CHUYỂN HÓA CHẤT THẢI CHỨA NHIỀU DẦU MỠ CỦA TRẠM XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT ĐỂ CHUYỂN THÀNH BIODIESEL

Hiện nay, nhân loại đang phải đối mặt với một cuộc khủng hoảng về năng lượng khi các nguồn nhiên liệu hóa thạch đang dần cạn kiệt và gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Giải pháp mà con người tìm đến để khắc phục những vấn đề đó chính là các nguồn năng lượng mới như năng lượng gió, mặt trời, sinh khối… Khác với các nguồn năng lượng tái tạo khác, năng lượng sinh khối như biodiesel chẳng hạn không chỉ thay thế năng lượng hóa thạch mà còn góp phần xử lý ô nhiễm môi trường. Tại Việt Nam, với đặc thù là một nước nông nghiệp, việc nghiên cứu phát triển nguồn vật liệu và năng lượng sinh khối tạo ra những dạng năng lượng, vật liệu sạch, rẻ góp phần bảo đảm an ninh năng lượng và bảo vệ môi trường (trong đó biodiesel đang rất được quan tâm hiện nay) chính là một hướng đi tất yếu.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG BÀI TIỂU LUẬN Môn học: Nhiên liệu sinh học – EV 5217 CHUYỂN HÓA CHẤT THẢI CHỨA NHIỀU DẦU MỠ CỦA TRẠM XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT ĐỂ CHUYỂN THÀNH BIODIESEL Giảng viên : PGS TS Đoàn Thị Thái Yên Học viên : Nguyễn Mạnh Việt Lớp : 16BKTMT.KT DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT STT Từ viết tắt DTV HTPM FAME FFA Tên đầy đủ Dầu thực vật Methanol Metanol với áp suất nhiệt độ cao (High Temperature and Pressured) Axit béo methyl este hay dầu diesel sinh học Axit béo tự (Free Fatty Axit) MỞ ĐẦU Hiện nay, nhân loại phải đối mặt với khủng hoảng lượng nguồn nhiên liệu hóa thạch dần cạn kiệt gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng Giải pháp mà người tìm đến để khắc phục vấn đề nguồn lượng lượng gió, mặt trời, sinh khối… Khác với nguồn lượng tái tạo khác, lượng sinh khối biodiesel chẳng hạn không thay lượng hóa thạch mà góp phần xử lý ô nhiễm môi trường Tại Việt Nam, với đặc thù nước nông nghiệp, việc nghiên cứu phát triển nguồn vật liệu lượng sinh khối tạo dạng lượng, vật liệu sạch, rẻ góp phần bảo đảm an ninh lượng bảo vệ môi trường (trong biodiesel quan tâm nay) hướng tất yếu CHƯƠNG I: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1 Sơ lược Biodiesel 1.1.1 Tổng quan 1.1.1.1 Lịch sử phát triển Biodiesel Lịch sử hình thành phát triển Biodiesel bắt đầu sản xuất khoảng năm 1800, thời điểm người ta chuyển hóa dầu thực vật để thu glixerin ứng dụng làm xà phòng thu phụ phẩm methyl ethyl este gọi chung Biodiesel Năm 1893, lần Rudolf Diesel sử dụng Biodiesel ông sáng chế để chạy máy Năm 1912, ông dự báo: “Hiện nay, việc dùng dầu thực vật cho nhiên liệu động không quan trọng, tương lai, loại dầu chắn có giá trị không thua sản phẩm nhiên liệu từ dầu mỏ than đá” Trong bối cảnh nguồn tài nguyên dầu mỏ cạn kiệt tác động xấu lên môi trường việc sử dụng nhiên liệu, nhiên liệu tái sinh có Biodiesel ngày khẳng định vị trí nguồn nhiên liệu thay khả thi Để tưởng nhớ nguời có công đoán giá trị to lớn Biodiesel, Nation Board Biodiesel định lấy ngày 10 tháng năm năm 2002 làm ngày Diesel sinh học Quốc tế (International Biodiesel Day) 1.1.1.2Tình hình sử dụng Biodiesel giới: Các nước giới sản xuất Biodiesel với số lượng ngày nhiều tăng nhanh Theo xu hướng giới, người ta trộn Bio-Diesel vào thành phần diesel từ tới 30% + Ở châu Âu theo thị 2003/30/EC EU từ ngày 31 tháng 12 năm 2005 2% 31 tháng 12 năm 2010 5,75% nhiên liệu dùng để chuyên chở phải có nguồn gốc tái tạo Tại Áo, phần thị EU thực sớm từ ngày tháng 11 năm 2005 có dầu Diesel với 5% có nguồn gốc sinh học (B5) phép bán + Tại Australia, sử dụng B20 B50 vào tháng năm 2005 + Tại Mỹ năm 2005, sử dụng B20 + Tại Thái Lan năm 2006, sử dụng B5 Chiangmai Bangkok + Tại Việt Nam, Petro Việt Nam có kế hoạch đưa 10% Bio-Diesel (B10) vào thành phần Diesel để lưu thông thị trường 1.1.2 Định nghĩa: Biodiesel loại nhiên liệu có tính chất tương đương với dầu Diesel tự nhiên sản xuất từ dầu mỏ mà từ dầu thực vật hay mỡ động vật Biodiesel nói chung loại lượng tái tạo phương diện hoá học Biodiesel este axit béo dầu hay mỡ este hoá ancol Nhiều nước giới dùng chữ B với ý nghĩa Biodiesel, chữ BA hay E biết hoá hợp với ethanol Ví dụ: nhiên liệu chứa 20% Biodiesel ký hiệu B20, Biodiesel tinh khiết loại B100 Bản chất Biodiesel sản phẩm este hóa Methanol Ethanol axit béo tự dầu thực vật mỡ động vật Theo tiêu chuẩn ASTM Biodiesel định nghĩa: “là Mono Alkyl Este axit mạch dài có nguồn gốc từ lipit tái tạo lại như: dầu thực vật, mỡ động vật, sử dụng làm nhiên liệu cho động Diesel” 1.1.3 Tính chất ưu nhược điểm Biodiesel 1.1.3.1 Tính chất Biodiesel chất lỏng, có màu vàng hay nâu tối phụ thuộc vào nguyên liệu để chế biến Methyl este điển hình có điểm bốc cháy khoảng ~1500C (3000F), tỷ trọng thấp nước (d= ~0.88g/cm3), có độ nhớt tương tự Diesel từ dầu mỏ Một số tính chất số xetan, tỉ trọng phụ thuộc vào tính chất nguyên liệu ban đầu Hầu hết tính chất lại phụ thuộc vào yếu tố kỹ thuật trình sản xuất - Yếu tố quan trọng độ chuyển hóa phản ứng chuyển vị este Thậm chí thu hiệu suất phản ứng cao nhất, Biodiesel chưa lượng nhỏ tri, đi, Monoglixerit Những chất làm tăng độ nhớt, giảm độ bền oxi hóa, hàm lượng phải nhỏ - Tổng lượng glixerin tổng phần glixerin chứa glixerit glyxerin tự Glyxerin không tan Biodiesel, có độ nhớt cao Nhiên liệu chứa nhiều glyxerin dẫn đến tượng lắng glyxerin, làm nghẽn lọc nhiên liệu làm xấu trình cháy động - Metanol bị hạn chế 0.2% tiêu chuẩn EN 14214 không đề cập đến ASTM Tuy nhiên, hàm lượng methanol hạn chế thông qua tiêu độ chớp cháy (càng nhiều methanol, độ chớp cháy thấp) Yêu cầu độ chớp cháy không nhỏ 1300C ASTM tương ứng với hàm lượng methanol nhỏ 0.1% Trong bảng giới thiệu số tiêu chất lượng dầu Diesel (tiêu chuẩn EN 590) Biodiesel (tiêu chuẩn EN 14214, ASTM D6751) Bảng 1.1: Chỉ tiêu chất lượng dầu Diesel Biodiesel Chỉ Tiêu EN590 EN14214 ASTM 820 – 845 860 – 900 D6751 - Độ nhớt 400C, mm2/s 2,0 – 4.5 3,5 – 5,0 1,9 – 6,0 Điểm chớp cháy, 0C, không thấp 55 120 130 Lưu huỳnh, mg/kg, không lớn 50 10 15 Chỉ số xetan, không thấp 51 51 45 Nước, mg/kg, không lớn 200 500 500 Este, % khối lượng, không nhỏ - 96,5 - Methanol, % khối lượng, không lớn - 0,2 - Monogixerit, % khối lượng, không lớn - 0,8 - Điglixerit, % khối lượng, không lớn - 0,2 - Triglixerit, % khối lượng, không lớn - 0,2 - Glixerin tự do, % khối lượng, không lớn - 0,02 0,02 Tổng lượng glixerin, % khối lượng, không - 0,25 0,24 Tỉ trọng 15 C, kg/m lớn hơn… 1.1.3.2 Ưu Điểm - Về mặt môi trường: + Giảm lượng phát thải khí CO 2, giảm lượng khí thải gây hiệu ứng nhà kính + Không có chứa hợp chất lưu huỳnh ( 95% phản ứng • Chưng cất este methyl • Không có muối axit béo có bước • Không có xà phòng phản ứng sử dụng • Loại 99% nước • Không khuấy • Chưng cất đơn giản glixerin • Bảng 2.2: So sánh phương pháp cổ điển quy trình sản xuất Nội dung Quy trình Quy trình cổ điển Không Có Dầu thô với 0,5% axit béo tự Không Có Dầu thải Không Có Mỡ lợn Không Có Sự khử Có Không Khử màu Có Không Giảm lượng axit béo tự Có Không Tạo xà phòng Có Không Xử lý glixerin trước sử dụng Có Không Este hóa 90% - Chuyển vị este hóa >90% - Este hóa chuyển đổi este hóa giai đọan đầu - >95% Năng suất 90–95% >95% Nguyên liệu Dầu thô (đậu nành, hạt cải dầu, cọ, dừa, hướng dương, jatropha) Xử lý nguyên liệu Hạn chế trình 12 Nhiệt độ yêu cầu Thấp Cao MeOH tiêu thụ Thấp Phụ Thời gian giai đoạn đầu 60–120 thuộc phút 30 phút 2.1.2 Công nghệ HTPM sản xuất dầu diesel sinh học từ phế liệu động, thực vật Ưu điểm bật công nghệ không gây ô nhiễm liên quan tới nguồn nguyên liệu đầu vào, không cần tinh lọc hay este hóa axit trình xử lý sơ - Giới thiệu - Một công nghệ HTPM tiên tiến Quy trình công nghệ Dầu mỡ metanol đưa vào môi trường có nhiệt độ áp lực cao lúc với tỷ lệ tính toán hợp lý cách bơm liên tục qua lò phản ứng có chứa chất xúc tác không Các chất xúc tác không tham gia vào phản ứng hóa học mà giúp xảy nhanh Sau trình tách chất FAME tạo glixerin metanol thực phương pháp chưng cất Trong giai đoạn mức độ hydrat hóa xảy diện FFA trì mức ổn định Methanol tái sử dụng, hỗn hợp FAME 13 glixerin tách nhờ quay li tâm Trong giai đoạn chưng cất lần thứ dầu diesel sinh học đạt độ tinh khiết 96,5% lại nâng lên cấp độ tinh khiết hoàn toàn Hình 2.4 Quy trình HTPM Đó quy trình liên tục diễn điều kiện nhiệt độ áp suất cao - Không phải sử dụng chất xúc tác đắt tiền Không sinh phế thải Không đòi hỏi công đoạn tiền xử lý nguyên liệu đầu vào có hàm - lượng axit béo tự cao (FFA) Sản phẩm quy trình glixerin có độ tinh khiết cao, có giá trị thương mại cao công nghiệp thực phẩm, mỹ phẩm hóa - dược Biodiesel chất lượng hoàn hảo Thí nghiệm sản xuất thử nghiệm 14 15 Kết Luận Trong tương lai, nguồn nhiên liệu hóa thạch cạn kiệt hoàn toàn xu hướng sử dụng biodiesel nguồn nhiên liệu phi hóa thạch tất yếu Hiện biodiesel sản xuất chủ yếu phương pháp phương pháp biến tính hóa học dựa phản ứng chuyển methyl ester hóa Để nâng cao tính hiệu kinh tế trình yếu tố cần quan tâm : tận dụng sản phẩm phụ trình glycerin, cải thiện tiêu methyl ester… Bên cạnh lợi ích kinh tế, dự án sản xuất biodiesel từ nguồn nguyên liệu dầu mỡ nước thải mang lại lợi ích rõ nét mặt môi trường như: giảm thiểu sử dụng nhiên liệu hóa thạch, giảm hiệu ứng nhà kính, giảm thiểu chất thải nguy hại tiến tới xây dựng môi trường xanh 16 ... XUẤT BIODIESEL TỪ DẦU MỠ THẢI TỪ NƯỚC THẢI SINH HOẠT CÓ CHẤT THẢI CHỨA DẦU MỠ 2.1 Qúa trình sản xuất biodiesel từ dầu thải Hình 2.1: Sản xuất Biodiesel từ dầu thải - Este hóa axit loãng :dầu nguyên... nguyên liệu có chứa 4% axit béo tự trình este hóa axit để tăng sản lượng Biodiesel Trước tham gia phản ứng este hóa axit, nguyên liệu lọc xử lý trước để loại bỏ nước chất gây ô nhiễm Chất xúc tác,... với dầu Hỗn hợp nung nóng khuấy đều, axit béo tự chuyển đổi thành dầu Biodiesel Sau phản ứng hoàn tất, xử lí cung cấp cho trình transesteification - Chuyển đổi este hóa : nguyên liệu dầu có chứa