3. Nội dung và phương phỏp nghiờn cứu
2.1.3Cỏc phương phỏp sản xuất nhiờn liệu biodiesel
a) Phương phỏp sấy núng nhiờn liệu
Đõy là phương phỏp sấy núng dầu thực vật hoặc mỡ động vật để giảm độ nhớt của nú về gần độ nhớt thớch hợp của nhiờn liệu đỏp ứng yờu cầu làm việc của động cơ. Độ nhớt của nhiờn liệu sẽ giảm khi nhiệt độ tăng. Phương phỏp này đơn giản nhưng khụng hiệu quả vỡ để dầu thực vật và mỡ đạt được độ nhớt cần thiết cho nhiờn liệu diesel thỡ đũi hỏi nhiệt độ khỏ cao (vớ dụ như đối với dầu Canola ở nhiệt độ mụi trường thỡ độ nhớt của nú gấp 12 lần so với nhiờn liệu diesel, ở nhiệt độ 80
0C thỡ độ nhớt vẫn cũn gấp 6 lần so với nhiờn liệu diesel), hơn nữa hệ thống gia nhiệt cho dầu khụng thể duy trỡ mói khi động cơ khụng hoạt động, điều đú làm cho dầu sẽ bị đụng lại đặc biệt là vào mựa đụng, trước khi khởi động dầu cần phải được đốt núng nờn gõy ra những bất tiện cho người lỏi xe .
b) Phương phỏp pha loóng dầu thực vật
Đõy là một trong những phương phỏp đơn giản làm giảm độ nhớt và làm tăng chỉ số cetan, cú thể sử dụng diesel khoỏng để làm mụi chất pha loóng. Khi đem pha loóng dầu thực vật với diesel khoỏng sẽ tạo ra một hỗn hợp nhiờn liệu mới từ dầu thực vật. Đõy là một hỗn hợp cơ học giữa dầu nhiờn liệu dầu thực vật và diesel là một hỗn hợp đồng nhất và bền vững. Cỏc chỉ số đặc tớnh của hỗn hợp tựy thuộc vào tỷ lệ thành phần giữa dầu thực vật và diesel .
c) Phương phỏp cracking
Dầu và mỡ sau khi bị nhiệt phõn sẽ tạo thành cỏc hợp chất cú mạch ngắn hơn do đú độ nhớt sẽ giảm đi. Xỳc tỏc tiờu biểu sử dụng trong quỏ trỡnh nhiệt phõn là SiO2 và Al2O3. Nhược điểm của phương phỏp là thiết bị sử dụng trong quỏ trỡnh sản xuất khỏ đắt..
Biodiesel cũng cú thể được sản xuất bằng hydrocracking. Những quỏ trỡnh cụng nghệ mới đang được phỏt triển mà khụng tạo ra Glycerol. Quỏ trỡnh này bao gồm cỏc cụng đoạn: hydrocracking, làm sạch bằng hydro và hydro hoỏ.
Hiệu suất thu sản phẩm khoảng 75á80% với chỉ số cetane cao (~100). Thành phần sulfur thấp hơn 10 ppm. Nú phõn ró 95% sau 28 ngày, trong khi đú dầu diesel phõn ró 40% trong cựng một khoảng thời gian. Lợi ớch chớnh hơn những biodiesel khỏc là nú làm giảm lượng NOx. Quỏ trỡnh này sử dụng xỳc tỏc hydro hoỏ và hydro tinh khiết thương mại thụng thường. Quỏ trỡnh hydrocracking cú thể là một lựa chọn thớch hợp cho những nhà mỏy lọc dầu. Phương phỏp này cú thể dễ dàng thớch hợp với nhà mỏy lọc dầu nhờ vào nguồn hydro được tạo ra trong nhà mỏy. Tuy nhiờn, quỏ trỡnh này vẫn chưa được ỏp dụng vào thực tế .
d) Phương phỏp nhũ tương húa dầu thực vật
Nhiờn liệu ban đầu là dầu thực vật, rượu và chất tạo sức căng bề mặt với thiết bị tạo nhũ cú thể tạo ra nhũ tương, dầu thực vật, rượu, trong đú cỏc hạt rượu cú kớch thước 150nm được phõn bố đều trong nhũ tương. Nhiờn liệu nhũ tương cú độ nhớt tương đương dầu diesel, tỷ lệ rượu càng lớn thỡ độ nhớt nhũ tương càng giảm. Tuy nhiờn trong lỳc này dễ tạo ra cỏc hạt nhũ tương càng nhỏ, khả năng phõn lớp nhũ tương tăng lờn làm nhũ tương kộm đồng nhất do đú cần cú biện phỏp bảo quản nhũ tương. Nhiệt độ húa hơi của rượu thấp nờn một phần rượu bay hơi sẽ cản trở quỏ trỡnh làm việc bỡnh thường của hệ thống nhiờn liệu .
e) Phương phỏp chuyển húa este
Phản ứng chuyển húa este là phản ứng giữa cỏc acid bộo trong dầu và mỡ và rượu tạo thành este (biodiesel) và Glycerol. Đõy là phương phỏp được sử dụng phổ biến hiện nay để sản xuất biodiessel do sản phẩm thu được cú những tớnh chất tương tự như nhiờn liệu diesel, và sản phẩm phụ Glycerol cú giỏ trị sử dụng cao trong cụng nghiệp mỹ phẩm và dược phẩm. Sơ đồ cụng nghệ sản xuất biodiesel từ cỏc nguồn nguyờn liệu khỏc nhau được thể hiện trờn hỡnh 1.1.
Hỡnh 1.1. Sơ đồ cụng nghệ sản xuất biodiesel từ cỏc nguồn nguyờn liệu khỏc nhau
Dầu chưa tinh
luyện Dầu tinh luyện
Mỡ động vật, dầu đó qua sử dụng … cú độ axit cao Chưng cất metanol Chuẩn bị axit xitrit Tỏch Làm sạch Glixerin
Chuyển vị este Este húa
Làm sạch Biodiesel Glixerin Xỳc tỏc Axit xitrit Metanol ll Tinh luyện Hỗn hợp sản phẩm Sản phẩm este húa Axit bộo tự do Metanol ướt Metanol ướt Glixerin nn Este Metanol ư ớt Nước
Nguyờn liệu sau khi đó làm sạch, lọc, loại bỏ chất bẩn, trung hoà cỏc axit bộo tự do sẽ được sử dụng. Từ đú pha methanol hoặc ethanol vào chất bộo (từ dầu thực vật hay mỡ động vật) và dựng xỳc tỏc là những kiềm mạnh (NaOH hay KOH) hoặc Natrisilicat ở ỏp suất thụng thường và nhiệt độ phự hợp. Liờn kết ester của glyxerin với axit bộo trong dầu mỡ bị phỏ huỷ, cỏc axit bộo sẽ được ester hoỏ với methanol hoặc ethanol cũn glyxerin được tỏch ra. Qua chuyển đổi este, dầu biodiesel cú độ nhớt thấp hơn nhiều so với dầu thực vật và cú thể dựng làm nhiờn liệu thay thế cho dầu diesel trờn cỏc động cơ diesel mà khụng cần thay đổi kết cấu động cơ.
Quỏ trỡnh sản xuất biodiesel thực chất là quỏ trỡnh làm sạch nguyờn liệu và thực hiện phản ứng este húa chộo. Ở phản ứng este húa chộo thường phải cú sự tham gia của chất xỳc tỏc là axit mạnh như H2SO4. Đõy là quỏ trỡnh thuận nghịch nờn nú diễn ra khụng hoàn toàn và khỏ chậm. Do đú, để hiệu suất phản ứng cao thỡ ngoài tỏc nhõn chất xỳc tỏc thỡ cần phải tỏc động đến cỏc nhõn tố như nhiệt độ, ỏp suất, và nồng độ cỏc chất phản ứng tham gia, đảm bảo sao cho cỏc nhõn tố này ở giỏ trị thớch hợp và ổn định.