Nghiên ứu tổng hợp biodiesel từ dầu nành trên xú tá mgo và naoh

Mờt trong nhứng nhiàn liệu thay thế hiện nay Ẽang Ẽùc thế giợi tập trung nghiàn cựu Ẽọ lẾ nhiàn liệu biodiesel hay còn gồi lẾ nhiàn liệu diesel sinh hồc , ẼẪy lẾ thuật ngứ Ẽể chì loỈi

nguyễn lê huy Bộ giáo dục đào tạo trờng đại học bách khoa hà nội luận văn thạc sĩ khoa học ngành: công nghệ hoá học công nghệ hóa học nghiên cứu tổng hợp biodiesel từ dầu nành xúc tác mgo naoh nguyễn lê huy 2004 - 2006 Hà Nội 2006 Hµ néi 2006 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17061131700791000000 Bộ giáo dục đào tạo trờng đại học bách khoa hà nội luận văn thạc sĩ khoa học nghiên cứu tổng hợp biodiesel từ dầu nành xúc tác mgo naoh ngành : công nghệ hoá học mà số: ngun lª huy Ngêi híng dÉn khoa häc: PGS TS Đinh Thị Ngọ Hà nội 2006 Mục lục Mở đầu Ch¬ng I: Tỉng quan Nguyªn liƯu Diesel kho¸ng Nhiªn liƯu sinh häc 2.1 Nhiªn liƯu biodiesel Tỉng quan vỊ dÇu thùc vËt 3.1 Các nguồn dầu thực vật nớc 3.2 Thành phần hoá học dầu thực vật 3.3 Một số tiêu đặc trng cđa dÇu thùc vËt 3.4 TÝnh chÊt cđa dÇu thùc vËt 3.4.1 TÝnh chÊt vËt lý 3.4.2 TÝnh chÊt ho¸ häc Các phơng pháp chuyển hoá este tạo biodiesel 4.1 Quá trình chuyển hoá este sử dụng xúc tác bazơ 4.2 Các yếu tố ảnh hởng tới trình trao ®ỉi este 4.3 Tû lƯ pha trén biodiesel víi diesel kho¸ng 3 13 13 16 17 18 18 19 21 24 27 29 Ch¬ng II Thùc nghiƯm Chuẩn bị xúc tác 1.1 Điều chế xúc tác MgO 1.2 Điều chế xúc tác NaOH Ph©n tÝch mét sè tÝnh chÊt cđa dÇu thùc vËt 2.1 Thành phần axit béo dầu thực vật 2.2 Xác định tiêu dầu thực vật 2.2.1 Chỉ sè axit 2.2.2 Chỉ số xà phòng hoá 2.2.3 ChØ sè I èt 2.2.4 Hàm lợng nớc 2.2.5 §é nhít ®éng häc 31 32 32 32 32 32 32 33 34 35 36 37 2.2.7 Tû träng Quá trình tổng hợp biodiesel 3.1 Yªu cầu nguyên liệu 3.1.1 Ancol 39 Luận văn thạc sĩ Nguyễn Lê Huy - Cao học Hoá dầu 2004 40 40 40 3.1.2 DÇu thùc vËt 3.2 Cách tiến hành trình tổng hợp biodiesel 3.2.1 Các thiết bị trình thí nghiệm 3.2.2 Các bớc tiến hành 3.2.3 Quá trình tách tinh chế sản phẩm Các phơng pháp phân tích chất lợng sản phẩm 4.1 Phơng pháp xác định độ ăn mòn đồng 4.2 Phơng pháp xác định trị số Xetan 4.3 Phơng pháp xác định hàm lợng cặn Cacbon 4.4 Phơng pháp phổ hấp thụ hồng ngoại 4.5 Phơng pháp sắc ký khí Nghiªn cøu tû lƯ pha trén biodiesel víi diesel kho¸ng Thư nghiƯm nhiên liệu biodiesel ( B20 ) động Chơng III kết thảo luận Khảo sát điều kiện tổng hợp biodiesel từ dầu nành xúc t¸c MgO 1.1 Điều chế xúc tác 1.2 Khảo sát th«ng sè tèi u 1.2.1 ảnh hởng nhiệt độ 1.2.2 ảnh hởng hàm lợng xúc tác 1.2.3 ¶nh hëng cđa thêi gian ph¶n øng 1.2.4 ảnh hởng tỷ lệ metanol/dầu 1.3 So s¸nh sư dơng xóc tác MgO dạng viên dạng bột Khảo sát điều kiện tổng hợp biodiesel từ dầu nành xúc tác NaOH 2.1 ¶nh hëng cđa nhiệt độ 2.2 ảnh hởng hàm lợng xúc tác 2.3 ảnh hëng cđa thêi gian ph¶n øng 2.4 ¶nh hëng cđa tû lƯ metanol/dÇu Khảo sát yếu tố ảnh hởng đến trình làm biodiesel ẩ 3.2 Các yếu tố ảnh hởng đến trình làm metyl este Thông số tối u đánh giá chất lợng sản phẩm trình este hoá dầu nành 4.1 Các thông số tèi u Luận văn thạc sĩ Nguyễn Lê Huy - Cao học Hoá dầu 2004 41 42 42 43 44 46 47 47 48 49 49 50 52 52 53 53 54 54 55 56 57 59 59 59 61 63 64 66 67 70 70 4.2 Đánh giá chất lợng sản phÈm Th¶o luËn khói thải động 5.1 ảnh hởng đến công suất động 5.2 Xác định hàm lợng khí thải so sánh kết thu đợc với nhiên liƯu diesel kho¸ng KÕt luận Tài liệu tham khảo Luận văn thạc sĩ Nguyễn Lê Huy - Cao học Hoá dầu 2004 71 75 75 76 81 82 MỞ ĐẦU Ngµy nay, vấn đề an ninh lợng vấn đề có tính chiến lợc quốc gia giới Chính vậy, việc tìm kiếm nguồn lợng thay lợng truyền thống từ nhiên liệu hoá thạch ngày trở nên cấp thiết Thật vậy, nhiên liệu ngày cạn kiệt dới nhu cầu tiêu thụ lớn ngời Bên cạnh đó, việc sử dụng nhiên liệu hoá thạch đà gây tác động lớn đến môi trờng toàn cầu nh gây hiệu ứng nhà kính làm trái đất nóng dần lên, thải môi trờng khí gây ô nhiƠm nh : CO, SO X, Hydro Cacbon th¬m Mét nhiên liệu thay đợc giới tập trung nghiên cứu nhiên liệu biodiesel ( hay gọi nhiên liệu diesel sinh học ), thuật ngữ để loại nhiên liệu dùng cho động diesel đợc làm từ dầu mỡ động, thực vật qua phản ứng trao đổi este với ancol mạch thẳng, ngắn Sản phẩm thờng sử dụng để pha vào nhiên liệu diesel khoáng nhằm giảm đáng kể khí thải gây ô nhiễm môi trêng nh: CO, CO , Hydro Cacbon th¬m [24,25] Những năm gần đây, loại xúc tác đợc sử dụng phản ứng trao đổi este dầu mỡ thực vật thờng xúc tác axit, enzym xúc tác bazơ rắn Đối với xúc tác axit, phản ứng trao đổi este diễn chậm, phản ứng chọn lọc, đòi hỏi nhiệt độ cao 1000C Ngoài ra, xúc tác axit có giá thành cao gây ăn mòn thiết bị nên loại xúc tác không đợc ứng dụng rộng rÃi công nghiệp Đối với xúc tác bazơ, phản ứng trao đổi este dầu thực vật thờng diễn nhanh so với sử dụng xúc tác axit, mặt khác xúc tác bazơ ăn mòn thiết bị nên đợc a chuộng công nghiệp Hiện nay, xúc tác bazơ dùng phản ứng trao đổi este dầu thực vật thờng xúc tác đồng thể Quá trình sử dụng xúc tác đồng thể tạo sản phẩm có nhiều tạp chất, Luận văn thạc sĩ Nguyễn Lê Huy - Cao học Hoá dầu 2004 trình lọc rửa sản phẩm phức tạp khó tái sinh xúc tác Để khắc phục tình trạng xu hớng nghiên cứu ứng dụng xúc tác bazơ dạng dị thể phản ứng trao đổi este dầu thực vật quan trọng đem lại số đặc điểm bật sau: - Việc tách sản phẩm sau phản ứng dễ dàng - Điều kiện phản ứng đơn giản ( áp suất khí quyển, nhiệt độ thấp ) - Thời gian phản ứng nhanh - Độ chuyển hoá cao, sản phẩm trung gian - Xúc tác rẻ tiền, dễ kiếm - Có thể tái sinh lại xúc tác nhằm tăng hiệu kinh tế Nhằm thực đợc nhiệm vụ đề tài luận văn, đà nghiên cứu tổng hợp nhiên liệu biodiesel phản ứng trao đổi este dầu nành, dầu sở sở xúc tác bazơ : xúc tác đồng thể ( NaOH ) xúc tác dị thể ( MgO ) Nội dung cần đợc giải bao gồm : Điều chế xúc tác dị thể MgO, tổng hợp Biodiesel từ hai loại xúc tác đồng thể ( NaOH ), dị thể ( MgO ) nghiên cứu yếu tố ảnh hởng đến trình trao đổi este dầu thực vật nh nhiệt độ, thời gian phản ứng, loại xúc tác, tốc đọ khuấy trộn từ đa đợc thông số tối u trình tổng hợp bio diesel phản ứng trao đổi este dầu nành sở xúc tác dị thể ( MgO ) Nghiên cứu, thử nghiệm pha chế biodiesel tổng hợp đợc với diesel khoáng theo tỷ lệ khác động để đánh giá thành phần khói thải tác động nhiên liệu đến tính động Luận văn thạc sĩ Nguyễn Lê Huy - Cao học Hoá dầu 2004 chơng i - tổng quan giới thiệu nhiên liệu diesel khoáng Diesel khoáng sản phẩm thuộc phân đoạn gasoil trình lọc dầu Đây loại nhiên liệu mà giới sử dụng phổ biến ngày nhiều so với nhiên liệu xăng tính kinh tế nhiên liệu đem lại Động sử dụng nhiên liệu diesel có u điểm sau: ã Động diesel có tỷ số nén cao so với động xăng nên cho công suất lớn sử dụng lợng nhiên liệu ã Nhiên liệu diesel thờng rẻ so với xăng phải qua trình chế biến ã Khí thải động diesel không độc hại khí thải động xăng nhiên liệu diesel không cần phụ gia Tuy nhiên, diesel sản phẩm đợc chế biến từ dầu thô có nguồn gốc từ nguyên liệu hóa thạch Nguồn nguyên liệu trữ lợng có nhiều đến đâu bị cạn kiệt không tái tạo lại đợc Các chuyên gia lợng đà dự đoán nguồn dầu mỏ giới có trữ lợng khoảng 280.000 tỷ Đỉnh cao sản lợng dầu mỏ hàng năm đạt đợc vào năm đầu kỷ 21 giảm dần dến 80% nguồn dự trữ dần hết vào khoảng năm 30 50 cđa thÕ kû 21 Do nhu cÇu sư dơng nhiên liệu ngày tăng mà khả cung ứng lại hạn chế nên việc tìm thêm nguồn lợng thay quan trọng [16, 17, 18] Mặt khác, khí thải nhiên liệu sản xuất từ dầu mỏ gây ô nhiễm môi trờng sinh thái toàn cầu, làm biến đổi khí hậu toàn cầu, làm tăng hiệu ứng nhà Luận văn thạc sĩ Nguyễn Lê Huy - Cao học Hoá dầu 2004 kính, tạo trận ma axit, suy giảm tầng ozon, đe doạ sức khoẻ cộng đồng, Hiện Việt Nam, lợng khí thải hoạt động phơng tiện giới đờng : CO (6 triệu tấn/năm), CO (61 ngàn tấn), NO (35 ngàn tÊn), SO (12 ngµn tÊn), [3, 19] Tríc hai vấn đề nóng bỏng lợng ô nhiễm môi trờng nh đà trình bày, việc cấp bách phải tìm đợc loại nhiên liƯu míi cã thĨ dÇn dÇn thay thÕ cho ngn nguyên liệu hoá thạch Nguồn nhiên liệu phải có nguồn dự trữ vô tận, nói cách khác có nguồn bổ sung liên tục Và dùng loại nhiên liệu pha trộn vào xăng diesel, tiến tíi cã thĨ thay thÕ hoµn toµn, mµ vÉn sư dụng đợc loại động đốt nh nay, với cải tiến không đáng kể Đồng thời, loại nhiên liệu có mức độ ô nhiễm thấp xăng diesel Có bốn phơng pháp đợc đa để nâng cao chất lợng nhiên liệu diesel nh sau : ã Phơng pháp pha trộn: sử dụng việc pha trộn nhiên liệu diesel với nhiên liệu diesel bẩn để thu đợc nhiên liệu diesel đảm bảo chất lợng Phơng pháp có hiệu kinh tế cao, pha trộn với tỷ lệ khác để có nhiên liệu diesel thỏa mÃn yêu cầu Tuy nhiên giới có dầu mỏ chứa thành phần phi hydrocacbon (dầu mỏ sạch), mà chủ yếu dầu mỏ có thành phần phi hydrocacbon cao Vì vậy, phơng pháp phơng pháp khả thi ã Phơng pháp hydro hoá làm sạch: phơng pháp có u điểm hiệu làm cao, hợp chất phi hydrocacbon đợc giảm xuống thấp nên nguyên liệu diesel Tuy nhiên phơng pháp đợc lựa chọn vốn đầu t cao khoảng 60 đến 80 triệu đô la cho phân xởng hydro hoá Luận văn thạc sĩ Nguyễn Lê Huy - Cao học Hoá dầu 2004 ã Phơng pháp nhũ hóa nhiên liệu diesel: đa nớc vào nhiên liệu diesel tạo thành dạng nhũ tơng Loại nhiên liệu có nồng độ oxy cao nên trình cháy Phơng pháp thực đợc giảm đợc ô nhiễm môi trờng, mà có giá trị kinh tế cao Nhng phơng pháp giai đoạn nghiên cứu phòng thí nghiệm ã Phơng pháp đa oxy vào nhiên liệu: đa hợp chất chứa oxy vào nhiên liệu diesel gọi nhiên liệu sinh học Dạng nhiên liệu có nồng độ oxy cao hơn, thêm vào nhiên liệu sinh học lại có tạp chất, trình cháy sạch, tạo cặn Trong bốn phơng pháp phơng pháp thứ t phơng pháp đợc nhiều nớc quan tâm tập trung nhiên cứu nhiều phơng pháp lấy từ nguồn nguyên liệu sinh học, nguồn nguyên liệu vô tận, tái sử dụng đợc, nhiên liệu cháy tạo khí thải gây ô nhiễm môi trờng nh CO X; SO X; H S; hydro cacbon thơm, Nhiên liệu sinh học Trong phơng pháp nhằm nâng cao chất lợng nhiên liệu diesel phơng pháp sử dụng nhiên liệu sinh học phơng pháp hiệu đợc sử dụng nhiều Nhiên liệu sinh học đợc định nghĩa loại nhiên liệu nhận đợc từ sinh khối [20, 21, 22] Chúng bao gåm bioetanol, biodiesel, biogas, ethanol-blended fuels, dimethyleter sinh häc vµ dầu thực vật Nhiên liệu sinh học đợc sử dụng giao thông vận tải etanol sinh học, diesel sinh học xăng pha etanol Có thể so sánh nhiên liệu dầu mỏ với nhiên liệu sinh học nh bảng I.1: Luận văn thạc sĩ Nguyễn Lê Huy - Cao học Hoá dầu 2004