Nghiên cứu khả năng phối trộn biodiesel
i LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, cho phép chúng em được gởi lời cảm ơn đến những Thầy Cô giáo trong trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng nói chung, và những Thầy Cô giáo trong Khoa Hóa, trong bộ môn Công nghệ Lọc hóa dầu nói riêng. Cảm ơn Thầy Cô đã tận tình dạy dỗ và chỉ bảo chúng em trong suốt 5 năm học vừa qua. Qua gần 5 năm học ở trường và khoảng thời gian hơn 3 tháng làm đồ án tốt nghiệp, chúng em đã được sự hướng dẫn nhiệt tình và chu đáo của các thầy, cô trong trường. Đặc biệt là sự hướng dẫn trực tiếp và tận tình của cô giáo Th.S Lê Thị Như Ý và Th.S Nguyễn Đình Thống cùng các anh trong phòng thí nghiệm xăng dầu Công ty xăng dầu khu vực V đã giúp chúng em hoàn thành đề tài này. Mặc dù đã rất cố gắng nhưng với kiến thức và kinh nghiệm còn hạn chế nên chúng em khó tránh khỏi những sai sót. Vì vậy, chúng em rất mong được sự quan tâm và chỉ bảo của các thầy, cô để đồ án của chúng em hoàn thiện tốt hơn Cuối cùng, chúng em xin chúc các Thầy Cô sức khỏe và hạnh phúc. ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i MỤC LỤC ii DANH MỤC BẢNG x DANH MỤC HÌNH x LỜI MỞ ĐẦU xiii CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1 1.1 Tình hình sử dụng nhiên liệu trên thế giới và tại Việt Nam 1 1.1.1. Tình hình sử dụng nhiên liệu trên thế giới 1 1.1.2. Tình hình sử dụng nhiên liệu tại Việt Nam 2 1.2. Tổng quan về nhiên liệu Diesel 3 1.2.1. Thành phần 3 1.2.1.1. Họ Paraffinic 4 1.2.1.2. Họ Naphthene và Aromatic 4 1.2.1.3. Hợp chất của oxy 5 1.2.1.4. Hợp chất của nitơ 5 1.2.2. Các tiêu chuẩn về chất lượng 5 1.2.2.1. Chỉ số xêtan (Cetane Index) 5 1.2.2.2. Tỷ trọng 7 1.2.2.3. Thành phần cất 8 1.2.2.4. Điểm chớp cháy 10 1.2.2.5. Độ nhớt 10 1.2.2.6. Các chỉ tiêu liên quan đến điều kiện làm việc ở nhiệt độ thấp 11 1.2.2.6.1. Điểm vẩn đục 12 1.2.2.6.2. Điểm đông đặc 12 1.2.2.6.3. Nhiệt độ lọc tới hạn 13 1.2.2.7. Hàm lượng lưu huỳnh 13 iii 1.2.2.8. Độ ổn định oxy hóa 14 1.2.2.9. Hàm lượng nước 14 1.2.2.10. Độ ăn mòn tấm đồng 15 1.2.2.11. Màu sắc 15 1.3. Tổng quan về động cơ Diesel 16 1.3.1. Bản chất quá trình cháy 16 1.3.2. Các khái niệm cơ bản 17 1.3.3. Nguyên lý hoạt động của động cơ Diesel 4 thì 18 1.3.4. Nguyên lý hoạt động của động cơ Diesel 2 thì 19 1.3.5. Hệ thống nhiên liệu động cơ Diesel 20 1.3.6. Các vấn đề về môi trường 21 1.4. Tổng quan về Biodiesel 21 1.4.1. Giới thiệu 21 1.4.2. Lịch sử phát triển 22 1.4.3. Ưu nhược điểm 23 1.4.3.1. Ưu điểm 23 1.4.3.1.1. Về mặt môi trường 23 1.4.3.1.2. Về mặt kỹ thuật 24 1.4.3.1.3. Về mặt kinh tế 24 1.4.3.2. Nhược điểm 25 1.4.4. Thành phần 26 1.4.5. Tình hình sản xuất và sử dụng Biodiesel 28 1.4.5.1. Trên thế giới 28 1.4.5.2. Tại Việt Nam 29 1.4.6. Tính chất của Biodiesel 32 1.4.6.1. Một số đặc tính của Biodiesel 32 1.4.6.1.1. Độ nhớt và điểm đông đặc 32 iv 1.4.6.1.2. Độ ổn định oxi hóa 32 1.4.6.1.3. Chỉ số xêtan 33 1.4.6.1.4. Điểm chớp cháy 33 1.4.6.2. Yêu cầu kỹ thuật của Biodiesel 33 1.4.7. Các phương pháp xử lý dầu thực vật và mỡ động vật thành Biodiesel 36 1.4.7.1. Phương pháp vật lý 37 1.4.7.1.1. Phương pháp sấy nóng 37 1.4.7.1.2. Phương pháp pha loãng 37 1.4.7.1.3. Phương pháp nhũ tương hóa 37 1.4.7.2. Phương pháp hóa học 37 1.4.7.2.1. Phương pháp cracking dầu 37 1.4.7.2.2. Phương pháp chuyển hóa Este 38 1.4.7.3. Xúc tác đồng thể 40 1.4.7.4. Xúc tác dị thể 41 1.4.7.4.1. Phương pháp methanol quá tới hạn 39 1.4.8. Một số loại nguyên liệu tiềm năng cho sản xuất Biodiesel tại Việt Nam 41 1.4.8.1. Mỡ cá Basa 42 1.4.8.2. Dầu ăn phế thải 43 1.4.8.3. Jatropha 43 1.4.8.4. Tảo 44 1.5. Tổng quan về dầu Jatropha 45 1.5.1. Giới thiệu về cây Jatropha 45 1.5.1.1. Đặc điểm cây Jatropha 45 1.5.1.2. Điều kiện khí hậu để canh tác cây Jatropha 47 1.5.1.3. Đặc trưng của Jatropha Curcas L 48 v 1.5.1.4. Ý nghĩa kinh tế, xã hội của cây Jatropha 48 1.5.2. Xu hướng phát triển cây Jatropha Curcas 49 CHƯƠNG 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 50 2.1. Xác định tỷ trọng theo tiêu chuẩn ASTM D 1298 50 2.1.1. Phạm vi 50 2.1.2. Ý nghĩa và sử dụng 51 2.1.3. Thiết bị 52 2.1.4. Qui trình thí nghiệm 53 2.1.5. Tính toán và báo cáo 54 2.1.6. Độ chính xác và độ sai lệch 54 2.2. Xác định thành phần cất theo tiêu chuẩn ASTM D 86 55 2.2.1. Phạm vi áp dụng 55 2.2.2. Ý nghĩa của phép đo thành phần cất 56 2.2.3. Thiết bị 56 2.2.4. Lấy mẫu 57 2.2.5. Chuẩn bị thiết bị 57 2.2.6. Tiến hành thí nghiệm 58 2.2.7. Tính toán và báo cáo 60 2.3. Xác định độ nhớt theo tiêu chuẩn ASTM D 445 61 2.3.1. Phạm vi 61 2.3.2. Ý nghĩa và ứng dụng 62 2.3.3. Thiết bị, dụng cụ 62 2.3.4. Quy trình thí nghiệm 63 2.3.5. Tính toán và báo cáo kết quả 64 2.4. Xác định hàm lượng cặn carbon theo tiêu chuẩn ASTM D 189 64 2.4.1. Phạm vi 64 2.4.2. Ý nghĩa và sử dụng 64 vi 2.4.3. Tóm tắt phương pháp 65 2.4.4. Thiết bị 65 2.4.5. Qui trình tiến hành 66 2.4.6. Tính toán và báo cáo kết quả 67 2.5. Xác định điểm đông đặc theo tiêu chuẩn ASTM D 97 67 2.5.1. Ý nghĩa 67 2.5.2. Tóm tắt phương pháp 67 2.5.3. Thiết bị và dụng cụ 68 2.5.4. Cách tiến hành 69 2.6. Xác định điểm chớp cháy cốc kín theo tiêu chuẩn ASTM D 83/3828 70 2.6.1. Ý nghĩa 70 2.6.2. Tóm tắt phương pháp 71 2.6.3. Thiết bị và dụng cụ 71 2.6.4. Cách tiến hành 72 2.7. Xác định chỉ số xêtan theo tiêu chuẩn ASTM D4737 74 2.7.1. Ý nghĩa 74 2.7.2. Tóm tắt phương pháp 74 2.7.3. Cách thực hiện 75 2.8. Xác định hàm lượng tro theo tiêu chuẩn ASTM D 482 76 2.8.1. Ý nghĩa 76 2.8.2. Tóm tắt phương pháp 76 2.8.3. Thiết bị và dụng cụ 76 2.8.4. Tiến hành 76 2.8.5. Tính toán kết quả 77 2.9. Xác định độ ăn mòn mảnh đồng theo tiều chuẩn ASTM D130 78 2.9.1. Ý nghĩa 78 2.9.2. Tóm tắt phương pháp 78 vii 2.9.3. Thiết bị và dụng cụ 78 2.9.4. Cách tiến hành 79 2.10. Xác định hàm lượng nước theo tiêu chuẩn ASTM E203 79 2.10.1. Ý nghĩa 79 2.10.2. Nguyên lý 79 2.10.3. Thiết bị và dụng cụ 80 2.10.4. Cách tiến hành 80 2.11. Phương pháp đánh giá độ bôi trơn bằng thiết bị chuyển động khứ hồi cao tần HFRR ASTM D 6079 80 2.11.1. Ý nghĩa 80 2.11.2. Tóm tắt phương pháp 81 2.11.3. Phạm vi ứng dụng 81 2.11.4. Thiết bị và dụng cụ 81 2.11.5. Cách tiến hành 82 2.11.6. Tính toán kết quả 82 2.12. Phương pháp xác định tạp chất dạng hạt trong nhiên liệu Diesel ASTM D 2276 83 2.12.1. Ý nghĩa 83 2.12.2. Tóm tắt phương pháp 83 2.12.3. Thiết bị và dụng cụ 83 2.12.4. Cách tiến hành 84 2.12.5. Tính toán kết quả 84 2.13. Xác định hàm lượng lưu huỳnh theo tiêu chuẩn ASTM D 4294 85 2.13.1. Ý nghĩa 85 2.13.2. Tóm tắt phương pháp 85 2.13.3. Thiết bị và dụng cụ 86 2.13.4. Cách tiến hành 86 viii CHƯƠNG 3 THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ 88 3.1. Quá trình thực nghiệm 88 3.1.1. Chuẩn bị mẫu 88 3.1.2. Pha chế 89 3.1.3. Tiến hành xác định các chỉ tiêu chất lượng 89 3.2. Kết quả thực hiện 90 3.3. Tính chất của Biodiesel tổng hợp từ dầu Jatropha 92 3.4.1. Hàm lượng nước 92 3.4.2. Chỉ số xêtan CI 93 3.4.3. Tỷ trọng 94 3.4.4. Độ nhớt động học 95 3.4.5. Điểm chớp cháy cốc kín 96 3.4.6. Thành phần cất 96 3.4.7. Hàm lượng lưu huỳnh 99 3.5. Nghiên cứu tỷ lệ phối trộn tối ưu 99 3.6. Đánh giá thành phần khói thải của Diesel sau khi phối trộn 101 3.7. Nhận xét chung 106 3.8. Kiến nghị 107 3.8.1. Giới thiệu chung về phương pháp 107 3.8.2. Công nghệ Eco-fining 108 3.8.2.1. Giới thiệu 108 3.8.2.2. Nguyên liệu 108 3.8.2.3. Mô tả công nghệ 108 3.8.2.4. Điều kiện vận hành 109 3.8.2.5. Chất xúc tác 109 3.8.2.6. Các Phản ứng xảy ra 111 3.8.2.7. Tính chất Sản phẩm 111 ix 3.8.2.8. Khả năng thương mại hóa 112 3.9. Hướng phát triển đề tài 112 KẾT LUẬN 113 TÀI LIỆU THAM KHẢO 114 x DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Yêu cầu kỹ thuật về nhiên liệu Diesel 15 Bảng 1.2. Tình hình sử dụng Diesel sinh học ở một số nước 29 Bảng 1.3. Một số tiêu chuẩn về Diesel sinh học ở các nước phát triển mạnh về Diesel sinh học 34 Bảng 1.4. So sánh các tiêu chuẩn về Diesel sinh học của Mỹ, Châu Âu, Nhật Bản và Châu Á 34 Bảng 1.5. Tiêu chuẩn của Diesel sinh học của Việt Nam (TCVN 7717 :2007) 36 Bảng 1.6. Tính chất một số loại rượu sử dụng để sản xuất Diesel sinh học 38 Bảng 2.1. Giới hạn tỷ trọng kế tương ứng với từng loại nhiên liệu 52 Bảng 2.2. Nhiệt kế có dải đo, vạch chia và sai số tối đa cho phép 52 Bảng 2.3. Giá trị độ lặp lại và độ tái diễn cho phép có thể tham khảo 54 Bảng 2.4. Xác định các đặc tính nhóm phù hợp với việc lấy mẫu kiểm tra 57 Bảng 2.5. Hướng dẫn các điều kiện tiến hành thí nghiệm đối với mỗi nhóm mẫu 59 Bảng 2.6. Giá trị các hệ số A, B 60 Bảng 3.1. Kết quả thực nghiệm của các mẫu Diesel 0.05 sau khi phối trộn thêm Biodiesel tổng hợp từ dầu Jatropha 90 Bảng 3.2. Kết quả thực nghiệm của các mẫu Diesel 0.25 sau khi phối trộn thêm Biodiesel tổng hợp từ dầu Jatropha 91 Bảng 3.3. Thành phần cất của mẫu các hỗn hợp của Diesel 0.05 và Biodiesel với các tỷ lệ phối trộn khác nhau 96 Bảng 3.4. Thành phần cất của mẫu các hỗn hợp của Diesel 0.25 và Biodiesel với các tỷ lệ phối trộn khác nhau 97 Bảng 3.5. Kết quả thực nghiệm của các mẫu nhiên liệu DO 0.05 phối trộn theo tỷ lệ B11-B12-B13-B14 100 Bảng 3.6. Kết quả thực nghiệm của các mẫu nhiên liệu DO 0.25 phối trộn theo tỷ lệ B11-B12-B13-B14 100 Bảng 3.6. Độ phát thải của B100 và B20 102 Bảng 3.7. Nồng độ khí thải của các mẫu thực nghiệm 103 [...]... và Biodiesl với các tỷ lệ phối trộn khác nhau 96 Hình 3.6 Thành phần cất của mẫu các hỗn hợp của Diesel 0.05 và Biodiesel với các tỷ lệ phối trộn khác nhau 97 Hình 3.7 Thành phần cất của mẫu các hỗn hợp của Diesel 0.25 và Biodiesel với các tỷ lệ phối trộn khác nhau 98 Hình 3.8 Hàm lượng lưu huỳnh của Diesel 0.25 và Biodiesel với các tỷ lệ phối trộn khác nhau ... Trong đề tài này, nhiệm vụ của chúng em là Nghiên cứu khả năng phối trộn Biodiesel tổng hợp từ dầu Jatropha vào các loại Diesel 0.05 và Diesel 0.25 đáp ứng tiêu chuẩn Việt nam của Diesel (TCVN 5689:2005) và giảm ô nhiễm môi trường” Qua việc xác định các chỉ tiêu của Diesel và các hỗn hợp, sẽ xác định tỷ lệ phối trộn tối ưu Đây được xem như một đề tài mang tính khả thi nhằm giải đáp các vấn đề cấp bách... Trong khi đó, theo tính toán của các nhà nghiên cứu, các nguồn năng lượng mới chỉ có thể thế chỗ của dầu mỏ sớm nhất là vào năm 2140.[20] Do đó, nhiều nước đã và đang tìm kiếm, khai thác các nguồn năng lượng thay thế: năng lượng nguyên tử, điện năng, hơi nước, thủy triều, sức gió, năng lượng mặt trời, năng lượng sinh học…, với quan tâm đặc biệt đến các nguồn năng lượng có thể tái tạo và thân thiện môi... của hỗn hợp Diesel và Biodiesl với các tỷ lệ phối trộn khác nhau 93 Hình 3.2 Chỉ số CI của hỗn hợp Diesel và Biodiesl với các tỷ lệ phối trộn khác nhau 93 Hình 3.3 Tỷ trọng của hỗn hợp Diesel và Biodiesl với các tỷ lệ phối trộn khác nhau 94 xiii Hình 3.4 Độ nhớt của hỗn hợp Diesel và Biodiesl với các tỷ lệ phối trộn khác nhau 95 Hình 3.5 Điểm... (Cetane Index) “Trị số xêtan là đơn vị đo quy ước, đặc trưng cho khả năng tự bắt cháy của nhiên liệu Diesel, có giá trị đúng bằng giá trị của hỗn hợp chuẩn có cùng khả năng tự bắt cháy Hỗn hợp chuẩn này gồm 2 hydrocacbon: n-xetan (n-C16H34) quy định là 6 100, có khả năng tự bắt cháy tốt, và α-metyl naphtalen (C4H10) quy định là 0, khả năng tự bốc cháy kém.” [2] Trong thực tế, một vài phòng thí nghiệm... quốc gia Ở Việt Nam Biodiesel được sử dụng nhằm hướng tới ba “đích”: giảm thải và giảm phụ thuộc vào nguồn nhiên liệu dầu mỏ; giảm ô nhiễm môi trường, cụ thể là khí thải sinh ra từ nhiên liệu Biodiesel ít chất độc hại hơn diesel dầu mỏ (khi sử dụng 1kg Biodiesel có thể giảm 3kg CO2 so với diesel dầu mỏ và các chất độc hại khác); giải quyết đầu ra cho nông dân do Biodiesel được nghiên cứu sản xuất từ rất... phát triển Trong bài tham khảo này, năng lượng sinh học ảnh hưởng trực tiếp đời sống hàng ngày được đề cập đến Ngày nay, do thế giới phụ thuộc quá nhiều vào dầu mỏ và giá dầu biến động liên tục theo chiều tăng và sự cạn kiệt dần nguồn năng lượng hóa thạch và khí đốt nên việc tìm kiếm các nguồn năng lượng thay thế là việc làm có tính sống còn trong những thập kỷ tới, trong đó có năng lượng sinh học Theo... biomass là Biodiesel Tích hợp nhiều ưu điểm vượt trội và cho hiệu quả cao về mặt kinh tế và môi trường, dầu Biodiesel đang được sử dụng rộng rãi trên thế giới Đặc biệt, trong tình hình giá thành các sản phẩm hóa dầu ngày một tăng cao và hiện trạng ô nhiễm tầng ôzon ngày càng nghiêm trọng thì việc sản xuất và sử dụng Biodiesel hòa trộn với diesel hoặc thay thế dần diesel là biện pháp đảm bảo an toàn năng. .. áp, hoá hơi để trộn lẫn với không khí và biến đổi để tự bốc cháy, các quá trình này đều liên quan trực tiếp đến tỷ trọng của Diesel Khi khối lượng riêng lớn thì động năng của dòng nhiên liệu lớn, nhiên liệu bị phun đi xa hơn khi đó không gian trộn lẫn của nhiên liệu với không khí lớn Tuy nhiên, khi nhiên liệu có khối lượng riêng lớn thì thường độ nhớt của nhiên liệu cũng lớn nên khả năng bay hơi tạo... học Theo dự báo của các nhà khoa học, đến khoảng năm 2050-2060, nếu không tìm được những nguồn năng lượng mới thay thế, thế giới có thể lâm vào khủng hoảng năng lượng nghiêm trọng Do đó, những năm gần đây các nhà khoa học và các nhà đầu tư đang tìm kiếm năng lượng thay thế, vấn đề quan tâm hiện nay đó là năng lượng sinh học (Biofuel) 1.1.2 Tình hình sử dụng nhiên liệu tại Việt Nam Việt Nam là một trong . phần cất 96 3.4.7. Hàm lượng lưu huỳnh 99 3.5. Nghiên cứu tỷ lệ phối trộn tối ưu 99 3.6. Đánh giá thành phần khói thải của Diesel sau khi phối trộn 101 3.7. Nhận xét chung 106 3.8. Kiến nghị. của các mẫu Diesel 0.05 sau khi phối trộn thêm Biodiesel tổng hợp từ dầu Jatropha 90 Bảng 3.2. Kết quả thực nghiệm của các mẫu Diesel 0.25 sau khi phối trộn thêm Biodiesel tổng hợp từ dầu Jatropha. hỗn hợp của Diesel 0.05 và Biodiesel với các tỷ lệ phối trộn khác nhau 96 Bảng 3.4. Thành phần cất của mẫu các hỗn hợp của Diesel 0.25 và Biodiesel với các tỷ lệ phối trộn khác nhau 97 Bảng 3.5.