Nghiên cứu khả năng sản xuất nhiên liệu biodiesel từ dầu thải thực vật để giảm thiểu ô nhiễm môi trường

Thành phần hố học của dầu ăn phế thải

Tương tự như dầu thực vật, dầu ăn phế thải có thành phần chính là triglycerit, ngồi ra còn có một lượng nhỏ acide béo tự do. Thành phần acid béo trong dầu ăn phế thải không thay đổi nhiều so với dầu nguyên chất (xem Bảng 1.10).

Mục tiêu nghiên cứu

Trong đó, phương pháp sử dụng xúc tác bazơ có nhiều ưu thế đang được quan tâm chú ý. Trong đề tài này, chúng tôi tiến hành nghiên cứu khả năng sử dụng NaOH công nghiệp để xúc tác cho phản ứng tổng hợp methyl ester từ dầu thực vật phế thải của Việt Nam.

Thực nghiệm

• Khảo sát phản ứng tổng hợp methyl ester của dầu ăn phế thải 1. Xúc tác
• Sơ đồ tổng hợp methyl ester từ dầu phế thải dạng rắn 1. Sơ đồ tổng hợp

Sử dụng methanol công nghiệp, đây là loại alcol cho hiệu suất phản ứng cao, đồng thời giá cả cũng phù hợp. Để khắc phục việc tạo xà phòng trong quá trình phản ứng, hiệu suất phản ứng vẫn đạt cao mà không phải tăng thời gian phản ứng. Khảo sát thời gian phản ứng từ 60 – 120phút căn cứ vào hiệu suất và chất lượng sản phẩm để chọn ra thời gian phù hợp.

Nhưng đây là phản ứng thuận nghịch nên muốn hiệu suất đạt cao phải cho dư lượng methanol ở lượng hợp lý cần thiết. Rửa sản phẩm: Nước đầu cho 30% nước cất, 0,5ml H3PO4 khuấy trộn nhẹ sao cho nước trộn đều với methyl ester (không khuấy mạnh quá sản phẩm sẽ tạo nhũ hiệu suất giảm). Để biết sản phẩm đã sạch ta thấy nước rửa trong suốt không có gợn đục, đồng thời kiểm tra PH ở nước rửa trung tính là được.

Phối trộn methyl ester với nhiên liệu diesel

Phản ứng kết thúc hỗn hợp được cho vào bình chiết tách glycerin ở phía dưới, thời gian chiết tách là 3h. Rửa thêm hai lượt bằng nước cất, cũng khuấy trộn như trên là sản phẩm đã sạch. Trước khi đem khảo sát sản phẩm được lọc qua hai lớp giấy lọc mịn.

Đong chính xác lượng MEWCO và DO theo % thể tích của từng mẫu, cho vào bình đựng hỗn hợp rồi lắc đều trong thời gian 5 phút để tạo thành hỗn hợp đồng nhất. Sản phẩm để ổn định sau 24 giờ, kiểm tra nếu không thấy phân lớp thì đem mẫu đi xác định chỉ tiêu.

Khảo sát nguyên liệu

Dựa vào kết quả kiểm nghiệm, có thể thấy dầu nguyên liệu chứa chủ yếu là các acid béo có mạch carbon dài từ C12 trở lên. Đây cũng là một khó khăn nữa cho việc khảo sát các điều kiện phản ứng để đạt được điểm chảy và điểm vẩn đục theo yêu cầu của sản phẩm. Ngồi hai chỉ số trên các chỉ số khác như tỷ trọng và hàm lượng cặn carbon cũng cần phải được cải thiện theo để sau phản ứng có thể phù hợp làm nhiên liệu cho động cơ diesel.

Trong luận văn này, quá trình chuyển methyl ester hóa được sử dụng như là phương pháp để khắc phục những nhược điểm này của dầu thải. Mặt khác, từ Bảng 3.2, ta có thể thấy rằng chỉ số acid của dầu thải tương đối thấp, nghĩa là hàm lượng acid béo tự do có trong dầu cũng thấp. Đây sẽ là điểm thuận lợi khi chúng ta tiến hành phản ứng ester hóa với xúc tác kiềm vì khả năng tạo xà phòng thấp.

Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng methyl ester trong hỗn hợp của chúng và dầu nguyên liệu đến độ nhớt động học

Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng methyl ester trong hỗn hợp của chúng và dầu nguyên. Khảo sát ảnh hưởng của methyl ester đến độ nhớt của hỗn hợp methyl ester và dầu nguyên liệu.

Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất tạo ester

Điều này có thể giải thích là vì phản ứng ester hóa là phản ứng thuận nghịch nên với lượng tác chất càng dư thì phản ứng sẽ càng thuận lợi theo chiều hướng tạo sản phẩm. Với mục đích khảo sát để tìm ra tỷ lệ mol giữa methanol và dầu phù hợp với lợi ích kinh tế và chất lượng, chúng tôi chọn tỷ lệ mol methanol : dầu là 5,2 : 1. Quan sát ở thí nghiệm ta thấy khi xúc tác tăng lên đến 1% thì lúc tách glycerin xong có hiện tượng xà phòng bám ở xung quanh phía dưới của bình chiết, có nghĩa là đã dư lượng xúc tác NaOH và phản ứng phụ xà phòng hóa đã xảy ra.

Điều đó chứng tỏ xúc tác thiếu, phản ứng xảy ra chưa hồn tồn, còn có các sản phẩm trung gian và nguyên liệu dư (ví dụ như di- và tri-glyceride). So với các kết quả từ những nghiên cứu trước đây, chúng ta có thể thấy rằng các kết quả thu được về hiệu suất trong luận văn này là tương tự như kết quả thu được khi sử dụng các tác chất là hóa chất tinh khiết (chất lượng phân tích). Về điều kiện phản ứng tiến hành, các thông số về thời gian phản ứng, lượng xúc tác và nhiệt độ phản ứng là tương tự như các kết quả thu được khi dùng hóa chất tinh khiết, trong khi lượng methanol sử dụng là thấp hơn.

Xác định các tính chất hố lý của methyl ester (MEWCO) và diesel (DO) 1. So sánh đường chưng cất ASTM của methyl ester và diesel

Nhận xét: Nhiệt độ sôi đầu của methyl ester là 3200C cao hơn nhiều so với nhiên liệu diesel 1740C, nhiệt độ sôi của DO tăng nhanh vượt nhiệt độ sôi của methyl ester ở 80% thể tích và tăng đến nhiệt độ cuối, trong khi đó nhiệt độ sôi của methyl ester lại giảm xuống ở 95% thể tích và thấp hơn nhiệt độ cuối của diesel. Sở dĩ có sự giảm nhiệt độ của methyl ester là do sự phân huỷ các ester, sự nhiệt phân những methyl ester mạch dài bị bẻ gãy tạo ra hợp chất có mạch carbon ngắn hơn và làm giảm nhiệt độ sôi của hỗn hợp methyl ester xuống thấp. Mặt khác, ta có thể thấy rằng, thành phần các hydrocarbon của nhiên liệu diesel phân bố đều trong khỏang nhiệt độ từ 1740C đến 3600C, trong khi thành phần các hydrocarbon của biodiesel chủ yếu phân bố trong khỏang nhiệt độ trung bình từ 3200C đến 3300C.

Nhiệt độ của điểm chảy và điểm vẩn đục của MEWCO cao hơn nhiều so với dầu DO, vì MEWCO được khảo sát từ nguyên liệu dầu thực vật đông đặc ở nhiệt độ thường có điểm vẩn đục khá cao, 430C. Nhìn vào bảng so sánh các chỉ tiêu của mẫu MEWCO đang khảo sát với biodiesel của một số nước trên thế giới thì thấy, mặc dù MEWCO khảo sát được đi từ nguyên liệu dầu thực vật đông đặc ở nhiệt độ thường, nhưng đa số các chỉ tiêu đã đạt so với tiêu chuẩn của một số quốc gia. Cũng như biodiesel được sản xuất từ các nguồn nguyên liệu dầu thải khác, MEWCO đang khảo sát muốn đem ra sử dụng phải được phối trộn với dầu DO theo tỷ lệ thích hợp thì sẽ cải thiện được thêm tất cả các chỉ tiêu, trong đó có chỉ tiêu điểm đông đặc.

Tính chất hố lý của các hỗn hợp phối trộn MEWCO và DO

Do nhiệt độ điểm đông đặc của MEWCO đang khảo sát cao hơn so với tiêu chuẩn Biodiesel của các nước trên thế giới, nên chúng tôi tiến hành phối trộn với dầu DO theo các tỷ lệ thể tích và đem xác định các chỉ tiêu của các mẫu hỗn hợp. Biểu đồ so sánh các chỉ tiêu hóa lý cho các hỗn hợp biodiesel từ B0 (nhiên liệu diesel) cho đến B100 (methyl ester) được trình bày trong các Hình 3.8-3.12. Khi tiến hành chưng cất lôi cuốn để xác định hàm lượng nước của mẫu B100, thì suốt quá trình chưng không phát hiện ra nước xuất hiện trong ống hứng.

Do vậy mà khi phối trộn MEWCO với dầu diesel, đem kiểm tra các mẫu phối trộn cũng không phát hiện ra nước. Tiến hành xác định độ ăn mòn miếng đồng với các mẫu từ B0 đến B100 đều đạt ở mức 1A, phù hợp với tiêu chuẩn cho phép. Qua tham khảo việc sử dụng biodiesel của một số nước trên thế giới; so sánh với các tiêu chuẩn diesel của Việt Nam, chúng tôi chọn B20 làm mẫu được khảo sát để đem ra sử dụng.

Khảo sát khả năng sử dụng của mẫu biodiesel B20

Nhìn vào bảng số liệu ta thấy điểm chảy của hỗn hợp tăng lên từ B0 đến B100. Nghĩa là khi ta giảm lượng MEWCO trong hỗn hợp thì điểm chảy cũng giảm theo. Đây là cơ sở để ta chọn lựa tỷ lệ phối trộn cho phù hợp, đạt được điểm chảy theo mong muốn.

Thành phần đường chưng cất ASTM của mẫu nhiên liệu diesel và B20 được trình bày trong Bảng 3.14 và Hình 3.13.