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

Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí Mơc Lơc Mơc Lơc Mở đầu Ch¬ng I : Tỉng Quan Lý ThuyÕt I.1 Sơ lợc nhiên liệu khoáng nhiên liệu diezel I.2 Tỉng quan vỊ dÇu thùc vËt .6 I.2.1 Thành phần hoá häc cđa dÇu thùc vËt I.2.2 TÝnh chÊt lý häc cđa dÇu thùc vËt .7 I.2.3 Tính chất hoá học dầu thực vËt .8 I.2.4 C¸c chØ sè quan trọng dầu thực vật 10 I.2.5 Các loại dầu thực vật thông dụng 11 I.2.6 Vài nét dừa dầu dừa 12 I.3 Động nhiên liƯu diezel .15 I.3.1 §éng c¬ diezel 15 I.3.2 Yêu cầu nhiên liệu diezel .16 I.3.3 Khí thải nhiên liệu diezel truyền thống .18 I.3.4 Các phơng pháp nâng cao chất lợng nhiên liệu diezel .19 I.4 Tổng quan biodiezel 20 I.4.1 Nhiªn liƯu sinh häc .20 I.4.2 Giíi thiƯu vỊ biodiezel 21 I.4.3 Các trình chuyển hoá este tạo biodiezel 25 I.4.4 Nguyên liệu cho trình tổng hợp biodiezel 28 I.4.5 Quá trình tổng hợp biodiezel sử dụng xúc tác bazơ 29 I.4.6 Các yếu tố ảnh hởng đến đến trình tổng hợp biodiezel 31 I.4.7 Tû lƯ pha trén biodiezel víi diezel .32 I.4.8 Đặc điểm bật biodiezel dừa 33 I.4.9 Tình hình sản xuất biodiezel thÕ giíi vµ ë ViƯt Nam 36 Ch¬ng II : Thùc NghiÖm 38 II.1 Nguyên liệu xúc tác cho trình 38 II.1.1 Metanol .38 II.1.2 DÇu dõa 39 II.1.3 Xóc t¸c cách điều chế xúc tác 40 II.2 Cách tiến hành tổng hợp biodiezel dừa 42 II.2.1 Thiết bị trình thực nghiệm 42 II.2.2 Các bớc tiến hành .43 II.2.3 Quá trình tách tinh chế sản phẩm .44 Phạm Đăng Sơn – K47 Hãa dÇu Ket-noi.com kho tài liệu phớ II.2.4 Tính toán hiệu suất phản ứng tổng hợp biodiezel 45 II.3 Các phơng pháp phân tích chất lợng sản phẩm 46 II.3.1 Xác định sè axit 46 II.3.2 Xác định độ nhớt động học .46 II.3.3 Xác định số xetan .47 II.3.4 Xác định nhiệt độ chớp cháy cốc kín .48 II.3.5 Xác định tỷ trọng .48 II.3.6 Phơng pháp phổ hồng ngoại xác định cấu trúc sản phẩm 49 II.3.7 Phơng pháp sắc kí khí 50 Chơng III : Kết thảo luận 50 III.1 Đánh giá hoạt tính xúc tác 50 III.1.1 Khảo sát hàm lợng NaOH tối u xúc tác 50 III.1.2 Khảo sát cấu trúc xúc tác 51 III.1.3 Nghiên cứu khả tái sử dụng xúc tác 53 III.1.4 Nghiên cứu tái sinh xúc tác 54 III.2 Khảo sát yếu tố ảnh hởng đến trình tổng hợp biodiezel dừa 56 III.2.1 Tû lƯ mol cđa metanol/dÇu .56 III.2.2 Lợng xúc tác 57 III.2.3 Thêi gian ph¶n øng 58 III.2.4 Tèc ®é khuÊy 59 III.2.5 Nhiệt độ phản ứng 60 III.3 Đánh giá chất lợng sản phẩm 62 III.4 Thử nghiệm nhiên liệu B5 động 63 III.4.1 Đánh giá ảnh hởng nhiên liệu B5 đến công suất động so với diezel khoáng .64 III.4.2 Thành phần khí thải động sử dụng nhiên liệu B5 so víi diezel kho¸ng .65 KÕt luËn 70 Tài liệu tham khảo 71 Phạm Đăng Sơn K47 Hóa dầu Ket-noi.com kho ti liu phớ 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 nỊn kinh tÕ qc d©n song song víi 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 Phạm Đăng Sơn – K47 Hãa dÇu Ket-noi.com kho tài liệu miễn phớ 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 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 Phạm Đăng Sơn K47 Hóa dầu Ket-noi.com kho ti liu phớ 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 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 nớc Phạm Đăng Sơn K47 Hóa dÇu Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí khu vùc Nhng Việt Nam khai thác 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 SO2 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 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 Phạm Đăng Sơn K47 Hóa dầu Ket-noi.com kho ti liệu miễn phí I.2 Tỉng quan vỊ dÇu thùc vËt 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 nghiƯp thùc phÈm, øng dơng phỉ biÕn nhÊt cđa dÇu 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, dÇu thùc vËt cã rÊt nhiỊu øng dơng cc sống [3,6] Dầu thực 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 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 Phạm Đăng Sơn – K47 Hãa dÇu Ket-noi.com kho tài liệu phớ 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 cđa triglyxerit nµy lµ 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 tử cacbon Nếu phân tử triglyxerit ba gèc axit nµy gièng ngêi ta gäi 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 bÐo Axit bÐo cã dÇu thùc vËt thêng 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 nhiều hợp chất khác nh sáp, nhựa, chất màu, photphatit, tiền tố sinh tè… I.2.2 TÝnh chÊt lý häc cđa dÇu thùc 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 Phạm Đăng Sơn K47 Hóa dÇu Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí - TÝnh 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 Hóa dầu 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 CH2 HO CH2 R2 COO CH + H2O HO CH R3 COO CH2 HO HO CH2 HO CH + R3 H2O + COO CH2 HO CH2 HO CH + HO CH2 R3 COO CH2 Phản ứng tổng quát viết nh sau : R1 COOH R1 COO CH2 R2 R2 COOH COO CH + 3H2O R2 COOH + R3 COOH CH2 OH CH OH CH2 OH R3 COOH COO CH2 * Ph¶n øng 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 chiều : CH2 OH R1 COONa R1 COO CH2 R3 R2 R2 COONa+ CH OH COO CH+ 3NaOH 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 R3 Phạm Đăng Sơn K47 10 Hóa dầu ... 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. .. hay bổ xung xúc tác III.2 Khảo sát yếu tố ảnh hởng đến trình tổng hợp biodiezel dừa Trong trình tiến hành thực nghiệm nghiên cứu trình tổng hợp biodiezel từ nguồn nguyên liệu dầu dừa, yếu tố... Đối với xúc tác đồng thể xúc tác hòa tan pha phản ứng nên tiếp xúc pha tốt nhiều xúc tác dị thể Chính yêu cầu đặt với xúc tác dị thể phải có khuấy trộn tốt để tăng cờng khả tiếp xúc xúc tác chất