Tên chỉ tiêu Mức Phương pháp thử
1. Hàm lượng este,% khối lượng min 96,5 EN 14103 2. Khối lượng riêng tại 15oC, kg/m³ 860-900 ASTM D1298 3. Điểm chớp cháy (cốc kín), oC min 130,0 ASTM D93
4. Nước và cặn,% thể tích max 0,050 ASTM D2709
5. Độ nhớt động học tại 40 oC, mm2/s 1,9-6,0A ASTM D445
6. Tro sulphát,% khối lượng max 0,020 ASTM D874
7. Lưu huỳnhB,% khối lượng (ppm) max 0,05 (500) ASTM D5453 ASTM D2622
8. Ăn mòn đồng, loại No1 ASTM D130
9. Trị số cetan min 47 ASTM D613
10. Điểm vẩn đục, oC Báo cáo ASTM D2500
11. Cặn cacbonD,% khối lượng max 0,050 ASTM D4530
12. Trị số axit, mg KOH/g max 0,50 ASTM D664
50
14. Độ ổn định oxy hóa, tại 110oC, giờ min 6 EN 14112 15. Glycerin tự do,% khối lượng max 0,020 ASTM D6584 16. Glycerin tổng,% khối lượng max 0,240 ASTM D6584
17. Phospho,% khối lượng max 0,001 ASTM D4951
18. Nhiệt độ cất, 90% thu hồi, oC max 360 ASTM D1160
19. Na và Ka, mg/kg max 5,0 EN 14108
EN 14109
20. Ngoại quan Không có
nước tự do, cặn và tạp chất lơ lửng
Quan sát bằng mắt thường
Ý nghĩa các tính chất của diesel sinh học gốc: Các tính chất của diesel sinh học gốc phụ thuộc vào công nghệ tinh lọc và bản chất của các lipit có thể thay đổi khi chế biến. Diesel sinh học gốc có thể được chế biến từ nhiều nguồn khác nhau, ví dụ từ các loại dầu thực vật hoặc mỡ động vật, chúng có các đặc trưng bay hơi và chất phát thải khí đốt tương tự với các đặc tính dòng lạnh khác nhau.
- Điểm chớp cháy
Đối với diesel sinh học gốc, điểm chớp cháy được sử dụng như một chỉ tiêu kỹ thuật để giới hạn mức độ alcohol không phản ứng còn lại trong nhiên liệu cuối cùng. Điểm chớp cháy còn có ý nghĩa quan trọng liên quan đến các yêu cầu mang tính pháp lý và các yêu cầu an toàn khi vận chuyển và bảo quản nhiên liệu và thường được xác định để phù hợp các quy định về bảo hiểm và phòng cháy. Đối với diesel sinh học gốc, yêu cầu về điểm chớp cháy phải đạt tối thiểu là 100oC. Các giá trị đặc trưng là trên 160oC. Khi điểm chớp cháy của diesel sinh học gốc xấp xỉ 100oC, xác định theo TCVN 2693 (ASTM D93) sẽ không ổn định, do vậy yêu cầu đặt điểm chớp cháy tối thiểu bằng 130oC để đảm bảo giá trị thực tối thiểu bằng 100oC. Các phương pháp khác và các cải tiến so với TCVN 2693 (ASTM D93) đang được nghiên cứu. Sau đó yêu cầu về điểm chớp cháy tối thiểu bằng 100oC phải được đánh giá lại.
- Độ nhớt
51
hụt năng lượng do bơm phun và rò rỉ vòi phun. Ngoài ra cũng cần giới hạn độ nhớt cho phép lớn nhất theo thiết kế và kích cỡ, cũng như hệ thống phun của động cơ. Giới hạn trên đối với độ nhớt của diesel sinh học gốc (6,0 mm2/s tại 40oC) là cao hơn độ nhớt tối đa cho phép quy định đối với diesel dầu mỏ (4,5 mm2/s tại 40oC). Việc pha trộn diesel sinh học gốc với nhiên liệu diesel sát với mức trên có thể dẫn đến hỗn hợp diesel sinh học có độ nhớt cao hơn giới hạn trên quy định trong TCVN 5689.
- Tro sulfat
Chất tạo tro có thể tồn tại trong diesel sinh học gốc dưới ba dạng: (1) các chất rắn có tính mài mòn, (2) xà phòng kim loại tan được và (3) các chất xúc tác không loại bỏ được. Các chất rắn có tính mài mòn và các chất xúc tác không loại bỏ được sẽ đọng tại vòi phun, bơm nhiên liệu, piston và đai bảo vệ, đồng thời cũng tạo cặn trong động cơ. Xà phòng kim loại tan được có tính ăn mòn ít, nhưng lại làm tắc bộ lọc và tạo cặn trong động cơ.
- Lưu huỳnh
Ảnh hưởng của hàm lượng lưu huỳnh rất khác nhau đối với sự ăn mòn động cơ và tạo cặn lắng, điều này phụ thuộc nhiều vào các điều kiện vận hành. Lưu huỳnh trong nhiên liệu còn ảnh hưởng đến tính năng của hệ thống kiểm soát khí phát thải, các mức khác nhau của lưu huỳnh đã ảnh hưởng đến môi trường. B100 là loại nhiên liệu hầu như không có lưu huỳnh.
- Ăn mòn đồng (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Phép thử này cung cấp số đo về các cản trở có thể có đối với các bộ phận bằng đồng, đồng thau hoặc đồng đỏ của hệ thống nhiên liệu. Sự có mặt của các axit hoặc các hợp chất chứa lưu huỳnh có thể làm xỉn đồng, thể hiện khả năng ăn mòn.
- Trị số cetan
Trị số cetan là số đo thể hiện khả năng bốc cháy của nhiên liệu, ảnh hưởng sự cháy và tạo khói trắng. Yêu cầu về trị số cetan phụ thuộc vào thiết kế, kích cỡ của động cơ, bản chất thay đổi về tốc độ và tải trọng và phụ thuộc vào điều kiện môi trường và điều
52
kiện khởi động. Đối với diesel sinh học gốc và hỗn hợp diesel sinh học, không áp dụng TCVN 3180 (ASTM D4737) phương pháp tính toán chỉ số cetan bằng phương trình bốn biến số, để tính toán. Hiện nay không có các số liệu để hỗ trợ việc tính toán các chỉ số cetan cho diesel sinh học gốc và hỗn hợp diesel sinh học. [21]
- Điểm vẩn đục
Điểm vẩn đục có ý nghĩa là xác định nhiệt độ tại đó xuất hiện vẩn đục hoặc hiện tượng sương trong nhiên liệu dưới các điều kiện cho trước của phép thử, các điều kiện này thông thường liên quan đến nhiệt độ, tại đó các tinh thể bắt đầu tạo kết tủa. Thông thường diesel sinh học gốc có điểm vẩn đục cao hơn so với nhiên liệu diesel dầu mỏ. Người sử dụng cần kiểm soát điểm vẩn đục và tác động của nó đối với các đặc tính dòng lạnh của hỗn hợp tạo thành để tránh các sự cố khi vận hành động cơ ở khí hậu lạnh.
- Cặn cacbon
Cặn cacbon cho biết số đo về xu hướng tạo cặn cacbon của dầu nhiên liệu. Số đo này không tương quan trực tiếp đến cặn của động cơ, tính chất này chỉ được coi là gần xấp xỉ. Diesel sinh học gốc có dải sôi chưng cất, nhưng phần lớn sôi tại xấp xỉ cùng một nhiệt độ và khó để còn lại 10% cặn khi chưng cất, vì vậy sử dụng 100% mẫu thay cho mẫu 10% cặn với sự tính toán được thực hiện như đối với 10% cặn.
- Trị số axit
Sử dụng trị số axit để xác định mức các axit béo tự do hoặc các axit trong quá trình chế biến. Diesel sinh học có trị số axit cao làm tăng sự tạo cặn trong hệ thống nhiên liệu và gây ăn mòn.
- Glycerin tự do
Áp dụng phương pháp glycerin tự do để xác định mức glycerin có trong nhiên liệu. Các mức glycerin tự do cao có thể tạo cặn cho vòi phun nhiên liệu, cũng như làm tắc hệ thống nhiên liệu và dẫn đến sự tích lũy glycerin tự do dưới đáy hệ thống tồn chứa và cấp nhiên liệu.
53 - Glycerin tổng
Áp dụng phương pháp glycerin tổng để xác định mức glycerin có trong nhiên liệu bao gồm cả glycerin tự do và phần glycerin của dầu hoặc mỡ không phản ứng hoặc phản ứng một phần. Các mức thấp của glycerin tổng đảm bảo dầu hoặc mỡ chuyển đổi thành este mono-alkyl tốt. Các thành phần mono-, di- và triglyceride có thể gây cặn vòi phun và tác động xấu khi vận hành động cơ ở khí hậu lạnh và làm tắc bộ lọc.
- Hàm lượng phốt pho
Phospho có thể làm hỏng bộ chuyển đổi xúc tác sử dụng trong hệ thống kiểm soát khí phát thải và phải giới hạn hàm lượng phospho thấp. Bộ chuyển đổi xúc tác trở thành phổ biến đối với thiết bị chạy bằng diesel do tiêu chuẩn khí phát thải bị thắt chặt, vì vậy mức phospho thấp càng trở nên quan trọng. Chỉ tiêu này được quy định để đảm bảo tất cả các loại diesel sinh học gốc chế biến từ các nguồn dầu, mỡ đều phải có hàm lượng phospho thấp.
- Chưng cất ở áp suất giảm
Diesel sinh học gốc có điểm sôi khác với đường cong chưng cất. Các mạch axit béo trong mỡ và dầu nguyên liệu để chế biến diesel sinh học gốc thường bao gồm các hydrocacbon mạch thẳng có 16 đến 18 cacbon có nhiệt độ sôi như nhau. Thông thường điểm sôi ở áp suất khí quyển của diesel sinh học gốc trong khoảng từ 330oC đến 357oC, vì vậy tiêu chuẩn quy định là 360oC sẽ không có khó khăn. Chỉ tiêu này như một điều chú ý thêm để đảm bảo nhiên liệu không bị pha trộn các tạp chất sôi cao.
Đối với một số bộ phận của thiết bị phun nhiên liệu trong các động cơ nén đốt trong, như bơm và vòi phun quay/chia, các chức năng của nhiên liệu như là chất bôi trơn và nguồn cháy. Diesel sinh học gốc pha trộn với nhiên liệu đốt - nén dầu mỏ sẽ cải thiện tính bôi trơn của nhiên liệu.
- Natri và Kali
Natri và Kali có thể có trong nhiên liệu diesel sinh học gốc như một chất rắn có tính mài mòn hoặc xà phòng kim loại tan, các chất rắn mài mòn có thể đọng tại vòi phun,
54
bơm nhiên liệu, piston và đai bảo vệ, đồng thời tạo cặn trong động cơ. Xà phòng kim loại tan có ảnh hưởng ít đến sự ăn mòn động cơ, nhưng gây tắc bộ lọc và tạo cặn cho động cơ. Với một lượng lớn các hợp chất Natri và Kali có thể tích tụ tại các bộ phận ống xả, không được loại bỏ trong quá trình tái tạo bị động và chủ động, đồng thời chúng có thể làm tăng áp suất ngược và làm ngắn chu kỳ bảo dưỡng động cơ.
- Chỉ số iốt
Là lượng iốt cần để bão hòa các liên kết đôi. Trị số iốt là số đo về sự không bão hòa của nhiên liệu, điều này gắn với sự tạo thành cặn bám trên động cơ và gây ra các vấn đề
2.4. Nguyên liệu để tổng hợp biodiesel
2.4.1.Dầu thực vật
Dầu thực vật là nhiên liệu tái tạo. Gần đây loại nguyên liệu này đang rất được quan tâm vì những thuận lợi về mặt môi trường và trong thực tế chúng được sản xuất từ những nguồn nguyên liệu tái tạo. Dầu thực vật là một nguồn năng lượng không có nguy cơ cạn kiệt như dầu mỏ, với giá trị năng lượng gần với nhiên liệu diesel. Sản lượng dầu thực vật toàn cầu đã tăng từ 56 triệu tấn năm 1990 lên 88 triệu tấn vảo năm 2000. Rất nhiều các loại dầu thực vật có thể tổng hợp biodiesel: dầu đậu tương, dầu hạt cải được sử dụng nhiều nhất, sau đó là các loại đầu cọ, dầu hướng dương, sợi gai dầu.
Các loại dầu khác nhau có thành phần hoá học khác nhau. Tuy nhiên, thành phần chủ yếu của dầu thực vật là các glyxerit, nó là este tạo thành từ axií béo có phân tử lượng cao và glyxerin (chiếm 95, 4 ÷ 97%). (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Ở Mỹ người ta sử dụng rộng rãi đậu tương cho các sản phẩm thực phẩm vì vậy dầu đậu tương là nguồn nguyên liệu đầu tiên để sản xuất biodiesel. Ở Malaysia và Indonesia, dầu cọ lại được dùng nhiều hơn cả để sản xuất biodiesel. Dầu hạt cải là hướng đi của rất nhiều nước Châu Âu. Tại Ấn Độ và Đông Nam Á, cây Jatropha được tìm thấy như là một nguyên liệu thích hợp để đưa vào sản xuất nhiên liệu sinh học.
55
Dầu đậu nành: Dầu đậu nành tinh khiết có màu vàng sáng, thành phần axit béo chủ yếu của nó là linoleic (50 ÷ 57%), oleic (23 ÷ 29%). Dầu đậu nành được dùng nhiều trong thực phẩm. Ngoài ra, dầu đậu nành đã tinh luyện được dùng làm nguyên liệu để sản xuất margarin. Từ dầu đậu nành có thể tách ra được lexetin dùng làm dược liệu, trong sản xuất bánh kẹo. Dầu đậu nành còn được dùng để sản xuất sơn, vecni, xà phòng... và đặc biệt là để sản xu ất biodiesel. Cây đậu tương được trồng phổ biến trên thế giới, đặc biệt ở vùng đồng bằng nước ta.
Dầu dừa: Dừa là một loại cây nhiệt đới được trồng nhiều ở vùng Đông Nam Á, Châu Phi, Châu Mỹ Latinh. Ở Việt Nam, dừa được trồng nhiều ở Thanh Hoá, Nghĩa Bình, Phú Khánh, Nam Trung Bộ... Dừa là cây sinh trưởng lâu năm, thích hợp với khí hậu nóng ẩm, có thể trồng được ở các nơi nước mặn, lợ, chua... Trong dầu dừa có chứa các axit béo lauric (44 ÷ 52%), myristic (13 ÷ 19%), panmitic (7,5 ÷ 10,5%). Hàm lượng các chất béo không no rất ít. Dầu dừa được sử dụng nhiều cho mục đích thực phẩm, có thể sản xuất margarin và cũng là nguyên liệu tốt để sản xuất xà phòng và biodiesel.
Dầu cọ: Cọ là cây nhiệt đới được trồng nhiều ở Chile, Ghana, Tây Phi, một số nước Châu Âu và một số nước Châu Á. Từ cây cọ có thể sản xuất được 2 loại dầu khác nhau: dầu nhân cọ và dầu cùi cọ. Dầu nhân cọ có màu trắng còn dầu cùi cọ có màu vàng. Thành phần axit béo của chúng cũng rất khác nhau. Dầu cùi cọ là loại thực phẩm rất tốt dùng để ăn trực tiếp hoặc chế biến thành bơ, mỡ thực vật. Dầu cùi cọ có chứa nhiều caroten nên được dùng để sản xuất chất tiền sinh tố A. Dầu chất lượng xấu có thể dùng để sản xuất xà phòng hoặc dùng trong ngành luyện kim. Dầu nhân cọ có công dụng trong ngành thực phẩm bánh kẹo. Cả hai loại dầu này có thể làm nguyên liệu rất tốt để sản xuất biodiesel.
Dầu hạt cao su: Dầu hạt cao su hạt hàm lượng dầu chiếm khoảng 40 đến 60%. Cây cao su được trồng nhiều nơi trên thế giới như Ấn Độ, Châu Phi, Nam Mỹ... Ở Việt Nam cây cao su được đưa vào thời Pháp thuộc và trồng nhiều ở các tỉnh miền Đông Nam Bộ. Cây cao su sống thích hợp nhất ở những vùng đất đỏ. So với các loại dầu khác thì dầu hạt cao su ít được sử dụng trong thực tế, không thể làm thực phẩm hoặc thức ăn cho gia súc do hàm lượng axit béo rất lớn và có một số chất độc hại. Vì vậy nếu sử dụng dầu hạt cao su làm nguyên liệu để sản xuất biodiesel thì hiệu quả kinh tế thu được là cao nhất.
56
Hàm lượng axit béo của dầu hạt cao su cao hơn các loại dầu khác do trong hạt cao su có enzym lipaza tác dụng thuỷ phân glyxerit tạo axit béo. Dầu sau khi được xử lý nhiệt thì chỉ số axit ổn định do không còn enzym lipaza nữa.
Dầu bông: Bông là loại cây trồng một năm. Trong dầu bông có sắc tố carotenoit và đặc biệt là gossipol và các dẫn xuất của nó làm cho dầu bông có màu đặc biệt: màu đen hoặc màu sẫm. Gossipol là một độc tố mạnh. Hiện nay dùng phương pháp tinh chế bằng kiềm hoặc axit antranilic. Do trong dầu bông có chứa nhiều axit béo no panmitic nên ở nhiệt độ phòng nó đã ở thể rắn. Bằng cách làm lạnh dầu người ta có thể tách được pamnitic dùn để sản xuất margarin và xà phòng. Dầu bông cũng là nguyên liệu rất tốt để sản xuất biodiesel.
Dầu thầu dầu: Dầu thầu dầu hay còn gọi là dầu ve, được lấy từ hạt quả cùa cây thầu dầu. Cây thầu dầu được trồng nhiều ở vùng có khí hậu nhiệt đới. Những nước sàn xuất thầu đầu là Brazin (36%), Ấn Độ (6%), Trung Quốc, Liên Xô cũ, Thái Lan. Cây thầu dầu ở nước ta chủ yếu ở Thanh Hoá, Nghệ Tĩnh. Tuy nhiên, hiện nay dầu thầu đầu ở Việt Nam vẫn phải nhập nhiều từ Trung Quốc. Dầu thầu dầu là loại dầu không khô, chỉ số iot từ 80 - 90, tỷ trọng lớn, tan trong alkan, không tan trong xăng và dầu hỏa. Hơn nữa, do độ nhớt cao của dầu thầu dầu so với các loại dầu khác nên ngay từ đầu đã được sử dụng trong công nghiệp dầu mỡ bôi trơn. Hiện nay đầu thầu dầu vẫn là loại dầu nhờn cao cấp dùng trong động cơ máy bay, xe lửa và các máy có tốc độ cao, cả trong dầu phanh. Dầu thầu dầu được dùng trong nhiều lĩnh vực như y tế để làm thuốc tẩy, nhuận