Đối chiếu các phương pháp xác định một số chỉ tiêu kỹ thuật quan trọng của diesel N0.2D tiêu chuẩn ASTM D975 với biodiesel tiêu chuẩn ASTM D6751

Đối chiếu các phương pháp xác định một số chỉ tiêu kỹ thuật quan trọng của diesel N0.2D tiêu chuẩn ASTM D975 với biodiesel tiêu chuẩn ASTM D6751Đối chiếu các phương pháp xác định một số chỉ tiêu kỹ thuật quan trọng của diesel N0.2D tiêu chuẩn ASTM D975 với biodiesel tiêu chuẩn ASTM D6751

ĐỒ ÁN HỌC PHẦN

Đối chiếu các phương pháp xác định một số chỉ tiêu kỹ thuật quan trọng của diesel N0.2D tiêu chuẩn ASTM D975

với biodiesel tiêu chuẩn ASTM D6751

GVHD: TS LÊ THỊ THANH HƯƠNG

SVTH: Thiều Quang Minh 09108781

Nguyễn Văn Kiểu 09198081

Khoá: 2009 - 2013

TP Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2013

ĐỒ ÁN HỌC PHẦN

Đối chiếu các phương pháp xác định một số chỉ tiêu kỹ thuật quan trọng của diesel N0.2D tiêu chuẩn ASTM D975

với biodiesel tiêu chuẩn ASTM D6751

GVHD: TS LÊ THỊ THANH HƯƠNG

SVTH: Thiều Quang Minh 09108781

Nguyễn Văn Kiểu 09198081

Khoá: 2009 - 2013

TP Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2013

Mục lục

Lời mở đầu ii

Chương 1 Tổng quan về diesel và biodiesel 1

1.1 Tổng quan về diesel 1

1.1.1 Giới thiệu về diesel 1

1.1.2 Yêu cầu chất lượng của diesel 1

1.1.3 Các phương pháp nâng cao chất lượng của nhiên liệu diesel 5

1.2 Tổng quan về biodiesel 6

1.2.1 Giới thiệu về biodiesel 6

1.2.2 Tính chất của biodiesel 7

1.2.3 Ưu, nhược điểm của biodiesel 8

1.2.4 Phương pháp tổng hợp biodiesel: phương pháp chuyển vị este 11

Chương 2 Giới thiệu về tiêu chuẩn ASTM D 975 và tiêu chuẩn ASTM D6751 15

2.1 Tiêu chuẩn ASTM D 975 15

2.2 Tiêu chuẩn ASTM D 6751 16

Chương 3 Phương pháp xác định một số chỉ tiêu kỹ thuật trong tiêu chuẩn ASTM D975 và ASTM D6751 20

3.1 Nhóm chỉ tiêu đặc trưng cho tính chất nhiên liệu 20

3.1.1 Phương pháp xác định trong tiêu chuẩn ASTM D6751 20

3.1.2 Phương pháp xác định trong tiêu chuẩn ASTM D975 24

3.2 Nhóm chỉ tiêu đặc trưng cho tính chất nguyên liệu 28

Kết luận 31

Tài liệu tham khảo 32

Lời mở đầu

Dân số thế giới ngày càng tăng nhanh, áp lực về năng lượng và môitrường cànglớn Trữ lượng dầu mỏ ngày càng giảm dần, do đó vấn đề đặt ra làcần tìm những nguồnnăng lượng thay thế Đó có thểlà năng lượng hạt nhân, năng lượng mặt trời, năng lượnggió, sóng biển, năng lượng nhiệt trong lòng đất Tất cả nguồn năng lượng đó hiện đangđược nghiên cứu ứng dụng nhưng vấnđề an tồn khi sản xuất và giá thành của nó còncao nên việc áp dụng đại trà cònnhiều trở ngại

Một nguồn năng lượng mới từ nhiên liệu sinh học đang được chú ý và cónhiềutriển vọng vì tính hiện thực cũng như khả năng tái sinh và phù hợp với sinhtháicủa nó Đó là biodiesel, là nguồn nguyên liệu thay thế cho diesel khi sử dụng cho động

cơ diesel mà không ảnh hưởng đến động cơ

Vậy, những thông số kỹ thuật giữa biodiesel và diesel có gì khác nhau Và đặcbiệt giữa B100 và diesel NO 2D cũng như các phương pháp xác định một số chỉ tiêu

kỹ thuật quan trọng của diesel N0.2D trong tiêu chuẩn ASTM D975 với biodieseltrong tiêu chuẩn ASTM D6751

Chương 1 Tổng quan về diesel và biodiesel

1.1 Tổng quan về diesel

1.1.1 Giới thiệu về diesel

Hiện nay trên thế giới có xu hướng diesel hóa động cơ Chính vì vậy nhiên liệudiesel sẽ được sử dụng nhiều hơn nhiên liệu xăng Sử dụng diesel có nhiều ưu điểmhơn động cơ xăng Vì động cơ xăng có tỷ số nén thấp hơn động cơ diesel nên công suấtnhỏ hơn khi sử dụng cùng một lượng nhiên liệu Mặt khác nhiên liệu diesel có giáthành thấp hơn xăng do quy trình chế biến đơn giản Thêm vào đó, nguồn cung cấp,lượng nhiên liệu diesel nhiều và đa dạng hơn

Quá trình chưng cất dầu mỏ các phân đoạn, ta thu được phân đoạn dầu diesel cónhiệt độ sôi 250 – 350 0C có chứa hydrocacbon với số nguyên tử cacbon từ C16 – C22.Chủ yếu trong phân đoạn này là n-parafin còn hydrocacbon thơm chiếm khôngnhiều.Nhưng n-paraffin mạch dài có nhiệt độ kết tinh cao, chúng làm mất ổn định củaphân đoạn ở nhiệt độ thấp Ở phân đoạn diesel thì ngoài naphten và thơm hai vòng làchủ yếu, các hợp chất ba vòng bắt đầu tăng lên Đã bắt đầu xuất hiện các hợp chất cócấu trúc hỗn hợp giữa naphten và thơm

Hàm lượng các hợp chất chứa S,N và O bắt đầu tăng nhanh Các hợp chất củalưu huỳnh chủ yếu ở dạng dị vòng disulfur Những hợp chất chứa oxy dạng axitnaphtenic có nhiều và đạt cực đại ở phân đoạn này Ngoài ra còn có những chất dạngphenol như dimetylphenol Cũng xuất hiện nhựa nhưng còn ít và trọng lượng phân tửcũng thấp, chỉ vào khoảng 300 – 400 đ.v.C

1.1.2 Yêu cầu chất lượng của diesel

Muốn động cơ diesel làm việc ổn định thì nhiên liệu diesel phải đảm bảo các chỉtiêu chất lượng sau:

Có khả năng tạo hỗn hợp cháy tốt: Khả năng bay hơi tốt và phun trộn tốt đánh

giá qua thành phần phân đoạn, tỷ trọng, độ nhớt và sức căng bề mặt

Thành phần chưng cất phân đoạn : Có ảnh hưởng lớn đến tính năng của động

cơ diesel,đặc biệt là các động cơ tốc độ trung bình và tốc độ cao, đồng thời ảnh hưởngđến độ an toàn Thành phần cất được xác định theo tiêu chuẩn ASTM D86 Nhiệt độsôi 10% đặc trưng cho phần nhẹ dễ bay hơi của nhiên liệu Nhiệt độ này cao qua sẽ làmcho động cơ khó khởi động Nhiệt độ sôi 50% thì chỉ tiêu hay dùng nhất để đánh giánhiên liệu diesel, nó đặc trưng cho khả năng thay đổi tốc độ của động cơ Nhiệt độ sôi90%và nhiệt độ sôi cuối đặc trưng cho khả năng cháy hoàn toàn của nhiên liệu

Tỷ trọng: Là đại lượng đặc trưng cho độ nặng hay nhẹ của nhiên liệu, là tỷ số

giữa trọng lượng riêng của một vật ở một nhiệt độ nhất định và trọng lượng riêng củavật khác được chọn làm chuẩn xác định ở cùng vị trí Đối với các sản phẩm lỏng ta lấynước cất ở 40C với áp suất 760 mmHg làm chất chuẩn

Độ nhớt động học: Là thông số rất quan trọng vì nó cho biết khả năng phun

trộn nhiên liệu vào buồng đốt Độ nhớt của nhiên liệu có ảnh hưởng đến kích thướt vàhình dạng của kim phun Độ nhớt động học được xác định ở 400C theo phương phápASTM D445

Phải có khả năng tự bốc cháy phù hợp: Khả năng 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 củanhiên liệu diesel, nó được đo bằng phần trăm thể tích n- xetan có trong hỗn hợp của nóvới các metyl naphen và có khả năng tự bốc cháy tương đương khả năng tự bốc cháycủa nhiên liệu thí nghiệm ở điều kiện tiêu chuẩn Hỗn hợp chuẩn bao gồm haihydrocacbon là n-xetan (C16H34) có khả năng tực bốc cháy tốt với trị số xetan quy định

là 100 và các metyl naphtalen ( C11H10 ) có khả năng tự bốc cháy kém với trị số xetanquy định là 0 Trị số xetan được xác định theo tiêu chuẩn ASTM D613 Trị số xetancao quá hoặc thấp quá đều gây nên những vấn đề không tốt cho động cơ

Ít tạo cặn: Yêu cầu này phụ thuộc vào thành phần phân đoạn, độ axit, hàm

lượng lưu huỳnh, độ ăn mòn lá động và hàm lượng mercaptan xác định theo ASTMD2500

Hàm lượng lưu huỳnh: Trong nhiên liệu diesel, lưu huỳnh tồn tại ở nhiều dạng

khác nhau như mercapta, sulphat, thiophen…Các hợp chất của lưu huỳnh trong dieselđều là những chất độc hại Khống chế hàm lượng lưu huỳnh càng thấp thì càng tốt.Hàm lượng lưu huỳnh được xác định theo tiêu chuẩn ASTM D129

Độ ăn mòn lá đồng: Xác định định tính độ ăn mòn của nhiên liệu diesel đối với

các chi tiết chế tạo tự động và được xác định theo phương pháp ASTM D130

Hàm lượng tro: Là lượng tro còn sót lại sau khi đốt diesel đến cháy hết, được

tính bằng phần trăm khối lượng so với lượng mẫu ban đầu Nói chung hàm lượng trocàng thấp càng tốt và được quy định ở dưới mức giới hạn cho phép Hàm lượng trođược xác định theo tiêu chuẩn ASTM D482 ( hoặc TCVN 2690 – 1995 )

An toàn về cháy nổ và không gây ô nhiễm môi trường: Được đánh giá qua

nhiệt độ chớp cháy Nhiệt độ chớp cháy là nhiệt độ thấp nhất ở điều kiện thường mẫunhiên liệu thí nghiệm bắt cháy ngay khi ngọn lửa xuất hiện và tự lan truyền một cáchnhanh chóng trên toàn bộ bề mặt mẫu Nhiệt độ chớp cháy cốc kín được xác định theoASTM D93

Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng nhiên liệu diesel theo ASTM

Chỉ tiêu Phương pháp xác định N0 1D N0 2D N0 4D

Nước và tạp chất, % vol, max D 1796 0.05 0.05 0.5

Nhiệt độ sôi 90%, 0C D 86 Max: 288 282 – 338

-Độ nhớt động học ở 400C, cSt D 445 1.3 – 2.4 1.9 – 4.1 5.5 – 24.0Cặn cacbon trong 10 % còn lại,

Hàm lượng tro, % mas, max D 482 0.01 0.01 2.00Hàm lượng lưu huỳnh, % mas,

-Tính lưu biến tốt : Để đảm bảo cấp nhiên liệu liên tục Yêu cầu này được đánh

giá bằng nhiệt độ đông đặc, nhiệt độ vẩn đục, tạp chất cơ học, hàm lượng nước và hàmlượng nhựa

Nhiệt độ đông dặc: Là nhiệt độ thấp nhất mà tại đó nhiên liệu vẫn giữ được tính

chất của chất lỏng Nhiệt độ đông dặc được xác định theo ASTM D97

Nước và tạp chất cơ học: Là một trong những chỉ tiêu quan trọng của nhiên liệu

diesel, có ảnh hưởng đến chất lượng, sức chứa và khả năng sử dụng Nước và tạp chấttrong diesel được xác định theo ASTM D1796

Hàm lượng nhựa thực tế: Sau khi ra khỏi nhà máy lọc dầu, nhiên liệu không

thể tránh khỏi việc tiếp xúc với không khí và nước nên dễ dàng tạo nhựa và cặn bẩngây tắc bầu lọc, làm bẩn buồng đốt và tắc hệ thống phun nhiên liệu Hàm lượng nhựaphải được quy định dưới giới hạn cho phép và được xác định theo phương pháp ASTMD381

Điểm sương: Đây là một chỉ tiêu quan trọng, nó cho biết nhiệt độ tại đó các tinh

thể sắp xuất hiện trong nhiên liệu ở điều kiện thí nghiệm xác định Điểm sương đượcxác định theo ASTM

Ít ăn mòn và có khả năng bảo vệ: Được đánh giá qua trị số axit, hàm lượng lưu

huỳnh, độ ăn mòn lá đồng và hàm lượng mercaoten Trị số axit được xác định theophương pháp ASTM D 974 ( hoặc TCVN 2695 – 1997) Trị số axit là thước đo đánhgiá hàm lượng các chất vô cơ và axit tổng cộng của nhiên liệu Nó giúp đánh giá mức

độ ăn mòn của các chi tiết kim loại khi tiếp xúc với nhiên liệu Để đảm bảo cho động

cơ hoạt động hiệu quả thì nhiên liệu diesel phải có những tính chất phù hợp với yêucầu của động cơ.

1.1.3 Các phương pháp nâng cao chất lượng của nhiên liệu diesel

Có nhiều cách để làm sạch diesel nhưng tập trung lại là 4 phương pháp sau:

Phương pháp pha trộn : Thực chất là pha trộn nhiên liệu diesel sạch và diesel

bẩn để thu được nhiên liệu diesel có chất lượng chấp nhận được Phương pháp này cóhiệu quả kinh tế không cao và chỉ có thể pha trộn trong giới hạn nhất định Thế nhưngtrên thực tế rất ít có dầu mỏ sạch ít lưu huỳnh và hydrocacbon mà chủ yếu là dầu mỏ cóhàm lượng lưu huỳnh cao và khí hydrocacbon nhiều nên phương pháp này không phổbiến rộng rãi được

Phương pháp hydro hóa : Cho hiệu quả rất cao , các hợp chất khí hydrocacbon

giảm xuống rất thấp nên nhiên liệu diesel rất sạch Tùy vậy phương pháp nào có đầu tưcao đến 60 – 80 triệu USD cho một dây chuyền hydro hóa nên hiệu quả kinh tế khôngcao

Phương pháp nhũ hóa diesel : Đưa nước vào diesel để tạo nhũ tương Loại

nhũ tương này có hàm lượng oxy cao nên quá trình cháy sạch hơn và nếu khả thi thìchẳng những giảm được ô nhiễm mà còn có giá trị kinh tế cao Tuy nhiên phương phápnày vẫn còn đang nghiên cứu trong phòng thí nghiệm

Phương pháp thứ tư: Đưa hợp chất chứa oxy vào nhiên liệu diesel và sản phẩm

thu được gọi là nhiên liệu diesel sinh học Dạng nhiên liệu này có nồng độ oxy cao, íttạp chất nên quá trình cháy hoàn toàn ít tạo cặn

Trong 4 phương pháp trên thì phương pháp thì phương pháp thứ tư được quantâm và tập trung và quan tâm nghiên cứu nhiều nhất vì đây là phương pháp xuất phát từnguyên liệu sinh học là nguồn nhiên liệu vô tận Hơn thế, khi cháy lại tạo ít khí độc hạinhư CO, SOx, H2S, Hydrocacbon thơm…chính là những chất gây ô nhiễm môi trường

Biodiesel là nhiên liệu sinh học điển hình, được điều chế từ dầu thực vật nhưdầu dừa,dầu bông, dầu hạt hướng dương,dầu cọ, dầu đậu nành…hoặc dầu mỡ động vật.Đây là những nguyên liệu không độc hại, có khả năng tự phân huỷ trong thiên nhiên,

có thể sản xuất qua ngành trồng trọt và chăn nuôi Ngoài ra, quá trình sản xuấtbiodiesel còn tạo ra sản phẩm phị glycerin có giá trị kinh tế cao, được sử dụng trongngành dược phẩm và mỹ phẩm

1.2 Tổng quan về biodiesel

1.2.1 Giới thiệu về biodiesel

Việc sử dụng dầu thực vật như một nhiên liệu thay thế để cạnh tranh với dầu mỏ

đã được bắt đầu từ thập kỷ 80 của thế kỷ trước Những ưu thế của dầu thực vật như cókhả năng tái sinh, hàm lượng lưu huỳnh thấp hơn, hàm lượng chất thơm ít hơn, dễ phânhuỷ trong tự nhiên, độ nhớt cao hơn và khả năng bay hơi thấp hơn…là không thể phủnhận Vấn đề chính liên quan đến việc hạn chế sử dụng trực tiếp dầu thực vật là độnhớt Dầu thực vật nhìn chung có độ nhớt cao gấp 10 – 20 lần nhiên liệu diesel N02D,ngoài ra còn tạo cặn trong động cơ Thậm chí có loại như dầu thầu dầu còn có độ nhớtcao hơn, gấp 100 lần nhiên liệu diesel N02D Do đó, người ta phải áp dụng một số biệnpháp đặc biệt để giải quyết vấn đề độ nhớt cao của dầu thực vật như pha loãng, nhũhoá, nhiệt phân, cracking xúc tác và metyl este hoá

Biodiesel là nguồn năng lượng sinh học có thể tái tạo, nó được sản xuất từ dầuthực vật, mỡ động vật và dầu vi tảo Tính chất của biodiesel gần như tương tự như dầudiesel, do đó nó trở thành một nguồn nhiên liệu hứa hẹn thay thế cho nhiên liệu diesel.Biodiesel có nhiều lợi ích chẳng hạn như nó có thể tự phân hủy, không độc hại, phátkhí thải thấp (bao gồm các chất có khả năng gây ung thư) và là một nguồn nhiên liệu

có thể tái tạo Ngoài ra, nó không góp phần vào sự gia tăng trong mức độ CO2 trongkhông khí , do đó giảm thiểu cường độ của hiệu ứng nhà kính

Biodiesel là nhiên liệu rất sạch, thay thế cho động cơ đốt trong khi nguồn nhiênliệu hoá thạch can kiệt, lại không làm suy yếu các nguồn lợi tự nhiên khác và có lợi sức

về khoẻ và môi trường Việc sản xuất biodiesel từ dầu thực vật và mỡ động vật khôngnhững giúp cân bằng sinh thái mà còn làm đa dạng hoá các dạng năng lượng cung cấpcho con người, góp phần đảm bảo an ninh năng lượng, giảm sự phụ thuộc vào nhiênliệu hoá thạch đồng thời đem lại lợi nhuận và việc làm cho người dân.

1.2.2 Tính chất của biodiesel

Biodiesel là các mon-alkyl este mạch thẳng được điều chế nhờ phản ứng traođổi este giữa dầu thực vật với các loại rượu mạch thẳng như metanol và etanol.Biodiesel có tính chất vật lý giống như nhiên liệu diesel Tuy nhiên các tính chất củakhí thải thì biodiesel tốt hơn dầu diesel

Chỉ số cetan: chỉ số cetan của biodiesel nói chung là khoảng 45 đến 70 so với

40 đến 52 của diesel Chỉ số cetan phụ thuộc vào cấu trúc của các acid béo trong dầuhoặc chất béo Mạch acid béo càng dài và càng bão hòa thì chỉ số cetan cao

Cấu trúc hóa học: biodiesel là sự kết hợp của một nhóm nhỏ các phân tử,

thường là este của axit béo của C12, C14, C16, C18 và C22, trong khi diesel là mộthỗn hợp phức tạp của một loạt hydrocacbon từ C12 đến C25, bao gồm parafin,napthenes và chất thơm, cũng như một loạt các nitơ và lưu huỳnh có chứa các hợp chấthữu cơ Biodiesel chủ yếu là este của hydrocarbon mạch thẳng , trong khi diesel cóvòng cấu trúc, chẳng hạn như các phân tử thơm

Hàm lượng oxy: biodiesel thường có chứa 11 % oxy, dẫn đến quá trình cháy tốt

hơn nhưng làm giảm năng lượng và làm cho biodiesel phân cực, do có các nhómhydroxyl(-OH) Diesel thì không chứa oxy

Tính chất nhiệt độ thấp: Đối với nhiên liệu diesel, mỗi thành phần có của nó

nhiệt độ kết tinh của riêng, do dó quá trình kết tinh là một quá trình dần dần trong khi

B 100 biodiesel là một hỗn hợp đơn giản hơn nhiều chỉ chứa một vài thành phần, chonên một hoặc hai thành phần chiếm ưu thế, và quá trình kết tinh diễn ra nhanh hơn vàkhó kiểm soát hơn

Độ dẫn: Biodiesel tinh khiết, do có độ phân cực nên dẫn điện tốt, hơn 500 pico

S/m do đó làm giảm nguy cơ gây ra tia lữa và cháy

Ăn mòn: Sự hấp thu nước cùng với sự hiện diện của oxy có xu hướng làm tăng

sự ăn mòn Khả năng ăn mòn tấm đồng tập trung vào sự hiện diện của các hợp chất lưuhuỳnh Lưu huỳnh và đặc biệt là hình thức ăn mòn của chúng trong biodiesel phải tuânthủ các giới hạn đặc điểm kĩ thuật của động cơ diesel

1.2.3 Ưu, nhược điểm của biodiesel

 Ưu điểm

Biodiesel có những ưu điểm lớn vượt trội so với diesel khoáng như sau:

An toàn cháy nổ: Biodiesel có nhiệt độ chớp cháy trên 1100C cao hơn so vớidiesel 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 SO2 Với đặc tính quý giá như vậy biodieselđựoc 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 khiếtthay cho biodiesel khoáng có thể làm giảm 93,6% nguy cơ mắc bệnh ung thư từ khíthải của diesel do biodiesel chứa rất ít các hợp chất thơm và lưu huỳnh nên quá trìnhcháy 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 giátrị gọi là HFRR (high frequency receiprocating rig) Giá trị này càng thấp thì khả năngbôi trơn của nhiên liệu càng tốt Diesel khoáng đã xử lý lưu huỳnh có HFRR ≥ 500 khikhông có phụ gia trong khi giới hạn đặc trưng của diesel là 450 Vì vậy diesel khoángcần 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 Khithêm 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 – 200C Cả nhữngnhiên liệu đã pha thêm phụ gia cũng vậy Sự kết tinh tạo parafin xảy ra trong khốinhiên liệu diesel sẽ gây trở ngại cho các đường ống dẫn và quá trình phun nhiên liệu.Khi đó cần thiết phải làm sạch hệ thống Còn đối với biodiesel, chỉ bị đông đặc khinhiệt 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 màbiodiesel rất thích hợp làm nhiên liệu cho máy móc ở những khu vực nhạy cảm nhưcác 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 đếnnguồn 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 sốxetan 56 – 58 Với giá trị như vậy biodiesel hoàn toàn đáp ứng được những yêu cầukhắt 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

 Nhược điểm

Tuy có những ưu điểm lớn kể trên,biodiesel vẫn còn có những nhược điểm khálớn như sau đây

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 quátrình sản xuất biodiesel còn tạo ra glyxerin là một chất có giá trị cao nên sẽ bù đắp chiphí 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

Chỉ tiêu đánh giá chất lượng biodiesel theo tiêu chuẩn ASTM D 6751

Hàm lượng lưu huỳnh sulfat, % khối

Hàm lượng lưu huỳnh, % khối lượng, max 0.05

Hàm lượng photpho, % khối lượng, max 0.001

Chỉ số acid, mg KOH/g nhiên liệu, max 0.8

Độ ăn mòn tấm đồng, 3 giờ, 50 0C < N 03

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 NOxcũng tăng theo Tuy nhiên có thể sử dụng bộ tuần hoàn khí thải để giảmlượng 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 sửdụng 100% biodiesel thì trong vòng 160 000 km các bộ phận bằng cao su bên trongđộng cơ phải được thay thế Để hạn chế nhược điểm này, các nhà chế tạo đã thay thếnhững 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 dụngvới biodiesel

1.2.4 Phương pháp tổng hợp biodiesel: phương pháp chuyển vị este

Quá trình chuyển hoá este tạo thành biodiesel còn được được gọi là quá trìnhrượu hoá, có nghĩa là từ một phân tử triglyxerit qua phản ứng mà tách ra glyxerinvà tạocác 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 sinhđược, dễ bị phân huỷ sinh học, ít bị ô nhiễm môi trường Nhưng metanol lại được sửdụng nhiều do giá thành thấp hơn và cho phép tách đồng thời glyxerin do nó là rượu cómạch ngắn nhất lại phân cực Quá trình sử dụng etanol có phức tạp hơn vì nó yêu cầulượng nước trong rượu và dầu rất thấp Ngoài ra, metyl este có năng lượng lớn hơn etyleste nên khả năng tạo cốc ở vòi phun thấp hơn Có ba phương pháp cơ bản đẻ sản xuấtbiodiesel từ dầu thực vật và mỡ động vật:

 Phương pháp trao đổi este có sử dụng xúc tác: 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, K2CO3, CH3ONa hoặc xúc tác dị thể nhưMgO, nhựa trao đổi cation Amberlyst 15, titanium silicat TIS… Xúc tác đồng thể

CH3ONa cho độ chuyển hoá cao nhất, thời gian phản ứng ngắn nhất nhưng với yêu cầukhông 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 cứuhoàn thiện

Kết quả thí nghiệm đối với các loại xúc tác khác nhau trong cùng điều kiện nhiệt

độ 600C, thời gian phản ứng 8h, trên cùng một loại dầu, cùng một tác nhân rượu hoá vàcùng tỷ lệ mol dầu/rượu như nhau sẽ cho độ chuyển hoá khác nhau Từ bảng số liệunày ta thấy độ chuyển hoá đạt cao nhất khi sử dụng xúc tác kiềm, còn các xúc tác dị thểcho 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 H2SO4, HCL… được sử dụngđồng thể trong pha lỏng Phương pháp xúc tác đồng thể đòi hỏi nhiều năng lượng chotinh chế sản phẩm Các xúc tác này cho độ chuyển hoá thành este cao nhưng nhiệt độphải đạt trên 1000C và thời gian dài đến 6 giờ mới đạt độ chuyển hoá hoàn toàn Chẳnghạn nếu sử dụng xúc tác H2SO4nồng độ 1% với tỷ lệ metanol/dầu là 30/l thì sau 50 giờ

và ở nhiệt độ 650C 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 cóđặc tính pha nền, đặc tính nhóm chức và đặc tính tập thể trong môi trường nước Cả haidạng lipaza nội bào và ngoại bào đều xúc tác một cách có hiệu quả cho quá trình traođổi ester của triglyxerit trong môi trường nước hoặc không nước Phản ứng trao đổiester sử dụng xúc tác enzym có thể vượt qua tất cả các trở ngại có thể gặp phải đối vớiquá trình chuyển hoá hoá học trình bày ở trên Những sản phẩm phụ như glyxerin vàmetanol có thể tách ra khỏi sản phẩm một cách dễ dàng, đồng thời các axit béo tự do cóchứa 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, quátrình 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 enzymlipaza 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 dụngenzym vào việc sản xuất biodiesel

 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 0K và P > 100Mpa.Phương pháp này có độ chuyển hoá cao, thời gian phản ứng ngắn nhất vàquá 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

 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 ítđược sử dụng