Sản xuất dầu nhờn sinh học từ phụ phẩm mẫu cá da trơn báo cáo tổng kết đề tài khoa học cấp trường

BỘ CÔNG THƯƠNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG Tên đề tài: Sản xuất dầu nhờn sinh học từ phụ phẩm mỡ cá da trơn Mã số đề tài: 171.4091 Chủ nhiệm đề tài: ThS Trần thị Hồng Đơn vị thực hiện: Khoa Cơng Nghệ Hóa học Tp Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2019 LỜI CẢM ƠN Nhóm nghiên cứu xin chân thành cảm ơn thành viên nhóm nghiên cứu tham gia thực đề tài Tôi xin cảm ơn PGS.TS Phan Minh Tân, với vai trị Thầy, cố vấn chun mơn, người cho nhóm ý tưởng khoa học định hướng nghiên cứu cho đề tài Nhóm nghiên cứu xin chân thành cảm ơn đến tất q thầy mơn Cơng nghệ Hóa Dầu, Ban Lãnh Đạo Khoa tồn thể Q thầy Khoa Cơng Nghệ Hóa Học, Trường Đại Học CN TP.HCM hỗ trợ thời gian, thiết bị, phịng thí nghiệm…để thực đề tài Chúng xin trân trọng cảm ơn hỗ trợ từ Quý thầy cô thuộc Bộ Môn Kỹ thuật Chế Biến Dầu Khí -Khoa Kỹ Thuật Hóa Học – ĐHBK.Tp.HCM Nhóm nghiên cứu xin chân thành cảm ơn Phòng QLKH&HTQT - Trường Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM hướng dẫn hỗ trợ thủ tục nghiệm thu đề tài nghiên cứu khoa học cấp Trường Cuối xin chân thành cảm ơn Trường Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM hỗ trợ kinh phí thực đề tài TP Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 12 năm 2019 Chủ nhiệm đề tài (Họ tên chữ kí) Trần Thị Hồng i PHẦN I THÔNG TIN CHUNG I Thông tin tổng quát 1.1 Tên đề tài: Sản xuất dầu nhờn sinh học từ phụ phẩm mỡ cá da trơn 1.2 Mã số: 171.4091 1.3 Danh sách chủ trì, thành viên tham gia thực đề tài Họ tên Đơn vị cơng tác Vai trị thực đề tài ThS Trần Thị Hồng Khoa Cơng nghệ Hóa học, ĐHCNTP.HCM Chủ nhiệm TS Đỗ Quý Diễm Khoa Cơng nghệ Hóa học, ĐHCNTP.HCM Cố vấn khoa học PGS.TS Phan Minh Tân Viện nghiên cứu Năng Lượng Bền Vững, ĐHQG TP.HCM Cố vấn khoa học KS Phùng Minh Trí Phịng thí nghiệm dầu khí, Trung Tâm Thành viên KS Lê Nguyễn Phúc Thiên Phịng thí nghiệm Biomass, ĐHQG TP.HCM Thành viên TT (học hàm, học vị) 1.4 Đơn vị chủ trì: 1.5 Thời gian thực hiện: 1.5.1 Theo hợp đồng: từ tháng 04 năm 2017 đến tháng 04 năm 2018 1.5.2 Gia hạn (nếu có): đến tháng 12 năm 2018 1.5.3 Thực thực tế: từ tháng 04 năm 2017 đến tháng 08 năm 2019 1.6 Những thay đổi so với thuyết minh ban đầu (nếu có): 1.7 Tổng kinh phí phê duyệt đề tài: 35,000.000 đồng (Số tiền chữ: ba mươi lăm triệu đồng chẵn) II Kết nghiên cứu Đặt vấn đề Hiện tại, sử dụng nguồn lượng chủ yếu sản phẩm hóa thạch khí đốt, than đá đặc biệt dầu mỏ, chúng tái tạo theo số dự báo nguồn dầu mỏ dần cạn kiệt vòng vài chục năm ii Bên cạnh đó, tác hại đến mơi trường nhiễm nguồn nước ngầm, ô nhiễm đất, ô nhiễm không khí….từ việc sử dụng sản phẩm hóa thạch ngày trầm trọng Do đó, việc nghiên cứu, tìm kiếm nguồn nguyên liệu thay thế, sản phẩm tái tạo, thân thiện mơi trường, từ nguồn sinh học xăng sinh học, dầu sinh học, dầu nhờn sinh học… nhà khoa học quan tâm Hòa chung với xu hướng chung giới khu vực, phủ Việt Nam triển khai rộng rãi toàn quốc việc sử dụng xăng sinh học E5 tạo nhiều điều kiện thuận lợi cho việc nghiên cứu, xây dựng phát triển trình sản xuất lượng sạch, tái tạo, thay thế, không phụ thuộc vào nguồn dầu mỏ Nhu cầu sử dụng sản phẩm dầu mỏ nói chung hay dầu nhờn Việt Nam tăng cao kinh tế nước phát triển Việt Nam, cần nhiều máy móc cơng nghiệp nặng hoạt động, cần nhiều phương tiện giao thông để vận chuyển hàng hóa, lại Theo quy hoạch Chính phủ Việt Nam đến năm 2020 nhu cầu sử dụng xe máy xe ôtô Việt Nam số không nhỏ, với khoảng 33 triệu xe máy 3,5 triệu xe ô tô nên nhu cầu sử dụng dầu nhờn lớn, Việt Nam lại chưa sản xuất dầu gốc khoáng phải nhập hồn tồn từ nước ngồi Bên cạnh đó, Việt Nam nước xuất thủy hải sản lớn giới Một sản phẩm mặt hàng thủy hải sản phi lê cá tra Theo quy hoạch Chính phủ, đến năm 2020, nước ta chế biến từ 1,8 – 1,9 triệu cá tra, cá basa Do mặt hàng xuất cá phi lê chiếm khoảng 1/3 khối lượng cá, phần lại phụ phẩm mỡ, da, đầu, xương… Nên lượng phụ phẩm mỡ cá lớn, hàng năm thu gom 400.000 mỡ Trước đây, phần lớn mỡ cá thường không tiêu thụ được, bị bỏ làm thức ăn gia súc nên giá trị kinh tế mang lại thấp, gây lãng phí gây nhiễm mơi trường Các tính chất hóa lý cần quan tâm lựa chọn nguyên liệu mỡ cá độ nhớt, số độ nhớt, số acid… Quan trọng số acid mỡ cá phải có giá trị nhỏ 5mgKOH/g mỡ cá dựa theo kết báo cáo khoa học nước Mỡ cá chọn lựa sử dụng, theo kết phân tích chúng tơi, có số acid iii 3,5 mgKOH/g mỡ nằm khoảng giá trị đề nghị Những năm gần đây, có số nghiên cứu sử dụng mỡ cá để chế biến biodiesel, kết khả quan quy mô pilot ứng dụng thực tế biodiesel khiêm tốn, quy mô sản xuất nhỏ, cần nghiên cứu thêm ảnh hưởng đến động diesel sử dụng biodiesel hệ thống phân phối chưa rộng khắp, tâm lý người tiêu dùng… Hiện nay, có số nhà máy dùng mỡ cá để sản xuất dầu ăn, trích ly omega 3, 6, 9,… Tuy nhiên thị phần khiêm tốn số nhà máy đưa vào hoạt động, người tiêu dùng quen sử dụng dầu ăn làm từ dầu thực vật Có số đề tài nghiên cứu nước sử dụng loại dầu thực vật làm dầu gốc sinh học, mỡ bôi trơn sinh học qua số thực nghiệm nhóm nghiên cứu chúng tơi nhóm nghiên cứu khác cho thấy rằng, thành phần mỡ cá loại dầu thực vật tương tự nhau, chủ yếu triglyxerit axit béo Vậy với nguồn ngun liệu mỡ cá dồi dào, có tính chất hoá lý phù hợp để sản xuất dầu gốc sinh học nên nhận định rằng, mỡ cá tra nguồn nguyên liệu hoàn toàn phù hợp cho trình sản xuất dầu gốc sinh học Trên sở này, chuyên đề "nghiên cứu xử lý vật lý mỡ cá tra làm dầu gốc sinh học" đề xuất thực Mục tiêu a Mục tiêu tổng quát : Mục tiêu tổng quát đề tài nghiên cứu sản xuất dầu nhờn sinh học từ mỡ cá b Mục tiêu cụ thể: Trong khuôn khổ đề tài này, đặt mục tiêu cụ thể bao gồm: - Xử lý vật lý mỡ cá - Pha chế dầu nhờn sinh học từ mỡ cá qua xử vật lý với dầu gốc khoáng phụ gia Phương pháp nghiên cứu iv - Khảo sát tính chất nguyên liệu mỡ cá số iod, trị số axit, độ nhớt số độ nhớt, tỷ trọng, điểm chớp cháy cốc hở, điểm chảy thành phần axit béo - Thực nghiệm khảo sát trình xử lý mỡ cá thu dầu cá tinh chế - Phân tích tính chất đặc trưng dầu cá tinh chế theo tiêu chuẩn ASTM TCVN từ đánh giá chất lượng dầu cá tinh chế - Xây dựng công thức pha chế dầu nhờn sinh học từ dầu cá tinh chế, dầu gốc khoáng phụ gia - Phân tích tính chất đặc trưng dầu nhờn sinh học theo tiêu chuẩn ASTM TCVN từ đánh giá chất lượng sản phẩm dầu nhờn sinh học Tổng kết kết nghiên cứu Nghiên cứu đã đạt kết sau: - Khảo sát thực nghiệm trình xử lý tinh chế mỡ cá tra Phân tích ảnh hưởng thơng số cơng nghệ q trình thủy hóa, tách sáp trung hòa mỡ cá tra hệ thống thiết bị quy mơ phịng thí nghiệm Đề xuất điều kiện tối ưu cho trình xử lý tinh chế mỡ cá tra hệ thống thiết bị phịng thí nghiệm - Phân tích tính chất dầu cá tinh chế theo tiêu chuẩn chất lượng dầu gốc khoáng Đánh giá chất lượng dầu cá tinh chế so với dầu gốc khống - Xây dựng cơng thức phối trộn dầu nhờn sinh học từ dầu cá tinh chế, dầu gốc khoáng phụ gia tối ưu - Phân tích tính chất sản phẩm dầu nhờn sinh học theo tiêu chuẩn chất lượng dầu nhờn khoáng SAE 20W50 Đánh giá kết đạt kết luận Nghiên cứu xử lý mỡ cá tra thành dầu cá tinh chế Phân tích ảnh hưởng thông số công nghệ q trình thủy hóa, tách sáp trung hịa mỡ cá v tra đề xuất điều kiện tối ưu cho trình xử lý tinh chế mỡ cá tra hệ thống thiết bị phịng thí nghiệm Dầu cá tinh chế phân tích tính chất theo tiêu chuẩn chất lượng dầu gốc khoáng Các kết phân tích cho thấy rằng, dầu cá tinh chế sử dụng làm dầu gốc sinh học Tuy nhiên khả làm việc nhiệt độ thấp khả bền oxy hóa dầu cá tinh chế thấp so với dầu gốc khống SN500 Cơng thức phối trộn dầu nhờn sinh học từ dầu cá tinh chế, dầu gốc khoáng phụ gia xây dựng Các sản phẩm phối trộn dầu nhờn sinh học phân tích chất lượng theo tiêu chuẩn chất lượng dầu nhờn khống SAE 20W50 Giống tính chất dầu cá tinh chế, mẫu dầu nhờn sinh học tỉ lệ pha chế dầu cá tinh chế / dầu gốc khống (30/90 ÷ 50/50) có khả làm việc nhiệt độ thấp khả bền oxy hóa chưa đáp ứng theo tiêu chuẩn chất lượng dầu nhờn khoáng SAE 20W50 bổ sung phụ gia công thức pha chế Quan trọng tăng lượng dầu cá tinh chế vào công thức pha chế dầu nhờn sinh học góp phần giải lượng phụ phẩm mỡ cá trình chế biến cá tra xuất Điều vừa nâng cao tính kinh tế cho người nuôi cá tra, vừa giải vấn đề môi trường mà người hướng tới nguồn lượng xanh, bền vững Tóm tắt kết (tiếng Việt tiếng Anh) Nghiên cứu xử lý mỡ cá tra thành dầu cá tinh chế Q trình thủy hóa thực theo phương án thủy hóa thiết bị khuấy thực thiết bị khuấy cavitation Hiệu trình thủy hóa mỡ cá nước (2% khối lượng mỡ cá) thực thiết bị khuấy cavitation mang lại hiệu cao Cụ thể độ giảm trị số axit1 giảm 1.03% phút, 40oC, 60psi Điều kiện tối ưu trình tách sáp nhiệt độ làm lạnh 9oC thời gian làm lạnh giờ, kết nhiệt độ chảy mềm mỡ cá sau tách sáp giảm từ 21 xuống 9oC Kết phân tích tính chất dầu cá tinh chế theo tiêu chuẩn chất lượng dầu gốc khống cho thấy rằng, hầu hết tính chất dầu cá tinh chế đáp vi ứng theo tiêu chuẩn chất lượng dầu gốc khoáng Nghiên cứu tiến hành pha chế dầu nhờn sinh học từ dầu cá tinh chế, dầu gốc khoáng phụ gia Trên sở cơng thức pha chế dầu nhờn khống SAE 20W50, cố định lượng phụ gia, thay đổi lượng dầu gốc khoáng dầu cá tinh chế tỉ lệ (kl/kl) dầu cá tinh chế/dầu gốc khoáng 10/90, 20/80, 30/70, 40/60 50/50 Từ kết phân tích cho thấy dầu nhờn sinh học tỉ lệ phối trộn 80% (kl) dầu gốc khoáng 20%(kl) dầu cá tinh chế với phụ gia đáp ứng theo tiêu chuẩn chất lượng dầu nhờn khoáng SAE 20W50 Các kết đề tài cho thấy mỡ cá tra nguồn nguyên liệu sẵn có Việt Nam sử dụng làm dầu gốc sinh học pha chế dầu nhờn sinh học Điều vừa góp phần nâng cao kinh tế cho người ni cá tra vừa góp phần bảo vệ mơi trường The study treated Catfish fat to refined Catfish oil The hydration process performed in both mechanical stirrer reactor and cavitator reactor The yield of hydration of catfish fat carried out in cavitator was higher than that of it carried out in mechanical stirrer reactor using water at 2wt.% catfish fat, the optimal conditions of hydration of catfish fat carried out in mechanical stirrer reactor was 55 oC, 40 minutes and the acid value decreased 0.21% while the optimal conditions of hydration of catfish fat carried out in cavitator was 40 oC, minutes and the acid value decreased 1.03% The optimum condition of the wax extraction process is the cooling temperature of oC and the cooling time of hours and the pour point of product of the wax decreased significantly, form 21 o C of Catfish fat material down to oC From the analysis results show that, most of the properties of refined Catfish oil can meet the quality standards of mineral base oil The study blended the bio-lubricants from refined Catfish oil, mineral base oil and additives Based on SAE 20W50 mineral lubricant formula, fixing the amount of additives, changing the amount of mineral base oil by refined Catfish oil at the ratior (kl / kl) of refined Catfish oil / mineral oil at 10 / vii 90, 20/80, 30/70, 40/60 and 50/50 From the analysis results show that, biolubricant blend at the ratio of 80% (kl) mineral base oil and 20% (kl) refined Catfish oil with additives can meet nearly the quality standards of SAE 20W50 lubricant The results of the research show that Catfish fat can an available material source in Vietnam that can be used as bio-based oil for blending biolubricants This has both contributed to improving the economy for Catfish farmers and contributing to environmental protection III Sản phẩm đề tài, công bố kết đào tạo 3.1 Kết nghiên cứu ( sản phẩm dạng 1,2,3) 3.1 Kết nghiên cứu ( sản phẩm dạng 1,2,3) TT Tên sản Yêu cầu khoa học hoặc/và tiêu kinh tế - kỹ thuật phẩm Đăng ký Đạt Đạt tiêu theo Dầu gốc sinh Đạt tiêu tiêu chuẩn chất lượng dầu gốc học theo tiêu chuẩn chất độ nhớt, số độ nhớt, tỷ lượng dầu gốc trọng, nhiệt độ chớp cháy cốc hở, hàm lượng kim loại… Dầu sinh học Đạt tiêu theo nhờn Đạt tiêu theo tiêu chuẩn chất lượng dầu nhờn động tiêu chuẩn chất lượng dầu nhờn động độ nhớt, số độ nhớt, tỷ trọng, nhiệt độ chớp cháy cốc hở, trị số kiềm tổng, hàm lượng kim loại… viii … Quy trình xử - Đơn giản, dễ thực hiện, - Q trình thủy hóa lý vật lý mỡ ổn định - Quá trình tách sáp cá - Hạn chế sử dụng hóa chất Cơng thức - Đơn công nghệ phải rõ - sản xuất dầu ràng thành phần nhờn học sinh chất - Bảng hướng dẫn thực sản xuất tiết, dễ hiểu, dễ thực Bài báo Bài báo quốc tế Scopus Bài báo gửi cho tạp chí chí vấn đề “Pha chế dầu nhờn “RASAYAN Journal of sinh học từ phụ phẩm mỡ Chemistry” đăng cá da trơn” Vol.12, No 4, 10-12, 2019 DOI: http://dx.doi.org/10.31788/RJC 2019.1245289 Kết tham 04 khóa luận đồ án Hồn thành 04 khóa luận/đồ án gia đào tạo tốt nghiệp Đại học tốt nghiệp Đại học K9, K10 đại học ix 1.4 Kết xác định hàm lượng kim loại mẫu VL3 1.5 Kết xác định hàm lượng kim loại mẫu VL4 62 1.6 Kết xác định hàm lượng kim loại mẫu VL5 63 Kết phân tích TBN 2.1 Kết phân tích TBN mẫu SAE 20W50 64 2.2 Kết phân tích TBN mẫu VL1 65 66 2.3 Kết phân tích TBN mẫu VL2 2.4 Kết phân tích TBN mẫu VL3 67 2.5 Kết phân tích TBN mẫu VL4 68 2.6 Kết phân tích TBN mẫu VL5 69 70 Kết xác định độ bền nhiệt phương pháp TGA 3.1 Kết đo TGA mẫu mỡ cá (MC) 71 3.2 Kết đo TGA mẫu dầu cá tinh chế (DCTC) 72 3.3 Kết đo TGA mẫu dầu gốc khoáng (DGK) – SN500 73 PHẦN III PHỤ LỤC ĐÍNH KÈM Hợp đồng thực đề tài nghiên cứu khoa học Thuyết minh đề tài phê duyệt Quyết định nghiệm thu Hồ sơ nghiệm thu (biên họp, phiếu đánh giá, bảng tổng hợp điểm, giải trình, phiếu phản biện) Sản phẩm nghiên cứu (bài báo, vẽ, mơ hình .) 74 75 76 ... mỡ cá tra làm dầu gốc sinh học" đề xuất thực Mục tiêu a Mục tiêu tổng quát : Mục tiêu tổng quát đề tài nghiên cứu sản xuất dầu nhờn sinh học từ mỡ cá b Mục tiêu cụ thể: Trong khuôn khổ đề tài. .. tổng quát 1.1 Tên đề tài: Sản xuất dầu nhờn sinh học từ phụ phẩm mỡ cá da trơn 1.2 Mã số: 171.4091 1.3 Danh sách chủ trì, thành viên tham gia thực đề tài Họ tên Đơn vị cơng tác Vai trị thực đề. .. sản phẩm từ tôm Nguồn mỡ cá da trơn có tiềm sử dụng để sản xuất dầu nhờn sinh học Việt Nam mỡ cá tra cá basa Về mặt phân loại, cá tra cá basa thuộc cá nheo (Siluriformes), họ cá tra (Pangasidae),