1.4. Tổng quan về Biodiesel
1.4.7.2.2. Phương pháp chuyển hóa Este
Trong các phương pháp xử lý dầu thực vật và mỡ động vật thành Diesel sinh học thì phương pháp chuyển hóa Este thường được sử dụng nhất hiện nay.
Cơ sở lý thuyết:
Q trình chuyển hóa là q trình sử dụng một Acohol (Methanol, Ethanol hay Butanol) với sự có mặt của xúc tác để tạo thành Methyl, Ethyl hay Butyl Este và sản phẩm phụ Glycerine. Phản ứng chuyển hóa có thể được tiến hành với các loại xúc tác khác nhau.
Phương trình tổng qt của q trình chuyển hóa Triglycerite:
Lựa chọn tác nhân Rượu
Về nguyên tắc, rượu dùng cho quá trình chuyển hóa Este là rượu đơn chức bậc một có số cacbon từ C1C8.
Bảng 1.6. Tính chất mộtsố loại rượu sử dụng để sản xuấtDiesel sinh học
Tên gọi Công thức Khối lượng mol (g/mol) Khối lượng riêng (g/ml) Nhiệt độ sôi (oC) Methanol CH3OH 32 0,7914 64,7 Ethanol C2H5OH 46 0,7893 78,5 1-propanol CH3CH2CH2OH 60 0,8035 97,4 Iso-propanol CH3CH(CH3)OH 60 0,7855 82,4 1-butanol CH3CH2CH2CH2OH 74 0,8098 117,2
Iso-butanol CH3CH2CH2CH2OH 74 0,8018 108,0 Khi dùng rượu như Isopropanol, Isobutanol, Diesel sinh học thu được có nhiệt độ đơng đặc thấp hơn so với khi dùng Methanol. Nhưng do giá thành, những rượu này không được dùng rộng rãi. Hơn nữa, tính đơng đặc của Diesel sinh học có thể giải quyết một cách kinh tế hơn khi dùng các chất phụ gia thích hợp.
So với các loại rượu khác thì Methanol có nhiều ưu điểm:
Có mạch cacbon ngắn, độ phân cực lớn nên có hoạt tính mạnh. Do đó phản ứng với Methanol xảy ra dễ dàng hơn với các rượu khác.
Giá thành rẻ do Methanol có thể sản xuất từ khí thiên nhiên, Ethanol đắt gấp 3,4 lần so với Methanol.
Theo phản ứng chuyển hóa Este thì cần 3 mol rượu để phản ứng với 1 mol Triglycerite. Để thu được Diesel sinh học với hiệu suất cao (đến 99,7%), người ta phải dùng dư rượu. Lượng rượu dư phải được tách ra và hồi lưu trở lại phản ứng nhằm giảm chi phí sản xuất và không gây độc hại mơi trường. Methanol có nhiệt độ sơi thấp hơn nên dễ tách ra khỏi hỗn hợp phản ứng hơn. Thêm vào đó, khi rượu được tách ra, rượu ln chứa nước, Methanol có thể dễ dàng tách khỏi nước bằng những phương pháp chưng cất thông thường. Những rượu khác như Ethanol và Isopropanol tạo với nước hỗn hợp đẳng phí nên gây khó khăn cho việc tách nước.
Phương pháp methanol quá tới hạn
Ở điều kiện thường, rượu không tan trong dầu. Tuy nhiên, ở trạng thái quá tới hạn, tùy thuộc vào áp suất và nhiệt độ mà liên kết Hydro liên phân tử giữa các phân tử rượu cũng như độ phân cực của chúng yếu đi cho phép dầu thực vật hòa tan một phần hoặc hoàn toàn vào methanol và methanol trở thành một monome tự do trực tiếp tác dụng lên nguyên tử cacbon của nhóm cacbonyl của triglyceride thực hiện phản ứng chuyển hóa Ester nên thời gian phản ứng ngắn. Nước và acide béo tự do là các tác nhân có hại trong phương pháp xúc tác kiềm nhưng trong phương pháp quá giới hạn, đây là tác nhân ảnh hưởng tích cực đến thời gian và hiệu suất thu Biodiesel. Phương pháp này cho hiệu suất Biodiesel cao hơn trong khi quá trình xử lý sản phẩm đơn giản hơn và đặc biệt Glycerol thu được có độ tính khiết cao hơn rất nhiều so với phương pháp sử dụng xúc tác kiềm. Điều kiện thực hiện được công bố trong phần lớn các cơng trình là ở 350oC và 460 bars. Với điều kiện này phản ứng diễn ra hoàn tồn chỉ trong vịng 4 phút.[8]
Lựa chọn xúc tác