Có nhiều công nghệ tổng hợp bioddiessel bằng phương pháp trao đổi este. Trong phản ứng chuyển vị este, thời gian phản ứng và tách lớp quy định đặc tính của công nghệ sản xuất: Liên tục hay gián đoạn (theo chu kỳ).
64
Hình 2. 1. Sơ đồ chung để tổng hợp biodiesel từ dầu động, thực vật
Nhìn chung một dây chuyền sản xuất biodiesel cần phải đáp ứng những yếu tố nhất định. Đầu tiên khuấy trộn hỗn hợp rượu với xúc tác rồi thực hiện phản ứng trao đổi este. Sau đó phân tách sản phẩm thành pha glyxein và pha biodiesel. Pha biodiesel được mang đi rửa, tinh chế để tạo thành sản phẩm. Pha glyxerin được mang đi trung hòa, thu hồi methanol và tinh chế glyxerin. Sản phẩm sau khi tạo thành được kiểm tra để đảm bảo chất lượng. [2]
2.6.3.1.Công nghệ gián đoạn (theo chu kỳ)
Với lượng nguyên liệu đầu vào cao, phản ứng xảy ra chậm, để đạt hiệu suất phản ứng 100% cần thời gian tương đối dài. Năng suất toàn bộ quá trình sẽ giảm. Quy trình chỉ thích hợp cho sản xuất ở quy mô nhỏ. Công nghệ phổ biến ở Mỹ và những nước có
65 nhu cầu về biodiesel chưa cao.
Ưu điểm: Công nghệ đơn giản, chí phí thấp. Có thể sử dụng nhiều nguồn nguyên liệu khác nhau.
Đây là phương pháp đơn giản nhất để sản xuất biodiesel. Thiết bị chính là thùng khuấy. Cho rượu và dầu thực vật vào với tỷ lệ từ 4:1 đến 20:1 (theo mol) khuấy ở điều kiện 25 - 85°C xúc tác hay sử dụng là NaOH hoặc KOH, chiém từ 0,3% đến 1,5% KL. Sau khi kết thúc, hỗn hợp phản ứng được để ổn định trong thiết bị phân ly tách riêng hai pha bằng máy ly tâm. Rượu có ở cả trong hai pha, loại bằng cách cho bay hơi. Pha este được trung hoà, rửa bằng nước ấm để thu biodiesel. Pha glyxerin cũng được trung hoà rồi rửa để thu glyxerin. [17]
Hình 2. 2. Sơ đồ sản xuất biodiesel theo phương pháp gián đoạn
2.6.3.2.Công nghệ liên tục
Nhu cầu biodiesel ở Âu châu không ngừng tăng cao, người ta sản xuất biodiesel với công suất vài triệu lít/năm. Công nghệ theo chu kỳ không thỏa mãn nhu cầu cung ra thị trường. Người ta kết hợp nhiều lò phản ứng với nhau hoặc làm lò phản ứng theo dạng hình ống để kéo dài thời gian phản ứng, sau mỗi lò phản ứng đặt thiết bị tách lớp. Vì vậy, lượng nguyên liệu vào cao nhưng hiệu suất phản ứng vẫn đạt tối đa. [17]
66
thiết bị thứ nhất lại tiếp tục được đưa vào thiết bị tiếp theo để phản ứng triệt để hơn. Bằng phương pháp này có thể đạt hiệu suất biodiesel đến 98 ÷ 99%.
Ưu điểm: Công suất lớn, dễ tự động toàn bộ quy trình. Giảm chi phí sản xuất. Nhược điểm: Đòi hỏi chí phí đầu tư ban đầu cao vào việc xây dựng hệ thống lò phản ứng.
Hình 2. 3. Sơ đồ sản xuất biodiesel theo phương pháp liên tục
2.6.3.3.Sản suất biodiesel ở Viện Hóa học công nghiệp
Ở Việt Nam, Viện Hóa học công nghiệp đã sản suất biodiesel với công suất 200 tấn/năm. Từ khi đi vào sản xuất đến nay, công nghệ đã sử dụng nhiều loại nguyên liệu khác nhau như: mỡ cá, dầu thực vật,... Xúc tác sử dụng là vật liệu khoáng được gốm hóa nung ở 1200ºC. Sau 6 tháng phản ứng liên tục thay xúc tác 1 lần. Xúc tác cho phản ứng trans este hóa là xúc tác trên cơ sở MgO và CaO. Xúc tác cho phản ứng este hóalà xúc tác trên cơ sở Mn (MnO và Mn2O3) sử dụng chất kết dính Silic.
Sơ đồ công nghệ:
Nguyên liệu đã xử lý sơ bộ được đưa vào thiết bị xử lý nguyên liệu thô EA- 101, tại đây thiết bị làm việc gián đoạn được gia nhiệt bởi dầu nóng đến 110°C để loại nước. Hơi tháo ra ở đỉnh được làm lạnh tại CA-101 rồi đưa vào thùng chứa TP-103. Nguyên liệu sau khi sơ chế được đưa về thùng chứa TP-101 làm nguyên liệu đầu cho phản ứng.
67
Nguyên liệu trong TP-101 và metanol trong TP-102 được bơm vào thiết bị trộn MX-101. Tại đây trộn đều tối thiểu trong 30 phút sau đó đưa xuống bơm cao áp để sinh áp 45 ÷ 50at sau đó qua HA-101 để tiền gia nhiệt bằng dầu ở 200°C sau đó đi vào tháp. Qua hai tháp làm việc ở 35at, 200°C sẽ đi qua van an toàn set 35at, bơm nén dần, nguyên liệu đi từ tháp 1 sang tháp 2, cứ đi như thế đến khi vượt quá 35at thì sẽ đưa sản phẩm ra.
Sản phẩm dạng khí vào TP-104 sẽ giảm áp rất nhanh, TP-104 ở áp suất và nhiệt độ môi trường nên metanol bay hơi rất nhanh, tách gần như triệt. Phần lỏng được đưa sang EA-102, EA-103 để tách thứ cấp metanol, ngưng tụ tại CA-103 rồi đi vào thùng chứa TP-105, sau đó cùng với metanol bay hơi (lẫn nước, biodiesel, dầu chưa phản ứng hết) sẽ được đưa sang EA-104 để tinh chế metanol cất được ~ 99% (nếu cất 1 lượt thì chỉ được 96-97%). Hơi metanol từ đỉnh tháp ngưng tụ nhờ CA-105, sau đó đi vào thùng chứa TP-106. Tại TP-106 sẽ bơm một phần metanol hồi lưu lại thiết bị chưng, khi thùng đạt mức ~70% sẽ bơm đi vào TP-102 làm nguyên liệu đầu.
Sản phẩm từ EA-103 đã tách metanol, được làm mát qua CA-104 đi vào bình tách ST-101:
Nếu nguyên liệu sử dụng là axit béo. Check sản phẩm trung gian qua chỉ số axit, nếu <1 thì sản phẩm đạt, đưa đi tinh chế được, nếu không sẽ qua TP-107 về EA-101 để tách nước rồi vào TP-101 bắt đầu lại chu trình.
Nếu nguyên liệu là dầu thực vật. Check sản phẩm trung gian qua độ nhớt, màu, trị số axit, hàm lượng nước nếu đạt thì đem đi tinh chế, nếu chưa đạt thì tách glyxerin tại ST-101, qua TP-107 quay trở về TP-101 bắt đầu lại chu trình.
Nếu sản phẩm trung gian đạt yêu cầu sang ST-102 tách một lần nữa và đi về TP-108 để làm nguyên liệu cho quá trình chưng cất. Từ TP-108 bơm sang EA- 105 tiến hành chưng cất, tinh chế biodiesel (Bơm qua HA-103 để tiền gia nhiệt
68
đến 190 ÷ 200°C). Sau tinh chế sản phẩm đi ra thùng chứa ở TP-109 và TP-110. Sản phẩm đạt khi màu vàng chanh, sáng, trong, không lẫn tạp chất, trị số axit <0,5.
Rửa sản phẩm trong dòng bằng cách cho dòng bơm nước và dòng bơm từ TP-104 vào một cái bơm trộn đưa lên ST-103, tách vết glyxerin tại ST-103, ST- 104 sau đó đưa sản phẩm về TP-112. Từ TP-112 đưa sang EA-106 để loại nước ở 100-110ºC, 200 mmHg, tinh chế sản phẩm cuối cùng. Hơi nước bốc hơi lên được làm lạnh tại CA-107 ngưng tụ vào thùng chứa TP-113. Sản phẩm thu được đem làm lạnh tại CA-108 rồi đưa về TP-114. Khi muốn lấy sử dụng sản phẩm tiếp tục được đem đi lọc tại BF-101 rồi cấp cho nhà máy.
(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});