báo cáo thí nghiệm công nghệ hóa dầu

Sản xuất từ dầu mỏ Sản xuất từ nguyên liệu thực vật Có hàm lượng lưu huỳnh cao Hàm lượng lưu huỳnh cực thấp Chứa hàm lượng chất thơm Không chứa hàm lượng chất thơm Khó phân huỷ sinh học

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 3

TỔNG QUAN VỀ BIODIESEL 4

I Khái niệm nhiên liệu sinh học và biodiesel 4

II Các đặc tính hóa lý của biodiesel 4

1 Chỉ số cetan 4

2 Điểm đục 5

3 Điểm chảy 5

4 Điểm chớp cháy 5

5 Độ nhớt 5

III So sánh ưu, nhược điểm của biodiesel và diesel khoáng 6

1 Ưu điểm của biodiesel 7

2 Nhược điểm của biodiesel 8

IV Nguyên liệu sản xuất biodiesel 9

1 Dầu thực vật 9

2 Mỡ động vật 17

3 Dầu hạt cao su 17

V Giới thiệu các phương pháp tổng hợp biodiesel từ dầu thực vật 18

1 Phương pháp sấy nóng 18

2 Phương pháp pha loãng 18

3 Phương pháp cracking 19

4 Phương pháp nhũ tương hóa 19

5 Phương pháp siêu tới hạn 19

6 Phương pháp transeste hóa 19

VI Tổng hợp biodiesel từ dầu dừa bằng phương pháp transeste hóa 20

1 Tác nhân phản ứng 21

2 Xúc tác cho phản ứng tổng hợp biodiesel 23

3 Quá trình tổng hợp biodiesel dùng xúc tác bazơ 25

4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp biodiesel 27

5 Đặc điểm nổi bật của biodiesel sản xuất từ dầu dừa 28

6 Các thông số quan trọng của động cơ khi sử dụng biodiesel 30

THÍ NGHIỆM 31

I Chuẩn bị dụng cụ và hóa chất 31

1 Dụng cụ 31

2 Hóa chất 31

II Xác định tỷ lệ các tác chất 31

III Các bước tiến hành 32

IV Lắng và chiết tách sản phẩm 33

V Tinh chế sản phẩm 34

1 Trung hòa 34

2 Rửa Ester 34

3 Sấy ester 35

VI Kết quả thí nghiệm 35

VII Điều kiện thí nghiệm yêu cầu 35

VIII.Báo cáo 36

1 Phương pháp xác định độ nhớt động học (ASTM- D 445) của biodiesel 36

2 Kết quả thí nghiệm 36

3 Nhận xét 37

Việc sử dụng biodiesel làm giảm sự phụ thuộc của con người vào nguồn năng lượng khoáng đang dần cạn kiệt Bên cạnh đó, sử dụng biodiesel làm giảm đáng kể lượng khí thải độc hại như CO2,CO,NOx,SOx góp phần bảo vệ môi trường Chính vì những lợi ích như vậy nên biodiesel đã được nghiên cứu và đưa vào sử dụng ở nhiều nước trên thế giới, đặc biệt ở những nước phát triển

Không nằm ngoài xu hướng chung của thế giới, Việt Nam cũng đã tiến hành tổng hợp nguồn nguyên liệu sạch này để phục vụ nền kinh tế quốc dân Đã có nhiều đề tài nghiên cứu tổng hợp biodiesel từ các nguồn nguyên liệu có sẵn như dầu đậu nành, dầu mù

u, dầu cao su, mỡ cá thu được kết quả tốt

Thí nghiệm này là tổng hợp biodiesel từ dầu dừa trên xúc tác kiềm KOH bằng phản ứng este hóa

TỔNG QUAN VỀ BIODIESEL

I Khái niệm nhiên liệu sinh học và biodiesel

Nhiên liệu sinh học được định nghĩa là bất cứ loại nhiên liệu nào nhận được từ sinh khối Chúng bao gồm bioetanol, biodiesel, biogas, dimetylete sinh học và dầu thực vật Nhiên liệu sinh học được sử dụng nhiều hiện nay trong giao thông vận tải là etanol sinh học, diesel sinh học và xăng pha ethanol

Bảng 1: So sánh nhiên liệu sinh học và nhiên liệu khoáng

Sản xuất từ dầu mỏ Sản xuất từ nguyên liệu thực vật

Có hàm lượng lưu huỳnh cao Hàm lượng lưu huỳnh cực thấp

Chứa hàm lượng chất thơm Không chứa hàm lượng chất thơm

Khó phân huỷ sinh học Có khả năng phân huỷ sinh học cao

Không chứa hàm lượng oxy Có 11% oxy

Điểm chớp cháy cao Điểm chớp cháy cao

Biodiesel (BDF) là nhiên liệu sinh học dùng cho động cơ diesel được sản xuất từ dầu thực vật hay mỡ động vật Biodiesel thường được điều chế bằng phản ứng transeste chuyển đổi hoặc este hóa của các triglyxerit, axit tự do với rượu bậc nhất no, đơn chức chứa từ 1-8 nguyên tử C

Vì vậy biodiesel được xem là các alkyl este, thông dụng nhất là metyl este tạo thành từ dầu mỡ động, thực vật Các axit béo trong dầu mỡ có số nguyên tử C tương đương với trong dầu diesel, hơn nữa cấu trúc của các axit này là mạch thẳng nên có chỉ số cetan cao Đó chính là lý do chọn dầu thực vật, mỡ động vật làm nguyên liệu để sản xuất biodiesel

II Các đặc tính hóa lý của biodiesel

1 Chỉ số cetan

Chỉ số Cetan là đơn vị đo quy ước, dùng để đánh giá khả năng tự bắt cháy của các loại nhiên liệu diesel, có giá trị đúng bằng giá trị của hỗn hợp chuẩn có cùng khả năng tự bắt cháy Hỗn hợp chuẩn này gồm 2 hidrocacbon:

 n – cetan C16H34 là chất có khả năng bắt cháy cao nhất với chỉ số qui định là 100, khi đó “hỗn hợp” chứa 100% thể tích n-cetan

 α - metyl naphtalen C11H10 là chất khó bắt cháy nhất với chỉ số cetan qui định là 0 Những hợp chất có mạch thẳng thì dễ bắt cháy nên có chỉ số cetan cao, trong khi hợp chất vòng hoặc mạch nhánh thì có chỉ số cetan thấp hơn

Bản chất cháy của diesel trong động cơ là bị nén áp suất cao (tỷ số nén khoảng 14:1 đến 25:1) ở dạng đã phối trộn với oxy và có nhiệt độ cao thích hợp sẽ cháy và sinh công

Biodiesel cần có chỉ số cetan cao để đảm bảo quá trình cháy, nếu cao quá sẽ gây lãng phí nhiên liệu vì một số thành phần ở nhiệt độ cao trong xilanh sẽ phân hủy thành cacbon tự do (còn gọi là muội than) trước khi cháy, tuy nhiên nếu chỉ số cetan quá thấp sẽ

dễ gây ra hiện tượng kích nổ (do có nhiều thành phần khó bị oxy hóa đòi hỏi phải phun rất nhiều nhiên liệu vào xylanh mới xảy ra quá trình tự cháy, dẫn đến lượng nhiên liệu bị đốt cháy nhiều hơn yêu cầu, nhiệt lượng sinh ra rất lớn gây tăng mạnh áp suất, làm xylanh dễ

bị mòn và động cơ rung giật).Vì thế, chỉ số cetan là một trong những tiêu chuẩn đã được quy định theo từng quốc gia cho các loại nhiên liệu, trong đó có biodiesel Thông thường, với động cơ diesel chạy chậm (dưới 500 rpm), chỉ số cetan khoảng 45 đến 50, còn đối với động cơ chạy nhanh (đến 1000 rpm) chỉ cần trên 50

3 Điểm chảy

Điểm chảy là nhiệt độ mà toàn bộ thể tích của hỗn hợp chuyển pha từ thể rắn sang thể lỏng Điểm đục và điểm chảy là thông số được xác định nhằm dự đoán khả năng sử dụng của biodiesel ở nhiệt độ thấp

4 Điểm chớp cháy

Điểm chớp cháy là nhiệt độ mà ở đó hỗn hợp bắt đầu bắt lửa và cháy Chỉ số này dùng để phân loại nhiên liệu theo khả năng cháy nổ của chúng Điểm chớp cháy của metyl este tinh khiết là hơn 2000C, và metyl este được xếp loại vào những chất khó cháy Tuy nhiên, trong quá trình điều chế và tinh chế, methanol dư còn lẫn trong sản phẩm và làm hạ thấp điểm chớp cháy Điều này gây nguy hiểm khi điểm chớp cháy hạ xuống thấp Đồng thời methanol là chất ăn mòn thiết bị kim loại Do vậy điểm chớp cháy vừa được sử dụng như một tiêu chuẩn quản lý chất lượng biodiesel vừa để kiểm tra lượng methanol dư thừa

5 Độ nhớt

Độ nhớt thể hiện khả năng kháng lại tính chảy của chất lỏng Thông số này phụ thuộc vào sự ma sát của một phần chất lỏng khi trượt lên phần chất lỏng khác Độ nhớt của nhiên liệu càng cao càng không có lợi khi sử dụng vì nó làm giảm khả năng phân tán

khi được phun vào thiết bị để đốt cũng như làm tăng khả năng lắng cặn trong thiết bị Chính vì vậy người ta mới buộc phải chuyển các loại dầu mỡ động thực vật thành biodiesel rồi mới đem đi sử dụng vì biodiesel có độ nhớt thấp hơn nhiều

Ngoài ra còn có các chỉ số khác Tất cả các chỉ số hoá lý này được nghiên cứu và xây dựng thành tiêu chuẩn cụ thể cho biodiesel

Bảng 2: Chỉ số hóa lý của biodiesel

Tính chất Phương pháp thử Giới hạn Đơn vị Nhiệt độ chớp cháy

(phương pháp cốc kín) ASTM D 93 130 min 0C

Nước và cặn ASTM D 2709 0,05 max % thể tích

Độ nhớt động học ở 400

C ASTM D 445 1,9 – 6,0 mm2/s Tro Sulfat ASTM D 874 0,020 max % khối lượng

Sulfur tổng ASTM D 4294 - 99 0,05 max % khối lượng

Cặn Carbon ASTM D 4530 0,05 max % khối lượng

Hàm lượng Glyxerin tự

Hàm lượng Glyxerin tổng ASTM D 6854 0,24 max % khối lượng

III So sánh ưu, nhược điểm của biodiesel và diesel khoáng

Bảng 3: So sánh các tính chất của biodiesel và diesel khoáng

Bảng 4: So sánh nồng độ khí thải giữa diesel và biodiesel

b Hàm lượng lưu huỳnh thấp

Trong biodiesel hàm lượng lưu huỳnh rất thấp, khoảng 0,001% (diesel thường từ 0,05% – 0,25%) Đặc tính này của biodiesel rất tốt cho quá trình sử dụng nhiên liệu, vì nó làm giảm lượng đáng kể khí thải SOx gây ăn mòn thiết bị và gây ô nhiễm môi trường

 Không chứa hydrocarbon thơm nên không gây ung thư

 Có khả năng tự phân hủy, không độc

 Do trong thành phần có nhiều oxi nên quá trình cháy gần như xảy ra hoàn toàn và lượng cặn và muội giảm đáng kể

 Giảm lượng khí thải độc hại và nguy cơ mắc bệnh ung thư

d Khả năng bôi trơn cao nên giảm mài mòn

Biodiesel có khả năng bôi trơn trong rất tốt Theo kết quả nghiên cứu cho thấy biodiesel có khả năng bôi trơn tốt hơn diesel Khả năng bôi trơn của nhiên liệu được xác

định bằng phương pháp ASTM D6079 đặc trưng bởi giá trị HFRR (High Frequency Receiprocating Rig) Giá trị HFRR càng thấp thì khả năng bôi trơn của nhiên liệu càng tốt Diesel khoáng có giá trị HFRR giới hạn đặc trưng là 450 còn dầu diesel đã xử lý lưu huỳnh có giá trị HFRR ≥ 500 khi không có phụ gia Vì vậy, diesel yêu cầu phải có phụ gia

để tăng khả năng bôi trơn Ngược lại, giá trị HFRR của biodiesel khoảng 200 Vì vậy, biodiesel là phụ gia rất tốt đối với nhiên liệu diesel thông thường để tăng khả năng bôi trơn

e An toàn về cháy nổ tốt hơn

Biodiesel có nhiệt độ chớp cháy cao trên 110oC, cao hơn nhiều so với diesel khoáng (dầu diesel khoảng 60 - 80oC), vì vậy tính chất nguy hiểm của nó thấp hơn, an toàn hơn trong việc tồn chứa và vận chuyển

f Nguồn nguyên liệu cho tổng hợp hóa học

Ngoài việc được sử dụng làm nhiên liệu, cá alkyl este của axit béo còn là nguồn nguyên liệu quan trọng cho ngành công nghệ hóa học, sản xuất các rượu béo, ứng dụng trong dược, mỹ phẩm

g Về kinh tế

 Sử dụng nhiên liệu Biodiesel ngoài vấn đề giải quyết ô nhiễm môi trường nó còn thúc đẩy ngành nông nghiệp phát triển, tận dụng tiềm năng sẵn có của ngành nông nghiệp như dầu phế thải, mỡ động vật, các loại dầu khác ít có giá trị sử dụng trong thực phẩm

 Đồng thời đa dạng hoá nền nông nghiệp va tăng thu nhập ở vùng miền nông thôn

 Hạn chế nhập khẩu nhiên liệu diesel, góp phần tiết kiệm cho quốc gia một khoản ngoại tệ lớn

2 Nhược điểm của biodiesel

a Hàm lượng NO x cao trong khí thải Đây là nhược điểm đang được nghiên cứu

khắc phục

b Nhiệt trị không cao

Nhiệt trị của nhiên liệu biodiesel nhỏ hơn của nhiên liệu khoáng 5-8%, do đó nếu

sử dụng cùng một lượng nhiên liệu thì động cơ sử dụng nhiên liệu biodiesel cho công suất thấp hơn

Biodiesel thu được từ dầu thực vật đắt hơn so với nhiên liệu diesel thông thường Nhưng trong quá trình sản xuất biodiesel có thể tạo ra sản phẩm phụ là glyxerin, một chất

có tiềm năng thương mại lớn có thể bù lại phần nào giá cả cao của biodiesel

f Quy trình sản xuất biodiesel không đảm bảo

Hiện nay biodiesel thường được sản xuất chủ yếu theo mẻ Kết quả cho năng suất thấp, chất lượng sản phẩm cũng như các điều kiện phản ứng không ổn định Biodiesel nếu rửa không sạch thì khi sử dụng vẫn gây các vấn đề về ô nhiễm mạnh do vẫn còn xà phòng, kiềm dư, methanol và glyxerin tự do

Vì vậy, chúng ta nên áp dụng quá trình sản xuất liên tục để đạt hiệu quả cao trong tổng hợp biodiesel và sản phẩm biodiesel phải đạt tiêu chuẩn ASTM D6751

IV Nguyên liệu sản xuất biodiesel

1 Dầu thực vật

Các nguyên liệu dầu thực vật để sản xuất diesel sinh học là: dầu đậu nành, dầu bông, dầu cọ, dầu dừa, dầu jatropha…tùy vào điều kiện từng nước mà diesel sinh học được sản xuất từ nhiều nguồn nguyên liệu khác nhau

Nguyên liệu tổng hợp biodiesel gồm có dầu thực vật ăn được bao gồm cả tảo, dầu thải hoặc đã qua sử dụng và dầu thực vật không ăn được với thành phần hóa học chủ yếu

là triglyxerit Hơn 95 % biodiesel hiện nay được sản xuất từ dầu thực vật ăn được

Dầu thực vật sử dụng cho quá trình tổng hợp diesel sinh học phải có chỉ số axit thấp hơn 2 mg KOH/g dầu Đối với dầu đã được tinh chế thì có thể sử dụng ngay để tiến hành phản ứng Nhưng đối với dầu thực vật thô hay dầu thải có chỉ số axit cao và nhiều các tạp chất hữu cơ khác thì phải tiến hành xử lý để loại bớt thành phần axít béo và các tạp chất bằng cách trung hòa kiềm

a Phân loại dầu thực vật

Dựa vào chỉ số Iốt, người ta chia dầu thực vật ra 3 nhóm:

 Nhóm dầu không khô (dầu axit béo bão hòa): Đó là các loại dầu có chỉ số Iốt thấp dưới 95 như dầu dừa, dầu cọ, dầu phộng, dầu ôliu

 Nhóm dầu nửa mau khô: Gồm các dầu có chỉ số Iốt từ 95 đến khoảng 130 như dầu cao su, dầu mè, dầu hướng dương, dầu đậu nành, dầu cải dầu, dầu bông, dầu bắp

 Nhóm mau khô: Gồm các dầu có chỉ số Iốt trên 130 như dầu lanh, dầu trẩu

b Thành phần hóa học của dầu thực vật

Thành phần hóa học dầu thực vật nói chung gồm 95% các triglyxerit và 5% các axid béo tự do

Triglyxerit là trieste của các axit béo khác nhau với glyxerin Công thức cấu tạo của triglyxerit này là

R1

R3

R2COO CH

COO CHCOO CH

2

2Trong đó R1, R2, R3 là các gốc alkyl của axit béo Các gốc R này có thể no hặc không no, thường chứa từ 8 đến 22 nguyên tử cacbon Nếu trong phân tử triglyxerit ba gốc axit này giống nhau người ta gọi là triglyxerit đồng nhất, còn nếu khác nhau thì gọi là triglyxerit hỗn tạp Các loại dầu thực vật khác nhau thì có thành phần và chủng loại triglyxerit khác nhau, nhưng đa phần là triglyxerit hỗn tạp

Một trong những thành phần khác của dầu thực vật là các axit béo tự do Axit béo

có trong dầu thực vật thường có cấu tạo mạch thẳng, có thể no và không no Hàm lượng các axit béo này cũng khác nhau tuỳ thuộc vào từng loại dầu

Glyxerin cũng tồn tại trong dầu thực vật, nhưng ở dạng tự do thì thành phần của chúng rất nhỏ Glyxerin có thể thu được khi thuỷ phân triglyxerit, và là một sản phẩm phụ rất có giá trị Bên cạnh các thành phần chủ yếu như thế thì dầu thực vật còn chứa nhiều các hợp chất khác như sáp, nhựa, chất màu, các photphatit, tiền tố và sinh tố…

c Tính chất vật lý của dầu thực vật

 Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ đông đặc

Vì dầu thực vật có thành phần không đồng nhất, nó là hỗn hợp của nhiều chất khác nhau nên nhiệt độ nóng chảy và đông đặc của chúng không có một giá trị nhiệt độ xác định mà là một khoảng nhiệt độ Với mỗi loại dầu khác nhau thì các giá trị đó cũng khác nhau Đối với các loại dầu chứa nhiều axit béo hay gốc axit béo no thì thường có khoảng nhiệt độ nóng chảy hay đông đặc cao hơn so với loại dầu chứa các gốc axit béo hay axit béo không no

 Tính tan

Dầu thực vật có thành phần chủ yếu là các chất không phân cực nên chúng không tan trong nước, tan ít trong rượu và tan rất tốt trong dung môi không phân cực như n-hexan, xăng, benzen…Độ tan của dầu vào trong dung môi phụ thuộc vào nhiệt độ Khi hoà tan một số loại dầu vào dung môi, ta cần kết hợp gia nhiệt để nâng cao độ tan của chúng

 Màu sắc

Màu sắc của dầu do các hợp chất màu trong dầu quyết định Dầu tinh khiết không

có màu Nếu dầu chứa nhiều carotenoit thì thường có màu vàng, dầu chứa clorofin sẽ có màu xanh…Đôi khi, với những loại dầu chứa những gốc axit béo không no, trong quá trình bảo quản có thể bị oxy hoá tạo màu sắc khác so với màu dầu gốc

 Khối lượng riêng

Khối lượng riêng của dầu thực vật thường nằm trong khoảng d20= 0,907 ÷ 0,971,

do đó dầu nhẹ hơn nước và nổi trên bề mặt nước Dầu có các gốc axit càng nhiều cacbon

và càng no thì tỷ trọng càng lớn

d Tính chất hóa học của dầu thực vật

Thành phần hóa học của dầu thực vật chủ yếu là các triglyxerit, một loại este của axit béo và glyxerin nên chúng có đầy đủ tính chất của một este điển hình

 Phản ứng trao đổi este

Trong môi trường có các xúc tác vô cơ như axit H2SO4, HCl hay các xúc tác basơ như NaOH, KOH các este trong dầu thực vật có thể tiến hành este hoá trao đổi với các rượu bậc 1 như metylic, etylic…tạo thành các este axit béo với các rượu tương ứng và glyxerin Với R là gốc hydrocacbon của rượu, phản ứng dạng tổng quát như sau:

2

2+

R1

R2

R3

COORCOORCOOR

CHCHCH2

2

OHOHOH

+3ROH

Phản ứng này là phản ứng cơ bản để tổng hợp biodiesel Este của các axit béo với rượu bậc một có thể thay thế nhiên liệu diesel trong các động cơ diesel, giảm thiểu một cách đáng kể lượng khí độc hại thải ra môi trường

 Phản ứng thuỷ phân :

Ở điều kiện nhiệt độ, áp suất và xúc tác nhất định (thường là xúc tác axit, ensym)

sẽ xảy ra phản ứng thuỷ phân este lần lượt tạo thành các diglyxerit và monoglyxerit, cuối cùng là axit béo và glyxerin Đây là các phản ứng thuận nghịch:

2

2HO

HO

R3 COOH

+ +

Phản ứng tổng quát có thể viết như sau:

2

2+

R1

R2

R3

COOHCOOHCOOH

CHCHCH2

2

OHOHOH

+3H2O

 Phản ứng cộng hợp:

Phản ứng này có tác dụng cộng hydro vào các nối đôi trên dây carbon của axít béo với sự hiện diện của chất xúc tác thích hợp nhằm làm giảm số nối đôi trên mạch carbon, làm cho dầu ổn định hơn, hạn chế được quá trình oxy hóa Ngoài ra phản ứng này còn có tác dụng giữ cho dầu không bị trở mùi khi bảo quản

+ Cộng hợp hiđro : khi có mặt xúc tác Ni và dưới áp suất nhiệt độ cao, các gốc axit

béo không no trong dầu thực vật có thể cộng hợp với hiđro để tạo thành các gốc axit béo

no Quá trình no hóa dầu thực vật thường làm tăng độ nhớt và làm rắn đặc dầu thực vật

+ Cộng hợp halogen : dầu thực vật có thể tác dụng với halogen ở những liên kết

chưa no trong gốc axit

 Phản ứng oxy hoá :

Các liên kết đôi trong gốc axít chưa no của dầu thực vật rất dễ bị oxy hoá Tuỳ thuộc vào chất oxy hoá và môi trường oxy hoá mà tạo ra các sản phẩm như peroxyt, xetoaxit…hay đứt mạch tạo thành các chất có phân tử lượng nhỏ hơn Quá trình oxy hoá

có thể xảy ra khi dầu thực vật tiếp xúc trực tiếp với không khí và làm cho dầu bị biến chất, giảm chất lượng

Sự ôi chua của dầu : Do trong dầu có lẫn nước, vi sinh vật và các loại men…nên

trong quá trình bảo quản thường xẩy ra các phản ứng biến đổi phân huỷ làm ảnh hưởng đến màu sắc, mùi vị mà người ta gọi là sự ôi chua của dầu.Nó bắt nguồn từ phản ứng cộng vào các nối đôi hay xen vào C đối với nối đôi để tạo thành các hydroperoxit Các hydroperoxit này tiếp tục phân hủy để tạo ra sản phẩm sau cùng như các hợp chất carbonyl, aldehyt, aceton, alcol

e Các chỉ tiêu quan trọng của dầu thực vật

Để biểu thị tính chất và cấu tạo của từng loại dầu, người ta thống nhất quy định một số chỉ tiêu có tính chất đặc trưng cho dầu thực vật Những chỉ số này có thể giúp ta đánh giá sơ bộ phẩm chất của dầu thực vật, đồng thời giúp quá trình tính toán được thuận lợi

 Chỉ số xà phòng hoá (SV) : là số miligam KOH cần thiết để trung hoà và xà phòng hoá hết 1g dầu Thông thường dầu thực vật có chỉ số xà phòng hoá khoảng 170-260 Chỉ

số này càng cao thì dầu chứa càng nhiều axit béo phân tử lượng thấp và ngược lại

 Chỉ số axit (AV) : là số miligam KOH cần thiết để trung hoà hết lượng chất béo tự

do có trong 1g dầu Chỉ số axit của dầu thực vật không cố định, dầu càng biến chất và bị oxi hoá thì chỉ số axit càng cao

 Chỉ số iốt (IV) : là số gam Iốt cần thiết tác dụng hết với 100g dầu (Is) Chỉ số Iốt biểu thị mức độ không no của dầu Nếu chỉ số này càng cao thì dầu thực vật càng chứa nhiều các gốc axit béo không no và ngược lại

 Tỷ trọng của dầu: là một đại lượng đặc trưng cho độ nặng nhẹ của dầu, được đo bằng khối lượng trên một đơn vị thể tích nguyên liệu

 Độ nhớt: là một đại lượng vật lý đặc trưng cho trở lực do ma sát nội tại sinh ra giữa các phân tử khi chúng có sự chuyển động trượt lên nhau Vì vậy, độ nhớt có liên quan đến khả năng thực hiện các quá trình bơm, vận chuyển chất lỏng trong các hệ đường ống Độ nhớt động học được xác định theo phương pháp ASTM D445 (TCVN 3171-1995)

Bảng 5: Các tính chất vật lý và hoá học của một số loại dầu thực vật

Dầu bông 33,7 0,25 33,7 39,4 0,02 0,01 113,2 207,71 Dầu nho 37,3 0,31 37,5 39,7 0,006 0,01 108,05 197,07 Dầu hướng dương 34,4 0,28 36.7 39,6 0,01 0,01 132,32 191,7 Dầu vừng 36,0 0,25 40,4 36,4 0,002 0,01 91,76 210,34 Dầu nành 28,0 0,24 27,6 39,3 0,01 0,01 156,74 188,71 Dầu thầu dầu 33,1 0,24 38,1 36,6 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 Trong đó :

AC : Hàm lượng tro, % khối lượng

SC : Hàm lượng lưu huỳnh, % khối lượng

IV : Chỉ số iot, g I2/g dầu

SV : Chỉ số xà phòng, mg KOH/g dầu

f Một số loại dầu thực vật thông dụng

 Dầu đậu nành : Dầu đậu nành được chiết xuất từ hạt đậu nành Cây đậu nành là

loại cây trồng rất phổ biến ở nhiều nơi trên thế giới, đặc biệt ở Bắc Mỹ Dầu tinh khiết có

màu vàng sáng, thành phần axit béo chủ yếu là axit lioleic (50÷57%), oleic (23÷29%) Dầu đậu nành được dùng nhiều trong thực phẩm Nó được dùng chủ yếu làm dầu rán, dầu

ăn Bên cạnh đó, từ dầu đậu nành có thể tách ra được lexetin dùng trong dược liệu, trong sản xuất bánh kẹo Ngoài ra dầu đậu nành có thể dùng để sản xuất xà phòng, vecni, sơn và

là nguyên liệu lý tưởng và rất thông dụng để sản xuất biodiesel

 Dầu dừa : Dừa là một loại cây nhiệt đới được trồng nhiều ở Châu Mỹ La Tinh,

Châu Phi, Đông Nam Á, ấn Độ Trong vùng Đông Nam Á thì Philipin là nước nổi tiếng

về trồng và xuất khẩu dầu dừa Ở Việt Nam dừa được trồng rất nhiều ở các vùng Nam Trung Bộ như Bình Định, Phan Thiết…Dừa là cây sinh trưởng lâu năm, thích hợp với khí hậu nóng ẩm và có thể trồng được ở những vùng đất mặn, chua Dầu dừa được chiết từ cơm dừa, có chứa các axit béo no mạch trung bình như axit lauric (44÷52%), myristic (13÷19%), panmitic(7,5÷10,5%) Hàm lượng các axit béo không no trong dầu dừa rất ít Dầu dừa sử dụng nhiều để chế biến thực phẩm, sản xuất macgarin và là nguyên liệu tốt để sản xuất xà phòng và biodiesel

 Dầu cọ : Cọ là một loại cây nhiệt đới được trồng nhiều ở Chilê, Ghana, Tây Phi và

một số nước Châu Á Ở khu vực Đông Nam Á thì Malaysia là nước trồng và xuất khẩu nhiều dầu cọ nhất Ở Việt Nam, cọ được trồng chủ yếu ở vùng trung du phía Bắc với diện tích không nhiều Từ cây cọ có thể sản xuất được dầu nhân cọ và dầu cùi cọ Đây là hai loại dầu khác nhau có những ứng dụng khác nhau Dầu cùi cọ có màu vàng được dùng để

ăn trực tiếp hay chế biến thành bơ, mỡ thực vật Dầu cùi cọ có chứa nhiều caroten nên còn được dùng để sản xuất tiền sinh tố A Dầu nhân cọ dùng để sản xuất bánh kẹo Cả hai loại dầu này đều có thể dùng để nấu xà phòng hay để tổng hợp biodiesel

 Dầu sở : Cây sở là một loại cây lâu năm được trồng nhiều ở vùng nhiệt đới Ở

nước ta, sở được trồng nhiều ở các tỉnh trung du phía bắc Thành phần axit béo của dầu sở bao gồm axit oleic (>60%), axit lioleic (15÷24%) và axit panmitic (15÷26%) Dầu sở sau khi tách saposin dùng là dầu thực phẩm rất tốt Dầu sở là nguyên liệu tốt trong công nghiệp sản xuất xà phòng hay tổng hợp biodiesel

 Dầu bông : Bông là loại cây trồng một năm Trong dầu bông có sắc tố carotenoit

và đặc biệt là gossipol và các dẫn xuất của nó làm dầu bông có màu đặc biệt: màu đen hoặc màu sẫm Gossipol là một độc tố mạnh nên muốn chuyển dầu bông thành dầu thực phẩm phải tách gossipol ra bằng phương pháp tinh chế dùng kiềm hay axit antranilic Trong dầu bông có chứa nhiều axit béo no panmitic nên ở nhiệt độ phòng nó ở thể rắn Bằng cách làm lạnh dầu người ta có thể tách được axit panmitic dùng để sản xuất macgarin và xà phòng Dầu bông cũng có thể dùng để sản xuất biodiesel

 Dầu hướng dương : Hướng dương là loại cây một năm và được trồng rất nhiều ở

xứ lạnh như các nước ở Châu Âu, Châu Á, Bắc Mỹ và đặc biệt ở Liên Xô (chiếm 90% sản lượng thế giới) Dầu có mùi vị đặc trưng và có màu vàng sáng tới đỏ Dầu hướng dương

có chứa nhiều protein nên là một loại thực phẩm rất quý Dầu hướng dương cũng là nguyên liệu tốt để tổng hợp biodiesel

 Dầu thầu dầu : Dầu thầu dầu hay còn gọi là dầu ve được lấy từ hạt quả của cây

thầu dầu Cây thầu dầu được trồng nhiều ở vùng có khí hậu nhiệt đới Những nước sản xuất dầu thầu dầu là Braxin (36%), ấn Độ ( 6%), Trung Quốc, Liên Xô cũ, Thái Lan Tại Việt Nam, thầu dầu được trồng nhiều ở vùng trung du Bắc Bộ, Thanh Hoá, Nghệ Tĩnh Tuy nhiên dầu thầu dầu ở Việt Nam vẫn còn nhập từ Trung Quốc Dầu thầu dầu là loại dầu không khô, chỉ số axit từ 80÷90, tỷ trọng lớn, tan trong ankan, không tan trong xăng

và dầu hoả Hơn nữa, do độ nhớt cao của dầu thầu dầu so với các loại dầu khác nên ngay

từ đầu dầu thầu dầu đã được sử dụng trong công nghiệp dầu bôi trơn Hiện nay dầu thầu dầu vẫn là một trong các loại dầu nhờn cao cấp dùng trong động cơ máy bay, xe lửa và các máy có tốc độ cao, trong dầu phanh…Dầu thầu dầu được dùng trong nhiều lĩnh vực như y tế (làm thuốc tẩy và thuốc nhuận tràng), công nghiệp mỹ phẩm và hương liệu, công nghiệp chất dẻo, công nghiệp giấy (làm giấy than, giấy nến và mực in), công nghiệp dệt nhuộm, công nghiệp sơn, dùng trong thuộc da và cũng có thể dùng để tổng hợp biodiesel

Nói chung, hầu hết các loại dầu thực vật thông dụng đều có thể dùng để tổng hợp biodiesel Tuy nhiên, phụ thuộc vào hàm lượng axit béo tự do khác nhau trong từng loại dầu mà đòi hỏi quá trình xử lý và tinh chế khác nhau Ở mỗi vùng, mỗi quốc gia có thế mạnh về trồng loại cây lấy dầu nào thì có thể tổng hợp biodiesel từ dầu của loại cây trồng

ấy Nước ta rất có thế mạnh về các loại cây như dừa, đậu nành và thầu dầu, vì vậy cần đầu

tư và quy hoạch vùng trồng trọt, sản xuất để đảm bảo lượng nguyên liệu cho quá trình sản xuất biodiesel vốn sẽ phát triển rất mạnh trong tương lai gần

Bảng 6: Năng suất thu dầu của các loại cây phổ biến trong sản xuất biodiesel

g Vài nét về dầu dừa

Dầu dừa là chất lỏng màu vàng nhạt, kết tinh và đông đặc khi nhiệt độ giảm xuống dưới 250

C cho ta chất rắn dạng sáp mềm màu trắng Thành phần các gốc axit béo trong triglyxerit của dầu dừa như sau:

Bảng 7: Thành phần các gốc axit béo trong dầu dừa

Thành phần

Kí hiệu (Số nguyên tử C/

C Nhiệt độ lưu chuyển 200

C

C Chỉ số xà phòng hóa 246÷260

Ngoài ra, dầu dừa còn là một chất dẫn nhiệt hiệu quả, có khả năng bôi trơn cao, hòa trộn tốt với các loại nhiên liệu khác (diesel, kerosen) và có thể chuyển hóa sang nhiên liệu biodiesel một cách dễ dàng

Dầu dừa có thể sử dụng trực tiếp làm nhiên liệu cho động cơ diesel So với các loại dầu thực vật khác, dầu dừa có ưu điểm là chỉ số Iốt rất thấp (từ 8-10) Chỉ số Iốt là thông

số phản ánh hàm lượng hidrocacbon không no trong nhiên liệu Đây là một thông số quan trọng của dầu thực vật quyết định xem liệu loại dầu thực vật đó có thể sử dụng trực tiếp

làm nhiên liệu cho động cơ diesel hay không Đối với các loại dầu thực vật có chỉ số Iốt nhỏ hơn 25 có thể dùng trực tiếp làm nhiên liệu mà không phải thay đổi cấu tạo của động

cơ, với các loại dầu có chỉ số Iốt lớn hơn thì khả năng trùng hợp tăng do hàm lượng các hiđrocacbon không no trong dầu lớn, do đó việc sử dụng trực tiếp làm nhiên liệu cho động

cơ bị hạn chế hay động cơ phải thay đổi cấu tạo một số chi tiết (vòi phun, bầu lọc…) mới

có thể thích hợp cho việc sử dụng những loại dầu thực vật đó Như vậy chỉ có dầu dừa mới có thể có chỉ số Iốt phù hợp để sử dụng trực tiếp làm nhiên liệu cho động cơ diesel, tuy nhiên nhiệt độ nóng chảy cao (24-250C) đã hạn chế việc sử dụng dầu dừa làm nhiên liệu ở các vùng có nhiệt độ thấp

Để sử dụng dầu dừa trực tiếp làm nhiên liệu cho động cơ diesel, ngoài việc nhiệt độ môi trường phải cao hay có cách gia nhiệt cưỡng bức để giữ cho dầu dừa luôn ở thể lỏng, người ta phải thay đổi chế độ chạy của động cơ Khi khởi động và kết thúc động cơ sẽ sử dụng nhiên liệu diesel, khi chạy ổn định sẽ chuyển sang dùng nhiên liệu dầu dừa Vì quá trình hoạt động này khá phức tạp nên người ta có thể trộn một phần dầu dừa vào diesel hoặc kerosen để làm nhiên liệu cho động cơ Các nghiên cứu đã chứng minh rằng nếu trộn dưới 20% dầu dừa vào nhiên liệu thì vẫn đảm bảo được chế độ hoạt động của động cơ mà không phải thay đổi cấu tạo Tuy nhiên nếu xét trong một thời gian dài thì loại nhiên liệu

sử dụng trực tiếp dầu dừa này vẫn mang đến những vấn đề xấu cho động cơ như lượng cặn bám vào vòi phun, tắc bầu lọc, giảm khoảng nhiệt độ hoạt động của nhiên liệu…mà lý

do chính vẫn là độ linh động kém của loại dầu này

Chính vì vậy một vấn đề đặt ra là phải giảm độ nhớt, giảm nhiệt độ đông đặc của dầu dừa bằng một phương pháp nào đó mà vẫn đảm bảo khả năng sử dụng làm nhiên liệu cho động cơ Và phương pháp tổng hợp biodiesel đi từ dầu dừa đã giải quyết triệt để vấn

 Mỡ động vật dưới nước chứa hàm lượng axit béo không no thuộc nhóm omêga-3 tương đối lớn, ở thể lỏng trong điều kiện nhiệt độ thường

3 Dầu hạt cao su

Cây cao su (danh pháp khoa học là Hevea brasiliensis) là một loài cây thân gỗ thuộc họ Đại kích (Euphorbiaceae)

Nhân hạt cao su ( chiếm 50 ÷ 60% hạt) chứa 40 ÷ 50 % (khối lượng hạt) là dầu có màu nâu Hạt cao su có hình elipxoid với nhiều kích cỡ, dài 2.5 ÷ 3 cm Hạt bóng, nặng 2

÷ 4 g/hạt, trên hạt có các chấm nâu

Thành phần dầu cao su thu được:

 Chứa trên 90% gốc Axit có mạch C18 và phân tử lượng khoảng 870 ± 10, Kg/m3

 Chỉ số Iot 130 ± 5 g I2/ 100g

 Chỉ số xà phòng 185 ± 5 mg KOH/g

 Chỉ số axit 50 ± 5 mg KOH/g

Axit trong dầu hạt cao su gồm 2 nhóm chính:

 Axit béo bão hòa:

V Giới thiệu các phương pháp tổng hợp biodiesel từ dầu thực vật

Để sản xuất biodiesel cần áp dụng các phương pháp xử lí để tính chất của nó gần với nhiên liệu diesel Sự khác nhau cơ bản của dầu thực vật so với nhiên liệu diesel chính

là độ nhớt Ảnh hưởng của độ nhớt cao làm cho hệ thống cấp nhiên liệu của động cơ làm việc không bình thường, nên chất lượng của quá trình phun và cháy kém hơn Do chất lượng của quá trình phun và cháy kém nên các chỉ tiêu của động cơ diesel sẽ kém đi khi

sử dụng dầu thực vật Vì lý do trên, trong số các giải pháp xử lý dầu thực vật để tính chất của nó gần với diesel thì các giải pháp làm giảm độ nhớt được quan tâm trước tiên

1 Phương pháp sấy nóng

Hiện ít sử dụng vì không thích hợp, cần có nhiệt độ trên 800C

2 Phương pháp pha loãng

Đây là phương pháp đơn giản, dễ dàng thực hiện ở mọi qui mô Pha trộn được tiến hành bằng phương pháp cơ học, không đòi hỏi thiết bị phức tạp, hỗn hợp nhận được bền vững và ổn định trong thời gian dài Nhược điểm của phương pháp này là khi tỷ lệ dầu