Đối chiếu các phương pháp xác định chỉ tiêu kỹ thuật của biodiesel và diesel của tiêu chuẩn ASTM D 975 và ASTM D6751

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC


ĐỒ ÁN HỌC PHẦN
ĐỐI CHIẾU CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH
CHỈ TIÊU KỸ THUẬT CỦA BIODIESEL VÀ
DIESEL CỦA TIÊU CHUẨN ASTM D975 VÀ
ASTM D6751

CHUYÊN NGÀNH: HÓA PHÂN TÍCH

Giáo viên hướng dẫn: TS. LÊ THỊ THANH HƯƠNG
Sinh viên thực hiên: PHAN VĂN VĨNH
Mã số sinh viên: 10046061
Lớp: DHPT6
Khóa: 2010 - 2014



TP. Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2013
i

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC


ĐỒ ÁN HỌC PHẦN

ĐỐI CHIẾU CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH
CHỈ TIÊU KỸ THUẬT CỦA BIODIESEL VÀ
DIESEL CỦA TIÊU CHUẨN ASTM D975 VÀ
ASTM D6751

CHUYÊN NGÀNH: HÓA PHÂN TÍCH

Giáo viên hướng dẫn: TS. LÊ THỊ THANH HƯƠNG
Sinh viên thực hiên: PHAN VĂN VĨNH
Mã số sinh viên: 10046061
Lớp: DHPT6
Khóa: 2010 - 2014



TP. Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2013

ii

LỜI CẢM ƠN
Trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu tại Khoa Công Nghệ Hóa Học
Trường Đại Học Công Nghiệp Tp. Hồ Chí Minh, em đã được sự hướng dẫn tận tình
của các thầy cô trong Khoa Công Nghệ Hóa Học, đặc biệt là Ts. Lê Thị Thanh
Hương_người đã hướng dẫn em làm thành công đồ án này, em đã tiếp thu được rất
nhiều kiến thức bổ ích trong học tập và quá trình nghiên cứu.
Để hoàn thành đồ án này, em xin gửi lời cảm ơn tới Ban giám hiệu nhà Trường
Đai Học Công Nghiệp Tp. Hồ Chí Minh, Khoa Công Nghệ Hóa Học đã tạo điều
kiện thuận lợi cho em nghiên cứu, đặc biệt là Ts. Lê Thị Thanh Hương đã vất vả
đưa ra những lời nhận xét và cung cấp cho em nhiều lời khuyên quý báu.

iii

LỜI NHẬN XÉT













iv

MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ DIOSEL VÀ BIODIESEL 2
1.1. Tổng quan về Biodiesel 2
1.1.1. Lịch sử hình thành [11] 2
1.1.2. Khái niệm [12] 2
1.1.3. Phân loại [13] 3
1.1.4. Phương pháp tổng hợp: phương pháp chuyển vị este [1] 6
1.1.5. Ưu điểm và nhược điểm[10] 9
1.1.6.Tình hình sản xuất và sử dụng [6] 11
1.2. Tổng quan về diesel 13
1.2.1. Giới thiệu về dầu diesel [7] 13

1.2.2. Ưu điểm và nhược điểm [16] 13
1.2.3. Phân loại [9] 14
1.2.4. Tình hình sản xuất và sử dụng [20] 16
CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH MỘT SỐ CHỈ TIÊU QUAN TRỌNG
TRONG TIÊU CHUẨN ASTM D6751 VÀ ASTM D975 18
2.1. Các phương pháp xác định trong tiêu chuẩn ASTM D6751 (Biodiesel) 18
2.1.1. Nhóm đặc trưng cho tính chất nhiên liệu 19
2.1.2. Nhóm đặc trưng cho tính chất nguyên liệu 31
2.2. Phương pháp xác định trong tiêu chuẩn ASTM D975 (Diesel) 37
CHƯƠNG 3. ĐỐI CHIẾU PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ TIÊU KỸ
THUẬT TRONG TIÊU CHUẨN ASTM D6751 VÀ ASTM D975 56
3.1. Các phương pháp giống nhau 56
v

3.2. Đối chiếu các phương pháp khác nhau 57
3.2.1. Nhóm đặc trưng cho tính chất nhiên liệu 58
3.2.2. Nhóm đặc chưng cho tính chất nguyên liệu 70
KẾT LUẬN 72
TÀI LIỆU THAM KHẢO 75


vi

DANH MỤC BẢNG , HÌNH, SƠ ĐỒ
Stt
Bảng
Tên bảng
Trang
1
1.1.3

Các chỉ tiêu kỹ thuật đối với Biodiesel (B100)

4
2
1.2.3

Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng nhiên liệu diesel theo
ASTM D975
15
3
2.1
Các phương pháp xác định trong tiêu chuẩn ASTM
D6751

18
4
2.1.1.1
Các phương pháp kiểm đặc trưng cho tính chất nhiên liệu

19
5
2.1.1.2
Các điều kiện vận hành điển hình

23
6
2.1.1.3
Các vùng hiệu chuẩn lưu huỳnh điển hình và các nồng
độ tiêu chuẩn

23
7
2.1.2.1
Thời gian lưu tương đối
32
8
2.1.2.2
Lượng cân mẫu
36
9
2.2.1
Các phương pháp xác định trong tiêu chuẩn trong tiêu
chuẩn ASTM D975
38
10
2.2.2
Khối lượng mẫu thử tương ứng với lượng tro

40
12
2.2.3.
Áp suất của thiết bị phân hủy áp suất khi nạp oxy

43
13
2.2.4
Lượng mẫu cần lấy xác định cặn cacbon
347
14
2.2.5

Các điều kiện trong quá trình thí nghiệm

53
15
3.1.1
Các phương pháp kiểm giống nhau trong hai tiêu chuẩn
ASTM D975 và ASTM 6751

57
vii

16
3.2
So sánh các chỉ tiêu quan trọng trong ASTM D6751 và
ASTM D975

58
17
3.2.1.1
So sánh các đặc điểm về phạm vi áp dụng giữa D874 và
D482

57
18
3.2.1.2
So sánh một số đặc điểm về phạm vi áp dụng giữa D5453
và D129

61
19

3.2.1.3
So sánh các đặc điểm về tiến trình thực hiện giữa D5453
và D129

60
20
3.2.1.4
So sánh một số đặc điểm về phạm vi áp dụng giữa D4530
và D524

63
21
3.2.1.5
Lượng mẫu lấy của phương pháp D524

64
22
3.2.1.6
Lượng mẫu lấy của phương pháp D4530

64
23
3.2.1.7
So sánh các đặc điểm về giới hạn giữa hai phương pháp
D1160 và D86

65
24
3.2.1.8
So sánh các đặc điểm về cách tiến hành giữa hai phương

pháp D1160 và D86

69

Stt
Hình/sơ
đồ
Tên hình/sơ đồ
Trang
25
1.1.3
Biểu đồ thành phần diesel và biodiesel được pha

4
26
1.1.4
Sơ đồ sản xuất biodiesel sử dụng xúc tác

7
27
1.1.6
Đồ thị sản lượng và trữ lượng biodiesel trên thế giới

12
viii

28
2.2.1
Dụng cụ lấy mẫu dầu xác định cặn cacbon

47
29
3.2.1.1
Quy trình xác định cặn sunfat của phương pháp D874
60
30

3.2.1.2
Sơ đồ chưng hệ thống chưng cất của phương pháp
D1160

66
31
3.2.1.3
Sơ đồ chưng hệ thống chưng cất của phương pháp D86

69
32
3.2.2.1
Phản ứng transester hóa tổng hợp Biodiesel
79
33
3.2.2.2
Sơ đồ chưng cất, chế hóa, ứng dụng dầu mỏ
80



1

LỜI MỞ ĐẦU
Sự nóng lên toàn cầu và vấn đề ô nhiễm đang là vấn đề khó khăn của toàn thế
giới đòi hỏi sự nghiên cứu thực tiễn của các nhà khoa học giúp giảm thiểu khó khăn
đó. Giải pháp đi đầu là sử dụng nguồn nhiên liệu sạch thay thế nhiên liệu gây nhiều
ô nhiễm. Biodiesel là nhiên liệu sạch hiện đang được quan tâm lớn nhất, cũng có rất
nhiều nghiên cứu tổng hợp nên biodiesel thành công để đi đến sản xuất và sử dụng
đại trà cho toàn thế giới. Liệu nhiên liệu biodiesel được tổng hợp sẽ được đánh giá
dựa vào các chỉ tiêu nào, trên phương pháp nào sẽ cho kết quả chính xác, hiệu quả
cao. Vậy nên, trong đồ án “Đối chiếu các phương pháp xác định chỉ tiêu kỹ thuật
của biodiesel và diesel của tiêu chuẩn ASTM D975 và ASTM D6751” sẽ chỉ ra ưu
điểm và nhược điểm, cũng như đối chiếu một số đặc điểm các phương pháp xác
định các chỉ tiêu trong hai tiêu chuẩn ASTM D975 và ASTM D751 để lựa chọn
phương pháp cho phù hợp với yêu cầu, điều kiện, lợi ích kinh tế cho người phân tích
và khách hàng.
Do thời gian có hạn trong hơn một tháng và kiến thức chưa vững nên Đồ án
có nhiều thiếu sót, em mong nhận được đóng góp ý kiến của quý thầy cô và bạn đọc.
2

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ DIOSEL VÀ BIODIESEL
1.1. Tổng quan về Biodiesel
1.1.1. Lịch sử hình thành [11]
Biodiesel bắt đầu được sản xuất khoảng giữa năm 1800, trong thời điểm đó
người ta chuyển hóa dầu thực vật để thu Glycerol ứng dụng làm xà phòng và thu
được các phụ phẩm là methyl hoặc ethyl Ester gọi chung là biodiessel. 10/08/1893
lần đầu tiên Rudolf Diesel đã sử dụng Biodiesel do ông sáng chế để chạy máy. Năm
1912, ông đã dự báo: “Hiện nay, việc dùng dầu thực vật cho nhiên liệu động cơ có
thể không quan trọng, nhưng trong tương lai, những loại dầu như thế chắc chắn sẽ
có giá trị không thua gì các sản phẩm nhiên liệu từ dầu mỏ và than đá”.Trong bối
cảnh nguồn tài nguyên dầu mỏ đang cạn kiệt và những tác động xấu lên môi trường
của việc sử dụng nhiên liệu, nhiên liệu tái sinh sạch trong đó có Biodiesel đang ngày

càng khẳng định vị trí là nguồn nhiên liệu thay thế khả thi. Để tưởng nhớ nguời đã
có công đầu tiên đoán được giá trị to lớn của Biodiesel, Nation Board Biodiesel đã
quyết định lấy ngày 10 tháng 8 hằng năm bắt đầu từ năm 2002 làm ngày Diesel sinh
học Quốc tế (International Biodiesel Day). 1900 tại Hội chợ thế giới tổ chức tại Pari,
Diesel đã biểu diễn động cơ dùng dầu Biodiesel chế biến từ dầu Phụng (lạc). Trong
những năm của thập kỷ 90, Pháp đã triển khai sản xuất Biodiesel từ dầu hạt cải. Và
được dùng ở dạng B5 (5% Biodiesel với 95% Diesel) và B30 (30% Biodiesel trộn
với 70% Diesel).
1.1.2. Khái niệm [12]
Diesel sinh học là loại nhiên liệu có những tính chất tương đương với dầu.
Diesel tự nhiên nhưng không phải được sản xuất từ dầu mỏ mà từ dầu thực vật hay
mỡ động vật.
Diesel sinh học nói riêng hay nhiên liệu sinh học nói chung đều là loại năng
lượng tái tạo và về phương diện hoá học thì biodiesel làm ethyl este (hay ethyl ester)
của những axit béo trong dầu hay mỡ khi được ester hoá bởi các ancol methanol
3

hoặc ethanol. Biodiesel là một chất lỏng, có màu giữa vàng hay nâu tối phụ thuộc
vào nguyên liệu để chế biến. Methyl ester điển hình có điểm bốc cháy khoảng ~150
thấp hơn nước (d=~0,88g/cm
3
) thế giới dùng chữ B với ý nghĩa là biodiesel, chữ BA
hay E để cho biết hoá hợp với ethanol. Ví dụ: nhiên liệu chứa 20% biodiesel được
ký hiệu là B20, biodiesel tinh khiết là loại B100. Biodiesel có thể sản xuất từ các
loại dầu khác nhau như: dầu thực vật, mỡ động vật hay từ dầu của tảo, hoặc cả dầu
mỡ phế thải sau khi đã được làm sạch.
1.1.3. Phân loại [13]
Nhiên liệu sinh học gồm có 3 loại: Khí sinh học, xăng sinh học, diesel sinh
học:
- Khí sinh học (Biogas) là một loại khí hữu cơ gồm Methane và các đồng

đẳng khác. Biogas được tạo ra sau quá trình ủ lên men các sinh khối hữu
cơ phế thải nông nghiệp, chủ yếu là cellulose, tạo thành sản phẩm ở dạng
khí. Biogas có thể dùng làm nhiên liệu khí thay cho sản phẩm khí gas từ
sản phẩm dầu mỏ.
- Xăng sinh học (Biogasoline) là một loại nhiên liệu lỏng, trong đó có sử
dụng ethanol như là một loại phụ gia nhiên liệu pha trộn vào xăng thay phụ
gia chì. Ethanol được chế biến thông qua quá trình lên men các sản phẩm
hữu cơ như tinh bột, xen-lu-lô, lignocellulose. Ethanol được pha chế với tỷ
lệ thích hợp với xăng tạo thành xăng sinh học có thể thay thế hoàn toàn cho
loại xăng sử dụng phụ gia chì truyền thống.
- Diesel sinh học (Biodiesel) là một loại nhiên liệu lỏng có tính năng tương
tự và có thể sử dụng thay thế cho loại dầu diesel truyền thống. Biodiesel
được điều chế bằng cách dẫn xuất từ một số loại dầu mỡ sinh học (dầu thực
vật, mỡ động vật), thường được thực hiện thông qua quá trình transester
hóa bằng cách cho phản ứng với các loại rượu phổ biến nhất là methanol.
4

Thực ra, Biodiesel, gọi tắt là B, ít khi sử dụng một mình mà thường được pha
chế với dầu diesel ở bất kỳ tỷ lệ nào để tạo ra các hợp chất nhiên liệu dùng trong
thương mại.
Hiện có những loại Biodiesel sau đây:
- B5 gồm 5% biodiesel pha với 95% dầu diesel.
- B10 gồm 10% biodiesel pha với 90% dầu diesel.
- B15 gồm 15% biodiesel pha với 85% dầu diesel.
- B20 gồm 20% biodiesel pha với 80% dầu diesel.
- B100 là biodiesel nguyên chất.

Hình 1.1.3. Biểu đồ thành phần diesel và biodiesel được pha
Bảng 1.1.3. Các chỉ tiêu kỹ thuật đối với Biodiesel (B100)
Stt

Tiêu chuẩn
Đơn vị
Giới hạn
Phương pháp đo
1
Hàm lượng
este
% khối
lượng
> 96,5
TCVN7868_2008(EN
14103)
2
Khối lượng
riêng tại
15
o
C
kg/m3
860 – 900
TCVN 6594 (ASTM D
1298)
5

3
Điểm chớp
cháy (cốc
kín)
o
C

130
TCVN 2693 (ASTM D
93)
4
Nước và cặn
% thể tích
< 0,050
TCVN 7757 (ASTM D
445)
5
Độ nhớt
động học tại
40
o
C
mm2/s
1,9 – 6,0A
TCVN 3171 (ASTM 445)
6
Tro sulphát
% khối
lượng
< 0,020
TCVN 2689 (ASTM D
874)
7
Lưu huỳnh
% khối
lượng
(ppm)

< 0,05 (< 500)
ASTMD 5453/ TCVN
6701 (ASTM D 2622)
8
Ăn mòn
đồng
Loại
No1
TCVN 2694 (ASTM D
130)
9
Trị số xêtan

> 47
TCVN7630:2008 (ASTM
D 613)
10
Điểm vẩn
đục
oC
Báo cáo
TCVN 7990ASTM D
2500
11
Cặn cácbon
% khối
lượng
<0,050
TCVN6324(ASTM D
4530)

12
Trị số axit
mg
KOH/g
< 0,05
TCVN 6325 (ASTM D
664)
13
Chỉ số iốt
iốt/100 g
< 120
EN 14111/ TCVN 6122
(ISO 3961)
14
Độ ổn định
oxy hóa tại
110
o
C
giờ
> 6
TCVN7895:2008 (EN
14112)
15
Glycerin tự
do
% khối
lượng
< 0,020
TCVN7867:2008 (ASTM

D 6584)
16
Glycerin
tổng
% khối
lượng
< 0,240
TCVN7867:2008 (ASTM
D 6584)
17
Phospho
% khối
lượng
< 0,001
TCVN7866:2008 (ASTM
D 4951)
18
Nhiệt độ cất,
90% thu hồi
o
C
< 360
TCVN7988:2008 (ASTM
D 1160)
19
Na và Ka
mg/kg
< 5,0
EN 14108 và EN 14109
6

20
Ngoại quan

Không có nước tự
do, cặn và tạp chất
lơ lửng
Quan sát bằng mắt thường

1.1.4. Phương pháp tổng hợp: phương pháp chuyển vị este [1]
Quá trình chuyển hoá este tạo thành biodiesel còn được được gọi là quá trình
rượu hoá, có nghĩa là từ một phân tử triglyxerit qua phản ứng mà tách ra glyxerinvà
tạo các alkyleste. Rượu sử dụng ở đây thường là rượu đơn chức chứa một đến tám
nguyên tử cacbon trong phân tử như metanol, etanol, butanol và amyl alcol. Hay sử
dụng nhất là metanol và etanol. Etanol có ưu điểm là sản phẩm của nông nghiệp, có
thể tái sinh được, dễ bị phân huỷ sinh học, ít bị ô nhiễm môi trường. Nhưng metanol
lại được sử dụng nhiều do giá thành thấp hơn và cho phép tách đồng thời glyxerin
do nó là rượu có mạch ngắn nhất lại phân cực. Quá trình sử dụng etanol có phức tạp
hơn vì nó yêu cầu lượng nước trong rượu và dầu rất thấp. Ngoài ra, metyl este có
năng lượng lớn hơn etyl este nên khả năng tạo cốc ở vòi phun thấp hơn. Có ba
phương pháp cơ bản đẻ sản xuất biodiesel từ dầu thực vật và mỡ động vật:
a. Phương pháp trao đổi este có sử dụng xúc tác

7

Hạt thực
Nghiền -
ép hạt
Bã xơ
Dầu thực

Làm thức
ăn gia
súc
Sử dụng
làm chất
đốt
Phản ứng
este
Mỡ động vật
Tách các
chất
ancol
glycerin
biodiesel

Hình 1.1.4.1. Sơ đồ tổng hợp Biodieslel
Trong phương pháp này có ba loại xúc tác hay được sử dụng là:
Xúc tác bazơ : Được sử dụng trong quá trình chuyển hoá este dầu thực vật là
xúc tác đồng thể pha lỏng như KOH, NaOH, K
2
CO
3
, CH
3
ONa hoặc xúc tác dị thể
như MgO, nhựa trao đổi cation Amberlyst 15, titanium silicat TIS… Xúc tác đồng
thể CH
3
ONa cho độ chuyển hoá cao nhất, thời gian phản ứng ngắn nhất nhưng với
yêu cầu không được có mặt của nước nên không thích hợp với điều kịên công

nghiệp.Xúc tác dị thể NaOH/MgO có hoạt tính rất cao nhưng còn đang trong quá
trình nghiên cứu hoàn thiện. Kết quả thí nghiệm đối với các loại xúc tác khác nhau
trong cùng điều kiện nhiệt độ 60
0
C, thời gian phản ứng 8h, trên cùng một loại dầu,
cùng một tác nhân rượu hoá và cùng tỷ lệ mol dầu/rượu như nhau sẽ cho độ chuyển
hoá khác nhau. Từ bảng số liệu này ta thấy độ chuyển hoá đạt cao nhất khi sử dụng
8

xúc tác kiềm, còn các xúc tác dị thể cho độ chuyển hoá thấp, trong đó cao nhất là
NaOH/MgO đạt 90%. Hiện nay đang có xu hướng sử dụng xúc tác dị thể.
Xúc tác axit: Chủ yếu là các axit Bronsted như H
2
SO
4
, HCL… được sử dụng
đồng thể trong pha lỏng. Phương pháp xúc tác đồng thể đòi hỏi nhiều năng lượng
cho tinh chế sản phẩm. Các xúc tác này cho độ chuyển hoá thành este cao nhưng
nhiệt độ phải đạt trên 100
0
C và thời gian dài đến 6 giờ mới đạt độ chuyển hoá hoàn
toàn. Chẳng hạn nếu sử dụng xúc tác H
2
SO
4
nồng độ 1% với tỷ lệ metanol/dầu là
30/l thì sau 50 giờ và ở nhiệt độ 65
0
C mới đạt độ chuyển hoá 99%.
Xúc tác enzym: Gần đây có nhiều nhà khoa học quan tâm đến khả năng ứng

dụng của xúc tác vi sinh vao quá trình sản xuất biodiesel. Enzymlà xúc tác sinh học
có đặc tính pha nền, đặc tính nhóm chức và đặc tính tập thể trong môi trường nước.
Cả hai dạng lipaza nội bào và ngoại bào đều xúc tác một cách có hiệu quả cho quá
trình trao đổi ester của triglyxerit trong môi trường nước hoặc không nước. Phản
ứng trao đổi ester sử dụng xúc tác enzym có thể vượt qua tất cả các trở ngại có thể
gặp phải đối với quá trình chuyển hoá hoá học trình bày ở trên. Những sản phẩm
phụ như glyxerin và metanol có thể tách ra khỏi sản phẩm một cách dễ dàng, đồng
thời các axit béo tự do có chứa trong dầu mỡ sẽ được chuyển hoá thành metyl este.
Xúc tác enzyme cho độ chuyển hoá cao nhất, thời gian phản ứng ngắn nhất, quá
trình tinh chế sản phẩm đơn giản nhất nhưng xúc tác này chưa được sử dụng rộng
rãi do giá thành cao. Để có thể sử dụng enzym được nhiều lần, người ta mamg enzym
lipaza trên chất mang xốp là vật liệu vô cơ hoặc nhựa amoniac. Xúc tác dễ dàng thu
hồi để sử dụng lại cũng giúp giảm chi phí cho quá trình, tạo tiền đề cho việc sử dụng
enzym vào việc sản xuất biodiesel.
b. Phương pháp siêu tới hạn:
Đây là phương pháp không sử dụng xúc tác nhưng cần nhiệt độ và áp xuất tiến
hành phản ứng rất cao khoảng 850
0
K và P > 100 Mpa.Phương pháp này có độ
chuyển hoá cao, thời gian phản ứng ngắn nhất và quá trình tinh chế sản phẩm đơn
giản nhất vì không sử dụng xúc tác. Tuy nhiên do chế độ công nghệ đòi hỏi cao và
phức tạp nên đầu tư cũng cao.
9

c. Phương pháp hai giai đoạn:
Chuyển hoá dầu thành axit sau đó este hoá thành biodiesel. Phương pháp này
trải qua hai giai đoạn, hiệu quả không cao nên ít được sử dụng.
1.1.5. Ưu điểm và nhược điểm[10]
a. Ưu điểm
An toàn cháy nổ: Biodiesel có nhiệt độ chớp cháy trên 110

0
C cao hơn so với
diesel khoáng nên nó an toàn hơn trong quá trình tồn chứa và bảo quản.
Hàm lượng lưu huỳnh: Biodiesel có hàm lượng lưu huỳnh rất thấp, chỉ
khoảng 0,001 %, nên khi cháy nó thải ra rất ít SO
2
. Với đặc tính quý giá như vậy
biodiesel đựoc coi là nhiên liệu sạch và thân thiện với môi trường.
Giảm lượng khí thải độc hại: Theo các nghiên cứu của Bộ Năng lượng Mỹ
thực hiện ở một trường đại học của bang Califonia thì việc sử dụng biodiesel tinh
khiết thay cho biodiesel khoáng có thể làm giảm 93,6% nguy cơ mắc bệnh ung thư
từ khí thải của diesel do biodiesel chứa rất ít các hợp chất thơm và lưu huỳnh nên
quá trình cháy của nó triệt để hơn và giảm rất nhiều hydrocacbon trong khí thải.
Có khả năng bôi trơn giảm mài mòn: Biodiesel có khả năng bôi trơn tốt hơn
diesel khoáng. Ta biết là khả năng bôi trơn của nhiên liệu được đặc trưng bằng một
giá trị gọi là HFRR (high frequency receiprocating rig). Giá trị này càng thấp thì
khả năng bôi trơn của nhiên liệu càng tốt. Diesel khoáng đã xử lý lưu huỳnh có
HFRR ≥ 500 khi không có phụ gia trong khi giới hạn đặc trưng của diesel là 450.
Vì vậy diesel khoáng cần phải được bổ sung phụ gia để tăng bôi trơn. Trong khi đó
HFRR của biodiesel khoảng 200 và như vậy chính biodiesel sẽ là phụ gia tốt nhất
cho diesel khoáng. Khi thêm biodiesel vào với tỉ lệ nhất định thì sẽ mài mòn động
cơ giảm đáng kể.
Khả năng thích hợp cho mùa đông: Nhiên liệu cho động cơ diesel nói chung
phải giữ được tính lưu biến tốt vào mùa đông khi nhiệt độ hạ đến – 20
0
C. Cả những
nhiên liệu đã pha thêm phụ gia cũng vậy. Sự kết tinh tạo parafin xảy ra trong khối
nhiên liệu diesel sẽ gây trở ngại cho các đường ống dẫn và quá trình phun nhiên
10

liệu. Khi đó cần thiết phải làm sạch hệ thống. Còn đối với biodiesel, chỉ bị đông đặc
khi nhiệt độ tăng nên không cần thiết phải làm sạch hệ thống nhiên liệu.
Khả năng phân huỷ sinh học: Biodiesel có khả năng phân huỷ trong thiên
nhiên nhanh gấp bốn lần so với diesel khoáng. Do tính chất an toàn như vậy mà
biodiesel rất thích hợp làm nhiên liệu cho máy móc ở những khu vực nhạy cảm như
các khu đông dân cư hoặc gần nguồn nước.
Quá trình cháy sạch: Do biodiesel chứa 11% oxy nên quá trình cháy diễn ra
hoàn toàn và tạo ra rất ít muội trong động cơ.
Dễ dàng sản xuất: Do nguyên liệu cho sản xuất biodiesel là dầu thực vật, mỡ
động vật đều là những nguyên liệu có khả năng tái sinh và không làm ảnh hưởng
đến nguồn năng lượng tự nhiên.Nguồn nguyên liệu đó lại có thể được cung cấp chủ
động và dễ dàng.
Trị số xetan cao: Thông thường, diesel khoáng có trị số xetan 50 – 52 đối với
động cơ thường và 35 – 54 đối với động cơ cao tốc. Trong khi đó biodiesel có trị số
xetan 56 – 58. Với giá trị như vậy biodiesel hoàn toàn đáp ứng được những yêu cầu
khắt khe nhất của động cơ diesel cao tốc là cần nhiên liệu chất lượng cao với khả
năng tự bắt cháy nhanh mà không cần bất cứ phụ gia nào.
b. Nhược điểm
Giá thành cao: Biodiesel tổng hợp vẫn còn đắt hơn diesel thông thường. Ở
Mỹ, giá một gallon dầu đậu gấp 2 – 3 lần một gallon diesel khoáng. Tuy vậy, trong
quá trình sản xuất biodiesel còn tạo ra glyxerin là một chất có giá trị cao nên sẽ bù
đắp chi phí sản xuất biodiesel.
Quá trình sản xuất biodiesel không đảm bảo: Nếu rửa biodiesel không sạch
thì khi sử dụng vẫn gây ra các vấn đề ô nhiễm do vẫn còn xà phòng, kiềm dư,
glyxerin tự do và metanol. Đây đều là những chất độc hại cho sức khoẻ con người
đồng thời cũng là những chất gây ô nhiễm mạnh, tác động xấu tới môi trường sinh
thái.
11

Tính chất thời vụ của dầu thực vật: Cần phải có những chính sách và chiến

lược hợp lý nếu muốn sử dụng biodiesel như một nhiên liệu.
Tính kém ổn định: Do biodiesel dễ bị vi khuẩn phân huỷ.
Thải ra nhiều NO
x
: Nếu tỷ lệ pha trộn biodiesel vào diesel khoáng tăng thì
hàm lượng NO
x
cũng tăng theo. Tuy nhiên có thể sử dụng bộ tuần hoàn khí thải để
giảm lượng khí này hoặc gắn thêm hộp xúc tác ở ống xả động cơ.
Làm hỏng các bộ phận bằng cao su: Do có chứa một tỷ lệ nhất định rượu
nên biodiesel có thể làm hỏng các bộ phận bằng cao su bên trong động cơ. Nếu động
cơ sử dụng 100% biodiesel thì trong vòng 160 000 km các bộ phận bằng cao su bên
trong động cơ phải được thay thế. Để hạn chế nhược điểm này, các nhà chế tạo đã
thay thế những bộ phân cao su bằng vật liệu tổng hợp, chẳng hạn floroelastom. Nói
chung, những vật liệu bền với tác nhân oxy hoá, metanol và etanol đều phù hợp khi
sử dụng với biodiesel.

1.1.6.Tình hình sản xuất và sử dụng [6]
Thế giới: Nhằm giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch và để ổn định
nguồn cung ứng, các quốc gia thuộc khối EU đã đặt ra mục tiêu là nhiên liệu sinh
học chiếm 5.75% trong lĩnh vực giao thông vào năm 2010, và đạt con số 10% vào
năm 2020. Trong các loại nhiên liệu sinh học ở EU thì biodiesel là nhiên liệu được
sản xuất nhiều nhất, chiếm 82% tổng số nhiên liệu sinh học. Hiện nay, các thị trường
dẫn đầu về biodiesel là EU và Hoa Kỳ đã đạt được năng suất cực lớn trong những
năm qua. Trong đó, EU đứng đầu với tổng sản lượng biodiesel của năm 2008 là 7.8
triệu tấn (trong đó Đức sản xuất nhiều nhất, chiếm 2.8 triệu tấn), tăng 35.7% so với
năm 2007 là 5.7 triệu tấn. Hoa Kỳ đứng thứ hai, sản lượng tăng từ 946 triệu lít năm
2006 lên 1.7 tỷ lít năm 2007, và khoảng 2.46 tỷ lít trong năm 2008. Số liệu được thể
hiệnở hình 5.2, với 1 gallon tương đương với 3.78 lít. Đồ thị sản lượng và trữ lượng
biodiesel trên toàn thế giới ( nguồn: trung tâm khoa học và công nghệ quốc gia)

12


Hình 1.1.6. Đồ thị sản lượng và trữ lượng biodiesel trên thế giới
Đồ thị trên đây cho thấy sản lượng tăng đều đặn trong những năm gần đây,
tăng từ 7.1 triệu tấn năm 2006 lên 9.0 triệu tấn năm 2007 và 11.1 triệu tấn năm 2008.
Còn tiềm năng sản xuất biodiesel thì tăng vọt, trữ lượng biodiesel tăng từ 12.2 triệu
tấn năm 2006 lên 23.1 triệu tấn năm 2007, và đạt 32.6 triệu tấn năm 2008. Và hơn
thế nữa, thị trường biodiesel của thế giới ước tính sẽ đạt con số 37 tỷ gallon-tương
đương 140 tỷ lít vào năm 2016, tốc độ tăng trưởng hàng năm đạt 42%. Trong năm
2007, chỉ có khoảng 20 quốc gia sản xuất biodiesel. Đến năm 2010, có hơn 200
nước tham gia nghiên cứu và sản xuất biodiesel, thúc đẩy thế giới bước vào một thời
đại mới, mà các quốc gia đều tích cực tạo ra nguồn năng lượng xanh phục vụ chủ
yếu cho ngành giao thông vận tải.
Ở Việt Nam: Dự án Sản xuất điêzen sinh học bằng cách trộn lẫn mỡ cá da
trơn với điêzen để chạy động cơ điêzen (máy bơm nước, máy phát điện…) (2005-
2007): Công ty xuất khẩu cá da trơn Agifish đã được chính phủ phê duyệt xây dựng
1 nhà máy ở An Giang năm 2007 và sản xuất khoảng 10 triệu lít nhiên liệu 1 năm.
Công ty đã tiến hành các thử nghiệm từ 2006 trong phòng thí nghiệm ở thành phố
Hồ Chí Minh và chứng minh rằng NLSH từ cá da trơn là rất tốt. Nhiên liệu này sẽ
được sử dụng cho động cơ điêzen ở thị trường trong nước.
"Trộn lẫn dầu ăn với điêzen để tạo ra loại nhiên liệu rẻ hơn" (2005-2007).
Dự án thử nghiệm 2 năm, dầu ăn được thu gom từ các nhà hàng, khách sạn và các
13

nhà máy thực phẩm ở thành phố lớn nhất của Việt Nam, giúp giảm lượng ô nhiễm
đi vào khu vực sông suối.
1.2. Tổng quan về diesel
1.2.1. Giới thiệu về dầu diesel [7]
Dầu Diesel (DO – Diesel Oil) là một loại nhiên liệu lỏng, là sản phẩm tinh chế

từ dầu mỏ có thành phần chưng cất nằm giữa dầu hoả (kesosene) và dầu bôi trơn
(lubricating oil), nặng hơn dầu lửa và xăng. Chúng thường có nhiệt độ bốc hơi từ
175 đến 370 độ C. Các nhiên liệu diesel nặng hơn, với nhiệt độ bốc hơi 315 đến 425
độ C còn gọi là dầu Mazut (Fuel oil).
Nhiên liệu diesel được sản xuất chủ yếu từ phân đoạn gasoil và là sản phẩm
của quá trình chưng cất trực tiếp dầu mỏ, có đầy đủ những tính chất lý hóa phù hợp
cho động cơ Diesel mà không cần phải áp dụng những quá trình biến đổi hóa học
phức tạp.
Chủ yếu trong phân đoạn này là n-parafin còn hydrocacbon thơm chiếm không
nhiều.Nhưng n-paraffin mạch dài có nhiệt độ kết tinh cao, chúng làm mất ổn định
của phân đoạn ở nhiệt độ thấp. Ở phân đoạn diesel thì ngoài naphten và thơm hai
vòng là chủ yếu, các 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. Những 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. Cũng xuất hiện nhựa nhưng còn ít và trọng lượng phân
tử cũng thấp, chỉ vào khoảng 300 – 400 đ.v.C.
1.2.2. Ưu điểm và nhược điểm [16]
Ưu điểm: Các động cơ dầu diesel hiệu quả hơn động cơ xăng 30%, điều này
nghĩa là sẽ phải chi tiêu ít hơn cho nhiên liệu. Mỗi lít diesel có thể tạo ra nhiều khí
thải CO2 hơn xăng nhưng vì sử dụng ít dầu diesel hơn xăng nên sẽ đóng góp ít hơn
14

vào việc nóng lên của trái đất. Dầu diesel có mức độ sulfur thấp và các thiết bị lọc
các hạt chất rắn hiện đại đã làm cho dầu diesel sạch hơn trong những năm gần đây.
Thải ra môi trường ít lượng cacbon monoxide, hydrocarbons and carbon
dioxide, những chất thải dẫn đến hiệu ứng nhà kính.
Nhược điểm: Văn phòng Australian Greenhouse nói rằng các động cơ dầu
diesel là nguồn chính của các chất thải rắn. Chúng thải ra chất thải rắn gấp 20 lần

các động cơ xăng. Chất thải rắn bị cho là liên quan đến ung thư và bệnh hô hấp.
Diesel là một sản phẩm dầu mỏ và có nhiều hạn chế giống như xăng. Nhiên liệu
Diesel thường đắt hơn xăng và Diesel ô tô tốn kém hơn những loại xăng tương
đương. Một lượng cao các hợp chất nitrogen và các hạt vật chất (bồ hóng) phát ra
từ việc đốt nhiên liệu diesel có thể dẫn đến mưa axit, khói và ảnh hưởng tới điều
kiện sức khỏe.
1.2.3. Phân loại [9]
Mức giới hạn trong phân loại Diesel: Xuất phát từ phân loại đối với động
cơ, tiêu chuẩn Mỹ ASTM D975 phân loại nhiên liệu Diesel thành 03 loại: N
0
1D,
N
0
2D, N
0
4D.
- Loại N
0
1D: Bao gồm lớp nhiên liệu Diesel dễ hóa hơi từ dầu lửa đến các
phần cất trung bình. Nhiên liệu nằm trong phạm vi này được dùng cho các động cơ
có tốc độ cao và cho những phương tiện có tốc độ và tải trọng thường xuyên thay
đổi, đặc biệt dùng trong trường hợp khi nhiệt độ nhiên liệu xuống thấp không bình
thường.
- Loại N
0
2D: Bao gồm lớp nhiên liệu Diesel có độ hóa hơi thấp hơn. Nhiên
liệu loại này dùng cho các động cơ có tốc độ cao của các phương tiện có tải trọng
lượng tương đối lớn và tốc độ đều, hoặc dùng cho các động cơ không yêu cầu nhiên
liệu có độ hóa hơi cao và những tính chất khác được quy định cho N
0

1D.
- Loại N
0
4D: Bao gồm lớp nhiên liệu Diesel với các phần cất có độ nhớt cao
hơn và hỗn hợp các phần cất đó với các nhiên liệu Diesel còn lại. Nhiên liệu loại
15

này dùng cho các động cơ tốc độ thấp và trung bình trên các phương tiện chịu tải
trọng lâu dài ở tốc độ ổn định đáng kể.
Bảng 1.2.3. Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng nhiên liệu diesel theo ASTM
D975
Tên chỉ tiêu
Mức
Phương pháp thử
1. Hàm lượng lưu huỳnh, mg/kg,
max.
500
2 500
TCVN 6701:2000
(ASTM D 2622)/ ASTM
D 5453
2. Chỉ số xêtan
1)
, min.
46
TCVN 3180 (ASTM D
4737)
3. Nhiệt độ cất, °C, 90% thể tích,
max.
360

TCVN 2698:2002
(ASTM D 86)
4. Điểm chớp cháy cốc kín, °C, min.
55
TCVN 6608:2000
(ASTM D 3828)/ ASTM
D 93
5. Độ nhớt động học ở 40 °C, cSt
2)

2-4,5
TCVN 3171 : 2003
(ASTM D 445)
6. Cặn các bon của 10 % cặn chưng
cất, % khối lượng, max.
0,3
TCVN 6324:1997
(ASTM D189)/ ASTM D
4530
7. Điểm đông đặc, °C, max.
+ 6
TCVN 3753:1995/ASTM
D 97
8. Hàm lượng tro, % khối lượng,
max.
0,01
TCVN 2690:1995/ASTM
D 482
16

9. Hàm lượng nước, mg/kg, max.
200
ASTM E 203
10. Tạp chất dạng hạt, mg/l, max
10
TCVN 7759:2008
(ASTM D 2276)
11. Ăn mòn mảnh đồng ở 50 °C, 3
giờ, max.
Loại 1
TCVN 2694:2000
(ASTM D 130)
12. Khối lượng riêng ở 15 °C, kg/m
3

820 – 860
TCVN 6594:2000
(ASTM D 1289)/ ASTM
D 4052
13. Độ bôi trơn, m, max
460
TCVN 7758 (ASTM D
6079)
14. Ngoại quan
Sạch, trong
TCVN 6659 (ASTM D
4176)
1) Phương pháp tính chỉ số xêtan không áp dụng cho các loại nhiên liệu điêzen có
phụ gia cải thiện trị số xêtan.
2) 1 cSt = 1 mm

2
/s.

1.2.4. Tình hình sản xuất và sử dụng [20]
Trong giai đoạn 2006 – 2010 sản xuất nhiên liệu diesel trên thế giới tăng từ
1167,4 triệu tấn đến 1284, 4 triệu tấn. Việc sản xuất nhiên liệu diesel giai đoạn này
cũng phát triển áp ứng với nhu cầu ngày càng tăng theo quy định tăng trưởng kinh
tế trong lĩnh vực sản xuất và mở rộng phạm vi của các phương tiện, trang bị nhiên
liệu diesel.Có sự sụt giảm mạnh nhu cầu đối với nhiên liệu diesel trong lĩnh vực tiêu
thụ công nghiệp và trong kinh doanh bán lẻ đã diễn ra trong năm 2009. Do sự suy
thoái kinh tế công nghiệp và cuộc khủng hoảng kinh tế. Sự sụt giảm trong nhu cầu
dẫn đến giảm sản xuất nhiên liệu diesel 6,3%.Trong năm 2010, bắt đầu tái phát triển