khí thải của biodiesel trong sinh hoạt

Để tìm hiểu và góp phần chứng minh biodiesel là nguồn nhiên liệu thân thiện, đáp ứng được các yêu cầu về môi trường, nhóm chúng em chọn đề tài: “Khảo sát quá trình phát thải khí ô nhiễm khi sử dụng biodiesel làm nhiên liệu trong sinh hoạt” .

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM

KHOA CNSH & KTMT

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

ĐỀ TÀI

KHẢO SÁT SỰ PHÁT THẢI KHÍ Ô NHIỄM

KHI

SỬ DỤNG BIODIESEL LÀM NHIÊN LIỆU

TRONG SINH HOẠT

`

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

TP.HCM, Ngày … Tháng … năm 2016

Giáo viên hướng dẫn

TP.HCM, Ngày … Tháng … năm 2016

Giáo viên phản biện

LỜI CAM ĐOAN

MỤC LỤC

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Tính cấp thiết của đề tài 1

3 Mục tiêu nghiên cứu 2

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 2

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN 3

1.1 Giới thiệu sơ lược về dầu diesel 3

1.1.1 Thành phần hóa học của diesel 3

1.1.2 Yêu cầu chất lượng của nhiên liệu diesel 4

1.1.3 Khí thải _ nhược điểm lớn nhất của nhiên liệu diesel 8

1.1.4 Phương pháp nâng cao chất lượng của nhiên liệu diesel 9

1.2 Tổng quan về dầu biodiesel 9

1.2.1 Khái niệm 9

1.2.2 Tình hình sản xuất và sử dụng biodiesel 10

1.2.3 Tính chất, ưu và nhược điểm của biodiesel 13

1.2.3.1.Tính chất của biodiesel 13

1.2.3.2 Một số ưu điểm của biodiesel 14

1.2.3.3 Nhược điểm của Biodiesel 15

1.2.4 Quá trình tổng hợp biodiesel 16

1.2 So Sánh lượng khí phát thải của diesel dầu mỏ và biodiesel 20

1.3 Sơ lược về dầu hỏa và than đá dùng cho bếp tổ ong 21

1.3.1 Dầu hỏa 21

1.3.2 Than đá 21

CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 23

2.1 Vật liệu 23

2.1.1 Tổng quan bếp hóa khí 23

2.1.2 Tổng quan bếp dầu hỏa 24

theo các tỉ lệ khác nhau 25

2.2.2 Xác định nồng độ các khí O2, SO2, NO2, NO 27

2.2.3 Xác định nồng độ khí CO 28

2.2.4 Phương pháp xác định nồng độ khí CO2 29

2.2.5 Phương pháp đo độ nhớt 31

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 35

3.1 Kết quả khảo sát các khí ô nhiễm ở bếp hóa khí khi sử dụng biodiesel làm nhiên liệu đốt 35

3.2 Kết quả khảo sát các khí ô nhiễm ở bếp dầu hỏa khi sử dụng biodiesel làm nhiên liệu đốt 44

3.3 So sánh nồng độ phát thải các khí ở bếp hóa khí, bếp dầu hỏa khi sử dụng biodiesel làm nhiên liệu 53

3.4 Độ nhớt của các mẫu dùng trong quá trình khảo sát 59

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 61

TÀI LIỆU THAM KHẢO 62

PHỤ LỤC

Bảng 1.2: Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng nhiên liệu diesel theo ASTM

Bảng 1.3: Tổng sản lượng diesel sinh học hàng năm ở một số nước trên thế giớiBảng 1.4: So sánh tính chất của nhiên liệu biodiesel với diesel

Bảng 2.1: Tỷ lệ pha trộn Biodiesel và dầu hỏa theo phần trăm

Bảng 2.2: Tỷ lệ pha trộn Biodiesel và dầu hỏa theo thể tích

Bảng 3.1: Nồng độ khí SO2 (ppm) ở phễu khi đốt biodiesel bằng bếp hóa khíBảng 3.2: Nồng độ khí NO2 khi đốt biodiesel bằng bếp hóa khí

Bảng 3.3: Nồng độ khí NO khi đốt biodiesel bằng bếp hóa khí

Bảng 3.4: Nồng độ khí CO (ppm) khi đốt biodiesel bằng bếp hóa khí

Bảng 3.5: Nồng độ khí CO2 (ppm) khi đốt biodiesel bằng bếp hóa khí

Bảng 3.6: Nồng độ khí SO2 (ppm) khi đốt biodiesel bằng bếp dầu hỏa

Bảng 3.7: Nồng độ khí NO2 khi đốt biodiesel bằng bếp dầu hỏa

Bảng 3.8: Nồng độ khí NO (ppm) khi đốt biodiesel bằng bếp dầu hỏa

Bảng 3.9: Nồng độ khí CO (ppm) khi đốt biodiesel bằng bếp dầu hỏa

Bảng 3.10: Nồng độ khí CO2 (ppm) khi đốt biodiesel bằng bếp dầu hỏa

Bảng 3.11: Nhiệt độ dòng khí của bếp hóa khí khi đốt biodiesel

Bảng 3.12: Nhiệt độ dòng khí của bếp dầu hỏa khi đốt biodiesel

Bảng 3.13: Nồng độ các khí ô nhiễm ở bếp tổ ong

Bảng 3.14: Độ nhớt của dầu theo các tỷ lệ biodiesel và dầu hỏa

Bảng 3.15: Kết quả đo chi tiết nồng độ khí O2 ở bếp hóa khí

Bảng 3.16: Kết quả đo chi tiết nồng độ khí O2 ở bếp dầu hỏa

Bảng 3.17: Kết quả đo chi tiết nồng độ các khí ở bếp tổ ong

Bảng 3.18: Bảng tương quan nồng độ SO2 (ppm) ở bếp dầu hỏa theo lý thuyết

và trên thực tế khảo sát

Bảng 3.19: Kết quả nồng độ CO2 (ppm) ở bếp dầu hỏa theo lý thuyết và trên thực tế khảo sát

Bảng 3.20: Bảng tính tỉ trọng dung dịch mẫu khảo sát

Bảng 3.21: Bảng tính độ nhớt dung dịch mẫu khảo sát

Hình 2.1: Bếp đun hóa khí

Hình 2.2: Bếp dầu hỏa

Hình 2.3: Mô hình phễu thu khí

Hình 2.4: Máy đo khí đa chỉ tiêu IC MX6 IBRID

Hình 2.5: Máy đo khí CO

Hình 2.6: Nhớt kế Ostwald

Hình 2.7: Mô hình bếp hóa khí thu mẫu bằng trụ

Hình 2.8: Mô hình bếp hóa khí thu mẫu bằng phễu

Hình 2.9: Các mẫu dầu khảo sát sau khi đốt

Hình 2.10: Máy thu mẫu khí

Hình 3.1: Biểu đồ sự phát thải khí SO2 ở phễu khi đốt biodiesel bằng bếp hóa khí

Hình 3.2: Biểu đồ sự phát thải khí SO2 ở trụ khi đốt biodiesel bằng bếp hóa khíHình 3.3: Hiệu suất phát thải khí SO2 khi đốt biodiesel bằng bếp hóa khí

Hình 3.4: Biểu đồ sự phát thải khí NO2 ở phễu khi đốt biodiesel bằng bếp hóa khí

Hình 3.5: Biểu đồ sự phát thải khí NO2 ở trụ khi đốt biodiesel bằng bếp hóa khíHình 3.6: Hiệu suất phát thải khí NO2 khi đốt biodiesel bằng bếp hóa khí

Hình 3.7: Biểu đồ sự phát thải khí NO ở phễu khi đốt biodiesel bằng bếp hóa khíHình 3.8: Biểu đồ sự phát thải khí NO ở trụ khi đốt biodiesel bằng bếp hóa khíHình 3.9: Hiệu suất phát thải khí NO khi đốt biodiesel bằng bếp hóa khí

Hình 3.10: Biểu đồ sự phát thải khí CO ở phễu khi đốt biodiesel bằng bếp hóa khí

Hình 3.11: Biểu đồ sự phát thải khí CO ở trụ khi đốt biodiesel bằng bếp hóa khíHình 3.12: Hiệu suất phát thải khí CO khi đốt biodiesel bằng bếp hóa khí

Hình 3.13 : Biểu đồ sự phát thải khí CO2 ở phễu khi đốt biodiesel bằng bếp hóa khí

Hình 3.14: Hiệu suất phát thải khí CO2 khi đốt biodiesel bằng bếp hóa khí

Hình 3.16: Biểu đồ sự phát thải khí SO2 ở trụ khi đốt biodiesel bằng bếp dầu hỏaHình 3.17: Hiệu suất sự phát thải khí SO2 ở trụ khi đốt biodiesel bằng bếp dầu hỏa

Hình 3.18: Biểu đồ sự phát thải khí NO2 ở phễu khi đốt biodiesel bằng bếp dầu hỏa

Hình 3.19: Biểu đồ sự phát thải khí NO2 ở trụ khi đốt biodiesel bằng bếp dầu hỏa

Hình 3.20: Hiệu suất sự phát thải khí NO2 khi đốt biodiesel bằng bếp dầu hỏaHình 3.21: Nồng độ khí NO (ppm) ở phễu khi đốt biodiesel bằng bếp dầu hỏaHình 3.22: Nồng độ khí NO (ppm) ở trụ khi đốt biodiesel bằng bếp dầu hỏaHình 3.23: Hiệu suất sự phát thải khí NO khi đốt biodiesel bằng bếp dầu hỏaHình 3.24: Biểu đồ sự phát thải khí CO ở phễu khi đốt biodiesel bằng bếp dầu hỏa

Hình 3.25: Biểu đồ sự phát thải khí CO ở trụ khi đốt biodiesel bằng bếp dầu hỏaHình 3.26: Hiệu suất sự phát thải khí CO khi đốt biodiesel bằng bếp dầu hỏaHình 3.27: Biểu đồ sự phát thải khí CO2 khi đốt biodiesel bằng bếp dầu hỏaHình 3.28: Hiệu suất sự phát thải khí CO2 khi đốt biodiesel bằng bếp dầu hỏaHình 3.29 : Biểu đồ so sánh hiệu suất phát thải SO2 ở bếp dầu hỏa và bếp hóa khí khi sử dụng biodiesel làm nhiên liệu

Hình 3.30: Biểu đồ so sánh hiệu suất phát thải NO2 ở bếp dầu hỏa và bếp hóa khí khi sử dụng biodiesel làm nhiên liệu

Hình 3.31: Biểu đồ so sánh hiệu suất phát thải NO ở bếp dầu hỏa và bếp hóa khíkhi sử dụng biodiesel làm nhiên liệu

Hình 3.32: Biểu đồ so sánh hiệu suất phát thải CO ở bếp dầu hỏa và bếp hóa khíkhi sử dụng biodiesel làm nhiên liệu

Hình 3.33: Biểu đồ so sánh nồng độ CO2 ở bếp dầu hỏa và bếp hóa khí khi sử dụng biodiesel làm nhiên liệu

Hình 3.34:Biểu đồ thể hiện nhiệt độ dòng khí ở bếp hóa khí khi sử dụng

biodiesel làm nhiên liệu

Hình 3.35:Biểu đồ thể hiện nhiệt độ dòng khí ở bếp dầu hỏa khi sử dụng

biodiesel làm nhiên liệu

Hình 3.37: Biểu đồ sự phát thải khí ô nhiễm ở bếp tổ ong

Hình 3.38: Biểu đồ biểu thị độ nhớt trung bình của biodiesel ở các tỷ lệ pha trộn khác nhau với dầu hỏa

Hình 3.39: Đồ thị thể hiện mối tương quan giữa độ giảm nồng độ SO2 trên lý thuyết và thực tế khảo sát ở bếp dầu hỏa thu mẫu bằng phễu

Hình 3.40: Đồ thị thể hiện đường chuẩn nồng độ CO2 ở bếp dầu hỏa

Hình 2.7: Mô hình bếp hóa khí thu mẫu bằng trụ

Hình 2.8: Mô hình bếp hóa khí thu mẫu bằng phễu

Hình 2.9: Các mẫu dầu khảo sát sau khi đốt

Hình 2.10: Máy thu mẫu khí

Hình 3.42: Đo các khí O2, SO2, NO2, NO ở mô hình trụ thu khí

Hình 3.41: Đo các khí O2, SO2, NO2, NO ở mô hình phễu thu khí

Hình 3.49: Dung dịch barit sau khi thu mẫu CO2

Hình 3.48: Dung dịch barit trước khi thu mẫu CO2

Hình 3.50: Dung dịch mẫu được thêm vài giọt chỉ thị phenolphtaline có màu hồng

Hình 3.51: Dung dịch mẫu được chuẩn độ bằng acid oxalic đến khi mất màu hồng

Hình 3.52: Dung dịch mẫu đã mất màu hồng

ASTM : Hiệp hội vật liệu và thử nghiệm Hoa Kỳ

ETBE : Ethy tertiary butyl ether

KH&CNVN : Khoa học và công nghệ Việt Nam

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Ngày nay, khi xã hội ngày càng phát triển, nền kinh tế các nước cũng cónhững bước tiến vượt bậc, do đó các nguồn tài nguyên thiên nhiên ngày càng bịcạn kiệt Sự phát triển này cũng dẫn đến nhu cầu sử dụng dầu mỏ rất mạnh mẽ.Thế giới đang bị phụ thuộc vào dầu mỏ quá nhiều vì đặc tính dễ sử dụng của nó.Người ta ước tính khí thải từ các hoạt động có liên quan đến các sản phẩm dầu mỏ

và nhiên liệu hóa thạch chiếm khoảng 70% tổng lượng khí thải trên toàn thế giới.Khí thải là nguyên nhân trực tiếp gây ra những biến đổi khí hậu, hiệu ứng nhà kính

và hàng loạt các vấn đề về môi trường Nhiều nỗ lực đã và đang được thực hiệnnhằm tìm kiếm những nguồn năng lượng thay thế, trong đó, một trong nhữngnguồn năng lượng mới đang được quan tâm hiện nay là nhiên liệu sinh học Trong

số các nhiên liệu sinh học, thì diesel sinh học (biodiesel) được quan tâm hơn cả

Do xu hướng diesel hóa động cơ, và giá diesel khoáng ngày càng tăng cao, hơnnữa, biodiesel được xem là loại phụ gia rất tốt cho nhiên liệu diesel khoáng, làmgiảm đáng kể lượng khí thải độc hại và nó là nguồn nhiên liệu có thể tái tạo được

Để tìm hiểu và góp phần chứng minh biodiesel là nguồn nhiên liệu thânthiện, đáp ứng được các yêu cầu về môi trường, nhóm chúng em chọn đề tài:

“Khảo sát quá trình phát thải khí ô nhiễm khi sử dụng biodiesel làm nhiên liệu trong sinh hoạt”

2 Tính cấp thiết của đề tài

─ Ở phạm vi toàn cầu, khí thải từ việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch (dầu mỏ)chiếm gần 20% tổng khí thải gây hiệu ứng nhà kính phát tán ra từ các quá trìnhliên quan tới năng lượng Trong khi đó, năng lượng và bảo vệ môi trường luôn làvấn đề được các quốc gia quan tâm hàng đầu Thế giới đã bị lệ thuộc quá nhiềuvào dầu mỏ, vì vậy nhiều nước đang tìm cách phát triển nguồn nhiên liệu thay thếkhác, trong đó phải kể đến nhiên liệu sinh học thân thiện với môi trường

─ Kết quả các công trình nghiên cứu cho thấy, nhiên liệu sinh học biodiesel giảm

tới 70% phát thải khí nhà kính so với dầu diesel Hàm lượng các khí thải độc hạikhác như CO, SOx, hydrocarbon đều giảm đi đáng kể

─ Với một nước phụ thuộc phần lớn vào nguồn năng lượng nhập khẩu như ViệtNam hiện nay, việc nghiên cứu tầm quan trọng nhằm sử dụng và sản xuất nhiênliệu sinh học là việc làm rất đáng lưu tâm Tuy nhiên, những bằng chứng cho thấyviệc sử dụng biodiesel làm nhiên liệu sẽ đem lại những lợi ích đáng kể cho môitrường vẫn còn ít người biết đến

Vì vậy đề tài “Khảo sát quá trình phát thải khí ô nhiễm khi sử dụng biodiesel làm nhiên liệu trong sinh hoạt” sẽ góp phần chứng tỏ biodiesel là nguồn nhiên

liệu thân thiện với môi trường

3 Mục tiêu nghiên cứu

(1) Khảo sát quá trình phát thải CO2 , SO2, NO2, NO,CO ở bếp hóa khí khi sửdụng biodiesel làm nhiên liệu

(2) Khảo sát quá trình phát thải CO2 , SO2, NO2, NO,CO ở bếp dầu hỏa khi sửdụng biodiesel làm nhiên liệu

(3) So sánh mức độ phát thải các chất khí gây ô nhiễm ở các tỷ lệ pha trộnbiodiesel và dầu hỏa khác nhau khi đốt ở bếp dầu hỏa và bếp hóa khí, từ đó lựachọn loại bếp tối ưu và tỷ lệ pha trộn tối ưu để ứng dụng trong sinh hoạt

(4) Đánh giá chất lượng biodiesel và đưa ra nhận xét

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu: Biodiesel pha trộn với dầu hỏa theo các tỷ lệ xác định

0%, 10%, 20%, 30%, 40%, 50%

Phạm vi nghiên cứu: Khảo sát quá trình phát thải khí ô nhiễm khi đốt biodiesel

pha trộn với dầu hỏa theo các tỷ lệ như trên trong phạm vi khu vực nhà ở

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

─ Cho thấy những ưu điểm khi sử dụng biodiesel làm chất đốt trong sinh hoạt

─ Chỉ ra những lợi ích mà biodiesel mang lại so với những chất đốt khác

─ Mở ra hướng mới trong việc tìm kiếm nguồn nhiên liệu thay thế cho dầu mỏ

─ Làm tiền đề cho những nghiên cứu ứng dụng tiếp theo.

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu sơ lược về dầu diesel

Hiện nay trên thế giới có xu hướng diesel hóa động cơ Chính vì vậy nhiênliệu diesel sẽ được sử dụng nhiều hơn nhiên liệu xăng Sử dụng diesel có nhiều ưuđiểm hơn động cơ xăng Vì động cơ xăng có tỷ số nén thấp hơn động cơ diesel nêncông suất nhỏ hơn khi sử dụng cùng một lượng nhiên liệu Mặt khác nhiên liệudiesel có giá thành 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

1.1.1 Thành phần hóa học của diesel.

Quá trình chưng cất dầu mỏ các phân đoạn, ta thu được phân đoạn dầu diesel

có nhiệt độ sôi 250 – 3500C có chứa hydrocacbon với số nguyên tử cacbon từ C16 –

Hàm lượng các hợp chất chứa S, N và O bắt đầu tăng nhanh Các hợp chấtcủa lưu huỳnh chủ yếu ở dạng dị vòng disulfur Những hợp chất chứa oxy dạngaxit naphtenic có nhiều và đạt cực đại ở phân đoạn này Ngoài ra còn có nhữngchất dạng phenol như dimetylphenol Cũng xuất hiện nhựa nhưng còn ít và trọnglượng phân tử cũng thấp, chỉ vào khoảng 300 – 400 đ.v.C

Tính chất Diesel N02 Metyleste Metyleste Metyleste

dầu nành dầu hạt cải dầu phế

Bảng 1.1: Tính chất vật lý của diesel so với một vài metyl este

(Nguồn: QCVN 1:2009 BKHCN Quy chuẩn kỹ thuật Việt Nam về xăng dầu)

1.1.2 Yêu cầu chất lượng của nhiên liệu diesel.

Muốn động cơ diesel làm việc ổn định thì nhiên liệu diesel phải đảm bảo cácchỉ tiêu 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 củađộng cơ diesel, đặc biệt là các động cơ tốc độ trung bình và tốc độ cao, đồng thờiảnh hưởng đến độ an toàn Thành phần cất được xác định theo tiêu chuẩn ASTM D86 Nhiệt độ sôi 10% đặc trưng cho phần nhẹ dễ bay hơi của nhiên liệu Nhiệt độnày cao quá sẽ làm cho động cơ khó khởi động Nhiệt độ sôi 50% là chỉ tiêu haydùng nhất để đánh giá nhiên liệu diesel, nó đặc trưng cho khả năng thay đổi tốc độcủa động cơ Nhiệt độ sôi 90% và nhiệt độ sôi cuối đặc trưng cho khả năng cháyhoàn 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 lượngriêng của vật khác được chọn làm chuẩn xác định ở cùng vị trí Đối với các sảnphẩm lỏng ta lấy nước 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 kíchthước và hình dạng của kim phun Độ nhớt động học được xác định ở 400C theophương pháp ASTM 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 quyước đặc trưng cho khả năng tự bốc cháy của nhiên liệu diesel, nó được đo bằngphần trăm thể tích n-xetan có trong hỗn hợp của nó với các metyl naphen và cókhả năng tự bốc cháy tương đương khả năng tự bốc cháy của nhiên liệu thí nghiệm

ở điều kiện tiêu chuẩn Hỗn hợp chuẩn bao gồm hai hydrocacbon là n-xetan(C16H34) có khả năng tự bốc cháy tốt với trị số xetan quy định là 100 và các metylnaphtalen ( C11H10 ) có khả năng tự bốc cháy kém với trị số xetan quy định là 0 Trị

số xetan được xác định theo tiêu chuẩn ASTM D613 Trị số xetan cao quá hoặcthấp 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 lưuhuỳnh, độ ăn mòn lá đồng và hàm lượng mercaptan xác định theo ASTM D2500

– 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 huỳnhtrong diesel đều là những chất độc hại Khống chế hàm lượng lưu huỳnh càng thấpthì 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 ASTMD130

– 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 hàmlượng tro càng thấp càng tốt và được quy định ở dưới mức giới hạn cho phép Hàmlượng tro được 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 thấpnhất ở điều kiện thường, mẫu nhiên liệu thí nghiệm bắt cháy ngay khi ngọn lửaxuất hiện và tự lan truyền một cách nhanh chóng trên toàn bộ bề mặt mẫu Nhiệt

độ chớp cháy cốc kín được xác định theo ASTM D93

Bảng 1.2: Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng nhiên liệu diesel theo ASTM

Để đảm bảo cấp nhiên liệu liên tục Yêu cầu này được đánh giá bằng nhiệt độđông đặc, nhiệt độ vẩn đục, tạp chất cơ học, hàm lượng nước và hàm lượng nhựa.

─ Nhiệt độ đông đặc: Là nhiệt độ thấp nhất mà tại đó nhiên liệu vẫn giữ đượctính 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 nhiênliệu diesel, có ảnh hưởng đến chất lượng, sức chứa và khả năng sử dụng Nước vàtạp chất trong 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 vàcặn bẩn gây tắc bầu lọc, làm bẩn buồng đốt và tắc hệ thống phun nhiên liệu Hàmlượng nhựa phải được quy định dưới giới hạn cho phép và được xác định theophương pháp ASTM D381

─ 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 Điểmsương được xác 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 xácđịnh theo phương pháp ASTM D 974 (hoặc TCVN 2695 – 1997) Trị số axit làthước đo đánh giá hàm lượng các chất vô cơ và axit tổng cộng của nhiên liệu Nógiúp 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 nhữngtính chất phù hợp với yêu cầu của động cơ

1.1.3 Khí thải _ nhược điểm lớn nhất của nhiên liệu diesel.

Nhiên liệu diesel chủ yếu được lấy từ hai nguồn chính là chưng cất trực tiếpdầu mỏ và quá trình cracking xúc tác Diesel gồm các hợp chất của lưu huỳnh, nitơ

và các chất nhựa và asphalten Vì vậy khí thải của diesel chứa các khí độc như:

─ Khí SO2: gây bệnh cho phổi, gặp nước thì sẽ tạo thành axit

─ Khí CO: gây ra hiệu ứng nhà kính làm Trái đất nóng lên kéo theo thiên tai

─ Khí CO sinh ra khi nhiên liệu cháy không hoàn toàn, nó là chất khí không màu không mùi không vị nhưng là chất khí độc đối với con người.

─ Các thành phần hydrocacbon trong khí thải nhiên liệu diesel đặc biệt là cáchợp chất thơm cũng rất có hại cho con người và là nguyên nhân của nhiều cănbệnh như ung thư, hen suyễn, dị ứng…Các chất muội phân tán cũng gây ô nhiễmmạnh, chúng rất khó nhận biết và là nguyên nhân gây ra bệnh về hô hấp và timmạch

Các nước trên thế giới hiện nay hết sức chú ý cả về hiệu quả lẫn môi trườngnên xu hướng chung trong việc nghiên cứu để sản xuất nhiên liệu diesel sạch lànâng cao trị số xetan và giảm hàm lượng lưu huỳnh đến giá trị nhỏ nhất có thểđược, đồng thời mở rộng nguồn nhiên liệu, sản xuất nhiên liệu sạch ít ô nhiễm môitrường

1.1.4 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

─ Phương pháp hydro hóa

─ Phương pháp nhũ hóa diesel

─ 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, ít tạp chất nên quá trình cháy hoàn toàn ít tạo cặn

 Trong 4 phương pháp trên thì phương pháp thứ tư được quan tâm và tập trung

và nghiên cứu nhiều nhất, vì đây là phương pháp xuất phát từ nguyên liệu sinh học

là nguồn nhiên liệu vô tận Hơn thế, khi cháy lại tạo ít khí độc hại như CO, SOx,

H2S, Hydrocacbon thơm…chính là những chất gây ô nhiễm môi trường

1.2 Tổng quan về dầu biodiesel

1.2.1 Khái niệm

─ Biodiesel hay diesel sinh học là một loại nhiên liệu có tính chất tươngđương với nhiên liệu dầu diesel nhưng không được sản xuất từ dầu mỏ mà đượcsản xuất từ dầu mỡ động, thực vật

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

và có lợi sức về khoẻ và môi trường

─ Diesel sinh học nói riêng hay nhiên liệu sinh học nói chung, là một nguồnnăng lượng tái tạo Biodiesel là methyleste của những acid béo, trong quá trình sảnxuất biodiesel còn tạo ra sản phẩm glycerin có giá trị kinh tế cao, được sử dụngtrong ngành dược phẩm và mỹ phẩm

1.2.2 Tình hình sản xuất và sử dụng biodiesel.

Tình hình sản xuất và sử dụng ở nước ngoài

Hiện nay, có khoảng 50 nước trên thế giới khai thác và sử dụng nhiên liệu sinhhọc ở các mức độ khác nhau Nhiên liệu sinh học được dùng làm nhiên liệu chonhanh giao thông bao gồm: Dầu thực vật sạch, ethanol, diesel sinh học, dimetylether (DME), ethy tertiary butyl ether (ETBE) và các sản phẩm từ chúng Năm

2006, toàn thế giới đã sản xuất khoảng 50 tỷ lít ethanol (75% dùng làm nhiên liệu)

so với năm 2003 là 38 lít, dự kiến năm 2012 là 80 tỷ lít, năm 2005 sản xuất 4 triệutấn diesel sinh học (B100), năm 2010 tăng lên khoảng trên 20 triệu tấn Sản lượngdiesel sinh học ở một số nước đứng đầu trên thế giới được chỉ ra ở bảng sau

Bảng 1.3: Tổng sản lượng diesel sinh học hàng năm ở một số nước trên thế giới

Tổng sản lượng diesel sinh học hàng năm của 10 nước đứng đầu

năm 2007 (Triệu tấn gallon Mỹ)

─ Pháp là nước thứ hai tiêu thụ nhiều ethanol sinh học trong cộng đồng Châu

Âu với mức khoảng 1.07 triệu tấn ethanol và diezel sinh học năm 2006 Công tydiester sản xuất diezen sinh học và Téréos sản xuất etanol là hai đại công ty củaPháp

─ Ở Ấn Độ, chính phủ đã có chính sách sử dụng xăng sinh học trong nhữngnăm tới Ấn Độ gia tăng diện tích trồng cây dầu lai để sản xuất diezel sinh học

─ Thái Lan bắt đầu nghiên cứu sản xuất xăng sinh học từ năm 1985 Năm 2011Thái Lan thành lập Ủy Ban nhiên liệu sinh học để điều hành và phát triểnnghiên cứu Xăng sinh học đã bắt đầu bán ở các trạm xăng từ 2003

Tình hình sản xuất và sử dụng trong nước

Nhiên liệu sinh học (biodiesel) là một dạng năng lượng mới, góp phần bảođảm an ninh năng lượng và bảo vệ môi trường Phát triển năng lượngsinh học làhướng đi đúng, cần thiết của ngành năng lượng Việt Nam Song phát triển như thếnào cần cân nhắc một cách khoa học

Việt Nam đã quan tâm đến diesel sinh học (biodiesel) cách đây 20 năm Và đề

án phát triển ngành nhiên liệu sinh học (NLSH) đến năm 2015, tầm nhìn đến năm

2025 đã được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt ngày 20/11/2007 Về tiềm năng cónhiều nguồn nguyên liệu sản xuất biodessel như:

─ Dầu mỡ thải đã qua sử dụng: Gồm các phế phẩm dầu mỡ đi từ các nhàmáy chế biến dầu mỡ, dầu mỡ đã qua sử dụng, được thu hồi sau quá trình rán, nấu

từ các cơ sở chế biến thức ăn

─ Vi tảo là giải pháp duy nhất có thể giải quyết vấn đề diện tích đất trồng vì

nó có chu kỳ phát triển rất ngắn, sống được ở khắp nơi có ánh nắng mặt trời, nước

và CO2

─ Rỉ đường, ngũ cốc, vừng, lạc, dừa, mỡ cá basa

─ Cây Jatropha, có nguồn gốc từ Trung Mỹ, di thực sang châu Phi, Ấn

Độ và Nam Mỹ, cây chịu hạn, trồng ở đất khô cằn, có nhiều loại Nước ta có thểtận dụng 9 triệu ha đất hoang hóa, dọc ven các đường quốc lộ, trồng cây Jatropha

để lấy dầu

Sản xuất nhiên liệusinh học ở Việt Nam cũng được nhiều đối tác nước ngoài rất quan tâm Đáng chú ý trong số này là các dự án do Nhật Bản hỗ trợ Việt Namnghiên cứu sản xuất nhiên liệusinh học sử dụng các loại phế phẩm bã mía, rơm rạ,

dự án do Chính phủ Hà Lan tài trợ sử dụng trấu, vỏ cà phê, trái điều, vỏ điều, rongbiển, chương trình tổng thể về nghiên cứu và phát triển nhiên liệu sinh học ở ViệtNam của Hàn Quốc sản xuất diesel sinh học và các hóa chất tinh khiết thân thiệnvới môi trường từ dầu thực vật vv…

Một số dự án liên quan đến nhiên liệu sinh học đã và đang triển khai trongnước:

─ Nghiên cứu và sản xuất nhiên liệu sạch đã được Petrolimex, PetroVietNam triển khai và đã có những kết quả Đại học Bách Khoa TP.HCM đã phachế, thử nghiệm để chứng minh ethanol có thể thay thế xăng dùng làm nhiên liệucho động cơ đốt trong

─ Viện Hóa học Công nghiệp VN, Viện Khoa học Vật liệu ứng dụng –Viện KH&CNVN đã triển khai sản xuất diezen sinh học từ dầu, mỡ động thực vật(biodiesel thế hệ 1).

─ Viện Công nghệ thực phẩm đã và đang nghiên cứu sản xuất ethanol

từ phế thải nông nghiệp Nhiều đơn vị trong đó có Sài Gòn Petro, Công ty Míađường Lam Sơn đã lên kế hoạch pha chế thử nghiệm và tiến tới sản xuất ở quy

mô phù hợp và đưa vào sử dụng

─ Bên cạnh đó là các dự án hợp tác đầu tư liên doanh liên kết giữaCông ty đường Biên Hoà với Công ty của Singapore ký kết hợp tác tháng 8/2007đầu tư nhà máy sản xuất cồn sinh học công suất 50.000 tấn/năm Dự án hợp tácCông ty Petrosetco Việt Nam và Itochu Nhật Bản đầu tư khoảng 100 triệu USD đểxây nhà máy etanol công suất 100 triệu lít/năm từ nguyên liệu sắn lát tại Khu côngnghiệp Phước Hiệp-TP.HCM Dự kiến, khoảng 99,8% sản phẩm etanol sẽ đượccung ứng cho thị trường phục vụ sản xuất xăng sinh học

Mới đây, nhiều đề tài nghiên cứu ứng dụng sản phẩm phế thải nông, lâmnghiệp như rơm rạ thành etanol sinh học đã được triển khai ở Viện Công nghệ Sinhhọc-Viện KH&CNVN, Đại học Bách khoa Hà Nội…Tuy nhiên kết quả đạt đượccòn khiêm tốn, chưa thể áp dụng triển khai sản xuất lớn và thương mại hóa ViệnHóa học - Viện KH&CNVN đã tiến hành nghiên cứu nhiệt phân rơm rạ có xúc tác

và không xúc tác thành nhiên liệu lỏng - dầu sinh học (bio-oil)

1.2.3 Tính chất, ưu và nhược điểm của biodiesel

1.2.3.1.Tính chất của biodiesel

Biodiesel là các alkyl este mạch thẳng được điều chế nhờ phản ứng trao đổieste giữa dầu thực vật với các loại rượu mạch thẳng như metanol và etanol.Biodiesel có tính chất vật lý giống như diesel Tuy nhiên các tính chất của khí thảithì biodiesel tốt hơn dầu diesel Những số liệu được nêu trong bảng 1.4 cho ta mộtcái nhìn tổng quát về các tính chất vật lý của biodiesel so với dầu diesel

Sản phẩm cháy của biodiesel sạch hơn nhiều so với diesel khoáng Đặc biệt,với B20 (20% biodiesel, 80% diesel khoáng) có thể sử dụng trong động cơ mà

không cần thay đổi kết cấu của động cơ, thậm chí các động cơ diesel sẽ chạy tốthơn với B20.

Bảng 1.4: So sánh tính chất của nhiên liệu biodiesel với diesel

─ Không chứa hợp chất thơm nên không gây ung thư

─ Có khả năng tự phân huỷ và không độc (phân huỷ nhanh hơn Diesel 4lần, 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 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 toàntrong tồn chứa và sử dụng

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

Về mặt kinh tế.

Sử dụng nhiên liệu Biodiesel ngoài vấn đề giải quyết ô nhiễm môi trường nócòn 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 dụngtrong thực phẩm Đồng thời đa dạng hoá nền nông nghiệp và tăng thu nhập ở vùngmiền nông thôn Hạn chế nhập khẩu nhiên liệu diesel, góp phần tiết kiệm cho quốcgia một khoảng kinh phí lớn

1.2.3.3 Nhược điểm của Biodiesel

─ Giá thành cao: Biodiesel tổng hợp vẫn còn đắt hơn diesel thông thường.Tuy vậy, trong quá trình sản xuất biodiesel còn tạo ra glyxerin là một chất có giátrị cao nên sẽ bù đắp chi phí sản xuất biodiesel

─ Quá trình sản xuất biodiesel không đảm bảo: Nếu rửa biodiesel khôngsạch 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 ngườiđồng thời cũng là những chất gây ô nhiễm mạnh, tác động xấu tới môi trường sinhthái

─ Tính chất thời vụ của dầu thực vật: Cần phải có những chính sách vàchiến 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 NOx: Nếu tỷ lệ pha trộn biodiesel vào diesel khoáng tăng

thì hàm lượng NOx 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 địnhrượu 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 bằngcao su bên trong động cơ phải được thay thế Để hạn chế nhược điểm này, các nhàchế tạo đã thay thế những bộ phân cao su bằng vật liệu tổng hợp, chẳng hạnfloroelastom Nói chung, những vật liệu bền với tác nhân oxy hoá, metanol vàetanol đều phù hợp khi sử dụng với biodiesel

1.2.4 Quá trình tổng hợp biodiesel

Nhiều phương pháp điều chế biodiesel từ dầu mỡ động thực vật đã được đưa

ra như: sấy nóng, pha loãng, cracking, nhũ tương hóa, transeste hóa, Trong số đóthông dụng nhất là phản ứng transeste hóa do quá trình phản ứng tương đối đơngiản và tạo ra sản phẩm este có tính chất hóa lý gần giống nhiên liệu diesel Hơnnữa, các este có thể được đốt cháy trực tiếp trong buồng đốt của động cơ và khảnăng hình thành cặn thấp

Phản ứng transester hóa điều chế biodiesel

Phương pháp chuyển hóa este tạo biodiesel là sự lựa chọn tốt nhất vì các đặctính của các alkyl este rất gần với nhiên liệu diesel thông dụng và các quá trình nàycũng tương đối đơn giản, chi phí không cao Hơn nữa, các alkyl este có thể cháytrong động cơ mà không cần thay đổi chi tiết của động cơ với sự tạo cặn thấp.Bản chất hóa học của phản ứng trao đổi este như sau:

Dầu thực vật Rượu mạch thẳng Glyxerin

Biodiesel

Hình 1.1: Sơ đồ phản ứng trao đổi este

Thực chất quá trình chuyển hóa này này gồm một loạt các phản ứng thuậnnghịch nối tiếp nhau Tức là triglyxerit chuyển hóa từng bước thành diglyxerit, rồi

từ diglyxerit chuyển hóa tiếp thành monoglixerit và cuối cùng là glyxerin vàbiodiesel

Như vậy, sản phẩm của quá trình là hỗn hợp các alkyl este, glyxerin, ancol,tri-, di, monoglyxerin chưa phản ứng hết Các monoglyrexit là nguyên nhân làmcho hỗn hợp sản phẩm bị mờ đục Glyxerin dễ dàng được tách ra khỏi este và sửdụng

trong các ngành công nghiệp khác Este sau khi tách khỏi glyxerin được đưa đếnkhâu trung hòa và qua tháp tách methanol Ở khâu trung hòa người ta dùng axítnhư H2SO4 hay H3PO4 để trung hòa lượng xúc tác kiềm dư và lượng xà phòng tạothành Tất cả lượng dư xúc tác, xà phòng, muối, methanol và glyxerin tự do đượctách khỏi biodiesel bằng quá trình rửa nước Trung hòa bằng axít trước khi rửanước nhằm giảm tối đa lượng xà phòng và lượng nước rửa cần dùng, do đó hạnchế được quá trình tạo nhũ tương gây khó khăn cho việc tách nước khỏi biodiesel.Biodiesel được làm sạch nước trong tháp bay hơi Nếu sản xuất ở qui mô nhỏngười ta thường dùng các muối khô để hút nước Một số nguồn nguyên liệu chứamột lượng lớn axit béo tự do Axít béo tự do phản ứng với xúc tác kiềm sinh ra xàphòng và nước Khi hàm lượng axít béo tự do lớn hơn 5 %, cần dùng thêm xúc tác

để trung hòa axit béo tự do Vì lượng axít béo tự do lớn thì lượng xà phòng tạo ranhiều làm chậm quá trình tách pha este và glyxerin, đồng thời tăng mạnh sự tạonhũ tương trong quá trình rửa nước Để giảm hàm lượng axít béo tự do, trước phảnứng transester hóa, người ta dùng xúc tác axít như H2SO4 hay bazơ chuyển hóa axitbéo tự do.Vì vậy, hàm lượng axít béo tự do là yếu tố chính trong việc lựa chọncông nghệ cho quá trình sản xuất biodiesel

Tác nhân phản ứng trao đổi este

Tác nhân phản ứng trao đổi este là các alcol khác nhau, alcol được sử dụngtrong các quá trình này thường là các loại alcol đơn chức chứa khoảng từ 1 đến 4nguyên tử carbon: methanol, ethanol, buthanol Methanol và ethanol là các loạirượu hay được sử dụng nhất Nhưng hiệu quả kinh tế cao trong sản xuất biodiesel

là rượu methanol Methanol là một hợp chất hóa học với công thức phân tử

CH3OH (thường viết tắt MeOH), khối lượng phân tử M=32 đvC, khối lượng riêngD=0,791g/cm3 Methanol là rượu đơn giản nhất, nhẹ, phân cực, dễ bay hơi, khôngmàu, dễ cháy

Xúc tác sử dụng cho phản ứng tổng hợp biodiesel

─Xúc tác axít

Xúc tác axít chủ yếu là xúc tác Bronsted như H2SO4, HCl, Các xúc tác nàythường là xúc tác đồng thể trong pha lỏng Các xúc tác axít cho độ chuyển hóathành este cao, nhưng phản ứng chỉ đạt độ chuyển hóa cao khi nhiệt độ cao trên

10000C và thời gian phản ứng lâu hơn, ít nhất trên 6 giờ mới đạt độ chuyển hóahoàn Xúc tác này có ưu điểm là quá trình tinh chế sản phẩm đơn giản, este hóaaxít béo xảy ra nhanh hơn Còn phản ứng chuyển hóa este của triglyxerit trên xúctác axít xảy ra chậm hơn, thời gian phản ứng lâu hơn muốn đẩy nhanh tốc độchuyển hóa phải tăng nhiệt độ, quá trình rửa sản phẩm khó

─Xúc tác bazơ

Xúc tác bazơ đồng thể thường được sử dụng nhất vẫn là các bazơ mạnh nhưNaOH, KOH, Na2CO3,…vì xúc tác này cho độ chuyển hóa rất cao, thời gian phảnứng ngắn (từ 1 – 1,5 giờ), nhưng yêu cầu không được có mặt của nước trong phảnứng vì dễ tạo xà phòng gây đặc quánh khối phản ứng, giảm hiệu suất tạo biodiesel,gây khó khăn cho quá trình sản xuất công nghiệp Quá trình tinh chế sản phẩm khókhăn Để khắc phục tất cả các nhược điểm của xúc tác đồng thể, các nhà khoa họchiện nay đang có xu hướng dị thể hóa xúc tác Các xúc tác dị thể thường được sửdụng là các hợp chất của kim loại kiềm hay kiềm thổ mang trên chất mang rắn nhưNaOH/MgO, NaOH/ -Al2O3, Na2SiO3/MgO, Na2SiO3/SiO2 Các xúc tác này cũng

cho độ chuyển hóa khá cao (trên 90 %), nhưng thời gian phản ứng kéo dài hơnnhiều so với xúc tác đồng thể.

Phản ứng transester hóa là phản ứng giữa triglyceride (thành phần chínhtrong dầu thực vật hay mỡ động vật) và alcohol Sản phẩm biodiesel thu được làhỗn hợp monoalkyl ester Sự hiện diện của xúc tác (axít, kiềm ) sẽ thúc đẩy quátrình phản ứng Để đạt hệ số chuyển đổi cao phải dùng lượng dư alcohol do phảnứng transester hóa là quá trình thuận nghịch

Dầu dùng để tạo ra biodiesel có thể là dầu ăn (straight vegetable oil - SVO)hoặc dầu thực vật phế thải (Waste vegetable oil - WVO) Dầu phế thải được sửdụng sau khi đã làm sạch, lọc, loại bỏ chất bẩn, trung hoà các axit béo tự do Từ đóngười ta pha methanol hoặc ethanol vào chất béo (từ dầu thực vật hay mỡ độngvật) và dùng xúc tác là những kiềm mạnh (NaOH hay KOH) hoặc Natrisilicat ở ápsuất thông thường và nhiệt độ phù hợp Liên kết ester của glyxerin với axit béotrong dầu mỡ bị phá huỷ, các axit béo sẽ được ester hoá với methanol hoặc ethanolcòn glyxerin được tách ra Để không lẫn lộn, trong ký hiệu người ta dùng chữ M

để chỉ các methyl ester từ dầu thực vật, ví dụ: theo tiêu chuẩn Đức có các loại dầuvới ký hiệu Tuỳ theo loại nguyên liệu mà chia thành: RMP- methyl ester của cảidầu, SME- methyl ester của dầu đậu nành, hướng dương, PME- methyl ester củadầu dừa, hạt cau Với quy trình công nghệ tối ưu có thể sản xuất đạt hiệu suất97% Bên cạnh biodiesel người ta còn thu được glyxerin dùng cho các ngành côngnghiệp khác Nhiều phương pháp điều chế biodiesel từ dầu mỡ động thực vật đãđược đưa ra như: Sấy nóng, pha loãng, cracking, nhũ tương hóa, transeste hóa, Trong số đó thông dụng nhất là phản ứng transeste hóa do quá trình phản ứngtương đối đơn giản và tạo ra sản phẩm este có tính chất hóa lý gần giống nhiên liệudiesel Hơn nữa, các este có thể được đốt cháy trực tiếp trong buồng đốt của động

cơ và khả năng hình thành cặn thấp

1.2 So Sánh lượng khí phát thải của diesel dầu mỏ và biodiesel

Kết quả các công trình nghiên cứu cho thấy biodiesel giảm tới 70% khí CO2

so với dầu diesel Hàm lượng các khí thải độc hại khác như CO, NOx, SOx,hydrocarbon đều giảm đi đáng kể khi sử dụng nhiên liệu sinh học

─ Khí CO giảm 48% so với khi sử dụng diesel dầu mỏ

─ Tổng số hydrocacbon không nung giảm 67%

ô nhiễm môi trường

─ NOx bao gồm các oxit nitric (NO) và nitrogen dioxide (NO2) NO2 độchại hơn NO, ảnh hưởng trực tiếp tới sức khỏe và là nhân tố khởi nguồn cho sự hìnhthành ozone cũng như là tác nhân chủ yếu hình thành sương khói Nó được sinh ratrong quá trình cháy do phản ứng hóa học giữa nguyên tử oxy và ni-tơ Các phảnứng tạo thành NOx phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ Bởi vậy, lượng NOx thải ra từviệc đốt thường tỷ lệ thuận với tải của các động cơ chạy diesel

1.3 Sơ lược về dầu hỏa và than đá dùng cho bếp tổ ong

1.3.1 Dầu hỏa

Là hỗn hợp của các hidrocacbon lỏng không màu, dễ bắt cháy Là sản phẩmcủa phân đoạn chưng cất dầu mỏ có nhiệt độ sôi từ 200-3000C Dầu hỏa có hàmlượng lưu huỳnh nhỏ (0,05%), lượng cacbon hidro thơm thấp

1.3.2 Than đá

Than đá là một loại nhiên liệu hóa thạch được hình thành ở các hệ sinhtháiđầm lầy nơi xác thực vật được nước và bùn lưu giữ không bị ôxi hóa và phânhủy bởi sinh vật Thành phần chính của than đá là cacbon, ngoài ra còn có cácnguyên tố khác như lưu huỳnh Than đá là nguồn nhiên liệu sản xuất điện năng lớnnhất thế giới, cũng như là nguồn thải khí CO2 lớn nhất, được xem là nguyên nhânhàng đầu gây nên hiện tượng nóng lên toàn cầu Than đá được khai thác từ các mỏthanlộ thiên hoặc dưới lòng đất (hầm lò)

Than đá sử dụng nhiều trong sản xuất và đời sống Trước đây, than dùng làmnhiên liệu cho máy hơi nước, đầu máy xe lửa Sau đó, than làm nhiên liệu cho nhàmáy nhiệt điện, ngành luyện kim Gần đây than còn dùng cho ngành hóa học tạo racác sản phẩm như dược phẩm, chất dẻo, sợi nhân tạo Than chì dùng làm điện cực.Ngoài ra than còn được dùng nhiều trong việc sưởi ấm từ xa xưa nhưng khi cháychúng tỏa ra rất nhiều khí CO có thể gây ngộ độc nên cần sử dụng trong các lòsưởi chuyên dụng có ống khói dẫn ra ngoài cũng như có các biện pháp an toàn khi

sử dụng chúng

CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU2.1 Vật liệu

2.1.1.2 Nguyên lý hoạt động bếp hóa khí

Nhiên liệu lỏng chứa trong bình thép kín được bơm tới áp suất từ 0,5 đến 0,7kG/cm2, chúng được chuyển lên ống hóa khí và phun sương vào cốc chứa khí rồi

1

5

43

2

6

bốc lên mâm đốt Tại đây, gặp lửa ở chén mồi, nhiên liệu sẽ bắt cháy Vì thế, nhiênliệu ban đầu ở thể lỏng nhưng khi cháy là ở thể khí.

Khi cần lửa to lên ta chỉ cần bơm để tăng áp suất tại bình chứa dầu Sau khi

sử dụng xong ta có thể tắt bếp một cách dễ dàng bằng cách mở lỏng núm vặn, bếp

sẽ dần dần tắt đi

2.1.1.3 Quy trình vận hành bếp đun hóa khí

─ B1: Cho 300ml dầu biodiesel vào bình đun Đóng kín các van thông khí

─ B2: Bơm để cho dầu chạy lên đầu đốt, đến khi dầu tràn lên lỗ thoát khí mộtvài giọt thì xả van ra

─ B3: Cho cồn vào chén mồi và châm lửa.

─ B4: Khi lửa bắt cháy ở mâm đốt thì xả van để điều chỉnh ngọn lửa lớn haynhỏ

2.1.2 Tổng quan bếp dầu hỏa

2.1.2.1 Cấu tạo bếp dầu hỏa

2.1.2.2 Nguyên lý hoạt động bếp dầu hỏa

─ Đổ dầu vào bình chứa, không đổ đầy để tránh dầu tràn ra ngoài.

─ Gắn bấc dầu đều đĩa

─ Điều chỉnh bấc dầu sao cho độ cao các bấc bằng nhau

─ Mồi lửa để đốt các bấc dầu

2.2 Phương pháp nghiên cứu

2.2.1 Khảo sát sự phát thải các khí ô nhiễm khi trộn lẫn Biodiesel và dầu hỏa theo các tỉ lệ khác nhau

 Nguyên liệu: Biodiesel và dầu hỏa.

─ Biodiesel tinh khiết 100% được tách chiết từ các quá trình lọc dầu thải

─ Biodiesel được pha trộn với dầu hỏa theo các tỉ lệ:

Bảng 2.1: Tỷ lệ pha trộn biodiesel và dầu hỏa theo phần trăm

Biodiesel Dầu hỏa Kí hiệu

─ Để có 300mL dung dịch mẫu M10, ta pha trộn 30mL biodiesel và 270mL

dầu hỏa Tương tự như thế, tỷ lệ pha trộn biosiesel và dầu hỏa thể tích tương ứng theo như bảng 2.2

Bảng 2.2: Tỷ lệ pha trộn biodiesel và dầu hỏa theo thể tích

Biodiesel (mL)

IECEx/ATEX, UL (loại I), CSA, MSHA

─ Có thể đo được các loại khí độc: oxi, khí dễ cháy, khí độc, các hợp chấthữu cơ dễ bay hơi (VOCs)

─ Khả năng đọc: ppm, hoặc % thể tích

─ Có thể đo được tới 6 loại khí

─ Có menu điều khiển

─ Có tới 25 sensor tự chọn theo yêu cầu sử dụng

─ Đo ở chế độ khuyếch tán hoặc dùng bơm mẫu bên trong

 Nguyên tắc

Ba(OH)2 + HOOC-COOH => Ba(COO)2 + 2H2O (2)Dựa vào phương trình phản ứng (2) ta tính được lượng Ba(OH)2 đã phảnứng với acide oxalic So với lượng Ba(OH)2 ban đầu, ta tính được lượngBa(OH)2 đã tác dụng với CO2 Từ đó, ta tính được nồng độ CO2 trong khôngkhí.

+ Gắn hệ thống hút và điều chỉnh lưu tốc khoảng 0.5-1L/phút Lấy khoảng

─ Tiến hành song song một mẫu trắng đối chứng.

Hút 20 ml dung dịch hấp thụ barit (dung dịch chưa đem hấp thụ) cho vàobình tam giác Thêm 4-5 giọt phenolphthalein và chuẩn độ với dung dịch acideoxalic đến khi vừa hết màu hồng Ghi thể tích acide oxalic đã chuẩn độ

─ Tính toán kết quả

= 1000Trong đó:

: là nồng độ CO2 có trong mẫu đã thu, mg/m3

Cs: là nồng độ dung dung dịch chuẩn H2C2O4, mg/ml

V1: là thể tích dung dịch chuẩn H2C2O4 dùng chuẩn độ mẫu trắng, ml

V2: là thể tích dung dịch chuẩn H2C2O4 dùng chuẩn độ lương V5 của mẫu trắng, ml

V3: là thể tích không khí được lấy quy về điều kiện tiêu chuẩn, L

V4: là tổng thể tích dung dịch đã hấp thụ, ml

V5: là thể tích dung dịch đã hấp thụ đem chuẩn độ, ml

: là khối lượng phân tử của CO2, g/mol

: là khối lượng phân tử của H2C2O4, g/mol

2.2.5 Phương pháp đo độ nhớt

2.2.5.1 Khái niệm

─ Đo độ nhớt có thể giúp ta quản lý được chất lượng sản phẩm, đặc tính củadòng chất lỏng từ đó có thể áp dụng các phương pháp tốt hơn cho công việc khảosát và nghiên cứu đối với chất lỏng

2.2.5.2 Các phương pháp giảm độ nhớt của dầu thực vật 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 vậtnhư có khả năng tái sinh, hàm lượng lưu huỳnh thấp hơn, hàm lượng chất thơm íthơn, dễ phân huỷ trong tự nhiên, độ nhớt cao hơn và khả năng bay hơi thấp hơn…

là không thể phủ nhận Vấn đề chính liên quan đến việc hạn chế sử dụng trực tiếpdầu thực vật là độ nhớt Dầu thực vật nhìn chung có độ nhớt cao gấp 10 – 20 lầnnhiên liệu diesel N02D, ngoài ra còn tạo cặn trong động cơ Thậm chí có loại nhưdầu thầu dầu còn có độ nhớt cao hơn, gấp 100 lần nhiên liệu diesel N02D Do đó,người ta phải áp dụng một số biện pháp đặc biệt để giải quyết vấn đề độ nhớt caocủa dầu thực vật như pha loãng, nhũ hoá, nhiệt phân, cracking xúc tác và metyleste hoá

Nhũ hoá dầu thực vật:

Việc nhũ hoá được thực hiện cho dầu thực vật khi dùng các chất lỏng khôngthể hòa tan được như etanol hay metanol…để làm giảm độ nhớt của dầu

─ Chuyển hoá este tạo biodiesel: Quá trình này tạo ra các alkyl este axit béo

có trong lượng phân tử và độ nhớt thấp hơn nhiều so với phân tử dầu thực vật banđầu Trong lượng phân tử của các ester khi đó chỉ bằng 1/3 trọng lượng phân tửdầu thực vật và có độ nhớt rất thấp, xấp xỉ bằng diesel khoáng Như thế, biodieselthu được có những tính chất phù hợp cho việc sử dụng vào động cơ diesel

─ Cracking xúc tác dầu thực vật: Việc làm này sẽ tạo ra các alkan,cycloalkan, alkylbenzen….Tuy nhiên quá trình cracking dầu thực vật đòi hỏi phảitiến hành ở nhiệt độ thấp bởi dầu thực vật không chịu được nhiệt độ cao, cho nên

việc chọn ra xúc tác thích hợp là việc không đơn giản, hơn nữa việc đầu tư mộtdây chuyền carcking xúc tác rất tốn kém.

Pha loãng dầu thực vật:

Để hạ độ nhớt của dầu thực vật, người ta pha loãng nó bằng etanol tinhkhiết hoặc hỗn hợp 25% dầu hướng dương với 75% dầu khoáng thông thườngcũng như thu được nhiên liệu giống như nhiên liệu diesel Độ nhớt của nó là 4,88cSt tại 3150K, trong khi theo ASTM thì giá trị lớn nhất là 4,0 cSt tại 3130K Bởivậy hỗn hợp này không phù hợp với việc sử dụng lâu dài cho động cơ đốt trong

Nhiệt phân dầu thực vật:

Thực chất là quá trình phân huỷ các phân tử dầu thực vật bằng nhiệt trongmôi trường có oxy để tạo ra alkan, alcadien, acid cacbocylic, hợp chất thơm vàmột lượng nhỏ sản phẩm khí Quá trình nhiệt phân các hợp chất béo đã được thựchiện cách đây hơn 100 năm ở những nơi không có hoặc có ít dầu mỏ

Sau khi xem xét và phân tích các phương pháp trên, ta thấy phương phápchuyển hoá tạo este tạo biodiesel là sự lựa chọn tối ưu hơn cả vì các đặt tính vật lýcủa các metyl este rất gần với nhiên liệu diesel thông thường, hơn nữa quá trìnhnày cũng đơn giản, chi phí không cao Các metyl este có thể cháy trong động cơvới sự tạo cặn rất thấp mà không cần thay đổi chi tiết nào của động cơ

2.2.5.3 Phương pháp xác định độ nhớt

Xác định tỷ trọng của dầu

─ Chuẩn bị bình tỷ trọng Làm khô ngoài không khí hoặc sấy nhẹ ở 50oC Sau

đó cân để biết khối lượng bình

─ Xác định khối lượng bình và nước cất:

+ Từ từ cho nước cất vào bình tỷ trọng Rót nhẹ theo thành bình cho đến khiđầy miệng bình để tránh tạo bọt khí rồi đậy nút bình tỷ trọng

+ Dùng giấy lọc lau khô hết nước bám ngoài bình Dùng bông hoặc khănsạch lau khô bình Tránh không để sợi bông bám lại ngoài thành bình

+ Để yên trong 5 phút và cân

─ Xác định khối lượng bình và dung dịch cần đo: