“Nghiên cứu quá trình deoxy hóa dầu ăn thải trên xúc tác hydrotalcite nhằm thu nhiên liệu xanh

Luận văn thạc sỹ LỜI CÁM ƠN Để hoàn thành luận văn này, nhận đƣợc giúp đỡ tận tình thầy cô giáo quan tâm giúp đỡ quan, đồng nghiệp gia đình Nhân dịp xin bày tỏ lòng biết ơn tới: Ban giám hiệu, Ban lãnh đạo Viện Đào tạo sau đại học Ban lãnh đạo Viện Kỹ thuật hoá học Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc TS Nguyễn Anh Vũ giảng viên Bộ môn hữu Hoá dầu –Viện Kỹ thuật hoá học – Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội, ngƣời hƣớng dẫn tận tình suốt thời gian qua Tôi xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo phòng hóa học ứng dụng, Lãnh đạo trung tâm ứng dụng Chuyển giao Công nghệ – Viện dầu khí Việt Nam tạo điều kiện tốt để hoàn thành khóa học Xin cảm ơn thầy cô giáo môn Công nghệ hữu Cơ – Hóa dầu, anh chị em đồng nghiệp gia đình giúp hoàn thành luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn! HỌC VIÊN Nguyễn Thị Lan Anh Học viên: Nguyễn Thị Lan Anh – CB140059 Luận văn thạc sỹ LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn thực Các số liệu kết nghiên cứu luận văn trung thực chƣa đƣợc công bố sử dụng để bảo vệ học hàm Các thông tin trích dẫn luận văn đƣợc rõ nguồn gốc trung thực Hà nội, tháng 12 năm 2015 HỌC VIÊN Nguyễn Thị Lan Anh Học viên: Nguyễn Thị Lan Anh – CB140059 Luận văn thạc sỹ MỤC LỤC LỜI CÁM ƠN LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT MỞ ĐẦU CHƢƠNG I: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1 TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU SINH HỌC 1.1.1.Khái quát chung 1.1.2.Phân loại nhiên liệu sinh học 1.1.3.Các phƣơng pháp tổng hợp nhiên liệu sinh học từ dầu mỡ thải .11 1.2 TỔNG QUAN VỀ DẦU MỠ THẢI 19 1.2.1.Các loại dầu mỡ thải 19 1.2.2.Tính chất lý hóa dầu ăn thải 24 1.2.3.Ảnh hƣởng việc tái sử dụng tiêu hủy dầu ăn thải 26 1.2.4.Ƣu điểm nhƣợc điểm dầu ăn thải .27 1.3 PHƢƠNG PHÁP DECARBOXYL HÓA THU NHIÊN LIỆU XANH 28 1.3.1.Giới thiệu chung phản ứng decacboxyl hóa 28 1.3.2.Xúc tác cho trình decacboxyl hóa 29 CHƢƠNG II: THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 35 2.1 TỔNG HỢP XÚC TÁC DẠNG HYDROTALCITE Mg-Co-Al 35 2.1.1.Dụng cụ hóa chất sử dụng .35 2.1.2.Chế tạo xúc tác dạng hydrotalcite thành phần kim loại Mg-Co-Al .35 2.1.3.Các phƣơng pháp xác định đặc trƣng xúc tác 35 2.2 THỰC HIỆN QUÁ TRÌNH DECACBOXYL HÓA DẦU ĂN THẢI TRÊN HỆ XÚC TÁC ĐÃ CHẾ TẠO 36 2.2.1.Tính chất dầu ăn thải nguyên liệu 36 2.2.2 Thực phản ứng decacboxyl hóa nguyên liệu dầu ăn thải hệ xúc tác thu đƣợc 37 Học viên: Nguyễn Thị Lan Anh – CB140059 Luận văn thạc sỹ 2.2.3.Khảo sát điều kiện decacboxyl hóa pha lỏng 38 2.3 CÁC PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CHỈ TIÊU CHẤT LƢỢNG NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM 38 2.3.1.Tỷ trọng (ASTM D1298) .39 2.3.2.Độ nhớt động học (ASTM D445/ TCVN 3171) 39 2.3.3.Chỉ số axit (TCVN 6325-1997/ ASTM D664) .40 2.3.4.Điểm đông đặc (ASTM D 97/TCVN 3753) 40 2.3.5.Chỉ số xà phòng hóa (ASTM D94) .41 2.3.6.Xác định nhiệt độ chớp cháy (ASTM D 93/ TCVN 2693) 41 2.3.7.Hàm lƣợng nƣớc (ASTM D95/ TCVN 2692 -1995) 42 2.3.8.Thành phần cất phân đoạn (ASTM D86) 43 2.3.9.Xác định trị số xetan (ASTM D445, D4737) 43 2.3.10.Xác định số iot (TCVN 6122) .44 2.3.11.Phƣơng pháp sắc kí khí khối phổ GC- MS 44 CHƢƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .46 3.1 TỔNG HỢP VÀ XÁC NHẬN CẤU TRÚC XÚC TÁC 46 3.1.1.Phổ XRD 46 3.1.2.Ảnh SEM xúc tác Mg-Co-Al 47 3.1.3.Phổ FT-IR hệ xúc tác trƣớc sau nung 500oC 48 3.1.4.Giản đồ phân tích nhiệt TG-DTA hệ xúc tác (Mg/Co/Al = 1,8/0,2/1) .50 3.2 NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH DECABOXYL HÓA THU NHIÊN LIỆU 51 3.2.1.Xác định tính chất đặc trƣng nguyên liệu dầu ăn thải 51 3.2.2.Khảo sát yếu tố công nghệ ảnh hƣởng tới trình decacboxyl hóa 52 3.2.3.Đánh giá tính chất sản phẩm thuộc phân đoạn 230 - 360oC 57 KẾT LUẬN .62 TÀI LIỆU THAM KHẢO .63 Học viên: Nguyễn Thị Lan Anh – CB140059 Luận văn thạc sỹ DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: So sánh tính chất biodiesel green diesel 14 Bảng 1.2: So sánh nhiên liệu sinh học sản xuất phƣơng pháp khác 18 Bảng 1.3: Một số tính chất mỡ động vật thải 21 Bảng 1.4: Một số tính chất nguyên liệu cặn b o thải 22 Bảng 1.5: So sánh số tính chất thành phần axit b o dầu ăn 25 qua sử dụng với số loại dầu thực vật điển hình .25 Bảng 3.1: Tính chất dầu ăn thải 51 Bảng 3.2: Thành phần axit b o có dầu ăn thải .52 Bảng 3.3: Ảnh hƣởng nhiệt độ đến trình decacboxyl hóa .53 Bảng 3.4: Ảnh hƣởng thời gian đến trình decacboxyl hóa 54 Bảng 3.5: Ảnh hƣởng hàm lƣợng xúc tác đến trình decacboxyl hóa 55 Bảng 3.6: Ảnh hƣởng tốc độ khuấy trộn đến trình decacboxyl hóa .56 Bảng 3.7: Các điều kiện công nghệ tối ƣu cho trình decacboxyl hóa dầu ăn thải hệ xúc tác dạng hydrotalcite thành phần kim loại Mg-Co-Al 57 Bảng 3.8: Thành phần hóa học sản phẩm diesel thu đƣợc từ trình decacboxyl hóa dầu ăn thải 58 Bảng 3.9: Kết xác định thành phần cất sản phẩm diesel 59 Bảng 3.10: Kết xác định tiêu kỹ thuật phân đoạn diesel thu đƣợc theo TCVN 5689:2013 60 Học viên: Nguyễn Thị Lan Anh – CB140059 Luận văn thạc sỹ DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Sơ đồ biểu diễn trình hydrocracking dầu ăn thải 14 Hình 1.2 Sơ đồ sản xuất green diesel từ dầu mỡ động thực vật 15 Hình 1.3 Sơ đồ bƣớc trình cracking xúc tác dầu mỡ động thực vật .17 Hình 1.4 Cấu trúc hydrotalcite 32 Hình 1.5 Độ chuyển hóa axit oleic xúc tác hydrotalcite nhiệt độ 32 Hình 2.1 Sơ đồ thiết bị decacboxyl hóa dầu ăn thải pha lỏnggián đoạn 37 Hình 2.2 Sơ đồ chƣng cất phân đoạn .43 Hình 3.1 Phổ XRD mẫu xúc tác trƣớc nung 46 Hình 3.2 Phổ XRD xúc tác sau nung 500 oC 47 Hình 3.3 Ảnh SEM xúc tác Mg-Co-Al trƣớc nung .47 Hình Ảnh SEM xúc tác Mg-Co-Al sau nung 500oC 48 Hình 3.5 Phổ FT-IR xúc tác trƣớc nung 49 Hình 3.6 Phổ FT-IR xúc tác M3-CN sau nung 500oC 49 Hình 3.7 Giản đồ phân tích nhiệt TG-DTA hệ xúc tác (Mg/Co/Al) 50 Hình 3.8 Sắc ký đồ mẫu dầu ăn thải .52 Hình 3.9 Đồ thị quan hệ nhiệt độ phản ứng hiệu suất thu diesel 53 Hình 3.10 Đồ thị quan hệ thời gian hiệu suất thu diesel 54 Hình 3.11 Đồ thị quan hệ hàm lƣợng xúc tác hiệu suất thu diesel 55 Hình 3.12 Đồ thị quan hệ tốc độ khuấy trộn hiệu suất phản ứng 57 Hình 3.13 Đƣờng cong chƣng cất Engler phân đoạn diesel decacboxyl hóa so với diesel thƣơng phẩm 59 Học viên: Nguyễn Thị Lan Anh – CB140059 Luận văn thạc sỹ DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT DS: Diesel sinh học UOP: Viện dầu mỏ Mỹ VTT: Trung tâm nghiên cứu khoa học Phần Lan ASTM: Tiêu chuẩn theo Mỹ TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam XRD: Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X (Nhiễu xạ Rơnghen) SEM: Phƣơng pháp kính hiển vi điện tử quét FT-IR: Phƣơng pháp phổ hồng ngoại BET: Phƣơng pháp hấp phụ-nhả hấp phụ nitơ TG-DTA: GC-MS: Phƣơng pháp phân tích nhiệt Phƣơng pháp sắc ký kết nối khối phổ Học viên: Nguyễn Thị Lan Anh – CB140059 Luận văn thạc sỹ MỞ ĐẦU Hàng năm giới nhƣ Việt Nam lƣợng dầu thực vật thải không đƣợc sử dụng lớn Nguồn dầu thải thực vật chủ yếu thu đƣợc từ nhà máy chế biến thực phẩm, sản xuất dầu ăn, từ nhà hàng, khách sạn, từ hộ gia đình Với lƣợng dầu thực vật thải nhiều nhƣ vậy, xả thẳng môi trƣờng vừa lãng phí lại gây ô nhiễm môi trƣờng nghiêm trọng; đem sử dụng lại gây ảnh hƣởng xấu tới sức khoẻ ngƣời tiêu dùng Nhƣ vấn đề xử lý dầu thực vật thải ngày đƣợc quan tâm Dầu ăn thải loại phế thải có chứa hàm lƣợng dầu b o cao, nguồn nguyên liệu tốt dồi chuyển hóa thành nhiên liệu sinh học phƣơng pháp nhƣ hydrocracking, cracking xúc tác, decacboxyl hóa, trao đổi este điều mang lại hiệu kinh tế môi trƣờng lớn Quan trọng trình tạo nhiên liệu xanh, nguồn nhiên liệu thay cho nhiên liệu dầu khoáng Các nghiên cứu trƣớc từ dầu ăn thải thƣờng tập trung tạo nhiên liệu (alkyl este) trình trao đổi este sử dụng xúc tác axit bazơ phƣơng pháp cracking Tuy nhiên phƣơng pháp đòi hỏi dây chuyền công nghệ phức tạp, khó thực hiện… giá thành sản phẩm thƣờng cao so với sản phẩm tƣơng đƣơng có nguồn gốc dừ dầu khoáng Một phƣơng pháp khác đơn gản, dễ thực sử dụng trình decacboxyl hóa để phân cắt mạch liên kết C-O lọai bỏ hợp chất oxi tạo hydrocacbon xanh, nhiên liệu có ƣu điểm thành phần hóa học chứa hợp chất oxy, tính chất tƣơng đồng nhƣ nhiên liệu từ dầu mỏ nên pha trộn với tỷ lệ nhiều hơn, khí thải không chứa SOx, NOx Vật liệu hydrotalcite chứa Mg/Co/Al loại vật liệu vừa có tính axit vừa có tính bazơ, với kết hợp kim loại tạo khung vật liệu có tính axit bazơ không cao nên thích hợp sử dụng cho qúa trình decacboxyl hóa Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn nên em chọn đề tài “Nghiên cứu trình deoxy hóa dầu ăn thải xúc tác hydrotalcite nhằm thu nhiên liệu xanh” làm luận văn tốt nghiệp Học viên: Nguyễn Thị Lan Anh – CB140059 Luận văn thạc sỹ CHƢƠNG I: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1 TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU SINH HỌC 1.1.1 Khái quát chung Nhiên liệu sinh học nhiên liệu đƣợc hình thành từ hợp chất có nguồn gốc động thực vật (sinh học) nhƣ nhiên liệu chế xuất từ chất b o động thực vật (mỡ động vật, dầu dừa ), ngũ cốc (lúa, mỳ, ngô, đậu tƣơng, ) chất thải nông nghiệp (rơm rạ, phân ), sản phẩm thải công nghiệp (mùn cƣa, sản phẩm gỗ thải ) Loại nhiên liệu có nhiều ƣu điểm bật so với loại nhiên liệu truyền thống (dầu khí, than đá ): Tính chất thân thiện với môi trƣờng: thể qua lƣợng khí gây hiệu ứng nhà kính (một hiệu ứng vật lý khiến Trái Đất nóng lên) tạo ít, thấp loại nhiên liệu truyền thống Nguồn nhiên liệu tái sinh: nhiên liệu lấy từ hoạt động sản xuất nông nghiệp tái sinh Chúng giúp giảm lệ thuộc vào nguồn tài nguyên nhiên liệu không tái sinh truyền thống (than đá, dầu mỏ) Nhiên liệu sinh học gồm xăng sinh học diesel sinh học (DS), diesel sinh học đƣợc quan tâm nghiên cứu nhu cầu tiêu thụ diesel lớn nhiên liệu xăng [3] 1.1.2 Phân loại nhiên liệu sinh học 1.1.2.1 Phân loại theo trạng thái Nhiên liệu sinh học đƣợc phân loại thành nhóm nhƣ sau: Nhiên liệu lỏng: (Chủ yếu nghiên cứu biodiesel etanol) + Diesel sinh học (biodiesel) loại nhiên liệu lỏng có tính tƣơng tự sử dụng thay cho loại dầu diesel truyền thống Biodiesel đƣợc điều chế từ dẫn xuất từ số loại dầu mỡ sinh học (dầu thực vật, mỡ động vật) thông qua trình transester hóa cách cho phản ứng với loại rƣợu phổ biến nhất, ví dụ: metanol, etanol [1] + Xăng sinh học (biogasoline) loại nhiên liệu lỏng, có sử dụng etanol nhƣ loại phụ gia nhiên liệu pha trộn vào xăng thay phụ gia chì Ethanol đƣợc chế biến thông qua trình lên men sản phẩm hữu nhƣ tinh Học viên: Nguyễn Thị Lan Anh – CB140059 Luận văn thạc sỹ bột, xen-lu-lô, lignocellulose Etanol đƣợc pha chế với tỷ lệ thích hợp với xăng tạo thành xăng sinh học thay hoàn toàn cho loại xăng sử dụng phụ gia chì truyền thống [1] Khí sinh học (Biogas) Khí sinh học (biogas) có thành phần CH4 (50-60%) CO2 (>30%) lại chất khác nhƣ nƣớc, N2, O2, H2S, CO … đƣợc thuỷ phân môi trƣờng yếm khí, xúc tác nhờ nhiệt độ từ 20 - 40ºC, nhiệt trị thấp CH4 37,71 KJ/m3, sử dụng biogas làm nhiên liệu cho động đốt Biogas đƣợc tạo sau trình ủ lên men sinh khối hữu phế thải nông nghiệp, chủ yếu cellulose, tạo thành sản phẩm dạng khí Biogas dùng làm nhiên liệu khí thay cho sản phẩm khí từ sản phẩm dầu mỏ Nhiên liệu sinh học rắn: Nhiên liệu rắn: gỗ, than loại phân thú khô 1.1.2.2 Phân loại dựa theo nguồn gốc nguyên liệu sản xuất Tùy thuộc vào nguồn nguyên liệu đầu vào công nghệ mà nhiên liệu sinh học đƣợc chia thành loại hệ 1, hệ 2, hệ Nhiên liệu sinh học hệ thứ 1: Nhiên liệu sinh học hệ đƣợc sản suất từ nguồn nguyên liệu liên quan đến lƣơng thực, thực phẩm nhƣ đƣờng (mía, củ cải đƣờng, trái cây); tinh bột (ngô, khoai, sắn); dầu thực vật (dầu đậu tƣơng, dầu hạt cải, dầu dừa, dầu lạc ); mỡ động vật mỡ cá, mỡ lợn, mỡ bò ) Đây hệ nhiên liệu phát triển sớm hoàn thiện công nghệ sản xuất, nhiên nhƣợc điểm nhiên liệu hệ ảnh hƣởng tới an ninh lƣơng thực sử dụng nguyên liệu ăn đƣợc phụ vụ cho sống ngƣời Ngày nhiều nƣớc giới, Châu Phi lên tiếng phản đối việc sản xuất nhiên liệu sinh học loại hệ này, họ cho nguyên nhân dẫn đến nghèo đói nƣớc chậm phát triển [3] Nhiên liệu sinh học hệ thứ 2: Nhiên liệu sinh học hệ bị hạn chế có nhƣợc điểm an ninh lƣơng thực Vì ngƣời ta hƣớng tới nhiên liệu sinh học hệ Là nhiên liệu sinh học đƣợc sản xuất chủ yếu phụ phẩm phế phẩm thải sản xuất Học viên: Nguyễn Thị Lan Anh – CB140059 10 Luận văn thạc sỹ làm giảm hiệu suất thu phân đoạn chính, đồng thời làm giảm chất lƣợng phân đoạn Do đó, chọn thời gian phản ứng hợp lý 3.2.2.3 Ảnh hưởng hàm lượng xúc tác Việc tăng hàm lƣợng xúc tác làm tăng hiệu suất tạo sản phẩm mong muốn xúc tác nhiều làm tăng khả va chạm hiệu phân tử chất phản ứng tâm hoạt tính Tuy nhiên, thực phản ứng nhiệt độ thời gian định, việc tăng hàm lƣợng xúc tác có mức độ, phản ứng đạt trạng thái dừng dù có tăng xúc tác không làm thay đổi hiệu suất thu phân đoạn Hơn nữa, việc tăng xúc tác nhiều đối mặt với vấn đề chi phí sản xuất, vận hành khuấy trộn (tăng xúc tác cần tốc độ khuấy cao để khối phản ứng hòa trộn đồng đều) Hàm lƣợng xúc tác đƣợc khảo sát theo hàm lƣợng từ 1% đến 3% theo khối lƣợng nguyên liệu dầu ăn thải đƣa vào Các điều kiện công nghệ khác đƣợc cố định nhƣ sau: nhiệt độ 450oC, thời gian phản ứng giờ, tốc độ khuấy 400 vòng/phút Kết thể bảng 3.5 Bảng 3.5: Ảnh hưởng hàm lượng xúc tác đến trình decacboxyl hóa Hàm lượng xúc tác, % kl Hiệu suất thu diesel, %kl 1,5 2,5 50,4 55,0 57,1 59,4 59,0 Hình 3.11 Đồ thị quan hệ hàm lượng xúc tác hiệu suất thu diesel Học viên: Nguyễn Thị Lan Anh – CB140059 55 Luận văn thạc sỹ Kết cho thấy, hàm lƣợng xúc tác tăng đến giới hạn định, sau dù có tăng xúc tác, hiệu suất không tăng mà lại có xu hƣớng giảm Điều chứng tỏ phản ứng xảy trạng thái dừng hàm lƣợng 2,5% khối lƣợng Tại trạng thái này, cải tiến hiệu suất phân đoạn mong muốn cách tăng mức độ khuếch tán pha nguyên liệu với xúc tác Tuy nhiên, với tốc độ khuấy cố định 400 vòng/phút, hệ số khuếch tán hệ phản ứng cố định, việc tăng lƣợng xúc tác lên làm cho trình khuấy trộn đồng nguyên liệu xúc tác khó khăn hơn, nguyên nhân làm giảm nhẹ hiệu suất Do đó, bƣớc cuối cùng, khảo sát tốc độ khuấy trộn để tìm điều kiện thích hợp cho phản ứng decacboxyl hóa dầu ăn thải 3.2.2.4 Ảnh hưởng tốc độ khuấy trộn Với điều kiện tối ƣu thu đƣợc phần trên, hiệu suất đạt đƣợc tƣơng đối cao, nhiên hiệu suất cao cải tiến tốc độ khuấy trình decacboxyl hóa Việc cải tiến thời gian, hàm lƣợng xúc tác hay tốc độ khuấy không làm tăng tốc độ phản ứng, nhƣng tăng hiệu suất thu phân đoạn nhiên liệu phản lực tăng đƣợc khả năng, thời gian hay mức độ tiếp xúc pha tâm hoạt tính nguyên liệu Việc khảo sát tốc độ khuấy phản ứng đƣợc thực từ 200 đến 600 vòng/phút điều kiện phản ứng nhƣ sau: nhiệt độ 450oC, thời gian giờ, hàm lƣợng xúc tác 2,5% khối lƣợng Các kết thể bảng 3.6 Bảng 3.6: Ảnh hưởng tốc độ khuấy trộn đến trình decacboxyl hóa Tốc độ khuấy trộn, vòng/ phút Hiệu suất thu diesel, %kl 200 300 400 500 600 56,0 58,4 59,0 58,0 57,0 Mối quan hệ hàm lƣợng xúc tác hiệu suất thu phân đoạn diesel thể hình 3.12: Học viên: Nguyễn Thị Lan Anh – CB140059 56 Luận văn thạc sỹ Hình 3.12 Đồ thị quan hệ tốc độ khuấy trộn hiệu suất phản ứng Kết cho thấy tốc độ khuấy 400 vòng/phút tốc độ mà cho hiệu suất lớn nhất, tăng hay giảm tốc độ khuấy không làm tăng nhiều hiệu suất thu phân đoạn này, mà ngƣợc lại hiệu xuất có xu hƣớng giảm khuếch tán hạn chế nguyên liệu tâm hoạt tính xúc tác Do đó, chọn tốc độ khuấy tối ƣu 400 vòng/phút Nhƣ vậy, qua trình khảo sát, tìm đƣợc thông số công nghệ tối ƣu cho trình decacboxyl hóa dầu ăn thải hệ xúc tác dạng hydrotalcite đƣợc tóm tắt bảng 3.7 Bảng 3.7: Các điều kiện công nghệ tối ưu cho trình decacboxyl hóa dầu ăn thải hệ xúc tác dạng hydrotalcite thành phần kim loại Mg-Co-Al Các điều kiện công nghệ Nhiệt độ phản ứng, oC Thời gian phản ứng, Giá trị tối ưu 450 Hàm lƣợng xúc tác, % 2,5 Tốc độ khuấy trộn, vòng/ phút 400 Hiệu suất thu phân đoạn 230 - 360oC , % 59,4 3.2.3 Đánh giá tính chất sản phẩm thuộc phân đoạn 230 oC - 360oC 3.2.3.1 Thành phần hóa học phân đoạn Qua kết GC-MS, xác định đƣợc thành phần chất có sản phẩm nhƣ sau: Học viên: Nguyễn Thị Lan Anh – CB140059 57 Luận văn thạc sỹ Bảng 3.8: Thành phần hóa học sản phẩm diesel thu từ trình decacboxyl hóa dầu ăn thải Công thức Thành phần (%) 1-Tridecene C13H26 2,11 9,73 Tridecane C13H28 7,48 11,65 1-Tetradecene C14H28 6,90 13,33 Tetradecane C14H30 3,75 14,94 Pentadecane C15H32 9,89 15,77 n-Nonylcyclohexan C15H30 1,59 16,19 7-hexadecene C16H32 3,83 16,31 8-hexadecene C16H32 5,43 16,42 Hexadecene C16H32 6,28 10 17,42 6,9-heptadecadien C17H32 3,80 11 17,54 8-Heptadecen C17H34 5,76 12 17,62 Hexadecane C16H34 10,82 13 17,75 1-Heptadecene C17H34 2,15 14 17,86 Heptadecane C17H36 8,73 15 19,22 Octadecane C18H38 1,4 16 20,68 Nonadecane C19H40 8,92 17 21,57 Eicosane C20H42 9,21 18 22,65 1-Eicosene C20H40 0,65 19 22,76 10-Heneicosene (c,t) C21H42 0,49 20 24,00 1-Nonadecanol C10H22O 0,37 21 25,48 Hexahydropyridine,1methyl-… Stt TG lưu (phút) 6,23 Tên hợp chất 0,44 Từ kết GC –MS cho thấy rằng, sản phẩm green diesel thu đƣợc từ trình decacboxyl hóa dầu ăn thải nằm phân đoạn có nhiệt độ sôi 230-360oC Thành phần chủ yếu hydrocacbon dạng n-parafin, olefin, xycloparafin Thành phần chứa chủ yếu hydrocacbon từ C13- C21, chứa dẫn xuất hydrocacbon với tổng hàm lƣợng 0,81% Kết chứng minh lần Học viên: Nguyễn Thị Lan Anh – CB140059 58 Luận văn thạc sỹ hiệu trình decacboxyl hóa Các hydrocacbon có mạch thẳng đóng góp quan trọng vào số xetan cao nhiên liệu 3.2.3.2 Thành phần cất phân đoạn sản phẩm diesel Chỉ tiêu thành phần cất phân đoạn tiêu quan trọng để đánh giá phù hợp tính bay phân đoạn làm nhiên liệu Kết thể bảng 3.9 Bảng 3.9: Kết xác định thành phần cất sản phẩm diesel % Thể tích Nhiệt độ sôi, oC Điểm sôi đầu 210 10 230 20 244 30 258 40 272 50 288 60 300 70 326 80 340 90 360 Từ số liệu bảng, dựng đƣợc đƣờng cong chƣng cất Engler (hình 3.13) 400 Nhiệt độ, oC 350 300 Diesel decacboxyl hóa 250 Diesel thƣơng phẩm 200 150 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 % Thể tích Hình 3.13 Đường cong chưng cất Engler phân đoạn diesel decacboxyl hóa so với diesel thương phẩm Học viên: Nguyễn Thị Lan Anh – CB140059 59 Luận văn thạc sỹ Đƣờng cong chƣng cất Engler phân đoạn diesel thu đƣợc có dạng giống với đƣờng cong chƣng cất Engler diesel thƣơng phẩm; có sai lệch nhiệt độ khoảng chƣng cất khác nhau, nhƣng sai số nằm giới hạn cho ph p (các tiêu chuẩn cho nhiên liệu đƣợc trình bày phía dƣới phần này), chứng tỏ sử dụng phân đoạn diesel để pha chế tạo nhiên liệu động Phân đoạn diesel thu đƣợc sau trình decacboxyl hóa có đặc điểm có nhiệt độ sôi cao so với diesel thƣơng phẩm, điều có nguyên nhân cấu trúc mạch cacbon dài cặn b o thải, số nguyên tử cacbon đa phần thuộc nửa sau phân đoạn diesel nên có nhiệt độ sôi cao Quá trình decacboxyl hóa bẻ gãy mạch cacbon, nhƣng phần lớn xảy giai đoạn sơ cấp để tách gốc cacboxyl hay este khỏi phân tử axit b o hay triglyxerit, nên không ảnh hƣởng nhiều đến mạch hydrocacbon gốc 3.2.3.3 So sánh chất lượng green diesel tổng hợp phương pháp decacboxyl hóa với diesel thương phẩm Phân đoạn diesel tính chất phù hợp khoảng sôi, đƣợc xác định tiêu hóa lý theo tiêu chuẩn áp dụng cho nhiên liệu diesel thƣơng phẩm, kết thể bảng 3.10 Bảng 3.10: Kết xác định tiêu kỹ thuật phân đoạn diesel thu theo TCVN 5689:2013 [4] Tên tiêu Hàm lƣợng lƣu huỳnh, mg/kg Phương pháp Diesel thương phẩm Phân đoạn diesel từ decacboxyl hóa max TCVN 3172 (ASTM D 4294) 500/2500 TCVN 7630 (ASTM D 613) 46 65 Nhiệt độ cất, oC, 90 % thể tích max TCVN 2698 (ASTM D 86) 360 360 Điểm chớp cháy cốc kín, oC TCVN 2693 (ASTM D 93) 55 58 TCVN 3171 (ASTM D 445) – 4,5 4,0 Trị số xêtan Độ nhớt động học 40 oC, mm2/s Học viên: Nguyễn Thị Lan Anh – CB140059 60 Luận văn thạc sỹ Cặn cacbon 10 % cặn chƣng cất, % khối lƣợng max Điểm đông đặc, o C max Hàm lƣợng tro, % khối lƣợng TCVN 6324 (ASTM D 189) 0,3 0,1 TCVN 3753 (ASTM D 97) +6 -5 max TCVN 2690 (ASTM D 482) 0,01