Hiện nay,nguồn dầu khoáng đang cạn kiệt dần và vấn đề ô nhiễm môi trường đặt ra cho con người phải tìm ra những loại nhiên liệu thay thế.Trong những năm gần đây,rất nhiều nước trên thế giới đã quan tâm tới sản xuất các loại nhiên liệu sạch,đặc biệt là nhiên liệu sinh học.Biodiesel là nhiên liệu sinh học được quan tâm hơn cả do xu hướng diesel hóa động cơ trên toàn cầu.Ở Việt Nam các
nhà khoa học đã bắt tay vào nghiên cứu sản xuất biodiesel trong phòng thí nghiệm và quy mô sản xuất nhỏ và rất có triển vọng.
Biodiesel là các alkyl este của axyt béo,một phụ gia rất tốt cho nhiên liệu diesel để làm giảm lượng khí thải,hơn thế nữa nó là nguồn nguyên liệu có thể tái tạo được.Biodiesel được sản xuất từ các nguồn khác nhau như dầu,mỡ động thực vật,từ cặn dầu thải.
So sánh nhiên liệu sinh học và nhiên liệu từ dầu mỏ:
Nhiên liệu dầu mỏ Nhiên liệu sinh học
Sản xuất từ dầu mỏ Sản xuất từ nguyên liệu thực vật Hàm lượng lưu huỳnh cao Hàm lượng lưu huỳnh cực thấp Chứa hàm lượng chất thơm Không chứa hàm lượng chất thơm
Khó phân hủy sinh học Có khả năng phân hủy sinh học cao
Không chứa hàm lượng oxy Có 11% oxy
Điểm chớp cháy thấp Điểm chớp cháy cao
Như vậy việc phát triển nhiên liệu sinh học có lợi về nhiều mặt như sẽ giúp nhiên liệu cháy triệt để hơn (vì thêm oxy trong thành phần nhiên liệu ),giảm đáng kể các khí thải độc hại như SO2, CO , CO2,các hydrocarbon chưa cháy hết,giảm cặn buồng đốt…mở rộng nguồn năng lượng,đóng góp vào an ninh năng lượng
2.Các nguồn nguyên liệu để sản xuất biodiesel:
Nguyên liệu chính để sản xuất biodiesel là dầu thực vật,trong dầu thực vật có chứa lipit, triglyxerit, photpholipit, sáp ,hợp chất chứa Nito ,Saccarit và dẫn xuất của chúng, nguyên tố khoáng chất ( chất trơ ) ,..trong đó để sản xuất biodiesel chủ yếu sử dụng thành phần triglyxerit của dầu thực vật.
• Mỡ động vật,với loại nguyên liệu này,ngoài tác nhân trao đổi este là
metanol,có thể dùng tác nhân 65% metanol+ 35% etanol cũng thu được độ nhớt cần thiết của biodiesel
• Dầu phế thải của nhà máy chế biến dầu,mỡ:Trị số xetan của sản phẩm thu được cũng đạt tới 49,đáp ứng tiêu chuẩn của diesel thông dụng
• Dầu tảo: Cho hiệu suất thu hồi biodiesel cao hơn dầu thực vật
3.Các phương pháp tổng hợp biodiesel:
3.1.Tổng hợp biodiesel theo phương pháp trao đổi este:
Phương pháp chuyển hóa este tạo biodiesel là tốt nhất,vì các đặc tính vật lý của alkyl este rất gần với nhiên liệu diesel thông dụng và các quá trình này cũng tương đối đơn giản,chi phí thấp
R1COOCH2 CH2-OH R1 COOR │ │ │ │
R2COOCH + 3ROH ↔ CH-OH + R2 COOR │ │
R3 COOCH2 CH2-OH R3 COORDầu thực vật rượu mạch thẳng Gryxerin Biodiesel Dầu thực vật rượu mạch thẳng Gryxerin Biodiesel
Tác nhân phản ứng trao đổi este là các alcol khác nhau,thông thường hay dùng là metanol.
3.2.Tổng hợp biodiesel bằng phương pháp hydrocracking xúc tác dầu thực vật:
Phương pháp này thực hiện ở nhiệt độ cao,450 ÷500° có sử dụng xúc tác.Bản chất là sẽ xảy ra phản ứng cắt đứt liên kết C-H ,liên kết C-OOR để tạo ra các hydrocarbon khác nhau,tách ra CO2, hoặc H2O.Như vậy khác với phương pháp trao đổi este,sản phẩm tạo ra hầu như không còn oxy,thành phần gần giống diesel khoáng.Sản phẩm thu được gọi là Green diesel không chứa oxy có trị số xetan đạt rất cao tới 80,90.
3.3.Nhiệt phân dầu thực vật:
Nhiệt phân là phân hủy các phân tử dầu thực vật bằng nhiệt không có mặt của oxy,kết quả tạo ra các alkan, alkadien ,các axit cacboxylic ,hợp chất thơm và lượng nhỏ các sản phẩm khí
4.So sánh chất lượng biodiesel và diesel khoáng :
Sản phẩm cháy của biodiesel sạch hơn nhiều so với nhiên liệu diesel
khoáng,riêng B-20 (20% biodiesel ,80% diesel khoáng ) có thể được sử dụng trong các động cơ diesel mà không cần làm thay đổi kết cấu của động cơ,thực tế các động cơ diesel sẽ chạy tốt hơn khi pha chế 20% diesel
So sánh tính chất của nhiên liệu diesel khoáng với biodiesel
Các chỉ tiêu biodiesel Diesel khoáng
Tỷ trọng 0.87÷0.89 0.81÷0.89
Độ nhớt động học ở 40°C,cSt
3.7÷5.8 1.9÷4.1
Trị số xetan 46÷70 40÷55
Nhiệt lượng tỏa ra khi cháy,cal/g
37000 43800
Hàm lượng lưu huỳnh,% 0.0÷0.0024 0.5
Điểm vẩn đục,°C -11÷16 -
Chỉ số iot 60÷135 8.6
5.Ưu điểm của biodiesel:
a) Trị số xetan cao: Biodiesel là các alkyl este mạch thẳng do vậy có trị số xetan
cao hơn so với diesel khoáng,trị số xetan của biodiesel thường từ 56÷58
b) Hàm lượng lưu huỳnh thấp : Trong biodiesel hàm lượng lưu huỳnh rất
thấp,khoảng 0.001% .Đặc tính này của Biodiesel giúp làm giảm đáng kể khí thải và ăn mòn động cơ
c) Quá trình cháy sạch : Do trong nhiên liệu biodiesel chứa khoảng 11% oxy nên
quá trình cháy của nhiên liệu xảy ra hoàn toàn.Vì vậy với những động cơ sử dụng nhiên liệu Biodiesel thì sự tạo muội,đóng cặn trong động cơ giảm đáng kể.
d) Khả năng bôi trơn cao nên giảm mài mòn: Biodiesel có khả năng bôi trơn bên
trong rất tốt,khi thêm vào một tỉ lệ thích hợp biodiesel sự mài mòn của động cơ được giảm mạnh
e) Tính ổn định của biodiesel: Sự thuận lợi rất lớn về mặt môi trường của biodiesel
là khả năng phân hủy rất nhanh,tuy nhiên cần chú ý trong khâu bảo quản.
f) Khả năng thích hợp cho mùa đông: biodiesel rất phù hợp cho sử dụng vào mùa
đông ở -20°C do ít kết tinh và có TSXT cao
g) Giảm lượng khí thái độc hại và nguy cơ gây bệnh ung thư:Do trong biodiesel có
rất ít S và các hợp chất thơm,cháy triệt để
h) An toàn về cháy nổ tốt hơn : biodiesel có nhiệt độ chớp cháy cao,trên 110°C so
với diesel khoáng chỉ 60°C
i) Nguồn nguyên liệu cho tổng hợp hóa học : biodiesel còn dùng sản xuất rượu
béo,dược phẩm,…
k) Có khả năng tái sinh: tạo ra nguồn năng lượng độc lập dầu mỏ,tái sinh được h) Tận dụng dầu thải để làm biodiesel
Bên cạnh đó biodiesel cũng có một số hạn chế như giá thành khá cao ,tính chất thời vụ,có thể gây ô nhiễm nếu quá trình sản xuất không đảm bảo