TỔNG QUAN về NGUYÊN LIỆU dầu mỡ KHÔNG ăn được CHO sản XUẤT BIODIESEL

• Do có tính năng tượng tự như dầu Diesel nên nhìn chung khi sử dụng không cần cải thiện bất kì chi tiết nào của động cơ riêng đối với các hệ thống ống dẫn, bồn chứa làm bằng nhựa ta phả

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

Danh sách nhóm 4

KHÁI QUÁT DIESEL

GIỚI THIỆU BIODIESEL

Tổng quan về biodeisel

Tổng quan về biodeisel

Khái niệm về nhiên liệu diesel

• Được sáng chế bởi nhà bác học Rudolf Diesel.

• Nhiên liệu lỏng có nguồn gốc từ dầu mỏ, phân đoạn có nhiệt độ sôi 250 - 350oC.

• Chứa các hydrocacbon có số cacbon từ C10 đến C22.

• Thành phần chủ yếu: n-parafin, iso-paraffin.

• Làm nhiên liệu cho một động cơ đốt trong tự bắt cháy.

Nhu cầu sử dụng nhiên liệu trên thế giới và Việt Nam

• Trên thế giới, nhiên liệu tiêu thụ năm 2020 ≈ 13,6 tỉ tấn dầu quy đổi (năm 2000 là 9,1 tỉ tấn) Trong đó, nhiên liệu hóa thạch chiếm tới 90% (dầu mỏ 35%, khí tự nhiên 30%, than đá 26%,… ) Mức tiêu thụ dầu mỏ vào năm 2020 tự đoán là

Yêu cầu chất lượng nhiên liệu diesel

Yêu cầu chất lượng nhiên liệu diesel

• Trị số xetan phù hợp (ASTM D 613)

• Thành phần chưng cất phân đoạn (ASTM D 86)

• Độ nhớt động học (ASTM D 445)

• Nhiệt độ đông đặc (ASTM D 97)

• Nước và tạp chất cơ học (ASTM D 1796)

• Hàm lượng nhựa thực tế (ASTM D 381)

• Hàm lượng tro (ASTM D 482)

• Hàm lượng lưu huỳnh (ASTM D 129)

• Độ ăn mòn lá đồng (ASTM D 130)

• An toàn về cháy nổ (ASTM D 93)

Các phương pháp nâng cấp chất lượng nhiên liệu diesel

• Phương pháp pha trộn: nhiên liệu sạch + kém sạch Không khả thi.

• Phương pháp hydro hóa làm sạch: vốn đầu tư cao.

• Phương pháp nhũ hóa nhiên liệu diesel: tạo nhũ tương bằng cách đưa nước vào Chưa được ứng dụng thực tế.

• Dùng kết hợp với biodiesel: dạng nhiên này có nồng độ oxy cao, ít tạp chất nên quá trình cháy sạch, ít tạo cặn, khói thải độc hại (COx, SOx, H2S, hydrocabon thơm…) Hơn nữa, biodiesel được sản xuất từ nguồn nguyên liệu sinh học, đó là một nguồn nguyên liệu vô tận, tái tạo được, dễ phân hủy.

Lịch sử hình thành

Lịch sử hình thành

 Khoảng giữa năm 1800, biodiesel bắt đầu được sản xuất

 10/08/1893 lần đầu tiên rudolf diesel đã sử dụng biodiesel do ông sáng chế

để chạy máy

 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)

Rudolf Christian Karl Diesel (1858–1913)

Ưu điểm

Về mặt kỹ thuật

• Có chỉ số cetan cao hơn Diesel.

• Biodisel rất linh động có thể trộn với diesel theo bất kì tỉ lệ nào.

• Biodiesel có điểm chớp cháy cao hơn diesel, đốt cháy hoàn toàn, an toàn trong tồn chứa và sử dụng.

• Biodiesel có tính bôi trơn tốt Ngày nay để hạn chế lượng SOx thải ra không khí, người ta hạn chế tối đa lượng S trong dầu Diesel Nhưng chính những hợp chất lưu huỳnh lại là những tác nhân giảm ma sát của dầu Diesel Do vậy dầu Diesel có tính bôi trơn không tốt và đòi hỏi việc sử

dụng thêm các chất phụ gia để tăng tính bôi trơn Trong thành phần của Biodiesel có chứa Oxi Cũng giống như S, O có tác dụng giảm ma sát

Cho nên Biodiesel có tính bôi trơn tốt.

• Do có tính năng tượng tự như dầu Diesel nên nhìn chung khi sử dụng không cần cải thiện bất kì chi tiết nào của động cơ (riêng đối với các hệ thống ống dẫn, bồn chứa làm bằng nhựa ta phải thay bằng vật liệu kim loại)

Về mặt môi trường

• Giảm lượng phát thải khí CO2, do đó giảm được lượng khí thải gây ra hiệu ứng nhà kính.

• Không có hoặc chứa rất ít các hợp chất của lưu huỳnh (<0,001% so với đến 0,2% trong dầu Diesel)

• Hàm lượng các hợp chất khác trong khói thải như: CO, SOX, HC chưa cháy, bồ hóng giảm đi đáng kể nên có lợi rất lớn đến môi trường và sức khoẻ con người.

• Không chứa HC thơm nên không gây ung thư.

• Có khả năng tự phân huỷ và không độc (phân huỷ nhanh hơn Diesel 4 lần, phân huỷ từ 85 ¸ 88% trong nước sau 28 ngày).

• Giảm ô nhiễm môi trường nước và đất.

• Giảm sự tiêu dùng các sản phẩm dầu mỏ.

Về mặt môi trường

• Giảm lượng phát thải khí CO2, do đó giảm được lượng khí thải gây ra hiệu ứng nhà kính.

• Không có hoặc chứa rất ít các hợp chất của lưu huỳnh (<0,001% so với đến 0,2% trong dầu Diesel)

• Hàm lượng các hợp chất khác trong khói thải như: CO, SOX, HC chưa cháy, bồ hóng giảm đi đáng kể nên có lợi rất lớn đến môi trường và sức khoẻ con người.

• Không chứa HC thơm nên không gây ung thư.

• Có khả năng tự phân huỷ và không độc (phân huỷ nhanh hơn Diesel 4 lần, phân huỷ từ 85 ¸ 88% trong nước sau 28 ngày).

• Giảm ô nhiễm môi trường nước và đất.

• Giảm sự tiêu dùng các sản phẩm dầu mỏ.

Về mặt 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 khoảng ngoại tệ lớn

Về mặt 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 khoảng ngoại tệ lớn

Nhược điểm

• Biodiesel có nhiệt độ đông đặc cao hơn Diesel một ít gây khó khăn cho các nước có nhiệt độ vào mùa đông thấp Tuy nhiên đối với các nước nhiệt đới, như Việt Nam chẳng hạn thì ảnh hưởng này không đáng kể

• Biodisel có nhiệt trị thấp hơn so với diesel

• Trở ngại lớn nhất của việc thương mại Biodiesel trước đây là chi phí sản suất cao Do đó làm cho giá thành Biodiesel khá cao, nhưng với sự leo thang giá cả nhiêu liệu như hiện nay thì vấn đề này không còn là rào cản nữa

• Hiện nay Biodiesel thường được sản xuất chủ yếu là theo mẻ Đây là điều bất lợi vì năng suất thấp, khó ổn định được chât lượng sản phẩm cũng như các điều kiện của quá trình phản ứng Một phương pháp có thể tránh hoặc tối thiểu khó khăn này là sử dụng quá trình sản xuất liên tục

Quá trình sản xuất

• Tách loại nước, glyxerin, rượu và các chất cặn bã

Quá trình sản xuất

Quá trình sản xuất

3/19/15

Quá trình chuyển hóa

• Công đoạn 3: Kết thúc quá trình acid hóa

• Công đoạn 6: Giai đoạn 1 phản ứng tạo glycerol lớp đáy và methyl ester

• Công đoạn 7: Giai đoạn 2 phản ứng tạo glycerol lớp đáy và methyl ester

• Công đoạn 8: Hoàn Tất phản ứng lượng glycerol lắng hoàn toàn dưới lớp đáy

Các phương pháp xử lý dầu thực vật và mỡ động vật để thu nhiên liệu

diesel

Các phương pháp xử lý dầu thực vật và mỡ động vật để thu nhiên liệu

diesel

 Phương pháp sấy nóng

 Phương pháp pha loãng

 Phương pháp nhũ tương hóa

 Phương pháp cracking

Phương pháp chuyển hóa Ester

EU

5.75% (2010)10% (2020)

7.8 triệu tấn (2008)

Hoa Kỳ

2.46 tỷ lít (2008)

Tình hình sử dụng Biodiesel

 2007 có khoảng 20 nước sử dụng biodiesel

 2010 hơn 200 quốc gia nghiên cứu và sử dụng biodiesel

Tình hình sử dụng Biodiesel

Hình: Đồ thị sản lượng và trữ lượng biodiesel của EU

Hình: Đồ thị sản lượng và trữ lượng biodiesel trên thế giới

• 2020 toàn bộ thiết bị quân sự của Mỹ đều được thay thế 50% năng lượng thay thế

• Hiện nay Brazil đang là nước mà 90% các ô tô mới đã được lắp thiết bị sử dụng xăng ethanol

• Liên minh Châu Âu (EU) quyết định thay thế 10% nhiên liệu dùng trong vận tải bằng các nhiên liệu tái tạo

• 2009 Ấn Độ phê chuẩn chính sách về nhiên liệu sinh học và quyết định thành lập Ủy ban quốc gia về nhiên liệu sinh học

• Dự kiến lượng tiêu dùng ethanol trong thời gian 2010 – 2013 sẽ tăng khoảng 4,5% mỗi năm.

• Năm 2010 sản lượng diesel sinh học của Argentina đạt tới 1,9 triệu lít, tăng 51% so với năm 2009 Hiện đang có tới 23 nhà máy sản xuất diesel sinh học

Giới thiệu chung

Thành phần của dầu mỡ

Tính chất

Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng

Tổng quan dầu mỡ

Khái quát về dầu mỡ

 Dầu mỡ (chất béo) là một trong ba nhóm thực phẩm chủ yếu cung cấp chất dinh dưỡng và năng lượng cho cơ thể con người

 dầu mỡ cung cấp một số nguyên tố vi lượng khác cho cơ thể, giúp hòa tan các vitamin như: A, D, E, K

 Trong sản xuất dầu mỡ là nguồn nguyên liệu quan trọng trong công nghiệp chế biến sơn, vecni, keo, mực in, nến, chất tạo nhũ, chất thấm ướt, chất tẩy rửa

 Một số dầu thực vật còn được dùng trong y dược như: bơ ca cao, dầu mù u, dầu thầu dầu…

 Hiện nay, nguồn nguyên liệu cho sản xuất dầu mỡ trong nước chủ yếu là từ các cây có dầu và một ít từ mỡ động vật

Thành phần chính

Thành phần phụ

Các hợp chất không có tính xà phòng

Thành phần dầu mỡ

Thành phần chính

Các acid béo

• Acid béo bão hòa (acid béo no)

Glycerol

Triglyceride

Thành phần phụ

• Các axit béo tự do, monoglyceride, diglyceride: là sản phẩm cuối cùng trong quá trình phân giải lipid Riêng

monoglyceride, diglyceride vẫn còn sự hiện diện của nhóm OH là dấu hiệu nhằm xác định sự tổng hợp không hoàn toàn của triglyceride sinh học, giữ vai trò là chất chỉ thị chất lượng và nhũ hóa trong rất nhiều thực phẩm

• Phospholipit: Phospholipid là những hợp chất chứa dinh dưỡng dự trữ, cung cấp năng lượng cho các phản ứng

trao đổi chất và tăng cường hô hấp của hạt Trong cây có dầu phospholipid nằm ở dạng liên kết phức tạp với glucid, protid và chỉ có khoảng 30% ở dạng tự do

Các hợp chất không có tính xà phòng

Các hợp chất không có tính xà phòng

 Sterol: Sterol được chia thành hai loại chính: sterol động vật (cholesterol) và sterol thực vật (phytosterol: β-sitosterol).

 Tocopherol: Tocopherol là chất chống oxy hóa tự nhiên rất quan trọng thuộc họ phenolic Tocopherol cũng có đặc tính tan trong dầu, thường tồn

tại ở dạng tự do

 Các hợp chất màu: Những hợp chất màu quan trọng nhất của dầu mỡ là carotene, chlorophyll và gossypol

 Hợp chất sáp: Sáp là lipid đơn giản, chúng là este của các acid béo có dây mạch cacbon dài, thuờng khoảng từ 24 – 26 cacbon và một ruợu don

hay da chức

 Hợp chất mùi gốc hydrocarbon: bao gồm các ankan, anken và các hydrocarbon đa vòng có mùi

 Vitamin hòa tan: Dầu mỡ có chứa một số sinh tố có tính tan trong dầu nhu: A, D, E, K Vitamin A hiện diện nhiều trong dầu cá, dầu oliu Một số

các vitamin khác cũng được tìm thấy trong dầu mỡ nhưng với lượng ít hơn như: vitamin D, vitamin E và vitamin K.

Tính chất vật lý

Tính chất vật lý

• Dầu mỡ nhẹ hơn nuớc, tỷ trọng vào khoảng 0.91 – 0.976, mức độ acid béo không no càng lớn thì tỷ trọng càng cao

• Chỉ số khúc xạ nằm trong khoảng 1.448 – 1.474 Chỉ số khúc xạ càng lớn thì mức độ acid béo không no càng cao

• Các loại dầu mỡ dều có tính nhớt, độ nhớt tỷ lệ nghịch với nhiệt dộ, nhiệt độ càng cao thì độ nhớt càng giảm

• Dầu không tan trong nuớc và trong cồn lạnh, nhưng tan nhiều trong dung môi hữu cơ như eter, benzene, …

• Ðiểm nóng chảy của dầu mỡ thể hiện không rõ ràng, cho nên rất khó xác dịnh diểm đông đặc của hỗn hợp chất béo tách ra

từ dầu mỡ Ðiểm đông đặc càng cao chứng tỏ rằng trong dầu mỡ có nhiều acid béo no và ngược lại Dầu mỡ có điểm nóng chảy càng thấp thì con nguời càng dễ hấp thu Nhiệt dung riêng của dầu mỡ trung bình là: 0,4 – 0,5

Các chỉ tiêu chất lượng

 Chỉ số xà phòng hóa: : là số miligam KOH dùng để xà phòng hoá 1 gam chất béo và trung hoà axit béo tự do có trong 1 gam chất béo Qua chỉ số xà

phòng hóa ta có thể biết được trọng lượng phân tử trung bình của các acid béo

 Chỉ số acid: là số mg KOH dùng để trung hòa hết lượng acid béo tự do có trong 1g dầu mỡ Chỉ số acid của dầu mỡ không cố định, dầu mỡ càng biến

chất thì chỉ số acid càng cao Hàm lượng acid béo tự do (FFA) là tỷ lệ % acid béo tự do có trong dầu

 Chỉ số este: là số mg KOH cần thiết để xà phòng hóa hết lượng glycerol có trong 1g dầu mỡ chỉ số ester càng cao hàm lượng glycerol trong dầu mỡ

càng nhiều

 Chỉ số iod: là số g iod kết hợp vào vị trí nối đôi của 100g dầu mỡ, biểu thị mức độ không no của dầu mỡ Chỉ số iod càng cao mức độ không no của

dầu càng lớn và ngược lại

 Chỉ số peroxyt: là lượng chất có trong mẫu thử được tính bằng mili đương lượng của oxy hoạt tính dùng oxy hóa KI trên 1kg mẫu, dựa vào chỉ số

peroxyt cho ta biết được chất lượng của dầu Chỉ số peroxyt càng cao thì dầu mỡ có chất lượng càng kém, bảo quản không tốt

Giới thiệu nguồn nguyên liệu chính trong sản xuất biodiesel

Đặc điểm từng nguồn nguyên liệu

Giới thiệu một số nguồn nguyên liệu không ăn được

Tổng quan nguồn nguyên liệu không ăn được trong sản xuất biodiesel

Nguyên liệu chính

rán

Nguồn nguyên liệu chính trong sản xuất biodiesel

Nguồn nguyên liệu chính trong sản xuất biodiesel

Dầu thực vật ăn được

Dầu thực vật không ăn được

Hình: Đồ thị sản lượng dầu thực vật được sản xuất và tiêu thụ qua các năm trên toàn thế giới

Tình hình sử dụng

Hình: Phần trăm khối lượng các loại hạt lấy dầu được sản xuất

trên thế giới năm 2009

Hình : Phần trăm khối lượng tiêu thụ các loại dầu trên thế giới năm

2009

Loại thực vật Sản lượng hạt lấy dầu Lượng dầu tiêu thụ

 Ngoài ra dầu thực vật còn chứa các hợp chất khác như

phospholipid, phosphatide, carotene, tocopherol, và các hợp chất

khác có lưu huỳnh.

Hình : CTCT của triglyceride

Bảng: Công thức hóa học của các acid béo thông dụng trong dầu mỡ

Bảng:Thành phần acid béo của một số loại dầu thực vật

Ưu điểm

• Không độc và có thể phân giải trong tự nhiên

• Là nhiên liệu tái sinh từ các sản phẩm nông nghiệp và các nguồn nguyên liệu phế phẩm khác

• Giá trị nhiệt cháy bằng 80% so với nhiệt cháy của diesel

• Hàm lượng các hợp chất thơm thấp

• Hàm lượng lưu huỳnh thấp, do đó thân thiện với môi trường

• Có chỉ số cetane vừa phải, do đó ít có khả năng gây nổ

• Làm tăng cường tính bôi trơn

• Nhiệt độ cháy cao hơn so với diesel, do đó an toàn khi sử dụng

• Có thể được sử dụng trên thị trường cùng lúc với nhiên liệu diesel (cho động cơ cải tiến hay không cải tiến)

Nhược điểm

• Giá thành cao của dầu thực vật là do chi phí cho nhiều giai đoạn:

• Quá trình trồng trọt, thu hoạch các cây lấy dầu

• Quá trình chế biến, xử lý để tinh sạch dầu từ nguyên liệu thô

• Quá trình chuyển đổi dầu thực vật thành các nhiên liệu để có thể sử dụng được cho động cơ

• Khi được sử dụng làm nhiên liệu cho động cơ thì dầu thực vật có một số nhược điểm chính sau:

• Độ nhớt cao làm nhiên liệu lưu chuyển không đều, động cơ hoạt động không

• ổn định

• Độ bay hơi thấp nên khó cháy

• Xảy ra phản ứng của các mạch hydrocarbon chưa bão hòa làm cho tính chất của nhiên liệu bị thay đổi, gây khó khăn cho bảo quản

Mỡ động vật

 Mỡ dộng vật duợc sử dụng cho sản xuất biodiesel chủ yếu từ nguồn:

 Mỡ gia súc từ các lò giết mổ và các quy trình sản xuất có thịt.

 Mỡ cá từ các quy trình chế biến thủy hải sản.

 Mỡ của các gia súc lấy thịt như lợn, bò, cừu, … từ các lò giết mổ, các quy trình sản xuất thải ra được đun nóng

để thu được mỡ dạng lỏng

 Sản lượng cá thế giới năm 2006 là 141.6 triệu tấn, và khoảng 50% nguồn nguyên liệu cá này trở thành phế phẩm Tức là khoảng 70.8 triệu tấn phế phẩm, và lượng dầu trong này chiếm khoảng 40-65%

Mỡ động vật

 Mỡ gia súc thải ra (chủ yếu từ da và thịt) được thu gom từ các quầy thịt và tiến hành tách béo bằng cách đun nóng

để tách ẩm và làm cho chất béo chảy ra, tách khỏi pha rắn, hỗn hợp sau cùng được đem đi ép để thu hồi toàn bộ chất béo dạng lỏng Quá trình này còn gọi là ―thắng mỡ.

 Sau khi tách chất béo dạng lỏng ra khỏi nguyên liệu thô thì mỡ động vật được dùng đem đi xử lý sơ bộ cho phù hợp với các yêu cầu của phản ứng chuyển hóa lipid thành biodiesel.