Nghiên cứu công nghệ tổng hợp BIODIESEL

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI o0o ĐINH ĐỨC THIỆN NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ TỔNG HỢP BIODIESEL LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÓA HỌC Hà Nội - 2012 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI o0o ĐINH ĐỨC THIỆN NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ TỔNG HỢP BIODIESEL Chuyên ngành: KỸ THUẬT HÓA HỌC LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÓA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS NGUYỄN THỊ MINH HIỀN Hà Nội - 2012 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận án trung thực, nội dung chưa công bố công trình nghiên cứu trước Hà Nội, tháng năm 2012 Tác giả luận án Đinh Đức Thiện LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới GS.TS Nguyễn Thị Minh Hiền, người dạy dỗ, hướng dẫn tận tình, sâu sắc mặt khoa học, đồng thời cung cấp trang thiết bị cần thiết giúp hoàn thành luận văn thạc sỹ Được tiếp xúc, học tập, nghiên cứu hướng dẫn cô giúp phát triển trưởng thành lên nhiều, kiến thức lẫn tác phong làm việc Tôi xin cảm ơn thầy cô giáo trường Đại học Bách Khoa Hà Nội dạy dỗ giúp đỡ suốt thời gian học trường Tôi xin cảm ơn gia đình tất người bạn động viên, giúp đỡ suốt trình hoàn thành luận văn Hà Nội, tháng năm 2012 Học viên Đinh Đức Thiện MỤC LỤC - LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 10 MỞ ĐẦU 11 Chương 1: TỔNG QUAN VỀ BIODIESEL 12 1.1 Tiềm nhu cầu sử dụng nhiên liệu xăng, diesel .12 1.2 Giới thiệu biodiesel phản ứng trao đổi este .15 1.2.1 Giới thiệu biodiesel 15 1.2.2 Phản ứng trao đổi este chế 17 1.3 Nguyên liệu tổng hợp biodiesel 19 1.3.1 Mỡ động vật 20 1.3.2 Vi tảo 23 1.3.3 Dầu thực vật 23 1.3.4 Tổng kết 25 1.4 Xúc tác cho phản ứng tổng hợp biodiesel 25 1.4.1 Xúc tác đồng thể 26 1.4.2 Xúc tác dị thể 28 1.4.3 Phương pháp siêu tới hạn 33 Chương 2: MÔ PHỎNG 35 2.1 Giới thiệu 35 2.2 Phân tích tối ưu hóa thông số phản ứng 36 2.2.1 Quá trình sử dụng xúc tác kiềm 37 2.2.2 Quá trình siêu tới hạn 41 2.2.3 2.3 Kết luận 44 Mô 45 2.3.1 Quá trình Alkali-FVO 47 2.3.2 Quá trình Akali-WVO 51 2.3.3 Quá trình SC-WVO 55 2.3.4 Quá trình SC-LowE 60 2.4 Tính toán kích thước thiết bị 64 2.5 Năng lượng tiêu thụ 71 2.6 Tổng kết .72 Chương 3: ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ CỦA CÁC QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT BIODIESEL 73 3.1 Giới thiệu 73 3.2 Đánh giá dự án 77 3.2.1 Hệ thống phụ trợ, nguyên vật liệu thô thông số sản xuất 77 3.2.2 Tổng số vốn đầu tư 79 3.2.3 Tổng chi phí sản xuất 81 3.2.4 Thẩm định dự án đầu tư 82 3.3 Tổng kết .92 Chương 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 96 4.1 Kết luận .96 4.2 Những điểm luận văn 97 4.3 Kiến nghị 97 TÀI LIỆU THAM KHẢO 98 PHỤ LỤC .109 DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Alkali-FVO Quá trình sản xuất biodiesel sử dụng xúc tác kiềm, nguyên liệu dầu ăn tinh khiết Alkali-WVO Quá trình sản xuất biodiesel sử dụng xúc tác kiềm, nguyên liệu dầu ăn phế thải CSTR Thiết bị phản ứng kiểu khuấy DPP Thời gian hoàn vốn có chiết khấu FAME Este axit béo – biodiesel FFAs Các axit béo tự FVO Dầu ăn tinh khiết G&A Chi phí chung chi phí hành IRR Tỷ suất sinh lời nội L-L separator Thiết bị tách lỏng lỏng MeOH Methanol NPV Giá trị PFR Thiết bị phản ứng kiểu đẩy SC-WVO Quá trình sản xuất biodiesel siêu tới hạn SC-LowE Quá trình sản xuất biodiesel siêu tới hạn cải tiến WVO Dầu ăn phế thải DANH MỤC CÁC BẢNG -Bảng1 Dự báo nhu cầu nhiên liệu xăng dầu đến năm 2020 (đơn vị: ngàn tấn) 12 Bảng1 Cơ cấu sản phẩm nhiên liệu (đơn vị: ngàn tấn) 13 Bảng1 Cân đối nhiên liệu xăng, diesel đến năm 2020 14 Bảng1 Thành phần axit béo loại dầu 24 Bảng1 Tóm tắt hoạt tính xúc tác dị thể cho phản ứng tổng hợp biodiesel 31 Bảng So sánh thông số chi tiết triolein 36 Bảng 2 Ảnh hưởng áp suất đến độ chuyển hóa 37 Bảng Ảnh hưởng nhiệt độ đến độ chuyển hóa 39 Bảng Tỷ lệ MeOH/dầu độ chuyển hóa phản ứng tương ứng 40 Bảng Ảnh hưởng áp suất đến độ chuyển hóa 41 Bảng Ảnh hưởng nhiệt độ đến độ chuyển hóa 42 Bảng Ảnh hưởng tỉ lệ MeOH/dầu đến độ chuyển hóa 43 Bảng Các thông số tối ưu phản ứng 45 Bảng Thông số thiết bị phản ứng kiểu khuấy CSTR trình Alkali-FVO 49 Bảng 10 Thông số tháp hồi lưu methanol 49 Bảng 11 Thông số tháp tinh chế biodiesel 50 Bảng 12 Thông số tháp tinh chế glycerol 51 Bảng 13 Thông số thiết bị phản ứng kiểu khuấy CSTR trình Alkali-WVO 55 Bảng 14 Ngyên liệu, điều kiện phản ứng, hiệu suất phản ứng kiểu thiết bị phản ứng siêu tới hạn sản xuất biodiesel 58 Bảng 15 Thông số thiết bị phản ứng kiểu đẩy PFR 58 Bảng 16 Thông số tháp hồi lưu methanol 59 Bảng 17 Thông số tháp hồi lưu methanol 60 Bảng 18 Thông số loại thiết bị phản ứng trình 63 Bảng 19 Tóm tắt thiết bị trình Alkali-FVO 67 Bảng 20 Tóm tắt thiết bị trình Alkali-WVO 68 Bảng 21 Tóm tắt thiết bị trình SC-WVO 69 Bảng 22 Tóm tắt thiết bị trình SC-LowE 70 Bảng 23 Năng lượng tiêu thụ bốn trình mô (đơn vị: kW) 71 Bảng Giá nguyên liệu phụ trợ sử dụng nghiên cứu 78 Bảng Giá loại nguyên liệu thô sử dụng nghiên cứu 79 Bảng 3 Tổng số vốn đầu tư trình sản xuất biodiesel công suất 40.000 tấn/năm (đơn vị: triệu $) 80 Bảng Tổng chi phí sản xuất, lợi nhuận glycerol doanh thu biodiesel bốn trình (đơn vị: triệu $) 82 Bảng Tính toán NPV củaquá trình Alkali-FVO (đơn vị: triệu $) 85 Bảng Tính toán NPV củaquá trình Alkali-WVO (đơn vị: triệu $) 86 Bảng Tính toán NPV trình SC-WVO (đơn vị: triệu $) 87 Bảng Tính toán NPV củaquá trình SC-LowE (đơn vị: triệu $) 88 Bảng Các tiêu lợi nhuận giá hòa vốn bốn trình biodiesel 92 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ -Hình 1 Cơ chế phản ứng trao đổi este xúc tác bazơ 19 Hình Cá tra (trái) cá basa (phải) 21 Hình Sơ đồ thiết bị phản ứng kiểu khuấy sử dụng xúc tác kiềm 37 Hình 2 Đồ thị khảo sát ảnh hưởng áp suất độ chuyển hóa phản ứng 38 Hình Đồ thị khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ độ chuyển hóa phản ứng 39 Hình Đồ thị khảo sát ảnh hưởng tỷ lệ MeOH/dầu độ chuyển hóa 40 Hình Sơ đồ thiết bị phản ứng kiểu đẩy hai trình siêu tới hạn 41 Hình Đồ thị khảo sát ảnh hưởng áp suất độ chuyển hóa phản ứng 42 Hình Đồ thị khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ chuyển hóa phản ứng 43 Hình Đồ thị khảo sát ảnh hưởng MeOH/dầu đến độ chuyển hóa 44 Hình Sơ đồ trình Alkali-FVO 48 Hình 10 Sơ đồ trình tiền xử lý 52 Hình 11 Sơ đồ trình Alkali-WVO sau trình tiền xử lý 54 Hình 12 Sơ đồ trình SC-WVO 56 Hình 13 Sơ đồ trình SC-LowE 61 Hình Giá dầu thực vật từ tháng 10/2000 tới 1/2010 74 Hình Đồ thị tính toán IRR trình Alkali-WVO 90 Hình 3 Đồ thị tính toán IRR trình SC-WVO 91 Hình Đồ thị tính toán IRR trình SC-LowE 91 Hình Đồ thị biểu diễn thông số tài trình Alkali-FVO 93 Hình Đồ thị biểu diễn thông số tài trình Alkali-WVO 93 Hình Đồ thị biểu diễn thông số tài trình SC-WVO 94 Hình Đồ thị biểu diễn thông số tài trình SC-LowE 94 10 20 Bunyakiat, K., Makmee, S., Sawangkeaw, R and Ngamprasertsith, S., 2006 Continuous production of biodiesel via transesterification from vegetable oils in supercritical methanol Energy & Fuels, 20(2), 812-817 21 Canakci, M and Van Gerpen, J., 1999 Biodiesel production via acid catalysis Transactions of the ASAE-American Society of Agricultural Engineers, 42(5), 1203-1210 22 Canakci, M and Sanli, H., 2008 Biodiesel production from various feedstocks and their effects on the fuel properties Journal of Industrial Microbiology & Biotechnology, 35(5), 431-441 23 Canakci, M., 2007 The potential of restaurant waste lipids as biodiesel feedstocks Bioresource Technology, 98(1), 183-190 24 Chen, H., Baoxiang, P., Dezheng, W and Jinfu, W., 2007 Biodiesel production by the transesterification of cottonseed oil by solid acid catalysts Frontiers of Chemical Engineering in China, 1(1), 11-15 25 Corma A, Hamid S, Iborra S, Velty A, Lewis and Brönsted basic active sites on solid catalysts and their role in the synthesis of monoglycerides, Journal of Catalysis, 234, 340–347 (2005) 26 Cunha, M E, Krause L C, Moraes M S A, Beef tallow biodiesel produced in a pilot scale, Fuel Processing Technology, 90, 570–575 (2009) 27 Demirbas, A, Relationships derived from physical properties of vegetable oil and biodiesel fuels, Fuel, 87, 1743–1748 (2008) 28 Dias J M, Alvim-Ferraz M C M, Almeida M F, Comparison of the performance of different homogeneous alkali catalysts during transesterification of waste and virgin oils and evaluation of biodiesel quality, Fuel, 87(17-18), 3572-3578 (2008) 29 Di Serio M, Ledda M, Cozzolino M, Minutillo G, Tesser R, Santacesaria E, Transesterification of soybean oil to biodiesel by using heterogeneous basic catalysts Ind Eng Chem Res., 45(9), 3009–3014 (2006) 30 Di Serio M, Cozzolino M, Tesser R, Patrono P, Pinzari F, Bonelli B, Santacesaria E, Vanadyl phosphate catalysts in biodiesel production, Applied Catalysis A: General, 320, 1-7 (2007) 100 31 Du W, Li W, Sun T, Chen X, Liu D, Perspectives for biotechnological production of biodiesel and impacts, Appl Microbiol Biotechnol,79, 331–337 (2008) 32 El-Mashad H M, Zhang R, Avena-Bustillos Z, A two-step process for biodiesel production from salmon oil, Biosystems Engineering, 99(2), 220-227 (2008) 33 Encinar J M, Gonza´ lez J F, Rodrı´guez-Reinares A.J, Biodiesel from used frying oil Variables affecting the yields and characteristics of the biodiesel, Ind Eng Chem Res 44, 5491-5499 (2005) 34 EPA, 2009 Regulations & Standards | Fuels and Fuels Addtives | Available at: http://www.epa.gov/otaq/renewablefuels/rfs2-4standards.pdf [Accessed May 21, 2010] 35 FAO Fishstat (Tổ chức Lương nông Quốc tế - Liên Hiệp Quốc - FOOD AND AGRICULTURE ORGANIZATION OF THE UNITED NATIONS), Cơ sở liệu Fishstat, Global Datasets, Aquaculture Production, 1950-2007 36 Furuta S, Matsuhashi H Arata K, Biodiesel fuel production with solid amorphous zirconia catalysis in fixed bed reactor, Biomass and Bioenergy, 30, 870–873 (2006) 37 Garcia C M, Seixeira S, Marciniuk L L, Chuchardt U, Transesterification of soybean oil catalyzed by sulfated zirconia, Bioresource Technology, 99(14), 6608-6613 (2008) 38 G Knothe, Dunn R, Bagby M O, Biodiesel: The use of vegetable oils and their derivatives as alternative diesel fuels, Oil Chemical Research, National Center for Agricultural Utilization Research, Agricultural Research Service, U.S Department of Agriculture, Peoria, IL 61604 39 Glisic, S., Lukic, I and Skala, D., 2009 Biodiesel synthesis at high pressure and temperature: Analysis of energy consumption on industrial scale Bioresource Technology, 100(24), 6347-6354 40 Gryglewicz S, Rapeseed oil methyl esters preparation heterogeneous catalysts, Bioresource Technology, 70, 249-253 (1999) 101 using 41 Gui M M, K Lee, Bhatia S, Feasibility of edible oil vs non-edible oil vs waste edible oil as biodiesel feedstock, Energy, 33, 1646–1653 (2008) 42 Guerreiro L, E Castanheiro J, Fonseca M I, Martin-Aranda M R, Ramos M A, Vital J, Transesterification of soybean oil over sulfonic acid functionalised polymeric membranes, Catalysis Today, 4648 (2006) 43 Hawash, S., Kamal, N., Zaher, F., Kenawi, O and Diwani, G El., 2009 Biodiesel fuel from Jatropha oil via non-catalytic supercritical methanol transesterification Fuel, 88(3), 579-582 44 He C, Peng B, Wang D, Wang J, Biodiesel production by the transesterification of cottonseed oil by solid acid catalysts, Frontiers of Chemical Engineering in China, 1, 11-15 (2007) 45 He, H., Wang, T and Zhu, S., 2007 Continuous production of biodiesel fuel from vegetable oil using supercritical methanol process Fuel, 86(3), 442447 46 Helwani Z, Othman M R, Aziz N, Kim J, Fernando, et al, Solid heterogeneous catalysts for transesterification of triglycerides with methanol: A review, Applied Catalysis A: General, 363, 1-10 (2009) 47 Huaping Zhu, Zongbin Wu, CHEN Yuanxiong Chen, et al Preparation of biodiesel catalyzed by solid super base of calcium oxide and its refining process, Chinese Journal of catalysis, 27(5), 391–396 (2006) 48 Imahara, H., Minami, E., Gari, S and Saka, S., 2008 Thermal stability of biodiesel in supercritical methanol Fuel, 87(1), 1-6 49 Jeong G-T, Yang H-S, Park D-H, Optimization of transesterification of animal fat ester using response surface methodology, Bioresource Technology, 100, 25-30 (2009) 50 Jitputti, J., Kitiyanan, B., Rangsunvigit, P., Bunyakiat, K., Attanatho, L and Jenvanitpanjakul, P., 2006 Transesterification of crude palm kernel oil and crude coconut oil by different solid catalysts Chemical Engineering Journal, 116(1), 61-66 51 Kansedo, J., Lee, K.T and Bhatia, S., 2009 Biodiesel production from palm oil via heterogeneous transesterification Biomass and Bioenergy, 33(2), 271-276 102 52 Kasteren, J.M.N.V and Nisworo, A.P., 2007 A process model to estimate the cost of industrial scale biodiesel production from waste cooking oil by supercritical transesterification Resources, Conservation and Recycling, 50(4), 442-458 53 Kawashima, A., Matsubara, K and Honda, K., 2008 Development of heterogeneous base catalysts for biodiesel production Bioresource Technology, 99(9), 3439-3443 54 Knothe G, Dependence of biodiesel fuel properties on the structure of fatty acid alkyl esters, Fuel Processing Technology, 86, 1059– 1070 (2005) 55 Kulkarni M G, Dalai A K, Waste cooking oils - An economical source for biodiesel: A review, Ind Eng Chem Res., 45, 2901-2913 (2006) 56 Kusdiana, D and Saka, S., 2001 Kinetics of transesterification in rapeseed oil to biodiesel fuel as treated in supercritical methanol Fuel, 80(5), 693-698 57 Kusdiana, D and Saka, S., 2004 Effects of water on biodiesel fuel production by supercritical methanol treatment Bioresource Technology, 91(3), 289-295 58 Lai C-C, Zullaikah S, Vali S R, Ju Y-H, Lipase-catalyzed production of biodiesel from rice bran oil, Journal of Chemical Technology and Biotechnology, 80, 331–337 (2005) 59 Lefebvre, B., 2009 Glycerine price sample report (US Gulf), ICIS Pricing Available at: http://www.icispricing.com/il_shared/Samples/SubPage170.asp [Accessed April 19, 2010] 60 Li H, Xie W, Transesterification of soybean oil to biodiesel with Zn/I2 catalyst, Ctalysis Letters, 107, 25-30 (2006) 61 Lim, Y et al., 2009 Design and economic analysis of the process for biodiesel fuel production from transesterificated rapeseed oil using supercritical methanol Industrial & Engineering Chemistry Research, 48(11), 5370–5378 62 Liu X, He H, Wang Y, Zhu S, Transesterification of soybean oil to biodiesel using SrO as a solid base catalyst, Catalysis Communications, 8, 1107– 1111 (2007) 103 63 Liu X, He H, Wang Y, Zhu S, Piao X, Calcium methoxide as a solid base catalyst for the transesterification of soybean oil to biodiesel with methanol, Fuel, 87(7), 1076-1082 (2008) 64 Lo´pez D, Goodwin J, Bruce D, Lotero E, Transesterification of triacetin with methanol on solid acid and base catalysts, Applied Catalysis A, 295, 97–105 (2005) 65 Lotero E, Goodwin J G, The catalysis of biodiesel synthesis, Catalysis, 19, 41-83 (2006) 66 Luyben, W.L., 2002 Plantwide dynamic simulators in chemical processing and control, CRE Prcess [New York] 67 Ma F, Hanna A, Biodiesel production: a review, Bioresource Technology, 70, 1-15 (1999) 68 Mabee, W.E., 2007 Policy options to support biofuel production Advances in Biochemical Engineering/Biotechnology, 108, 329-357 69 Madras, G., Kolluru, C and Kumar, R., 2004 Synthesis of biodiesel in supercritical fluids Fuel, 83(14-15), 2029-2033 70 Meher, L., Dharmagadda, V.S and Naik, S., 2006 Optimization of alkali-catalyzed transesterification of Pongamia pinnata oil for production of biodiesel Bioresource Technology, 97(12), 1392-11 1397 71 Nelson L A, Foglia T A, Marmer, et al, Lipase-catalyzed production of biodiesel, Journal of the American Oil Chemists' Society (JAOCS), 73(8), 11911194 (1996) 72 Omer, A.M., 2008 Energy, environment and sustainable development Renewable and Sustainable Energy Reviews, 12(9), 2265-2300 73 zbay N, Oktar N, Tapan N, Esterification of free fatty acids in waste cooking oils (WCO): Role of ion-exchange resins, Fuel, 87(10-11), 1789-1798 (2008) 74 Paola M G, Ricc E, Calabṛ V, Curcio S, G Iorio, Factor analysis of transesterification reaction of waste oil for biodiesel production, Bioresource Technology, 100, 5126–5131 (2009) 104 75 Pinnarat, T and Savage, P.E., 2008 Assessment of noncatalytic biodiesel synthesis using supercritical reaction conditions Industrial & Engineering Chemistry Research, 47(18), 6801-6808 76 Ramos, M.J., Fernández, C., Casas, A., Rodríguez, L and Pérez, Á., 2009 Influence of fatty acid composition of raw materials on biodiesel properties Bioresource Technology, 100(1), 261-268 77 Ranganathan S.V, Narasimhan S.L, Muthukumar K, An overview of enzymatic production of biodiesel, Bioresource Technology, 99, 3975–3981 (2008) 78 Robles-Medina A, González-Moreno P A, Esteban-Cerdán L, Molina- Grima E, Biocatalysis: Towards ever greener biodiesel production, Biotechnology Advances, 27, 398–408 (2009) 79 Saka, S and Kusdiana, D., 2001 Biodiesel fuel from rapeseed oil as prepared in supercritical methanol Fuel, 80(2), 225-231 80 Sawangkeaw, R., Bunyakiat, K and Ngamprasertsih, S., 2010 A review of laboratory-scale research on lipid conversion to biodiesel with supercritical methanol (2001 2009) Journal of supercritical fluids, doi:10.1016/j.supflu.2010.06.008 81 Schuchardt U, Vargas R, Gelbard G, Alkylguanidines as catalysts for the transesterification of rapeseed oil, Journal of Molecular Catalysis A: Chemical, 99, 65-70 (1995) 82 Seider, W.D., Seader, D and Lewin, D.R., 2004 Product and process design principles: synthesis, analysis, and evaluation, Wiley [New Jersey] 83 Sharma Y C, Singh B, Upadhyay S N, Advancements in development and characterization of biodiesel: A review, Fuel, 87, 2355–2373 (2008) 84 Sheehan J, Dunahay T, Benemann J, Roessler P, A look back at the U.S, Department of Energy's Aquatic Species Program—biodiesel from algae National Renewable Energy Laboratory, Report NREL/TP-580–24190 (1998) 85 Shibasaki-Kitakawa N, Honda H H, Kuribayashi H, Toda T, Fukumura T, Yonemoto T, Biodiesel production using anionic ion-exchange resin as heterogeneous catalyst, Bioresource Technology, 98, 416–421 (2007) 105 86 Soriano Jr N U, Venditti R, Argyropoulos D S, Biodiesel synthesis via homogeneous Lewis acid-catalyzed, Fuel, 88(3), 560-565 (2009) 87 Srivastava, A and Prasad, R., 2000 Triglycerides-based diesel fuels Renewable and Sustainable Energy Reviews, 4(2), 111-133 88 Tiwari, A K, Kumar A, Raheman H, Biodiesel production from jatropha oil (Jatropha curcas) with high free fatty acids: An optimized process, Biomass and Bioenergy, 31, 569–575 (2007) 89 Turton, R., 2003 Analysis, synthesis, and design of chemical processes, Prentice Hall [New Jersey] 90 Tyagi, V and Vasishtha, A., 1996 Changes in the characteristics and composition of oils during deep-fat frying Journal of the American Oil Chemists' Society, 73(4), 499-506 91 Umdu E S, M T, Transesterification of Nannochloropsis oculata microalga’s lipid to biodiesel on Al2O3 supported CaO and MgO catalysts, Bioresource Technology, 100, 2828–2831 (2009) 92 USDA Agricultural Marketing Service, 2010b National Weekly Ag Energy Roundup Available at: http://www.ams.usda.gov/mnreports/lswagenergy.pdf [Accessed April 19, 2010] 93 USDA Foreign Agricultural Service, 2010a Oilseeds: World Markets and Trade Available at: http://www.fas.usda.gov/oilseeds/circular/2010/March/oilseedsfull03-10.pdf [Accessed April 19, 2010] 94 Retail US Energy Information Administration (EIA), 2010 U.S No Diesel Sales by All Sellers Available at: http://www.eia.doe.gov/dnav/pet/hist/LeafHandler.ashx?n=PET&s=DDR001&f= W [Accessed May 19, 2010] 95 Varma, M.N and Madras, G., 2007 Synthesis of biodiesel from castor oil and linseed oil in supercritical fluids Industrial & Engineering Chemistry Research, 46(1), 1-6 96 Vicente, G., Martínez, M and Aracil, J., 2004 Integrated biodiesel production: a comparison of different homogeneous catalysts systems Bioresource Technology, 92(3), 297-305 106 97 Vyas A P, Subrahmanyam N, Patel P A, Production of biodiesel through transesterification of Jatropha oil using KNO3/Al2O3 solid catalyst, Fuel, 88, 625–628 (2009) 98 West, A.H., Posarac, D and Ellis, N., 2008 Assessment of four biodiesel production processes using HYSYS Plant Bioresource Technology, 99(14), 6587-6601 99 Xie W, Huang X, Li H, Soybean oil methyl esters preparation using NaX zeolites loaded with KOH as a heterogeneous catalyst, Bioresource Technology, 98, 936–939 (2007) 100 Xie W, Huang X, Synthesis of biodiesel from soybean oil using heterogenous KF/ZnO catalyst, Catalysis Letters, 107(1-2), 53-59 (2006) 101 Yagiz F, Kazan D, Akin A.N, Biodiesel production from waste oils by using lipase immobilized on hydrotalcite and zeolites, Chem Eng J, 134, 262–267 (2007) 102 Yan S, Kim M, Salley S O, Simon Ng K.Y, Oil transesterification over calcium oxides modified with lanthanum, Applied Catalysis A: General, 360, 163–170 (2009) 103 Yang Z, Xie W, Soybean oil transesterification over zinc oxide modified with alkali earth metals, Fuel Processing Technology, 88, 631–638 (2007) 104 Yee, K.F., Tan, K.T., Abdullah, A.Z and Lee, K.T., 2009 Life cycle assessment of palm biodiesel: Revealing facts and benefits for sustainability Applied Energy, 86(1), S189-S196 105 Zhang, Y., Dubè, M.A., McLean, D.D and Kates, M., 2003 Biodiesel production from waste cooking oil: Process design and technological assessment Bioresource Technology, 89(1), 1-16 106 Zhang, Y., Dubè, M.A., McLean, D.D and Kates, M., 2003 Biodiesel production from waste cooking oil: Economic assessment and sensitivity analysis Bioresource Technology, 90(3), 229-240 107 Chopey, N.P., 2004 Handbook of chemical engineering calculations, McGraw-Hill 107 108 Weber, W., Petkov, S and Brunner, G., 1999 Vapour-liquid-equilibria and calculations using the Redlich-Kwong-Aspen-equation of state for tristearin, tripalmitin, and triolein in CO2 and propane Fluid Phase Equilibria, 158-160, 695-706 109 Tang, Z., Du, Z., Min, E., Gao, L., Jiang, T and Han, B., 2006 Phase equilibria of methanol-triolein system at elevated temperature and pressure Fluid Phase Equilibria, 239(1), 8-11 110 Dohrn, R and Brunner, G., 1994 An estimation method to calculate Tb, Tc, Pc and ω from the liquid molar volume and the vapor pressure, Proceedings of Third International Symposium on Supercritical Fluids, Strasbourg, France, pp 241−248 111 Reid, R.C., Prausnitz, J.M and Poling, B.E., 1987 The properties of gases and liquids 4th edn., McGraw Hill, New York 112 Han, B and Peng, D., 1993 A group-contribution correlation for predicting the acentric factors of organic compounds The Canadian Journal of Chemical Engineering, 71(2), 332-334 108 PHỤ LỤC -Phụ lục A: Các thông số vốn đầu tư trình sản xuất biodiesel (triệu đô la) Công suất 8000 tấn/năm Loại Alkali-FVO Alkali-WVO SC-WVO 0.109 0.091 0.13 0.113 0.335 0.05 0.026 - - 0.067 b 0.162 /0.129 0.104 0.068 0.11 0.048 0.021 - 0.097 0.021 0.024 0.09 0.153 - 0.124 - Bơm Thiết bị trao đổi nhiệt Tháp trích ly L-L Thiết bị tách nhanh 0.017 0.005 0.009 - 0.031 0.037 0.006 - 0.023 0.293 0.015 - 0.023 0.321 0.015 0.02 Tổng chi phí mua thiết bị 0.437 0.844 0.701 0.908 Lắp đặt thiết bị 0.014 0.025 0.014 0.016 Đường ống 0.542 0.929 0.905 0.885 Dân 0.106 0.155 0.099 0.105 Thép 0.041 0.066 0.021 0.03 Trang thiết bị 1.07 1.55 0.866 0.881 Điện 0.494 0.515 0.471 0.482 Vật liệu cách điện 0.153 0.226 0.173 0.169 Sơn 0.019 0.033 0.015 0.015 2.879 4.344 3.286 3.481 3.74 5.124 3.187 3.26 Tổng chi phí G&A 0.12 0.183 0.134 0.14 Phí hợp đồng 0.368 0.483 0.335 0.343 Sự cố bất ngờ 1.28 1.824 2.256 2.348 Vốn cố định 8.39 11.96 9.2 9.57 Vốn lưu động 1.26 1.8 1.38 1.44 Tổng số vốn đầu tư 9.65 13.8 10.58 11.01 Thiết bị phản ứng: Este hóa Chuyển hóa Trung hòa Tháp: a Hồi lưu methanol a Tinh chế biodiesel Tinh chế glycerola Rửa nước Rửa glycerol Tổng chi phí trực tiếp Chi phí khác c 109 SC-LowE - Công suất 40000 tấn/năm Loại Alkali-FVO Alkali-WVO SC-WVO - 0.255 - Chuyển hóa 0.252 0.249 0.662 0.726 Trung hòa 0.08 0.08 - - Hồi lưu methanola 0.093 0.256b/0.099 0.211 0.108 Tinh chế biodiesela 0.186 0.182 0.241 0.227 Tinh chế glycerola 0.065 0.047 - - Rửa nước 0.034 0.034 - - - 0.073 - - Bơm 0.017 0.031 0.063 0.052 Thiết bị trao đổi nhiệt 0.02 0.059 0.651 0.557 Tháp trích ly L-L 0.025 0.027 0.026 0.026 - - - 0.021 0.772 1.392 1.854 1.717 Lắp đặt thiết bị 0.016 0.023 0.021 0.023 Đường ống 0.69 1.12 1.82 1.77 Dân 0.133 0.187 0.123 0.126 Thép 0.054 0.087 0.034 0.037 Trang thiết bị 1.21 1.68 0.968 0.991 Điện 0.497 0.529 0.492 0.489 Vật liệu cách điện 0.195 0.283 0.255 0.246 Sơn 0.028 0.035 0.023 0.021 Tổng chi phí trực tiếp 3.595 5.336 5.59 5.42 Chi phí khácc 4.05 5.454 3.627 3.703 Tổng chi phí G&A 0.15 0.219 0.215 0.209 Phí hợp đồng 0.402 0.526 0.411 0.412 Sự cố bất ngờ 1.48 2.08 3.2 3.17 Vốn cố định 9.677 13.615 13.043 12.914 Vốn lưu động 1.45 2.04 1.96 1.94 11.127 15.655 15.003 14.854 Thiết bị phản ứng: Este hóa Tháp: Rửa glycerol Thiết bị tách nhanh Tổng chi phí mua thiết bị Tổng số vốn đầu tư 110 SC-LowE - Công suất 160000 tấn/năm Loại Alkali-FVO Alkali-WVO SC-WVO - 0.657 - Chuyển hóa 0.642 0.624 1.934 1.695 Trung hòa 0.106 0.105 - - Hồi lưu methanola 0.179 0.552b/0.174 0.619 0.256 Tinh chế biodiesela 0.597 0.844 0.88 0.578 Tinh chế glycerola 0.053 0.079 - - Rửa nước 0.05 0.046 - - - 0.156 - - Bơm 0.019 0.034 0.141 0.141 Thiết bị trao đổi nhiệt 0.03 0.125 1.76 1.744 Tháp trích ly L-L 0.031 0.031 0.041 0.041 - - - 0.097 1.71 3.43 5.37 4.55 Lắp đặt thiết bị 0.027 0.042 0.046 0.04 Đường ống 0.82 1.59 4.13 3.159 Dân 0.19 0.298 0.235 0.229 Thép 0.089 0.146 0.056 0.077 Trang thiết bị 1.28 1.8 1.202 1.005 Điện 0.664 0.706 0.681 0.682 Vật liệu cách điện 0.273 0.429 0.452 0.356 Sơn 0.031 0.045 0.036 0.028 Tổng chi phí trực tiếp 5.086 8.487 12.21 10.13 Chi phí khácc 4.48 6.4 5.226 4.73 Tổng chi phí G&A 0.202 0.331 0.447 0.372 Phí hợp đồng 0.46 0.644 0.64 0.567 Sự cố bất ngờ 1.84 2.855 6.02 5.133 Vốn cố định 12.1 18.72 24.54 20.93 Vốn lưu động 1.81 2.81 3.68 3.14 Tổng số vốn đầu tư 13.8 21.53 28.22 24.07 Thiết bị phản ứng: Este hóa Tháp: Rửa glycerol Thiết bị tách nhanh Tổng chi phí mua thiết bị 111 SC-LowE - Phụ lục B: Tổng chi phí sản xuất, lợi nhuận glycerol, lợi nhuận biodiesel trình sản xuất biodiesel (triệu đô la) Công suất 8000 tấn/năm Quá trình Alkali-FVO Alkali-WVO SC-WVO SC-LowE Dầu nguyên liệu 7.69 4.58 4.448 4.448 Methanol 0.246 0.282 0.236 0.236 Xúc tác 0.065 0.043 - - Water washing 0 - - Glycerol washing - 0.757 - - Hơi nước (4201 kPa) 0.005 0.004 0.449 0.106 Hơi nước (1135 kPa) - - - - Hơi nước (690 kPa) 0.024 0.112 - - Dầu gia nhiệt tuần hoàn 0.082 0.084 0.073 0.227 Nước làm mát 0.004 0.007 0.015 0.012 Nước lạnh 0.046 0.067 - - Điện 0.044 0.054 0.048 0.047 Vận hành 0.6 0.8 0.6 0.6 Giám sát 0.28 0.28 0.28 0.28 Bảo trì 0.503 0.717 0.552 0.574 Thiết bị doanh nghiệp 0.05 0.072 0.055 0.057 Chi phí phòng lab 0.143 0.176 0.143 0.143 Tổng số tiền 9.782 8.071 6.899 6.731 Chi phí quản lý chung 692 0.899 0.716 0.727 Khấu hao 0.72 1.195 0.791 0.823 Thuế 0.194 0.277 0.213 0.222 Bảo hiểm 0.084 0.12 0.092 0.096 Tổng số tiền 1.69 2.491 1.812 1.867 Chi phí hành 1.721 1.579 1.306 1.29 Tổng chi phí sản xuất 13.2 12.105 10.02 9.888 Lợi nhuận glycerol 1.094 1.061 0.723 0.719 Doanh thu từ biodiesel 7.92 7.92 7.92 7.92 12.106 11.044 9.3 9.2 Chi phí trực tiếp Chi phí gián tiếp Tổng chi phí sản xuất (đã trừ lợi nhuận glycerol) 112 Công suất 40000 tấn/năm Quá trình Alkali-FVO Alkali-WVO SC-WVO SC-LowE Dầu nguyên liệu 38.46 22.36 21.88 21.88 Methanol 1.215 1.356 1.15 1.24 Xúc tác 0.201 0.215 - - Water washing 0 - - Glycerol washing - 3.296 - - Hơi nước (4201 kPa) - - - - Hơi nước (1135 kPa) 0.006 0.007 1.328 0.168 Hơi nước (690 kPa) 0.132 0.563 - - Dầu gia nhiệt tuần hoàn 0.407 0.4 0.787 0.616 Nước làm mát 0.019 0.019 0.081 0.03 Nước lạnh 0.234 1.745 - - Điện 0.066 0.099 0.115 0.089 Vận hành 0.8 0.8 0.6 0.6 Giám sát 0.28 0.28 0.28 0.28 Bảo trì 0.58 0.817 0.783 0.775 Thiết bị doanh nghiệp 0.058 0.082 0.078 0.078 Chi phí phòng lab 0.143 0.176 0.143 0.143 Tổng số tiền 42.4 32.278 27.225 25.899 Chi phí quản lý chung 0.73 0.948 0.831 0.828 Khấu hao 0.822 1.35 1.201 1.096 Thuế 0.224 0.315 0.302 0.299 Bảo hiểm 0.097 0.136 0.13 0.129 Tổng số tiền 1.873 2.749 2.464 2.352 Chi phí hành 6.641 5.245 4.454 4.238 Tổng chi phí sản xuất 50.914 40.272 34.15 32.489 Lợi nhuận glycerol 5.49 5.19 3.47 3.45 Doanh thu từ biodiesel 39.6 39.6 39.6 39.6 45.424 35.082 30.68 29.039 Chi phí trực tiếp Chi phí gián tiếp Tổng chi phí sản xuất (đã trừ lợi nhuận glycerol) 113 Công suất 160000 tấn/năm Quá trình Alkali-FVO Alkali-WVO SC-WVO SC-LowE Dầu nguyên liệu 153.4 88.86 87.83 87.83 Methanol 4.673 5.247 4.446 4.658 Xúc tác 0.542 3.471 - - Water washing 0 - - Glycerol washing - 13.06 - - Hơi nước (4201 kPa) 1.388 1.297 6.087 2.115 Hơi nước (1135 kPa) - - - - Hơi nước (690 kPa) 0.059 1.621 - - Dầu gia nhiệt tuần hoàn 1.599 2.354 2.661 2.461 Nước làm mát 0.083 0.111 0.276 0.153 Nước lạnh 1.45 6.984 - - Điện 0.118 0.233 0.348 0.318 Vận hành 0.8 0.8 0.6 0.6 Giám sát 0.28 0.28 0.28 0.28 Bảo trì 0.724 1.123 1.473 1.256 Thiết bị doanh nghiệp 0.072 0.112 0.147 0.126 Chi phí phòng lab 0.176 0.176 0.143 0.143 Tổng số tiền 165.4 125.7 104.3 99.94 Chi phí quản lý chung 0.902 1.101 1.176 1.068 Khấu hao 1.016 1.822 2.429 1.746 Thuế 0.279 0.433 0.568 0.485 Bảo hiểm 0.121 0.187 0.245 0.209 Tổng số tiền 2.318 3.543 4.418 3.508 Chi phí hành 25.16 19.39 16.31 15.52 Tổng chi phí sản xuất 192.9 148.7 125 119 Lợi nhuận glycerol 21.7 20.5 14.3 14.3 Doanh thu từ biodiesel 158.5 158.5 158.5 158.5 171.2 128.2 110.7 104.7 Chi phí trực tiếp Chi phí gián tiếp Tổng chi phí sản xuất (đã trừ lợi nhuận glycerol) 114 ... Trong phạm vi nghiên cứu luận văn này, em tập trung vào nghiên cứu thiết kế dây truyền sản xuất biodiesel quy mô công nghiệp từ dầu ăn phế thải 1.4 Xúc tác cho phản ứng tổng hợp biodiesel Các... dụng nghiên cứu 78 Bảng Giá loại nguyên liệu thô sử dụng nghiên cứu 79 Bảng 3 Tổng số vốn đầu tư trình sản xuất biodiesel công suất 40.000 tấn/năm (đơn vị: triệu $) 80 Bảng Tổng. .. Oxit kim loại muối Nhiều oxit kim loại kiềm kim loại chuyển tiếp nghiên cứu làm xúc tác cho phản ứng tổng hợp biodiesel Umdu tổng hợp biodiesel từ dầu tảo Nannochloropsis oculata với xúc tác dị thể