Sản xuất biodiesel từ mỡ cá da trơn

SVTH: Đặng Ngọc Lương GVHD : T.S Nguyễn Hữu Lương
Mở đầu
Mở đầu
Trong bối cảnh nền kinh tế thế giới đang bước vào toàn cầu hóa, mỗi một biến động trên
thế giới đều ảnh hưởng tới các quốc gia, trong đó có Việt Nam. Trong hai năm trở lại đây thò
trường xăng dầu luôn biến động, tăng giá liên tục, đã ảnh hưởng không nhỏ tới nền kinh tế nước
ta. Nguyên nhân là do sự biến động về chính trò, về nhu cầu sử dụng; và đặc biệt là theo dự
đoán của các nhà khoa học, trữ lượng của các loại nhiên liệu hóa thạch trên thế giới đang cạn
kiệt dần trong vòng 50 năm tới. Do đó, việc tìm kiếm những nguồn nhiên liệu thay thế là một nhu
cầu cấp thiết.
Dẫn xuất của dầu thực vật và dầu thực vật phế thải đang được các nhà khoa học quan
tâm và được coi là sự thay thế thích hợp cho nhiên liệu diesel truyền thống. Đây là nguồn
nguyên liệu mà con người có thể tái tạo được. Bên cạnh đó, nguồn nhiên liệu thay thế này còn có
ý nghóa to lớn trong vấn đề giảm ô nhiễm môi trường. Hiện nay, các nước Châu Âu, Châu Mỹ và
khu vực Đông Nam Á cũng rất quan tâm vào thử nghiệm và sản xuất lọai nhiên liệu mới này.
Việt Nam chúng ta thuộc khu vực nhiệt đới nên dầu thực vật rất phong phú, nhu cầu sử
dụng dầu thực vật thay cho mỡ động vật của người dân ngày càng tăng. Vấn đề vệ sinh an toàn
thực phẩm cũng ngày càng được quan tâm đúng mức. Các loại dầu đã qua sử dụng thải ra sẽ
nhiều thêm. Vì vậy, việc đi sâu nghiên cứu khả năng sử dụng dầu thải thực vật làm nhiên liệu
biodiesel càng có ý nghóa thực tế hơn.
Trang1
SVTH: ẹaởng Ngoùc Lửụng GVHD : T.S Nguyeón Hửừu Lửụng
CHệễNG I
TONG QUAN
TONG QUAN
Trang2
SVTH: Đặng Ngọc Lương GVHD : T.S Nguyễn Hữu Lương
1.1. NHIÊN LIỆU DIESEL VÀ ĐỘNG CƠ DIESEL
1.1.1. Nhiên liệu diesel
1.1.1.1. Giới thiệu chung
Nhiên liệu diesel là một loại nhiên liệu lỏng, được sử dụng chủ yếu cho động cơ diesel

và một số loại turbine khí. Nhiên liệu diesel được sản xuất chủ yếu từ chưng cất trực tiếp dầu
thô với nhiệt độ phân cắt từ 220
0
C – 240
0
C đến 360
0
C – 380
0
C bao gồm các hydrocarbon khác
nhau từ C
14
đến C
20
.
1.1.1.2. Nhu cầu sử dụng diesel
Cùng với sự gia tăng dân số và phát triển công nghiệp, nông nghiệp thì nhu cầu tiêu
thụ nhiên liệu diesel cũng ngày càng tăng. Nhiên liệu diesel chủ yếu được sử dụng cho các
phương tiện dùng động cơ diesel như xe tải, xe bus, tuabin, tàu thủy, … Nhu cầu tiêu thụ nhiên
liệu diesel tại Việt Nam được trình bày trong các Bảng 1.1 và 1.2.
Bảng 1.1. Nhu cầu tiêu thụ dầu diesel qua các giai đoạn [5].
Sản phẩm 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000
Tiêu thụ
(triệu tấn)
1.2 1.74 2.12 2.36 2.92 3.0 3.15 3.25 3.58 3.74
Mức tăng
%/năm
- 34.8 21.8 11.3 25.4 1.4 5.0 3.2 10.2 4.5
Bảng 1.2. Nhu cầu tiêu thụ nhiên liệu tại Việt Nam trong các năm qua [5].
Đơn vò đo 1995 2000 2005

Tổng nhu cầu nhiên liệu Triệu tấn 4.2 5.5 7.5
Tỷ lệ nhiên liệu diesel % 46 47 47
Qua bảng phân tích ta thấy rằng nhu cầu tiêu thụ diesel tại Việt Nam rất cao, chiếm gần
50% tổng nhu cầu nhiên liệu cần dùng. Theo dự báo, nhu cầu về nhiên liệu diesel tại nước ta sẽ
tăng gấp 2,5 lần vào năm 2020 (xem Bảng 1.3).
1.1.2. Động cơ diesel
1.1.2.1. Nguyên lý làm việc của động cơ diesel
Động cơ diesel làm việc theo nguyên tắc 4 kỳ: hút không khí, nén không khí, nổ, xả.
Piston đi từ trên xuống thực hiện quá trình hút không khí vào buồng đốt. Piston đi từ dưới lên
nén khối không khí với tỷ số nén cao và nhiệt độ không khí tăng cao. Sau đó, nhiên liệu sẽ
được phun dưới dạng sương vào khối không khí nóng này. Tiếp xúc với không khí ở nhiệt độ
Trang3
SVTH: Đặng Ngọc Lương GVHD : T.S Nguyễn Hữu Lương
cao, nhiên liệu sẽ tự bốc cháy. Quá trình này sinh công, giãn nở, đẩy piston đi từ trên xuống.
Sau đó, piston đi từ dưới lên đẩy khí thải ra ngoài.
1.1.2.2. Quá trình cháy trong động cơ
Quá trình cháy động cơ thường chia làm 3 giai đoạn:
Giai đoạn bắt cháy: nhiên liệu được phun vào bên trong buồng đốt dưới dạng hạt sương
mòn (nhưng ở trạng thái lỏng) lúc này trong buồng đốt đã có sẵn khí nén. Ngay tại thời điểm
này nhiệt độ trong buồng đốt đạt khoảng 500
0
C. Sau khoảng thời gian T(thời gian bắt cháy)
nhiên liệu bốc cháy. Khoảng thời gian này dài hay ngắn phụ thuộc nhiên liệu và hệ thống
phun nhiên liệu.
Giai đoạn cháy: giai đoạn này bắt đầu khi hỗn hợp nhiên liệu đồng nhất. Ngọn lửa lan
tràn nhanh chóng xuyên qua hỗn hợp dễ cháy được hình thành trong thời gian cháy trễ, đó là
nguyên nhân làm cho nhiệt độ, áp suất tăng nhanh chóng trong phòng đốt. Tốc độ tăng áp suất
trong buồng đốt thay đổi phụ thuộc hỗn hợp cháy hiện diện trong buồng đột ngư thế nào. Vấn
đề này phụ thuộc thời gian cháy trễ, tỷ lệ nhiên liệu và không khí.
Giai đoạn xả: trong suốt giai đoạn cuối cùng, sự cháy liên tục nhưng được điều chỉnh

bởi tỉ lệ nhiên liệu có thể được hoà trộn với oxy. Ở quá trình này thì áp suất lên chậm hơn và
rồi giảm khi piston đi xuống. Khi nhiên liệu ngừng phun, sự cháy vẫn tiếp tục cho đến khi
nhiên liệu cháy hết.
1.1.2.3. Các hợp chất trong khí thải từ động cơ
Các hợp chất thải trong động cơ thường là khói thải, hydrocarbon, muội than, các hợp
chất lưu huỳnh, các hợp chất Nitơ và CO
2
.
1.1.2.3.1. Khói thải của động cơ: thường được chia làm 3 loại với sự phân biệt màu khác
nhau.
• Khói trắng: được hình thành khi động cơ và không khí ở trạng thái nguội lạnh.
Tại nhiệt độ thấp thời gian cháy trễ tăng và quá trình cháy không hoàn toàn.
Kết quả trong hỗn hợp của nước và một phần nhiên liệu cháy được thải ra ngoài
như khói trắng. Khi động cơ nóng dần lên thì khói trắng biến dần đi.
• Khói đen: ta có thể thấy được, chính là của carbon và bồ hóng mà nó được hình
thành khi quá trình cháy không hoàn toàn. Điều này chỉ xuất hiện khi không khí
đưa vào không đủ.
Trang4
SVTH: Đặng Ngọc Lương GVHD : T.S Nguyễn Hữu Lương
• Khói xanh: được hình thành khi dầu bôi trơn được đốt cháy trong buồng đốt và
thường gây bào mòn động cơ.
1.1.2.3.2. Hydrocarbon: trong điều kiện vận hành trên, việc dư không khí sẽ tạo rất ít
hydrocarbon.
1.1.2.3.3. Bồ hóng: tương tự như hydrocarbon, khói thải thì việc tạo thành bồ hóng là do quá
trình cháy không hoàn toàn. Vì vậy để xử lí hiện tượng này người ta thường tăng
thời gian cháy, tăng nhiệt độ cháy và sử dụng nhiên liệu ít hàm lượng lưu huỳnh.
1.1.2.3.4. Các hợp chất nitơ, lưu huỳnh, và CO
2
:
• Các hợp chất lưu huỳnh được hình thành do quá trình đốt cháy lưu huỳnh trong

nguyên liệu. Đây chính là nguyên nhân gây ra hiện tượng mưa acid.
• Các hợp chất Nitơ được hình thành trong suốt quá trình cháy, ở nhiệt độ cao thì
hợp chất này được hình thành.
• CO
2
là hợp chất khá phổ biến hình thành trong quá trình cháy và là nguyên
nhân gây nên hiệu ứng nhà kính.
Mức độ phát sinh các chất thải trong động cơ còn tuỳ thuộc vào quá trình phun nhiên
liệu vào trong buồng đốt của động cơ. Lượng phát sinh chất thải từ q trình đốt cháy nhiên liệu
được trình bày trong Bảng 1.4.
Bảng 1.3. Mức độ phát sinh chất ô nhiễm trung bình của quá trình cháy nhiên liệu hydrocarbon [5].
Chất ô nhiễm Lượng phát sinh (g/kg nhiên liệu)
NO
X
20
CO 200
HC 2.5
Bồ hóng 2 – 5
1.1.3. Chất lượng của nhiên liệu diesel
Nhằm đáp ứng các u cầu về sử dụng trong động cơ cũng như các tiêu chuẩn về mơi
trường, nhiên liệu diesel phải thỏa mãn một số chỉ tiêu về chất lượng sản phẩm quy định. Tuỳ
theo điều kiện của mỗi nước mà có các tiêu chuẩn khác nhau (xem các Bảng 1.5 và 1.6).
Bảng 1.4. Tiêu chuẩn nhiên liệu diesel ở Ấn Độ IS : 1460 – 1974 [5].
Trang5
SVTH: Đặng Ngọc Lương GVHD : T.S Nguyễn Hữu Lương
Chỉ tiêu Đơn vò Mức quy đònh
Acid tổng, max mgKOH/g 0.5
Cặn Carbon (Ramsbotton), max %kl 0.2
Chỉ số cetan, min - 42
Điểm chảy, max

0
C 6
Độ ăn mòn đồng 3h tại 100
0
C - 1A
Điểm chớp cháy cốc kín, min
0
C 38
Độ nhớt, 38
0
C cSt 2 – 7.5
Lưu huỳnh tổng, max %kl 1
Hàm lượng nước, max %tt 0.05
Bảng 1.5. Tiêu chuẩn nhiên liệu diesel ở Việt Nam : TCVN 5689 : 1998.[5]
Chỉ tiêu
Phương pháp thử
Đơn vò
Mức quy đònh
DO 0.5%S DO 1%S
Chỉ số Cetan, min D.976 50 45
Hàm lượng lưu huỳnh, max D.129, D2622 %kl 0.5 1.0
Nhiệt độ cất 90%, max TCVN2698 – 95 %tt 370 370
Điểm chớp cháy cốc kín, min D.96/TCVN2693 – 95
0
C 60 50
Độ nhớt động học 40
0
C D.445 cSt (mm
2
/s) 1.8 – 5.0 1.8 – 5.0

Căn carbon 10%, max D.198/TCVN – 6324 %kl 0.3 0.3
Điểm đông đặc
Phía bắc
Phía nam
D.94TCVN3753 – 95
0
C +5
+9
+5
+9
Hàm lượng tro, max D.492/TCVN2690–95 0.01 0.01
Nước và tạp chất cơ học, max D.2709 %tt 0.05 0.05
n mòn miếng đồng ở 3h/50
0
C, max D.130/TCVN2694–95 n-1 n-1
Nhựa thực tế TCVN3178 - 79 mg/100ml
1.2. DẦU THỰC VẬT
1.2.1. Khái quát chung về dầu thực vật
Dầu thực vật là một nguồn nguyên liệu quan trọng trong công nghiệp và thực phẩm. Từ dầu
thực vật, người ta có thể điều chế được rất nhiều sản phẩm khác nhau. Hiện nay, một
lượng lớn dầu thực vật được sử dụng trong thực phẩm, chế biến xà phòng, chất hoạt
động bề mặt và rất nhiều sản phẩm hữu dụng khác. Phần lớn các loại dầu thực vật
được sản xuất từ các loại hạt của các cây tương ứng (trừ một số loại như dầu dừa, cọ…)
bằng cách làm khô, nghiền, nấu, và ép cơ học hoặc chiết để tách dầu ra. Sau đó, dầu
Trang6
SVTH: Đặng Ngọc Lương GVHD : T.S Nguyễn Hữu Lương
cần được trải qua một số công đoạn sử lý như lọc tạp chất, xử lý kiềm, … mới có thể sử
dụng.
Dầu thực vật rất phong phú (xem Bảng 1.7), nhưng phân bố không đều. Các nước như
Mỹ, Nga, Ấn Độ, … có dầu đậu nành, dầu lanh, … Các quốc gia vùng Đòa Trung Hải có nhiều

dầu oliu. Các nước vùng nhiệt đới như các quốc gia Đông Nam Á, Châu Phi có nhiều dầu cọ,
dầu dừa, …
Bảng 1.6. Liệt kê một số loại dầu thực vật trên thế giới.[7]
STT Tên Loài Khối lượng riêng
D
15/15
(g/cm
3
)
Chỉ số xà
phòng hoá
Chỉ số Iốt
1 Bông (hạt) Gossypium hirsutum 0,920 - 0,926 189 - 199 100 - 200
2 Cải bẹ (hạt) Brasica Annuus 0,920 – 0,917 170 – 188 92 – 123
3 Cám Oryza sativa 0,914 – 0.928 180 – 195 91 – 110
4 Cọ (cùi) Elaeis guineensis 0,915 196 – 206 51 – 58
5 Cọ (nhân) Elaeis guineensis 0,918 – 0,925 284 – 250 23 – 37
6 Cao su ( hạt) Hevea brasillensis 0,923 – 0,924 183 – 190 125 – 145
7 Dọc Garcinia tonkiness 0,912 – 0,913 176 64 – 86
8 Dừa Cocos nucifera 0,917 – 0,930 246 – 268 7,5 – 12
9 Đậu nành Glycinemax (G.soja) 0,922 – 0,928 188 – 195 120 – 140
10 Gai dầu Caunabis sativa 0,929 – 0,934 190 – 194 145 – 167
11 Hướng dương Heliauthus Annuus 0,923 – 0,926 186 – 194 120 – 135
12 Lạc Arachis hypogaca 0,194 – 0,926 187 – 207 83 – 105
13 Lai Aleurites moluccana 0,925 – 0,930 180 – 193 130 – 145
14 Ngô (phôi) Zea mys 0,921 – 0,928 187 – 193 115 – 125
15 Lanh Linum usitatissinum 0,930 – 0,938 188 – 195 170 – 204
16 Oliu Olea europea 0,914 – 0,918 185 – 196 79 – 88
17 Thầu dầu Ricinus communis 0,957 – 0,967 177 – 185 81 – 90
18 Trẩu Aleurites montana 0,925 – 0,943 185 – 197 145 – 176

19 Sở Thea sasaqua 0,916 190 – 195 85 – 90
20 Vừng Sesamum indicum 0,914 – 0,925 187 – 195 103 - 116
1.2.2. Thành phần của dầu thực vật:
Dầu thực vật có thành phần chủ yếu (95%) là hỗn hợp các ester của gylcerin với các
acid béo cao phân tử (tryglyceride), trong đó tính chất của dầu phụ thuộc vào thành phần của
các mạch acid béo cũng như sự phân bố của chúng trong các triglyceride. Mặc dù thành phần
của dầu có sự dao đông nhất đònh phụ thuộc vào các điều kiện khí hậu ở vùng trồng hạt dầu
Trang7
SVTH: Đặng Ngọc Lương GVHD : T.S Nguyễn Hữu Lương
nhưng nhìn chung các tính chất cơ bản của dầu tương đối ổn đònh. Thông thường các loại dầu
thường ở thể lỏng tại điều kiện nhiệt độ thường. Thể lỏng là do các acid béo ngắn hoặc dây
acid béo dài nhưng mang nhiều nối đôi. Ngoài glyceride trong dầu còn chứa một lượng nhỏ rất
nhiều tạp chất khác nhau: các acid béo tự do, chất màu, phosphatide, protein, hydrocacbon…
Công thức tổng quát của tryglyceride như sau:
CH
2
– OCOR
1
CH
2
– OCOR
2
CH
2
– OCOR
3
Các acid béo trong các triglyceride và các acid béo tự do tồn tại trong dầu thực vật
thường có dạng mạch thẳng, có số carbon chẵn, từ C
6
đến C

24
và thường không chứa nhóm
đònh chức khác trên dây nhưng có thể mang một vài nối đôi C=C, dẫn đến sự khác biệt về bản
chất của các loại dầu. Chỉ có một số ít trường hợp acid có thêm dây nhánh hoặc chứa nhóm –
OH, vòng peroxide, hoặc vòng cyclopentane, …
Acid béo có 2 loại: acid béo no và không no:
• Acid béo no thường gặp là: acid caproic (C
6
), acid capilic (8), acid capric (C
10
), acid
miistic (C
14
), acid paltimic (C
6
), acid stearic (C
8
).
• Acid béo không no thường gặp là: acid oleic, acid linoleic, acid arachidomic,…
Trong dầu thực vật, acid béo C
18
thường chiếm nhiều nhất, trừ một vài trường hợp có tỉ
lệ acid C
12
lớn nhất như: dầu dừa, dầu cọ, … Chính các acid béo quyết đònh phần lớn đặc trưng
hoá lý của dầu thực vật. Mạch acid béo càng dài, no thì nhiệt độ nóng chảy của dầu càng cao,
áp suất hơi càng kém, do đó ít có mùi. Cùng một chiều dài mạch cacbon, acid béo có chứa
nhiều nối đôi thì nhiệt độ nóng chảy càng thấp (xem Bảng 1.7). Phần lớn các acid béo có mạch
dài cấu tạo nên triglyceride của dầu thực vật. Đó chính là nguyên nhân dẫn đến dầu thực vật
không tan trong nước, ít tan trong rượu có mạch ngắn như methanol. Thành phần acid béo

trong một số loại dầu thực vật được trình bày trong Bảng 1.8.
Bảng 1.7. Các acid béo có trong thành phần các loại dầu .[7]
Tên thông dụng Công thức cấu tạo T
o
nc
(
o
C) Tỉ trọng
Acid béo no
Blau ric CH
3
(CH
2
)
10
COOH 44 -
Panmitic CH
3
(CH
2
)
12
COOH 63 0,849
Stearic CH
3
(CH
2
)
16
COOH 70 0,847

Trang8
SVTH: Đặng Ngọc Lương GVHD : T.S Nguyễn Hữu Lương
Acid béo không no
Oleic CH
3
(CH)
7
CH=CH(CH
2
)
7
COOH 14 0,900
Linileic CH
3
(CH
2
)CH=CHCH
2
CH=(CH
2
)
7
COOH -9.5 0,903
Linolenic CH
3
(CH
2
CH=CH)
3
(CH

2
)
7
COOH -11 0,914
Eleostearic CH
3
(CH
2
)
5
CHCH
2
CH=CH(CH
2
)
7
COOH - -
Ricinoleic CH
3
(CH
2
)
5
CHCH
2
CH=CH(CH
2
)
7
COOH

OH
5 0,954
Bảng 1.8. Thành phần acid béo trong một số loại dầu thực vật.[7]
Thành phần acid béo (% khối lượng)
12:0 14:0 16:0 18:0 18:1 18:2 18:3 22:1
Dừa 44-51 13-18 7.5-10 1-3 5-8.2 1.0-2.6 - -
Cám - 7-13 2.5-3 30-43 39-52 1 -
Cotton - 0.8-1.5 22-24 2.6-5 19 50-52 - -
Lanh - 6 3.2-4 13-37 5-23 26-60 -
Olive - 1.3 7-18 1.4-3.3 55-85 4-19 - -
Cọ - 0.6-2.4 32-46 4-6.3 37-53 6-12 - -
Đậu phộng - 0.5 6-12.5 2.5-6 37-61 13-41 - -
Cải - 1.5 1-4.7 1-3.5 13-18 9.5-22 1-10 40-64
Đậu nành - 2.3-11 2.4-6 22-31 49-53 2-10.5 -
Hướng dương - 3.5-6.5 1.3-5.6 14-43 44-69 - -
Ngoài ra, dầu thực vật còn chứa một lượng nhỏ các tạp chất như:
• Photpholipit: những hợp chất này còn là Photphalit, chiếm tỉ lệ thấp hơn 3% như:
lexitin, xephalin, …
• Sáp: là ester của acid béo có dây Carbon dài thường từ 24
0
C đến 26
0
C với một rượu
đơn chức hoặc đa chức.
• Sterol: một số dầu thực vật chứa 100mg đến 150mg sterol trong 100g dầu thực vật.
• Các chất màu như: carotenoit, clorophil,…chính các chất này tạo sắc tố màu cho dầu từ
vàng đến đỏ.
• Các chất oxy hoá có mục đích bảo vệ dầu như: tocopherol.
1.2.3. Ứng dụng của dầu thực vật:
Trang9

SVTH: Đặng Ngọc Lương GVHD : T.S Nguyễn Hữu Lương
Về mặt sinh lý, chất béo là những chất cơ bản không thể thiếu trong quá trình cấu
thành tế bào và đảm bảo cho các hoạt động sinh lý trong cơ thể con người. Giá trò dinh dưỡng
của chất béo thể hiện ở chỗ nó là loại thực phẩm có năng lượng cao. Do đó, trong cơ thể, dinh
dưỡng chất béo được chuyển hoá và cung cấp năng lượng cho cơ thể hoạt động và bù đắp lại
sự giảm thân nhiệt do ảnh hưởng của các yếu tố bên ngoài.
Trong y học, chất béo có quan hệ trực tiếp đến sự sống của vật chất, đặc biệt là dầu
thực vật. Nhiều loại acid béo và dẫn xuất của nó có trong dầu thực vật có hoạt tính sinh học
cao. Một số loại dầu thực vật còn được trực tiếp làm thuốc và biệt dược. Trong công nghiệp,
dầu thực vật là nguồn nguyên liệu quan trọng cho nhiều ngành như: thực phẩm, công nghiệp
sản xuất các chất tẩy rửa, công nghiệp chất dẻo, công nghiệp sợi, da, cao su nhân tạo, dùng
trong sơn, verni, keo, mực in, chất tạo nhũ, chất thấm ướt, vật liệu cách điện, phụ gia cho dầu
bôi trơn, … Tóm lại, dầu thực vật không thể thiếu trong đời sống và sản xuất.
Hiện nay, một lónh vực ứng dụng mới của dầu thực vật hiên đang được nghiên cứu
trong việc sử dụng để sản xuất nhiên liệu thay thế cho nhiên liệu diesel, dùng làm chất bôi
trơn thay cho các loại dầu nhờn có nguồn gốc từ dầu mỏ …
Bắt đầu từ thập kỷ 80 thế giới đã nghiên cứu việc sử dụng dầu thực vật thay thế cho
nhiên liệu diesel. Đặc biệt trong những năm gần đây, vấn đề này càng được phát triển mạnh
và được tiến hành nghiên cứu ở nhiều quốc gia. Một số loại dầu thực vật đã được thử nghiệm
trên thế giới như dầu cải, dầu lạc, dầu hướng dương, dầu đậu nành, dầu cọ, … Do các loại dầu
thực vật có khối lượng riêng, độ nhớt cao hơn và tính bay hơi kém hơn, nhiệt trò và chỉ số cetan
thấp hơn nhiên liệu diesel một ít nên thích hợp sử dụng cho động cơ diesel.
Viêc sử dụng dầu thực vật nguyên chất hoặc phối trộn dầu thực vật với diesel làm
nhiên liệu đã được thử nghiệm từ rất lâu với tỷ lệ 20%, 50%, 100% dầu thực vật. Kết quả thử
nghiệm cho thấy nếu sử dụng trực tiếp dầu thực vật thì công suất động cơ giảm đi một ít, suất
tiêu hao nhiên liệu cao hơn, độ khói khí xả, hàm lượng oxit carbon cao hơn, hàm lượng
hidrocarbon không cháy thấp hơn nhưng lượng oxit nitơ cao hơn so với trường hợp sử dụng
toàn bộ nhiên liệu diesel. Tuy nhiên, khi sử dụng trực tiếp như thế thì gặp phải những khó
khăn ở bộ phun nhiên liệu và động cơ.
1.2.4. Một số tính chất hoá học của dầu thực vật:

1.2.4.1. Phản ứng xà phòng hoá
Các triglyceride khi phản ứng với kiềm sẽ tạo thành muối xà phòng (muối của các acid
béo) và glycerin.
Trang10
SVTH: Đặng Ngọc Lương GVHD : T.S Nguyễn Hữu Lương
CH
2
– OCOR
1
CH
2
– OH R
1
COONa
CH
2
– OCOR
2
+ 3NaOH  CH
2
– OH + R
2
COONa
CH
2
– OCOR
3
CH
2
– OH R

3
COONa
1.2.4.2. Phản ứng thuỷ phân
Tryglyceride bi thuỷ phân trong nước tạo thành acid béo và glycerine, phản ứng cần có
sự hiện diện của xúc tác (base, acid…)
CH
2
– OCOR
1
CH
2
– OH R
1
COOH
CH
2
– OCOR
2
+ 3H
2
O 

CH
2
– OH + R
2
COOH
CH
2
– OCOR

3
CH
2
– OH R
3
COOH
1.2.4.3. Phản ứng alcol phân
Tương tự phản ứng thuỷ phân, tryglyceride khi tác dụng với alcol với sự có mặt của xúc
tác thích hợp sẽ bò thuỷ phân tách thành glycerine và ester của các acid béo với ancol tham
gia.
CH
2
– OCOR
1
CH
2
– OH

RCOOR’
CH
2
– OCOR
2
+ 3R’OH 

CH
2
– OH + RCOOR’
CH
2

– OCOR
3
CH
2
– OH RCOOR’
1.2.4.4. Phản ứng khử
Khi có mặt của xúc tác cromit đồng ở 200 – 400
0
C dưới áp suất 100 – 200 atm,
tryglyceride bò khử thành rượu. Đây là phản ứng dùng để điều chế rượu béo từ dầu mỡ.
RCOOR’ + H
2
 CH
2
OH + R’OH
1.2.4.5. Phản ứng làm ôi dầu
Trong quá trình tồn trữ, bảo quản dầu có thể bò biến đổi màu sắc, mùi vò. Hiện tượng
này gọi là phản ứng làm ôi dầu. Nguyên nhân gây ra do ảnh hưởng của tạp chất trong dầu,
nước, vi sinh vật, men, các muối kim loại, … Việc tìm các biện pháp chống sự ôi của dầu hiện
nay là một vấn đề quan trọng cần nghiên cứu giải quyết.
Trang11
Xúc tác
Xúc tác
SVTH: Đặng Ngọc Lương GVHD : T.S Nguyễn Hữu Lương
1.2.4.6. Phản ứng đồng hoá
Trong điều kiện thích hợp, các acid béo không no có trong dầu sẽ thực hiện phản ứng cộng
hợp với một số chất khác. Một trong những phản ứng quan trọng nhất là phản ứng hydro hoá,
phản ứng tiến hành trong điều kiện nhiệt độ 90 – 280
0
C, áp suất 6 – 10 atm, có mặt xúc tác

Ni. Phản ứng này có ý nghóa thực tế rất quan trọng trong việc chuyển dầu dạng lỏng sang dạng
rắn. Trong những điều kiện thích hợp, dầu có acid béo không no có thể cộng hợp với halogen.
Người ta ứng dụng một số phản ứng cọâng hợp của halogen vào phân tích.
1.2.4.7. Phản ứng oxy hoá
Phản ứng xảy ra tại các nối đôi của acid béo không no. Tuỳ theo bản chất của chất oxy
hoá và điều kiện phản ứng mà tạo thành các sản phẩm oxy hoá khác nhau, như các peroxide,
ceton, acid…
1.2.4.8. Phản ứng trùng hợp
Ở điều kiện thích hợp, các nối đôi có thể tham gia phản ứng trùng hợp. Sản phẩm là
các hợp chất là các hợp chất cao phân tử.
1.3. DẦU ĂN PHẾ THẢI
1.3.1. Thành phần hoá học của dầu ăn phế thải
Tương tự như dầu thực vật, dầu ăn phế thải có thành phần chính là triglycerit, ngoài ra
còn có một lượng nhỏ acide béo tự do. Thành phần acid béo trong dầu ăn phế thải không thay
đổi nhiều so với dầu nguyên chất (xem Bảng 1.10).
Bảng 1.9. So sánh thành phần dầu ăn phế thải và thành phần dầu ăn nguyên chất.[4]
Thành phần acid béo (% khối lượng) Đơn vò tính Dầu dừa Dầu dừa phế thải
C 6 : 0 % 0.03 1.3131
C 8 : 0 % 6.11 9.9753
C 10 : 0 % 5.94 7.3156
C 12 : 0 % 52.29 49.5915
C 14 : 0 % 17.56 16.2820
C 15 : 0 % 0 0
Trang12
SVTH: Đặng Ngọc Lương GVHD : T.S Nguyễn Hữu Lương
C 16 : 0 % 8.22 7.3434
C 16 : 1 % 0 0
C 18 : 0 % 2.11 2.0109
C 18 : 1 % 6.28 4.8262
C 18 : 2 % 1.45 1.3420

1.3.2. Tính chất hoá lý của dầu ăn phế thải
Qua bảng phân tích thành phần ta thấy thành phần dầu ăn phế thải không khác nhiều
so với dầu nguyên chất. Vì vậy tính chất hoá lý của dầu nguyên chất không khác nhau lắm so
với dầu phế thải (xem bảng 1.11). Do đó, dầu ăn phế thải cũng có thể được sử dụng làm
nguyên liệu để sản xuất biodiesel.
Bảng 1.10: Tính chất hoá lý của dầu ăn phế thải và dầu ăn nguyên chất.[5]
Tính chất Đơn vò Dầu dừa nguyên chất Dầu dừa phế thải
Tỉ trọng ở 40
0
C - 0.22 0.176
Độ nhớt ở 40
0
C mm
2
/g 4.17 8.39
Chỉ số axide mgKOH/g 4.74 8.639
Chỉ số Iod g/100g 9.15 8.5657
Chỉ số xà phòng hoá mgKOH/g 255.57 270.0
Điểm chớp cháy
0
C 287.25 243
Điểm vẩn đục
0
C 25 16.5
Điểm chảy
0
C 22 14
1.4. CÁC PHƯƠNG PHÁP LÀM GIẢM ĐỘ NHỚT CỦA DẦU THỰC VẬT
Theo quan điểm sử dụng động cơ thì điểm khác biệt cơ bản giữa dầu thực vật so với
nhiên liệu diesel chính la øđộ nhớt. Ở 40

0
C, độ nhớt dầu thực vật lớn gấp 10 lần diesel, gây khó
Trang13
SVTH: Đặng Ngọc Lương GVHD : T.S Nguyễn Hữu Lương
khăn trong quá trình phun nhiên liệu, tạo cặn đầu phun. Những phương pháp sau đã được sử
dụng để làm giảm độ nhớt của dầu thực vật.
1.4.1. Phương pháp sấy nóng
Độ nhớt dầu thực vật giảm khi nhiệt độ tăng, bởi vậy sấy nóng có thể coi là một
phương pháp làm giảm độ nhớt của dầu thực vật.
Khi động cơ diesel làm việc ở chế độ ổn đònh thì nhiệt độ nhiên liệu ở sau bơm cao áp
thay đổi trong phạm vi 35
0
C - 45
0
C. Trong khoảng nhiệt độ này thì độ nhớt của dầu thực vật
thay đổi từ 25 – 35 mm
2
/s. Độ nhớt của dầu thực vật, ví dụ như dầu đậu nành lúc này còn cao
hơn khoảng 10 lần độ nhớt của nhiên liệu diesel. Để đạt tới độ nhớt của nhiên liệu diesel thì
cần tăng nhiệt độ của dầu thực vật lên 80
0
C bởi vì độ nhớt giảm rất ít khi nhiệt độ lớn hơn
50
0
C. Tuy nhiên tăng nhiệt độ nhiên liệu lên quá cao làm giảm thay đổi trạng thái nhiệt và
ảnh hưởng xấu đến hệ thống cấp nhiên liệu. Ngoài ra, phương pháp này không cải thiện được
các chỉ tiêu khác của dầu thực vật như: chỉ số cetan, nhiệt trò, …
1.4.2. Phương pháp pha loãng
Pha loãng là phương pháp đơn giản làm giảm độ nhớt. Có thể sử dụng nhiên liệu diesel
để pha loãng dầu thực vật. Ở 40

0
C, độ nhớt của dầu thực vật thường cao hơn độ nhớt nhiên
liệu diesel 10 lần. Pha loãng dầu thực vật bằng nhiên liệu diesel sẽ nhận được dạng nhiên liệu
mới từ dầu thực vật. Đây là một hỗn hợp cơ học giữa nhiên liệu diesel và dầu thực vật, hỗn
hợp này đồng nhất và bền vững. Pha loãng không chỉ làm giảm độ nhớt của dầu thực vật mà
còn cải thiện được các chỉ tiêu khác của dầu thực vật.
Nhược điểm:
• Độ nhớt vẫn còn lớn hơn so với nhiên liệu diesel
• Dầu còn có chứa các acide tự do do đó có thể hình thành nhựa bởi sự oxy hoá và polyme
hoá trong suốt quá trình tồn trữ và đốt cháy, tạo cặn cacbon và làm đặc dầu bôi trơn
1.4.3. Phương pháp cracking
Có thể hình dung quá trình cracking dầu thực vật giống với quá trình cracking dầu mỏ.
Nguyên tắc cơ bản của quá trình chưng cất là cắt ngắn mạch hydrocacbon của dầu thực vật
bằng tác động của nhiệt và xúc tác thích hợp. Sản phẩm của quá trình thông thường bao gồm
nhiên liệu khí, xăng, nhiên liệu diesel và một số sản phẩm phụ khác.
Bảng 1.11. Một số tính chất của sản phẩm cracking dầu đậu nành.[5]
Trang14
SVTH: Đặng Ngọc Lương GVHD : T.S Nguyễn Hữu Lương
Tính chất hoá lý Dầu đậu nành Dầu nành sau khi cracking
Chỉ số cetan 38 43
Nhiệt lượng(MJ/kg) 39.3 40.6
Độ nhớt ở 38
0
C,cSt 32.6 7.74
Như vậy, phương pháp cracking dầu thưc vật không những làm giảm độ nhớt của dầu
thực vật mà còn cải thiện được các chỉ tiêu khác của thực vật như làm tăng trò số cetan, giảm
khối lượng riêng, tăng nhiệt trò, … Nhược điểm cơ bản của phương pháp này là tốn năng lượng,
sản phẩm thu được gồm nhiều dạng nhiên liệu và đặc biệt là nó khó thực hiện ở quy mô nhỏ.
1.4.4. Phương pháp nhũ tương hoá
Nguyên liệu ban đầu là dầu thực vật, rượu và chất tạo sức căng bề mặt. Với thiết bò tạo

nhũ có thể tạo ra nhũ tương dầu thực vật – rượu trong đó các hạt rượu có kích thước hạt
khoảng 150nm được phân bố đều trong nhũ tương.
Nhược điểm: kim phun bò kết dính, phun không đều đặn, bám cặn carbon nặng, cháy
không hoàn toàn và tăng độ nhớt của dầu bôi trơn. Vì vậy, động cơ hoạt động không ổn đònh
khi làm việc theo thời gian dài.
1.4.5. Phương pháp alcol phân
Ester hoá dầu thực vật là phương pháp được quan tâm nhiều hơn trong những năm gần
đây. Nguyên liệu ban đầu là dầu thực vật và rượu. Điều kiện phản ứng đơn giản, có thể thực
hiện ở quy mô nhỏ. Bên cạnh đó sản phẩm quá trình alcol phân đáp ứng được tiêu chuẩn về:
độ nhớt, chỉ số cetan, nhiệt trò.
Phương trình phản ứng alcol phân :
CH
2
COOR
1
CH
2
OH R
1
COOR
CHCOOR
2
+ 3ROH  CHOH + R
2
COOR
CH
2
COOR
1
CH

2
OH R
3
COOR
1.5. BIODIESEL
1.5.1. Lịch sử phát triển của nhiên liệu biodiesel
Biodiesel là từ chuyên môn chỉ loại nhiên liệu dùng cho động cơ diesel được làm từ
dầu thực vật hoặc methyl ester của dầu thực vật hay mỡ động vật sau đó được trộn lẫn với
Trang15
SVTH: Đặng Ngọc Lương GVHD : T.S Nguyễn Hữu Lương
nhiên liệu diesel truyền thống. Nó được đònh nghóa như sau: “Biodiesel là monoalkyl ester của
axít béo mạch dài có nguồn gốc từ dầu thực vật hoặc mỡ động vật, được sử dụng cho động cơ
diesel”.
Cách đây hơn 100 năm, nhà phát minh Rudolf Diesel đã phát minh ra động cơ chạy bằng
dầu thực vật. Vào những năm 1930 và 1940, dầu thực vật được sử dụng như là nhiên liệu diesel
nhưng chỉ được sử dụng trong tình trạng khẩn cấp. Bắt đầu từ năm 1980, có nhiều cuộc tranh cãi
lớn về việc sử dụng dầu thực vật làm một nhiên liệu. Cũng vào năm 1980, Caterpilla Brazil đã sử
dụng hỗn hợp 10% dầu thực vật cho động cơ diesel mà khơng có sự thay đổi cũng như thay thế gì.
Tại thời điểm này, chưa có một thực hành nào sử dụng 100% dầu thực vật để thay thế cho nhiên
liệu diesel, nhưng hỗn hợp pha trộn 20% dầu thực vật với 80% dầu diesel đã mang lại thành cơng
rực rỡ [1,2]. Một thời gian ngắn sau đó, người ta đã tiến hành thử nghiệm đến tỷ lệ 50/50.
Tháng 8 năm 1982, Hội nghị đầu tiên của thế giới về việc sử dụng dầu thực vật như là
nhiên liệu được diễn ra tại Fargo, phía nam Dakota. Năm 1982 là năm đáng được ghi nhận vì đây
cũng chính là năm bắt đầu dử dụng dầu ăn phế thải, cũng là thời điểm Viện Hóa Hữu Cơ của Graz
(Áo) đầu tiên sử dụng ester của dầu hạt cải. Năm 1985, thí điểm đầu tiên trên thế giới sản xuất
methyl ester dầu hạt cải được thực hiện tại trường Nơng Nghiệp Silberberg, Styria (Áo). Năm
1987, thử nghiệm trên động cơ đo hàm lượng khói thải của methyl ester dầu ăn phế thải được tiến
hành tại AVL List Gmble, Graz. Trong những năm 1989 – 1990, dự án đầu tư của chính phủ Áo
về “Sản xuất biodiesel chất lượng cao từ dầu ăn phế thải” được thực hiện. Năm 1994, biodiesel từ
dầu ăn phế thải được bắt đầu đưa vào sản xuất cơng nghiệp tại Mureck, Áo. Năm 1995, thành

cơng trong việc sản xuất methyl ester với hiệu suất 100% đã được cơng bố. Năm 1998, dự án sản
xuất biodiesel từ nguồn ngun liệu mỡ động vật chứa 20% hàm lượng axít béo được thành lập.
Đến năm 2003, có 4 quy trình tiên tiến cho việc sản xuất biodiesel từ dầu thực vật và dầu ăn phế
thải đã được cơng bố.
1.5.2. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng nhiên liệu thay thế trên thế giới và Việt Nam
Việc tìm kiếm nguồn nhiên liệu mới thay thế nhiên liệu diesel từ dầu mỏ cho động cơ
diesel ngày càng trở nên quan trọng và cấp thiết, đặc biệt, cuộc khủng hoảng năng lượng vào
cuối thập niên 70, đầu thập niên 80â. Dầu thực vật và dẫn xuất của chúng được coi là sự thay
thế thích hợp nhiên liệu diesel truyền thống. So với dầu thực vật, biodiesel có độ nhớt thấp
hơn và chỉ số cetan cao hơn. Bên cạnh yếu tố thuận lợi là chủ động được nguồn nhiên liệu
trong nước, nhiên liệu thay thế còn có ý nghóa rất to lớn trong vấn đề ô nhiễm môi trường. Vì
vậy, một số nước đã khuyến khích việc sử dụng nhiên liệu biodiesel.
Tại Việt Nam, việc điều chế và thử nghiệm nhiên liệu biodiesel từ dầu thực vật bắt
đầu được quan tâm từ những năm 1980. Công trình lớn nhất được công bố có lẽ là luận án
Tiến só của tác giả Nguyễn Đức Minh vào năm 1997 [12]. Trong công trình này, tác giả đã so
Trang16
SVTH: Đặng Ngọc Lương GVHD : T.S Nguyễn Hữu Lương
sánh các tính năng kó thuật của nhiên liệu diesel có pha dầu đậu nành với các hàm lượng 10,
20, …, 100% với nhiên liệu diesel truyền thống. Ngoài ra, tác giả cũng đã thử nghiệm điều chế
nhiên liệu biodiesel bằng phương pháp ester hoá dầu đậu nành với ethanol, sử dụng xúc tác
NaOH, nhiệt độ phản ứng khoảng 50 – 65
0
C, thời gian phản ứng 6 – 7 giờ.
Trong khoảng 5 năm gần đây, các nghiên cứu về điều chế nhiên liệu biodiesel từ dầu
thực vật phế thải đã được thực hiện ở Hà Nội (Trung tâm Khoa học Tự nhiên và công nghệ
Quốc Gia) và Tp. Hồ Chí Minh (Đại học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh). Các nghiên cứu này chủ
yếu đi theo hướng điều chế biodiesel bằng phương pháp ester hoá. Từ năm 2000, một số nhóm
nghiên cứu ở Viện Hoá Học, Viện Môi Trường (Trung tâm Khoa học Tự nhiên và Công nghệ
Quốc Qia) và ở trung tâm Khoa Học Môi Trường và phát triển bền vững thuộc Đại học Quốc
Gia Hà Nội bắt đầu nghiên cứu công nghệ siêu âm để điều chế nhiên liệu biodiesel từ dầu

thực vật.
Từ năm 2001, nhóm nghiên cứu thuộc Bộ môn Công nghệ Chế biến Dầu khí và Trung
tâm Lọc – Hoa ùdầu (trường Đại học Bách Khoa Tp. Hồ Chí Minh) đã bắt đầu nghiên cứu khả
năng sản xuất biodiesel từ các nguồn dầu thực vật.
Tác giả Trương Quốc Vương [5] đã khảo sát khả năng pha trộn trực tiếp dầu thực vật
và dầu diesel để thay thế dầu diesel. Nguồn nguyên liệu sử dụng là dầu dừa hoặc dầu đậu
phộng. Kết quả cho thấy rằng hỗn hợp pha trộn 3% thể tích dầu dừa và 97% thể tích diesel
hoặc hỗn hợp 2% dầu đậu phộng và 98% dầu diesel có thể được sử dụng như nguồn nhiên liệu
thay thế cho nhiên liệu diesel truyền thống. Đây là một phương pháp đơn giản và có thể dễ
dàng thực hiện ở quy mô sản xuất lớn hoặc nhỏ. Rõ ràng, khả năng sử dụng trực tiếp nguồn
nguyên liệu dầu thực vật là khả thi. Tuy nhiên, lượng dầu thực vật sử dụng vẫn còn quá ít, và
lượng diesel truyền thống dùng trong hỗn hợp nhiên liệu vẫn còn quá cao. Một trong những
nguyên nhân của điều này là do độ nhớt của dầu thực vật quá cao dẫn đến những bất lợi trong
quá trình phun nhiên liệu và đốt cháy. Vì vậy, chúng ta cần phải biến tính dầu thực vật trước
khi đưa vào sử dụng. Trên cơ sở phân tích các ưu nhược điểm của các phương pháp sản xuất
biodiesel đang được sử dụng hiện nay, phương pháp biến tính dầu thực vật bằng phản ứng
chuyển methyl ester hoá đã được lựa chọn để khảo sát.
Tác giả Nguyễn Thò Hồng Nơ [1] đã nghiên cứu tổng hợp biodiesel từ nguồn nguyên
liệu dầu dừa trên cơ sở thực hiện phản ứng chuyển metyl ester hoá giữa các tryglyxerit có
trong dầu dừa và methanol trên xúc tác rắn SO
4
.SnO
2
tự tổng hợp. Điều kiện thích hợp cho quá
trình điều chế xúc tác như sau:
Trang17
SVTH: Đặng Ngọc Lương GVHD : T.S Nguyễn Hữu Lương
• Nhiệt độ nung: 800
0
C

• Thời gian sulfate hoá: 2h
• Độ pH 8
• Nồng độ H
2
SO
4
: 4M
Điều kiện thích hợp cho phản ứng để đạt hiệu suất ester hoá 26,4%:
• Nhiệt độ: 65
0
C.
• Tỷ lệ mol methanol : dầu: 10 : 1.
• Tỷ lệ xúc tác/dầu: 6%.
• Thời gian phản ứng: 10h.
Ưu nhựơc điểm của xúc tác SO
4
.SnO
2
:
• Sản phẩm dễ tách lớp:
• Không có quá trình rửa sản phẩm nên không tạo ra chất thải gây ô nhiêm môi trường.
• Là xúc tác dễ điều chế và rẻ tiền.
• Phản ứng khi tiến hành ở nhiệt độ thường thì hiệu suất phản ứng không cao. Ở đây ta bi
giới hạn bởi nhiệt độ sôi của methanol ở áp suất thường.
Trong nỗ lực nâng cao hiệu suất của quá trình chuyển methyl ester hoá dầu dừa, các
tác giả Phạm Hoàn Vũ [6] và Đào Đức Phú [7] đã thay thế xúc tác rắn axit bằng xúc tác rắn
kiềm. Ở đây, tác giả sử dụng K
2
CO
3

/Al
2
O
3
tự điều chế như là xúc tác. So với xúc tác rắn axit
SO
4
.SnO
2
sử dụng ở trên, xúc tác rắn kiềm này đã nâng hiệu suất phản ứng lên rất cao, khoảng
87 – 92% mà vẫn giữ được điều kiện phản ứng tương đối đơn giản (phản ứng được thực hiện ở
nhiệt độ khoản 60
0
C, áp suất khí quyển, sự phân tách sản phẩm tương đối dễ dàng). Theo các
tác giả này, các yếu tố liên quan đến quá trình điều chế xúc tác (như thời gian tẩm, thời gian
nung và nhiệt độ nung) và tỷ lệ xúc tác quyết đònh đến hiệu suất của phản ứng. Một điểm
đáng lưu ý nữa là khả năng phản ứng phụ thuộc rất lớn vào quá trình xử lý sơ bộ nguyên liệu
dầu dừa trước khi thực hiện phản ứng. Dầu dừa phải đựơc lọc bỏ các tạp chất cơ học, chất xơ
trước khi đưa vào hệ phản ứng. Một trong những tác hại của những tạp chất này có lẽ là do
ảnh hưởng che phủ của chúng lên các tâm hoạt động cũng như các lỗ xốp của chất mang, nhất
là trong giai đoạn đầu của phản ứng khi độ nhớt của dầu dừa còn khá cao, dẫn đến khả năng
xúc tác của các hệ xúc tác rắn giảm xuống.
Trang18
SVTH: Đặng Ngọc Lương GVHD : T.S Nguyễn Hữu Lương
Việc sử dụng biodiesel từ dầu thực vật đã góp phần đáng kể trong vấn đề giảm ô
nhiễm môi trường, giảm sự phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu nhập khẩu. Tuy nhên, giá thành
vẫn còn cao hơn rất nhiều so với diesel truyền thống. Nhằm mục đích giảm chi phí cho quá
trình sản xuất biodiesel, các tác giả Phan Ngọc Anh [2], Phùng Khánh Nghiêm[3] và Nguyễn
Thanh Dũng[4] đã thử nghiệm trên nguồn dầu ăn thải từ các quá trình chế biến thực phẩm.
Tương tự như dầu thực vật, dầu ăn phế thải có thành phần chính là tryglyxerit, ngoài ra còn có

một lượng nhỏ axit béo tự do. Thành phần axit béo trong dầu ăn phế thải không thay đổi nhiều
so với dầu nguyên chất [2] vì vậy, tính chất lý hoá của dầu phế thải không khác nhiều so với
dầu nguyên chất. Ở Việt Nam, lượng dầu này chủ yếu thải ra môi trường bên ngoài gây ô
nhiễm nguồn nước. Do vậy, việc nghiên cứu khả năng sử dụng từ dầu ăn phế thải là cần thiết
vì sẽ góp phần vào việc giảm ô nhiễm môi trường từ nguồn dầu thải này. Đây cũng là hướng
đã và đang được áp dụng tại nhiều nước trên thế giới[2 – 4,9]
Các tác giả này đã tập trung vào phản ứng ester hoá dầu ăn phế thải bằng phương
pháp hoá học với sử dụng xúc tác kiềm. Quá trình chuyển hoá được thực hiện ở nhiệt độ mội
trường, xúc tác KOH (0,75% khối lượng). Điều kiện tối ưu để phản ứng đạt hiệu suất khoảng
88.3% là: tỷ lệ mol methanol : dầu = 7 : 1; thời gian phản ứng là 90 phút. Sản phẩm methyl
ester tổng hợp từ dầu thải thoả mãn hầu hết các tiêu chuần quy đònh cho nhiên liệu diesel. Tuy
nhiên, hàm lượng cặn carbon Condradson (10% cất) quá cao so với tiêu chuần và thành phần
chưng cất của methyl ester dầu ăn phế thải khác xa so với nhiên liệu diesel. Vì thế, không thể
xử dụng trực tiếp methyl ester cho động cơ diesel mà phải phối trộn methyl ester với nhiên
liệu diesel. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của các hệ nhiên liệu phối trộn lên các tính năng kỹ
thuật và thành phần khí thải của động cơ ở chế độ không tải và có tải cho thấy mẫu hỗn hợp
20% biodiesel và 80% diesel (B20) hoàn toàn có thể dùng làm nhiên liệu thay thế cho diesel
truyền thống.
Trên cơ sở kết quả của các nghiên cứu sản xuất biodiesel từ các nguồn dầu ăn thải [2 –
4] tác giả Nguyễn Phúc Tuệ[8] đã thử tính toán sơ bộ để thiết kế phân xưởng sản xuất
biodiesel từ dầu thực vật thải với năng suất 50 tấn/ngày. Phương pháp để sản xuất là phản ứng
chuyển metyl ester hoá giữa ester của axit béo và methanol. Phản ứng được thực hiện ở nhiệt
độ thường với xúc tác KOH. Theo tác giả, với tổng số vốn đầu tư gần 5 triệu USD mỗi năm
chúng ta có thể thu lãi hơn 900.000 USD với năng suất sản phẩm là 50 tấn/ngày (đây là năng
suất tối thiểu của nhà máy). Vì vậy, theo tác giả, dự án “Thiết kế phân xưởng sản xuất
biodiesel từ dầu thải” là đáng giá về mặt kinh tế và môi trường.
1.5.3. Ester của dầu thực vật (biodiesel) và các tính chất của nó
Trang19
SVTH: Đặng Ngọc Lương GVHD : T.S Nguyễn Hữu Lương
Ester của dầu thực vật có thể được sản xuất từ rất nhiều loại dầu khác nhau như: dầu

cọ, dầu hướng dương, dầu đậu nành, … Sự lựa chọn các loại dầu tuỳ thuộc vào giá trò sản xuất
và tài nguyên nguyên liệu, thành phần acid béo có trong nó vì nó quyết đònh rất lớn đến tính
chất của dầu và dẫn suất ester của chúng, đặc biệt là methyl ester: nhiệt độ đông đặc, nhiệt độ
chớp cháy, chỉ số cetan, độ nhớt, nhiệt trò, khả năng hoá hơi, … Một số tính chất của ester dầu
thực vật được trình bày trong Bảng 1.13.
Bảng 1.12. Một số tính chất vật lý của ester dầu thực vật.[7]
Ester
Chỉ số
cetan
Nhiệt lượng,
kJ/kg
Độ nhớt
(mm
2
/s)
Điểm vẩn
đục,
0
C
Điểm
chảy,
0
C
Điểm chớp
cháy
Methyl Ester
Dầu bông 51.2 - 6.8(21
0
C) - -4 110
Dầu len 54.4 40449 6.7(40

0
C) -2 -9 84
Dầu rum 49.8 40060 - - -6 180
Dầu đậu nành 46.2 39800 4.08(40
0
C) 2 -1 171
Dầu hướng dương 46.6 39800 4.22(40
0
C) 0 -4 -
Mỡ động vật - 39949 4.11(40
0
C) 12 9 96
Ethyl Ester
Dầu cọ 56.2 39070 4.5(37.8
0
C) 8 6 19
Dầu đậu nành 48.2 40000 4.14(40
0
C) 1 -4 174
1.5.4. Ưu điểm của Biodisel so với diesel truyền thống
• Về mặt môi trường
Biodiesel giảm lượng khí CO
2
do đó giảm được nhiều hiệu ứng nhà kính.
Trang20
SVTH: Đặng Ngọc Lương GVHD : T.S Nguyễn Hữu Lương
Khi cháy, biodiesel thải ra một lượng rất ít CO, hydrocacbon chưa cháy hết nên sử
dụng biodesel sẽ làm giảm sự ô nhiễm không khí và không gây ảnh hưởng đến sức khoẻ con
người.
Biodiesel là chất không độc, dễ phân hủy.

Biodiesel không chứa hợp chất lưu huỳnh, giảm mưa acid.
Biodiesel không chứa hợp chất vòng thơm.
• Về mặt kỹ thuật
Biodiesel có chỉ số cetan cao hơn diesel.
Biodiesel có điểm chớp cháy cao hơn dầu truyền thống. Vì vậy, biodiesel an toàn hơn
trong công tác phòng cháy nổ.
Khi sử dụng biodiesel làm nhiên liệu thì không cần cải tiến bất kỳ một bộ phận nào
của động cơ. Công suất, lực kéo, mã lực của xe biodiesel và hỗn hợp ngang với dầu diesel
truyền thống.
Tuy nhiên, biodiesel cũng còn một số nhược điểm như có điểm đông đặc cao hơn diesel
gây khó khăn cho việc sử dụng ở các nước có nhiệt độ thấp vào mùa đông.
• Về mặt kinh tế
Vòêc sử dụng Biodiesel ngoài vấn đề giải quyết ô nhiễm môi trường còn góp phần thúc
đẩy ngành nông nghiệp phát triển, tận dụng tiềm năng sẵn có của nước ta: đất đai, khí hậu,
nhân lực… hạn chế việc nhập khẩu nhiên liệu, từ đó giảm mức độ phụ thuộc vào nước ngoài.
Giá thành biodiesel từ dầu thực vật cao hơn nhiên liệu diesel.
Những ưu điểm khi sử dụng nguyên liệu dầu ăn phế thải để sản xuất biodiesel:
o Hạn chế được ô nhiễm nguồn nước vì hiện nay lượng dầu này chủ yếu thải ra
ngoài môi trường.
o Giá thành thấp hơn nhiều so với sử dụng dầu thực vật.
o Sản phẩm biodiesel từ dầu ăn phế thải tương tự biodiesel từ dầu thực vật.
Trang21
SVTH: Đặng Ngọc Lương GVHD : T.S Nguyễn Hữu Lương
USA
ASTM
-
1.9 – 6.0
-
≥100
-

< 0.05
< 0.05%
< No.3
≥ 40
< 0.8
Thụy Điển
SS
0.89 – 0.89
3.5 – 5.0
-
≥100
-
< 0.001
< 300
-
≥ 48
< 0.6
Ý
UNI0635
0.815 – 0.9
3.5 – 5.0
< 360
≥100
< 0 / < -15
< 0.01
-
-
-
< 0.5
Đức

DINV
0.875 – 0.9
3.5 – 5.0
-
≥110
-
< 0.01
< 300
1
≥ 49
< 0.5
Pháp
JOUNAL
0.87 – 0.89
3.5 – 5.0
< 360
≥110
< -10
-
< 200
-
≥ 49
< 0.5
Séc
CSN
0.87 – 0.89
3.5 – 5.0
-
≥100
-

< 0.02
-
1
≥ 48
< 0.5
Australia
ONC1191
0.85 – 0.89
3.5 – 5.0
-
≥100
-
≥ 0.02
-
-
≥ 49
< 0.8
Trang22
Bảng 1.13. Tiêu chuẩn biodiesel một số quốc gia.[7]
SVTH: Đặng Ngọc Lương GVHD : T.S Nguyễn Hữu Lương
Đơn vò
g/cm
3
mm
2
/s
0
C
0
C

0
C
%kl
g/kg
-
-
MgKOH/g
Tiêu chuẩn
Tỷ trọng 15
0
C
Độ nhớt 40
0
C
Thành phần cất 95%
Điểm chớp cháy
Điểm đông đặc
Hàm lượng S
Hàm lượng nước
n mòn đồng 3h/50
0
C
Chỉ số cetan
Chỉ số acide
1.6. PHẢN ỨNG ANCOL PHÂN
1.6.1. Xúc tác:
Đây là phản ứng được ứng dụng trong sản xuất biodiesel nhằm chuyển triglyxeride có
trong dầu thực vật thành methyl ester. Phản ứng alcol phân triglyceride là phản ứng thuận
nghòch diễn ra dưới tác dụng của xúc tác (base, axid,enzyme) hoặc điều kiện đặc biệt không
xúc tác (dưới tác động của ozon, sóng siêu âm hoặc điều kiện nhiệt độ, áp xuất cao). Các loại

xúc tác hoá học đã được nghiên cứu rất lâu, các hướng nghiên cứu mới hiện nay là về xúc tác
enzyme, xúc tác base không ion hoặc các điều kiện phản ứng không sử dụng xúc tác.
1.6.1.1. Xúc tác acid
Acid xúc tác cho phản ứng là các acid Bronsted, như acid sulfuric, photphoric,
hydrocloric và acid sulfonic hữu cơ, trong số đó acid sunfuric được sử dụng và nghiên cứu
nhiều nhất. Xúc tác acid thường cho hiệu suất phản ứng rất cao, tuy nhiên phản ứng thường
xảy ra chậm, yêu cầu nhiệt độ tương đối cao, khoảng 80-100
0
C. Mạc dù phản ứng diễn ra dưới
tác dụng của xúc tác acid chậm, nhưng xúc tác dạng này có thể được sử dụng cho các loại
nguyên liệu có hàm lượng acid béo tự do cao và chứa nhiều nước.
1.6.1.2. Xúc tác base
Xúc tác base sử dụng cho phản ứng alcol phân bao gồm NaOH, KOH, carbonate kim
loại kiềm, các alkoxide như natri methaxide, natri ethoxide… Phản ứng alcol phân dưới dạng
tác dụng của xúc tác base có tốc độ lớn hơn khoảng 4000 lần so với phản ứng với xúc tác acid
Trang23
SVTH: Đặng Ngọc Lương GVHD : T.S Nguyễn Hữu Lương
với cùng lượng xúc tác. Nên hiện nay xúc tác base được sử dụng rông rãi do có tíng kinh tế
cao hơn.
Xúc tác base có ưu điểm là rẻ tiền, phản ứng tiến hành nhanh (thời gian phản ứng
thường kéo dài không quá 2h), hiệu suất sản phẩm tương đối cao, quy trình và thiết bò đơn
giản.
♦ Ảnh hưởng của hàm lượng nước và hàm lượng acid béo tự do:
• Khi tiến hành phản ứng, triglyceride và alcohol phải hoàn toàn không có nước vì
nước gây ra phản ứng xà phòng hoá, tạo ra muối xà phòng, làm giảm hiệu suất
phản ứng do làm tiêu hao xúc tác; làm tăng độ nhớt, tạo thành gel; và gây khó
khăn trong việc tách glycerin.
• Nguyên liệu sử dụng trong quy trình tổng hợp bằng xúc tác base thường yêu cầu có
hàm lượng axid béo tự do dưới 0,5% hàm lượng nước thấp. Khi tiến hành phản ứng
phải đảm bảo xúc tác (natrihydroxide, natri methoxide…) không bò hút ẩm, hay

phản ứng với carbon dioxide trong không khí, làm giảm hiệu quả xúc tác.
♦ Ảnh hưởng của tỉ lệ mol giữa alcohol và triglyceride: theo lý thuyết phản ứng thì tỉ lệ
mol vừa đủ của alchol và triglyceride là 3:1. Tuy nhiên để đạt được hiệu suất cao thì
cần phải sử dụng khá dư alcohol so với triglyceride. Theo các nghiên cứu hiện nay, tỉ lệ
mol alcohol: triglyceride tốt nhất là 6:1. Do phải sử dụng một lượng dư methanol trong
phản ứng nên chi phí nguyên vật liệu tăng lên, cần có thêm công đoạn bốc hơi hoàn
lưu methanol ở các pha sản phẩm phẩm sau phản ứng.
♦ Ảnh hưởng của loại xúc tác: Xúc tác base tốt nhất cho phản ứng là natri methoxide.
Natri hydroxide và kali hydroxide có hoạt tính yếu hơn có tạo thành một lượng nhỏ
nước khi hoà tan chúng vào methanol. Natri hydroxide và kali hydroxide vẫn được sử
dụng rộng rãi do chi phí thấp.
1.6.1.3. Xúc tác base không ion
Để cải thiện đặc tính xúc tác của xúc tác hoá học, các xúc tác base không ion, đã được
nghiên cứu phát triển như một hướng đi riêng đối với xúc tác phản ứng alcol phân. Mục đích
chính là nhằm tiến hành phản ứng trong điều kiện đơn giản hơn. Các xúc tác đã và đang được
nghiên cứu là các nhóm aminde hữu cơ như triethylamide, piperedine, pyridine…; amidine như
1,8-diazabicyclo[5.4.0] undec-7-ene(DBU)…;guanidine như 1,5,7-triazabyciclo[4.4.0]dec-5-
ene(TBD), 1,2,3 triphenylguanidine (PBG)…; triamino(imino)phosphorane như tert-
Trang24
SVTH: Đặng Ngọc Lương GVHD : T.S Nguyễn Hữu Lương
butylimino-2-diethylamino-1,3-dimethy1-perhydro-1,3,2-diazaphosphorane(BEMB) … Mặc dù
cũng đã có những kết quả khả quan về khả năng xúc tác của các base-không ion nhưng điều
kiện phản ứng còn phức tạp, tách sản phẩm tương đối khó, nên xúc tác base- không ion đang
trong giai đoạn nghiên cứu chi tiết để có thể ứng dụng được.
1.6.1.4. Phản ứng alcol phân không xúc tác
Tiến hành phản ứng alcol phân không sử dụng xúc tác là một hướng nghiên cứu mới để
đạt được hiệu suất cao hơn và sản phẩm sạch hơn. Những xu hướng nghiên cứu hiện nay:
• Sử dụng siêu methanol ở áp suất và nhiệt độ cao. Phản ứng được thực hiện ở
khoảng 350
0

C, áp suất 45 Mpa với một lưởng rất dư methanol. Những kết quả thu
được rất tốt như hiệu suất sản phẩm cao, sản phẩm sạch do không dùng xúc tác…
tuy nhiên do sử dụng công nghệ và thiết bò rất phức tạp và đắt tiền nên mới chỉ
thực hiện ở quy mô phòng thí nghiệm.
• Sử dụng ozôn hoặc sóng cao tần. Hai phương pháp này đang được tiến hành nghiên
cứu.
1.6.1.5. Xúc tác enzym
Mặc dù xúc tác hóa học cho được hiệu suất cao trong thời gian ngắn nhưng khi sử dụng
xúc tác hóa học có những mặt hạn chế sau:
o Cần năng lượng lớn.
o Khó thu hồi glyxerin.
o Khi sử dụng xúc tác axít hoặc kiềm, cần phải tiến hành rửa sản phẩm, nhưng lại
chưa có biện pháp xử lý nước thải ra nên làm ơ nhiễm nguồn nước.
Khi sử dụng xúc tác enzym thì có thể giảm được khâu rửa sản phẩm. Sản phẩm tạo thành
trong q trình chuyển hóa với xúc tác enzym sẽ là methyl ester và một lượng rất ít dầu dư.
Glyxerin tạo thành trong q trình phản ứng sẽ được hấp thu trong enzym. Hiệu suất của q trình
này có thể lên đến 94,8 – 98,5%. Nhiệt độ phản ứng thấp (thường ở nhiệt độ mơi trường). Khác
với xúc tác hóa học, khi có mặt nhiều axít béo và nước, xúc tác enzym càng dễ chuyển hóa thành
metyl ester. Tuy nhiên, khi sử dụng xúc tác enzym gặp phải những khó khăn mà hiện tại khơng
thể giải quyết được: thời gian phản ứng q lâu, chi phí cho xúc tác enzym q lớn. Đặc biệt là
phương pháp này càng khơng thể áp dụng ở Việt Nam vì ở nước ta chưa sản xuất được enzym.
Hầu hết các nghiên cứu phản ứng chuyển hóa ester bằng xúc tác enzym đều sử dụng nguồn enzym
tinh khiết dùng cho cơng nghiệp dược hoặc thực phẩm.
1.6.2. Điều kiện phản ứng
Trang25