4.1. Khái quát chung về quá trình trao đổi este .......................................................................... 38
1.4.2. Tác nhân phản ứng trao đổi este .......................................................................................... 38
1.4.3. Các phƣơng pháp trao đổi este khác .................................................................................... 39
1.4.3.1. Phƣơng pháp hai giai đoạn ............................................................................................... 39
1.4.3.2. Phƣơng pháp siêu tới hạn ................................................................................................. 39
1.4.4. Cơ chế trao đổi este trên xúc tác bazơ ................................................................................. 40
CHƢƠNG 2. THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .............................. 42
c


2.1. TỔNG HỢP XƯC TÁC ....................................................................................................................... 42

2.1.1. Các hóa chất cần thiết .......................................................................................................... 42
2.1.2. Tổng hợp xúc tác KNO3/Al2O3 ........................................................................................... 42
2.1.3. Tổng hợp xúc tác KI/Al2O3 ................................................................................................. 42
2.1.4. Tạo hạt các xúc tác .............................................................................................................. 43
2.1.5. Nghiên cứu quá trình tái sử dụng và tái sinh xúc tác........................................................... 43
2.1.6. Các phƣơng pháp nghiên cứu tính chất và đặc trƣng của xúc tác ....................................... 43
2.1.6.1. Xác định độ dị thể của xúc tác .......................................................................................... 43
2.1.6.2. Phƣơng pháp xác định độ bazơ sử dụng các chất chỉ thị Hammet ................................... 44
2.1.6.3.Phƣơng pháp nhiễu xạ XRD .............................................................................................. 44
2.1.6.4. Phƣơng pháp phổ tán sắc năng lƣợng tia X (EDX) .......................................................... 45

2.1.6.5. Phƣơng pháp phân tích nhiệt TG/TGA ............................................................................ 45
2.1.6.6. Phƣơng pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) ................................................................. 46
2.1.6.7. Phƣơng pháp đẳng nhiệt hấp phụ - nhả hấp phụ N2 (BET) .............................................. 47
2.2. NGHIÊN CỨU CHUYỂN HÓA DẦU THỰC VẬT THÀNH METYL ESTE................................... 48

2.2.1. Quy trình tổng hợp metyl este từ dầu dừa và dầu hạt cải .................................................... 48
2.2.2. Xác định hiệu suất tạo metyl este ........................................................................................ 50
2.2.2.1. Phƣơng pháp truyền thống................................................................................................ 50
2.2.2.2. Phƣơng pháp mới xác định hiệu suất tạo metyl este ........................................................ 51
2.2.2.3. Phƣơng pháp tính tốn theo độ nhớt động học ................................................................. 53
2.2.3. Pha trộn biokerosen với nhiên liệu Jet A1 tạo nhiên liệu phản lực sinh học ....................... 53
2.2.4. Xác định các tính chất của nguyên liệu dầu thực vật và sản phẩm nhiên liệu phản lực
sinh học biokerosen ....................................................................................................................... 54
2.2.4.1. Xác định tỷ trọng (ASTM D1298) ................................................................................... 54
2.2.4.2. Xác định độ nhớt động học (ASTM D445) ...................................................................... 54
2.2.4.3. Xác định chỉ số xà phòng (ASTM D5558) ....................................................................... 55
2.2.4.4. Xác định chỉ số axit (ASTM D664).................................................................................. 55
2.2.4.5. Xác định hàm lƣợng nƣớc (ASTM D95).......................................................................... 56
2.2.2.6. Xác định chỉ số iot (EN-14111)........................................................................................ 56
2.2.4.7. Xác định hàm lƣợng các tạp chất cơ học (ASTM D3042) ............................................... 57
2.2.4.8. Xác định hàm lƣợng cặn cacbon (ASTM D189/97) ......................................................... 58
2.2.4.9. Xác định chiều cao ngọn lửa khơng khói (ASTM D1322)............................................... 58
2.2.4.10. Xác định thành phần chƣng cất phân đoạn (ASTM D86) .............................................. 59
2.2.4.11. Xác định nhiệt độ đông đặc (ASTM D97) ..................................................................... 59
2.2.4.12. Xác định nhiệt độ chớp cháy cốc kín (ASTM D93) ....................................................... 59
2.2.4.13. Xác định hydrocacbon thơm (ASTM D1319) ................................................................ 60
2.2.4.14. Xác định áp suất hơi (ASTM D4953) ............................................................................ 60
2.2.4.15. Xác định hàm lƣợng lƣu huỳnh (ASTM D7679) ........................................................... 60
2.2.4.16. Xác định ăn mòn mảnh đồng (ASTM D130) ................................................................. 61
2.2.4.17. Xác định độ ổn định oxy hóa (ASTM D2274) ............................................................... 61

2.2.4.18. Xác định độ dẫn điện (ASTM D2624) ........................................................................... 61
2.2.4.19. Xác định tính bôi trơn (ASTM D5001) .......................................................................... 61
2.2.4.20. Xác định hàm lƣợng nhựa thực tế(ASTM D381) ........................................................... 61
2.2.4.21. Xác định ngoại quan (màu sắc, mùi) (ASTM D1500, D6045) ...................................... 62
2.2.4.22. Xác định thành phần hóa học bằng phƣơng pháp GC-MS ............................................. 62
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................................................ 64
3.1. NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP XÖC TÁC ............................................................................................. 64

3.1.1. Tổng hợp xúc tác KNO3/Al2O3 ........................................................................................... 64
3.1.1.1. Nghiên cứu lựa chọn chất mang và xúc tác ...................................................................... 64
3.1.1.2. Nghiên cứu sự biến đổi pha hoạt tính của xúc tác 30%KNO3/ Al2O3 .............................. 66
d


3.1.1.3. Nghiên cứu hình thái học của xúc tác qua ảnh SEM trƣớc và sau khi nung .................... 72
3.1.1.4. Xác định thành phần nguyên tố trong xúc tác bằng phổ EDX ......................................... 72
3.1.1.5. Xác định diện tích bề mặt riêng của xúc tác KNO3/Al2O3 ............................................... 75
3.1.1.6. Khảo sát sơ bộ hoạt tính của xúc tác 30% KNO3/ Al2O3 ................................................. 75
3.1.1.7. Nghiên cứu tạo hạt và tái sử dụng xúc tác 30% KNO3/ Al2O3 ......................................... 76
3.1.2. Tổng hợp xúc tác KI/Al2O3 ................................................................................................. 79
3.1.2.1. Lựa chọn xúc tác dạng halogenua trên chất mang............................................................ 79
3.1.2.2. Nghiên cứu sự biến đổi pha hoạt tính sau khi nung xúc tác 25% KI/Al2O3 ..................... 82
3.1.2.3. Xác định diện tích bề mặt riêng của xúc tác 25% KI/Al2O3............................................. 87
3.1.2.4. Nghiên cứu tìm chế độ nung xúc tác 25% KI/Al2O3 ........................................................ 87
3.1.2.5. Nghiên cứu tạo hạt và tái sử dụng xúc tác ........................................................................ 88
3.1.2.5. Kết quả tái sinh xúc tác..................................................................................................... 89
3.1.3. Lựa chọn xúc tác cho phản ứng trao đổi este ...................................................................... 90
3.2. NGHIÊN CỨU CHUYỂN HÓA DẦU DỪA VÀ DẦU HẠT CẢI THÀNH METYL ESTE,
LÀM THÀNH PHẦN ĐỂ CHẾ TẠO NHIÊN LIỆU PHẢN LỰC SINH HỌC ........................................ 92

3.2.1. Nghiên cứu lựa chọn và xác định các tính chất hóa lý của nguyên liệu đầu vào ................ 92
3.2.2. Xây dựng phƣơng pháp đồ thị để xác định hiệu suất tạo metyl este thông qua độ nhớt
của hỗn hợp sản phẩm ................................................................................................................... 93
3.2.2.1. Ý nghĩa của phƣơng pháp ................................................................................................. 93
3.2.2.2. Kết quả tính tốn hiệu suất trên các loại nguyên liệu theo công thức truyền
thống……………………………………………………………………………………….94
3.2.2.3. Kiểm chứng độ tin cậy của phƣơng pháp xác định hiệu suất theo độ nhớt ...................... 96
3.2.3. Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến q trình chuyển hóa dầu dừa và dầu hạt cải
thành metyl este…………………………………………………………………………. 98
3.2.3.1. Khảo sát ảnh hƣởng của nhiệt độ phản ứng...................................................................... 98
3.2.3.2. Khảo sát ảnh hƣởng của thời gian phản ứng .................................................................. 100
3.2.3.3. Khảo sát ảnh hƣởng của hàm lƣợng xúc tác ................................................................... 101
3.2.3.4. Ảnh hƣởng của tỷ lệ mol metanol/dầu ........................................................................... 102
3.2.3.5. Khảo sát ảnh hƣởng của tốc độ khuấy trộn .................................................................... 103
3.2.4.Xác định thành phần và các tính chất hóa lý của metyl este đã tổng hợp .......................... 105
3.2.4.1. Xác định thành phần của sản phẩm metyl este từ dầu dừa và dầu hạt cải ...................... 105
3.2.4.2. Xác định một số chỉ tiêu hóa lý của sản phẩm metyl este từ dầu dừa và dầu hạt cải .... .109
3.3. NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO NHIÊN LIỆU PHẢN LỰC SINH HỌC TỪ TIỀN CHẤT METYL
ESTE VÀ CÁC THÀNH PHẦN PHỤ GIA ............................................................................................. 110

3.3.1. Khảo sát tìm thành phần, tỷ lệ pha chế .............................................................................. 110
3.3.2. Xác định các tính chất hóa lý, chỉ tiêu kỹ thuật của nhiên liệu phản lực sinh học thu
đƣợc ……………………………………………………………………………………...112
KẾT LUẬN ................................................................................................................................. 119
CÁC ĐÓNG GĨP MỚI CỦA LUẬN ÁN .................................................................................. 120
CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ .......................................................................................... 121
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................................... 122

e

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
FAO
FAOSTAT
APCC

Food and Agriculture Organization of the United Nations (Tổ chức Lƣơng
thực và Nông nghiệp Liên Hiệp Quốc)
Food and Agriculture Organization Corporate Statistical Database (Cơ sở dữ
liệu thống kê của Tổ chức Lƣơng thực và Nông nghiệp Liên Hiệp Quốc )
Asian and Pacific Coconut Community (Cộng đồng dừa Thái Bình Dương và
châu Á)

NMR

Nuclear Magnetic Resonance (cộng hƣởng từ hạt nhân)

IR

Infrared Radiation (bức xạ hồng ngoại)

ASTM
BET
DTG
GC-MS
SEM
TCVN

American Society for Testing and Materials
Brunauer–Emmett–Teller (tên một lý thuyết hấp phụ chất khí trên bề mặt rắn)

Differential Thermal Gravimetry (nhiệt khối lƣợng vi sai)
Gas Chromatography-Mass Spectroscopy (sắc ký khí – khối phổ)
Scanning Electron Microscopy (hiển vi điện tử quét)
Tiêu chuẩn Việt Nam
Thermal Gravimetry-Differential Thermal Analysis (phân tích nhiệt trọng
lƣợng – nhiệt vi sai)
Temperature Programmed Desorption of Carbon Dioxide (giải hấp phụ CO2
theo chƣơng trình nhiệt độ)
X-Ray Diffraction (nhiễu xạ tia X)

TG-DTA
TPD-CO2
XRD

f


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Tính chất hóa lý của kerosen ........................................................................................... 4
Bảng 1.2. Một số chỉ tiêu kỹ thuật cần có của nhiên liệu phản lực ................................................. 4
Bảng 1.3. Thông tin về các chuyến bay thử nghiệm ....................................................................... 7
Bảng 1.4. Một số chỉ tiêu kỹ thuật của các metyl este từ dầu dừa .................................................. 8
Bảng 1.5. Một số chỉ tiêu kỹ thuật của metyl este từ dầu hạt cải .................................................... 8
Bảng 1.6. Thơng số hóa lý của dầu lanh ........................................................................................ 14
Bảng 1.7. Thành phần của dầu lanh so với các loại dầu khác ....................................................... 14
Bảng 1.8. Tình hình thu hoạch sản lƣợng hạt lanh trên thế giới ................................................... 15
Bảng 1.9. Thành phần axit béo trong dầu lanh .............................................................................. 15
Bảng 1.10. Độ nhớt, tỷ trọng và điểm chớp cháy của dầu hạt lanh tinh khiết và các dẫn xuất
este của nó ..................................................................................................................................... 15
Bảng 1.11. Ƣu, nhƣợc điểm khi sản xuất nhiên liệu sinh học từ vi tảo ........................................ 16

Bảng 1.12. Hàm lƣợng các nguyên tố của sinh khối vi tảo .......................................................... 16
Bảng 1.13. Hàm lƣợng dầu trong sinh khối vi tảo của các họ khác nhau ..................................... 17
Bảng 1.14. Thành phần một số loại axit béo chính có trong một số dầu vi tảo............................. 17
Bảng 1.15. Thành phần hóa học có trong một số loại sinh khối vi tảo sấy khô ............................ 17
Bảng 1.16. Thành phần phần trăm của triglyxerit, diglyxerit và monoglyxerit trong các este
của một số loại dầu hạt cải............................................................................................................. 18
Bảng 1.17. Thành phần các gốc axit béo trong dầu hạt cải ........................................................... 18
Bảng 1.18. Thành phần hóa học của dầu cọ .................................................................................. 19
Bảng 1.19. Các thông số vật lý của dầu jatropha .......................................................................... 20
Bảng 1.20. Thành phần % các gốc axit béo trong dầu jatropha so với các loại dầu khác ............. 20
Bảng 1.21. Thành phần các gốc axit béo trong dầu dừa ................................................................ 21
Bảng 1.22. Thông số tính chất hóa lý đặc trƣng của dầu dừa........................................................ 22
Bảng 1.23. Giá dầu dừa trong giai đoạn 2008-2011 (USD/tấn) .................................................... 24
Bảng 1.24. Tình hình sản xuất và sử dụng dầu dừa thế giới giai đoạn 2001-2011 (triệu tấn) ...... 25
Bảng 1.25. Thành phần hóa học của sinh khối .............................................................................. 27
Bảng 1.26. Các loại xúc tác rắn axit và bazơ rắn cho phản ứng trao đổi este ............................... 29
Bảng 1.27. Một số loại xúc tác dị thể điển hình dùng cho phản ứng trao đổi este ........................ 33
Bảng 2.1. Chỉ thị Hammett và khoảng pH đổi màu ...................................................................... 44
Bảng 2.2. Lƣợng mẫu thử thay đổi theo chi số iốt dự kiến ........................................................... 56
Bảng 3.1. Hiệu suất thu metyl este với các loại xúc tác khác nhau ............................................... 65
Bảng 3.2. Kết quả đo độ bazơ của các xúc tác nitrat kim loại mang trên chất mang Al2O3
(đã nung ở 750oC) khi sử dụng các chất chỉ thị Hammet .............................................................. 65
Bảng 3.3. Khảo sát sơ bộ để tìm hàm lƣợng pha hoạt tính thích hợp............................................ 66
Bảng 3.4. Kết quả EDX mẫu 30% KNO3/Al2O3 chƣa nung tại các vùng khác nhau .................... 73
Bảng 3.5. Kết quả EDX mẫu 30% KNO3/Al2O3 sau khi nung tại 750oC tại các vùng khác
nhau ............................................................................................................................................... 74
Bảng 3.6. Hàm lƣợng pha hoạt tính của mẫu 30% KNO3/Al2O3 theo phổ EDX .......................... 75
Bảng 3.7. Kết quả khảo sát hoạt tính của xúc tác 30% KNO3/ Al2O3 ........................................... 76
Bảng 3.8. Ảnh hƣởng của hàm lƣợng thủy tinh lỏng đến quá trình tạo hạt xúc tác ...................... 77
Bảng 3.9. Ảnh hƣởng của kích thƣớc hạt hình trụ đến hiệu suất tạo metyl este ........................... 77

Bảng 3.10. So sánh xúc tác dạng bột và xúc tác dạng hạt ............................................................. 78
Bảng 3.11. Kết quả thử hoạt tính và tái sử dụng xúc tác ............................................................... 79
Bảng 3.12. Hiệu suất thu metyl este với các loại xúc tác khác nhau ............................................. 80
g


Bảng 3.13. Kết quả đo độ bazơ của các xúc tác kali halogenat mang trên chất mang Al2O3
(đã nung ở 850oC) khi sử dụng các chất chỉ thị Hammet .............................................................. 81
Bảng 3.14. Khảo sát tìm hàm lƣợng pha hoạt tính thích hợp ........................................................ 81
Bảng 3.15. Kết quả EDX mẫu 25% KI/Al2O3 chƣa nung tại các vùng khác nhau ....................... 86
Bảng 3.16. Kết quả EDX mẫu 25% KI/Al2O3 nung 850oC tại các vùng khác nhau ..................... 86
Bảng 3.17. Hàm lƣợng pha hoạt tính tính tốn dựa trên kết quả phổ EDX................................... 86
Bảng 3.18. Kết quả khảo sát hoạt tính của xúc tác 25% KI/Al2O3................................................ 87
Bảng 3.19. Ảnh hƣởng của hàm lƣợng thủy tinh lỏng đến quá trình tạo hạt xúc tác .................... 88
Bảng 3.20. Ảnh hƣởng của kích thƣớc hạt hình trụ đến hiệu suất tạo metyl este ......................... 88
Bảng 3.21. So sánh xúc tác dạng bột và xúc tác dạng hạt ............................................................. 89
Bảng 3.22. Kết quả thử hoạt tính xúc tác sau tái sinh ................................................................... 90
Bảng 3.23. So sánh hai loại xúc tác KNO3/Al2O3 và KI/Al2O3 .................................................... 90
Bảng 3.24. Một số chỉ tiêu đặc trƣng cho 2 nguyên liệu đầu vào ................................................. 92
Bảng 3.25. Hiệu suất của phản ứng tổng hợp metyl este từ dầu dừa theo độ nhớt ....................... 94
Bảng 3.26. Hiệu suất của phản ứng tổng hợp metyl este từ dầu hạt cải theo độ nhớt ................... 94
Bảng 3.27. Bảng kết quả thu đƣợc từ thực nghiệm xác định hiệu suất ......................................... 95
Bảng 3.28.Kết quả GC - MS của metyl este từ dầu dừa................................................................ 96
Bảng 3.29. Kết quả GC-MS của metyl este từ dầu hạt cải ............................................................ 97
Bảng 3.30. Kết quả so sánh hiệu suất của phản ứng tổng hợp metyl este theo phƣơng pháp
truyền thống và theo độ nhớt ......................................................................................................... 98
Bảng 3.31. Ảnh hƣởng của nhiệt độ phản ứng đến hiệu suất tạo metyl este từ dầu dừa và
dầu hạt cải ...................................................................................................................................... 99
Bảng 3.32. Ảnh hƣởng của thời gian phản ứng đến hiệu suất tạo metyl este từ dầu dừa và
dầu hạt cải .................................................................................................................................... 100

Bảng 3.33. Ảnh hƣởng của hàm lƣợng xúc tác đến hiệu suất tạo metyl este từ dầu dừa và
dầu hạt cải .................................................................................................................................... 102
Bảng 3.34. Ảnh hƣởng của tỷ lệ metanol/dầu đến hiệu suất tạo metyl este từ dầu dừa và
dầu hạt cải .................................................................................................................................... 103
Bảng 3.35. Ảnh hƣởng của tốc độ khuấy trộn đến hiệu suất tạo metyl este từ dầu dừa và
dầu hạt cải .................................................................................................................................... 104
Bảng 3.36. Tổng hợp các điều kiện công nghệ thích hợp cho q trình tổng hợp metyl este
từ dầu dừa và dầu hạt cải ............................................................................................................. 105
Bảng 3.37. Thành phần các gốc axit béo trong sản phẩm metyl este từ dầu dừa theo kết quả
GC – MS ...................................................................................................................................... 107
Bảng 3.38. Thành phần các gốc axit béo trong sản phẩm metyl este từ dầu hạt cải theo kết
quả GC – MS ............................................................................................................................... 108
Bảng 3.39. Một số chỉ tiêu kỹ thuật của các metyl este từ dầu dừa ............................................ 109
Bảng 3.40. Một số chỉ tiêu kỹ thuật của metyl este từ dầu hạt cải .............................................. 109
Bảng 3.41. Khảo sát điểm băng và độ nhớt động học của các nhiên liệu thu đƣợc với các tỷ
lệ pha trộn khác nhau ................................................................................................................... 111
Bảng 3.42. Khảo sát điểm băng và độ nhớt động học của các nhiên liệu thu đƣợc với sau
khi thay thế một phần metyl este từ dầu dừa bằng metyl este từ dầu hạt cải .............................. 112
Bảng 3.43. Các chỉ tiêu của nhiên liệu phản lực sinh học, so sánh với các chỉ tiêu của nhiên
liệu Jet A1 theo TCVN 6426:2009 với cùng phƣơng pháp xác định .......................................... 113
Bảng 3.44. Các chỉ tiêu của nhiên liệu phản lực sinh học sau khi đƣa thêm phụ gia chống
tĩnh điện Stadis ® 450 ................................................................................................................. 116

h


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1. So sánh sự phát thải CO2 giữa biokerosen và kerosen ............................................. 10
Hình 1.2. Sơ đồ về sự phân bố nguyên liệu sản xuất nhiên liệu sinh học ................................ 13
Hình 1.3. Cây cải và dầu hạt cải ............................................................................................... 18

Hình 1.4. Cây, quả và dầu cọ .................................................................................................... 19
Hình 1.5. Quả và hạt Jatropha .................................................................................................. 20
Hình 1.6. Quả và dầu dừa nguyên chất..................................................................................... 22
Hình 1.7. Phân bổ diện tích canh tác dừa trên thế giới năm 2009 theo các vùng địa lý (%).... 23
Hình 1.8. Mơ hình cấu trúc của vật liệu hydrotalcite ............................................................... 32
Hình 2.1. Đồ thị biểu diễn sự biến thiên của P/V(Po-P) theo P/P0 .......................................... 47
Hình 2.2. Sơ đồ thiết bị phản ứng tổng hợp biokerosen ........................................................... 48
Hình 3.1. Giản đồ nhiễu xạ tia X của xúc tác KNO3/ Al2O3 trƣớc khi nung............................ 66
Hình 3.2. Giản đồ nhiễu xạ tia X của xúc tác KNO3/ Al2O3 sau khi nung ở 750oC................. 67
Hình 3.3. Giản đồ nhiễu xạ tia X của xúc tác KNO3/ Al2O3 đƣợc nung ở 800oC .................... 67
Hình 3.4. Cấu trúc tinh thể của η-Al2O3 ................................................................................... 68
Hình 3.5. Mơ hình khuyết tật điểm của tinh thể η-Al2O3 ......................................................... 69
Hình 3.6. Mơ hình tƣơng tác giữa KNO3 và chất mang η-Al2O3 tại các vị trí khuyết tật điểm ............. 69

Hình 3.7. Phổ XRD của KNO3 trƣớc khi nung ........................................................................ 70
Hình 3.8. Phổ XRD của KNO3 sau khi nung tại 750oC ........................................................... 71
Hình 3.9. Giản đồ phân tích nhiệt TG/TGA của xúc tác 30% KNO3/ Al2O3 ........................... 71
Hình 3.10. Ảnh SEM của xúc tác 30% KNO3/Al2O3 trƣớc (a)và sau (b) quá trình nung tại
750oC ........................................................................................................................................ 72
Hình 3.11. Ảnh SEM và phổ EDX của xúc tác 30% KNO3/ Al2O3 khi chƣa nung ................. 73
Hình 3.12. Ảnh SEM và phổ EDX của xúc tác 30% KNO3/ Al2O3 sau khi nung tại 750oC .... 74
Hình 3.13. Hiệu suất tạo metyl este theo số lần phản ứng ....................................................... 79
Hình 3.14. Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu KI/Al2O3 trƣớc khi nung ..................................... 82
Hình 3.15. Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu KI/Al2O3 nung tại 600oC .................................... 82
Hình 3.16. Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu KI/Al2O3 nung tại 850oC................................84
Hình 3.17. Giản đồ nhiễu xạ tia X của KI/Al2O3 sau khi nung tại 900oC ................................ 82
Hình 3.18. Giản đồ TG-DTA của xúc tác 25% KI/ Al2O3 ....................................................... 84
Hình 3.19. Ảnh SEM của xúc tác 25% KI/Al2O3 trƣớc (a) và sau nung tại 850oC (b) ............ 85
Hình 3.20. Phổ EDX của xúc tác 25% KI/Al2O3 chƣa nung .................................................... 85
Hình 3.21. Phổ EDX của xúc tác 25% KI/Al2O3 đã nung tại 850oC ........................................ 86

Hình 3.22. Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa hiệu suất - độ nhớt của các sản phẩm metyl
este ............................................................................................................................................ 94
Hình 3.23. Quan hệ tuyến tính giữa hiệu suất và độ nhớt ........................................................ 95
Hình 3.24. Sắc ký đồ của metyl este từ dầu dừa....................................................................... 96
Hình 3.25. Sắc ký đồ của metyl este từ dầu hạt cải .................................................................. 97
Hình 3.26. Ảnh hƣởng của nhiệt độ phản ứng đến hiệu suất tạo metyl este từ dầu dừa và
dầu hạt cải ................................................................................................................................. 99
Hình 3.27. Ảnh hƣởng của thời gian phản ứng đến hiệu suất tạo metyl este từ dầu dừa và
dầu hạt cải ............................................................................................................................... 100
Hình 3.28. Ảnh hƣởng của hàm lƣợng xúc tác đến hiệu suất tạo metyl este từ dầu dừa và
dầu hạt cải ............................................................................................................................... 102
Hình 3.29. Ảnh hƣởng của tỷ lệ metanol/dầu đến hiệu suất tạo metyl este từ dầu dừa và dầu
hạt cải ...................................................................................................................................... 103
i


Hình 3.30. Ảnh hƣởng của tốc độ khuấy trộn đến hiệu suất tạo metyl este từ dầu dừa và
dầu hạt cải ............................................................................................................................... 104
Hình 3.31. Kết quả MS của metyl tetradecanoate trong metyl este trong dầu dừa so với hóa
chất chuẩn trong thƣ viện phổ ................................................................................................ 106
Hình 3.32. Khối phổ của metyl octandecenoat trong sản phẩm từ dầu hạt cải so sánh với
khối phổ chuẩn của metyl octandesenoat trong thƣ viện phổ................................................. 108

j


GIỚI THIỆU LUẬN ÁN
1. Tính cấp thiết của đề tài
Giao thơng hàng khơng đang có xu hƣớng tăng mạnh trong những năm gần đây, với
mức độ khoảng 4% một năm. Một trong những vấn đề quan trọng nhất ảnh hƣởng đến sự

phát triển này là nhiên liệu, trong đó có hai khó khăn chính là nguồn ngun liệu cung cấp
ban đầu và tình trạng ơ nhiễm khí thải, đặc biệt là các khí thải nhà kính nhƣ CO2, NOx…
Trong bối cảnh nhiên liệu khoáng ngày càng khan hiếm và gây ô nhiễm không khí lớn cả
trên không lẫn tại môi trƣờng sân bay, việc tìm ra một loại nhiên liệu thay thế chúng có
nguồn gốc sinh học đang là vấn đề rất cấp thiết. Đối với động cơ diesel, ngƣời ta đã tìm ra
nhiên liệu biodiesel có khả năng thay thế một lƣợng lớn diesel khoáng mà vẫn giữ đƣợc
các hiệu quả hoạt động của động cơ, đồng thời an tồn với mơi trƣờng hơn do giảm sự phát
thải các khí độc hại. Trong thời gian gần đây các nghiên cứu tổng hợp nhiên liệu phản lực
sinh học (phân đoạn biokerosen) có tính chất tƣơng tự nhiên liệu phản lực khống đang
ngày càng đƣợc quan tâm, mặc dù vậy thì các thành tựu đạt đƣợc trong lĩnh vực này còn
rất ít ỏi.
Biokerosen, với bản chất là các metyl este của các axit béo đặc thù, mang nhiều đặc
tính tƣơng tự phân đoạn kerosen khoáng, hiện đang là đối tƣợng đáng chú ý nhất có tiềm
năng thay thế nhiên liệu phản lực. Các metyl este này đƣợc tổng hợp từ các loại dầu thực
vật đặc biệt, trong đó cần đáp ứng hai yêu cầu cơ bản để có thể sử dụng cho máy bay: có
độ linh động cao tại nhiệt độ thấp và nhiệt độ sôi gần với phân đoạn kerosen. Nhƣ vậy,
nguồn dầu thực vật sẽ phải đáp ứng đƣợc những yêu cầu: có mạch cacbon ngắn, hoặc có
nhiều liên kết không no…, dẫn đến ý tƣởng nghiên cứu trong luận án là sử dụng dầu dừa
và dầu hạt cải làm ngun liệu cho q trình tổng hợp, trong đó dầu dừa là một trong
những loại dầu có mạch cacbon ngắn nhất còn dầu hạt cải là loại dầu chứa hàm lƣợng
mạch cacbon có độ khơng no rất cao. Đồng thời với việc lựa chọn nguyên liệu cũng cần
phải tìm đƣợc các điều kiện hợp lý cho quá trình chuyển hóa các dầu đó thành biokerosen
dạng alkyl este.
Để tổng hợp phân đoạn nhiên liệu biokerosen từ các nguyên liệu đặc thù trên, cần phải
có các loại xúc tác với tiêu chí: hoạt tính cao, dị thể, ổn định trong mơi trƣờng phản ứng và
tái sử dụng đƣợc nhiều lần; trong các loại, xúc tác bazơ rắn đáp ứng tốt nhất các tiêu chí
trên. Đã có nhiều loại xúc tác bazơ rắn có hoạt tính cao đƣợc nghiên cứu trong q khứ
nhƣ các loại xúc tác kiềm/chất mang rắn, oxit kim loại kiềm thổ, muối mang tính bazơ
mạnh/chất mang rắn… Tuy nhiên nhƣợc điểm của các loại xúc tác này là dễ bị nhiễm các
tạp chất trong quá trình điều chế theo phƣơng pháp ngâm tẩm, một ví dụ là chúng dễ phản

ứng với CO2 trong khí quyển do tính bazơ cao của tiền chất ban đầu. Một nhƣợc điểm khác
là khả năng tái sử dụng đối với đa số xúc tác bazơ rắn khơng cao do pha hoạt tính mang lên
bề mặt chất mang theo phƣơng pháp ngâm tẩm không bền vững. Vì thế, ý tƣởng của luận
án là chế tạo một loại xúc tác đi từ các tiền chất ban đầu ít hoạt động, nhƣng qua q trình
hoạt hóa mới xuất hiện pha hoạt tính, bám dính chặt chẽ trên bề mặt chất mang, nhằm khắc
phục các nhƣợc điểm của nhiều xúc tác bazơ rắn trƣớc đây, đó là các xúc tác KNO3/Al2O3
và KI/Al2O3.
Nghiên cứu tổng hợp biokerosen trong luận án là nghiên cứu đầu tiên tại Việt Nam, có
ý nghĩa đón đầu cho việc tổng hợp một loại nhiên liệu sinh học mới – Nhiên liệu phản lực
sinh học, đang là vấn đề rất mới rất đƣợc quan tâm nhiều trên thế giới.
2. Mục tiêu nghiên cứu, ý nghĩa về khoa học thực tiễn
a. Chế tạo hai hệ xúc tác bazơ rắn KNO3/Al2O3 và KI/Al2O3 bằng phƣơng pháp ngâm
tẩm, sau đó hoạt hóa xúc tác bằng q trình nung ở nhiệt độ thích hợp để tạo ra pha hoạt
tính K2O trên bề mặt. Thơng qua các phƣơng pháp phân tích hóa lý, đặc trƣng đƣợc cấu
trúc và tính chất của các xúc tác, đồng thời giải thích đƣợc quá trình phân hủy trái quy luật
muối nitrat thành oxit kim loại trên bề mặt Al2O3 là nhờ có các khuyết tật trên bề mặt chất
1


mang. Qua các đặc tính của các xúc tác, lựa chọn đƣợc xúc tác thích hợp nhất cho q trình
tổng hợp biokerosen;
b. Xác định các đặc trƣng của nguyên liệu dầu dừa và dầu hạt cải bằng các phƣơng
pháp tiêu chuẩn và chuyển hóa các loại dầu này thành biokerosen. Thông qua các kết quả
thu đƣợc, chứng minh rõ hơn về tính đúng đắn khi lựa chọn cả 2 loại nguyên liệu cho quá
trình tổng hợp biokerosen;
c. Khảo sát các thơng số cơng nghệ của q trình chuyển hóa dầu dừa và dầu hạt cải
thành biokerosen trên hệ xúc tác đƣợc lựa chọn, đồng thời đánh giá khả năng tái sử dụng
và tái sinh của xúc tác;
d. Nghiên cứu quá trình phối trộn 2 loại biokerosen đi từ hai nguyên liệu dầu dừa và
dầu hạt cải với nhiên liệu phản lực thƣơng phẩm Jet A1, nhằm tìm ra thành phần pha chế

thích hợp của một loại nhiên liệu phản lực sinh học mới, đáp ứng đƣợc các tiêu chuẩn hiện
hành.
3. Những đóng góp mới của luận án
1. Xác định đƣợc pha hoạt tính chính của xúc tác 30% KNO3/Al2O3 và 25% KI/
Al2O3 đều là K2O. Đƣa ra các điều kiện thích hợp để chế tạo hệ xúc tác nhƣ sau: đối với
xúc tác 30% KNO3/Al2O3: Nhiệt độ nung 750oC, thành phần xúc tác có hàm lƣợng K2O
15,75%, KNO2 1,39%; Đối với xúc tác 25% KI/ Al2O3: Nhiệt độ nung là 850oC, hàm
lƣợng K2O thu đƣợc thực tế là 8,19%. Trong thành phần xúc tác khơng cịn tồn tại dạng
KI.
Bằng thuyết “khuyết tật bề mặt” kết hợp các kết quả của phƣơng pháp hóa lý cũng
giải thích và xác nhận đƣợc rằng, khi mang KNO3 trên Al2O3, do có sự tƣơng tác giữa
KNO3 với chất mang nhơm oxyt nên có sự phân hủy KNO3 thành K2O mà nếu muối KNO3
riêng biệt sẽ khơng có sự biến đổi đó.
2. Khảo sát một cách có hệ thống các điều kiện ảnh hƣởng tới q trình chuyển hóa
dầu dừa và dầu hạt cải thành biokerosen thu đƣợc kết quả sau: Nhiệt độ phản ứng 64oC;
thời gian phản ứng 8 giờ với dầu dừa và 10 giờ với dầu hạt cải; hàm lƣợng xúc tác 5% so
với khối lƣợng dầu; tỷ lệ metanol/dầu bằng 8/1 với dầu dừa, 10/1 với dầu hạt cải; tốc độ
khuấy trộn 600 vịng/phút; khi đó hiệu suất metyl este đạt 93,3% với dầu dừa và 92,4% với
dầu hạt cải.
3. Tìm đƣợc thành phần để chế tạo hỗn hợp nhiên liệu phản lực sinh học đáp ứng
yêu cầu cơ bản về các chỉ tiêu nhƣ: Chiều cao ngọn lửa khơng khói, nhiệt độ đóng băng,
q trình cháy sạch... Đó là hỗn hợp 10% metyl este từ dầu dừa + 20% metyl este từ dầu
hạt cải + 70% nhiên liệu phản lực Jet A1 + 1mg/l phụ gia chống tĩnh điện Stadis ® 450.
4. Bố cục của luận án
Luận án gồm 128 trang (không kể phụ lục) đƣợc chia thành các phần nhƣ sau: Giới
thiệu luận án: 2 trang, Chƣơng 1 -Tổng quan lý thuyết: 39 trang, Chƣơng 2 – Thực nghiệm
và các phƣơng pháp nghiên cứu: 21 trang, Chƣơng 3 – Kết quả và thảo luận: 55 trang, Kết
luận: 1 trang, Có 32 hình ảnh và đồ thị, Có 44 bảng, 119 tài liệu tham khảo.

2

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT
1.1. TỔNG QUAN CHUNG VỀ KEROSEN VÀ BIOKEROSEN
1.1.1. Tổng quan về phân đoạn kerosen
1.1.1.1. Khái qt chung về phân đoạn kerosen khống
Phân đoạn kerosen có khoảng nhiệt độ sơi từ 180-250oC bao gồm những hydrocacbon
có số nguyên tử cacbon trong phân tử từ C11-C15. Phân đoạn kerosen có dạng chất lỏng
khơng màu, hoặc màu vàng nhạt, dễ cháy, có mùi đặc trƣng, độ bay hơi tƣơng đối nằm ở
khoảng trung gian giữa xăng và diesel. Kerosen khơng tan trong nƣớc (lạnh hoặc nóng),
nhƣng có thể trộn lẫn trong các dung mơi dầu khống [68]. Trong phân đoạn này, các
parafin hầu hết tồn tại ở dạng cấu trúc mạch thẳng (n-parafin), dạng cấu trúc mạch nhánh
rất ít trong đó hàm lƣợng các iso-parafin có thể chiếm đến 20-40% trong tổng số các dạng
đồng phân. Những hydrocacbon loại naphten và aromatic trong phân đoạn này ngoài
những loại có cấu trúc một vịng và có nhiều nhánh phụ đính xung quanh, cịn có mặt các
hợp chất 2 hoặc 3 vịng. Trong đó, các hợp chất naphten và aromatic 2 vịng chiếm phần
lớn, bắt đầu có mặt các hợp chất hydrocacbon có cấu trúc hỗn hợp giữa vịng naphten và
aromatic nhƣ tetralin và các đồng đẳng. Nếu nhƣ trong phân đoạn xăng, lƣu huỳnh dạng
mercaptan chiếm phần chủ yếu trong số các hợp chất chứa lƣu huỳnh, thì trong phân đoạn
kerosen lƣu huỳnh dạng này đã giảm đi một cách rõ rệt, về cuối phân đoạn hầu nhƣ khơng
cịn mercaptan nữa. Thay thế vào đó là lƣu huỳnh dạng sunfua và disunfua, cũng nhƣ lƣu
huỳnh trong các mạch dị vòng. Trong số này, các sunfua vòng no (dị vòng) là loại chủ yếu.
Các hợp chất chứa oxy trong phân đoạn kerosen cũng cao hơn so với phân đoạn xăng. Đặc
biệt ở phân đoạn này, các hợp chất chứa oxy dƣới dạng axit, chủ yếu là axit naphtenic có
nhiều. Ngồi các axit, các hợp chất chứa oxy còn là các phenol và đồng đẳng nhƣ crezol,
dimetyl phenol. Các hợp chất chứa nitơ trong phân đoạn này có ít nhƣng chúng có thể nằm
dƣới dạng các quinolin và đồng đẳng, hoặc các hợp chất chứa nitơ khơng mang tính bazơ
nhƣ pyrol, indol và các đồng đẳng của nó. Trong phân đoạn kerosen, hàm lƣợng nhựa rất
ít, trọng lƣợng phân tử của nhựa còn thấp (từ 200-300) [31, 32, 44, 46, 47, 66, 89, 102].
Kerosen đƣợc sản xuất đầu tiên vào thập niên 1850 từ nhựa than đá (coal tar), từ đó từ

“dầu than đá (coal oil)” thƣờng đƣợc đặt tên cho kerosen, tuy nhiên dầu mỏ lại trở thành
nguyên liệu chính từ sau năm 1859. Từ thời gian đó, phân đoạn kerosen đã đƣợc coi nhƣ là
một phân đoạn của dầu mỏ. Tuy nhiên số lƣợng và chất lƣợng thay đổi tùy thuộc vào loại
dầu thô, mặc dù vài loại dầu thơ có hiệu suất thu kerosen rất tốt, nhƣng những sản phẩm
khác kerosen cũng cần thiết trong nhà máy lọc dầu. Một số loại dầu thô, đặc biệt là dầu thơ
parafinic, chứa thành phần kerosen có chất lƣợng cao. Kerosen là một sản phẩm có độ ổn
định cao, thƣờng ít khi phải thêm các phụ gia để tăng chất lƣợng đối với các ứng dụng
thông thƣờng nhƣ làm dầu hỏa. Việc tinh chế phân đoạn này cũng đơn giản, ngoài việc loại
bỏ lƣợng aromatic nếu vƣợt quá ngƣỡng cho phép thì phân đoạn kerosen có thể chỉ cần rửa
bằng kiềm hoặc trải qua một q trình xử lý nếu có sự xuất hiện của lƣu huỳnh [33, 50, 52,
62].
3


1.1.1.2. Các tính chất hóa lý và chỉ tiêu kỹ thuật của kerosen khống
Kerosen có một số tính chất hóa lý nhƣ sau [50].
Bảng 1.1. Tính chất hóa lý của kerosen
STT
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

Thông số
Trạng thái (15°C và 1 atm)
Điểm sôi ở 1 atm, °C
Điểm đóng băng, °C
Tỷ trọng(15oC)
Sức căng bề mặt(20oC), N / m
Nhiệt hóa hơi, J / kg
Nhiệt cháy, MJ / kg
Mật độ, ở 15oC
Điểm chớp cháy, oC
Chỉ số axit, mg KOH/g (max)
Hợp chất thơm, % thể tích ( max)
Độ nhớt ở -200C, mm2/s (max)

Giá trị
lỏng
180-250
-45,6
0,80
0,023-0,032
2,5 x 105
43,124
775-840
38
0,015
22,0
8,0

Ứng dụng lớn nhất của kerosen khoáng là làm nhiên liệu phản lực, do đó các tính chất

lý, hóa học của loại nhiên liệu này ảnh hƣởng rất lớn đến các tính chất lý, hóa của nhiên
liệu phản lực.
1.1.1.3. Các ứng dụng của phân đoạn kerosen khống
Kerosen đƣợc sử dụng với hai mục đích chính là làm nhiên liệu phản lực và nhiên liệu
sinh hoạt dân dụng. Trong đó sử dụng làm nhiên liệu phản lực là ứng dụng chính. Nhiên
liệu cho động cơ phản lực có thể đƣợc chia thành ba dạng chính: dạng kerosen, dạng
kerosen với điểm chớp cháy cao và dạng có phân đoạn rộng [83].
Dạng kerosen thƣờng đã đƣợc nhắc đến ở trên. Dạng kerosen với điểm chớp cháy cao
cho phép tồn chứa rất an toàn trong những khoang chứa của máy bay. Cịn dạng phân đoạn
rộng có nhiệt độ sôi đầu rất thấp khoảng 70oC, thực chất đây là sản phẩm thu đƣợc từ việc
phối trộn của phân đoạn naphta nhẹ với kerosen [51, 70]. Ngoài ra nhiên liệu phản lực cịn
có nhiều dạng khác nhau phục vụ cho những mục đích khác nhau nhƣ làm nhiên liệu có
nhiệt năng cao dùng cho hoả tiễn [69].
Bảng 1.2. Một số chỉ tiêu kỹ thuật cần có của nhiên liệu phản lực
Đại lượng (phương pháp xác định)
Cảm quan
Trị số axit (ASTM D3242) mgKOH/g
Olefin (ASTM D1319)
Aromatic (ASTM D1319)
Lƣu huỳnh tổng (ASTM D1266)
Lƣu huỳnh mercaptan (ASTM D3227)
Doctor test (ASTM D 235)
Đƣờng chƣng cất (ASTM D 86)

Giá trị
Trong suốt, sáng
≤0,015
≥ 5%V
≤ 20%V
≤ 0,30%

≤ 0,002%
Không
T10 ≤204 oC; T100 ≤ 300 oC
4


≥ 38 oC
0,775 – 0,840 g/ml
≤ -47 oC
≤ 8cSt
≤ 42,8kJ/g
≥ 25mm
≥ 45
2 giờ ở 100 oC, ≤ 1
∆P ≤ 25,0mmHg
≤ 7mg/100ml
≤ 1b
50-450 pS/m

Nhiệt độ chớp lửa (ASTM D 3828)
Khối lƣợng riêng ở 15 độ C (ASTM D1298)
Nhiệt độ chảy (ASTM D 2386)
Độ nhớt ở -20 độ C (ASTM D 445)
Nhiệt cháy dƣới (ASTM D 2382)
Điểm khói (ASTM D 1322)
Trị số phát sáng (ASTM D 1740)
Độ ăn mòn tấm đồng (ASTM D 130)
Độ bền oxy hố nhiệt (ASTM D 3214)
Gơm thực tế (ASTM D 381)
Lƣợng nƣớc cho phép (ASTM D 1094)

Độ dẫn điện (ASTM D 2624)

Trong những năm gần đây của ngành công nghiệp dầu mỏ, kerosen là sản phẩm đƣợc
bán nhiều nhất và là một trong những sản phẩm dầu mỏ quan trọng nhất. Một số nhà máy
lọc dầu sử dụng nhiều loại dầu thô khác nhau để tăng khả năng sử dụng của các phân đoạn
dầu mỏ khác nhau. Các dầu đốt thƣờng đƣợc sản xuất từ sự lựa chọn cẩn thận các loại dầu
thô hoặc sử dụng các sản phẩm hóa dầu khác nhau để cho sản phẩm có độ bay hơi cần thiết
và chất lƣợng cháy cao [14, 40, 91].
Một số ứng dụng quan trọng của phân đoạn kerosen có thể kể ra dƣới đây:
- Làm nhiên liệu sinh hoạt: dầu hỏa thắp sáng, đốt lò... [24].
- Làm nhiên liệu phản lực: Loại nhiên liệu đƣợc dùng cho các máy bay dân dụng trên
thế giới là dạng kerosen Jet A1, ở Hoa Kỳ thì Jet A đƣợc dùng cho máy bay dân dụng,
tƣơng tự nhƣ loại Jet A1 ở trên nhƣng điểm chảy cao hơn (-40oC thay vì -47oC).
Thành phần phân đoạn kerosen khi đƣợc sử dụng làm nhiên liệu phản lực và nhiên liệu
sinh hoạt dân dụng:
a. Nhiên liệu phản lực
Nhiên liệu dùng cho động cơ phản lực đƣợc chế tạo từ phân đoạn kerosen hoặc từ hỗn
hợp giữa phân đoạn kerosen và phân đoạn xăng. Đặc điểm cơ bản nhất của nhiên liệu dùng
cho động cơ phản lực là có tốc độ cháy lớn, dễ dàng tự bốc cháy ở bất kỳ nhiệt độ và áp
suất nào, cháy điều hồ, khơng bị tắt trong dịng khí có tốc độ lớn, nghĩa là q trình cháy
phải có ngọn lửa ổn định. Về phƣơng diện này, cấu trúc của buồng đốt có tính chất vơ cùng
quan trọng quyết định đến tính ổn định của ngọn lửa, nhƣng thành phần hố học của nhiên
liệu đảm bảo phải có nhiều hydrocacbon parafinic mạch thẳng cũng tạo ra điều kiện bốc
cháy dễ và tốc độ cháy mong muốn. Để đảm bảo yêu cầu về nhiệt cháy của nhiên liệu phản
lực (trên 10200 kcal/kg) thì thành phần nhiên liệu phải có nhiều parafin và naphten. Tuy
nhiên quan trọng hơn cả là các naphten bởi nếu tăng cƣờng thành phần parafin mạch thẳng
sẽ làm tăng giảm tính linh động của nhiên liệu ở nhiệt độ thấp, điều này rất nguy hiểm đối
với các máy bay phản lực hoạt động ở tầm cao (lên cao 10000m nhiệt độ khí quyển hạ
xuống -50oC) trong khi đó các naphten vẫn ở trạng thái lỏng vừa đảm bảo việc cung cấp
5

nhiên liệu vào buồng đốt không bị gián đoạn, vừa có nhiệt cháy cũng khơng kém gì các
parafin. Ngồi thành phần hydrocacbon, một số thành phần phi hydrocacbon cũng có khả
năng ảnh hƣởng đến tính chất của nhiên liệu phản lực: Các hợp chất lƣu huỳnh khi cháy
tạo SO2 và SO3 và gây ăn mòn; đồng thời các hợp chất của lƣu huỳnh còn gây tạo cặn bám
trong buồng đốt, chủ yếu là trên nến điện, vịi phun, tuy-e thốt sản phẩm cháy; các hợp
chất chứa oxy nhƣ axit naphtenic, phenol đều làm tăng khả năng ăn mòn các thùng chứa,
ống dẫn nhiên liệu; các sản phẩm sinh ra trong q trình ăn mịn (các muối kim loại của
axit naphtenic) lại góp phần tạo cặn, tạo tàn khi cháy và bám vào trong buồng đốt); các hợp
chất của nitơ làm cho nhiên liệu kém ổn định, làm biến màu ban đầu của nhiên liệu; các
kim loại, nhất là V, Na nằm trong thành phần khí cháy ở nhiệt độ cao 650-850oC khi đập
vào các tuốc bin chính, sẽ gây ăn mòn và phá hỏng rất mạnh các chi tiết của tuốc bin, vì
vậy hàm lƣợng kim loại và tro trong nhiên liệu thƣờng là phải rất nhỏ, khoảng vài phần
triệu [91].
b. Nhiên liệu sinh hoạt dân dụng
Phân đoạn kerosen khi sử dụng để sản xuất dầu hoả dân dụng cũng có những đặc tính
riêng, trong đó thành phần các hydrocacbon đóng một vai trị rất quan trọng. Khi dùng dầu
hoả để thắp sáng hay đun nấu, yêu cầu cơ bản nhất là làm sao để ngọn lửa phải cháy sáng,
ít có màu vàng-đỏ, khơng tạo nhiều khói đen, khơng tạo nhiều tàn đọng ở đầu bấc và dầu
phải dễ dàng theo bấc lên phía trên để cháy. Thành phần parafin trong phân đoạn kerosen
góp phần làm tăng chiều cao ngọn lửa khơng khói, là một đặc tính quan trọng khi dùng để
thắp sáng và đun nấu. Các parafin và các naphten nói chung, khi đốt đều cho ngọn lửa màu
sáng xanh. Trong khi đó, các hydrocacbon thơm khi đốt cho ngọn lửa đỏ-vàng có nhiều
muội, khói đen. Nguyên nhân là vì các parafin và naphten có chứa nhiều H trong phân tử,
q trình cháy xảy ra nhanh, khơng kịp để xảy ra quá trình phân hủy dẫn đến tạo cacbon;
trong khi đó, các hydrocacbon thơm có tốc độ cháy chậm, quá trình phân hủy xảy ra trƣớc
quá trình cháy, nên tạo nhiều muội than và có nhiều khói đen. Vì vậy, khi sử dụng phân
đoạn kerosen dùng làm dầu hoả dân dụng phải loại bỏ các hydrocacbon thơm, nhất là các
hydrocacbon thơm nhiều vòng, trong thành phần còn lại các parafin và các naphten có số

nguyên tử từ C10-C14 [92].
1.1.2. Tổng quan chung về nhiên liệu sinh học biokerosen
1.1.2.1. Đặc điểm, thành phần và tính chất của biokerosen
Nhiên liệu sinh học biodiesel đã đƣợc nghiên cứu, ứng dụng cho động cơ diesel. Trong
những năm gần đây, nhiên liệu sinh học biokerosen cho máy bay (cịn có thể gọi là biojet)
trở thành vấn đề thu hút rất nhiều sự quan tâm của các nhà khoa học và các nƣớc trên thế
giới bởi máy bay khơng thải khí thải trên mặt đất nhƣng lại thải trực tiếp khí thải vào khí
quyển ở độ cao trên 10 km, gây ô nhiễm bầu không khí. Các hãng hàng khơng trên thế giới
cũng đã tiến hành bay thử nghiệm trên nhiên liệu sinh học biokerosen và thu đƣợc những
kết quả rất khả quan. Trong những năm tới, chính phủ nhiều nƣớc sẽ thắt chặt các tiêu
chuẩn của nhiên liệu máy bay, yêu cầu sử dụng nhiên liệu sinh học. Các nƣớc trong Liên
6


minh châu Âu EU quy định máy bay bay trong không phận của các quốc gia này phải là
nhiên liệu sạch.
Theo định nghĩa của nhiều tác giả nghiên cứu trên thế giới [9, 25, 30, 71, 74, 85],
biokerosen là các mono alkyl este của các axit béo mạch ngắn hoặc nhiều nối đơi có nguồn
gốc từ dầu thực vật. Mono alkyl este là sản phẩm của phản ứng trao đổi este giữa rƣợu
mạch thẳng (metanol, etanol) với dầu thực vật hoặc mỡ động vật (triglyxerit) tạo thành
glyxerin và este của axit béo mạch dài.
Năm 1980, lần đầu tiên toàn thế giới công nhận sự ra đời của sản phẩm biokerosen.
Đây cũng là năm khởi động cho các cơng trình nghiên cứu loại nhiên liệu sinh học đầy
tiềm năng này. Từ năm 1980 đến năm 1984, rất nhiều những thí nghiệm để áp dụng dầu
sinh học vào thực tế đã đƣợc thực hiện. Và từ đây, một loại nhiên liệu phản lực thay thế từ
dầu thực vật cũng đã đƣợc tìm thấy. Ngày 23 tháng 10 năm 1984, đã diễn ra một chuyến
bay thử nghiệm đƣợc coi là lịch sử khi sử dụng biokerosen tinh khiết K100, với hành trình
hơn 1000 dặm từ Sao-Jose-dos-Campos tới Brazil trong khoảng thời gian là 4 giờ. Máy
bay đƣợc sử dụng mang tên “Brandeirante” đƣợc sản xuất bởi Embraer, Brazil [25]. Năm
2008, tác giả Bergthorson JM [13] đã trình bày cơng trình nghiên cứu của mình trong giải

thƣởng United Nation’s Blue Sky ở Shenzhen, với đề tài “Mối tƣơng quan giữa biodiesel
và biokerosen”. Năm 2008, hãng hàng không Virgin Atlantic thực hiện chuyến bay Boeing
747 hoạt động với nhiên liệu là 80/20 hỗn hợp của nhiên liệu khoáng và nhiên liệu sinh học
chiết xuất từ dầu hạt cọ ba-ba-su, cộng với một thành phần chất chống đông sinh học
etanol [13]. Tháng 11/2009, hãng hàng không Hà Lan KLM thực hiện một chuyến bay
hành khách thử nghiệm sử dụng biokerosen [27]. Tháng 9/2011, chuyến bay KLM Royal
Dutch 1233 – một chiếc Boeing 737-800 cất cánh từ Amsterdam Schipol đến Charles de
Gaulle, Paris sử dụng biokerosen mang theo 171 hành khách. Từ hè năm 2011, hãng hàng
không KLM có 200 chuyến bay giữa Amsterdam và Paris sử dụng hỗn hợp 50% kerosen
và 50% nhiên liệu sinh học đƣợc sản xuất từ dầu ăn [27]. Ngày 13/4/2012, Qantas đã bay
chuyến bay thƣơng mại đầu tiên trên máy bay Airbus A330 của Öc đƣợc hỗ trợ bởi nhiên
liệu sinh học có nguồn gốc từ dầu ăn, cất cánh từ Sydney đến Adelaide. Biokerosen đã
đƣợc phát triển ở Fortaleza, Brazil trong suốt giai đoạn 1980 - 1985 và hiện tại đã đƣợc cấp
bằng sáng chế, đăng ký theo số PI-800795-7 (INPI) [13].
Bảng 1.3. Thông tin về các chuyến bay thử nghiệm
Hãng hàng không
Máy bay thƣơng mại
Động cơ
Nguyên liệu

New Zealand
Boeing 747-400
Rolls-Royce
RB211-524G
50% Jatropha

Continental
Boeing 737-800
CFM International
CFM56-7B

47,5%jatropha, 2,5% tảo

Nhà cung cấp

UOP

UOP

Thời gian

30/12/2008

7/1/2009

7

Japan
Boeing 747-300
Pratt & Whitney
JT9D-7R4G2
42% camelina,
8% jatropha/tảo
Nikki
Universal/UOP
30/1/2009


Bảng 1.4. Một số chỉ tiêu kỹ thuật của các metyl este từ dầu dừa
Chỉ tiêu kỹ thuật
Nhiệt trị, MJ/Kg

Chiều cao ngọn lửa khơng khói, mm
Chỉ số axit, mg KOH/g
Chỉ số iot, g iot/100mg
Độ nhớt động học tại 40oC, cSt
Nhiệt độ chớp cháy, oC
Ăn mòn tấm đồng, loại
Cặn cabon, % KL
Tổng hàm lƣợng este, %
Điểm băng, oC
Khoảng chƣng cất, oC
Nhiệt độ đầu, oC
10%
50%
90%
Nhiệt độ cuối,oC

P.P kiểm tra
ASTM D240
ASTM D 1322
ASTM D664
Pr EN-14111
ASTM D445
ASTM D93
ASTM D130
ASTM D4530
GC-MS
ASTM D2386
D 86

Metyl este từ dầu dừa

41,5
96
0,01
25
2,75
133
1a
0,02
99,52
-11,6
174
204
242
278
294

Bảng 1.5. Một số chỉ tiêu kỹ thuật của metyl este từ dầu hạt cải
Các chỉ tiêu kỹ thuật
Tỷ trọng, 15,5 oC
Nhiệt độ chớp cháy, oC
Độ nhớt động học tại 40oC, cSt
Tổng hàm lƣợng este, % khối lƣợng
Điểm băng, oC
Khoảng chƣng cất, oC
Nhiệt độ đầu, oC
10%
50%
90%
Nhiệt độ cuối,oC
Chiều cao ngọn lửa khơng khói (mm)

Chỉ số axit (mg KOH/g)
Chỉ số iot (g I2/100 g)
Nhiệt trị (MJ/kg)

Phương pháp thử
D 1298
D 93
D 445
Pr EN 14103d
ASTM D2386
D 86

D1322
D 664
Pr EN 14111
D 240

Metyl este từ dầu hạt cải
0,8621
162,1
4,4
99,6
-38
232
244
268
288
302
102
0,01

140
39,3

Các kết quả cho biết các metyl este từ dầu dừa và dầu hạt cải đều đáp ứng rất tốt các
yêu cầu về khả năng cháy sạch thông qua chỉ tiêu về chiều cao ngọn lửa không khói (đều
trên 90 mm) - một trong những chỉ tiêu quan trọng nhất của nhiên liệu phản lực. Ngoài ra,
các metyl este từ dầu dừa có độ nhớt rất thấp (2,75 cSt tại 40oC), còn các metyl este từ dầu
hạt cải có điểm đóng băng khoảng -38oC nên có tính linh động rất cao. Tuy nhiên, mỗi loại
8


metyl este đều có những chỉ tiêu chƣa phù hợp: Với các metyl este đi từ dầu dừa, mặc dù
khoảng nhiệt độ sôi nằm trong giới hạn của phân đoạn kerosen nhƣng nhiệt trị chƣa đủ cao
so với tiêu chuẩn của nhiên liệu phản lực (41,5 so với 42,8 MJ/Kg), đồng thời điểm băng
của các metyl este quá cao (-11,6 so với -47oC); với các metyl este từ dầu hạt cải, điểm
băng của nhiên liệu đã hạ xuống rất thấp so với trƣờng hợp dầu dừa (-38oC) nhƣng vẫn
chƣa đạt đƣợc giá trị cho phép, hơn nữa nhiệt trị của loại metyl este này còn thấp hơn so
với các metyl este đi từ dầu dừa (39,3 MJ/Kg). Do vậy, để có thể sử dụng làm nhiên liệu
thay thế một phần nhiên liệu máy bay, bắt buộc phải có q trình pha chế giữa nhiên liệu
phản lực truyền thống với từng loại hoặc cả hai loại metyl este, đồng thời đƣa thêm phụ gia
để cải thiện tính chất của nhiên liệu cho phù hợp với tiêu chuẩn.
1.1.2.2. Ưu, nhược điểm của biokerosen
a. Ưu điểm của biokerosen
Biokerosen có các tính chất tƣơng tự nhƣ kerosen thơng thƣờng do đó có thể đƣợc trộn
lẫn với nhiên liệu truyền thống theo tỷ lệ phù hợp để đáp ứng các tiêu chuẩn của nhiên liệu
hàng không. Ƣu điểm nổi trội của biokerosen là khả năng tái sinh nguồn nguyên liệu, hiệu
quả đốt cao hơn, lƣu huỳnh thấp hơn, phân hủy vi sinh cao hơn. Nguyên liệu để sản xuất
biokerosen chính là các loại dầu thực vật, các phế phẩm, phụ phẩm trong nông lâm nghiệp.
Việc sản xuất biokerosen khơng chỉ góp phần giải quyết vấn đề tận dụng chất thải trong
các quá trình chế biến nơng lâm nghiệp mà cịn giúp con ngƣời có thể chủ động trong việc

tạo ra các nguồn nguyên liệu này, từ đó khơng bị phụ thuộc q nhiều vào ngun liệu hóa
thạch [56, 66]. Ngồi ra, biokerosen cịn có những ƣu điểm nhƣ sau:
- Quá trình cháy sạch: Biokerosen chứa ít cacbon, lƣu huỳnh, nƣớc và chứa nhiều oxy
hơn so với kerosen. Sự giảm hàm lƣợng cabon làm giảm sự phát thải khí cacbonmonoxit
(CO), cacbondioxit (CO2), muội than (nguyên tố C). Hàm lƣợng lƣu huỳnh của biokerosen
thấp có hai ƣu điểm quan trọng so với kerosen khoáng: Thứ nhất, với vai trị nhiên liệu, sự
cháy biokerosen sẽ thải ra ít lƣu huỳnh dioxit (SO2) gây ăn mịn thiết bị, ơ nhiễm môi
trƣờng, ảnh hƣởng tới sức khỏe của con ngƣời; thứ hai, xu thế của tƣơng lai là sẽ tiêu
chuẩn hóa, giảm hàm lƣợng lƣu huỳnh cho phép trong nhiên liệu. Biokerosen đã đạt đƣợc
tiêu chuẩn này. Hàm lƣợng oxi cao của biokerosen cho phép nhiên liệu cháy hoàn toàn hơn
so với nhiên liệu khống do đó giảm sự phát thải hydrocacbon và cacbonmonoxit ra môi
trƣờng, đồng thời sự tạo cặn, đóng muội trong động cơ sẽ giảm đi đáng kể [27].
- Giảm lƣợng khí thải độc hại và nguy cơ mắc bệnh ung thƣ: Do hàm lƣợng
hydrocacbon thơm thấp. Theo các nghiên cứu của Bộ năng lƣợng Mỹ đã hoàn thành tại
một trƣờng đại học ở California, sử dụng các metyl este tinh khiết để thay cho diesel
khống có thể giảm 93,6% nguy cơ mắc bệnh ung thƣ từ khí thải của diesel, do các metyl
este chứa rất ít các hợp chất thơm, hợp chất lƣu huỳnh, và quá trình cháy của chúng triệt để
hơn nên giảm đƣợc nhiều hydrocacbon trong khí thải [27].
9


- An tồn cháy nổ: Biokerosen có nhiệt độ chớp cháy cao hơn so với kerosen khống
do có lƣợng lớn alkyl este của axit béo mạch thẳng, những chất nhìn chung khó bay hơi
nên an tồn hơn trong q trình tồn chứa và bảo quản.
- Khả năng phân hủy sinh học: Sự thuận lợi lớn về môi trƣờng là khả năng phân hủy
sinh học của biokerosen. Biokerosen không độc hại và an tồn khi sử dụng.

Hình 1.1. So sánh sự phát thải CO2 giữa biokerosen và kerosen
b. Nhược điểm của biokerosen
Tuy biokerosen có rất nhiều ƣu điểm vƣợt trội so với kerosen khống, nhƣng nó khơng

phải là khơng có nhƣợc điểm. Các nhƣợc điểm của biokerosen có thể liệt kê ra nhƣ sau
[27]:
- Năng lƣợng khi cháy thấp hơn so với kerosen gốc khoáng (11% đối với B100; 2,2%
đối với B20).
- Giá thành cao: Biokerosen đƣợc tổng hợp từ dầu thực vật đắt hơn kerosen gốc
khống. Nhƣng trong q trình sản xuất biokerosen tạo ra sản phẩm phụ là glyxerin là một
chất có giá trị lớn nên nó sẽ bù lại phần nào giá của biokerosen [27, 28, 54, 56].
- Làm trƣơng nở một số vật liệu cao su, chất dẻo, khi chuyên chở và bảo quản đòi hỏi
điều kiện đặc biệt hơn.
- Tính chất thời vụ của dầu thực vật. Do đó cần phải có những chiến lƣợc hợp lý nếu
muốn sử dụng biokerosen nhƣ một nhiên liệu.
- Tính kém ổn định: Do biokerosen là alkyl este của dầu thực vật nên dễ bị phân huỷ
sinh học và kém bền oxi hóa, biokerosen dễ phân hủy sinh học gấp 4 lần so với kerosen
gốc khống. Chính vì vậy gây ra nhiều khó khăn trong q trình tồn chứa, bảo quản
biokerosen.

10


- Q trình sản xuất biokerosen khó hơn so với biodiesel: Sản xuất biokerosen cần
những điều kiện khắt khe hơn nhiều so với quá trình sản xuất biodiesel. Khi rửa biokerosen
không sạch, xử lý nƣớc thải không tốt sẽ gây ra các vấn đề ơ nhiễm do vẫn cịn xà phòng,
kiềm dƣ, glyxerin tự do, metanol là những chất gây ô nhiễm mạnh. Do đó phải có tiêu
chuẩn để đánh giá chất lƣợng của biokerosen.
Để khắc phục nhƣợc điểm của biokerosen, đặc biệt là giảm phát thải NOx xuống mức
cho phép và tăng độ bền chống oxi hóa của biokerosen, ngƣời ta thƣờng sử dụng
biokerosen ở dạng pha trộn và sử dụng thêm phụ gia chống oxi hóa nhƣ: pyrogallol, axit
gallic, propyl gallate, catechol, axit nordihydroguaiaretic, 2-t-butyl-4methoxyphenol, 2,6di-t-butyl-4-methoxyphenol, 2,6-di-t-butyl-4-methylphenol, t-butyl hydroquinone với tỷ lệ
từ 0,1 đến 0,5%.
1.1.3. Tình hình nghiên cứu tổng hợp và sử dụng nhiên liệu phản lực

biokerosen trên thế giới và Việt Nam
1.1.3.1. Tình hình nghiên cứu tổng hợp và sử dụng nhiên liệu phản lực biokerosen
trên thế giới
Trên thế giới, giai đoạn 1980-1985, biokerosen đã đƣợc phát triển ở Fortaleza, Brazil.
Tuy nhiên ngay sau khi giá dầu hạ thấp, nhiên liệu biokerosen đã bị quên lãng và nó chỉ
đƣợc quan tâm tới một lần nữa khi giá dầu tăng lên mức kỉ lục trong năm. Ngành giao
thông Hà Lan đầu tƣ 1,25 triệu euro để phát triển biokerosen và hy vọng sẽ sản xuất 40 tấn
nhiên liệu sinh học trong mỗi tuần vào năm 2011. Nhiên liệu sinh học biokerosen sẽ trở
thành hiện thực vào khoảng năm 2020, nhƣng nguyên liệu sản xuất là một thách thức lớn
[13].
Ở các nƣớc châu Âu, biokerosen thƣờng đƣợc sản xuất từ dầu hạt cải bằng phƣơng
pháp trao đổi este bởi nơi đây là khu vực có nguồn cải dầu dồi dào. Dầu hạt cải có tổng
hàm lƣợng gốc axit béo khơng bão hồ chiếm tới 82,58% trong đó chủ yếu là các gốc axit
béo không no một nối đôi - chiếm tới 63,17%. Tháng 03 năm 2011, thành viên của liên
minh hàng không Airbus – hãng Hàng không Quốc gia Rumani Tarom, UOP Honeywell
và công ty Camelina đã công bố kế hoạch thành lập một trung tâm sản xuất biokerosen tại
Rumani nhằm cung cấp nhiên liệu cho máy bay dân dụng, sử dụng nguyên liệu là dầu cải.
Nhiều hãng hàng không khác tại châu Âu cũng đã tiến hành bay thử nghiệm bằng
biokerosen [61].
Ở khu vực châu Mỹ, Mỹ và Brazil là hai nƣớc dẫn đầu trong việc nghiên cứu tổng hợp,
sản xuất nhiên liệu sinh học, trong đó có nhiên liệu biokerosen. Nguồn ngun liệu chính
tại Brazil đi từ cây mía, cịn tại Mỹ chủ yếu là từ ngô. Khoảng tháng 08 năm 2011, một
công ty hàng không Mexico đã tiến hành chuyến bay đầu tiên trong khu vực Mỹ Latinh
bằng nhiên liệu biokerosen sản xuất từ dầu jatropha curcas, có hành trình từ Mexico City
tới Tuxtla Gutierrez, một thành phố thuộc bang Chiapas, miền Nam Mexico [61].
Tại một số nƣớc châu Á nhƣ Thái Lan, Malaysia, Indonesia, nhiên liệu sinh học đƣợc
tổng hợp chủ yếu từ dầu cọ hoặc dầu dừa do các nƣớc này có quỹ đất đƣợc quản lý rất chặt
11

chẽ phục vụ cho việc trồng cây cọ dầu và dừa. Malaysia là nƣớc sản xuất và xuất khẩu dầu
cọ lớn nhất thế giới. Hàng năm, nƣớc này sản xuất khoảng 47% lƣợng dầu cọ trên thế giới
[28]. Cọ là loại cây có năng suất cho dầu rất lớn và nhiên liệu sản xuất từ dầu cọ có giá
thành rẻ hơn nhiên liệu sản xuất từ các loại dầu khác. Hơn nữa, nhiên liệu sinh học từ dầu
cọ cũng thải ra lƣợng khí thải CO2 thấp hơn so với nhiên liệu sinh học từ dầu đậu nành,
dầu hạt cải và thấp hơn rất nhiều so với nhiên liệu hóa thạch [54].
Một nhóm các nhà khoa học Thái Lan [28] đã nghiên cứu chuyển hóa loại dầu dừa có
hàm lƣợng axit béo tự do cao (12,8%) thành nhiên liệu sinh học theo phƣơng pháp hai giai
đoạn.
Với tình hình thực tế đặt ra từ vấn đề môi trƣờng và sự cạn kiệt dần nguồn ngun liệu
khống thì sự thành cơng bƣớc đầu của những chuyến bay thử nghiệm của nhiên liệu
biokerosen sẽ là một động lực vô cùng lớn để các nhà khoa học trên toàn thế giới tiếp tục
nghiên cứu và đƣa biokerosen vào thực tế trong một khoảng thời gian khơng xa.
1.1.3.2. Tình hình nghiên cứu tổng hợp và sử dụng nhiên liệu phản lực biokerosen
ở Việt Nam
Hiện nay, ở Việt Nam vẫn chƣa có chƣơng trình nghiên cứu mang tầm quốc gia nào về
nhiên liệu sinh học phản lực biokerosen.

1.2. NGUỒN NGUYÊN LIỆU CHO QUÁ TRÌNH TỔNG HỢP
BIOKEROSEN
1.2.1. Các yêu cầu về nguồn nguyên liệu
Biokerosen dƣới dạng các metyl este để sử dụng cho nhiên liệu phản lực bản thân đã là
một nhiên liệu đặc thù, phải thỏa mãn nhiều tiêu chí tối thiểu nhƣ khoảng sơi thích hợp, độ
nhớt thấp, tính linh động cao tại nhiệt độ thấp, nhiệt trị cao, chiều cao ngọn lửa khơng khói
phải đạt chuẩn… Do đó, ngun liệu cho q trình tổng hợp biokerosen cũng phải rất đặc
thù, không phải bất cứ loại dầu, mỡ động thực vật nào cũng đủ tiêu chí để tổng hợp loại
nhiên liệu này. Nhiên liệu phản lực là một loại nhiên liệu có điều kiện làm việc khắt khe
nên những yêu cầu của nguồn nguyên liệu cũng có những đặc điểm riêng. Nếu trong thành
phần nhiên liệu có nhiều hợp chất bão hịa thì nhiệt độ đơng đặc sẽ cao, do đó trong
nguyên liệu dầu thực vật cần có nhiều nối đơi để đảm bảo nhiên liệu có thể làm việc đƣợc

ở nhiệt độ thấp (-47 oC đến -55oC). Nguyên liệu cũng cần có số cacbon thấp để có số
nguyên tử cacbon nằm trong phân đoạn kerosen. Nguồn nguyên liệu cho quá trình này gồm
các loại dầu thực vật, sinh khối…
Theo các tác giả [9], quá trình chế tạo nhiên liệu biokerosen cần các nguyên liệu có các
tiêu chí sau đây:
- Các loại dầu thực vật có mạch axit béo nằm trong phân đoạn của nhiên liệu phản lực
để đảm bảo khoảng sôi của các metyl este tạo thành đáp ứng tƣơng đối khoảng sôi của
nhiên liệu phản lực thƣơng phẩm. Đồng thời, các metyl este đi từ các loại nguyên liệu này

12


có độ nhớt thấp, nhiệt trị cao, thích hợp với quá trình pha chế tạo nhiên liệu phản lực sinh
học.
- Các loại dầu thực vật có mạch axit béo dài nhƣng phải chứa nhiều liên kết bội hoặc
chứa một liên kết bội nhƣng với hàm lƣợng lớn. Tiêu chí này đảm bảo tính linh động ở
nhiệt độ thấp, khơng ảnh hƣởng quá nhiều đến điểm đóng băng của nhiên liệu phản lực
thƣơng phẩm gốc.
Dựa trên các tiêu chí trên, một số loại nguyên liệu điển hình sẽ đƣợc đề cập trong phần
sau đây.
1.2.2. Dầu thực vật nhiều nối đôi
Sơ đồ về sự phân bố nguyên liệu sản xuất nhiên liệu sinh học:
Nhìn vào sơ đồ hình bên dƣới, có thể thấy sự phân bố nguyên liệu tùy thuộc vào từng
vùng địa lý. Do vậy khi chọn nguyên liệu dùng cho quá trình tổng hợp cần để ý đến vùng
địa lý. Chúng ta cần đặt nhà máy chọn lựa nguyên liệu phù hợp để giảm đƣợc giá thành
nguyên liệu và từ đó làm giảm giá thành sản phẩm.

Hình 1.2. Sơ đồ về sự phân bố nguyên liệu sản xuất nhiên liệu sinh học
1.2.2.1. Dầu lanh
Cây lanh thích nghi rộng với khí hậu ấm áp và mát mẻ, chiều cao 60-80 cm, đƣợc trồng

ở nhiều nƣớc trên thế giới và trong nhiều thế kỷ qua. Dầu lanh đƣợc chiết xuất từ hạt chín
khơ của cây lanh.
* Một số thơng số vật lý của dầu lanh so với dầu thô:
13