Qui trình sản xuất 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 giải trong tự nhiên

Giới thiệu 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 giải trong tự nhiên

Giới thiệu về Biodiesel

I GIỚI THIỆU – LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN CỦA BIODIESEL

- 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 đi từ dầu cây đậu nành (soybean) và Methanol thì ta thu được SME (soy methyl Esters) Đây là loại Esters thông dụng nhất được sử dụng tại Mỹ

* Nếu đi từ dầu cây cải dầu (rapeseed) và Methanol thì ta thu được RME (rapeseed methyl Esters) Đây là loại Esters 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 lipit có thể tái tạo lại như:dầu thực vật, mỡ động vật, được sử dụng làm nhiên liệu cho động cơ diesel”

- Biodiesel bắt đầu được sản xuất khoảng giữa năm 1800, trong thời điểm đó

người ta chuyển hóa dầu thực vật để thu Glycerol ứng dụng làm xà phòng và thu được các phụ phẩm là methyl hoặc ethyl Ester gọi chung là biodiessel

- 10/08/1893 lần đầu tiên Rudolf Diesel đã sử dụng Biodiesel do ông sáng chế để chạy máy Năm 1912, ông đã dự báo: “Hiện nay, việc dùng dầu thực vật cho nhiên liệu động cơ có thể không quan trọng, nhưng trong tương lai, những loại dầu như thế chắc chắn sẽ có giá trị không thua gì các sản phẩm nhiên liệu từ dầu mỏ và than đá”.Trong bối cảnh nguồn tài nguyên dầu mỏ đang cạn kiệt và những tác động xấu lên môi trường của việc sử dụng nhiên liệu, nhiên liệu tái sinh sạch trong đó có Biodiesel đang ngày càng khẳng định vị trí là nguồn

nhiên liệu thay thế khả thi Để tưởng nhớ nguời đã có công đầu tiên đoán được giá trị to lớn của Biodiesel, Nation Board Biodiesel đã quyết định lấy ngày 10 tháng 8 hằng năm bắt đầu từ năm 2002 làm ngày Diesel sinh học Quốc tế

(International Biodiesel Day)

- 1900 tại Hội chợ thế giới tổ chức tại Pari, Diesel đã biểu diễn động cơ dùng dầu Biodiesel chế biến từ dầu Phụng (lạc)

- Trong những năm của thập kỷ 90, Pháp đã triển khai sản xuất Biodiesel từ dầu hạt cải Và được dùng ở dạng B5 (5% Biodiesel với 95% Diesel) và B30 (30% Biodiesel trộn với 70% Diesel)

Giới thiệu về Biodiesel

I GIỚI THIỆU – LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN CỦA BIODIESEL

II Ưu nhược điểm của nhiên liệu Biodiesel

Ngoại trừ năng lượng thuỷ điện và năng lượng hạt nhân, phần lớn năng lượng trên thế giới đều tiêu tốn nguồn dầu mỏ, than đá và khí tự nhiên Tất cả các nguồn này đều có hạn và với tốc độ sử dụng chúng như hiện nay thì sẽ bị cạn kiệt hoàn toàn vào cuối thế kỷ 21 Sự cạn kiệt của nguồn dầu mỏ thế giới và sự quan tâm về môi trường ngày càng tăng đã dẫn đến sự nghiên cứu và phát triển nguồn năng lượng thay thế cho năng lượng có nguồn gốc dầu mỏ

Biodiesel là một sự thay thế đầy tiềm năng cho diesel dựa vào những tính chất tương tự và những ưu điểm vượt trội của nó

Giới thiệu về Biodiesel

– Không chứa HC thơm nên không gây ung thư.

– Có khả năng tự phân huỷ và không độc (phân huỷ nhanh hơn Diesel 4 lần, phân huỷ từ 85 ¸ 88% trong nước sau 28 ngày)

– Giảm ô nhiễm môi trường nước và đất

– Giảm sự tiêu dùng các sản phẩm dầu mỏ

Giới thiệu về Biodiesel

Về mặt kỹ thuật

– Có chỉ số cetan cao hơn Diesel

Biodisel rất linh động có thể trộn với diesel theo bất kì tỉ lệ nào

– Biodiesel có điểm chớp cháy cao hơn diesel, đốt cháy hoàn toàn, an

toàntrong tồn chứa và sử dụng

– Biodiesel có tính bôi trơn tốt Ngày nay để hạn chế lượng SOx thải ra

không khí, người ta hạn chế tối đa lượng S trong dầu Diesel Nhưng chính những hợp chất lưu huỳnh lại là những tác nhân giảm ma sát của dầu

Diesel Do vậy dầu Diesel có tính bôi trơn không tốt và đòi hỏi việc sử

dụng thêm các chất phụ gia để tăng tính bôi trơn Trong thành phần của Biodiesel có chứa Oxi Cũng giống như S, O có tác dụng giảm ma sát Cho nên Biodiesel có tính bôi trơn tốt

– Do có tính năng tượng tự như dầu Diesel nên nhìn chung khi sử dụng

không cần cải thiện bất kì chi tiết nào của động cơ (riêng đối với các hệ thống ống dẫn, bồn chứa làm bằng nhựa ta phải thay bằng vật liệu kim loại)

Giới thiệu về Biodiesel

Về mặt kinh tế.

– Sử dụng nhiên liệu Biodiesel ngoài vấn đề giải quyết ô nhiễm môi trường

nó còn thúc đẩy ngành nông nghiệp phát triển, tận dụng tiềm năng sẵn có của ngành nông nghiệp như dầu phế thải, mỡ động vật, các loại dầu khác

Nhược điểm

 Biodiesel có nhiệt độ đông đặc cao hơn Diesel một ít gây khó khăn cho các nước có nhiệt độ vào mùa đông thấp Tuy nhiên đối với các nước nhiệt đới, như Việt Nam chẳng hạn thì ảnh hưởng này không đáng kể

 Biodisel có nhiệt trị thấp hơn so với diesel

 Trở ngại lớn nhất của việc thương mại Biodiesel trước đây là chi phí sản suất cao Do đó làm cho giá thành Biodiesel khá cao, nhưng với sự leo thang giá cả nhiêu liệu như hiện nay thì vấn đề này không còn là rào cản nữa

 Hiện nay Biodiesel thường được sản xuất chủ yếu là theo mẻ Đây là điều bất lợi vì năng suất thấp, khó ổn định được chât lượng sản phẩm cũng như các điều kiện của quá trình phản ứng Một phương pháp có thể tránh hoặc tối thiểu khó khăn này là sử dụng quá trình sản xuất liên tục

Giới thiệu về Biodiesel

Quá trình chuyển hóa Biodiesel

Ở đây chúng ta đề cập về bản chất biodiesel là sản phẩm ester hóa giữa methanol hoặc ethanol và acid béo tự do trong dầu thực vật hoặc mỡ cá tra

100 kg dầu mỡ + 10 kg methanol -> 100 kg biodiesel + 10 kg glycerol Phương trình chuyển hóa biodiesel cơ bản như sau:

Trong đó R1, R2, R3 là các acid béo no hoặc không no chứa trong mỡ cá tra, dầu thực vật, các acid hữu cơ chiếm chủ yếu trong dầu mỡ động vật như:

Trong đó palmitic acid chứa 16 C, stearic acid có 18 C, oleic acid 18 C và có nối đôi.

Để thực hiện phản ứng chuyển hóa này cần có chất xúc tác như NaOH, hoặc KOH

Quá trình chuyển hóa Biodiesel

Vai trò của các chất xúc tác này rất quan trọng vì nó phản ứng với Methanol trước để tạo tiền chất cho phản ứng:

– Phản ứng 1: Tạo Alkoxide

– Trong môi trường có nước alkoxide phân ly tạo CH3O - và Na+, CH3O - tiếp tục thực hiện phản ứng tiếp theo

– Phản ứng 2: Tạo Triglyceride amion

Quá trình chuyển hóa Biodiesel

Phản ứng 3: Tạo diglyceride và CH3O - tiếp tục cho các phản ứng dây chuyền tiếp theo để tạo ra monoglyceride, methyl ester và cuối cùng tạo glycerol methyl ester

Như vậy: trong quá trình này cứ 01 phân tử Triglyceride tác dụng với 03 phân tử CH3O H tạo ra 01 phân tử glycerol và 03 phân tử methyl ester (2)

Quá trình chuyển hóa Biodiesel

Qui trình sản xuất Biodiesel bằng

hình ảnh (Aleks Kac, 2006)

Công đoạn 1 Công đoạn 2 Công đoạn 3 Công đoạn 4

Công đoạn 5 Công đoạn 6

Công đoạn 7 Công đoạn 8

 Công đoạn 1: Mỡ và dầu sau khi đã loại nước

 Công đoạn 2: Huyền phù sau khi trộn methanol

 Công đoạn 3: Kết thúc quá trình acid hóa

 Công đoạn 4: Mỡ tan chảy hoàn toàn

 Công đoạn 5: Huyền phù sau khi trộn methanoxide

 Công đoạn 6: Giai đoạn 1 phản ứng tạo glycerol lớp đáy và methyl ester

 Công đoạn 7: Giai đoạn 2 phản ứng tạo glycerol lớp đáy và methyl ester



Công đoạn 8: Hoàn Tất phản ứng lượng glycerol lắng hoàn toàn dưới lớp đáy

Qui trình sản xuất Biodiesel bằng

hình ảnh (Aleks Kac, 2006)

Các phương pháp xử lý dầu thực vật và mỡ động vật để thu nhiên liệu diesel

Việc sử dụng trực tiếp dầu thực vật và mỡ làm nhiên liệu cho động cơ Diesel gặp những khó khăn như quá trình hóa hơi nhiên liệu ở nhiệt

độ thấp kém gây trở ngại cho quá trình khởi động, quá trình cháy

không hoàn toàn dẫn đến giảm công suất của động cơ, độ nhớt cao làm nghẽn filter, gây khó khăn cho hệ thống phun nhiên liệu Dầu thực vật và đặc biệt là mỡ động vật có độ nhớt cao gấp khoảng 11 ¸ 17 lần

so với nhiên liệu Diesel Để giảm độ nhớt của dầu và mỡ thì có thể sử dụng một trong các phương pháp sau

Các phương pháp xử lý dầu thực vật và mỡ

động vật để thu nhiên liệu diesel

1 Phương pháp sấy nóng

Độ nhớt sẽ giảm khi nhiệt độ tăng Tuy nhiên phương pháp này không hiệu quả

vì để dầu thực vật và mỡ đạt được độ nhớt cần thiết cho nhiên liệu Diesel thì đòi hỏi nhiệt độ khá cao (ví dụ như đối với dầu Canola ở nhiệt độ môi trường thì độ nhớt của nó gấp 12 lần so với nhiên liệu Diesel, ở nhiệt độ 80oC thì độ nhớt vẫn còn gấp 6 lần so với nhiên liệu Diesel), hơn nữa hệ thống gia nhiệt cho dầu không thể duy trì mãi khi động cơ không hoạt động điều đó làm cho dầu sẽ bị đông lại đặc biệt là vào mùa đông, trước khi khởi động dầu cần phải được đốt nóng điều đó gây ra những bất tiện cho người lái xe

2 Phương pháp pha loãng

Pha loãng dầu hoặc mỡ với nhiên liệu diesel theo tỷ lệ nào đó ta thu được hỗn hợp nhiên liệu mới, hỗn hợp này đồng nhất và bền vững Các tỷ lệ dầu : diesel

1 :10 và 2 : 10 đem lại hiệu quả tốt nhất về độ nhớt và các tính chất ở nhiệt độ thấp của hỗn hợp

3 Phương pháp nhũ tương hóa

Phương pháp nhũ tương hóa có thể khắc phục nhược điểm độ nhớt cao của dầu và mỡ bằng dung môi là rượu Hệ nhũ tương dầu – rượu có những tính chất tương tự với nhiên liệu diesel nhưng nhược điểm là khó duy trì và ổn định

hệ nhũ tương này

4 Phương pháp cracking

Dầu và mỡ sau khi bị nhiệt phân sẽ tạo thành các hợp chất có mạch ngắn hơn

do đó độ nhớt sẽ giảm đi Xúc tác tiêu biểu sử dụng trong quá trình nhiệt phân

là SiO2 và Al2O3 Nhược điểm của phương pháp là thiết bị sử dụng trong quá trình rất đắt

Biodiesel cũng có thể được sản xuất bằng hydrocracking Những quá trình công nghệ mới đang được phát triển mà không tạo ra Glycerol Quá trình này bao gồm các công đoạn: hydrocracking, làm sạch bằng hydro và hydro hoá

Các phương pháp xử lý dầu thực vật và mỡ

động vật để thu nhiên liệu diesel

Các phương pháp xử lý dầu thực vật và mỡ

động vật để thu nhiên liệu diesel

Biểu đồ quá trình

hydrocracking

Hiệu suất thu sản phẩm khoảng 75¸80% với chỉ số cetane cao (~100)

Thành phần sulfur thấp hơn 10 ppm Nó phân rã 95% sau 28 ngày, trong khi

đó dầu diesel phân rã 40% trong cùng một khoảng thời gian Lợi ích chính hơn những Biodiesel khác là nó làm giảm lượng NOx Quá trình này sử

dụng xúc tác hydro hoá và hydro tinh khiết thương mại thông thường Quá trình hydrocracking có thể là một lựa chọn thích hợp cho những nhà máy lọc dầu Phương pháp này có thể dễ dàng thích hợp với nhà máy lọc dầu nhờ vào nguồn hydro được tạo ra trong nhà máy Tuy nhiên, quá trình này vẫn chưa được áp dụng vào thực tế

Các phương pháp xử lý dầu thực vật và mỡ

động vật để thu nhiên liệu diesel

5 Phương pháp chuyển hóa Ester

Phản ứng chuyển hóa Ester là phản ứng giữa các acid béo trong dầu và mỡ và rượu tạo thành Ester và Glycerol

Đây là phương pháp được sử dụng phổ biến hiện nay do sản phẩm thu được có những tính chất tương tự như nhiên liệu diesel, và sản phẩm phụ Glycerol có giá trị sử dụng cao trong công nghiệp mỹ phẩm và dược phẩm

TÌNH HÌNH SỬ DỤNG BIODIESEL TRÊN THẾ GIỚI

Ôtô chuyển dịch sang động cơ diesel

 Giá dầu thô ngày càng tăng cao, các công nghệ tiên tiến như hybrid hay pin nhiên liệu vẫn còn quá xa để có thể áp dụng, diesel đang ngày càng trở thành lựa chọn hợp lý cho người sử dụng xe hơi

 Cùng với việc giá dầu thô tăng cao và hàng loạt công nghệ hiện đại như đa van hay Common Rail Diesel (phun nhiên liệu đơn đường), xu hướng chuyển dần sang sử dụng máy dầu của ngành công nghiệp xe hơi thế giới ngày càng rõ rệt Thị trường châu Âu có thể được coi là mảnh đất hứa đối với các loại xe máy dầu, vốn chiếm tới gần 50% lượng ôtô các loại đang lưu hành Tại một vài quốc gia như Pháp, Đức, Áo, Thụy Sĩ, sự hiện diện của động cơ diesel còn lấn át cả động cơ xăng Nhu cầu giảm tiêu thụ nhiên liệu cũng giúp tăng lượng xe động cơ diesel tại thị trường ôtô lớn nhất thế giới là Mỹ Ngay Nhật Bản, tỷ lệ xe máy dầu hiện mới chiếm khoảng 3% đến 5%

số xe lưu hành, cũng đang trở thành thị trường mục tiêu cho những nhà sản xuất xe động cơ diesel hàng đầu thế giới

 Mới đây, tổ hợp công nghiệp nặng Fuji Heavy Industries, sở hữu nhãn hiệu Subaru, tuyên bố sẽ tung ra mẫu xe diesel đầu tiên vào cuối năm 2007, nhật

báo Nihon Keizai Shimbun, dẫn lời Chủ tịch Kyoji Takenaka, cho biết Trong

tháng 3 vừa qua tại Anh, lượng tiêu thụ xe máy dầu đã tăng 8,9% Nhờ đó, với tổng số 156.932 sản phẩm từ đầu năm, con số ôtô chạy bằng diesel các loại được bán ra hiện chiếm 36% ngành công nghiệp xe hơi xứ sở sương mù

 Bước tiến gần đây nhất của công nghệ hybrid là sự kết hợp giữa một mô-tơ điện và một động cơ diesel (thay cho động cơ xăng trước đây) Mercedes-Benz

là một trong những hãng đi tiên phong và khiến các đối thủ phải giật mình khi giới thiệu mẫu xe hạng sang S-class được trang bị động cơ diesel-hybrid tại triển lãm ôtô Detroit 2005 Cũng tại đây, người ta còn thấy hiện diện chiếc Meta One với hệ thống động cơ tương tự của Ford Motor, vốn không mạnh trong lĩnh vực hybrid

TÌNH HÌNH SỬ DỤNG BIODIESEL TRÊN THẾ GIỚI

 Tại Việt Nam, số xe động cơ diesel đang chiếm hơn 20% thị trường ôtô mới tại Việt Nam, khoảng gần 40.000 chiếc Năm 2001, con số này còn ở mức dưới 10% Thông thường, máy dầu được ưa chuộng trong lĩnh vực chuyên chở Sau Ford Transit, lần lượt xuất hiện Mercedes-Benz Sprinter và Toyota Hiace mới làm tăng thêm lựa chọn cho khách hàng đối với loại xe chở khách 16 chỗ trang

bị động cơ dầu Nhưng với các xe 7 chỗ chở xuống, sự hiện diện của loại động

cơ này còn ở mức rất khiêm tốn

 Gần như độc chiếm thị trường xe pickup trong nước, với sự cạnh tranh không đáng kể từ Isuzu D-Max, nhưng số xe Ford Ranger bán ra cả năm 2005 cũng mới đạt 778 chiếc, chiếm 15% tổng số xe Ford tiêu thụ được Ở dòng xe đa dụng hiện cũng chỉ có chiếc Isuzu Hi-Lander và một phiên bản Everest là trang

bị động cơ diesel Có thể đây vẫn sẽ là mảnh đất tiềm năng nhất đối với xe máy dầu ở Việt Nam Theo Ford, xe máy dầu chiếm tới 75% số Everest hãng sản xuất

TÌNH HÌNH SỬ DỤNG BIODIESEL TRÊN THẾ GIỚI

Ưu thế diesel

 Giá nhiên liệu rẻ hơn là điều đầu tiên mà người ta nói khi so sánh xe diesel với

xe xăng Ngoài ra máy dầu ăn ít nhiên liệu hơn máy xăng trung bình từ 25% đến 40% nên cũng làm giảm đáng kể mức chi phí này Theo thử nghiệm của Consumer Report, các xe chạy diesel có tính tiết kiệm cao hơn Chẳng hạn, với cùng một dung tích bình nhiên liệu, chiếc Volkswagen Jetta TDI (máy dầu) có thể chạy được 1.070 km so với 775 km của xe Jetta máy xăng Ngốn ít nhiên liệu cũng có nghĩa là xe thải ra môi trường ít khí carbon dioxide hơn

 Dầu diesel được trộn với không khí và nén với áp suất lớn khi phun vào buồng đốt, làm tăng hiệu suất của động cơ, tiết kiệm nhiên liệu do tỷ lệ trộn là tối ưu Các xe Ford tại Việt Nam đều gắn động cơ thế hệ mới với hệ thống turbo tăng

áp giúp hoàn thiện quá trình phun nhiên liệu

 Ngoài ra, do có mô-men xoắn lớn nên xe máy dầu sức kéo mạnh, hơn hẳn trong khả năng leo dốc và vượt địa hình phức tạp Vì thế, thị trường xe trang bị động cơ diesel càng ngày mở rộng, thu hút sự quan tâm nhiều hơn của khách hàng khắp thế giới

TÌNH HÌNH SỬ DỤNG BIODIESEL TRÊN THẾ GIỚI