Đang tải... (xem toàn văn)
Biodiezel có thể đáp ứng được yêu cầu này Biodiezel là nhiên liệu sinh học được tổng hợp từ các nguồn dầu mỡ động thực vật khác nhau như: dầu hạt cao su, dầu nành, dầu dừa, dầu cọ….Nếu b
bộ giáo dục đào tạo trờng đại học bách khoa hµ néi - luận văn thạc sĩ khoa học nghiên cứu tổng hợp biodiezel từ dầu hạt cao su xúc tác bazơ rắn ngành : công nghệ hoá học mà số:23.04.3898 Nguyễn văn tiến Ngời hớng dẫn khoa học : PGS.TS đinh thị ngọ Hà Nội 2009 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17057204917981000000 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC TỔNG HỢP BIODIESEL LỜI CẢM ƠN Ở Việt Nam nay, vấn đề nhiên liệu vấn đề hồn tồn cịn trình nghiên cứu Cho nên đề tài nghiên cứu tổng hợp biodiezel từ dầu hạt cao su xúc tác CaO.SiO2 đề tài thiết thực nay, trước nhu cầu tiêu thụ lượng ngày tăng, ngun liệu khống ngày cạn kiệt Vì đề tài mới, nên q trình nghiên cứu tơi gặp khơng khó khăn việc tìm kiếm tài liệu, tìm kiếm nguyên liệu, trang thiết bị Tuy nhiên với hướng dẫn tận tình PGS.TS Đinh Thị Ngọ, tơi hồn thành luận văn thạc sỹ khoa học theo yêu cầu , nhiêm vụ giao Tôi xin cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS Đinh Thị Ngọ, đồng thời xin chân thành cảm ơn thầy giáo mơn Cơng Nghệ Hữu Cơ-Hóa Dầu, anh chị nghiên cứu sinh, tạo điều kiện giúp đỡ tơi hồn thành đồ án Do kiến thức kinh nghiệm hạn chế nên đồ án khơng tránh khỏi thiếu sót, tơi mong thầy cô thông cảm bỏ qua Hà nội, ngày tháng năm Sinh viên Nguyễn Văn Tiến NGUYỄN VĂN TIẾN CƠNG NGHỆ HỮU CƠ- HĨA DẦU LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC TỔNG HỢP BIODIESEL DANH MỤC CÁC HÌNH STT Ký hiệu Nội dung Trang Hinh 2.1 Sơ đồ tổng hợp biodiezel 46 Hình 3.1 Phổ nhiễu xạ tia X xúc tác CaO.SiO2 58 Hình 3.2 Ảnh SEM 59 Hình 3.3 Ảnh hưởng hàm lượng SiO2 đến hiệu suất biodiezel 61 Hình 3.4 Ảnh hưởng nhiệt độ nung xúc tác đến hiệu suất 62 biodiezel Hình 3.5 Ảnh hưởng tỷ lệ metanol/dầu đến số axit 65 Hình 3.6 Ảnh hưởng hàm lượng H2SO498% đến số axit 66 Hình 3.7 Ảnh hưởng thời gian phản ứng đến số axit 67 Hình 3.8 Quan hệ tỷ lệ metanol/dầu hiệu suất biodiezel 70 10 Hình 3.9 Quan hệ hàm lượng xúc tác hiệu suất biodiezel 71 11 Hình 3.10 Quan hệ nhiệt độ phản ứng hiệu suất biodiezel 72 12 Hình 3.11 Quan hệ thời gian phản ứng hiệu suất biodiezel 73 13 Hình 3.12 Phổ IR biodiezel tổng hợp từ dầu hạt cao su 78 14 Hình 3.13 Phổ MS biodiezel tổng hợp tử dầu hạt cao su 79 15 Hình 3.14 Quan hệ tốc độ quay hàm lượng CO 81 16 Hình 3.15 Quan hệ tốc độ quay hàm lượng NOx 82 17 Hình 3.16 Quan hệ tốc độ quay hàm lượng CO 83 Hình 3.17 Quan hệ tốc độ quay hàm lượng hàm lượng 84 hydrocacbon 18 Hình 3.18 NGUYỄN VĂN TIẾN Sự phụ thuộc công suất động vào chất nhiên liệu 85 CƠNG NGHỆ HỮU CƠ- HĨA DẦU LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC TT TỔNG HỢP BIODIESEL DANH MỤC CÁC BẢNG Ký hiệu Nội dung Trang Bảng 1.1 Cơ cấu sản phẩm nhiên liệu 12 Bảng 1.2 Cân đối nhiên liệu xăng, diezel đến 2020 13 Bảng 1.3 Chỉ tiêu đánh giá chất lượng nhiên liệu diezel theo ASTM 18 Bảng 1.4 Các thành phần axit béo loại dầu thực vật 21 Bảng 1.5 Các tính chất vật lý hóa học dầu thực vật 24 Bảng 1.6 So sánh nhiên liệu sinh học với nhiên liệu dầu mỏ 27 Bảng 1.7 Tính chất vật lý diezel khoáng so với số metyleste 30 Bảng 1.8 So sánh tính chất nhiên liệu diezel với biodiezel 31 Bảng 1.9 Chỉ tiêu đánh giá chất lượng biodiezel theo ASTM_D6751 34 10 Bảng 1.10 Độ chuyển hóa metyleste điều chế phản ứng 38 trao đổi este với loại xúc tác khác 11 Bảng 1.11 So sánh điều kiện cơng nghệ q trình sản xuất 39 biodiezel theo pp xúc tác kiềm enzym 12 Bảng 1.12 So sánh lượng hoạt hóa vài phản ứng 40 tiến hành với xúc tác đồng thể dị thể 13 Bảng 3.1 Ảnh hưởng nguồn nguyên liệu điều chế CaO đến hiệu 56 suất biodiezel 14 Bảng 3.2 Quan hệ số lần tái sử dụng xúc tác CaO đến hiệu 60 suất biodiezel 15 Bảng 3.3 Quan hệ số lần tái sử dụng xúc tác CaO.SiO2 đến 60 hiệu suất biodiezel 16 Bảng 3.4 Ảnh hưởng hàm lượng SiO2 đến hiệu suất biodiezel 61 17 Bảng 3.5 Ảnh hưởng nhiệt độ nung xúc tác đến hiệu suất biodiezel 62 18 Bảng 3.6 Ảnh hưởng hàm lượng ttl đến hiệu suất biodiezel qua lần 63 19 20 tái sử dụng thứ Bảng 3.7 Độ bền nén xúc tác 63 Bảng 3.8 Sự hao hụt xúc tác sau lần tái sử dụng 64 NGUYỄN VĂN TIẾN CÔNG NGHỆ HỮU CƠ- HÓA DẦU LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC TỔNG HỢP BIODIESEL 21 Bảng 3.9 Ảnh hưởng tỷ lệ metanol/dầu đến số axit 65 22 Bảng 3.10 Ảnh hưởng hàm lượng H2SO4 98% đến số axit 66 23 Bảng 3.11 Ảnh hưởng thời gian phản ứng đến số axit 67 24 Bảng 3.12 Ảnh hưởng số lần rửa đến số axit 68 25 Bảng 3.13 Ảnh hưởng nhiệt độ sấy đến hàm lượng nước 68 26 Bảng 3.14 Ảnh hưởng tỷ lệ metanol/dầu đến hiệu suất biodiezel 69 27 Bảng 3.15 Ảnh hưởng hàm lượng xúc tác đến hiệu suất biodiezel 71 28 Bảng 3.16 Ảnh hưởng nhiệt độ phản ứng đến hiệu suất biodiezel 72 29 Bảng 3.17 Ảnh hưởng thời gian phản ứng đến hiệu suất biodiezel 73 30 Bảng 3.18 Ảnh hưởng cách nạp liệu đến hiệu suất biodiezel 74 31 Bảng 3.19 Ảnh hưởng nhiệt độ nước rửa đến chất lượng sản phẩm 76 32 Bảng 3.20 Ảnh hưởng tỷ lệ nước rửa/metyleste đến số lần rửa 76 33 Bảng 3.21 Các tiêu hóa lý biodiezel chuẩn biodiezel từ dầu 77 hạt cao su 34 Bảng 3.22 Hàm lượng CO khói thải động tốc độ khác 80 35 Bảng 3.23 Hàm lượng NOx khói thải động tốc độ khác 81 36 Bảng 3.24 Hàm lượng CO khói thải động tốc độ khác 82 37 Bảng 3.25 Hàm lượng Hydrocacbon khói thải động tốc 83 độ khác 38 Bảng 3.26 NGUYỄN VĂN TIẾN Sự phụ thuộc công suất động vào chất nhiên liệu CƠNG NGHỆ HỮU CƠ- HĨA DẦU 84 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC TỔNG HỢP BIODIESEL DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT DHCS: dầu hạt cao su Ttl: thủy tinh lỏng XRD: phương pháp phổ nhiễu xạ tia X SEM: phương pháp kính hiển vi điện tử quét LD 1,2,3: Lọc dầu 1,2,3 ASTM: Tiêu chuẩn đo lường Mỹ GOST: Tiêu chuẩn đo lường Đức B5, B20, B25: tỷ lệ pha chế biodiezel diezel NGUYỄN VĂN TIẾN CƠNG NGHỆ HỮU CƠ- HĨA DẦU LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC TỔNG HỢP BIODIESEL MỤC LỤC MỞ ĐẦU Chương 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1.Khái quát chung nhiên liệu khoáng diezel……………………………….11 1.1.1 Tiềm nhu cầu sử dụng nhiên liệu khoáng………………………… 11 1.1.2 Nhiên liệu diezel truyền thống…………………………………………… 15 1.1.3 Khí thải nhiên liệu diezel truyền thống………………………………….19 1.2 Tổng quan dầu thực vật……………………………………………… …….20 1.2.1 Thành phần hóa học dầu thực vật……………………………………….21 1.2.2 Tính chất lý học dầu thực vật………………………………………… 22 1.2.3 Tính chất hóa học dầu thưc vật………………………………………….23 1.2.4 Các tiêu quan trọng dầu thực vật………………………………… 24 1.2.5 Giới thiệu số dầu thông dụng……………………………………… 24 1.3 Tổng quan biodiezel………………………………………….…………… 27 1.3.1 Nhiên liệu sinh học……………………………………… …… ……… 27 1.3.2 Giới thiệu biodiezel……………………………… …………………….28 1.3.3 Các q trình chuyển hóa este tạo biodiezel…………………… …… 34 1.4 Tổng quan dầu hạt cao su…………………………………….…………… 35 1.4.1 Thành phần dầu hạt cao su……………………………………………… 35 1.4.2 Phương pháp chiết tách…………………………………………………….36 1.4.3 Ứng dụng dầu hạt cao su……………………………………………… .36 1.5 Xúc tác cho phản ứng……………………………………………………………37 Chương 2: THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Quá trình tổng hợp biodiezel……………………………… …………………41 2.1.1 Yêu cầu nguyên liệu…………………………………………………………41 a) Dầu thực vật……………………………………………………………… 41 b) Alcol……………………………………………………………………….42 NGUYỄN VĂN TIẾN CƠNG NGHỆ HỮU CƠ- HĨA DẦU LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC TỔNG HỢP BIODIESEL 2.1.2 Phương pháp điều chế xúc tác CaO.SiO2……………………………… 43 2.1.3 Các phương pháp xác định đặc trưng xúc tác CaO.SiO 2……………… 44 a) Phương pháp phổ XRD………………………………………………… 44 b) Phương pháp kính hiển vi điện tử quét………………………………… 45 2.1.4 Cách tiến hành tổng hợp biodiezel………………………………………… 45 a) Sơ đồ thiết bị trình thực nghiệm……………………… 45 b) Cách tiến hành thực nghiệm……………………………………………….46 c) Quá trình tách tinh chế sản phẩn……………………………………… 47 2.2 Phân tích chất lượng sản phẩm………………………….…………….………49 2.2.1 Xác định độ nhớt động học………………………………………………….49 2.2.2 Xác định số axit………………………………………………………….50 2.2.3.Xác định nhiệt độ chớp cháy cốc kín……………………………………… 51 2.2.4 Xác định tỷ trọng…………………………………………………………….52 2.2.5 Xác định số xetan……………………………………………………… 53 2.2.6 Phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại……………………………………….54 2.2.7 Phương pháp xác định hàm lượng nước………… …………………………54 2.2.8 Phương pháp chạy thử nghiệm động cơ………………………………….… 54 Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình chế tạo xúc tác CaO.SiO 2.ttl 56 3.1.1 Ảnh hưởng nguồn nguyên liệu………………………………………….57 3.1.2 Phổ XRD ảnh SEM………………………………………………………58 3.1.3 Chế tạo xúc tác CaO.SiO .60 3.1.4 Ảnh hưởng hàm lượng SiO2 đến hiệu suất biodiezel………………… 61 3.1.5 Ảnh hưởng nhiệt độ nung xúc tác đến hiệu suất biodiezel…………… 62 3.1.6 Ảnh hưởng hàm lượng thủy tinh lỏng đến hiệu suất biodiezel số lần tái sử dụng……………………………………………………………………………… 63 3.1.7 Khảo sát hao hụt xúc tác sau lần tái sử dụng………………………… 63 NGUYỄN VĂN TIẾN CƠNG NGHỆ HỮU CƠ- HĨA DẦU LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC TỔNG HỢP BIODIESEL 3.2.Các yếu tố ảnh hưởng tới trình tổng hợp biodiezel………………….… 64 3.2.1.Các yếu tố ảnh hưởng đến giai đoạn một………………………………… 64 a) Tỷ lệ metanol/dầu đến số axit…………… ……………………… 65 b) Hàm lượng xúc tác H 2SO4 98% đến số axit……………………………66 c) Thời gian phản ứng…………………………… …………………………67 d) Ảnh hưởng số lần rửa sản phẩm đến số axit hàm lượng nước…… 68 3.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến giai đoạn hai…………………………………….69 a) Tỷ lệ metanol/dầu………………………………………………………… 69 b) Hàm lượng xúc tác………………………………………………………….70 c) Nhiệt độ phản ứng………………………………………………………… 71 d) Thời gian phản ứng……………………………………………………… 73 e) Ảnh hưởng cách nạp liệu……………………………………………….74 3.3.Các yếu tố ảnh hưởng tới trình làm biodiezel………….………… 75 3.3.1 Các yếu tố ảnh hưởng tới trình phân tách……………………………….75 3.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng tới trình làm metyl este…………………….76 3.4 Đánh giá chất lượng sản phẩm…………………………………………………77 3.4.1 Các tiêu hóa lý biodiezel…………………………………………….77 3.4.2 Phổ hồng ngoại………………………………………………………………77 3.4.3 Phổ khối…………………………………………………………………… 79 3.5 Xác định hàm lượng khí thải………………………………… ……………….80 3.5.1 Xác định hàm lượng CO…………………………………………………….80 3.5.2 Hàm lượng NOx…………………………………………………………… 81 3.5.3 Hàm lượng CO 2…………………………………………………………… 82 3.5.4 Hàm lượng hydrocacbon…………………………………………………….83 3.5.5 Công suất động cơ………………………………………………………… 84 Kết luận .86 Tài liệu tham khảo………………………………………………………………… 87 NGUYỄN VĂN TIẾN CƠNG NGHỆ HỮU CƠ- HĨA DẦU LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC TỔNG HỢP BIODIESEL MỞ ĐẦU Hiện nguồn nguyên liệu khoáng ngày cạn kiệt, nhu cầu tiêu thụ lượng ngày tăng Trước tình hình đó, buộc phải tìm nguồn nhiên liệu thay nhiên liệu khống Ngồi khói thải nhiên liệu khống cịn ngun nhân gây nhiễm mơi trường Vì vậy, việc tìm nhiên liệu thân thiện với môi trường vấn đề cấp bách Trên giới có nhiều cơng trình nghiên cứu nhiên liệu như: nhiên liệu sinh học, nhiên liệu sinh khối….và thu số thành định.Với ưu điểm vượt trội động diezel tỷ số nén cao, rẻ tiền… giới có xu hướng diezel hóa động nên nhiên liệu diezel quan tâm hết Do cần tìm nhiên liệu thay hay tiết kiệm nhiên liệu Biodiezel đáp ứng yêu cầu Biodiezel nhiên liệu sinh học tổng hợp từ nguồn dầu mỡ động thực vật khác như: dầu hạt cao su, dầu nành, dầu dừa, dầu cọ….Nếu biodiezel trộn với diezel thơng thường theo tỷ lệ thích hợp B20 làm giảm đáng kể lượng khói thải gây nhiễm mơi trường mà khơng phải cải tiến động Biodiezel nhiều nước giới nghiên cứu Mỹ, Ấn Độ, Thái Lan…và đưa thị trường giá thành cịn cao Trong q trình tổng hợp biodiezel xúc tác đóng vai trị quan trọng mặt khoa học kinh tế Vì chúng tơi chọn đề tài tổng hợp biodiezel từ dầu hạt cao su xúc tác bazơ rắn với mục đích giảm giá thành sản phẩm mở rộng nguồn nguyên liệu xúc tác cho q trình tổng hợp biodiezel.Do luận văn có ý nghĩa khoa học thực tiễn, đóng góp số điểm sau: Chúng tơi tìm chế tạo xúc tác hồn tồn cho hoạt tính khả tái sử dụng cao, nguồn nguyên liệu lại rẻ dễ kiếm Ngồi tìm chất kích động làm tăng độ bền mà khơng ảnh hưởng đến hoạt tính xúc tác Từ xúc tác chúng tơi tiến hành tổng hợp biodiezel có chất lượng cao từ dầu hạt cao su loại dầu có giá trị kinh tế thấp Do góp phần vào việc làm phong phú nguồn nguyên liệu tổng hợp biodiezel cho tương lai NGUYỄN VĂN TIẾN CƠNG NGHỆ HỮU CƠ- HĨA DẦU