13 Bảng 3.2: Các thí nghiệm phản ứng HDO trên các hệ xúc tác đã tổng hợp trên cùng một loại nguyên liệu là dầu KFC đã qua sử dụng .... 15 Bảng 3.3: Các thông số của sản phẩm BHD được t
Nghiên cứu tổng quan lý thuyết
Tổng quan về biodiesel
Biodiesel, còn được gọi diesel sinh học, là một loại nhiên liệu có tính chất giống với dầu diesel nhưng không phải được sản xuất từ dầu mỏ mà từ dầu thực vật hay mỡ động vật Biodiesel, hay nhiên liệu sinh học nói chung, là một loại năng lượng sạch
Mặt khác chúng không độc và dể phân huûy trong tự nhiên
Bản chất của biodiesel là sản phẩm ester hóa giữa methanol hoặc ethanol và acid béo tự do trong dầu thực vật hoặc mỡ động vật
Tùy thuộc vào loại dầu và loại rượu sử dụng mà alkyl ester có tên khác nhau:
Nếu bắt đầu quá trình sản xuất từ dầu đậu nành và methanol, ta sẽ thu được SME (Soy Methyl Esters) Đây chính là loại este methyl phổ biến nhất được ứng dụng rộng rãi tại thị trường Hoa Kỳ.
- Nếu đi từ dầu cây cải dầu (rapeseed) và methanol thì ta thu được RME (Rapeseed Methyl Esters) Đây là loại ester thông dụng nhất được sử dụng ở châu Âu
Theo tiêu chuẩn ASTM thì biodiesel được định nghĩa là: “các mono alkyl ester của các acid mạch dài có nguồn gốc từ các lipid có thể tái tạo lại như: dầu thực vật, mỡ động vật, được sử dụng làm nhiên liệu cho động cơ diesel”
2.1.2 So sánh biodiesel và diesel khoáng:
B ả ng 2.1: So sánh tính ch ấ t c ủ a biodiesel và diesel khoáng [5]
Các chỉ tiêu Biodiesel Diesel khoáng
Tỷ trọng Độ nhớt động học ở 40 0 C, cSt Trị số cetane
Nhiệt lượng tỏa ra khi cháy, cal/g Hàm lượng lưu huỳnh, % Điểm vẩn đục, 0 C Chỉ số Iốt
Trang 4 Biodiesel có tính chất vật lý rất giống với dầu diesel Tuy nhiên tính chất phát khí thải thì biodiesel tốt hơn dầu diesel khoáng Tính chất vật lý của biodiesel so với nhiên liệu diesel khoáng được trình bày trong Bảng 2.1
Các nước trên thế giới hiện nay đều quan tâm đến vấn đề về hiệu quả kinh tế và môi trường, vì vậy xu hướng chung của nhiên liệu diesel là tối ưu hóa trị số cetane, tìm mọi cách để giảm hàm lượng lưu huỳnh xuống, mở rộng nguồn nhiên liệu, tạo nhiên liệu sạch ít gây ô nhiễm Việc đưa biodiesel vào nhiên liệu diesel có thể nói là phương pháp hiệu quả nhất trong xu thế của nhiên liệu diesel khoáng hiện nay, nó vừa có lợi về mặt kinh tế, về sự hoạt động của động cơ, vừa có lợi về môi trường sinh thái
Cụ thể hơn đây là loại nhiên liệu có thể tái chế và sẽ giúp giảm sự phụ thuộc vào dầu mỏ Nhưng có thể đó mới chỉ là một ưu điểm Dùng biodiesel tức là chúng ta sẽ dùng ít diesel thông thường hơn, nhưng thực tế là tỷ lệ biodiesel trong hỗn hợp nhiên liệu dùng cho động cơ cũng khá nhỏ Hầu hết các nhà sản xuất động cơ diesel đều khuyến cáo là chỉ nên pha theo tỷ lệ 5% biodiesel (B5) và 95% diesel thông thường
Trong điều kiện thời tiết lạnh, tỷ lệ biodiesel có thể còn thấp hơn
Một trong những ưu điểm lớn nhất của việc sử dụng biodiesel thể hiện ở ngay động cơ Kết quả thử nghiệm với một số xe buýt chạy trong thành phố cho thấy biodiesel chất lượng cao có thể giúp tăng gấp đôi tuổi thọ của một số bộ phận trong động cơ Điều này có thể không ý nghĩa lắm với các loại xe thông thường nhưng sẽ có ý nghĩa với các loại xe phục vụ mục đích kinh doanh vận tải - những xe có thể dùng qua vài thập kỷ và di chuyển hàng triệu kilomet Tuổi thọ động cơ tăng lên cũng đồng nghĩa với việc chi phí bảo dưỡng giảm xuống
Biodiesel còn có một ưu điểm nữa là giảm lượng khí thải, vì chỉ chứa chưa đến 15 phần triệu sulphur Ngoài ra, lượng khí thải hydrocarbon và carbon monoxide (CO) sẽ giảm tỷ lệ thuận với tỷ lệ biodiesel
Trang 5 2.1.2.2 Nhược điểm của biodiesel:
Biodiesel cung cấp năng lượng ít hơn diesel thông thường, vì thế nếu tỷ lệ biodiesel cao thì động cơ sẽ yếu hơn hoặc phải dùng nhiều nhiên liệu hơn mới đạt được công suất như khi dùng diesel thông thường Trên thực tế, với tỷ lệ B5 thì sự khác biệt về công suất động cơ so với diesel không pha biodiesel là không đáng kể
Một nhược điểm nữa là biodiesel bị oxy hóa nhanh hơn do đặc điểm thành phần hóa học Do đó, khó có thể tích trữ loại nhiên liệu này lâu dài, cần phải có thêm các chất phụ gia để giữ nhiên liệu trong thời gian lâu hơn
Nhược điểm lớn nhất là biodiesel nguyên chất dễ bị đóng băng hoặc đông đặc lại trong thời tiết lạnh Ở xứ lạnh, các xe phải có hệ thống sấy nhiên liệu để có thể dùng diesel B5 Nhưng ở Việt Nam do khí hậu nhiệt đới nóng ẩm nên có thể dùng biodiesel sẽ không gặp phải tình trạng này
Mặt dù có những nhược điểm trên, nhưng biodiesel vẫn có nhiều ưu điểm, cả về mặt kinh tế lẫn môi trường, nên vẫn đáng để được cân nhắc để trở thành một trong những loại nhiên liệu của tương lai.
Tổng quan về Bio-Hydrofined-Diesel (BHD)
Hiện nay, việc sản xuất nhiên liệu biodiesel bằng phương pháp cổ điển ester hóa gặp phải một số vấn đề chưa giải quyết được như việc chiết tách thu hồi methanol để giảm thiểu tối đa ô nhiểm độc hại trong quá trình sản xuất, chất lượng sản phẩm biodiesel chưa đạt yêu cầu như độ nhớt, độ đông đặc cao…
Năm 2006, theo tài liệu mới nhất của Viện Dầu Mỏ UOP Mỹ, một công nghệ mới đã được nghiên cứu và đưa vào sản xuất xăng, diesel và olefin dựa trên quá trình hydrocracking sử dụng nguyên liệu dầu mỡ động vật Công nghệ này tiên tiến ở chỗ, đầu tiên xảy ra phản ứng tách oxy, sau đó bẽ gãy mạch để tạo ra hydrocacbon Các nhiên liệu thu được gọi là green diesel hay BHD (Bio-Hydrofined-Diesel), green gasoline và green olefin
Như vậy, BHD được coi là một trong những sản phẩm của quá trình hydro hóa và cracking dầu mỡ động thực vật
2.2.2 Thành ph ầ n và tính ch ấ t c ủ a BHD:
Thành phần của BHD không chứa oxy như biodiesel, mà là hydrocacbon giống diesel khoáng, trong đó n-parafin chiếm phần lớn Trị số cetane rất cao, đạt tới 80 – 90
Biodiesel có nhiệt cháy thấp hơn, còn BHD cho nhiệt cháy cao hơn, và khí thải động cơ hầu như không chứa NOx
B ả ng 2.2: Tính ch ấ t c ủ a biodiesel và BHD [10]
Các chỉ tiêu Biodiesel BHD
% Oxy Khối lượng riêng, g/ml Hàm lượng lưu huỳnh, ppm Nhiệt cháy, MJ/kg
% NOx trong khí xả Điểm đông đặc, oC Thành phần cất, 10 - 90% TT
Công nghệ chế tạo nhiên liệu diesel sinh học bằng phương pháp xử lý hydro (hydrotreating) đã được phát triển và thương mại hóa bởi công ty Neste Oil của Phần Lan [6] [7] [9] [10] và bởi Nippon Oil của Nhật Bản Các báo cáo của các công ty này đã cho thấy BHD thu được có chỉ tiêu chất lượng rất tốt, đáp ứng tốt các yêu cầu của một nhiên liệu sử dụng trong động cơ diesel Bản tổng hợp các số liệu so sánh chất lượng sản phẩm của diesel sinh học thu được bằng phương pháp chuyển hóa ester (FAME) và bằng phương pháp xử lý hydro (BHD) so với diesel quy chuẩn (thu được từ dầu mỏ) được báo cáo bởi công ty Nippon Oil [11] :
B ả ng 2.3: Các ch ỉ tiêu ch ấ t l ượ ng c ủ a Diesel, FAME và BHD [11]
Chỉ tiêu chất lượng Diesel thông thường FAME BHD
Tỷ trọng - (15 o C) kg/m 3 830 874 783 Độ nhớt - (30 o C) mm 2 /s 3,7 5,5 4,1 Điểm bắt cháy o C 70 180 116
Chỉ số Cetane 58 62 98 Điểm đông đặc o C -15 20 20
Hàm lượng lưu huỳnh ppm 6