Luận văn thạc sĩ nghiên cứu tổng hợp biodiesel từ dầu hạt cao su trên xúc tác dị thể NaOH mgo và Na2CO3 al2o3

Bộ GIáO DụC Và ĐàO TạO
TRƯờng đại học bách khoa hà nội
-----------------------------

Luận văn thạc sĩ khoa học

Nghiên cứu tổng hợp biodiesel từ
Dầu hạt cao su trên xúc tác dị thể
Naoh/mgo và na2co3/al2o3

Ngành : công nghệ hóa học
MÃ số:.......................
Lê thanh hòa

Người hướng dẫn khoa học:
Pgs.ts. đinh thị ngọ

Hà nội 12/2008


Mục lục
Trang
Trang 1

1

Lời cảm ơn

2

Mục lục

3

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt

6

Danh mục các bảng

7

Danh mục các hình vẽ, đồ thị

8

Mở ĐầU

9

Chương 1 - TổNG QUAN Lí THUYếT

11

1.1. Tổng quát về dầu thực vật

11

1.1.1. Khái niệm chung

11

1.1.2. Thành phÇn hãa häc cđa dÇu thùc vËt

12

1.1.3. TÝnh chÊt vËt lý cđa dÇu thùc vËt

14

1.1.4. TÝnh chÊt hãa häc cđa dầu thực vật

15

1.1.5. Các chỉ tiêu quan trọng của dầu thực vật

16

1.1.6. Giới thiệu một số loại dầu thông dụng

17

1.2. Giới thiệu về dầu hạt cao su

19

1.2.1. Vài nét về dầu hạt cao su

20

1.2.2. Tinh chế dầu hạt cao su không tách axit tự do

21

1.2.3. Các chỉ số cơ bản của dầu

22

1.3. Nhiên liệu diesel

23

1.3.1. Tiềm năng và nhu cầu sử dụng nhiên liệu hóa thạch

23

1.3.2. Nhiên liệu diesel truyền thống

25

1.3.3. Thành phần hóa học của nhiên liệu diesel

26

1.3.4. Yêu cầu chất lượng của nhiên liệu diesel

26

1.3.5. Khí thải của nhiên liệu diesel

29

1.3.6. Các phương pháp nâng cao chất lượng của nhiên liệu diesel

30

1.4. Biodiesel

32

1.4.1. Khái quát chung

32

1.4.2. Giới thiệu về biodiesel

33

1.4.3. Tính chất và ưu khuyết điểm của biodiesel

35

1.4.4. Nguyên liệu cho quá trình tổng hợp biodiesel

38


1.4.5. Các phương pháp tổng hợp biodiesel

40

1.4.6. Giới thiệu một số quá trình tổng hợp biodiesel

43

1.4.7. Xử lý nguyên liệu có hàm lượng axit béo tự do cao

45

1.4.8. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trao đổi este

46

Chương 2 - THựC NGHIệM Và CáC PHƯƠNG PHáP NGHIÊN CứU

48

2.1.Yêu cầu đối với ancol

48

2.2. Yêu cầu đối với dầu hạt cao su

49

2.3. Yêu cầu đối với xúc tác

49

2.4. Quá trình điều chế xúc tác NaOH/MgO

50

2.5. Quá trình điều chế xúc tác Na2CO3/ -Al2O3

51

2.5.1 Điều chế nhôm hydroxit dạng bemit
2.5.2 Điều chế -Al2O3

51

2.5.3 Chế tạo xúc tác Na2CO3/ -Al2O3

52

2.6. Cách tiến hành tổng hợp biodiesel

52
52

2.6.1.Sơ dồ và các thiết bị trong quá trình thực nghiệm

52

2.6.2.Cách tiến hành thực nghiệm

54

2.7. Các phương pháp phân tích chất lượng sản phẩm

57

2.7.1. Xác định chỉ số axit

57

2.7.2 Xác định độ nhớt động học

58

2.7.3. Xác định nhiệt độ chớp cháy cốc kín

59

2.7.4. Xác định tỷ trọng

60

2.7.5. Phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại

60

2.7.6. Phương pháp sắc ký khí

62

2.7.7. Phương pháp phổ XRD
2.7.8. Phương pháp chụp ảnh hiển vi điện tử SEM

63

Chương 3 - KếT QUả Và THảO LUậN
3.1. Điều chế xúc tác
3.1.1. Xúc tác NaOH/MgO

64
65
65
65

3.1.1.1. Phổ XRD của xúc tác NaOH/MgO

65

3.1.1.2. Khảo sát sự phân bố của NaOH trên bề mặt MgO

66

3.1.2. Xúc tác Na2CO3/ -Al2O3 và các yếu tố ảnh hưởng
3.1.2.1 Phổ nhiễu xạ tia X (XRD)

67

3.1.2.2. Hình ảnh SEM của xúc t¸c Na2CO3/ γ -Al2O3

68

67

3.2. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng giai đoạn 1

69

3.2.1. ảnh hưởng của tỉ lệ metanol/dầu đến chỉ số axit

69

3.2.2. ảnh hưởng của lượng xúc tác H2SO4 98% đến chỉ số axit

71

3.2.3. ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến chỉ số axit
3.3. Thực hiện phản ứng giai đoạn 2

72
73

3.3.1. ảnh hưởng của hàm lượng pha hoạt tính đến hiệu suất biodiesel

73

3.3.2. ảnh hưởng của nhiệt độ nung xúc tác đến hiệu suất biodiesel

74

3.3.3. ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến hiệu suất biodiesel

76

3.3.4. ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến hiệu suất biodiesel

78

3.3.5. ảnh hưởng của tỷ lệ metanol/dầu đến hiệu suất biodiesel

79

3.3.6. ảnh hưởng của hàm lượng xúc tác

80

3.4. Nghiên cứu tái sử dụng và tái sinh xúc tác
3.5. Chỉ tiêu hóa lýcủa biodiesel từ dầu HCS

81

3.6. So sánh thành phần khí thảI của B20 và diesel khoáng
3.6.1. Hàm lượng CO2 trong khói thải của động cơ ở các tốc độ khác
nhau
3.6.2. Xác định hàm lượng CO trong khói thảI ở các tốc độ khác nhau
của động cơ
3.6.3. Hàm lượng NOx trong khói thải của động cơ ở các tốc độ khác
nhau
3.6.4. Hàm lượng hydrocacbon trong khói thải ở các tốc độ khác nhau

86

84
86

87
88
89

KếT LUậN

91

TàI LIệU THAM KHảO

92

TóM TắT

97

ABSTRACT

98


-6-

Danh mục các hình
TT

Ký HIệU

1 Hình 1.1
2

3
4
5
6

Hình 1.2
Hình 2.1
Hình 3.1
Hình 3.2
H×nh 3.3

7 H×nh 3.4
8
9
10
11
12

H×nh 3.5
H×nh 3.6
H×nh 3.7
H×nh 3.8
H×nh 3.9

13 H×nh 3.10
14 H×nh 3.11
15 H×nh 3.12
16 H×nh 3.13
17 H×nh 3.14
18 H×nh 3.15

19 Hình 3.16
20
21
22
23
24

Hình 3.17
Hình 3.18
Hình 3.19
Hình 3.20
Hình 3.21

NộI DUNG

Sơ đồ quá trình sản xuất biodiesel theo phương pháp gián
đoạn.
Sơ đồ sản xuất biodiesel theo phương pháp liên tục.
Sơ đồ mô tả thiết bị phản ứng
Phổ XRD của xúc tác NaOH/MgO
ảnh SEM của mẫu xúc tác NaOH/MgO
Phổ nhiễu xạ tia X của Bermit điều chế từ phèn nhôm ở
pH = 7-8
Phổ nhiễu xạ tia X của -Al2O3 điều chế từ bemit ở
4800C
ảnh SEM của mẫu xúc tác Na2CO3/ -Al2O3
ảnh hưởng của tỉ lệ metanol/dầu đến chỉ số axit
ảnh hưởng của hàm lượng xúc tác đến chỉ số axit
ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến chỉ số axit
Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa hiệu suất biodiesel và

hàm lượng pha hoạt tính.
Đồ thị biểu diễn mối quan hệ hiệu suất biodiesel vào
nhiệt độ nung xúc tác
Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc hiệu suất biodiesel vào
nhiệt độ phản ứng
Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc hiệu suất biodiesel vào
thời gian phản ứng
Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc hiệu suất biodiesel vào tỷ
lệ metanol/dầu
Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc hiệu suất biodiesel vào
hàm lượng xúc tác
Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa hiệu suất biodiesel
vào hàm lượng NaOH khi tái sử dụng xúc tác
Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc hiệu suất biodiesel vào số
lần tái sử dụng xúc tác NaOH/MgO
Phổ hồng ngoại của biodiesel từ dầu hạt cao su
Quan hệ giữa tốc độ quay và hàm lượng CO2
Quan hệ giữa tốc độ quay và hàm lượng CO
Quan hệ giữa tốc độ quay và hàm lượng NOx
Quan hệ giữa hàm lượng hydrocacbon và tốc độ quay.

TRANG

43
44
53
65
66
67
68

68
70
72
73
74
75
77
78
80
81
82
83
85
87
88
89
90


-7-

danh mục các bảng
TT

1
2
3
4
5
6

7

Ký HIệU

Bảng 1.1
Bảng 1.2
Bảng 1.3
Bảng 1.4
Bảng 1.5
Bảng 1.6
B¶ng 1.7

8
9
10
11
12

B¶ng 1.8
B¶ng 1.9
B¶ng 1.10
B¶ng 1.11
B¶ng 1.12

13
14
15
16
17

B¶ng 3.1
B¶ng 3.2
B¶ng 3.3
B¶ng 3.4
B¶ng 3.5

18 B¶ng 3.6
19
20
21
22
23

B¶ng 3.7
B¶ng 3.8
B¶ng 3.9
B¶ng 3.10
B¶ng 3.11

24 B¶ng 3.12
25 B¶ng 3.13
26 B¶ng 3.14
27 B¶ng 3.15
28 B¶ng 3.16
29 B¶ng 3.17
30 Bảng 3.18

NộI DUNG

Thành phần axit béo của các loại dầu thực vật.

Các tính chất vật lý và hóa học của dầu thực vật.
Các tính chất vật lý và hóa học của dầu thực vật.
Vài chỉ tiêu chính của DHCS đà tinh chế.
Sản phẩm của các nhà máy lọc dầu
Cân đối nhiên liệu xăng và diesel đến 2020.
Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng nhiên liệu diesel theo
ASTM.
Tính chất vật lý cđa diesel so víi mét sè metyl este.
So s¸nh tính chất của nhiên liệu diesel với biodiesel.
Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng biodiesel.
Độ chuyển hóa tạo biodiesel trên các xúc tác khác nhau.
So sánh điều kiện công nghệ trong các phương pháp xúc
tác kiềm và xúc tác enzym.
Các đặc trưng của xúc tác
ảnh hưởng của tỉ lệ metanol/dầu đến chỉ số axit
ảnh hưởng của lượng xúc tác H2SO4 98% đến chỉ số axit
ảnh hưởng của thời gian phản øng ®Õn chØ sè axit
Sù phơ thc hiƯu st biodiesel vào hàm lượng pha hoạt
tính
ảnh hưởng của nhiệt độ nung xúc tác đến hiệu suất
biodiesel
Sự phụ thuộc hiệu suất biodiesel vào nhiệt độ phản ứng
Sự phụ thuộc hiệu suất biodiesel vào thời gian phản ứng
Sự phụ thuộc hiệu suất biodiesel vào tỷ lệ metanol/dầu
Sự phụ thuộc hiệu suất biodiesel vào hàm lượng xúc tá
ảnh hưởng của hàm lượng NaOH đến hiƯu st biodiesel
khi t¸i sư dơng
Sù phơ thc hiƯu st biodiesel vào số lần tái sử dụng
xúc tác NaOH/MgO
Sự phụ thuộc hiệu suất biodiesel vào số lần tái sử dụng

xúc tác Na2CO3/ -Al2O3
Chỉ tiêu hoá lý của biodiesel từ dầu hạt cao su
Hàm lượng CO2 trong khói thải của động cơ diesel ở các
tốc độ khác nhau
Hàm lượng CO trong khói thải
Hàm lượng NOx trong khói thải của động cơ ở tốc độ
khác nhau
Hàm lượng hydrocacbon ở các tốc ®é kh¸c nhau

TRANG

14
16
20
21
24
25
28
34
35
38
41
42
67
70
71
72
73
75
77

78
79
80
82
83
84
84
86
87
88
89


-8-

Bảng danh mục các chữ viết tắt

C

0

Độ C

Dhcs

Dầu hạt cao su

HSC

Hạt cao su

Kg/l

Kilogam/lit

Sem

Phương pháp chụp ảnh hiển vi điện tử quét

Xrd

Phương pháp phổ nhiễu xạ tia X

C

0

Độ C

Kg/l

Kilogam/lit


-9-

Mở ĐầU
Như chúng ta đà biết, các nguồn nguyên liệu hóa thạch ngày càng cạn kiệt và
sử dụng nhiên liệu điều chế từ các nguồn nguyên liệu đó đà và đang gây ra
những tác động lớn đến môi trường toàn cầu như: gây ra hiệu ứng nhà kính (làm

trái đất nóng dần lên), các khí thải độc hại ảnh hưởng đến đời sống và sức khoẻ
con người (CO, SOx, hydrocacbon thơm...).
Các nhà khoa học đà đưa ra rất nhiều giải pháp để cải thiện tình hình này
như: sử dụng hộp xúc tác lắp vào ống xả của các động cơ chạy nhên liệu truyền
thống... Hay sử dụng các dạng năng lượng khác như: năng lượng mặt trời, năng
lượng gió, thủy năng, pin nhiên liệu, nhiên liệu sinh học... để thay thế nguồn
năng lượng hóa thạch gây ra ô nhiễm. Trong số các dạng năng lượng đó thì nhiên
liệu sinh học và đặc biệt là nhiên liệu biodiesel được quan tâm hơn cả do xu
hướng diesel hóa các loại động cơ.
Biodiesel là một loại nhiên liện sinh học, có thể pha trộn với nhiên liệu diesel
sử dụng cho động cơ diesel, làm giảm một cách đáng kể lượng khí thải và hơn
nữa nó là một nhiên liệu có thể khả năng tái tạo được. Biodiesel được sản xuất từ
các loại mỡ cá, dầu thực vật, dầu thải.
Hiện nay trên thế giới đà có rất nhiều nước nghiên cứu và sản xuất nhiên liệu
biodiesel trên các loại dầu thực vật, mỡ động vật để pha trộn vào nhiên liệu
diesel khoáng và đà đưa vào sử dụng rộng rÃi nhằm làm tăng sản lượng nhiên
liệu diesel và giảm khí thải ô nhiễm môi trường.
Việt Nam chỉ mới bắt đầu quá trình nghiên cứu, tuy nhiên còn nhiều hạn chế:
sử dụng dầu làm thực phẩm sẽ ảnh hưởng đến an ninh lương thực, xúc tác đồng
thể khó lọc rửa, gây ô nhiễm môi trường...
Do có những nhược điểm trên chúng tôi đà tiến hành nghiên cứu tổng hợp
biodiesel từ dầu cao su trên xúc tác dị thể. Luận văn khắc phục được những
nhược điểm đó vì: dầu hạt cao su không ăn được, nguồn cung cấp nguyên liệu lại
lớn; xúc tác dị thể NaOH/MgO và Na2CO3/ -Al2O3 có thể tái sử dụng và tái sinh
xúc tác nhiều lần, dễ dàng lọc tách sản phẩm, cho hiệu quả kinh tế cao. Trong
luận văn này đà thực hiện được các nội dung sau : chế tạo được hệ xúc tác dị thể


- 10 -

NaOH/MgO và Na2CO3/ -Al2O3 có hoạt tính cao trong phản ứng tổng hợp
biodiesel, tìm được các điều kiện tối ưu cho phản ứng giai đoạn 1, tổng hợp được
biodiesel giai đoạn 2 trên xúc tác dị thể đà chế tạo với hiệu suất cao, Đà chạy thử
nghiệm B20 trên động cơ diesel, kết quả cho thấy: hàm lượng khói thải độc hại
như: NOx, CO, CO2, HC giảm ®¸ng kĨ...


- 11 -

CHƯƠNG I
TổNG QUAN Lý THUYếT
1.1. TổNG QUáT Về DầU THựC VậT:
1.1.1 Khái niệm chung. [1,11]
Dầu thực vật và mỡ động vật có thành phần chủ yếu là các este, một hợp chất
của glyxerin với các axit béo bậc cao và có tên chung là triglyxerit.
Xét về mặt dinh dưỡng và sinh lý của con người và động vật, dầu mỡ có vai trò
quan trọng trong việc cung cấp năng lượng cho sự sống. Dầu và mỡ, hay còn gọi
chung là chất béo, có giá trị gấp đôi protein vµ glucit: mét gam chÊt bÐo cung
cÊp 9,3 calo trong khi mét gam protein hay glucit cung cÊp cã 4,1 calo. Dầu thực
vật lại tốt hơn mỡ động vật. Ngoài việc cung cấp năng lượng, một số dầu thực vật
còn có giá trị cao về mặt dinh dưỡng nhờ chứa nhiỊu axit bÐo kh«ng no nh­ axit
oleic, axit linoleic... gióp cho dễ tiêu hóa, cải thiện độ vững chắc của thành
mạch. Đặc biệt, có loại dầu như dầu hướng dương và dầu mè có nhiều tocoferol
vừa có giá trị dinh dưỡng cao vừa có tác dụng chữa bệnh, điều tiết cholesterol
chống xơ vữa động mạch.
Một số loại dầu chứa nhiều vitamin A và nhiều vitamin nhóm B như dầu cám,
dầu ngô... nên không những được dùng làm thực phẩm mà còn dùng trong dược
phẩm và hóa mỹ phẩm. Một số dầu thực vật còn được sử dụng trong công nghiệp
sơn, vecni, dầu bôi trơn... Một số dầu có giá trị đặc biệt như dầu trẩu, dầu thầu
dầu.

Sau khi ép lấy dầu, các loại bà khô như khô dầu dừa, khô dầu đậu nành, khô
dầu lạc, khô dầu cao su... còn được dung làm thức ăn gia súc, hoặc được ép sau
đó sấy khô để làm vật dụng gia đình tương tự như gỗ ép. Dầu thực vật có vai trò
quan trọng và giá trị to lớn trong đời sống con người. Ngày nay con người đang
tìm cách nâng cao hiệu quả sử dụng của dầu thực vật. Dầu thực vật đang trở
thành nguồn nguyên liệu quan trọng để sản xuất nhiên liệu sinh học thay thế cho
nhiên liệu hóa thạch có ý nghĩa quyết định trong việc giảm thiểu ô nhiƠm m«i
tr­êng.


- 12 -

1.1.2 Thành phần hóa học của dầu thực vật. [1,11,14,15,18]
a) Lipit: Là thành phần quan trọng của dầu quyết định giá trị sử dụng trong
công nghiệp của chúng. Lipit hòa tan tốt trong dung môi không phân cực như
xăng, tetraclorua cacbon và một số chất khác. Trên thực tế chúng không tan
trong nước. Hàm lượng lipit dao động từ 1/4 đến 1/3 khối lượng hạt. Trong dầu,
lipit thường liên kết với các chất khác như protein và saccarit. Dẫn suất của
chúng thường tạo thành các kiểu hợp chất khác nhau và bền vững. Trong thành
phần lipit của hạt dầu gồm có:
Triglyxerit: Là thành phần chủ yếu của lipit, chiếm 95 98 % khối lượng. ở
dạng tinh khiết, triglyxerit là chất không màu không vị. Màu sắc và mùi vị khác
nhau của dầu là do sự có mặt của các chất kèm theo tách ra khi ép dầu. Do khối
lượng phân tử tương đối lớn, ở điều kiện nhiệt độ trên 200oC thì triglyxerit phân
hủy thành các sản phẩm nhẹ và bay hơi. Dưới tác dụng của enzyme thủy phân
khi có nước và nhiệt độ thì triglyxerit sẽ thủy phân thành axit béo.
Về cấu tạo hóa học, chúng là các este của rượu ba chức glyxerin với axit béo.
Các axit béo ở đây thường là các axit béo đơn chức mạch thẳng, có số nguyên tử
cacbon thường chẵn, trong đó phổ biến nhất là axit béo có 18 nguyên tử cacbon.
Axit béo có thể là loại no hoặc không no có 1, 2, 3 nối đôi. Phổ biến nhất trong

số không no là axit oleic (C18:1) và axit linoleic (C18:2), còn loại no là axit palmitic
(C16:0) và axit stearic (C18:0).
TÝnh chÊt vËt lý vµ hãa häc cđa axit béo là do nối đôi và số nguyên tử cacbon
quyết định. Các axit béo không no do có chứa nối đôi là vị trí có khả năng tham
gia phản ứng hóa học rất mạnh nên dễ bị oxy hóa bởi oxy của không khí làm cho
dầu bị hắc và đắng hoặc bị polyme hóa tạo thành màng hay khử nối đôi chuyển
thành axit béo no. Khả năng phản ứng của các axit béo không no tăng cùng với
sự tăng của các nối đôi, tính chất của dầu và vị trí của chúng trong phân tử
triglyxerit quyết định.[11,15,18]
Phospholipit: Là lipit phức tạp, trong thành phần cấu tạo có photpho và
thường có nitơ. Hàm lượng dao động 0,25 2 % khối lượng dầu trong hạt. Về
cấu tạo hóa học, chúng là dẫn suất của triglyxerit. Có thể tách photpholipit ra
khỏi dầu khi xư lý dÇu b»ng n­íc. Sau khi xư lý, photpho kết hợp với nước đồng
thời mất khả năng hòa tan trong dầu và kết tủa thành cặn lắng xuống.


- 13 -

Sáp: Theo cấu tạo hóa học, sáp thuộc loại lipit đơn giản. Chúng là este của các
axit béo có mạch cacbon dài với 20 26 nguyên tử cacbon với rượu một hoặc
hai chức. Sáp có vai trò bảo vệ mô thực vật khỏi tác động cơ học hoặc các tác
động do quá ẩm hay quá khô và các tác động có hại của các enzym. Sáp cũng dễ
bị thủy phân nhưng xảy ra ở điều kiện mạnh hơn với vận tốc chậm hơn khi thủy
phân chất béo. Sự có mặt của sáp trong dầu làm dầu bị đục do các hạt sáp không
lắng mà cứ lơ lửng trong khối dầu.
b) Các hợp chất chứa nitơ: Trong dầu chúng chiếm 1/5 đến 1/4 khối lượng
hạt. Đặc biệt trong dầu đậu tương, hợp chất chứa nitơ chiếm 1/3 khối lượng hạt.
Trên 90 % hợp chất chức nitơ là protein. Protein được chia ra làm hai loại:
protein đơn giản và protein phức tạp. Trong đó, protein đơn giản chiếm 80 90
% khối lượng dầu, chúng bao gồm loại hòa tan được trong nước gọi là albumin,

loại hòa tan trong dung dịch NaCl 10 % gọi là gobulion, loại hòa tan trong NaCl
0,1 % th­êng lµ glutein vµ mét sè protein không tan. Protein phức tạp thường là
các enzym như lipaza chuyên thủy phân glyxerit. Photpholipaza chuyên thủy
phân các liên kết ester của photpholipit. Lipoxigenaza chuyên xúc tiến sự phân
hủy các phân tử axit béo làm dầu bị hắc, hôi. Ngoài ra còn có các enzym
glucozidaza, lireaza...
c) Saccarit và các dẫn suất: Trong dầu hạt, lượng saccarit tự nhiên chủ yếu là
xenlulo và hemienxenlulo, chúng tạo nên tế bào mô cho thực vật.[10,11,15]
d) Nguyên tố khoáng (tro): Các nguyên tố khoáng phần lớn tập trung trong
phần nhân hạt. Trong vỏ quả và vỏ hạt, hàm lượng tro ít hơn. Tro của hạt chủ yếu
là oxit photpho, oxit kali và oxit magie chiÕm 90 % tỉng l­ỵng tro chung.
e) Axit bÐo : Các axit béo có trong dầu thực vật chủ yếu ở dạng kết hợp trong
triglyxerit, chỉ có một lượng nhỏ ở trạng thái tự do. Các triglyxerit có thể thủy
phân thành các axit béo theo phản ứng sau đây :
R1COOCH2
R2 COOCH
R3 COOCH2

CH2OH
+ 3H2O

CHOH
CH2OH

R1COOH
+

R2COOH
R3COOH

Th­êng axit bÐo sinh ra tõ dÇu mỡ có thể vào khoảng 95% so với khối lượng
dầu mỡ ban đầu. Tất cả các axit béo của dầu đều là axit cacboxylic mạch thẳng
có 6 30 nguyên tử cacbon trong mạch. Các axit này có thể no hoặc không no


- 14 -

và thành phần thay đổi tùy theo mỗi loại dầu khác nhau. Thành phần các loại
axit béo trong các loại dầu thực vật được nêu trong bảng 1.1:
Bảng 1.1 : Thành phần axit béo của các loại dầu thực vật.
Loại

C16:0

C16:1

C18:0

C18:1

C18:2

C18:3

28,7

0

0,9

13

57,4

0

0

6,4

0,1

2,9

17,7

72,9

0

0

Dầu cọ

42,6

0,3

4,4

40,5

10,1

0,2

1,1

Dầu thầu dầu

1,1

0

3,1

4,9

1,3

0

89,9

Dầu đậu nành

13,9

0,3

2,1

23,2

56,2

4,3

0

Dầu lạc

11,4

0

2,4

48,3

32,0

0,9

4,0

Dầu dừa

9,7

0,1

3,0

6,9

2,22

0

65,7

Dầu hạt cao su

10,2

0

8,7

24,6

39,6

16,3

0

Dầu sở

13-15

0

0,4

74-87

10-14

0

0

Dầu bông
Dầu hướng
dương

khác

1.1.3 Tính chất vật lý của dầu thực vật. [1,8,9,14,15]
Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ đông đặc: Vì các dầu khác nhau có thành
phần hóa học khác nhau nên nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ đông đặc cũng khác
nhau. Các giá trị nhiệt độ này không ổn định, nó thường nằm trong một khoảng
nhiệt độ nào đó. Với các chất tinh khiết, nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ đông
đặc thường bằng nhau còn với dầu thực vật thì nó thường chênh nhau 10 14
o

C.
Tính tan của dầu thực vật: Vì dầu thực vật không phân cực nên chúng tan rất

tốt trong dung môi không phân cực. Chúng tan rất ít trong rượu và không tan
trong nước. Độ tan của dầu vào dung môi phụ thuộc nhiệt độ.
Màu của dầu: Dầu có màu gì là tùy thuộc vào thành phần hợp chất có trong
dầu. Dầu tinh khiết không có màu là do các carotenoid và dẫn suất không có
màu, màu vàng là của clorofin.
Khối lượng riêng: Dầu thực vật thường nhẹ hơn nước, với d20 = 0,907
0,971. Dầu có mạch cacbon càng no thì tỷ trọng càng cao.


- 15 -

Chiết suất: Là một tính chất đặc trưng của các chất lỏng trong suốt cho ánh
sáng đi qua. Chỉ số chiết suất tăng lên khi tăng số nguyên tử cacbon trong phân
tử. Khi tăng nối đôi, chỉ số chiết quang giảm xuống.
1.1.4 Tính chất hóa học của dầu thực vật. [8,9]
Thành phần hóa học của dầu thực vật chđ u lµ este cđa axit bÐo víi glyxerin,
do vËy chúng có đầy dủ tính chất của một este:
Phản ứng xà phòng hóa: Trong những điều kiện thích hợp về nhiệt độ, áp
suất và xúc tác, dầu mỡ có thể thủy phân theo phản ứng sau:
C3H5(OCOR)3 + 3 H2O 3 RCOOH + C3H5(OH)3
Phản ứng diễn ra qua các giai đoạn trung gian có tạo thành các diglyxerin và
monoglyxerin. Nếu trong quá trình thủy phân có mặt các loại kiềm như NaOH
hoặc KOH thì sau khi thủy phân, axit béo sẽ tác dụng với kiềm tạo thành xà
phòng:
RCOOH + NaOH RCOONa + H2O
Tổng quát hai quá trình trên chính là phản ứng cơ bản của quá trình sản xuất
xà phòng và glyxerin từ dầu thực vật:
C3H5(OCOR)3 + 3 NaOH 3 RCOONa + C3H5(OH)3
Phản ứng cộng hợp: Trong điều kiện thích hợp, các axit béo không no sẽ

cộng hợp với các chất khác như cộng hợp hydro với sự có mặt của xúc tác Ni,
hay cộng hợp halogen.
Phản ứng trao đổi este: Các glyxeril trong điều kiện có mặt của xúc tác vô cơ
như các xúc tác axit H2SO4, HCl hoặc các xúc tác bazơ NaOH, KOH có thể tiến
hành este hóa để trao đổi với các rượu bậc một như metanol, etanol... đồng thời
tạo thành alkyl este và glyxerin:
C3H5(OCOR)3 + 3 CH3OH → 3 RCOO CH3 + C3H5(OH)3
Ph¶n øng nµy cã ý nghÜa thùc tÕ rÊt quan träng vì có thể sử dụng các alkyl este
axit béo làm nhiên liệu sẽ làm giảm một cách đáng kể lượng khí thải độc hại ra
môi trường, đồng thời cũng thu được một lượng glyxerin để dùng trong nhiều
nghành công nghiệp như mỹ phẩm, gia dụng và sản xuất thuốc nổ nitroglyxerin.
Phản ứng oxy hóa: Do có chứa nhiều loại axit béo không no nên dầu thực vật
dễ bị oxy hóa và thường xảy ra ở nối đôi trong mạch cacbon. Tùy thuộc bản chất
của chất oxy hóa và điều kiện phản ứng mà tạo ra các sản phẩm oxy hóa kh«ng


- 16 -

hoàn toàn như peroxit, xetoaxit... hoặc các sản phẩm đứt mạch có phân tử lượng
bé. Khi tiếp xúc với không khí trong thời gian dài có thể xảy ra quá trình biến
chất dầu mỡ.
Phản ứng trùng hợp: Dầu mỡ do có chứa nhiều axit không no nên dễ phát
sinh phản ứng trùng hợp tạo ra các hợp chất cao phân tử.
Sự ôi chua của dầu mỡ: Do trong dầu có nước, vi sinh vật và các men thủy
phân nên trong quá trình bảo quản thường phát sinh những biến đổi làm ảnh
hưởng đến màu sắc và mùi vị dầu mà người ta gọi là sự ôi chua của dầu mỡ.
1.1.5 Các chỉ tiêu quan trọng của dầu thực vật. [8,9,14,15]
Có một số chỉ tiêu thường được dùng để đánh giá sơ bộ tính chất của dầu thực
vật (xem bảng 1.2). Đây thực chất là những chỉ số thu được qua thực nghiệm
trong phòng thí nghiệm theo những phương pháp được quy định chặt chẽ:

Chỉ số xà phòng hóa: Là số mg KOH cần thiết dùng để trung hòa và xà phòng
hóa hoàn toàn 1 g dầu. Thông thường dầu thực vật có chỉ số xà phòng hóa
khoảng 170 260. Chỉ số này càng cao thì dầu càng chứa nhiều axit béo phân
tử lượng thấp và ngược lại.
Bảng 1.2 : Các tính chất vật lý và hóa học của dầu thực vật.
Độ

Hàm

nhớt

Cặn

động

cac

Trị

học

bon,

(mm2/s

Chỉ số

Hàm

lượng

Chỉ số

xà

Nhiệt

lượng

lưu

iot (g

phòng

số

trị

tro (%

huỳnh

Iot/g

hóa,

(%

xe-

(MJ

khối

(%

dầu)

(mg

tại

khối

tan

/kg)

lượng)

khối

KOH/

311oK

lượng)

lượng)

g dầu)

)
Dầu bông

33,7

0,25

33,7

39,4

0,02

0,01

113,20 207,71

34,4

0,28

36,7

39,6

0,01

0,01

132,32 191,70

Dầu vừng

36,0

0,25

40,4

39,4

0,002

0,01

91,76

Dầu nành

28,0

0,24

27,6

39,3

0,01

0,01

156,74 188,71

Dầu
hướng
dương
210,34


- 17 -

Dầu thầu

33,1

0,24

38,1

39,6

0,006

0,01

69,82

220,78

Dầu lạc

24,0

0,21

52,9

39.8

0,01

0,02

98,62

197,63

Dầu cọ

34,2

0,22

34,5

39.8

0,01

0,01

102,35 197,56

37,3

0,31

37,5

39,7

0,01

0,02

138,05 190,00

dầu

Dầu hạt
cao su

Chỉ số axit: Là số mg KOH cần thiết để trung hòa hết lượng chất béo tự do có
trong 1 g dầu. Chỉ số axit của dầu thực vật thường khác nhau rất xa và cũng
không giữ nguyên cố định mà thay đổi trong quá trình bảo quản. Dầu càng biến
chất thì chỉ số axit càng cao.
Chỉ số Iot: Là số gam iot tác dụng hết với 100 g dầu mỡ (I2). Chỉ số iot biểu

thị mức độ không no của dầu mỡ, chỉ số này càng cao thì mức độ không no càng
lớn và ngược lại. Bảng 2 cho biết những thông số chung của một số loại dầu thực
vật:
1.1.6 Giới thiệu một số loại dầu thông dụng. [1,8,9]
a) Dầu cọ: Cọ là loại cây nhiệt đới được trồng nhiều ở một số nước châu Âu,
Tây Phi, châu á...Từ cây cọ có thể sản xuất hai loại dầu là dầu nhân cọ và dầu
cùi cọ. Dầu nhân cọ có màu trắng còn dầu cùi cọ có màu vàng. Thành phần axit
béo của chúng cũng khác nhau. Dầu cùi cọ là loại thực phẩm rất tốt dùng để ăn
trực tiếp hoặc chế biến thành bơ thực vật. Dầu cùi cọ có chứa nhiều caroten nên
được dùng để chế biến tiền sinh tố A. Dầu cùi cọ có thể dùng để sản xuất xà
phòng hoặc dùng trong nghành luyện kim. Dầu nhân cọ có công dụng trong
ngành thực phẩm bánh kẹo và xà phòng. Cả hai loại dầu này đều có thể làm
nguyên liệu rất tốt để sản xuất biodiesel.
b) Dầu đậu nành: Khi tinh khiết có màu vàng sáng. Thành phần axit bÐo chđ
u lµ axit linoleic (50 – 57%) vµ axit oleic (23 29%). Dầu đậu nành được
dùng nhiều vào mục đích thực phẩm. Dầu nành tinh luyện được dùng làm
nguyên liệu sản xuất macgarin. Từ dầu nành có thể tách ra lexetin dùng trong
dược phẩm và sản xuất bánh kẹo. Dầu đậu nành còn được dùng để sản xuất sơn,
vecni, xà phòng... và sản xuất biodiesel.


- 18 -

c) Dầu sở: Cây sở là loại cây lâu năm được trồng nhiều ở vùng nhiệt đới. ở
nước ta, sở được trồng ở các tỉnh trung du phía Bắc. Thành phần axit béo gồm
axit oleic (> 60%), axit linoleic (15 – 24%) vµ axit palmitic (15 – 26%). Dầu
sở sau khi tách saponin dùng làm dầu thực phẩm rất tốt. Dầu sở còn được dùng
rộng rÃi trong công nghiệp xà phòng và mỹ phẩm. Dầu sở cũng được dùng để
sản xuất biodiesel.
d) Dầu bông: Bông là loại cây trồng một năm. Trong dầu bông có chứa

carotenoid và đặc biệt là gossypol và các dẫn suất của nó làm cho dầu bông có
màu đặc biệt: màu đen hoặc màu sẫm. Gossipol là một độc tố mạnh. Người ta
dùng phương pháp tinh chế bằng kiềm hoặc axit antranilic là có thể tách được
gossipol để chuyển thành dầu thực phẩm. Trong dầu bông có chứa nhiều axit béo
no như axit palmitic nên ở nhiệt độ phòng nó đà ở thể rắn. Bằng cách làm lạnh
dầu, người ta có thể tách được axit palmitic để sản xuất macgarin và xà phòng.
Dầu bông cũng là nguyên liệu tốt để sản xuất biodiesel.
e) Dầu dừa: Dừa là loại cây được trồng nhiều ở vùng Đông Nam á, châu Phi
và châu Mỹ Latinh. ở Việt Nam, dừa được trồng nhiều ở Thanh Hóa, Khánh Hòa
và Nam Trung Bộ... Dừa là loại cây sinh trưởng lâu năm thích hợp với khí hậu
nóng ẩm có thể trồng được ở các vùng đất mặn, lợ, chua... Trong dầu dõa cã axit
bÐo nh­ axit lauric (44 – 52%), axit myristic (13 19%), axit palmitic (7,5
10,5%). Hàm lượng các chất béo không no rất ít. Dầu dừa được dùng nhiều cho
mục đích thực phẩm, có thể sản xuất margarin và cũng là nguyên liệu tốt để sản
xuất biodiesel.
f) Dầu hướng dương: Hướng dương là cây hoa một năm, hiện được trồng
nhiều ở xứ lạnh như châu Âu, châu Mỹ, châu á và đặc biệt là ở Liên Xô cũ
(chiếm 90% sản lượng toàn thế giới). Là loại cây có sản lượng dầu cao và hàm
lượng dầu cao. Dầu hướng dương có mùi đặc trưng và có màu từ vàng sáng tới
đỏ. Dầu hướng dương chứa nhiều protein nên là loại thực phẩm rất quý cho con
người, đồng thời cũng là nguyên liệu rất tốt để sản xuất biodiesel.
g) Dầu thầu dầu: Còn gọi là dầu ve được lấy từ hạt quả của cây thầu dầu,
được trồng nhiều ở vïng cã khÝ hËu nhiƯt ®íi nh­ Brazil (36%), Ên Độ (6%),
Trung Quốc, Liên Xô cũ, Thái Lan... ở Việt Nam, thầu dầu được trồng nhiều ở
vùng trung du Bắc Bé, Thanh Hãa, NghƯ An... Tuy nhiªn chóng ta vÉn ph¶i nhËp


- 19 -

dầu thầu dầu từ Trung Quốc. Là loại dầu không khô, chỉ số iot 80 90, tỷ trọng

cao, tan trong alkan, không tan trong xăng và dầu hỏa. Do độ nhớt cao hơn các
loại dầu khác nên ngay từ đầu đà được dùng làm chất bôi trơn, thậm chí được
chế biến thành dầu nhờn cao cấp dùng cho động cơ máy bay, xe lửa, các máy có
tốc độ cao và dùng là dầu phanh. Nó còn được dïng trong nhiỊu lÜnh vùc kh¸c
nh­ trong y tÕ dïng làm thuốc tẩy, thuốc nhuận tràng, dùng trong công nghiệp
hương liệu và mỹ phẩm, dùng trong công nghiệp chất dẻo, lµm giÊy than, giÊy
nÕn vµ mùc in, dƯt nhm, thc da, sản xuất sơn và đặc biệt có thể dùng để sản
xuất biodiesel.
h) Dầu hạt cao su: Được ép từ hạt cây cao su. Cây cao su được trồng nhiều
nơi trên thế giới như ấn Độ, châu Phi, Nam Mỹ... ở nước ta, cây cao su du nhập
vào từ thời Pháp thuộc và trồng nhiều ở các tỉnh miền Đông Nam Bộ. Chúng đặc
biệt thích hợp với những vùng đất đỏ. So với các loại dầu khác thì dầu hạt cao su
ít được sử dụng do hàm lượng axit béo rất lớn. Hiện nay đà có một số công trình
nghiên cứu dầu hạt cao su làm màng sơn, chất bôi trơn, xà phòng và tổng hợp
biodiesel.
Mỗi loại dầu khác nhau có những công dụng khác nhau nhưng nói chung
đều có thể được dùng làm nguyên liệu sản xuất biodiesel. Nước ta rất thích hợp
để trồng các cây lấy dầu này do vốn đầu tư ít, thu hoạch nhanh, công dụng đa
dạng phong phú. Nếu phát triển được nghành dầu thực vật với sản lượng lớn và
ổn định sẽ là nguồn nguyên liệu vững chắc cho quy trình sản xuất
biodiesel.[15,16,17]
1.2. GIớI THIệU Về DầU HạT CAO SU. [12,14,16,17]
Trong số rất nhiều loại hạt mang dầu mà ta đà từng biết, hạt cây cao su ít
được nói đến hơn cả. Có lẽ là do cây cao su được trồng chủ yếu để thu hoạch mủ,
sau nữa là đến gỗ, còn hạt cao su không có giá trị dinh dưỡng và cũng bởi việc
thu hoạch quả để lấy hạt không được thuận tiện do quả chín rụng xuống không
theo mùa. Phần cũng bởi so với mủ và gỗ thì hạt cao su chưa tìm thấy công dụng
gì. Hơn thế nữa, ngoài việc dầu hạt cao su không thể ăn được, nó cũng không
làm thức ăn cho gia súc được. Do vậy, nếu sử dụng để tổng hợp ra biodiesel thì
sẽ có ý nghĩa lớn về kinh tế và môi trường.

- 20 -

1.2.1 Vài nét về dầu hạt cao su:
Dầu hạt cao su (DHCS) được ép từ nhân quả cao su, trong đó nhân quả cao su
chiếm 50% khối lượng quả. Hàm lượng dầu chiếm 40 60% khối lượng hạt.
DHCS thuộc loại dầu bán khô, là sản phẩm phụ của cây cao su thiên nhiên. Sản
lượng trung bình của DHCS là khoảng 260 lít/hecta. Giá cả tương đối rẻ hơn các
loại dầu khác. Trong khi dầu hạt bông thô 8000 đ/l, dầu đậu tương thô 12000 đ/l,
dầu ve thô 20000 đ/l thì dầu hạt cao su thô chỉ có 4000 đ/l. Nếu nghiên cứu tìm
ra ứng dụng cho DHCS thì sẽ rất có lợi về kinh tế.
Tuy nhiên DHCS khã chÕ biÕn sư dơng do nã cã chøa mét l­ỵng lín axit bÐo
tù do. ChØ sè axit cđa nã lên đến 72 mg KOH/g, tương đương hàm lượng axit béo
tự do khoảng 35%. Thành phần axit béo tự do này được nêu trong bảng 1.3:
Bảng 1.3 : Thành phần các axit béo của dầu hạt cao su.
Axit béo

Thành phần (% khèi l­ỵng)

Axit palmitic (C16)

7

Axit stearic (C18)

9

Axit arachidic (C20)

0,3

Axit oleic (C18:1)

30

Axit linoleic (C18:2)

30 50

Axit linolenic (C18:3)

2 23

Điều đáng chú ý đối với DHCS là càng để lâu thì chỉ số axit càng tăng. Sở dĩ
như vậy là do nó chứa một enzyme là lipaza có khả năng xúc tác phản ứng thủy
phân làm tăng chỉ số axit trong quá trình bảo quản. Vì vậy nếu làm sạch DHCS
theo phương pháp thông thường sẽ khó khăn và không kinh tế, làm tăng giá
thành và giảm hiệu suất dầu tinh chế. Ngoài ra, DHCS là triglyxerit với hàm
lượng axit béo chứa hai và ba nối đôi cao nên dễ bị oxy hóa và tạo nhựa trong
bảo quản hoặc xử lý tinh chế. Vì vậy có thể nói, DHCS là loại dầu thực vật chất
lượng thấp, hạn chế về ứng dụng thực tế.
Từ các phân tích trên đây, rõ ràng rằng sử dụng DHCS để tổng hợp các sản
phẩm thân thiện môi trường sẽ mở rộng khả năng kinh tế của DHCS và mang
tính đặc thù so với các dầu thực vËt kh¸c.


- 21 -

1.2.2 Tinh chế dầu hạt cao su không tách axit tự do. [12,16,17]

Để sử dụng làm nguyên liệu cho sản xuất nhiên liệu và các sản phẩm bôi
trơn, DHCS được tinh chế để loại bỏ các tạp chất hữu cơ như flavonoid, saponin,
alkaloid, xyanogenic glycoside, beta-caroten, sterol và phospholipit bỏ qua giai
đoạn tách axit béo. Quá trình có trình tự như sau:
- Dầu hạt cao su thô được lọc để loại bỏ tạp chất cơ học.
- Vừa khuấy trộn vừa thêm axit và nước vào để thực hiện phản ứng thủy
phân.
- Bằng ly tâm, tách các chất nhựa ra.
- Thêm đất sét hoạt tính, để lắng.
- Lọc ly tâm, loại đất sét hoạt tính.
- Sau khi làm khô, thu được dầu hạt cao su tinh chế.
Bảng 1.4 : Vài chỉ tiêu chính của DHCS đà tinh chế.
Chỉ tiêu
Chỉ số xà phòng, mg KOH/g
Chỉ số axit, mg KOH/g

Giá trị
185 – 190
12 – 70

ChØ sè iot, g I2/100 g

125 – 145

§é nhít ë 100oC, cSt

3,5 – 4,5

§é nhít ë 40oC, cSt

34 39

Tỷ trọng ở 15oC, g/ml

0,92

Dầu hạt cao su tinh chế như trên đây có thể sử dụng vào nhiều mục đích khác
nhau như sản xuất biodiesel, dầu bôi trơn, mỡ bôi trơn, phụ gia... Tuy nhiên
trong những nghiên cứu khác, người ta tiến hành tinh chế dầu hạt cao su chủ yếu
nhằm loại bỏ hoặc giảm thiểu hàm lượng axit béo tự do. Trong luận văn này,
chúng tôi chủ yếu đi vào nghiên cứu xử lý dầu hạt cao su với mục đích hạ axit
béo tự do xuống đến hàm lượng 1 5%. Chỉ khi đạt đến hàm lượng axit béo tự
do như vậy thì dầu hạt cao su mới có thể dùng làm nguyên liệu cho tỉng hỵp
biodiesel.


- 22 -

1.2.3 Các chỉ số cơ bản của dầu. [1,8,9,11]
a) ChØ sè axit: ChØ sè axit cã thĨ x¸c ®Þnh theo TCVN 6127 – 1997. Theo
®Þnh nghÜa, chØ sè axit là số mg KOH cần dùng để trung hòa hết lượng axit có
trong 1 g dầu. Nguyên tắc của phương pháp là hòa tan mẫu dầu vào trong một
dung môi hỗn hợp, sau đó chuẩn độ axit béo tự do bằng dung dịch KOH trong
etanol.
Chỉ số axit được xác định theo công thức:
(1.1)
Trong đó:
V là số ml dung dịch KOH 0,1N đà dùng để chuẩn độ;
C là nồng độ chính xác của dung dịch chuẩn KOH đà sử dụng, mol/l;
m là lượng mẫu thử, tính bằng gam.

Mỗi mẫu được xác định ba lần rồi lấy kết quả trung bình cộng. Chênh lệch
giữa các lần không lớn hơn 0,1 mg đối với dầu chưa tinh chế và 0,06 mg đối với
dầu đà tinh chế.
b) Chỉ số xà phòng: Được xác định theo TCVN 6126 1996. Chỉ số xà
phòng là số mg KOH cần để xà phòng hóa 1 gr dầu dưới những điều kiện quy
định của tiêu chuẩn này. Nguyên tắc của phương pháp là đun sôi mẫu thử với
dung dịch KOH trong etanol và cho hồi lưu bằng bộ sinh hàn, sau đó chuẩn độ
bằng lượng dư dung dịch chuẩn HCl.
Chỉ số xà phòng được tính theo công thức sau:
(1.2)
Trong đó:
Vo là thể tích dung dịch chuẩn HCl đà sử dụng cho mẫu trắng, ml;
V1 là thể tích dung dịch chuẩn HCl đà sử dụng cho phép xác định, ml;
C là nồng độ chính xác của dung dịch chuẩn HCl, mol/l;
m là khối lượng mẫu, g.
Kết quả là giá trị trung bình của hai lần đo trong đó chênh lệch giữa chúng
không quá 0,5% giá trị trung bình cộng.
c) Hàm lượng nước: Hàm lượng nước và các chất bay hơi trong dầu được xác
định bằng cách sấy đến khối lượng không đổi.


- 23 -

Hàm lượng nước được tính theo công thức sau đây:
(1.3)
trong đó: m là khối lượng mẫu thử, g;
m1 là khối lượng cốc và mẫu trước khi sấy, g;
m2 là khối lượng cốc và mẫu sau khi sấy, g.
Kết quả là giá trị trung bình của hai lần đo với điều kiện chênh lệch giữa hai lần
xác định không quá 0,04%.

1.3. NHIÊN LIệU DIEsEL:
1.3.1 Tiềm năng và nhu cầu sử dụng nhiên liệu hóa thạch. [2,3,7,10]
Các nguồn năng lượng đang được sử dụng hiện nay trên thế giới như than đá,
dầu mỏ, thủy điện, hạt nhân... đều là năng lượng hóa thạch. Trong đó năng lượng
từ dầu mỏ quan trọng nhất, chiếm 65% năng lượng sử dụng trên thế giới. Trong
khi đó than đá chiếm 20 22%, 5 6% từ năng lượng nước và 8 12,5% từ
năng lượng hạt nhân. Cùng với sự phát triển của kinh tế, nhu cầu sử dụng năng
lượng ngày càng tăng làm cho các nguồn năng lượng hóa thạch ngày càng cạn
kiệt, càng đòi hỏi phải tìm ra nguồn năng lượng thay thế. Đây là vấn đề có tính
chiến lược sống còn của toàn thế giới và từng quốc gia, trong đó có Việt Nam.
Theo dự báo của tập đoàn BP thì trữ lượng dầu mỏ đà thăm dò trên toàn cầu là
150 tỷ tấn. Năm 2003, lượng dầu mỏ tiêu thụ trên toàn thế giới là 3,6 tỷ tấn. Vì
thế nếu không phát hiện ra mỏ dầu nào nữa thì nguồn dầu mỏ này sẽ bị cạn kiệt
trong vòng 45 năm tới. Trong khi đó, với sự bùng nổ dân số và sự tăng lên không
ngừng của các phương tiện giao thông trong đó dự kiến đến 2050 sẽ có một tỷ
ôtô các loại, giá dầu bị đẩy lên cao sẽ tạo nên sự khủng hoảng nhiên liệu trên thế
giới.
Nước ta tuy không phải là nước có tiềm năng dầu khí lớn nhưng trong những
năm gần đây chúng ta đà khai thác và xuất khẩu dầu thô. Tuy vậy tuyệt đại đa số
các sản phẩm dầu mỏ tiêu dùng trong nước thì chúng ta vẫn phải nhập khẩu. Đó
là một vấn đề cần phải được suy nghĩ và tìm giải pháp giải quyết triệt để trong
tương lai. Năm 2003, mức tiêu thụ năng lượng ở nước ta là 205 kg/người, chỉ
bằng 20 % mức bình quân của thế giới, trong đó xăng dầu dùng cho giao thông
vận tải chiếm 30 % nhu cầu năng lượng cả nước.


- 24 -

Với việc xuất hiện ba nhà máy lọc dầu là LD1 (Vũng Quýt Quảng NgÃi),
LD2 (Nghi Sơn Thanh Hóa) và LD3 (Long Sơn Vũng Tàu) thì tương lai có

thể hy vọng đáp ứng được một phần nhu cầu năng lượng cho đất nước đồng thời
có thể hạn chế bớt việc nhập khẩu các sản phẩm dầu. Tuy nhiên, chúng ta hÃy
xem xét chi tiết các số liệu trong bảng 1.5.
Bảng 1.5: Sản phẩm của các nhà máy lọc dầu (nghìn tấn).
Nguồn: Viện Chiến lược Phát triĨn – Bé Khoa häc & C«ng nghƯ”
LD1

LD2 (2011

LD3 (2017

Tỉng số

(2008)

2012)

2018)

trước 2002

Xăng

2 000

2 100

2 100

6 200

Diesel

3 400

2 180

2 180

7 760

0

200

200

400

JA1

280

200

200

680

FO

120

270

270

660

5 800

4 950

4 950

15 700

5 400

4 280

4 280

13 960

Lo¹i

Kerosen

Tỉng số xăng dầu

Tổng số xăng và
diesel

Từ bảng 1.5 ta thấy đến trước năm 2020 khi cả ba nhà máy lọc dầu với tổng
công suất 20 22 triệu tấn đi vào hoạt động sẽ cung cấp 15 16 triệu tấn
xăng và diesel trong tổng số nhu cầu khoảng 27 – 28 triƯu tÊn. Nh­ vËy ngay c¶
khi c¶ ba nhà máy đà đi vào hoạt động thì chúng ta vẫn còn thiếu đáng kể. Cho
nên việc đáp ứng nhu cầu năng lượng trong nước vẫn là vấn đề cần quan tâm và
chúng ta vẫn phải không ngừng phải tìm kiếm những giải pháp để đưa đất nước
thoát khỏi cảnh nhập nhiên liệu từ nước ngoài trong bối cảnh giá nhiên liệu
không ngừng tăng cao. Nếu không giải quyết tốt vấn đề này thì nó sẽ ảnh hưởng
rất xấu đến sự phát triển của nền kinh tế. Dưới đây là những số liệu về cân đối
nhiên liệu xăng và diesel ở nước ta để giúp chúng ta có cái nhìn toàn diện về vấn
đề tiêu thụ nhiên liệu trong nước được nêu trong bảng 1.6


- 25 -

Bảng 1.6: Cân đối nhiên liệu xăng và diesel đến 2020.
Nguồn: Viện Chiến lược Phát triển Bộ Khoa học & Công nghệ
Tổng nhu cầu

Khả năng cung cấp

Thiếu

Mức tiêu thụ

(nghìn tấn)

trong nước (nghìn tấn)

(nghìn tấn)

(kg/ng/năm)

2001

5 143

0

5 140 (100%)

2005

8 629

700 (condensate)

7 930 (92%)

104

6 796 (52,7%)

146

5 850 (36%)

174

4 904 (25%)

196

Năm

2008
2010

5 400 (LD1)
12 869

2012
2015

4 280 (LD2)
16 230

2018
2020

6 100
10 380
4 280 (LD3)

19 546

14 660

1.3.2 Nhiªn liƯu diesel trun thèng. [2,3,7,10,20]
ThÕ giíi hiƯn nay đang có xu hướng diesel hóa động cơ. Vì thế nhiên liệu
diesel sẽ được sử dụng ngày càng nhiều hơn nhiên liệu xăng. Sử dụng diesel có
nhiều ưu điểm hơn động cơ xăng. Do động cơ diesel có tỷ số nén cao hơn động
cơ xăng nên công suất lớn hơn khi sử dụng cùng một lượng nhiên liệu. Nhiên
liệu diesel có giá thành thấp hơn xăng do ít phải trải qua quy trình chế biến phức
tạp. Thêm vào đó, nguồn cung cấp và lượng nhiên liệu diesel nhiều và đa dạng
hơn.
Mặc dù vậy, động cơ diesel cũng tồn tại những nhược điểm như cấu tạo phức
tạp, hình dáng cồng kềnh nhưng nhờ có những ưu điểm lớn như trên mà động cơ
diesel và nhiên liệu diesel vẫn được sử dụng rộng rÃi trên thực tế. Việc hoàn
thiện phẩm cấp và chất lượng của nhiên liệu diesel có ý nghĩa to lớn trong việc
nâng cao năng suất thiết bị, tuổi thọ động cơ và bảo vệ môi trường, bao gồm
những công việc sau đây:
- Giảm lượng khí NOx và muối rắn trong khí thải động cơ bằng cách tuần
hoàn khí thải, sử dụng xúc tác.
- Giảm thiểu hàm lượng lưu huỳnh trong thành phần nhiên liệu xuống dưới
0,5% khối lượng.


- 26 -

- Giảm hàm lượng hydrocarbon thơm là những cấu tử có trị số octan thấp và
cũng là những chất độc hại với sức khỏe con người trong thành phần khí thải
xuống dưới 20% thể tích.
1.3.3 Thành phần hóa học của nhiên liệu diesel:
Trong quá trình chưng cất dầu mỏ thành các phân đoạn, ta thu được phân đoạn
dầu diesel có nhiệt độ sôi 250 350 oC có chứa hydrocacbon với số nguyên tử
cacbon từ C16 C22.

Phần lớn trong phân đoạn này là n-paraffin và i-paraffin còn hydrocacbon
thơm chiếm không nhiều. Các n-paraffin mạch dài có nhiệt độ kết tinh cao,
chúng là nguyên nhân gây mất ổn định của phân đoạn ở nhiệt độ thấp. Trong
phân đoạn diesel thì ngoài naphten và thơm hai vòng là chủ yếu, những hợp chất
ba vòng bắt đầu tăng lên. ĐÃ bắt đầu xuất hiện các hợp chất có cấu trúc hỗn hợp
giữa naphten và thơm.
Hàm lượng các hợp chất chứa S, N, và O bắt đầu tăng nhanh. Các hợp chất của
lưu huỳnh chủ yếu ở dạng dị vòng disulfur. Cá hợp chất chứa oxy dạng axit
naphtenic có nhiều và đạt cực đại ở phân đoạn này. Ngoài ra còn có những chất
dạng phenol như dimetylphenol. Nhựa cũng xuất hiện nhưng còn ít và trong
lượng phân tử cũng thấp, chỉ vào khoảng 300 400 đ.v.C.
1.3.4 Yêu cầu chất lượng của nhiên liệu diesel. [2,3,7,10]
Để động cơ diesel làm việc ổn định thì nhiên liệu diesel phải đảm bảo các chỉ
tiêu chất lượng sau:
a) Phải có khả năng tự bốc cháy phù hợp: Tính chất này được đánh giá qua
trị số xetan. Trị số xetan là một đơn vị quy ước đặc trưng cho khả năng tự bốc
cháy của nhiên liệu diesel, nó được đo bằng phần trăm thể tích của n-xetan có
trong hỗn hợp của nó với á-metyl naphtalen và có khả năng tự bốc cháy tương
đương khả năng tự bốc cháy của nhiên liệu thí nghiệm ở điều kiện tiêu chuẩn.
Hỗn hợp chuẩn bao gồm hai hydrocacbon là n-xetan (C16H34) có khả năng tự bốc
cháy tốt với trị số xetan quy định là 100 và á-metyl naphtalen (C11H10) có khả
năng tự bốc cháy kém với trị số xetan quy định là 0. Trị số xetan được xác định
theo tiêu chuẩn ASTM D613. Trị số xetan cao quá hoặc thấp quá đều gây nên
những vấn đề không tốt cho ®éng c¬.