Các đặc tính của dầu sinh học tạo ra từ quá trình nhiệt phân nhanh bột gỗ được thể hiện trên bảng 1 5
Bảng 1 5: Đặc tính điển hình của dầu sinh học từ gỗ và dầu khoáng [6], [26]
Phản ứng
-1
Năng lượng hoạt hóa Ea,i (J mol ) Hằng số trước hàm số mũ Ai (s )-1 Chan Di Blasi Thurner Front Chan Di Blasi Thurner Front (s) → (g) 140 152,7 88,6 155,6 8 1,3x10 4,38x109 1,44x104 6,8x108 (s) → (d) 133 148 112,7 148,5 8 2x10 1,08x1010 4,13x106 8,23x108 (s) → (c) 121 111,7 106,5 61,4 7 1,08x10 3,27x106 7,38x105 2,91x102
Thông số Dầu sinh học Dầu nhẹ Dầu nặng
Nước, % 20 ÷ 30 0,025 0,1
Từ kết quả ở bảng 1 5 cho thấy hàm lượng nước trong dầu sinh học chiếm khoảng 20 ÷ 30 % Nó không thể tách ra hoàn toàn bằng việc chưng cất ở áp suất khí quyển [96] Nếu dầu sinh học được gia nhiệt đến 210 oC (dưới áp suất chân không) để loại bỏ nước và các chất hữu cơ nhẹ, quá trình polyme hóa sẽ diễn ra nhanh chóng hình thành thể rắn và thậm chí khoảng 50 % thành phần chất rắn được tạo ra [2] Thành phần nước nhiều và chất hữu cơ bị oxy hóa làm cho nhiệt trị của dầu giảm xuống Nhiệt trị thấp của dầu sinh học từ 13 ÷ 18 MJ/kg [26], thấp hơn so với dầu mỏ hóa thạch truyền thống từ 40 ÷ 43 MJ/kg Tuy nhiên, khối lượng riêng của dầu sinh học từ 1,1 ÷ 1,2 kg/dm3 [26], [64] cao hơn so với dầu hóa thạch từ 0,72 ÷ 0,96 kg/dm3
Điều này có nghĩa rằng dầu sinh học có thành phần năng lượng bằng 38 ÷ 42 % so với dầu hóa thạch tính theo khối lượng và bằng 48 ÷ 70 % tính theo thể tích Dầu sinh học từ gỗ có thành phần nitơ và lưu huỳnh thấp hơn so với dầu hóa thạch, đồng thời cũng có thành phần kim loại thấp hơn [92] Dầu sinh học chứa khoảng 3 ÷ 9 % acid bao gồm: formic acid, acetic acid và propionic acid, làm cho dầu có độ pH thấp từ 2 – 3,8 [26], [64] Do chứa phần lớn hợp chất bị oxy hóa [64], [96] nên dầu sinh học
Thông số Dầu sinh học Dầu nhẹ Dầu nặng
Tro, % < 0,2 0,01 0,03 Cacbon, % 32 ÷ 48 86 85,6 Hyđro, % 7 ÷ 8,5 13,6 10,3 Nitơ, % < 0,4 0,2 0,6 Ôxy, % 44 ÷ 60 0 0,6 Lưu huỳnh, % < 0,05 < 0,18 2,5
Độ ổn định của lignin nhiệt phân
trong quá trình lưu trữ không ổn định ổn định ổn định
Độ nhớt động học, cSt o
15 ÷ 1000 (40 C) 3 ÷ 7 (40 C)o 351 (50 C)o
o 3
Khối lượng riêng (15 C), kg/dm 1,05 ÷ 1,3 0,89 0,94 ÷ 0,96
o Điểm cháy, C 40 ÷ 110 60 100 o Điểm đông đặc, C -10 ÷ -35 -15 21 Nhiệt trị thấp, MJ/kg 13 ÷ 18 40,3 40,7 pH 2 ÷ 3,8 trung tính -
không thể hòa trộn với dầu hóa thạch nhưng có thể hòa trộn với ethanol và methanol Độ nhớt là một thông số quan trọng trong ứng dụng của dầu Sử dụng dầu có độ nhớt cao dẫn đến gia tăng chi phí bơm Độ nhớt của dầu thay đổi từ 25 cP đến 1000 cP [64], [96], phụ thuộc vào thành phần nước và lignin
Dầu sinh học thường được chia thành 3 phần chính: nước chiếm 20 đến 30 %, phần hòa tan chiếm 60 đến 70 % và phần không hòa tan chiếm 9 đến 27 % [8], [64], [86] Phần hòa tan trong nước bao gồm các hợp chất hữu cơ nhẹ hơn, trong khi phần không hòa tan trong nước bao gồm các hợp chất có trọng lượng phân tử lớn và nặng hơn, thường được gọi là lignin nhiệt phân Các phần này có thể tách ra hoàn toàn bằng cách ngưng tụ ở những nhiệt độ ngưng tụ khác nhau Pollarda [74] đã nghiên cứu sự phân tách các thành phần khác nhau của dầu sinh học bằng chuỗi bình ngưng ở các nhiệt độ khác nhau từ 85 đến 15 oC Kết quả chỉ ra rằng 63,3 % nước và 0,74 % phần lignin nhiệt phân thu được ở bình ngưng nhiệt độ thấp (15 oC) trong khi chỉ có 6,6 % nước và 44,2 % phần lignin nhiệt phân xuất hiện trong bình ngưng nhiệt độ cao 85 oC
Các thành phần của dầu sinh học làm cho tính chất của nó có khả năng thay đổi theo thời gian và phụ thuộc vào điều kiện bảo quản Phản ứng trùng hợp hóa học trong dầu sinh học tiếp tục xảy ra cho đến khi phần giàu lignin nặng tách biệt với các thành phần khác [102] Do đó, thành phần hóa học trong dầu sinh học có nhiều thay đổi trong quá trình lưu trữ
Như vậy, từ các đặc tính của dầu sinh học được phân tích ở trên ta thấy để sử dụng dầu sinh học làm nhiên liệu đốt trong động cơ, lò hơi cần phải tiếp tục các bước nâng cấp để đảm bảo tương thích với nhiên liệu truyền thống