Diesel sinh học là một loại nhiên liệu có tính chất tương đương với nhiên liệu dầu diesel nhưng không phải được sản xuất từ dầu mỏ mà từ dầu thực vật hay mỡ động vật. Diesel sinh học nói riêng, hay nhiên liệu sinh học nói chung, là một loại năng lượng tái tạo. Nhìn theo phương diện hóa học thì diesel sinh học là methyl este của những axít béo.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ XÚC TÁC TỔNG HỢP BIODIESEL GVHD: Th.S Phạm T.Hồng Phượng Nhóm: – Sáng thứ Lớp: DHHO8A Mã lớp HP: 2110411103 Khóa: 2012-2016 Tp.HCM, tháng 12 năm 2015 Thực hành Chuyên ngành Hữu GVHD:Th.S Phạm T Hồng Phượng TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC BÁO CÁO CHUN ĐỀ XÚC TÁC TỔNG HỢP BIODIESEL GVHD: Th.S Phạm T.Hồng Phượng Nhóm: – Sáng thứ Lớp: DHHO8A Mã lớp HP: 2110411103 Khóa: 2012-2016 Tp.HCM, tháng 12 năm 2015 Thực hành Chuyên ngành Hữu GVHD:Th.S Phạm T Hồng Phượng TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ XÚC TÁC TỔNG HỢP BIODIESEL DANH SÁCH NHÓM Nguyễn Thị Bão Ngân Lê Cảnh Tam Cao Tài Nguyễn Thanh Tâm 12076891 12034081 12108481 12132701 Tp.HCM, tháng 12 năm 2015 Thực hành Chuyên ngành Hữu GVHD:Th.S Phạm T Hồng Phượng NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Phần đánh giá: • Ý thức thực hiện: • Nội dung thực hiện: • Hình thức trình bày: • Tổng hợp kết quả: Điểm số: Điểm chữ: TP Hồ Chí Minh, ngày .tháng .năm 2015 Giáo viên hướng dẫn Thực hành Chuyên ngành Hữu GVHD:Th.S Phạm T Hồng Phượng LỜI NÓI ĐẦU Đầu tiên, chúng em xin gửi lời cảm ơn đến thầy Khoa Cơng nghệ Hóa học – Trường Đại học Cơng nghiệp TP Hồ Chí Minh tạo điều kiện, cung cấp đầy đủ sở vật chất để chúng em thực chuyên đề Cảm ơn cô Th.S Phạm Thị Hồng Phượng hướng dẫn tận tình, cung cấp tài liệu kiến thức để chúng em hồn thành báo cáo cách tốt Chính “thực hành chuyên ngành hữu chúng em chọn chuyên đề xúc tác, chuyên đề hay kèm với chuyên đề khó cần am hiểu có kiến thức chuyên sâu Nhờ có quan tâm thầy khoa cơng nghệ hóa học, Trường Đại học cơng nghiệp thành phố Hồ Chí Minh, phòng thí nghiệm đầy đủ thiết bị, giáo trình hướng dẫn tốt Đặc biệt chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến giáo viên hướng dẫn, cô giáo Th.S Phạm Thị Hồng Phượng nhiệt tình bảo chúng em kiến thức quý báu khắc phục sai sót q trình làm thí nghiệm Dưới báo cáo thực hành chúng em, hy vọng tài liệu tham khảo bổ ích cho bạn sinh viên độc giả khác Với khả hiểu biết hạn chế khả làm thí nghiệm chưa thành thục, xử lý tính tốn số liệu sai sót, yếu tố mơi trường, hóa chất chưa lý tưởng nên báo cáo nhiều sai sót mong thầy bạn độc giả thơng cảm góp ý để nhóm rút kinh nghiệm Xin cảm ơn Tp Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2015 Thực hành Chuyên ngành Hữu GVHD:Th.S Phạm T Hồng Phượng LỜI CẢM ƠN Trước bắt đầu tiểu luận, nhóm em xin trân trọng bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc cô Th.S Phạm Thị Hồng Phượng Cô trực tiếp giảng dạy, tận tình quan tâm hướng dẫn giúp đỡ chúng em hồn thành mơn thực hành chuyên ngành công nghệ hữu với Chuyên đề Xúc tác Và chúng em không quên tỏ lòng biết ơn đến Ban giám hiệu khoa cơng nghệ hóa học tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em thực chuyên đề xúc tác Từ dụng cụ, đến máy móc thiết bị sẵn sàng hỗ trợ cho chúng em, công với hướng dẫn giáo viên hướng dẫn chúng em hoàn thành chuyên đề Với kiến thức hạn hẹp, tiểu luận hẳn nhiều thiếu sót Mong thầy bạn đóng góp ý kiến để tiểu luận “ Chuyên đề Xúc tác” hoàn thiện Thực hành Chuyên ngành Hữu GVHD:Th.S Phạm T Hồng Phượng MỤC LỤC Thực hành Chuyên ngành Hữu GVHD:Th.S Phạm T Hồng Phượng DANH MỤC HÌNH ẢNH Thực hành Chuyên ngành Hữu I GVHD:Th.S Phạm T Hồng Phượng CƠ SỞ LÍ THUYẾT I.1 Giới thiệu biodiesel I.1.1 Sơ lược biodiesel Diesel sinh học loại nhiên liệu có tính chất tương đương với nhiên liệu dầu diesel sản xuất từ dầu mỏ mà từ dầu thực vật hay mỡ động vật Diesel sinh học nói riêng, hay nhiên liệu sinh học nói chung, loại lượng tái tạo Nhìn theo phương diện hóa học diesel sinh học methyl este axít béo I.1.2 Ưu nhược điểm ứng dụng biodiesel Nhược điểm: Biodiesel chủ yếu sản xuất từ dầu mỡ dầu thực vật có độ nhớt cao biodiesel nhiều lần (thông thường 10-20 lần, chí dầu thầu lầu cao gấp 100 lần nhiên liệu Diesel Vì người ta dùng số biện pháp giảm độ nhớt : nhũ hóa dầu thực vật, pha loãng dầu thực vật, nhiệt phân dầu thực vật… Ngồi tạo cặn, ăn mòn động cơ, độ chớp cháy thấp Ngoài ưu điểm khác : giá thành cao, q trình sản xuất gây ô nhiễm, phụ thuộc mùa vụ thực vật, thải nhiều NOx, hỏng phận cao su Ưu điểm:Biodiesel có khí thải so với diesel khoáng, đặc biệt B20 (20% biodiesel 80% diesel khoáng) dùng trực tiếp động mà khơng cần thay đổi kết cấu động Các ưu điểm chính: An tồn cháy nổ, hàm lượng lưu huỳnh thấp, giảm khí thải độc hại, có khả bơi trơn giảm mài mòn, khả thích hợp cho mùa đơng, khả phân hủy sinh học, q trình cháy sạch, dễ dàng sản xuất, trị số xetan cao Thực hành Chuyên ngành Hữu GVHD:Th.S Phạm T Hồng Phượng I.2 Phản ứng trao đổi este thông số kỹ thuật biodiesel I.2.1 Phản ứng trao đổi este ? Phản ứng trao đổi este (còn gọi phản ứng ancol phân) phản ứng xảy este phản ứngvới ancol môi trường axit hay bazo Triglyxerit+ ROH Diglyxerit + diglyxerit+R1COOR ROH Monoglyxerit monoglyxerit+ R2COOR + ROH glyxerin + R3COOR Đây phản ứng thuận nghịch nên để đạt hiệu suất cao người ta thường dùng dư ancol, dùng xúc tác (KOH/NaOH, PTSA, KOH/γAL2O3…) Ví dụ phản ứng trao đổi este Triglycerit (chất béo ) với Methanol dùng xúc tác NaOH: 10 Thực hành Chuyên ngành Hữu GVHD:Th.S Phạm T Hồng Phượng e) Bàn luận Hình 2.2.14 Phổ mẫu SEM KOH/γ – Al2O3 phản ứng - Các phản ứng xảy trình điều chế xúc tác KOH/γ-Al 2O3 + Al(OH)3 => Al2O3 + H2O + KOH + Al(OH)3 => KAlO2 + 2H2O + 2KOH + Al2O3 =>2KAlO2 + H2O - So sánh thay đổi hình ảnh bề mặt γ-Al2O3 KOH/γ-Al2O3 + Sự thay đổi cấu trúc bề mặt hình dáng tinh thể chất mang γAl2O3 phân tích qua ảnh SEM trình bày hình γ-Al 2O3 có cấu trúc tinh thể hình que, đều, diện tích bề mặt riêng lớn Các khoảng trống tinh thể γ-Al 2O3 tạo điều kiện để tinh thể KOH bám dính bị thiêu kết, làm thay đổi cấu trúc bề mặt diện tích bề mặt riêng γ-Al2O3 Xúc tác KOH/ γ-Al2O3 có độ mạnh baz 9,8 < pH < 12 diện tích bề mặt riêng nhỏ 38 Thực hành Chuyên ngành Hữu - GVHD:Th.S Phạm T Hồng Phượng Hiệu suất thu hồi xúc tác KOH/ γ-Al2O3 trung bình giải thích + Hiệu suất thu hồi xúc tác KOH/γ-Al2O3 50% + Vì: trình lọc, phần KOH/γ-Al 2O3 dung dịch KOH phản ứng xà phòng hóa với tryglyxeril - Hiệu suất biodiesel lần phụ thuộc vào yếu tố + Phụ thuộc vào: thời gian nung hoạt hóa + Vì : Hoạt tính xúc tác bị giảm tâm bazơ bị đầu độc tạp chất bẩn đồng thời phần pha hoạt tính bị trình phản ứng lặp lại nhiều lần - Phương pháp ngâm tẩm điều chế xúc tác KOH/γ-Al2O3 phụ thuộc vào yếu tố nào? Tại ? + Phụ thuộc vào: diện tích bề mặt riêng, độ hấp phụ, độ xốp γ-Al 2O3, nhiệt độ nóng chảy KOH, hàm lượng KOH, thời gian nung KOH/γAl2O3 + Vì: Diện tích bề mặt riêng lớn , độ hấp phụ cao , độ xốp cao γAl2O3 làm tăng lượng KOH hấp phụ, làm tăng hoạt tính xúc tác + KOH len lỏi , lấp đầy lỗ xốp γ-Al 2O3, KOH bị dư nằm lại bề mặt chất mang, làm che phủ tâm hoạt động xúc tác, làm giảm hoạt tính xúc tác + Nhiệt độ nóng chảy KOH cao làm cho KOH bong làm giảm khả tiếp xúc tác chất đó, KOH gây phản ứng xà phòng hóa, làm giảm hiệu suất + Thời gian nung γ-Al2O3 ngắn làm cho KOH khơng nóng chảy hết, khơng thiêu kết hết bề mặt chất mang, làm hoạt tính xúc tác khơng cao 39 Thực hành Chuyên ngành Hữu GVHD:Th.S Phạm T Hồng Phượng II.2.5 BÀI 5: PHÂN TÍCH CHẤT LƯỢNG BIODIESEL a) Mục đích thí nghiệm - Phân tích thông số đánh giá - So sánh thông số kĩ thuật biodiesel - Kết luận thông số b) Các tiêu chuẩn 40 Thực hành Chuyên ngành Hữu GVHD:Th.S Phạm T Hồng Phượng Biodiesel (ASTM) 6751 Stt Tên tiêu chí Phương pháp kiểm tra A Nhóm tiêu đặc trưng cho tính chất nhiên liệu Giới hạn Điểm chớp cháy cốc kín (oC) D 93 130.0 Nước cặn (% thểtích) D 2709 0.05 max Độ nhớt động học 40 oC (mm2/s) D 445 1.9 – 6.0 Cặn sunfat (% khốilượng) D 874 0.02 max Hàm lượng sulfur (% khối lượng) D 5453 0.0015 max Ăn mòn đồng D 130 No.3 max Chỉ số Cetan (oC) D 613 47 Điểm đục (oC) D 2500 -15 Cặn cacbon (% khối lượng) D 4530 0.05 max 10 Nhiệt độ chưng cất, 90% thu hồi D 1160 B Nhóm tiêu đặc trưng cho tính chất nhiên liệu D 664 360 max Chỉ số axit (mgKOH/g) Hàm lượng Glycerrin tự (% D 6584 khối lượng 0.02 Tổng glycerin (% khối lượng) D 6584 0.02 Hàm lượng phosphorus (% khối lượng) D 4951 0.001 max 41 0.5 Thực hành Chuyên ngành Hữu GVHD:Th.S Phạm T Hồng Phượng c) Quy trình Nhiệt độ chớp cháy cốc hở 42 Thực hành Chuyên ngành Hữu GVHD:Th.S Phạm T Hồng Phượng Độ ăn mòn đồng 43 Thực hành Chuyên ngành Hữu GVHD:Th.S Phạm T Hồng Phượng Độ đục 44 Thực hành Chuyên ngành Hữu GVHD:Th.S Phạm T Hồng Phượng Hình 2.2.15 Thiết bị xác định độ ăn mòn đồng Hình 2.2.16 Thanh đồng đánh bóng Hình 2.2.17 Thanh đồng sau bị ăn mòn 45 Thực hành Chuyên ngành Hữu GVHD:Th.S Phạm T Hồng Phượng Hình 2.2.18 Thiết bị đo chớp cháy cốc hở Hình 2.2.19 Thiết bị bể làm lạnh đo độ đục 46 Hình 2.2.20 Ống ng nghiệm trình đo độ đục d) Số liệu thực nghiệm Thông số Tỷ trọng (g/ml) Độ nhớt (mm2/s) Av (mgKOH/g) Ăn mòn đồng Điểm đục (oC) Điểm chớp cháy (oC) Dầu ăn 0.903 71.25 0.49 1b 15 215 Biodiesel KOH PTSA KOH/γ - Al2O3 0.8504 0.8882 0.859 6.075 9.84 5.595 0.49 1.05 0.5365 1b 2a 1b 10 11 14 180 183 179 e) Nhận xét Tỷ trọng + Qua biểu đồ thấy tỷ trọng dầu ăn lớn 0.903 g/ml, đứng thứ hai tỷ trọng biodiesel sử dụng xúc tác PTSA 0.8882 g/ml, tỷ trọng biodiesel sử dụng xúc tác KOH/γ - Al2O3 0.868 g/ml, thấp biodiesel sử dụng xúc tác KOH 0.8504 g/ml Nhìn chung chênh lệch tỷ trọng mẫu biodiesel không đáng kể chênh lệch tỷ trọng dầu ăn với mẫu biodiesel tương đối nhỏ Độ nhớt + Qua biểu đồ ta thấy có chênh lệch độ nhớt lớn dầu ăn mẫu biodiesel, độ nhớt dầu gấp mẫu biodiesel sử dụng KOH làm xúc tác 11.7 lần, gấp mẫu biodiesel sử dụng PTSA làm xúc tác 7.2 lần, gấp mẫu biodiesel sử dụng xúc tác KOH/γ - Al2O3 12.7 lần chênh lệch độ nhớt mẫu biodiesel đáng kể Điểm đục + Nhìn chung điểm đục dầu ăn mẫu biodiesel có chênh lệch không đáng kể, cao dầu ăn 15 oC, thấp biodiesel sử dụng xúc tác KOH 11oC Chỉ số acid + Chỉ số acid mẫu biodiesel sử dụng xúc tác PTSA có số acid cao 1.05(mgKOH/g mẫu), tiếp đến mẫu biodiesel sử dụng xúc tác KOH/γ - Al2O3 0.63( mgKOH/g mẫu) Điểm chớp cháy + Điểm chớp cháy dầu cao với 215 oC, nhiệt độ chớp cháy mẫu biodiesel gần tương đương từ 179oC đến 183oC Hiệu suất xúc tác + Qua biểu đồ cho thấy hiệu suất sử dụng xúc tác PTSA cao với H=72%, tiếp đến H=61% sử dụng xúc tác KOH, thấp sử dụng xúc tác KOH/γ - Al2O3 H= 43% Độ ăn mòn đồng + Độ ăn mòn đồng PTSA lớn với độ ăn mòn 2a, mẫu lại độ ăn mòn 1b Ý nghĩa điểm đục nhiệt độ chớp cháy cốc kín việc sử dụng nhiên liệu biodiesel: + Điểm đục nhiệt độ mà Biodiesel bị đục xuất tinh thể sáp làm lạnh điều kiện thử nghiệm Điểm đục thông số quan trọng Biodiesel sử dụng nước có thời tiết lạnh Nhiệt độcủa động hoạt động điểm đục Biodiesel phải đun nóng tránh tạo sáp.Nếu q nhiệt độ xảy tượng hệ thống cung cấp nhiên liệu khơng trì hoạt động bình thường nhiệt độ bắt đầu xuất trục trặc động không làm việc + Nhiệt độ chớp cháy xác định xu hướng hình thành hỗn hợp cháy với khơng khí điều kiện thí nghiệm, phản ánh hàm lượng hydrocacbon nhẹ biodiesel có liên quan đến an tồn cháy nổ, tiêu để đánh giá mức độ dễ bắt cháy nhiên liệu “thời gian cảm ứng” động III KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ III.1 Kết luận - Tổng hợp biodiesel phản ứng trao đổi este sử dụng xúc tác đồng thể (KOH, PTSA…) xúc tác dị thể (KOH/γ - Al2O3) - Qua q trình thí nghiệm nhận loại xúc tác nhìn cách tổng thể sử dụng xúc tác KOH/γ - Al2O3 hiệu Xúc tác KOH/γ - Al2O3 thu hồi xúc tác hiệu nhất, xúc tác sử dụng cho lần tiếp theo, phát sinh chất thải độc hại trình sản xuất Mặt khác với phương pháp sử dụng KOH/γ - Al2O3 phương pháp ngâm tẩm tốn xúc tác, xúc tác KOH đồng thể xúc tác chuyển pha PTSA sử dụng tốn, giá thành xúc tác lại đắt sản xuất cơng nghiệp ứng dụng xúc tác KOH/γ - Al2O3 vào sản xuất biodiesel đem lại hiệu kinh tết hai loại xúc tác lại III.2 Kiến nghị III.2.1 Kiến nghị chung - Sau buỗi thực hành giáo viên nên kiểm tra nghiêm ngặt sản phẩm buổi thực hành - Giáo trình thực hành nên chỉnh sửa bổ sung thêm có số câu chưa hợp lý - Số sinh viên thực hành buổi nên không 20 người, cần bổ sung thêm số thiết bị dụng cụ đặc biệt bình cầu, nồi, bếp từ, hệ thống sinh hàn… - Cần phải nâng cao ý thức làm việc nghiêm túc sinh viên, không đùa giỡn - Trước bắt đầu môn học cần chuẩn bị kiến thức cho sinh viên phương pháp phân tích đại SEM, XRD, IR… - Trước buổi thực hành cần phải kiểm tra dụng cụ nhanh chóng xác, sau kết thúc buổi thực hành cần phải vệ sinh phòng hóa chất để ngăn nắp chỗ - Xếp lịch học thực hành nên xếp lớp vào buổi sáng khơng có lớp học trùng vào buổi chiều để thuận tiên cho thí nghiêm có nhiều thí nghiệm đòi hỏi thời gian dài III.2.2 Kiến nghị riêng - Trong q trình thí nghiệm thu mẫu nên đo số độ đục, điểm ăn mòn, độ ăn mòn đồng sau - Trong trình đo độ nhớt bể điều nhiệt cần phải giữ nhiệt độ phải thật ổn định 40oC, nhớt kế sử dụng khơng nên để dính nước - Dung dịch KOH sử dụng trình chuẩn độ nên pha loãng nồng độ chuẩn độ lại để có tính xác cao - Trong q trình tiến hành thí nghiệm cần ý đến nhiệt độ phản ứng khả khuấy trộn - Trong tổng hợp xúc tác KOH/γ - Al2O3 thay ngâm tẩm áp suất thường ta nên thay phương pháp ngâm tẩm áp suất chân không tốt Tài liêu tham khảo: Lê Thị Thanh Hương, giáo trình “thực hành chuyên ngành công nghệ hữu chuyên đề xúc tác”, NXB Đại học Cơng nghiệp Hồ Chí Minh Lê Thị Thanh Hương, Nghiên cứu tổng hợp biodiesel phản ứng ancol phân từ mỡ cá da trơn đồng sông cửu long xúc tác axit bazơ Bùi Vĩnh Tường, nghiên cứu tổng hợp phát triển γ-Al2O3 từ nguồn gốc hydroxide nhơm Tân Bình làm chất mang cho hệ sử dụng xúc tác tổng hợp hóa dầu S Wang, X Li, S Wang, Y Li and Y Zhai, “Synthesis of Gamma-Alumina via Precipitation in Ethanol,” Mate- rials Letters, Vol 62, No 20, 2009, pp 3552-3554 doi:10.1016/j.matlet.2008.03.048 W Gitzen, “Aluminas as Ceramic Material,” American Ceramic Society, Columbus, 1970 ... phản ứng xúc tác dị thể xúc tác không trạng thái tập hợp với hệ phản ứng (khái niệm trạng thái tập hợp vật chất) Xúc tác KOH tan dạng lỏng với hệ phản ứng nên gọi xúc tác đồng thể - Tại Biodiesel. .. tháng 12 năm 2015 Thực hành Chuyên ngành Hữu GVHD:Th.S Phạm T Hồng Phượng TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ XÚC TÁC TỔNG HỢP BIODIESEL DANH SÁCH NHÓM Nguyễn...Thực hành Chuyên ngành Hữu GVHD:Th.S Phạm T Hồng Phượng TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ XÚC TÁC TỔNG HỢP BIODIESEL GVHD: Th.S Phạm T.Hồng