Nghiên ứu quá trình huyển hóa dầu phi thự phẩm để thu nhiên liệu lỏng

NGUYỄN HOÀI SƠN BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NGUYỄN HỒI SƠN CƠNG NGHỆ HỮU CƠ – HĨA DẦU NGHIÊN CỨU Q TRÌNH CHUYỂN HÓA DẦU PHI THỰC PHẨM ĐỂ THU NHIÊN LIỆU LỎNG LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC KHOÁ 2009 HÀ NỘI – 2011 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17057205325581000000 Luận văn thạc sĩ LỜI CẢM ƠN Đầu tiên em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc đến cô giáo, GS.TS Đinh Thị Ngọ tận tình hướng dẫn em suốt trình làm luận văn tốt nghiệp Em xin chân thành cảm ơn thầy, cô giáo Bộ mơn Cơng nghệ Hữu - Hóa dầu thầy cơ, cán phịng thí nghiệm trực thuộc khoa, môn trường Đại học Bách Khoa Hà Nội tạo điều kiện tốt cho em suốt thời gian làm luận văn Cuối em muốn gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành luận văn Em chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng 12 năm 2011 Học viên Nguyễn Hoài Sơn Học Viên: Nguyễn Hoài Sơn Lớp: CH KTHH2009 Luận văn thạc sĩ LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình khoa học tơi Các số liệu luận văn trung thực có nguồn gốc cụ thể, rõ ràng Các kết luận văn chưa công bố cơng trình khoa học Hà Nội, tháng 12 năm 2011 Người cam đoan Nguyễn Hoài Sơn Học Viên: Nguyễn Hoài Sơn Lớp: CH KTHH2009 Luận văn thạc sĩ MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC HÌNH VẼ CHƯƠNG I: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1 NHIÊN LIỆU DIESEL 1.1.1 Khái quát nhiên liệu diesel 1.1.2 Nhiên liệu diesel khoáng vấn đề ô nhiễm môi trường 14 1.2 NHIÊN LIỆU SINH HỌC VÀ BIODIESEL 16 1.2.1 Nhiên liệu sinh học 16 1.2.2 Khái niệm biodiesel 17 1.2.3 Tình hình nghiên cứu, sản xuất sử dụng biodiesel giới Việt Nam 18 1.2.4 Quá trình tổng hợp biodiesel 21 1.2.5 Yêu cầu chất lượng nhiên liệu biodiesel 33 1.3 TỔNG QUAN VỀ CÁC LOẠI DẦU THỰC VẬT LÀM NGUYÊN LIỆU CHO QUÁ TRÌNH TỔNG HỢP BIODIESEL 37 1.3.1 Thành phần hóa học dầu thực vật mỡ động vật 37 1.3.2 Một số tính chất dầu, mỡ động thực vật 38 1.3.3 Giới thiệu dầu hạt cao su 43 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 49 2.1 QUÁ TRÌNH ĐIỀU CHẾ XÚC TÁC 49 2.1.1 Phương pháp điều chế xúc tác NaOH/MgO 49 2.1.2 Điều chế xúc tác Na2CO3/γ-Al2O3 50 2.1.2.1 Điều chế nhôm hydroxit dạng Bemit 50 2.1.2.2 Điều chế γ-Al2O3 51 2.1.2.3 Chế tạo xúc tác Na 2CO3/ γ-Al2O3 51 Học Viên: Nguyễn Hoài Sơn Lớp: CH KTHH2009 Luận văn thạc sĩ 2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐẶC TRƯNG XÚC TÁC 51 2.2.1 Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen (XRD) nghiên cứu định tính pha tinh thể 51 2.2.2 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét SEM 52 2.3 PHÂN TÍCH CÁC CHỈ TIÊU CƠ BẢN DẦU THỰC VẬT 53 2.3.1 Phân tích thành phần axit béo dầu thực vật 53 2.3.2 Xác định số dầu thực vật 54 2.4 XỬ LÝ NGUYÊN LIỆU TRƯỚC KHI TỔNG HỢP BIODIEZEL 56 2.4.1 Xác định số axit dầu 57 2.4.2 Trung hoà dầu 57 2.4.3 Rửa sấy dầu 58 2.4.4 Xác định chất lượng dầu thu 58 2.5 TỔNG HỢP BIODIEZEL 58 2.5.1 Yêu cầu chất lượng nguyên liệu để tổng hợp biodiezel 58 2.5.2 Tiến hành tổng hợp biodiezel 59 2.6 XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ TIÊU CƠ BẢN BIODIEZEL 61 2.6.1 Phưong pháp sắc kí khí GC 61 2.6.2 Phương pháp phổ hồng ngoại IR 62 2.6.3 Xác định số axit 63 2.6.4 Xác định độ nhớt động học 64 2.6.5 Xác định nhiệt độ chớp cháy cốc kín 65 2.6.6 Xác định tỷ trọng 67 2.6.7 Phương pháp xác định số xetan 67 2.6.8 Xác định nhiệt trị 68 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 70 3.1 NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP XÚC TÁC 70 3.1.1 Đánh giá yếu tố ảnh hưởng lên hệ xúc tác NaOH/MgO 70 3.1.2 Đánh giá yếu tố ảnh hưởng lên hệ xúc tác Na 2CO3/ γ-Al2O3 75 3.1.3 Kết luận xúc tác: 79 3.2 NGHIÊN CỨU XỬ LÝ DẦU HẠT CAO SU 79 Học Viên: Nguyễn Hoài Sơn Lớp: CH KTHH2009 Luận văn thạc sĩ 3.2.1 Ảnh hưởng hàm lượng xúc tác (H2SO4 98%) đến số axit dầu hạt cao su phản ứng este hóa 79 3.2.2 Ảnh hưởng tỷ lệ metanol/ dầu đến số axit 80 3.2.3 Ảnh hưởng thời gian phản ứng đến số axit 82 3.3 NGHIÊN CỨU CHUYỂN HÓA DẦU HẠT CAO SU THÀNH BIODIEZEL 83 3.3.1 Ảnh hưởng lượng xúc tác đến hiệu suất biodiezel 83 3.3.2 Ảnh hưởng tỉ lệ metanol/dầu (theo thể tích) đến hiệu suất biodiesel 84 3.3.3 Ảnh hưởng nhiệt độ phản ứng đến hiệu suất biodiesel 85 3.3.4 Ảnh hưởng thời gian phản ứng đến hiệu suất biodiesel 87 3.4 XÁC ĐỊNH CẤU TRÚC SẢN PHẨM BIODIEZEL TỔNG HỢP TỪ DẦU HẠT CAO SU 89 3.5 XÁC ĐỊNH CHỈ TIÊU CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM 90 3.6 XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG KHÓI THẢI 91 3.6.1 Xác định hàm lượng CO khói thải động tốc độ khác nhau91 3.6.2 Xác định hàm lượng NOx khói thải động tốc độ khác 92 3.6.3 Xác định hàm lượng hydroCacbon (RH) khói thải động tốc độ khác 95 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 97 TÀI LIỆU THAM KHẢO 99 Học Viên: Nguyễn Hoài Sơn Lớp: CH KTHH2009 Luận văn thạc sĩ DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Dự báo nhu cầu nhiên liệu xăng dầu đến năm 2020………………….10 Bảng 1.2 Cân đối nhiên liệu xăng diesel đến 2020…………………………… 11 Bảng 1.3 Chỉ tiêu đánh giá chất lượng nhiên liệu theo ASTM………………….13 Bảng 1.4Sản lượng Biodiezel nước châu Âu năm 2004………………… 19 Bảng 1.5 So sánh hiệu suất Biodiezel loại xúc tác khác nhau…………29 Bảng 1.6 Chỉ tiêu đánh giá chất lượng biodiezel theo ASTM D 6751………… 34 Bảng 1.7 So Sánh tính chất nhiên liệu Diezel khống với biodiezel ………34 Bảng 1.8 Thành phần hóa học loại dầu…………………………………… 38 Bảng 1.9 Các tính chất vật lý hóa học dầu thực vật…………………… 42 Bảng 1.10 Thành phần Axit béo dầu hạt cao su…………………….….44 Bảng 1.11 Chỉ tiêu đánh giá DHCS tinh chế……………………………… 45 Bảng 2.1 Thành phần axit béo dầu hạt cao su………………………………54 Bảng 3.1 Ảnh hưởng hàm lượng NaOH đến hiệu suất tạo biodiezel …… 71 Bảng 3.2 Bề mặt riêng mẫu NaOH/MgO phương pháp BET……… 72 Bảng 3.3 Ảnh hưởng nhiệt độ nung đến hiệu suất biodiezel…………… 74 Bảng3.4 Ảnh hưởng hàm lượng Na2 CO đến hiệu suất biodiezel …………….76 R R R R Bảng3.5 Ảnh hưởng nhiệt độ nung xúc tác đến hiệu suất biodiezel …….78 Bảng3.6 Ảnh hưởng hàm lượng xúc tác H2SO đến số axit……………80 R R R R Bảng3.7 Ảnh hưởng tỷ lệ methanol/dầu đến số axit……………………81 Bảng3.8 Ảnh hưởng thời gian phản ứng đến số axit……………… 82 Bảng3.9 Ảnh hưởng lượng xúc tác đến hiệu suất biodiezel……………………83 Bảng3.10 Ảnh hưởng tỷ lệ methanol/dầu đến hiệu suất biodiezel……… 85 Bảng3.11 Ảnh hưởng nhiệt độ phản ứng đến hiệu suất biodiezel ……… 86 Bảng3.12 Sự phụ thuộc hiệu suất sản phẩm vào thời gian phản ứng……88 Bảng3.13 Chỉ tiêu chất lượng biodiezel từ dầu hạt cao su…………………….90 Học Viên: Nguyễn Hoài Sơn Lớp: CH KTHH2009 Luận văn thạc sĩ Bảng3.14 Hàm lượng CO khói thải…………………………………….91 Bảng3.15 Hàm lượng NOx khói thải……………………………………93 R R Bảng3.16 Hàm lượng CO2 khói thải động tốc độ khác 94 R R Bảng3.17 Hàm lượng RHC khói thải ………………………………….95 Học Viên: Nguyễn Hoài Sơn Lớp: CH KTHH2009 Luận văn thạc sĩ DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Sơ đồ cơng nghệ sản xuất biodiezel ………………………………………31 Hình 2.1 Sơ đồ mơ tả thiết bị phản ứng q trình tổng hợp biodiezel…………59 Hình 2.2 Phễu chiết sản phẩm ………………………………………………………60 Hình 3.1 Quan hệ hàm lượng chất hoạt hóa NaOH đến hiệu suất biodiezel 71 Hình 3.2 Ảnh SEM NaOH/MgO……………………………………………… 73 Hình 3.3 Quan hệ nhiệt độ nung NaOH/MgO đén hiệu suất biodiezel……… 74 Hình 3.4 Phổ nhiễu xạ tia X Bermit điều chế từ phèn nhôm pH = 7-8 75 Hình 3.5 Phổ nhiễu xạ tia X γ-Al2 O điều chế từ Bemit 4800C………………75 R R R R P P Hình 3.6 Đồ thị quan hệ hàm lượng Na2CO hiệu suất biodiezel……………….77 R Hình 3.7 Ảnh SEM R R R mẫu xúc Na2 CO 3/ tác R R R R γ- Al2 O3 …………………………… 77 R R R R Hình 3.8 Ảnh hưởng nhiệt độ nung xúc tác Na2 CO3 / γ-Al O đến hiệu suất R R R R R R R R biodiesel…………………………………………………………………………… 78 Hình 3.9 Đồ thị ảnh hưởng hàm lượng H2 SO4 R R R R 98% đến số axit……………… 80 Hình 3.10 Đồ thị ảnh hưởng tỷ lệ mol metanol/dầu đến số axit……………… 81 Hình 3.11 Đồ thị ảnh thời gian phản ứng đến số axit………………………….82 Hình 3.12 Ảnh hưởng lượng xúc tác đến hiệu suất biodiezel …………………… 84 Hình 3.13 Ảnh hưởng tỷ lệ metanol/dầu đến hiệu suất biodiezel…………… 85 Hình 3.14 Ảnh hưởng nhiệt độ phản ứng đến hiệu suất tổng hợp biodiezel…87 Hình 3.15 Ảnh hưởng thời gian phản ứng đến hiệu suất biodiezel ………….89 Hình 3.16 Phổ GC-MS biodiezel từ dầu hạt cao su………………………… 90 Hình 3.17 Hàm lượng CO khói thải động tốc độ khác nhau………92 Hình 3.18 Hàm lượng NOx khói thải động tốc độ khác nhau…… 93 R R Học Viên: Nguyễn Hoài Sơn Lớp: CH KTHH2009 Luận văn thạc sĩ Hình 3.19 Hàm lượng CO khói thải động tốc dộ khác nhau…… 94 R R Hình 3.20 Hàm lượng RH khói thải động tốc độ khác nhau…… 95 MỞ ĐẦU Vào đầu kỷ XX, Rudolf Diesel dùng dầu lạc làm nhiên liệu cho động diesel mà ông phát minh Tuy nhiên, lúc nguồn nhiên liệu từ dầu mỏ rẻ trữ lượng dồi dào, nên không quan tâm đến nguồn nhiên liệu từ dầu thực vật Gần kỷ trơi qua, tình hình dân số giới ngày tăng nhanh, tốc độ phát triển kinh tế - xã hội ngày tăng mạnh, kéo theo nhu cầu sử dụng nhiên liệu ngày nhiều, để phục vụ cho lĩnh vực khác Điều dẫn đến tình trạng nguồn nhiên liệu hóa thạch vốn có hạn, ngày cạn kiệt, giá dầu mỏ ngày đắt đỏ Hơn nữa, kinh tế - xã hội phát triển, người ta bắt đầu ý nhiều đến môi trường, sức khỏe người, ngày có nhiều quy định khắt khe mức độ an tồn cho mơi trường loại nhiên liệu Chính điều đặt vấn đề cho nhà khoa học, phải nỗ lực tìm nguồn nhiên liệu thay thế, nguồn nhiên liệu thân thiện với môi trường, nhiên liệu sinh học thật lên Nhiên liệu sinh học thu hút quan tâm đặc biệt nhiều nhà khoa học giới, đem lại nhiều lợi ích bảo đảm an ninh lượng đáp ứng yêu cầu mơi trường Trong số nhiên liệu sinh học, diesel sinh học (biodiesel) quan tâm cả, xu hướng diesel hóa động cơ, giá diesel khống ngày tăng cao Hơn nữa, biodiesel xem loại phụ gia tốt cho nhiên liệu diesel khoáng, làm giảm đáng kể lượng khí thải độc hại, nguồn nhiên liệu tái tạo Ở Việt Nam có nhiều đề tài nghiên cứu tổng hợp biodiesel từ nguồn nguyên liệu sẵn có nước dầu đậu nành, dầu hạt cải, dầu cao su, mỡ cá,…và thu kết tốt Tuy nhiên cơng nghiệp sản xuất dầu mỡ nước ta Học Viên: Nguyễn Hoài Sơn Lớp: CH KTHH2009