Nghiên cứu quá trình tổng hợp biodiezel từ dầu dừa trên xúc tác dị thể NaOH mgo

Ket-noi.com kho ti liu phớ Mục Lục Mở đầu Trong năm gần đây, nhu cầu lợng nói chung nhiên liệu nói riêng ngày tăng phát triển mạnh mẽ khoa học kĩ thuật gia tăng dân số Tuy nhiên, nguồn nhiên liệu khoáng ngày cạn kiệt khai thác ạt ngời dẫn đến yêu cầu tìm nguồn nhiên liệu thay trở nên cần thiết hết Một nguồn nhiên liệu thay nhiên liệu sinh học, đợc tổng hợp từ sinh khối hoàn toàn tái tạo đợc Nhiên liệu sinh học bao gồm bioetanol, biodiezeltrong biodiezel đợc sử dụng phổ biến Biodiezel mono alkyl este axit béo, đợc tổng hợp từ dầu thực vật hay mỡ động vật phản ứng trao đổi este Biodiezel có tính chất hóa lý gần tơng tự diezel khoáng nên dùng thay cho diezel khoáng Việc sử dụng biodiezel làm giảm phụ thuộc ngời vào nguồn lợng khoáng dần cạn kiệt Bên cạnh đó, sử dụng biodiezel động diezel làm tăng khả bôi trơn, giảm đáng kể lợng khí thải độc hại nh CO2, CO, NOx, hidrocacbon cha cháy hết, chất rắn dạng vi hạt muội cacbon, góp phần bảo vệ môi trờng Chính lợi ích nh nên biodiezel đà đợc nghiên cứu đa vào sử dụng nhiều nớc giới, đặc biệt nớc phát triển Không nằm xu hớng chung giới, nhà khoa học Việt Nam đà tiến hành nghiên cứu tổng hợp nguồn nhiên liệu để phục vụ kinh tế quốc dân song song với Phạm Đăng Sơn K47 Hãa dÇu Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí viƯc khai thác sử dụng cách hợp lý nguồn nhiên liệu khoáng Tận dụng u Việt Nam có nguồn dầu thực vật nh mỡ động vật phong phú, trình sản xuất biodiezel quy mô công nghiệp hoàn toàn khả thi Tuy nhiên nhiều nghiên cứu cần đợc tiến hành thêm để tìm loại xúc tác dị thể phù hợp thay cho xúc tác đồng thể có nhiều nhợc điểm nh thử nghiệm loại xúc tác nhiều loại dầu thực vật khác để đánh giá hoạt tính chúng trình tổng hợp biodiezel Đồ án nghiên cứu trình tổng hợp biodiezel từ dầu dừa xúc tác dị thể NaOH/MgO phần nhỏ nỗ lực đó, với mong muốn ngày không xa biodiezel đợc sử dụng rộng rÃi Việt Nam với u điểm chất lợng, kinh tế môi trờng Chơng I : Tổng Quan Lý Thuyết I.1 Sơ lợc nhiên liệu khoáng nhiên liệu diezel Dầu mỏ đà đợc ngời biết đến từ lâu Nhng tận đầu kỉ XIX, dầu mỏ đợc dùng với mục đích thắp sáng Vào nửa cuối kỉ XIX, mà loạt động xăng động diezel đợc phát minh, với việc tìm dầu mỏ nhiều nơi giới đà dẫn đến tăng nhanh không ngừng trình khai thác chế biến dầu với mục đích làm nhiên liệu cho động phục vụ nhu cầu di chuyển ngời Dầu mỏ khai thác từ dới lòng đất, sản phẩm phân huỷ biến đổi hàng triệu năm lớp xác động thực vật biển hay xác động thực vật cạn bị trôi biển dới tác dụng vi khuẩn hay thay đổi địa chất mà thành [1] Vì vậy, dầu mỏ đợc xếp vào nhóm nhiên liệu khoáng nh than, đá dầuDầu đợc khai thác lên mặt đất dầu thô, sử dụng cho dù để đốt thắp sáng Để làm nhiên liệu cho động hay với mục đích thắp sáng, dầu thô trải qua loạt trình chế biến Các phơng pháp, công nghệ chế biến dầu thô thành sản phẩm trắng nh xăng, dầu diezel Phạm Đăng Sơn Hóa dầu K47 Ket-noi.com kho ti liu phớ kerosen đà không ngừng đợc cải tiến suốt kỉ qua, dẫn đến suất chế biến hiệu suất chế biến ngày tăng, song song với tăng sản lợng khai thác dầu thô, đáp ứng kịp thời nhu cầu nhiên liƯu cđa ngêi Trong thÕ kØ 20, sù bïng nổ dân số phát triển ngành công nghiệp đà làm nhu cầu loại nhiên liệu tăng mạnh mẽ Nhu cầu nhiên liệu ngày tăng, thúc đẩy việc thăm dò khai thác nhiều mỏ dầu khắp nơi toàn giới Khoa học kĩ thuật tiến đà giúp cho việc thăm dò trở lên trở lên dễ dàng hơn, với việc xác định ớc lợng tơng đối xác vị trí mỏ dầu Công nghệ khai thác đạt đợc nhiều tiến làm giảm thời gian khai thác nâng cao hiệu suất thu hồi dầu mỏ Ngày nhiều mỏ dầu đợc khai thác hết ngày nhiều mỏ dầu đợc phát ra, tởng trình khai thác kéo dài vô tận Tuy nhiên, trình khai thác ạt đà tạo khủng hoảng lợng toàn giới Các nguồn lợng đợc sử dụng phổ biến giới chủ yếu nguồn lợng khoáng nh dầu mỏ, than số nguồn lợng khác nh thuỷ điện, hạt nhân, gióXét trình sử dụng lợng từ dầu mỏ chiếm 65%, than đá chiếm 20-22%, thuỷ điện chiếm 8-12% hạt nhân chiếm 8-12,5% [2] Các nguồn lợng khác nh mặt trời, gió, sóng hay địa nhiệt không đáng kể Chính phụ thuộc vào dầu mỏ nên khủng hoảng lợng chắn xảy nguồn cung cấp dầu thô biến động Do trữ lợng dầu mỏ giới có hạn nên khai thác nhiều dạng nhiên liệu khoáng ngày cạn kiệt Theo dự báo tập đoàn BP trữ lợng dầu mỏ đà thăm dò toàn cầu khoảng 150 tỷ Với đà tiêu thụ năm 2003 (3,6 tỷ tấn) không phát mỏ dầu giới dầu mỏ cạn kiệt vòng 41 năm Đấy cha tính lợng tiêu thụ dầu ngày tăng dự phát triển dân số giới gia tăng liên tục phơng tiện giao thông, làm cho lợng dầu mỏ nhanh chóng bị khai thác triệt để cha tìm đợc nguồn lợng thay hợp lý Cuối kỉ 20 đầu kỉ 21 đà chứng kiến khủng hoảng dầu mỏ Hầu hết trữ lợng dầu giới tập trung vùng nhậy cảm bất ổn trị nh Trung Phạm Đăng Sơn K47 Hóa dầu Ket-noi.com kho ti liu phớ Đông, Trung á, Trung Mỹnên có biến động trị, tôn giáo, sắc tộc vùng ảnh hởng tới lợng dầu thô khai thác dẫn tới khủng hoảng lợng, kéo theo khủng hoảng kinh tế trầm trọng cho nhiều nớc khác, đặc biệt nhng nớc tài nguyên dầu mỏ phải phụ thuộc vào bên Giá dầu mỏ cịng ®ang ë møc cao, dao ®éng tõ 55-80USD/thïng đà ảnh hởng nhiều đến ngành công nghiệp giới Việt Nam nớc có tài nguyên dầu mỏ, trữ lợng dầu mỏ Việt Nam nhiều so với số níc cïng khu vùc Nhng ViƯt Nam vÉn khai th¸c dầu thô để bán nhập sản phẩm đà chế biến nên hiệu kinh tế không cao Năm 2003 tiêu thụ lợng thơng mại nớc ta đạt 205kg/ngời 20% mức bình quân giới Xăng dầu dùng cho giao thông vận tải chiếm 30% nhu cầu lợng, hầu hết phải nhập Trong tơng lai gần, nhà máy lọc dầu Dung Quất, Nghi Sơn nhà máy lọc dầu (dự kiến) hoàn thành đa vào hoạt động tự đáp ứng phần nhu cầu nhiên liệu kinh tế quốc dân, giảm bớt phụ thuộc Việt Nam vào nớc ngoài, đảm bảo an ninh lợng nớc Việc sử dụng lợng khoáng gặp phải vấn đề lớn ô nhiễm môi trờng Đây vấn đề ngày đợc ý hậu chúng ngày rõ rệt Nhiên liệu khoáng (than đá, dầu mỏ) cháy tạo nhiều khí CO gây hiệu ứng nhà kính làm trái đất nóng dần lên Lợng lu huỳnh cháy tạo SO gây ma axit, hydrocacbon thơm khác cháy không triệt để tạo thành CO hay khí độc hại ảnh hởng đến sức khoẻ ngờiDo tìm kiếm nguồn lợng vấn đề vô cấp thiết Với mục tiêu giảm tối đa lợng khí thải độc hại, tìm cách sử dụng tối u nhiên liệu khoáng tìm kiếm nguồn lợng thúc đẩy đội ngũ nhà khoa học giới không ngừng nghiên cứu để tìm nguồn nhiên liệu lý tởng cho tơng lai Các nhà khoa học giới đà tìm đợc nhiều nguồn nhiên liệu thay cho nhiên liệu khoáng Một nhiên liệu biodiezel Đây nhiên liệu sinh học điển hình, đợc chế biến từ loại dầu thực vật hay mỡ động thực vật Nhiên liệu biodiezel nguồn nhiên liệu thay tốt Phạm Đăng Sơn – K47 Hãa dÇu Ket-noi.com kho tài liệu phớ cho động tơng lai mà nguồn nguyên liệu khoáng bị cạn kiệt Trên giới, đặc biệt nớc phát triển, mật độ giao thông cao đòi hỏi nhu cầu lợng lớn Các nghiên cứu tìm nguồn nhiên liệu cho động đà đợc thực từ lâu, nhiều loại lợng nh xăng pha cồn hay diezel pha biodiezel đợc sử dụng phổ biến Tại Việt nam, việc nghiên cứu nhiên liệu đà đợc quan tâm phát triển Đà có nhiều đề tài nghiên cứu vấn đề nhiên liệu cho động nh công trình nghiên cứu xăng pha cồn đà đợc công bố, đề tài sử dụng biodiezel pha lẫn diezel đợc nghiên cứu I.2 Tổng quan dầu thực vật Dầu thực vật nguyên liệu đợc sử dụng rộng rÃi công nghiệp thực phẩm, công nghiệp sản xuất xà phòng chất tẩy rửa, công nghiệp sơnTrong công nghiệp thực phẩm, ứng dụng phổ biến dầu thực vật dùng để chế biến nhiều loại thực phẩm hay sử dụng trực tiếp làm dầu ăn Dầu sử dụng làm thực phẩm loại dầu đà đợc tinh chế, loại bỏ tối đa thành phần axít béo tự do, hàm lợng nớc nhiều tạp chất gây hại cho sức khoẻ ngời khác Bản thân dầu thực vật loại thức ăn dễ tiêu hoá cung cấp nhiều lợng Khi đợc thể ngời hấp thụ, đợc dự trữ tế bào giải phóng lợng cần thiết Khi thuỷ phân dầu thực vật ta thu đợc glyxerin, chất đợc dùng nhiều làm thực phẩm hay mỹ phẩm để giữ ẩm cho da Trong công nghiệp sản xuất xà phòng, dầu thực vật đợc nấu với xút (NaOH) điều kiện định để tạo thành xà phòng bánh Trong công nghiệp sơn, dầu thực vật đợc dùng để sản xuất dầu gốc (dầu alkyl), chất tạo màng, vécni Nh vậy, dầu thực vật có rÊt nhiỊu øng dơng cc sèng [3,6] DÇu thùc vật sử dụng làm nhiên liệu Từ xa xa ông cha ta đà biết sử dụng dầu lạc, dầu vừng để thắp sáng Khi đời, động diezel chạy dầu lạc Một số loại dầu dùng trực tiếp làm nhiên liệu cho động đại Tuy nhiên, số nhợc điểm dầu thực vật đà cản trở vận hành trơn tru động cơ, gây nên nhiều cố hỏng hóc nên ngời ta không dùng dầu thực vật trực tiếp làm nhiên liệu Phạm Đăng Sơn K47 Hóa dầu Ket-noi.com kho ti liu phớ mà phải qua nhiều trình chế biến phức tạp để tạo loại nhiên liệu đảm bảo Một loại nhiên liệu từ dầu thực vật biodiezel Đây loại nhiên liệu u việt, lên nh loại nhiên liệu thay lý tởng cho dầu diezel hay nâng cao hiệu suất sử dụng giảm ô nhiễm môi trờng cho loại nhiên liệu khoáng truyền thống Đặc biệt hoàn cảnh nay, giới đối mặt với vấn đề ô nhiễm môi trờng trầm trọng khan dần dầu mỏ có mặt nhiên liệu sinh học từ thực vật giải pháp đợc ý Rất nhiều công trình nghiên cứu nhiên liệu sinh học đà đợc tiến hành chí đợc sử dụng nhiều nớc giới I.2.1 Thành phần hoá học dầu thực vật [3,8,9] Thành phần hoá học chủ yếu dầu thực vật triglyxerit Nó este axit béo khác với glyxerin Công thức cấu tạo triglyxerit R1 COO CH2 R2 COO CH R3 COO CH2 Trong R1, R2, R3 gốc axit béo Các gốc axit thờng chứa từ đến 22 nguyên tư cacbon NÕu ph©n tư triglyxerit ba gèc axit giống ngời ta gọi triglyxerit đồng nhất, khác gọi triglyxerit hỗn tạp Các loại dầu thực vật khác có thành phần chủng loại triglyxerit khác nhau, nhng đa phần triglyxerit hỗn tạp Một thành phần khác dầu thực vật axit béo Axit béo có dầu thực vật thờng có cấu tạo mạch thẳng, no không no Phần lớn axit béo dầu thực vật trạng thái kết hợp triglyxerit phần nhỏ trạng thái tự Hàm lợng axit béo khác tuỳ thuộc vào loại dầu Nếu thuỷ phân triglyxerit, ta thu đợc axit béo glyxerin Lợng axit béo thu đợc vào chiếm 95% so với trọng lợng dầu ban đầu Glyxerin tồn dầu thực vật, nhng dạng tự thành phần chúng nhỏ Glyxerin thu đợc thuỷ phân triglyxerit, sản phẩm phụ có giá trị Bên cạnh thành phần chủ yếu nh dầu thực vật chứa Phạm Đăng Sơn K47 Hóa dầu Ket-noi.com kho ti liu phớ nhiều hợp chất khác nh sáp, nhựa, chất màu, photphatit, tiền tố sinh tố I.2.2 Tính chất lý học dầu thực vật [3,8,9] - Nhiệt độ nóng chảy nhiệt độ đông đặc : Vì dầu thực vật có thành phần không đồng nhất, hỗn hợp nhiều chất khác nên nhiệt độ nóng chảy đông đặc chúng giá trị nhiệt độ xác định mà khoảng nhiệt độ Với loại dầu khác giá trị khác Đối với loại dầu chứa nhiều axit béo hay gốc axit béo no thờng có khoảng nhiệt độ nóng chảy hay đông đặc cao so với loại dầu chứa gốc axit béo hay axit béo không no - Tính tan : Dầu thực vật có thành phần chủ yếu chất không phân cực nên chúng không tan nớc, tan rợu tan tốt dung môi không phân cực nh n-hexan, xăng, benzenĐộ tan dầu vào dung môi phụ thuộc vào nhiệt độ Khi hoà tan số loại dầu vào dung môi, ta cần kết hợp gia nhiệt để nâng cao độ tan chúng - Màu sắc : Màu sắc dầu hợp chất mầu dầu định Dầu tinh khiết màu Nếu dầu chứa nhiều carotenoit thờng có màu vàng, dầu chứa clorofin có màu xanhĐôi khi, với loại dầu chứa gốc axit béo không no trình bảo quản bị oxy hoá tạo mầu sắc khác so với màu dầu gốc - Khối lợng riêng : Khối lợng riêng dầu thực vật thờng nằm khoảng d20=0,907- 0,971, dầu nhẹ nớc bề mặt nớc Dầu có gốc axit nhiều cacbon no tỷ trọng lớn I.2.3 Tính chất hoá học dầu thực vật [3,8,9] Thành phần hóa học dầu thực vật chủ yếu triglyxerit, loại este axit béo glyxerin nên chúng có đầy đủ tính chất este điển hình : * Phản ứng thuỷ phân : điều kiện nhiệt độ, áp suất xúc tác định (thờng xúc tác axit,enzym) xảy phản ứng thuỷ phân este lần lợt tạo thành ditriglyxerit monotriglyxerit, cuối axit béo glyxerin Đây phản ứng thuận nghịch : Phạm Đăng Sơn K47 Hãa dÇu Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí CH2 R1 COO CH2 R2 COO CH + H2O R2 COO CH + R1 COOH R3 COO CH2 R3 COO CH2 HO HO CH2 R2 COO CH R3 COO CH2 HO CH2 HO CH + + H2O R3 H2O HO CH2 HO CH + COO CH2 HO CH2 HO CH + HO CH2 R3 COO CH2 Phản ứng tổng quát cã thÓ viÕt nh sau : R1 COOH R1 COO CH2 R2 COO CH + 3H2O R2 COOH R2 COOH + R3 COOH CH2 OH CH OH CH2 OH R3 COOH COO CH2 * Phản ứng xà phòng hoá Trong môi trờng kiềm, este dầu thực vật phản ứng với kiềm tạo thành muối natri (kali) axit béo (thành phần xà phòng) glyxerin Quá trình xà phòng hoá xảy theo giai đoạn nh trình thuỷ phân, cho ta nhiều sản phẩm khác nhng sản phẩm cuối xà phòng glyxerin Phản ứng xảy hoàn toàn mét chiÒu : CH2 OH R1 COONa R1 COO CH2 R3 R2 COO CH + 3NaOH R2 COONa+ CH OH CH2 OH R3 COONa COO CH2 Đây phản ứng trình sản xuất xà phòng glyxerin từ dầu thực vật * Phản ứng trao đổi este Trong môi trờng có xúc tác vô nh axit H2SO4, HCl hay xúc tác bazơ nh NaOH, KOH este dầu thực vật tiến hành este hoá trao đổi với rợu bậc nh metylic, etylictạo thành este axit béo với rợu tơng ứng glyxerin Với R gốc hydrocacbon rợu, phản ứng dạng tổng quát nh sau: Phạm Đăng Sơn Hóa dầu K47 R3 Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí R1 COO CH2 R1 COOR R2 COO CH + 3ROH R2 COOR CH2 OH + CH OH CH2 OH R3 COOR COO CH2 Ph¶n ứng phản ứng để tổng hợp biodiezel Este axit béo với rợu bậc thay nhiên liệu diezel động diezel, giảm thiểu cách đáng kể lợng khí độc hại thải môi trờng Bên cạnh đó, gèc axit bÐo dÇu thùc vËt cã thĨ dÉn ®Õn mét sè tÝnh chÊt ho¸ häc kh¸c : * Phản ứng cộng hợp: + Cộng hợp hiđro : có mặt xúc tác Niken dới áp suất nhiệt độ cao, gốc axit béo không no dầu thực vật cộng hợp với hiđro để tạo thành gốc axit béo no Quá trình no hóa dầu thực vật thờng làm tăng độ nhớt làm rắn đặc dầu thực vật + Cộng hợp halogen : dầu thực vật tác dụng với halogen liên kết cha no gốc axit * Phản ứng oxy hoá : Các liên kết đôi gốc axít cha no dầu thực vật dễ bị oxy hoá Tuỳ thuộc vào chất oxy hoá môi trờng oxy hoá mà tạo sản phẩm nh peroxyt, xetoaxithay đứt mạch tạo thành chất có phân tử lợng nhỏ Quá trình oxy hoá xảy dầu thực vật tiếp xúc trực tiếp với không khí làm cho dầu bị biến chất, giảm chất lợng Sự ôi chua dầu : Do dầu có lẫn nớc, vi sinh vật loại mennên trình bảo quản thờng xẩy phản ứng biến đổi phân huỷ làm ảnh hởng đến màu sắc, mùi vị mà ngời ta gọi ôi chua dầu R3 I.2.4 Các số quan trọng dầu thực vật [3,8,9] Để biểu thị tính chất cấu tạo loại dầu, ngời ta thống quy định số tiêu có tính chất đặc trng cho dầu thực vật Những số giúp ta đánh giá sơ phẩm chất dầu thực vật, đồng thời giúp trình tính toán đợc thuận lợi * Chỉ số xà phòng hoá : số miligam KOH cần thiết để trung hoà xà phòng hoá hết 1g dầu Thông thờng dầu thực vật Phạm Đăng Sơn K47 Hãa dÇu Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí cã số xà phòng hoá khoảng 170-260 Chỉ số cao dầu chứa nhiều axit béo phân tử lợng thấp ngợc lại * Chỉ số axit : số miligam KOH cần thiết để trung hoà hết lợng chất béo tự có 1g dầu Chỉ số axit dầu thực vật không cố định, dầu biến chất bị oxi hoá sè axit cµng cao * ChØ sè ièt : lµ số gam Iốt cần thiết tác dụng hết với 100g dầu (Is) Chỉ số Iốt biểu thị mức độ không no dầu Nếu số cao dầu thực vật chứa nhiều gốc axit béo không no ngợc lại Bảng I.1 Các tính chất vật lý hoá học dầu thực vật Tên dầu KV CR CN HH V Dầu 33,7 0,25 33,7 39,4 DÇu nho 37,3 0,31 37,5 39,7 DÇu híng 34,4 0,28 36,7 39,6 dơng Dầu vừng 36,0 0,25 40,4 36,4 Dầu nành 28,0 0,24 27,6 39,3 Dầu thầu 33,1 0,24 38,1 36,6 dầu Dầu lạc 24,0 0,21 52,9 39,8 DÇu cä 34,2 0,22 34,5 39,8 AC SC IV SV 0,02 0,01 113,20 207,71 0,006 0,01 108,05 197,07 0,01 0,01 132,32 191,70 0,002 0,01 91,76 210,34 0,01 0,01 156,74 188,71 0,006 0,01 69,82 220,78 0,01 0,01 0,02 98,62 197,63 0,01 102,35 197,56 Trong : KV : Độ nhớt động học, mm2/s 311K CR : Cặn cacbon, % khối lợng CN : Trị số xetan HHV : Nhiệt trị, MJ/kg AC : Hàm lợng tro, % khối lợng SC : Hàm lợng lu huỳnh, % khối lợng IV : ChØ sè iot, g I2/g dÇu SV : ChØ sè xà phòng, mg KOH/g I.2.5 Các loại dầu thực vật thông dụng [6,8,11] * Dầu đậu nành : Dầu đậu nành đợc chiết xuất từ hạt đậu nành Cây đậu nành loại trồng phổ biến nhiều nơi Phạm Đăng Sơn K47 10 Hóa dầu Ket-noi.com kho ti liu phớ Nhiệt độ phản 70 30 40 50 60 øng, C HiÖu suÊt (%) 20,15 48,20 88,16 97,84 97,75 Hình 3.11 : ảnh hởng nhiệt độ phản ứng tới hiệu suất Nhiệt độ phản ứng yếu tố quan trọng ảnh hởng đến hiệu suất Nhiệt độ phản ứng thấp hiệu suất thành sản phẩm mong muốn thời gian tối u thấp, muốn tăng hiệu suất phải tăng thời gian phản ứng, điều ảnh hởng lớn đến suất trình Nếu nhiệt độ phản ứng cao, metanol sôi bay mạnh mẽ, trình ngng tụ hồi lu không tốt làm thất thoát metanol giảm hiệu suất Ngay cã sù ngng tơ håi lu tèt, nhng lỵng metanol tồn pha nhiều thiết bị phản ứng làm giảm lợng metanol tham gia phản ứng pha lỏng, điều làm giảm hiệu suất Đây lý giải thích giảm hiệu suất nhiệt độ cao phản ứng tổng hợp biodiezel Qua trình khảo sát, thấy nhiệt độ tối u cho phản ứng tổng hợp biodiezel từ nguyên liệu dầu dừa 600C III.3 Đánh giá chất lợng sản phẩm Nh vậy, qua trình khảo sát yếu tố ảnh hởng đến trình tổng hợp biodiezel từ nguồn nguyên liệu dầu dừa, thông số tối u cho phản ứng đà đợc xác định nh sau : tỷ lệ mol metanol/dầu 6/1, thời gian phản ứng giờ, lợng xúc tác 3% khối lợng dầu nguyên liệu, thành phần NaOH xúc tác chiếm 25% khối lợng, tốc độ khuấy 600 vòng/phút nhiệt độ phản ứng 600C Sản phẩm biodiezel dừa thu đợc từ phản ứng theo thông số sau tinh chế chất lỏng suốt ngả vàng Sản phẩm đà đợc đem phân tích phổ hồng ngoại đợc kết nh sau : Phạm Đăng Sơn K47 73 Hóa dầu Ket-noi.com kho ti liệu miễn phí Nicolet 6700 FT-IR Spectrometer Title Bio dau dua 586.5 2041.1 2679.3 3467.8 80 3554.6 90 70 433.7 Bio dau dua 878.7 50 30 723.2 40 1016.1 %Transmittance 60 20 -20 4000 1170.3 1437.9 1462.6 -10 1743.6 2933.2 1114.3 1361.7 10 3500 3000 2500 2000 Wavenumbers (cm-1) 1500 1000 500 Number of background scans:128 Number of sample scans: 128 Resolution: cm-1 H×nh 3.12 : Phỉ hång ngoại mẫu biodiezel dừa đợc tổng hợp Qua phổ hồng ngoại chụp đợc ta thấy xuất hai pic ®Ỉc trng : pic øng víi bíc sãng 2933,2 cm-1 lµ cđa nhãm chøc metyl ( CH3 ) vµ pic øng víi bíc sãng 1743,6 cm-1 lµ cđa nhãm chøc este ( COO - ) [5] Nh vËy mÉu sản phẩm phân tích có nhóm metyl este chứng tỏ đà có phản ứng xảy tạo metyl este axit béo, biodiezel dừa đà đợc tổng hợp phản ứng Biodiezel dừa tổng hợp đợc đợc mang đo tiêu chất lợng, kết thu đợc nh sau : Bảng 3.11 : Các tính chất hoá lý biodiezel dừa đợc tổng hợp so víi biodiezel dõa chuÈn ST T TÝnh chÊt hãa lý Phạm Đăng Sơn K47 Phơng pháp 74 Mẫu bidiezel dừa tổng hợp Biodiezel dừa chuẩn Hóa dầu Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí Độ nhớt động ASTM D 445 häc,40 C,cSt ChØ sè xetan ASTM D 613 Nhiệt trị, kJ/g Ts đầu Ts 10% Thành Ts 50% phÇn cÊt ASTM D 86 Ts 90% ( C) Ts 95% Ts cuối Hàm lợng nớc cặn ASTM D (% thể tích) 2709 Điểm chớp cháy, C ASTM D 93 Hàm lợng lu huỳnh, ASTM D ppm 5453 Điểm đông đặc, C ASTM D 2500 Chỉ sè axit, mg ASTM D 664 KOH/g 3,3 2,656 68 38,64 195 221 289 319 332 345 70 39,42 199 232 293 323 338 353 0,0 0,0 105 107 3,2 -1 -5 0,18 0,17 Qua kết ta thấy mẫu biodiezel tổng hợp hoàn toàn đạt tiêu chuẩn chất lợng chạy động III.4 Thử nghiệm nhiên liệu B5 động Là loại nhiên liệu u việt, có nhiều u điểm nên thực tế tû lƯ pha trén cđa biodiezel dõa thêng Ýt h¬n tỷ lệ pha trộn loại biodiezel khác Thông thờng, B20 đợc sử dụng rộng rÃi Mỹ (dùng biodiezel từ dầu nành) hay Châu Âu (dùng biodiezel từ dầu hạt cải) Tuy nhiên, biodiezel tổng hợp từ dầu dừa tỷ lệ pha trộn cần B1 đến B10 đà cải thiện nhiều khói thải giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trờng Tiến hành pha trộn biodiezel dừa diezel khoáng với tỷ lệ thể tích 5/95 (B5) mang đo tiêu chất lợng ta thu đợc kết nh sau : Phạm Đăng Sơn K47 75 Hóa dầu Ket-noi.com kho ti liu phớ Bảng 3.12 : C¸c tÝnh chÊt ho¸ lý cđa B5 so víi dieze chuÈn ST T Tính chất hóa lý Phơng pháp Độ nhớt ®éng ASTM D 445 häc,40 C,cSt ChØ sè xetan ASTM D 613 Nhiệt trị, kJ/g Ts đầu Ts 10% Thành Ts 50% phần cất ASTM D 86 Ts 90% ( C) Ts 95% Ts cuối Hàm lợng nớc cặn ASTM D (% thể tích) 2709 Điểm chớp cháy, C ASTM D 93 Hàm lợng lu huỳnh, ASTM D ppm 5453 Điểm đông đặc, C ASTM D 2500 B5 Diezel No2 3,494 2,6 58 42,05 190 212 277 350 363 368 40-52 43,4 185 210 260 315 338 345 0,01 0,02 86 60-72 366 500 -3 -15 Nhận thấy tiêu chất lợng B5 gần với tiêu chất lợng diezel khoáng, chí số tiêu u việt Sản phẩm pha trộn B5 đợc mang thử nghiệm động với mục đích : Đánh giá khả ảnh hởng nhiên liệu biodiezel đến công suất động so với diezel khoáng Xác định thành phần khí thải động so sánh với nhiên liệu diezel khoáng Thông số kĩ thuật động thử nghiệm : Động diezel AVN 5402, xy lanh Dung tÝch xy lanh : 510,7 cm2 §êng kÝnh xy lanh : 85 mm Tû sè nÐn : 17,1/1 Hành trình : 90 mm Nhiên liệu đợc phun trùc tiÕp ¸p suÊt phun : 800 Mpa Gãc phun : sớm 120 trớc điểm chết Lợng nhiên liệu phun : 30 mm2/ chu trình Phạm Đăng Sơn – K47 76 Hãa dÇu Ket-noi.com kho tài liệu miễn phớ III.4.1 Đánh giá ảnh hởng nhiên liệu B5 đến công suất động so với diezel khoáng Khảo sát công suất động chế độ chạy không tải với số vòng quay dao động từ 1400-2100 vòng/phút, sử dụng loại nhiên liệu diezel khoáng B5 cho ta kết nh sau : Bảng 3.13 : So sánh công suất động sử dụng nhiên liệu B5 nhiên liệu diesel khoáng Tèc ®é 140 150 160 170 180 190 200 210 0 0 0 0 C«ng suÊt 3,18 3,23 3,40 3,86 3,91 4,13 4,47 4,55 diezel, kW C«ng suÊt B5, 2,83 2,95 3,02 3,19 3,33 3,51 3,98 4,12 kW Hình 3.13 : So sánh công suất động sử dụng nhiên liệu B5 nhiên liệu diesel khoáng Qua số liệu bảng đồ ta nhận thấy trình khảo sát hoàn toàn phù hợp với lý thuyết, tốc độ động tăng công suất tăng Công suất động sử dụng nhiên liệu B5 nhỏ công suất động sử dụng nhiên liệu diezel khoáng Điều nhiệt trị nhiên liệu biodiezel dừa thấp nhiệt trị của nhiên liệu diezel khoáng Do pha với nhiên liệu diezel khoáng B5 có nhiệt trị thấp Phạm Đăng Sơn – K47 77 Hãa dÇu Ket-noi.com kho tài liệu phớ Tuy nhiên chênh lệch công suất sử dụng hai loại nhiên liệu không đáng kĨ nªn vÉn cã thĨ sư dơng nhiªn liƯu B5 cho động diezel mà đảm bảo đợc yêu cầu công suất động III.4.2 Thành phần khí thải động sử dụng nhiên liệu B5 so với diezel khoáng III.4.2.1 Hàm lợng CO2 khói thải Kết xác định thành phần khí CO khói thải động chạy nhiên liệu B5 diezel tốc độ khác đợc thể qua bảng hình sau : Bảng 3.14 : So sánh hàm lợng CO2 khí thải sử dụng nhiên liệu B5 nhiên liệu diesel khoáng Tốc ®é CO2 diezel, ppm CO2 B5, ppm 1400 9369 1500 8999 1600 8795 1700 8613 1800 8456 1900 8525 2000 8584 2100 8312 8674 7952 7531 7331 7243 7521 7532 7217 H×nh 3.14 : So sánh hàm lợng CO2 khí thải sử dụng nhiên liệu B5 nhiên liệu diesel khoáng Phạm Đăng Sơn K47 78 Hóa dầu Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí Nh vËy ta thÊy râ rµng hàm lợng CO2 khói thải B5 giảm đáng kể so với nhiên liệu diezel khoáng, giảm thiểu lợng CO2 thải môi trờng Sự giảm hàm lợng CO2 khói thải nhiên liệu B5 nhiên liệu diezel khoáng có thành phần hidrocacbon th¬m cã tû lƯ C/H cao h¬n, trong biodiezel thành phần thơm nên pha tạo B5 cho tỷ lệ C/H thấp hơn, cháy lợng CO2 đà giảm xuống nhiều III.4.2.2 Hàm lợng CO khói thải Hàm lợng CO khói thải động sử dụng hai loại nhiên liệu nh sau : Bảng 3.15 : So sánh hàm lợng CO khí thải sử dụng nhiên liệu B5 nhiên liệu diesel khoáng Tốc độ CO diezel, ppm CO B5, ppm 140 112 103 150 114 107 160 117 113 170 118 114 180 119 116 190 116 114 200 110 109 210 108 101 Hình 3.15 : So sánh hàm lợng CO khí thải sử dụng nhiên liệu B5 nhiên liệu diesel khoáng Phạm Đăng Sơn K47 79 Hãa dÇu Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí Từ đồ ta thấy tốc độ vòng quay hàm lợng CO chạy nhiên liệu B5 thấp so với chạy diezel khoáng Nh nhiên liệu B5 cháy giảm thiểu nhiều nguy ô nhiễm môi trờng Có thể giải thích điều B5 có biodiezel chứa lợng oxi đáng kể (11%) nên giúp trình cháy hoàn toàn III.4.2.3 Hàm lợng NOx khói thải NOx tạo trình cháy tạo nhiệt độ áp suất cao nên nitơ không khí kết hợp với oxi tạo NO x Đây loại khí thải độc hại khói thải động cần đợc giảm thiểu tối đa Hàm lợng NOx khói thải động sử dụng nhiên liệu B5 nhiên liệu khoáng đợc thĨ hiƯn qua b¶ng sau : B¶ng 3.16 : So sánh hàm lợng NOx khí thải sử dụng nhiên liệu B5 nhiên liệu diesel khoáng Tốc độ NOx diezel, ppm NOx B5, ppm 140 130 121 150 124 103 160 114 952 170 108 849 180 973 190 887 200 880 210 823 735 714 705 639 Từ ta lập đợc đồ thị so sánh hàm lợng NOx khí thải sử dụng hai loại nhiên liệu diezel biodiezel Phạm Đăng Sơn K47 80 Hóa dầu Ket-noi.com kho ti liu phớ Hình 3.16 : So sánh hàm lợng NOx khí thải sử dụng nhiên liệu B5 nhiên liệu diesel khoáng Từ kết ta thấy hàm lợng khí NOx khí xả động sử dụng nhiên liệu B5 giảm so với nhiên liệu diezel Nitơ chiếm tới 3/4 thể tích lợng không khí hút vào xylanh, thành phần B5 có chứa thêm oxy (trong metyl este) nên khả nitơ bị oxy hoá tất yếu Tuy nhiên, nitơ khí trơ nên trình oxy hoá đòi hỏi nhiệt độ áp suất lớn Trong trình cháy nhiên liệu, nhiệt độ áp suất tăng cao thích hợp cho trình oxi hoá nitơ Nhng thời gian cháy nhanh nên điều kiện không đợc trì thời gian dài, hàm lợng NOx tạo thờng nhỏ lợng CO2 nhiều Bên cạnh đó, nhiệt trị nhiên liệu B5 thấp (do nhiệt trị biodiezel dừa thấp diezel khoáng) dẫn đến nhiệt độ cháy B5 xylanh không cao diezel khoáng, điều kiện tạo thành NOx thuận lợi dẫn đến thành phần NOx tạo thành nhỏ Khi tăng tốc độ vòng quay, thời gian dao động pittông tăng nhanh, nhiên liệu bị nén đốt cháy nhanh hơn, thời gian lu nitơ xylanh nhỏ nên xác xuất bị oxy hoá giảm, thành phần NO x giảm theo trình tăng tốc độ động III.4.2.4 Hàm lợng hidrocacbon khói thải Lợng hidrocacbon có khói thải chủ yếu trình oxy hoá không hoàn toàn nhiên liệu phun vào xylanh Trong nhiên liệu diezel số thành phần hidrocacbon mạch thẳng dễ cháy có lợng không nhỏ hidrocacbon thơm khó bắt cháy Những hidrocacbon mạch vòng bị thải khí thải động cơ, gây ô nhiễm môi trờng tổn hại đến sức khoẻ ngời Chính nh thành phần độc hại khác, hàm lợng hidrocacbon khói thải phải đợc giảm thiểu nhiều tốt Kết xác định hàm lợng hidrocacbon khói thải động chạy nhiên liệu B5 nhiên liệu diezel tốc độ khác đợc thể bảng hình sau : Bảng 3.17 : So sánh hàm lợng hidrocacbon khí thải Phạm Đăng Sơn K47 81 Hãa dÇu Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí sử dụng nhiên liệu B5 nhiên liệu diesel khoáng Tốc độ HC diezel, ppm HC B5, ppm 140 964 552 150 101 839 160 102 897 170 100 891 180 994 190 920 200 829 210 770 901 837 751 613 Hình 3.17 : So sánh hàm lợng hidrocacbon khí thải sử dụng nhiên liệu B5 nhiên liệu diesel khoáng Kết thu đợc hoàn toàn phù hợp với lý thuyết Do thành phần oxy B5 lớn diezel khoáng nên cháy, mạch este bị cắt đứt tạo lợng oxi nguyên tử nhiều hơn, khả oxy hoá mạnh oxy hóa hidrocacbon triệt để nên thành phần hidrocacbon d sản phẩm cháy nhiên liệu B5 nhỏ Đây u điểm biodiezel so với nhiên liệu khoáng truyền thống vấn đề giảm thiểu ô nhiễm môi trờng Nh vậy, kết khảo sát thành phần khói thải động tất thành phần có hại nh CO2, CO, NOx, hidrocacbon (HC) giảm sử dụng nhiên liệu diezel khoáng có trộn thêm 5% biodiezel dõa B5) Víi tû lƯ pha trén nh vừa Phạm Đăng Sơn K47 82 Hóa dầu Ket-noi.com kho ti liu phớ đảm bảo tính kinh tế vừa đảm bảo ngăn ngừa nguy ô nhiễm môi trờng khói thải động diezel Kết luận Qua kết nghiên cứu chứng đà đạt đợc kết sau : Chế tạo đợc xúc tác dị thể NaOH/MgO cho hiệu suất tổng hợp biodiezel dừa cao (97,84%) Hàm lợng tối u NaOH xúc tác 25% khối lợng Trong trình sản xuất, xúc tác NaOH/MgO tái sử dụng đợc lần, sau phải tái sinh xúc tác tái sử dụng thêm lần Tổng hợp đợc biodiezel dừa phản ứng trao đổi este với metanol Các thông số tối u cho trình tổng hợp nh sau : - Tỷ lệ mol metanol/dầu : 6/1 - Thành phần xúc tác : 25% NaOH/MgO - Lợng xúc tác : 3% khối lợng dầu dõa - Thêi gian ph¶n øng giê - Tèc ®é khy : 600 vßng/phót - NhiƯt ®é : 600C Xác định đợc thông số hoá lý đặc trng cđa s¶n phÈm, chøng tá s¶n phÈm biodiezel dõa tổng hợp đợc đảm bảo tiêu chuẩn nhiên liệu cho động diezel Pha chế biodiezel dừa với tỷ lệ 5% nhiên liệu diezel khoáng, so sánh với diezel thơng phẩm Sau thử nghiệm ®éng c¬ ®· ®a kÕt ln : - VỊ công suất động : công suất động sử dụng nhiên liệu B5 không giảm nhiều so với sử dụng nhiên liệu diezel khoáng truyền thống - Thành phần khí thải độc hại nh : CO2, CO, NOx, hidrocacbon động chạy nhiên liệu B5 giảm đáng kể so với chạy nhiên liệu diezel khoáng Phạm Đăng Sơn K47 83 Hóa dầu Ket-noi.com kho ti liu phớ Tài liệu tham khảo [1] Đinh Thị Ngọ, Hoá học dầu mỏ, Nhà xuất Khoa học Kĩ thuật, 2006 [2] Kiều Đình Kiểm, Các sản phẩm dầu mỏ hoá dầu, Nhà xuất Khoa học Kĩ thuật, 2001 [3] Phạm Thế Thởng, Hoá học dầu béo, Nhà xuất Khoa học Kĩ thuật, 1992 [4] Vũ Tam Huề, Nguyễn Phơng Tùng, Hớng dẫn sử dụng nhiên liệu - dầu - mỡ nhờn, Nhà xuất Khoa học Kĩ thuật, 2000 [5] Từ Văn Mặc, Phơng pháp phổ nghiệm nghiên cứu cấu trúc phân tử, Nhà xuất Khoa học Kĩ thuật, 2003 [6] Vũ Nguyên Hoàng, Nguyễn Trung Phong, Phan Liêu, Tuyển tập công trình khoa học nghiên cứu phát triển có dầu dầu thực vật Việt Nam, Nhà xuất Nông nghiệp Tp Hồ Chí Minh, 2005 [7] Nguyễn Đức Minh, Nghiên cứu khả thay nhiên liệu diezel nhiên liệu đợc tạo từ dầu thực vật, Trờng ĐH Giao thông Vận tải, 1996 [8] Đỗ Huy Thanh, Nghiên cứu sử dụng số loại dầu thực vật Việt Nam biến tính chúng làm dầu gốc cho dầu bôi trơn, Đại học Bách Khoa, 2001 [9] Các tác giả, Dầu thực vật : phơng pháp thử, Nhà xuất Hà Nội, 1980 [10] Lê Văn Thạch, Hớng dẫn thí nghiệm sản xuất tinh chế dầu thực vật, Trờng Đại học Bách Khoa, 1965 [11] Phạm Văn Nguyên, Những có dầu béo Việt Nam, Nhà xuất Khoa học Kĩ thuật, 1981 Phạm Đăng Sơn – K47 84 Hãa dÇu Ket-noi.com kho tài liệu phớ [12] Hải Yến, Sản xuất nhiên liệu từ dầu ăn phế thải, www.nea.gov.vn/thongtinmt/noidung/dt_25_10_06.htm [13] Ngô Thị Lam Giang, Võ Văn Long, Nguyễn Thị Bích Hồng, Công nghệ nhân sản xuất giống dừa, www.cuctrongtrot.gov.vn/Tech_Science.aspx? index=detail&type =a&idtin=213 [14] Christopher Strong, Charlie Erickson, Deepak Shukla, Evaluation of biodiesel fuel, Western Transportation Institute College of Engineering, Montana State University [15] G.Knoth, R.O Dumn, M.O Bagby, The use of vegetable oils and their derivatives as alternative diesel fuels, Biomass Wasington D.C, American Chemical Society [16] T.L Alleman and R.L McCormic, Analysis of coconutderived biodiesel and conventional diesel fuel from the Philipine, National renewable energy laboratory, 2006 [17] Roberto C Anbles, Coconut methyl ester (CME) as petrodiesel quality enhancer, Department of Agriculture, Philipinecoconut Authority [18] J.A Kinast, Production of biodiesel from multiple feedstocks and properties of biodiesels and biodiesel/diesel blends, National renewable energy laboratory, 2006 [19] Tazmilur Rahman, Green Energy Development Model in the St Martin’s Island and Energy from Coconut palm biomass, Bangladesh 2006 [20] Shaheed A, AMSAE and Swain E, Combustion analysis of Coconut oil and its methyl esters in a diesel engine, IMECHE Conference transactions,Vol [21] Starship, The life history of a coconut tree, www.msstarship.com/sciencenew/coconuts_and_copra.htm [22] L.C Meher, D VidyaSagar and S.N Naik, Technical aspects of biodiesel production by transesterification, Renewable and Sustainable Energy Reviews 2004 [23] John Sheehan, Vince Camobreco, James Duffield, Michael Graboski and Housein Shapouri, Life Cycle Inventory of Biodiesel and Petroleum Diesel for Use in an Urban Bus, National Renewable Energy Laboratory, 1998 Phạm Đăng Sơn K47 85 Hóa dầu Ket-noi.com kho ti liệu miễn phí [24] Rafael S Diaz, Coconut for clean air, www.coconutresearchcenter.org/coconutforcleanair.pd f [25] Jan Cloin, Coconut Oil as a Biofuel in Pacific Islands, www.sopac.org/tiki/tiki-download_file.php?fileId=145 [26] Department of the Environment and Heritage, Australian Government, Standardising Diesel/Biodiesel Blends, www.deh.gov.au/atmosphere/fuelquality/publications/ dieselbiodiesel-discussion-paper.html [27] M.S Graboski, R.L McCormick, T.L Alleman, and A.M Herring, The Effect of Biodiesel Composition on Engine Emissions from a DDC Series 60 Diesel Engine, National Renewable Energy Laboratory, 1998 [28] United States Environmental Protection Agency, A Comprehensive Analysis of Biodiesel Impacts on Exhaust Emissions, www.biodiesel.org/resources/reportsdatabase/reports/gen/200210 01_gen-323.pdf [29] J Van Gerpen, B Shanks, and R Pruszko, D Clements and G Knothe, Biodiesel Analytical Methods, National Renewable Energy Laboratory 2004 [30] Gerhard Zieroth, Feasibility of coconut oil as a diesel substitute in Kiribati, Ministry of Public Works and Energy, Republic Of Kiribati 2005 [31] Gerardo B Baylon, Gerardo A Santos and Rico O Cruz, Pilot testing of the cruzesterification process in the production of biodiesel at Pca-Zamboanga research center, www.pcierd.dost.gov.ph/publication/fora/forth/pilottest ing.pdf [32] Jan Cloin, Coconut Oil Biofuel – Clean and Competitive, www.sopac.org/tiki/tiki-download_file.php?fileId=244 [33] S.W Adkins, M Foale and Y.M.S Samosir, Coconut revival: new possibilities for the tree of life, Australian Centre for International Agricultural Research 2006 Phạm Đăng Sơn K47 86 Hãa dÇu Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí [34] Hak-Joo Kim, Bo-Seung Kang, Min-Ju Kim, Young Moo Park, Deog-Keun Kim, Jin-Suk Lee, Kwan-Young Lee, Transesterification of vegetable oil to biodiesel using heterogeneous base catalyst, Catalysis Today 93–95(2004) [35] Bob McCormick, Effects of Biodiesel on Pollutant Emissions, www.eere.energy.gov/cleancities/toolbox/pdfs/mccormick_webcast pdf [36] Ulf Schuchardt, Ricardo Sercheli, and Rogerio Matheus Vargas, Transesterification of vegetable oil : a review, www.biodieselgear.com/documentation/Transesterification_of _Vegetable_Oils.pdf [37] C.L Peterson, R Cruz, L Perkins, R Korus and D.L Auld, Transesterification of Vegetable Oil for use as a Diesel Fuel, www.biodiesel.org/resources/reportsdatabase/reports/gen/199009 01_gen-257.pdf [38] Bahrmann, H.,Bach, Ullmann’s Encyclopedia of industrial chemistry, Methanol, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co, 2002 Phạm Đăng Sơn – K47 87 Hãa dÇu ... cho trình tổng hợp biodiezel dầu dừa, metanol Xúc tác đợc sử dụng cho trình tổng hợp biodiezel đồ án xúc tác dị thể MgO đợc hoạt hóa NaOH II.1.1 Metanol [38] Rợu đợc sử dụng trình tổng hợp biodiezel. .. suất tổng hợp biodiezel dầu đậu nành khả quan Với điều kiện cho phép phòng thí nghiệm, đà tiến hành nghiên cứu tổng hợp xúc tác dị thể NaOH/ MgO phơng pháp ngâm tẩm Quá trình tổng hợp xúc tác đợc... axit Tất mẫu dầu sau xử lý cho số axit dới mgKOH/g dầu Nh dầu dừa đà sẵn sàng cho trình tổng hợp biodiezel II.1.3 Xúc tác cách điều chế xúc tác Quá trình tổng hợp biodiezel sử dụng xúc tác kiềm,