Nghiên cứu tổng hợp dầu nhờn sinh học từ dầu thực vật

Đại Học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
--------------------

CAO HOÀI NHÂN

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP DẦU NHỜN SINH HỌC
TỪ DẦU THỰC VẬT

Chun ngành : CƠNG NGHỆ HĨA HỌC

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 07 năm 2008


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học: Tiến Sĩ NGUYỄN VĨNH KHANH
Chữ ký:

Cán bộ chấm nhận xét 1 : Tiến Sĩ TRỊNH VĂN THÂN
Chữ ký:

Cán bộ chấm nhận xét 2 : Tiến Sĩ ĐẶNG MINH KHÔI
Chữ ký:

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN
THẠC SĨ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày 25 tháng 07 năm 2008


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc
---oOo---

----------------

Tp. HCM, ngày 15 tháng 06 năm 2007

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên:

Giới tính : Nam ; / Nữ

CAO HỒI NHÂN

Ngày, tháng, năm sinh : 01/01/1970
Chuyên ngành :

Nơi sinh : QUẢNG NAM

CÔNG NGHỆ HĨA HỌC

Khố (Năm trúng tuyển) :

2006

1- TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP DẦU NHỜN SINH HỌC TỪ DẦU THỰC VẬT
2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:
(1) Tổng quan về dầu nhờn sinh học.
(2) Tổng hợp dầu gốc sinh học từ dầu phộng và dầu Jatropha bằng phương pháp
epoxy hóa phối hợp với mở vịng.
(3) Xác định thơng số phù hợp (T, t, tỷ lệ hóa chất) cho các phản ứng epoxy hóa và
phản ứng mở vịng.
(4) Xác định các tính chất của dầu gốc sinh học điều chế được, pha trộ thử và khảo
sát khả năng sử dụng dầu gốc sinh học điều chế được làm dầu nhờn động cơ.
3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 15/06/2007
4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 15/06/2008
5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: Tiến Sĩ NGUYỄN VĨNH KHANH
Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua.
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(Họ tên và chữ ký)

NGUYỄN VĨNH KHANH

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN
QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH
(Họ tên và chữ ký)

NGUYỄN NGỌC HẠNH


LỜI CẢM ƠN

Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến:
- Qúy thầy cơ Khoa Kỹ Thuật Hóa Học và Bộ Mơn Cơng Nghệ Chế Biến
Dầu Khí đã trang bị kiến thức, hổ trợ và tạo mọi điều kiện để luận văn
được hồn thành.
- Sự nhiệt tình hướng dẫn, cung cấp tài liệu và góp ý chi tiết của TS
Nguyễn Vĩnh Khanh, cán bộ hướng dẫn luận văn.
- TS Phạm Thành Quân, TS Nguyễn Hữu Lương, TS Nguyễn Ngọc Hạnh
và TS Phan Thanh Sơn Nam đã góp ý chân tình cho đề cương luận văn,
giúp nhóm nghiên cứu có định hướng tốt trong quá trình thực hiện và tạo
điều kiện để nhóm được sử dụng Phịng Thí Nghiệm của Bộ Mơn.
- KS Trần Bình Trọng-Trung Tâm Cơng Nghệ Lọc Hóa Dầu, Anh Minh
Tú- Giám Đốc Công Ty TNHH Minh Tú (Cần Thơ), Anh Thái-Chủ Tịch
Hội Trang Trại TP.HCM đã nhiệt tình cung cấp hạt Jatropha, xử lý ép dầu
và nhiều hổ trợ thiết thực khác.
- Các kỹ sư: Lê Quý Tú, Nguyễn Thân Nhật Quang (SV khóa 2003) đã hết
mình, cùng chung sức tiến hành thí nghiệm, phân tích và nghiên cứu. Kết
qủa của luận văn này là sự đóng góp đáng trân trọng của hai bạn.
- Ban Giám Đốc Công Ty Dầu Nhớt Vilube đã tạo mọi điều kiện về thời
gian, phịng thí nghiệm …để nhóm nghiên cứu hồn thành cơng việc.
- Anh chị em cán bộ Phịng Hóa Nghiệm, Nhà Máy Dầu Nhớt Vilube đã hỗ
trợ trong việc kiểm tra các thơng số hóa lý của các mẫu nghiên cứu.
Chân thành cảm ơn!
Tp.Hồ Chí Minh, tháng 7/2008


TÓM TẮT
Dầu thực vật là nguồn tài nguyên dễ phân hủy sinh học. Vì vậy, chúng là nguồn
nguyên liệu lý tưởng để sản xuất các loại dầu nhờn sinh học thân thiện với môi trường.
Thành phần cơ bản của dầu thực vật là tri-glyceric, có nhiều đặc tính phù hợp để chế
biến dầu nhờn. Tuy nhiên, độ ổn định oxy hóa và tính năng dịng chảy ở nhiệt độ thấp

của chúng kém do liên quan đến các nối đôi trong cấu trúc mạch. Trong nghiên cứu
này, dầu thực vật được biến tính qua hai giai đoạn để cải tiến nhược điểm trên. Trong
giai đoạn đầu, dầu phộng và dầu Jatropha được epoxy hóa bởi tác nhân peracetic acid.
Đối với giai đoạn tiếp theo, sản phẩm epoxy hóa được mở vịng bằng một vài loại rượu
và anhydride. Độ chuyển hóa của mỗi giai đoạn được khảo sát trong nhiều điều kiện
phản ứng khác nhau. Tùy thuộc vào loại rượu hoặc anhydride mở vòng trong giai đoạn
hai, độ nhớt động học của sản phẩm thu được tương đương với dầu gốc khoáng từ SN
200 ~ SN700. Sản phẩm dầu nhờn sinh học dành cho động cơ được pha chế từ nguồn
dầu gốc sinh học trên với phụ gia Hitec 9300 của hãng Afton Chemicals có cấu trúc
mạch khơng cịn nhiều liên kết đơi, các tính chất lý hóa của sản phẩm đáp ứng yêu cầu
của dầu nhờn động cơ. Điều đó chứng tỏ rằng, dầu gốc sinh học tổng hợp được thích
hợp để pha chế dầu nhờn sinh học.

Luận văn tốt nghiệp


ABSTRACT
Vegetable oil is a biodegradable resource and, therefore, one of the candidates in
manufacturing lubricant that has biological origin and friendly environmental
characteristics. Triglyceride-based vegetable oil has appropriate viscosity to make
lubricant, however, it also has poor oxidation and low temperature stabilities because
of the double bonds in structure. In our research, vegetable oils are modified in a twosteps synthesis to overcome the above mentioned disadvantages. In the first step, the
peanut oil and Jatropha oil are epoxidized by peracetic acid; while in the second step,
the epoxidized oil undergoes oxirane ring opening reaction with different alcohols and
anhydride. The conversion of the reactions is investigated at different reaction
conditions. Depending on the alcohol or anhydride used in the second step, viscosity
range of the final product lies within the range of the typical SN200 ~ SN700 baseoils. It has been found that, the final product- bio engine lubricant which was blended
from above bio base oils and additive Hitec 9300 from Afton Chemicals having no
more unsaturated chemical bonding, and qualified some physical chemical properties
of engine lubricant. It means the bio base oils are suitable for blending bio-lubricant.

Luận văn tốt nghiệp


MỤC LỤC
Mục lục

Trang

Chương 1 MỞ ĐẦU...................................................................................................1
1.1. Mục đích nghiên cứu của đề tài.........................................................................1
1.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .....................................................................1
1.3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu........................................2
Chương 2 TỔNG QUAN ...........................................................................................5
2.1. Giới thiệu về dầu nhờn bôi trơn.........................................................................5
2.1.1. Nhu cầu sử dụng dầu nhờn .......................................................................5
2.1.2. Hạn chế của việc sử dụng dầu nhờn có nguồn gốc từ dầu thơ ..................6
2.1.3. Các tính chất quan trọng để đánh giá chất lượng dầu nhờn .....................7
2.1.4. Các tính chất quan trọng để đánh giá chất lượng dầu gốc ........................9
2.2. Tổng quan về dầu thực vật...............................................................................10
2.2.1. Thành phần và tính chất hóa lý của dầu thực vật ...................................10
2.2.2. Tính chất hóa học của dầu thực vật.........................................................13
2.2.3. Phân loại dầu thực vật ............................................................................15
2.2.4. Khả năng và phạm vi ứng dụng ..............................................................16
2.3. Tổng quan về dầu nhờn sinh học.....................................................................17
2.3.1. Khái niệm ..............................................................................................17
2.3.2. Triển vọng sử dụng .................................................................................17
2.3.3. Các tính chất và ưu nhược điểm của dầu nhờn sinh học ........................18
2.3.4. Các phương pháp tổng hợp dầu nhờn sinh học ......................................20
2.3.5. Các cơng trình nghiên cứu của các tác giả ..............................................22

Chương 3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM ......................25
3.1. Cơ sở lý thuyết.................................................................................................25
3.1.1. Lý thuyết phản ứng epoxy hóa ...............................................................25

Luận văn tốt nghiệp


3.1.2. Lý thuyết phản ứng mở vòng epoxy ......................................................27
3.2. Các nguyên tắc chung......................................................................................30
3.2.1. Lựa chọn nguyên liệu ..............................................................................30
3.2.2. Lựa chọn phương pháp tổng hợp ............................................................31
3.2.3. Các bước thực hiện .................................................................................31
3.3. Nguyên liệu......................................................................................................33
3.3.1. Giai đoạn thực hiện phản ứng epoxy hóa:...............................................33
3.3.2. Giai đoạn mở vòng sản phẩm epoxy .......................................................33
3.3.3. Xúc tác.....................................................................................................34
3.4. Phương pháp nghiên cứu .................................................................................36
3.4.1. Xác định tính chất của nguyên liệu dầu thực vật ....................................36
3.4.2. Giai đoạn 1: Phản ứng epoxy hóa dầu thực vật.......................................37
3.4.3. Giai đoạn 2: Phản ứng mở vòng epoxy ...................................................39
3.4.4. Xác định các chỉ số hóa lý của các sản phẩm giai đoạn 2.......................41
3.4.5. Pha chế dầu nhờn động cơ.......................................................................41
3.4.6. Xác định các chỉ số hóa lý của dầu nhờn động cơ: .................................41
3.4.7. Các phương pháp xác định độ chuyển hóa của phản ứng .......................41
Chương 4 ĐÁNH GIÁ VÀ BÀN LUẬN KẾT QUẢ ..............................................46
4.1. Kết quả kiểm tra các chỉ tiêu hóa lý của dầu thực vật .....................................46
4.2. Phản ứng epoxy hóa dầu thực vật....................................................................48
4.2.1. Đánh giá sản phẩm phản ứng ..................................................................48
4.2.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ chuyển hóa nối đơi trong phản ứng
epoxy hóa ............................................................................................................51

4.2.3. Ảnh hưởng của tỷ lệ CH3COOH/nối đơi đến độ chuyển hóa nối đơi: ....55
4.3. Phản ứng mở vòng epoxy ................................................................................60
4.3.1. Đánh giá dựa trên chỉ số Hydroxyl của sản phẩm theo tác nhân mở vòng
và tỷ lệ mol epoxy/alcohol ..................................................................................60
4.3.2. Đánh giá dựa trên phổ hồng ngoại ..........................................................65
4.3.3. Đánh giá sản phẩm được ứng dụng làm dầu gốc sinh học......................68
4.4. Dầu nhờn động cơ pha chế từ dầu gốc sinh học.............................................72
Luận văn tốt nghiệp


4.4.1. Tính tốn cơng thức pha chế từ dầu gốc sinh học của dầu Jatropha .......72
4.4.2. Kết quả phân tích các tính chất hóa lý của dầu nhờn sinh học BEL 1....73
Chương 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................78
5.1. Kết luận :..........................................................................................................78
5.1.1. Điều kiện phản ứng .................................................................................78
5.1.2. Sản phẩm dầu gốc sinh học .....................................................................79
5.1.3. Sản phẩm dầu nhờn động cơ sinh học.....................................................80
5.1.4. Về quá trình tổng hợp..............................................................................80
5.2. Đề nghị hướng tiếp tục nghiên cứu ................................................................81
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................83
PHỤ LỤC.................................................................................................................86

Luận văn tốt nghiệp


DANH SÁCH BẢNG BIỂU
Bảng 2.1: Tỷ lệ (% khối lượng) các acid béo có trong một số loại dầu thực vật ....11
Bảng 2.2: Một số tính chất hóa lý cơ bản của các loại dầu thực vật........................11
Bảng 2.3: Nhiệt độ rót chảy và chỉ số iod của các loại dầu thực vật .......................12
Bảng 2.4: Các loại dầu thực vật phụ thuộc vào khu vực sản xuất khác nhau trên thế

giới...........................................................................................................15
Bảng 2.5: Mục đích và các tiêu chuẩn kiểm tra tính chất của dầu nhờn .................18
Bảng 2.6: Nhu cầu sử dụng dầu nhờn sinh học tại Mỹ...........................................22
Bảng 3.1: Một số tác nhân mở vịng thơng dụng [9] ...............................................29
Bảng 3.2 Các loại nguyên liệu sử dụng trong hai giai đoạn phản ứng ...................35
Bảng 3.3 Các tính chất hóa lý đặc trưng dầu thực vật ............................................36
Bảng 4.1 Kết quả kiểm tra các chỉ tiêu hóa lý của dầu thực vật.............................46
Bảng 4.2: Sản phẩm và điều kiện phản ứng của giai đoạn 2 ...................................60
Bảng 4.3: Giá trị chỉ số hydroxyl của sản phẩm ......................................................61
Bảng 4.4: Các nhóm chức liên quan trong q trình tạo sản phẩm [7] ...................68
Bảng 4.5: Độ nhớt động học và nhiệt độ rót chảy của sản phẩm từ dầu phộng ......68
Bảng 4.6: Độ nhớt động học và nhiệt độ rót chảy của sản phẩm từ dầu Jatropha...69
Bảng 4.7: Giá trị độ nhớt động học và nhiệt độ rót chảy của dầu gốc khống........71
Bảng 4.8: Giá trị các thơng số hóa lý của dầu nhờn động cơ BEL 1.......................73
Bảng 4.9: Bảng so sánh các chỉ tiêu hóa lý của dầu BEL1-BEL2 và dầu nhờn
khoáng CANDIDATE A .........................................................................75

Luận văn tốt nghiệp


DANH SÁCH HÌNH VẼ
Hình 2.1: Biểu đồ tăng trưởng lượng dầu nhờn động cơ tiêu thụ qua các năm.........6
Hình 2.2: Sự biến động giá dầu thơ trên thế giới ......................................................7
Hình 2.3: Cấu tạo phân tử triglyceride.....................................................................10
Hình 3.1: Phản ứng epoxy hóa phân tử triacylglycerol ...........................................26
Hình 3.2: Phản ứng mở vịng sản phẩm epoxy ........................................................30
Hình 3.3: Sơ đồ khối quá trình nghiên cứu tổng hợp...............................................32
Hình 3.4: Sơ đồ thiết bị phản ứng epoxy hóa dầu thực vật......................................37
Hình 3.5: Sơ đồ thiết bị phản ứng mở vịng epoxy..................................................39
Hình 4.1. Mẫu dầu Jatropha.....................................................................................47

Hình 4.2. Phổ hồng ngoại của mẫu dầu phộng Tường An.......................................49
Hình 4.3. Phổ hồng ngoại của mẫu dầu Jatropha.....................................................49
Hình 4.4. Phổ hồng ngoại của mẫu dầu phộng đã epoxy hóa..................................50
Hình 4.5. Phổ hồng ngoại của mẫu dầu Jatropha đã epoxy hóa. .............................50
Hình 4.6: Sản phẩm epoxy hóa của dầu Jatropha ...................................................51
Hình 4.7: Độ chuyển hóa của phản ứng epoxy hóa dầu phộng với tỷ lệ 0.5:1.......51
Hình 4.8: Độ chuyển hóa của phản ứng epoxy hóa dầu Jatropha với tỷ lệ 0.5:1 ....52
Hình 4.9: Độ chuyển hóa của phản ứng epoxy hóa dầu phộng với tỷ lệ 1:1..........52
Hình 4.10: Độ chuyển hóa của phản ứng epoxy hóa dầu Jatropha với tỷ lệ 1:1 .....53
Hình 4.11: Độ chuyển hóa của phản ứng epoxy hóa dầu phộng với tỷ lệ 2:1.........53
Hình 4.12: Độ chuyển hóa của phản ứng epoxy hóa dầu Jatropha với tỷ lệ 2:1 .....54
Hình 4.13:Độ chuyển hóa của phản ứng epoxy hóa dầu phộng ở nhiệt độ 40oC ...56
Hình 4.14:Độ chuyển hóa của phản ứng epoxy hóa dầu Jatropha ở nhiệt độ 40oC.56
Hình 4.15: Độ chuyển hóa của phản ứng epoxy hóa dầu phộng ở nhiệt độ 60oC ..57
Hình 4.16:Độ chuyển hóa của phản ứng epoxy hóa dầu Jatropha ở nhiệt độ 60oC.57
Hình 4.17: Độ chuyển hóa của phản ứng epoxy hóa dầu phộng ở nhiệt độ 80oC .58
Hình 4.18: Độ chuyển hóa của phản ứng epoxy hóa dầu Jatropha ở nhiệt độ 80oC58
Hình 4.19:Sản phẩm dầu gốc sinh học sau phản ứng mở vòng epoxy (pha dưới) ..62
Luận văn tốt nghiệp


Hình 4.20: Chỉ số Hydroxyl của sản phẩm mở vịng epoxy có nguồn gốc từ dầu đậu
phộng theo tỷ lệ mol epoxy/alcohol ........................................................63
Hình 4.21: Chỉ số Hydroxyl của sản phẩm mở vịng epoxy có nguồn gốc từ dầu
Jatropha theo tỷ lệ mol epoxy/alcohol....................................................63
Hình 4.22: Phổ hồng ngoại của DGSH3 P...............................................................65
Hình 4.23: Phổ hồng ngoại của DGSH3 J ...............................................................66
Hình 4.24: Phổ hồng ngoại của DGSH7 P...............................................................66
Hình 4.25: Phổ hồng ngoại của DGSH7 J ...............................................................67
Hình 4.26: Mẫu dầu nhờn sinh học BEL 1 dành cho động cơ.................................73

Hình 4.27: Mẫu dầu nhờn sinh học BEL 1 dành cho động cơ sau khi sấy chân
không .......................................................................................................74

Luận văn tốt nghiệp


DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT

•

ASTM

:

American Society for Testing & Materials (Hiệp hội

kiểm tra và vật liệu Mỹ)
•

VI

:

•

TBN :

Total Base Number (Trị số kiềm tổng)

•

BEL :

Bio Engine Lubricant (Dầu nhờn động cơ có nguồn gốc

•

DGSH P

:

Dầu gốc sinh học từ dầu phộng

•

DGSH J

:

Dầu gốc sinh học sinh học từ dầu Jatropha

Viscosity Index (Chỉ số độ nhớt)

sinh học)

Luận văn tốt nghiệp


1

CHƯƠNG 1

MỞ ĐẦU

Chương 1: Mở đầu


1

Chương 1
MỞ ĐẦU
1.1. Mục đích nghiên cứu của đề tài
Đề tài nhằm mục đích nghiên cứu q trình tổng hợp dầu nhờn sinh học từ dầu thực
vật, đánh giá các tính chất hố lý đồng thời so sánh với loại dầu nhờn động cơ có
nguồn gốc từ dầu mỏ đang phổ biến trên thị trường hiện nay. Về cơ bản, qúa trình tổng
hợp dầu nhờn sinh học chủ yếu phụ thuộc vào giai đoạn tổng hợp dầu gốc sinh học.
Công đoạn pha chế thường đơn giản và chỉ phụ thuộc vào sự lựa chọn những phụ gia
thích hợp nhằm tăng cường các tính năng của dầu nhờn thành phẩm.
Nhiệm vụ của đề tài là tổng hợp được dầu nhờn sinh học thành phẩm từ dầu thực vật
sẵn có tại Việt Nam qua hai giai đoạn: epoxy hoá dầu thực vật và mở vòng epoxy,
khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất phản ứng và chất lượng sản phẩm như tỷ
lệ nguyên liệu, nhiệt độ và thời gian phản ứng. Căn cứ trên dầu gốc sinh học tổng hợp
được, sẽ pha chế thành loại dầu nhờn sinh học thành phẩm.
Sản phẩm dầu nhờn sinh học sẽ được đánh giá sơ bộ thơng qua các chỉ tiêu hố lý.
Các thơng số đánh giá đều được so sánh với mẫu dầu nhờn gốc dầu mỏ như đã nêu
trên.
1.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Quá trình tổng hợp dầu nhờn sinh học từ dầu thực vật. Dầu

thực vật được chúng tôi chọn trong đề tài này là dầu đậu phộng và dầu Jatropha curcas

L (gọi tắt là dầu Jatropha).
- Phạm vi nghiên cứu: Dầu nhờn sinh học tổng hợp trong phịng thí nghiệm được

khảo sát sơ bộ một số tính chất hố lý, so sánh với các loại dầu nhờn gốc dầu mỏ hiện
nay. Luận văn sẽ không đề cập đến việc chạy thử lọai dầu nhờn sinh học này trên động
cơ thật, do hạn chế về thời gian và điều kiện thực hiện.

Chương 1: Mở đầu


2

1.3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu
Hiện nay, vấn đề ô nhiễm môi trường do các loại khí thải từ q trình đốt cháy và
thải bỏ các sản phẩm từ dầu mỏ như nhiên liệu và dầu nhờn là một vấn nạn lớn cho các
nước trên thế giới, trong đó có Việt Nam. Khi các ngành công nghiệp càng phát triển,
sự ô nhiễm càng nghiêm trọng và có thể đe dọa đến mơi trường sinh thái trên tồn cầu.
Vì vậy, việc nghiên cứu tìm ra các loại nhiên liệu hay dầu nhờn sinh học ln là một
hướng đi tích cực giúp giải quyết phần nào về thực trạng ô nhiễm môi trường như hiện
nay. Việt Nam đang và sẽ tham gia những cam kết, nghị định về vấn đề bảo vệ môi
trường trong điều kiện hội nhập như giai đoạn hiện nay. Do đó vấn đề này càng trở
nên nóng bỏng và cấp thiết hơn bao giờ hết.
Bên cạnh đó, nguồn tài nguyên thiên nhiên dầu mỏ không phải là vô tận và đã có dự
báo sẽ cạn kiệt trong khoảng vài chục năm tới. Để tránh phụ thuộc hoàn toàn vào tài
nguyên thiên nhiên này, chúng ta cần có một giải pháp dựa trên nguồn tài nguyên có
thể tái tạo nhanh. Dầu thực vật là một lựa chọn tối ưu vì tính sẵn có và dễ dàng sản
xuất ở các nước, đặc biệt là những nước phát triển về nông nghiệp như Việt Nam.
Biodisel là nguồn nhiên liệu sinh học đã được nghiên cứu và ứng dụng tại một số nước
để thay thế một phần loại dầu diesel truyền thống có nguồn gốc từ dầu mỏ. Kết qủa áp
dụng này hiện nay đang cho kết qủa rất khả quan về mặt bảo vệ môi trường và cả về ý

nghĩa kinh tế.
Nghiên cứu tổng hợp dầu nhờn sinh học là một đề tài khá mới nhưng cũng mang ý
nghĩa khá quan trọng trong việc bảo vệ môi trường và sản xuất từ nguồn nguyên liệu
dễ tái tạo, tránh bớt việc phụ thuộc vào dầu mỏ.
Đề tài tổng hợp dầu nhờn sinh học từ hai lọai dầu thực vật là dầu đậu phộng và dầu
Jatropha cịn mang ý nghĩa thực tế khi điều kiện khí hậu Việt Nam hoàn toàn phù hợp
với việc trồng và thu hoạch hai loại dầu này. Dầu đậu phộng rất quen thuộc với ngành
nông nghiệp Việt Nam về gieo trồng, thu hoạch cũng như sản xuất dầu. Riêng dầu
Jatropha chưa được phổ biến rộng rãi. Dầu mè được chiết xuất từ qủa của cây
Jatropha. Đây là loại cây rất dễ trồng và dễ phát triển trong điều kiện khắc nghiệt khơ
hạn, có thể phủ được những vùng đất hoang hố bỏ trống, do đó càng góp phần làm
cho mơi trường thêm xanh tươi.
Chương 1: Mở đầu


3

Dầu Jatropha là loại dầu thực vật công nghiệp, không phải là dầu ăn. Vì vậy giá trị
kinh tế của nguyên liệu đầu vào cho quá trình tổng hợp dầu nhờn sinh học thấp. Từ đó
góp phần làm giá thành của sản phẩm đầu ra sẽ có tính cạnh tranh. Dầu đậu phộng có
ưu điểm rất dễ tìm, phổ biến, giá thành vừa phải. Điều đó đã chứng tỏ được ý nghĩa
thực tế của đề tài nghiên cứu.
Hiện nay, đã có nhiều đơn vị cá nhân triển khai trồng thử nghiệm cây dầu Jatropha
với hai loại giống từ Campuchia và từ Ấn Độ như Công Ty Minh Tú (Cần Thơ) trồng
ở Kiên Giang, Anh Thái - chủ tịch hội trang tại TP.HCM trồng ở Dầu Tiếng . Tiến sĩ
Thái Xuân Du, Viện Sinh học nhiệt đới cũng có chương trình trồng thử nghiệm tại
Bình Phước. Cơng ty Cổ Phần Sài Gòn Măng Đen triển khai dự án trồng 5000 hecta
Jatropha ở Kon Tum. Công ty Cổ phần Đầu tư Phát triển Năng lượng Thiên nhiên
(NEID., JSC) với dự án tại Sông Mã (Sơn La), Điện Biên, Lai Châu, Thái Nguyên,
Tuyên Quang, Lào Cai, Lục Yên (Yên Bái). Chính phủ cũng đang tiến hành những

điều nghiên để triển khai trồng Jatropha trên diện rộng và đã có một dự án đang triển
khai tại Hà Nội.

Chương 1: Mở đầu


4

CHƯƠNG 2

TỔNG QUAN

Chương 2: Tổng quan


5

Chương 2
TỔNG QUAN

2.1. Giới thiệu về dầu nhờn bơi trơn
2.1.1. Nhu cầu sử dụng dầu nhờn [4]
Cách đây khoảng 100 năm con người vẫn chưa có được những khái niệm về dầu
nhờn. Tất cả các loại máy bấy giờ được bôi trơn bằng mỡ lợn, dầu oliu và các loại thảo
mộc khác.
Khi ngành chế biến dầu mỏ mới ra đời và phát triển người ta đã nghiên cứu chế tạo
ra dầu nhờn đầu tiên từ mazut (1867) nhưng có chất lượng thấp.
Về cơ bản, dầu nhờn các loại được pha chế từ hai thành phần chính là dầu gốc và
phụ gia, trong đó, dầu gốc chiếm tỷ trọng lớn từ 70 -99%.
Hiện nay với những thành tựu khoa học, người ta đã nghiên cứu và áp dụng nhiều

công nghệ hiện đại thay thế để sản xuất được nhiều loại dầu gốc chất lượng cao và các
loại phụ gia đặc trưng cho vào dầu nhờn nhằm cải thiện và nâng cao chất lượng của
chúng liên quan đến các vấn đề nóng bỏng như: giảm hàm lượng khí thải độc hại, tiết
kiệm nhiên liệu, kéo dài thời hạn thay dầu…
Các con số dự báo về tổng nhu cầu dầu nhờn tại Việt nam dao động trong khoảng từ
120.000 tấn/năm đến 170.000 tấn/năm. Mặc dù số liệu thống kê tại Việt nam không
sẵn có để kiểm chứng các con số dự báo này, các phép kiểm tra chéo bằng phương
pháp bắc cầu cho thấy rằng ước lượng tổng nhu cầu nhờn tại Việt nam vào khoảng
120.000 – 140.000 tấn/năm là hợp lý.
Nhu cầu dầu nhờn tại Việt nam đã và đang tăng trưởng tương đối nhanh và liên tục,
thúc đẩy bởi tăng trưởng kinh tế nói chung (tăng trưởng GDP) và tăng trưởng sản
lượng cơng nghiệp nói riêng. Mặc dù các con số ước tính tăng trưởng dao động trong
khoảng từ 5 – 9%, con số tăng trưởng hợp lý là ở biên trên của khoảng này phù hợp
với một số chỉ số tăng trưởng của các động lực chính như: Tăng trưởng GDP, tăng
trưởng sản lượng công nghiệp và tăng trưởng phương tiện giao thông.
Chương 2: Tổng quan


6

Nếu tính theo mức tiêu thụ dầu nhờn theo đầu người, Ấn độ tiêu thụ 1kg/năm, Trung
quốc 2 kg/năm, ASEAN (trung bình) 6kg/năm. Nhiều khả năng là mức tiêu thụ dầu
nhờn của Việt Nam sẽ nằm trong khoảng giữa Ấn độ và Trung quốc, có nghĩa là tổng
lượng dầu nhờn tiêu thụ tại Việt Nam hiện nay sẽ trong khoảng từ khoảng 120.000 –
140.000 tấn/năm.
Với dự báo tăng trưởng GDP tiếp tục được duy trì ở mức 6 – 7%/năm như hiện nay,
tăng trưởng nhu cầu dầu nhờn được dự báo sẽ tiếp tục nhịp độ hiện tại trong vòng
những năm còn lại của thập kỷ này.Theo số liệu thống kê của Tổng cục Thống kê – Bộ
thương mại, số lượng dầu nhờn động cơ được tiêu thụ trong cả nước trong những năm
qua được thể hiện qua Hình 2.1.

160
121.4

130.2

134.6

137.4

139.3

141.4

144.5

146.7

Nghìn tấn

120

Tiêu thụ

80

40

0
2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

Năm

Hình 2.1: Biểu đồ tăng trưởng lượng dầu nhờn động cơ tiêu thụ qua các năm
2.1.2. Hạn chế của việc sử dụng dầu nhờn có nguồn gốc từ dầu thô
Như trong phần 1.3 của chương 1 đã đề cập, sử dụng dầu nhờn có nguồn gốc từ dầu
mỏ có những hạn chế sau đây:
- Ơ nhiễm mơi trường do hàm lượng khí thải và do khả năng phân hủy sinh học của

dầu nhờn trong môi trường tự nhiên rất kém
- Giá dầu mỏ tăng cao và bất ổn (hình 2.2) dẫn đến giá dầu nhờn cũng không ổn

định và có xu hướng tăng liên tục, thậm chí có hiện tượng thiếu hụt vì khan hiếm (cụ
Chương 2: Tổng quan

7

thể vào năm 2005, 2007 và kể cả sáu tháng đầu năm 2008. Hiện nay, tình hình dầu gốc
khống để pha chế dầu nhờn khơng những giá cao mà cịn khan hiếm, cung không đủ
cầu. )
- Dầu mỏ là nguồn tài nguyên thiên nhiên không tái tạo, và sẽ cạn kiệt trong vòng

50 năm tới theo dự báo của các nhà khoa học. Vì vậy, việc phụ thuộc hồn tịan vào
loại tài nguyên này là hết sức rủi ro, và cần có sự chuẩn bị cho các loại nhiên liệu hay
sản phẩm thay thế.

DIỄN BIẾN GIÁ DẦU THƠ BÌNH QN TRÊN THẾ GIỚI
USD/THÙNG
140
135

120
100
80
60
57.25
40

20.57

25.87

19.09

20

29.17

25.92

29.64

40.91

14.91

0
1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009

Hình 2.2: Sự biến động giá dầu thơ trên thế giới [5]
2.1.3. Các tính chất quan trọng để đánh giá chất lượng dầu nhờn [1]
Để đánh giá chất lượng của dầu nhờn, đáp ứng yêu cầu của động cơ cũng như các
tiêu chuẩn về môi trường, dầu nhờn phải thỏa mãn một số chỉ tiêu về chất lượng sản
phẩm qui định. Tùy theo điều kiện cụ thể của mỗi quốc gia hay từng vị trí trong một
nước mà có các tiêu chuẩn khác nhau. Người ta thường xác định một số chỉ tiêu kỹ
thuật của dầu nhờn theo các tiêu chuẩn như TCVN, ASTM ... Sau đây là một vài tiêu
chuẩn đối với dầu nhờn:
- Trị số acid và kiềm (TAN và TBN): Đây là một chỉ tiêu cần thiết của dầu bôi

trơn, dùng để xác định sự biến đổi của dầu do quá trình oxy hóa. Riêng trị số kiềm cho
biết khả năng trung hịa các axít tạo ra do q trình đố cháy nhiên liệu khi thiết bị vận
hành.
Chương 2: Tổng quan

8

- Điểm anilin: Có ý nghĩa thực tiễn là chỉ ra hiệu ứng hòa tan của dầu vào các chất

hữu cơ, mà các chất này được dùng như chất làm kín trong các hệ thống thủy lực, các
chất cách điện.
- Hàm lượng tro: Là thông tin cho phép ta xem xét liệu sản phẩm đó có thích hợp

để sử dụng cho mục đích đã định hay khơng.
- Hàm lượng cặn cacbon: Hàm lượng cặn cacbon có thể được dùng để đánh giá

mức độ tinh luyện một loại dầu. Các loại phụ gia có mặt trong dầu ảnh hưởng lớn đến
lượng cặn mà ta cần xác định.
- Màu sắc: Thuộc tính này ít có ý nghĩa, trừ các trường hợp dầu trắng trong y học

và công nghiệp. Màu sắc là sự thay đổi nhìn thấy đầu tiên xảy ra đối với dầu trong quá
trình sử dụng nhưng cũng đừng quá quan tâm đến nó mà bỏ qua sự thay đổi độ nhớt và
chỉ số trung hòa v.v.
- Khối lượng riêng và tỷ trọng: Ít có ý nghĩa trong việc đánh giá chất lượng tuy

nhiên được dùng chủ yếu để xác định các chỉ tiêu về trọng lượng và thể tích trong vận
chuyển và tồn trữ.
- Điểm chớp cháy và điểm bắt cháy: Là chỉ tiêu cần thiết trong cơng tác phịng

chống cháy nổ.
- Cặn không tan: Là chỉ tiêu mà dựa vào giới hạn của nó ta quyết định có nên thay

dầu hay khơng.
- Nhiệt độ rót chảy và điểm vẩn đục: Đánh giá khả năng lưu chuyển của dầu ở

nhiệt độ thấp.
- Chỉ số xà phịng hóa: Cho phép xác định các acid tự do có mặt trong dầu cũng

như các hợp chất khác.
- Độ nhớt: Là một tính chất quan trọng và cơ bản của dầu bôi trơn. Là một yếu tố

trong việc tạo thành màng bôi trơn ở hai điều kiện bôi trơn thủy động (màng dày) và
bôi trơn thủy động đàn hồi (màng mỏng). Thêm vào đó độ nhớt xác định điều kiện của
động cơ có thể khởi động dễ dàng ở điều kiện lạnh, nó cũng đánh giá khả năng làm kín
của dầu cũng như mức độ tiêu hao, thất thoát.

Chương 2: Tổng quan


9

- Chỉ số độ nhớt: Sự tăng hay giảm chỉ số độ nhớt trong q trình sử dụng có thể là

do q trình oxy hóa hay do những lực phá vỡ cấu trúc phân tử của các phụ gia
polymer có mặt trong dầu bôi trơn.
- Hàm lượng nước: Là đặc trưng quan trọng đối với một số loại dầu như dầu thủy

lực, dầu ôtô, dầu tuabin, dầu công nghiệp.
2.1.4. Các tính chất quan trọng để đánh giá chất lượng dầu gốc
Chất lượng dầu gốc rất quan trọng để tạo nên chất lượng của dầu nhờn thành phẩm.
Lý do là vì dầu gốc chiếm tỷ lệ cao trong thành phần của dầu nhờn. Hiện nay, dầu gốc
được phân chia làm hai nhóm chính:
- Nhóm dầu gốc khống: Bao gồm các loại dầu gốc được sản xuất từ quá trình lọc

dầu, qua các giai đoạn xử lý để đạt độ tinh khiết đảm bảo các tính chất lý hóa được ổn

định và có độ bền oxy hóa tốt. Trong nhóm này bao gồm loại dầu gốc parafin, napthen
và aromat. API phân loại nhóm dầu gốc này thành nhóm I và nhóm II.
- Nhóm dầu gốc tổng hợp: Là các sản phẩm tổng hợp từ các q trình hóa dầu.

Trong đó bao gồm Polyanphaolefin (PAO, nhóm IV), các lọai ester, estolide.... Dầu
gốc nhóm III qua giai đoạn tinh chế bằng công nghệ cao như Isomer hóa,
hydrotreating... cũng được xem như là dầu gốc tổng hợp.
Đối với dầu gốc, các thông số quan trọng để đánh giá dầu gốc là:
- Độ nhớt
- Chỉ số độ nhớt
- Nhiệt độ chớp cháy
- Nhiệt độ rót chảy
- Điểm Aniline
- Trị số Axit tổng TAN
- Hàm lượng lưu huỳnh
- Thành phần Hydrocacbon parafin Cp; napthanic Cn và Aromatic Ca
- Độ ổn định oxy hóa (chu kỳ cảm ứng oxy hóa)

Chương 2: Tổng quan


10

2.2. Tổng quan về dầu thực vật
2.2.1. Thành phần và tính chất hóa lý của dầu thực vật [8,17]
- Thành phần của dầu thực vật:

Dầu thực vật là sản phẩm được ép từ cây hoặc hạt của cây có dầu như dừa, cọ,
cải … Ngày nay người ta ước tính có khoảng 300 loại dầu thực vật khác nhau trên
thế giới. Trong dầu thực vật chứa nhiều hợp chất hóa học chủ yếu là các

triglyceride (chiếm 80 – 98%) và các acid béo tự do (bảng 2.1) nhưng đồng thời
chúng cũng chứa một lượng nhỏ những hợp chất phụ khác. Những hợp chất này
được gọi là thành phần nonglyceride và cũng gây ảnh hưởng đến tính chất vật lý
cũng như hóa học của dầu. Thành phần nonglyceride của dầu bao gồm:
phospholipid, vitamin, khoáng chất, nước và vết kim loại. Màu và mùi đặc trưng
của dầu thực vật được tạo nên từ các acid béo tự do và các hợp chất hữu cơ khác.

Hình 2.3: Cấu tạo phân tử triglyceride
Đối với các loại dầu khác nhau thì thành phần acid béo cũng khác nhau và điều
này quyết định đến tính chất hóa lý của dầu.
Thành phần acid béo trong dầu thực vật có ý nghĩa quan trọng khi lựa chọn làm
nguyên liệu cho quá trình tổng hợp dầu nhờn sinh học. Điều này liên quan đến các liên
kết đôi, liên kết ba trong mạch triglyceric của dầu. Căn cứ vào cấu trúc này, người ta
sẽ quyết định các hướng can thiệp để biến tính dầu, nhằm cải thiện và đạt được những
tính năng mong muốn.

Chương 2: Tổng quan


11

Bảng 2.1: Tỷ lệ (% khối lượng) các acid béo có trong một số loại dầu thực vật
Acid béo

Ký

Myristic

hiệu
C14:0

Panmitic

Dầu đậu
nành
0

Dầu
hướng
dương
-

Dầu
Phộng
-

C16:0

11.7

3

Stearic

C18:0

3.2

Arasidic

C20:0

Oleic

Dầu
Dầu hạt
Jatropha cao su
-

-

10.9

10.6

5

4

3.2

13.4

2

0

0.8

1.4

-

-

C18:1

23.3

37

39.2

39.2

20

Linoleic

C18:2

55.5

55

39.4

36.2

18

Linolenic

C18:3

6.3

-

-

-

55

- Các tính chất hóa lý của dầu thực vật:

Các thơng số hóa lý quan trọng của dầu thực vật (bảng 2.3) bao gồm: tỷ trọng,
nhiệt độ nóng chảy (điểm chảy), nhiệt lượng riêng, độ nhớt động học ở nhiệt độ
xác định, chỉ số acid (đánh giá hàm lượng acid béo tự do), chỉ số iod (đánh giá
thành phần không no trong mạch cacbon) và chỉ số xà phịng hóa (đánh giá thành
phần acid béo tổng trong dầu thực vật).
Bảng 2.2: Một số tính chất hóa lý cơ bản của các loại dầu thực vật

Tính chất hóa lý
o

Khối lượng riêng ở 20 C
(g/cm3)
Độ nhớt động học

ở (mm2/s)

50oC
40oC
30oC

Chương 2: Tổng quan

Dầu

Dầu

Đậu

hướng

Nành

dương

0.918

Dầu

Dầu

Phộng

Dầu
Jatropha

0.917

0.931

0.908

0.920

21.9

21.9

32.3

-

-

32.6

33.9

-

17.66

29

55.8

-

-

-

-

Hạt
cao su