Điều chế biodiesel từ dầu hạt cao su với methanol siêu tới hạn

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ TRẦM HUY ĐIỀU CHẾ BIODIESEL TỪ DẦU HẠT CAO SU VỚI METHANOL SIÊU TỚI HẠN Chuyên ngành: Quá trình Thiết bị Cơng nghệ Hóa học Mã số: 12290177 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 08 năm 2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ TRẦM HUY ĐIỀU CHẾ BIODIESEL TỪ DẦU HẠT CAO SU VỚI METHANOL SIÊU TỚI HẠN Chun ngành: Q trình Thiết bị Cơng nghệ Hóa học Mã số: 12290177 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 08 năm 2014 ii CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG - HCM Cán hướng dẫn khoa học: TS TRẦN TẤN VIỆT PGS.TS LÊ THỊ KIM PHỤNG Cán chấm nhận xét 1: PGS.TS NGUYỄN NGỌC HẠNH Cán chấm nhận xét 2: TS PHẠM HẢI ĐỊNH Luận văn Thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 08 tháng 08 năm 2014 Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm: PGS.TS PHẠM THÀNH QUÂN PGS.TS NGUYỄN NGỌC HẠNH TS PHẠM HẢI ĐỊNH TS TRẦN TẤN VIỆT TS NGUYỄN ĐÌNH QUÂN Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận văn Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau Luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA iii ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: HÀ TRẦM HUY MSHV: 12290177 Ngày, tháng, năm sinh: 26/11/1988 Nơi sinh: TP Hồ Chí Minh Chun ngành: Q trình Thiết bị Cơng nghệ Hóa học Mã số: 60 52 77 I TÊN ĐỀ TÀI: ĐIỀU CHẾ BIODIESEL TỪ DẦU HẠT CAO SU VỚI METHANOL SIÊU TỚI HẠN NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Lý thuyết điều chế biodiesel sử dụng methanol siêu tới hạn - Khảo sát tính chất thành phần acid béo dầu hạt cao su - Xác định yếu tố nghiên cứu ảnh hưởng đến trình điều chế biodiesel từ dầu hạt cao su với methanol siêu tới hạn - Tiến hành phản ứng điều chế biodiesel đánh giá ảnh hưởng yếu tố đến q trình - Đánh giá tính chất nhiên liệu biodiesel thu từ dầu hạt cao su II NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: ngày 19 tháng 08 năm 2013 III NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: ngày 23 tháng 05 năm 2014 IV CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS TRẦN TẤN VIỆT, PGS.TS LÊ THỊ KIM PHỤNG Tp HCM, ngày 19 tháng 08 năm 2013 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên chữ ký) TRƯỞNG KHOA (Họ tên chữ ký) iv LỜI CẢM ƠN Trước hết, xin chân thành cảm ơn TS Trần Tấn Việt PGS.TS Lê Thị Kim Phụng Trong suốt trình thực Luận văn này, thầy cô người tận tình hướng dẫn, ln bên cạnh động viên, bảo giúp đỡ để đạt kết tốt đẹp Cô, thầy không người cơ, người thầy mà cịn người bạn thân thiết đồng hành vượt qua khó khăn chặng đường cuối Tơi xin cảm ơn thầy Khoa Kỹ thuật Hóa học truyền đạt cho kiến thức quý báu, kinh nghiệm thực tế đầy ý nghĩa học suốt năm vừa qua Đó thực tảng vững giúp tơi hồn thành tốt Luận văn Tiếp đến, muốn gửi lời cảm ơn đến Ban giám hiệu Trường Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh, thầy bạn Phịng thí nghiệm Trọng điểm Cơng nghệ Hóa học Dầu khí tạo điều kiện thuận lợi, hỗ trợ vấn đề trang thiết bị thí nghiệm, dụng cụ hóa chất cần thiết phục vụ cho việc thực Luận văn Thạc sĩ Hơn nữa, tơi xin cảm ơn NCS Nguyễn Hồng Quý, người hỗ trợ giúp đỡ cách tận tình q trình phân tích, đo mẫu sản phẩm Sau cùng, không gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình, bạn bè người thân Họ chỗ dựa tinh thần quý giá để vững bước đường qua tới Mặc dù cố gắng việc chuẩn bị nội dung hình thức trình bày thiếu sót viết khơng thể tránh khỏi Kính mong quý thầy, cô thông cảm bỏ qua Xin chân thành cảm ơn Tp Hồ Chí Minh, ngày 14 tháng 07 năm 2014 Hà Trầm Huy v TÓM TẮT Mục tiêu nghiên cứu tiến hành điều chế biodiesel từ dầu hạt cao su methanol siêu tới hạn Dầu hạt cao su ép từ hạt cao su, dạng dầu thực vật không ăn với độ nhớt cao diesel, có hàm lượng nước acid béo tự cao, dùng nguyên liệu nghiên cứu Nếu so với phương pháp ester hóa sử dụng xúc tác truyền thống phương pháp cho phản ứng với methanol siêu tới hạn có nhiều ưu điểm hơn, thích hợp với tính chất nguyên liệu Phản ứng chuyển hóa ester dầu hạt cao su methanol siêu tới hạn khảo sát khoảng nhiệt độ từ 240 – 320oC, áp suất phản ứng từ 78 – 96 bar, thời gian phản ứng từ đến 50 phút, tỉ lệ mol methanol nguyên liệu 10:1 đến 50:1 Kết quả, hiệu suất đạt 92,7% theo hàm lượng methyl ester 20 phút phản ứng, nhiệt độ phản ứng 280oC, với tỉ lệ mol methanol:dầu 42:1 Phổ hấp thu hồng ngoại dùng để phân tích xác định hàm lượng methyl ester mẫu biodiesel sau phản ứng với độ xác cao Sản phẩm phụ phản ứng glycerol có độ tinh khiết cao khơng lẫn tạp chất từ q trình điều chế vi ABSTRACT In this work, the objective was biodiesel preparation from rubber seed oil using supercritical methanol in a batch reactor A non-edible rubber seed oil with high viscosity than diesel, contains high free fatty acid and water contents, was used as the feedstock in this study Supercritical methanol treatment method is appropriate for this feedstock than the conventional catalyst method Effects of reaction temperature (240 – 320oC), reaction pressure (78 – 96 bar), reaction time (2 – 50 min), and the solvent to feed ratio (10:1 – 50:1) on methyl esters in the transesterification reaction were examined As a result, the highest content of methyl esters was 92.7% in 20 reaction, the reaction temperature of 280oC, the molar ratio methanol to oil of 42:1 In addition, Fourier transform infrared spectroscopy was used as an analytical method to determine methyl esters content of biodiesel in the reaction mixture to monitor the transesterification reaction with a high accuracy This study demonstrates that supercritical methanol treatment method is a feasible process in producing biodiesel from rubber seed oil and the by-product of this reaction (glycerol) is high purity and valuable vii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi thực Các số liệu, kết nêu nghiên cứu trung thực chưa công bố tác giả hay cơng trình khác Các thơng tin, tài liệu trích dẫn Luận văn ghi rõ nguồn gốc Tác giả Luận văn Hà Trầm Huy viii THUẬT NGỮ VÀ VIẾT TẮT BDF (biodiesel fuel) nhiên liệu biodiesel/diesel sinh học BRSO (biodiesel from rubber seed oil) biodiesel từ dầu hạt cao su FFA (free fatty acid) acid béo tự FTIR (Fourier transform infrared spectroscopy) phổ hồng ngoại biến đổi Fourier HPLC (high performance liquid chromatography) sắc kí lỏng hiệu cao kl (khối lượng) ME (methyl ester) metyl este RSO (rubber seed oil) dầu hạt cao su SCM (supercritical methanol) methanol siêu tới hạn ix MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN iv TÓM TẮT v ABSTRACT vi LỜI CAM ĐOAN vii THUẬT NGỮ VÀ VIẾT TẮT .viii MỤC LỤC ix DANH MỤC CÁC BẢNG xiii DANH MỤC CÁC HÌNH xv LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG I TỔNG QUAN I.1 Giới thiệu chung I.2 Tổng quan biodiesel I.2.1 Biodiesel I.2.2 Lịch sử hình thành phát triển biodiesel I.2.3 Tiềm thị trường tình hình sản xuất biodiesel I.2.3.1 Tiềm thị trường biodiesel I.2.3.2 Tình hình sản xuất biodiesel I.2.4 Tiêu chuẩn chất lượng cho biodiesel I.2.5 Ưu nhược điểm biodiesel 11 I.2.5.1 Ưu điểm biodiesel 11 I.2.5.2 Nhược điểm biodiesel 14 I.2.6 Nguồn nguyên liệu giải pháp công nghệ cho sản xuất biodiesel 15 I.2.6.1 Nguyên liệu cho sản xuất biodiesel 15 I.2.6.2 Giải pháp công nghệ cho sản xuất biodiesel 16 I.2.6.3 Phương pháp chuyển hóa ester 18 85 86 87 88 89 90 Phụ lục Kết thử nghiệm sản phẩm BRSO 91 Phụ lục Kết phân tích phổ FTIR mẫu đo 92 93 94 95 96 97 98 Phụ lục Kết phân tích mẫu phương pháp HPLC 99 ... tiến hành điều chế biodiesel từ dầu hạt cao su methanol siêu tới hạn Dầu hạt cao su ép từ hạt cao su, dạng dầu thực vật không ăn với độ nhớt cao diesel, có hàm lượng nước acid béo tự cao, dùng... TÀI: ĐIỀU CHẾ BIODIESEL TỪ DẦU HẠT CAO SU VỚI METHANOL SIÊU TỚI HẠN NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Lý thuyết điều chế biodiesel sử dụng methanol siêu tới hạn - Khảo sát tính chất thành phần acid béo dầu. .. thành phần acid béo dầu hạt cao su - Xác định yếu tố nghiên cứu ảnh hưởng đến trình điều chế biodiesel từ dầu hạt cao su với methanol siêu tới hạn - Tiến hành phản ứng điều chế biodiesel đánh giá