Nghiên cứu quá trình tổng hợp biodiezel từ dầu dừa trên xúc tác dị thể NaOH-MgO

Nghiên cứu quá trình tổng hợp biodiezel từ dầu dừa trên xúc tác dị thể NaOH-MgO

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TỔNG HỢP BIODIEZEL MỤC LỤC MỞ ĐẦU Trong những năm gần đây, nhu cầu về năng lượng nói chung và nhiên liệu nói riêng ngày càng tăng do sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kĩ thuật và sự gia tăng dân số. Tuy nhiên, nguồn nhiên liệu khoáng ngày càng cạn kiệt bởi sự khai thác ồ ạt của con người dẫn đến yêu cầu tìm nguồn nhiên liệu thay thế trở nên cần thiết hơn bao giờ hết. Một trong những nguồn nhiên liệu thay thế là nhiên liệu sinh học, được tổng hợp từ sinh khối do đó hoàn toàn có thể tái tạo được. Nhiên liệu sinh học bao gồm bioetanol, biodiezel…trong đó biodiezel được sử dụng phổ biến hơn cả. Biodiezel là mono alkyl este của các axit béo, được tổng hợp từ dầu thực vật hay mỡ động vật bởi phản ứng trao đổi este. Biodiezel có những tính chất hóa lý gần tương tự diezel khoáng nên có thể dùng thay cho diezel khoáng. Việc sử dụng biodiezel làm giảm sự phụ thuộc của con người vào nguồn năng lượng khoáng đang dần cạn kiệt. Bên cạnh đó, sử dụng biodiezel trong động cơ diezel làm tăng khả năng bôi trơn, giảm đáng kể lượng khí thải độc hại như CO 2 , CO, NO x , hidrocacbon chưa cháy hết, chất rắn dạng vi hạt và muội cacbon, góp phần bảo vệ môi trường. Chính vì những lợi ích như vậy nên biodiezel đã được nghiên cứu và đưa vào sử dụng ở rất nhiều nước trên thế giới, đặc biệt ở những nước phát triển. Không nằm ngoài xu hướng chung của thế giới, các nhà khoa học Việt Nam cũng đã tiến hành nghiên cứu tổng hợp nguồn nhiên liệu sạch này để phục vụ nền kinh tế quốc dân song song với việc khai thác sử dụng một cách hợp lý nguồn nhiên liệu khoáng. Tận dụng ưu thế Việt Nam có nguồn dầu thực vật cũng như là mỡ động vật phong phú, quá trình sản xuất biodiezel ở quy mô công nghiệp là hoàn toàn khả thi. Tuy nhiên rất nhiều những nghiên cứu cần được tiến hành thêm để tìm ra loại xúc tác dị thể phù hợp thay thế cho xúc tác đồng thể có nhiều nhược điểm cũng như thử nghiệm loại xúc tác này trên nhiều loại dầu thực vật khác nhau để đánh giá hoạt tính của chúng trong quá trình tổng hợp biodiezel. Đồ án “nghiên cứu PHẠM ĐĂNG SƠN 1 HÓA DẦU 2 – K47 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TỔNG HỢP BIODIEZEL quá trình tổng hợp biodiezel từ dầu dừa trên xúc tác dị thể NaOH/MgO” là một phần nhỏ trong những nỗ lực đó, với mong muốn một ngày không xa biodiezel sẽ được sử dụng rộng rãi hơn ở Việt Nam với những ưu điểm về chất lượng, kinh tế và môi trường. CHƯƠNG I : TỔNG QUAN LÝ THUYẾT I.1. Sơ lược về nhiên liệu khoáng và nhiên liệu diezel Dầu mỏ đã được con người biết đến từ khá lâu. Nhưng cho đến tận đầu thế kỉ XIX, dầu mỏ vẫn được dùng với mục đích thắp sáng. Vào nửa cuối thế kỉ XIX, khi mà một loạt động cơ xăng và động cơ diezel được phát minh, cùng với việc tìm ra dầu mỏ ở rất nhiều nơi trên thế giới đã dẫn đến sự tăng nhanh không ngừng quá trình khai thác và chế biến dầu với mục đích làm nhiên liệu cho các động cơ đó phục vụ nhu cầu di chuyển của con người. Dầu mỏ khai thác từ dưới lòng đất, đó là sản phẩm của sự phân huỷ và biến đổi hàng triệu năm của các lớp xác động thực vật biển hay xác các động thực vật cạn bị cuốn trôi ra biển dưới tác dụng của vi khuẩn hay sự thay đổi địa chất mà thành [1]. Vì vậy, dầu mỏ cũng được xếp vào nhóm các nhiên liệu khoáng như than, đá dầu…Dầu được khai thác lên mặt đất là dầu thô, không thể sử dụng ngay cho dù chỉ để đốt thắp sáng. Để làm nhiên liệu cho các động cơ hay với mục đích thắp sáng, dầu thô trải qua một loạt các quá trình chế biến. Các phương pháp, công nghệ chế biến dầu thô thành các sản phẩm trắng như xăng, dầu diezel và kerosen đã không ngừng được cải tiến trong suốt hơn một thế kỉ qua, dẫn đến năng suất chế biến và hiệu suất chế biến ngày càng tăng, song song với tăng sản lượng khai thác dầu thô, đáp ứng kịp thời nhu cầu nhiên liệu của con người. Trong thế kỉ 20, sự bùng nổ về dân số và sự phát triển của các ngành công nghiệp đã làm nhu cầu về các loại nhiên liệu tăng mạnh mẽ. Nhu cầu về nhiên liệu ngày càng tăng, thúc đẩy việc thăm dò và khai thác rất nhiều những mỏ dầu mới khắp nơi trên toàn thế giới. Khoa học kĩ thuật tiến bộ đã giúp cho việc thăm dò trở lên trở lên dễ dàng hơn, với việc xác định và ước lượng tương đối chính xác vị trí mỏ dầu. Công nghệ khai thác cũng đạt được nhiều tiến bộ làm giảm thời gian khai thác và nâng cao hiệu suất thu hồi dầu ở các mỏ. Ngày càng nhiều mỏ dầu được khai thác hết và cũng ngày càng nhiều mỏ dầu mới được phát hiện ra, những tưởng PHẠM ĐĂNG SƠN 2 HÓA DẦU 2 – K47 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TỔNG HỢP BIODIEZEL quá trình khai thác đó sẽ kéo dài vô tận. Tuy nhiên, quá trình khai thác ồ ạt đó đã và sẽ tạo ra những cuộc khủng hoảng năng lượng trên toàn thế giới. Các nguồn năng lượng đang được sử dụng phổ biến hiện nay trên thế giới chủ yếu là các nguồn năng lượng khoáng như dầu mỏ, than và một số nguồn năng lượng khác như thuỷ điện, hạt nhân, gió…Xét về quá trình sử dụng thì năng lượng đi từ dầu mỏ chiếm 65%, than đá chiếm 20-22%, thuỷ điện chiếm 8-12% và hạt nhân chiếm 8-12,5% [2]. Các nguồn năng lượng khác như mặt trời, gió, sóng hay địa nhiệt không đáng kể. Chính vì chúng ta quá phụ thuộc vào dầu mỏ nên khủng hoảng năng lượng chắc chắn sẽ xảy ra nếu các nguồn cung cấp dầu thô biến động. Do trữ lượng dầu mỏ trên thế giới là có hạn nên càng khai thác nhiều thì dạng nhiên liệu khoáng này ngày càng cạn kiệt. Theo dự báo của tập đoàn BP thì trữ lượng dầu mỏ đã thăm dò trên toàn cầu là khoảng 150 tỷ tấn. Với đà tiêu thụ năm 2003 (3,6 tỷ tấn) và không phát hiện ra mỏ dầu nào nữa trên thế giới thì dầu mỏ sẽ cạn kiệt trong vòng 41 năm nữa. Đấy là chưa tính lượng tiêu thụ dầu ngày càng tăng do dự phát triển dân số trên thế giới và sự gia tăng liên tục của các phương tiện giao thông, càng làm cho lượng dầu mỏ nhanh chóng bị khai thác triệt để nếu chưa tìm được nguồn năng lượng thay thế hợp lý. Cuối thế kỉ 20 và đầu thế kỉ 21 đã chứng kiến những cuộc khủng hoảng về dầu mỏ. Hầu hết trữ lượng dầu trên thế giới tập trung ở những vùng nhậy cảm và bất ổn về chính trị như Trung Đông, Trung Á, Trung Mỹ…nên mỗi khi có những biến động về chính trị, tôn giáo, sắc tộc ở những vùng trên ảnh hưởng tới lượng dầu thô khai thác là dẫn tới khủng hoảng về năng lượng, kéo theo khủng hoảng kinh tế trầm trọng cho rất nhiều nước khác, đặc biệt nhưng nước không có tài nguyên dầu mỏ và phải phụ thuộc vào bên ngoài. Giá dầu mỏ hiện nay cũng đang ở mức cao, dao động từ 55-80USD/thùng đã ảnh hưởng rất nhiều đến các ngành công nghiệp trên thế giới. Việt Nam là một nước có tài nguyên dầu mỏ, tuy trữ lượng dầu mỏ của Việt Nam không phải là nhiều khi so với một số nước cùng khu vực. Nhưng Việt Nam vẫn khai thác dầu thô để bán và nhập về các sản phẩm đã chế biến nên hiệu quả kinh tế không cao. Năm 2003 tiêu thụ năng lượng thương mại nước ta đạt 205kg/người chỉ bằng 20% mức bình quân trên thế giới. Xăng dầu dùng cho giao thông vận tải chiếm 30% nhu cầu năng lượng, và hầu hết vẫn phải nhập khẩu. Trong tương lai gần, các nhà máy lọc dầu Dung Quất, Nghi Sơn và nhà máy lọc dầu 3 (dự kiến) hoàn thành và đưa vào hoạt động sẽ tự đáp ứng một phần nhu cầu về nhiên liệu của nền kinh tế quốc dân, giảm bớt sự phụ thuộc của Việt Nam vào nước ngoài, đảm bảo an ninh năng lượng trong nước. Việc sử dụng năng lượng khoáng gặp phải một vấn đề lớn là ô nhiễm môi trường. Đây là vấn đề ngày càng được chú ý vì những hậu quả của chúng ngày PHẠM ĐĂNG SƠN 3 HÓA DẦU 2 – K47 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TỔNG HỢP BIODIEZEL càng rõ rệt. Nhiên liệu khoáng (than đá, dầu mỏ) khi cháy tạo nhiều khí CO 2 gây hiệu ứng nhà kính làm trái đất nóng dần lên. Lượng lưu huỳnh khi cháy tạo SO 2 gây mưa axit, các hydrocacbon thơm khác cháy không triệt để tạo thành CO hay các khí độc hại ảnh hưởng đến sức khoẻ con người…Do đó tìm kiếm nguồn năng lượng sạch là vấn đề vô cùng cấp thiết. Với những mục tiêu giảm tối đa lượng khí thải độc hại, tìm cách sử dụng tối ưu nhiên liệu khoáng và tìm kiếm nguồn năng lượng sạch mới đang thúc đẩy đội ngũ các nhà khoa học trên thế giới không ngừng nghiên cứu để tìm ra nguồn nhiên liệu lý tưởng cho tương lai. Các nhà khoa học trên thế giới đã tìm ra được nhiều nguồn nhiên liệu thay thế cho nhiên liệu khoáng. Một trong những nhiên liệu đó là biodiezel. Đây là một nhiên liệu sinh học điển hình, được chế biến từ các loại dầu thực vật hay mỡ động thực vật. Nhiên liệu biodiezel sẽ là một trong những nguồn nhiên liệu thay thế tốt nhất cho động cơ trong tương lai khi mà nguồn nguyên liệu khoáng bị cạn kiệt. Trên thế giới, đặc biệt là các nước phát triển, mật độ giao thông cao đòi hỏi nhu cầu về năng lượng sạch rất lớn. Các nghiên cứu tìm ra nguồn nhiên liệu sạch cho động cơ đã được thực hiện từ lâu, nhiều loại năng lượng sạch như xăng pha cồn hay diezel pha biodiezel được sử dụng rất phổ biến. Tại Việt nam, việc nghiên cứu nhiên liệu sạch đã được quan tâm và phát triển. Đã có nhiều đề tài nghiên cứu về vấn đề nhiên liệu sạch cho động cơ như công trình nghiên cứu xăng pha cồn đã được công bố, còn đề tài sử dụng biodiezel pha lẫn diezel vẫn còn đang được nghiên cứu. I.2. Tổng quan về dầu thực vật. Dầu thực vật là nguyên liệu được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm, công nghiệp sản xuất xà phòng và chất tẩy rửa, công nghiệp sơn…Trong công nghiệp thực phẩm, ứng dụng phổ biến nhất của dầu thực vật là dùng để chế biến rất nhiều các loại thực phẩm hay sử dụng trực tiếp làm dầu ăn. Dầu sử dụng làm thực phẩm là loại dầu đã được tinh chế, loại bỏ tối đa thành phần axít béo tự do, hàm lượng nước cùng nhiều tạp chất gây hại cho sức khoẻ con người khác. Bản thân dầu thực vật là một loại thức ăn dễ tiêu hoá và cung cấp nhiều năng lượng. Khi được cơ thể con người hấp thụ, nó sẽ được dự trữ trong các tế bào và giải phóng năng lượng khi cần thiết. Khi thuỷ phân dầu thực vật ta thu được glyxerin, một chất được dùng khá nhiều làm thực phẩm hay trong mỹ phẩm để giữ ẩm cho da. Trong công nghiệp sản xuất xà phòng, dầu thực vật được nấu với xút (NaOH) trong điều kiện nhất định để tạo thành xà phòng bánh. Trong công nghiệp sơn, dầu thực vật được dùng để sản xuất dầu gốc (dầu alkyl…), các chất tạo màng, vécni Như vậy, dầu thực vật có rất nhiều ứng dụng trong cuộc sống [3,6]. Dầu thực vật còn có thể sử dụng làm nhiên liệu. Từ xa xưa ông cha ta đã biết sử dụng dầu lạc, dầu vừng để thắp sáng. Khi mới ra đời, động cơ diezel đầu tiên PHẠM ĐĂNG SƠN 4 HÓA DẦU 2 – K47 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TỔNG HỢP BIODIEZEL cũng chạy bằng dầu lạc. Một số loại dầu có thể dùng trực tiếp làm nhiên liệu cho các động cơ hiện đại. Tuy nhiên, một số nhược điểm của dầu thực vật đã cản trở sự vận hành trơn tru của động cơ, gây nên nhiều sự cố hỏng hóc nên người ta không dùng dầu thực vật trực tiếp làm nhiên liệu mà phải qua nhiều quá trình chế biến phức tạp để tạo ra loại nhiên liệu đảm bảo hơn. Một trong các loại nhiên liệu đi từ dầu thực vật là biodiezel. Đây là loại nhiên liệu khá ưu việt, nổi lên như một loại nhiên liệu thay thế lý tưởng cho dầu diezel hay nâng cao hiệu suất sử dụng và giảm ô nhiễm môi trường cho loại nhiên liệu khoáng truyền thống. Đặc biệt trong hoàn cảnh hiện nay, khi thế giới đang đối mặt với vấn đề ô nhiễm môi trường trầm trọng và sự khan hiếm dần của dầu mỏ thì sự có mặt của nhiên liệu sinh học đi từ thực vật quả là một trong những giải pháp được chú ý. Rất nhiều công trình nghiên cứu về nhiên liệu sinh học đã được tiến hành và thậm chí được sử dụng ở nhiều nước trên thế giới. I.2.1. Thành phần hoá học của dầu thực vật [3,8,9] Thành phần hoá học chủ yếu của dầu thực vật là các triglyxerit. Nó là este của các axit béo khác nhau với glyxerin. Công thức cấu tạo của triglyxerit này là R 1 R 3 R 2 COO CH COO CH COO CH 2 2 Trong đó R 1 , R 2 , R 3 là các gốc axit béo. Các gốc axit này thường chứa từ 8 đến 22 nguyên tử cacbon. Nếu trong phân tử triglyxerit ba gốc axit này giống nhau người ta gọi là triglyxerit đồng nhất, còn nếu khác nhau thì gọi là triglyxerit hỗn tạp. Các loại dầu thực vật khác nhau thì có thành phần và chủng loại triglyxerit khác nhau, nhưng đa phần là triglyxerit hỗn tạp. Một trong những thành phần khác của dầu thực vật là các axit béo. Axit béo có trong dầu thực vật thường có cấu tạo mạch thẳng, có thể no và không no. Phần lớn các axit béo trong dầu thực vật ở trạng thái kết hợp trong triglyxerit và một phần nhỏ ở trạng thái tự do. Hàm lượng các axit béo này cũng khác nhau tuỳ thuộc vào từng loại dầu. Nếu thuỷ phân các triglyxerit, ta sẽ thu được axit béo và glyxerin. Lượng axit béo thu được có thể vào chiếm 95% so với trọng lượng dầu ban đầu. Glyxerin cũng tồn tại trong dầu thực vật, nhưng ở dạng tự do thì thành phần của chúng rất nhỏ. Glyxerin có thể thu được khi thuỷ phân triglyxerit, và là một sản phẩm phụ rất có giá trị. Bên cạnh các thành phần chủ yếu như thế thì dầu thực vật còn chứa nhiều các hợp chất khác như sáp, nhựa, chất màu, các photphatit, tiền tố và sinh tố… I.2.2. Tính chất lý học của dầu thực vật [3,8,9] PHẠM ĐĂNG SƠN 5 HÓA DẦU 2 – K47 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TỔNG HỢP BIODIEZEL - Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ đông đặc : Vì dầu thực vật có thành phần không đồng nhất, nó là hỗn hợp của nhiều chất khác nhau nên nhiệt độ nóng chảy và đông đặc của chúng không có một giá trị nhiệt độ xác định mà là một khoảng nhiệt độ. Với mỗi loại dầu khác nhau thì các giá trị đó cũng khác nhau. Đối với các loại dầu chứa nhiều axit béo hay gốc axit béo no thì thường có khoảng nhiệt độ nóng chảy hay đông đặc cao hơn so với loại dầu chứa các gốc axit béo hay axit béo không no. - Tính tan : Dầu thực vật có thành phần chủ yếu là các chất không phân cực nên chúng không tan trong nước, tan ít trong rượu và tan rất tốt trong dung môi không phân cực như n-hexan, xăng, benzen…Độ tan của dầu vào trong dung môi phụ thuộc vào nhiệt độ. Khi hoà tan một số loại dầu vào dung môi, ta cần kết hợp gia nhiệt để nâng cao độ tan của chúng. - Màu sắc : Màu sắc của dầu do các hợp chất mầu trong dầu quyết định. Dầu tinh khiết không có màu. Nếu dầu chứa nhiều carotenoit thì thường có màu vàng, dầu chứa clorofin sẽ có màu xanh…Đôi khi, với những loại dầu chứa những gốc axit béo không no trong quá trình bảo quản có thể bị oxy hoá tạo mầu sắc khác so với màu dầu gốc. - Khối lượng riêng : Khối lượng riêng của dầu thực vật thường nằm trong khoảng d 20 =0,907- 0,971, do đó dầu nhẹ hơn nước và nổi trên bề mặt nước. Dầu có các gốc axit càng nhiều cacbon và càng no thì tỷ trọng càng lớn. I.2.3. Tính chất hoá học của dầu thực vật [3,8,9] Thành phần hóa học của dầu thực vật chủ yếu là các triglyxerit, một loại este của axit béo và glyxerin nên chúng có đầy đủ tính chất của một este điển hình : * Phản ứng thuỷ phân : Ở điều kiện nhiệt độ, áp suất và xúc tác nhất định (thường là xúc tác axit,enzym) sẽ xảy ra phản ứng thuỷ phân este lần lượt tạo thành các ditriglyxerit và monotriglyxerit, cuối cùng là axit béo và glyxerin. Đây là các phản ứng thuận nghịch : PHẠM ĐĂNG SƠN 6 HÓA DẦU 2 – K47 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TỔNG HỢP BIODIEZEL R 1 R 3 R 2 COO CH COO CH COO CH 2 2 + H O 2 + H O 2 R 3 R 2 CH COO CH COO CH 2 2 HO + R 1 COOH R 3 CH COO CH 2 2 HO + CH HO R 2 COOH R 3 R 2 CH COO CH COO CH 2 2 HO R 3 CH COO CH 2 2 HO CH HO H O 2 CH CH 2 2 HO CH HO HO R 3 COOH + + Phản ứng tổng quát có thể viết như sau : R 1 R 3 R 2 COO CH COO CH COO CH 2 2 + 3H O 2 R 1 R 2 R 3 COOH COOH COOH CH CH CH 2 2 OH OH OH + * Phản ứng xà phòng hoá Trong môi trường kiềm, este trong dầu thực vật sẽ phản ứng với kiềm tạo thành muối natri (kali) của axit béo (thành phần chính của xà phòng) và glyxerin. Quá trình xà phòng hoá cũng xảy ra theo từng giai đoạn như quá trình thuỷ phân, cho ta nhiều sản phẩm khác nhau nhưng sản phẩm cuối cùng là xà phòng và glyxerin. Phản ứng này xảy ra hoàn toàn một chiều : R 1 R 3 R 2 COO CH COO CH COO CH 2 2 + R 1 R 2 R 3 COONa COONa COONa CH CH CH 2 2 OH OH OH + 3NaOH Đây là phản ứng cơ bản trong quá trình sản xuất xà phòng và glyxerin từ dầu thực vật. * Phản ứng trao đổi este. Trong môi trường có các xúc tác vô cơ như axit H 2 SO 4 , HCl hay các xúc tác bazơ như NaOH, KOH các este trong dầu thực vật có thể tiến hành este hoá trao đổi với các rượu bậc 1 như metylic, etylic…tạo thành các este axit béo với các rượu tương ứng và glyxerin. Với R là gốc hydrocacbon của rượu, phản ứng dạng tổng quát như sau: PHẠM ĐĂNG SƠN 7 HÓA DẦU 2 – K47 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TỔNG HỢP BIODIEZEL R 1 R 3 R 2 COO CH COO CH COO CH 2 2 + 3ROH R 1 R 2 R 3 COOR COOR COOR CH CH CH 2 2 OH OH OH + Phản ứng này là phản ứng cơ bản để tổng hợp biodiezel. Este của các axit béo với rượu bậc một có thể thay thế nhiên liệu diezel trong các động cơ diezel, giảm thiểu một cách đáng kể lượng khí độc hại thải ra môi trường. Bên cạnh đó, các gốc axit béo trong dầu thực vật có thể dẫn đến một số tính chất hoá học khác : * Phản ứng cộng hợp: + Cộng hợp hiđro : khi có mặt xúc tác Niken và dưới áp suất nhiệt độ cao, các gốc axit béo không no trong dầu thực vật có thể cộng hợp với hiđro để tạo thành các gốc axit béo no. Quá trình no hóa dầu thực vật thường làm tăng độ nhớt và làm rắn đặc dầu thực vật. + Cộng hợp halogen : dầu thực vật có thể tác dụng với halogen ở những liên kết chưa no trong gốc axit. * Phản ứng oxy hoá : Các liên kết đôi trong gốc axít chưa no của dầu thực vật rất dễ bị oxy hoá. Tuỳ thuộc vào chất oxy hoá và môi trường oxy hoá mà tạo ra các sản phẩm như peroxyt, xetoaxit…hay đứt mạch tạo thành các chất có phân tử lượng nhỏ hơn. Quá trình oxy hoá có thể xảy ra khi dầu thực vật tiếp xúc trực tiếp với không khí và làm cho dầu bị biến chất, giảm chất lượng. Sự ôi chua của dầu : Do trong dầu có lẫn nước, vi sinh vật và các loại men… nên trong quá trình bảo quản thường xẩy ra các phản ứng biến đổi phân huỷ làm ảnh hưởng đến màu sắc, mùi vị mà người ta gọi là sự ôi chua của dầu. I.2.4. Các chỉ số quan trọng của dầu thực vật [3,8,9] Để biểu thị tính chất và cấu tạo của từng loại dầu, người ta thống nhất quy định một số chỉ tiêu có tính chất đặc trưng cho dầu thực vật. Những chỉ số này có thể giúp ta đánh giá sơ bộ phẩm chất của dầu thực vật, đồng thời giúp quá trình tính toán được thuận lợi. * Chỉ số xà phòng hoá : là số miligam KOH cần thiết để trung hoà và xà phòng hoá hết 1g dầu. Thông thường dầu thực vật có chỉ số xà phòng hoá khoảng 170-260. Chỉ số này càng cao thì dầu chứa càng nhiều axit béo phân tử lượng thấp và ngược lại. * Chỉ số axit : là số miligam KOH cần thiết để trung hoà hết lượng chất béo tự do có trong 1g dầu. Chỉ số axit của dầu thực vật không cố định, dầu càng biến chất và bị oxi hoá thì chỉ số axit càng cao. PHẠM ĐĂNG SƠN 8 HÓA DẦU 2 – K47 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TỔNG HỢP BIODIEZEL * Chỉ số iốt : là số gam Iốt cần thiết tác dụng hết với 100g dầu (I s ). Chỉ số Iốt biểu thị mức độ không no của dầu. Nếu chỉ số này càng cao thì dầu thực vật càng chứa nhiều các gốc axit béo không no và ngược lại. Bảng I.1 Các tính chất vật lý và hoá học của dầu thực vật Tên dầu KV CR CN HHV AC SC IV SV Dầu bông 33,7 0,25 33,7 39,4 0,02 0,01 113,20 207,71 Dầu nho 37,3 0,31 37,5 39,7 0,006 0,01 108,0 5 197,07 Dầu hướng dương 34,4 0,28 36,7 39,6 0,01 0,01 132,32 191,70 Dầu vừng 36,0 0,25 40,4 36,4 0,002 0,01 91,76 210,34 Dầu nành 28,0 0,24 27,6 39,3 0,01 0,01 156,74 188,71 Dầu thầu dầu 33,1 0,24 38,1 36,6 0,006 0,01 69,82 220,78 Dầu lạc 24,0 0,21 52,9 39,8 0,01 0,02 98,62 197,63 Dầu cọ 34,2 0,22 34,5 39,8 0,01 0,01 102,35 197,56 Trong đó : KV : Độ nhớt động học, mm 2 /s tại 311K CR : Cặn cacbon, % khối lượng CN : Trị số xetan HHV : Nhiệt trị, MJ/kg AC : Hàm lượng tro, % khối lượng SC : Hàm lượng lưu huỳnh, % khối lượng IV : Chỉ số iot, g I 2 /g dầu SV : Chỉ số xà phòng, mg KOH/g I.2.5. Các loại dầu thực vật thông dụng [6,8,11] * Dầu đậu nành : Dầu đậu nành được chiết xuất từ hạt đậu nành. Cây đậu nành là loại cây trồng rất phổ biến ở nhiều nơi trên thế giới, đặc biệt ở Bắc Mỹ. Dầu tinh khiết có màu vàng sáng, thành phần axit béo chủ yếu là axit lioleic (50- 57%), oleic (23-29%). Dầu đậu nành được dùng nhiều trong thực phẩm. Nó được dùng chủ yếu làm dầu rán, dầu ăn. Bên cạnh đó, từ dầu đậu nành có thể tách ra được lexetin dùng trong dược liệu, trong sản xuất bánh kẹo. Ngoài ra dầu đậu nành có thể dùng để sản xuất xà phòng, vecni, sơn và là nguyên liệu lý tưởng và rất thông dụng để sản xuất biodisel. * Dầu dừa : Dừa là một loại cây nhiệt đới được trồng nhiều ở Châu Mỹ La Tinh, Châu Phi, Đông Nam Á, Ấn Độ. Trong vùng Đông Nam Á thì Philipin là nước nổi tiếng về trồng và xuất khẩu dầu dừa. Ở Việt Nam dừa được trồng rất PHẠM ĐĂNG SƠN 9 HÓA DẦU 2 – K47 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TỔNG HỢP BIODIEZEL nhiều ở các vùng Nam Trung Bộ như Bình Định, Phan Thiết…Dừa là cây sinh trưởng lâu năm, thích hợp với khí hậu nóng ẩm và có thể trồng được ở những vùng đất mặn, chua. Dầu dừa được chiết từ cơm dừa, có chứa các axit béo no mạch trung bình như axit lauric (44-52%), myristic (13-19%), panmitic(7,5-10,5%). Hàm lượng các axit béo không no trong dầu dừa rất ít. Dầu dừa sử dụng nhiều để chế biến thực phẩm, sản xuất macgarin và là nguyên liệu tốt để sản xuất xà phòng và biodiezel. * Dầu cọ : Cọ là một loại cây nhiệt đới được trồng nhiều ở Chilê, Ghana, Tây Phi và một số nước Châu Á. Ở khu vực Đông Nam Á thì Malaysia là nước trồng và xuất khẩu nhiều dầu cọ nhất. Ở Việt Nam cọ được trồng chủ yếu ở vùng trung du phía Bắc với diện tích không nhiều. Từ cây cọ có thể sản xuất được dầu nhân cọ và dầu cùi cọ. Đây là hai loại dầu khác nhau có những ứng dụng khác nhau. Dầu cùi cọ có màu vàng được dùng để ăn trực tiếp hay chế biến thành bơ, mỡ thực vật. Dầu cùi cọ có chứa nhiều caroten nên còn được dùng để sản xuất tiền sinh tố A. Dầu nhân cọ dùng để sản xuất bánh kẹo. Cả hai loại dầu này đều có thể dùng để nấu xà phòng hay để tổng hợp biodiezel. * Dầu sở : Cây sở là một loại cây lâu năm được trồng nhiều ở vùng nhiệt đới. Ở nước ta, sở được trồng nhiều ở các tỉnh trung du phía bắc. Thành phần axit béo của dầu sở bao gồm axit oleic (>60%), axit lioleic (15-24%) và axit panmitic (15- 26%). Dầu sở sau khi tách saposin dùng là dầu thực phẩm rất tốt. Dầu sở là nguyên liệu tốt trong công nghiệp sản xuất xà phòng hay tổng hợp biodiezel * Dầu bông : Bông là loại cây trồng một năm. Trong dầu bông có sắc tố carotenoit và đặc biệt là gossipol và các dẫn xuất của nó làm dầu bông có màu đặc biệt : màu đen hoặc màu sẫm. Gossipol là một độc tố mạnh nên muốn chuyển dầu bông thành dầu thực phẩm phải tách gossipol ra bằng phương pháp tinh chế dùng kiềm hay axit antranilic. Trong dầu bông có chứa nhiều axit béo no Panmitic nên ở nhiệt độ phòng nó ở thể rắn. Bằng cách làm lạnh dầu người ta có thể tách được axit panmitic dùng để sản xuất macgarin và xà phòng. Dầu bông cũng có thể dùng để sản xuất biodiezel * Dầu hướng dương : Hướng dương là loại cây một năm và được trồng rất nhiều ở xứ lạnh như các nước ở Châu Âu, Châu Á, Bắc Mỹ và đặc biệt ở Liên Xô (chiếm 90% sản lượng thế giới). Đây là có mùi vị đặc trưng và có màu vàng sáng tới đỏ. Dầu hướng dương có chứa nhiều protein nên là một loại thực phẩm rất quý. Dầu hướng dương cũng là nguyên liệu tốt để tổng hợp biodiezel. * Dầu thầu dầu : Dầu thầu dầu hay còn gọi là dầu ve được lấy từ hạt quả của cây thầu dầu. Cây thầu dầu được trồng nhiều ở vùng có khí hậu nhiệt đới. Những nước sản xuất dầu thầu dầu là Braxin (36%), Ấn Độ ( 6%), Trung Quốc, Liên Xô cũ, Thái Lan. Tại Việt Nam, thầu dầu được trồng nhiều ở vùng trung du Bắc bộ, Thanh Hoá, Nghệ Tĩnh.Tuy nhiên dầu thầu dầu ở Việt Nam vẫn còn nhập từ Trung PHẠM ĐĂNG SƠN 10 HÓA DẦU 2 – K47 [...]... TỐT NGHIỆP TỔNG HỢP BIODIEZEL MgO USY-292 11,0 0,2 Từ bảng số liệu trên nhận thấy độ chuyển hoá đạt cao nhất khi sử dụng xúc tác kiềm, còn các loại xúc tác dị thể cho độ chuyển hoá rất thấp, cao nhất cũng chỉ đạt 11% với xúc tác MgO + Xúc tác enzym : gần đây có rất nhiều nghiên cứu quan tâm đến khả năng sử dụng của xúc tác vi sinh trong quá trình sản xuất biodiezel Các enzym nhìn chung là xúc tác sinh... nhiên liệu vẫn đang ngày càng tăng cao CHƯƠNG II : THỰC NGHIỆM II.1 Nguyên liệu và xúc tác cho quá trình Nguyên liệu cho quá trình tổng hợp biodiezel là dầu dừa, metanol Xúc tác được sử dụng cho quá trình tổng hợp biodiezel trong đồ án này là xúc tác dị thể MgO được hoạt hóa bằng NaOH II.1.1 Metanol [38] PHẠM ĐĂNG SƠN 36 HÓA DẦU 2 – K47 ... mới đạt độ chuyển hoá 99% Xúc tác axit dị thể sử dụng trong quá trình này như SnCl 2, zeolite USY-292, nhựa trao đổi anion A26, A27 Xúc tác này có ưu điểm là quá trình tinh chế sản phẩm đơn giản, không tốn nhiều năng lượng nhưng ít được sử dụng do có độ chuyển hoá thấp + Xúc tác bazơ : Xúc tác bazơ được sử dụng trong quá trình chuyển hoá este dầu thực vật có thể là xúc tác đồng thể trong pha lỏng như... các nhiên liệu biodiezel tổng hợp từ dầu hạt cải (Châu Âu), dầu nành (Mỹ), dầu cọ (Ấn Độ và Malaysia), biodiezel tổng hợp từ dầu dừa có những đặc tính đặc biệt Vì trong quá trình tổng hợp biodiezel các gốc axit béo không thay đổi nên chính thành phần gốc axit béo ngắn và trung bình có trong dầu dừa đã làm cho biodiezel dừa trở thành một nhiên liệu cao cấp và đa tác dụng Bên cạnh khả năng bôi trơn cao... vật, chính vì vậy dầu dừa là một trong các loại dầu thực vật có giá thành đắt nhất Dầu dừa được chiết xuất từ cơm dừa khô (cơm dừa được phơi khô tự nhiên dưới ánh nắng mặt trời hay sấy khô dưới tác dụng của nhiệt độ), mục đích của quá trình này là loại bỏ phần lớn lượng nước có trong cơm dừa, nâng cao giá trị của dầu dừa Cơm dừa khô sau đó được đưa vào ép lấy dầu, bã dừa sau khi ép có thể làm thực phẩm,... liệu Quá trình này có thể thực hiện bằng cách chưng chân không tách nước ở nhiệt độ thích hợp hay sử dụng các chất làm khan hóa học Qúa trình đuổi nước nhằm tránh phản ứng xà phòng hoá xảy ra trong quá trình phản ứng chính làm mất mát xúc tác và giảm chất lượng sản phẩm Khi đó, dầu đã sẵn sàng cho quá trình tổng hợp biodiezel Dầu đã qua xử lý được trộn với rượu (thường là metanol hay etanol) và chất xúc. ..ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TỔNG HỢP BIODIEZEL Quốc Dầu thầu dầu là loại dầu không khô, chỉ số axit từ 80-90, tỷ trọng lớn, tan trong ankan, không tan trong xăng và dầu hoả Hơn nữa, do độ nhớt cao của dầu thầu dầu so với các loại dầu khác nên ngay từ đầu dầu thầu dầu đã được sử dụng trong công nghiệp dầu bôi trơn Hiện nay dầu thầu dầu vẫn là một trong các loại dầu nhờn cao cấp dùng trong động... CH3ONa hay xúc tác dị thể như MgO, nhựa trao đổi cation Amberlyst 15, titanium silicate TIS Xúc tác đồng thể CH3ONa cho độ chuyển hoá cao nhất, thời gian phản ứng ngắn nhất, nhưng yêu cầu không được có sự có mặt của nước vì vậy không thích hợp trong quá trình sản xuất công nghiệp Còn xúc tác dị thể có hoạt tính cao nhất là MgO nhưng hiệu suất sản phẩm vẫn còn quá thấp so với xúc tác đồng thể (nhỏ hơn... dụng xúc tác) , người ta đã mang enzym lipaza trên chất mang xốp (có thể là vật liệu vô cơ, cũng có thể là nhựa anionic…) Việc dễ dàng thu hồi xúc tác để sử dụng nhiều lần đã làm giảm rất nhiều chi phí của quá trình, tạo tiền đề cho việc ứng dụng của công nghệ vi sinh trong quá trình sản xuất biodiezel Bảng 1.9 : So sánh các điều kiện công nghệ của quá trình sản xuất biodiezel theo phương pháp xúc tác. .. Quá trình tiến hành cho đến khi tạo thành glyxerin và các mono ankyl este của các axit béo R’COOR, R’’COOR và R’’’COOR Quá trình tổng hợp biodiezel trên thế giới hiện nay có thể tiến hành theo mẻ hoặc liên tục Ở Mỹ, việc sản xuất biodiezel chủ yếu phục vụ nhu cầu của thị trường nội địa và quy mô các nhà máy không lớn nên hầu hết các hãng sử dụng công nghệ tổng hợp biodiezel theo mẻ Quá trình tổng hợp . HÓA DẦU 2 – K47 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TỔNG HỢP BIODIEZEL quá trình tổng hợp biodiezel từ dầu dừa trên. nghiên cứu cần được tiến hành thêm để tìm ra loại xúc tác dị thể phù hợp thay thế cho xúc tác đồng thể có nhiều nhược điểm cũng như thử nghiệm loại xúc tác