Mẫu biodiesel thu được ở điều kiện phản ứng tốt nhất được chưng cất chân không để cải thiện tính chất của BDF. Hiệu suất chưng cất thu sản phẩm đạt khoảng 85%. Hình III.7 cho thấy sự khác nhau giữa nguyên liệu RSO ban đầu và biodiesel điều chế được qua phản ứng chuyển hóa ester trong SCM từ RSO. Kết quả phân tích các tính chất lý hóa của BRSO được trình bày trong bảng III.10.
Các tính chất của BRSO đều nằm trong khoảng tiêu chuẩn cho phép dành cho
BDF được quy định trong Tiêu chuẩn chất lượng ASTM D6751 của Mỹ. Hàm lượng ME của biodiesel là 98,1% cao hơn giới hạn của tiêu chuẩn EN 14214 (dành cho BDF) ở châu Âu là 96,5%. Điều này cho thấy phản ứng chuyển hóa ester siêu
tới hạn đạt được hiệu suất phản ứng cao, đồng thời quá trình chưng cất đã cải thiện được tính chất của sản phẩm.
Hình III.7. (a) Nguyên liệu RSO; (b) biodiesel điều chế được.
Tỉ trọng và độ nhớt của biodiesel từ RSO giảm đáng kể so với dầu nguyên liệu ban đầu, và phù hợp với tiêu chuẩn cho phép. Độ nhớt của biodiesel thu được là 5,0 mm2/s, có cao hơn so với nhiên liệu diesel là 2,6 mm2/s (xem bảng III.11), nhưng lại cho thấy được sự thích hợp để làm tăng độ nhớt của diesel khi phối trộn. Độ nhớt của nhiên liệu có ảnh hưởng chủ yếu đến chất lượng quá trình phun nhiên liệu. Độ nhớt quá cao làm cho các tia nhiên liệu khó phân tán thành các hạt nhỏ. Ngược lại, độ nhớt quá thấp lại làm cho các tia nhiên liệu quá ngắn, không bao trùm hết không
gian của buồng đốt.
Hàm lượng sulfur và phosphorus của BDF đo được thấp hơn nhiều so với tiêu chuẩn cho phép. Trong nhiên liệu đốt trong, các thành phần này khá quan trọng, vì chúng gây ra quá trình ăn mòn thiết bị và phát sinh khí thải sau khi cháy gây ô nhiễm môi trường nếu vượt quá giới hạn. Diesel sinh học có hàm lượng lưu huỳnh thấp hơn nhiều so với diesel gốc dầu mỏ, cho nên việc sử dụng diesel sinh học sẽ giúp kiểm soát tốt hơn lượng khí thải SOx.
Bảng III.10. Tính chất của biodiesel điều chế từ RSO.
Tính chất Phương pháp Tiêu chuẩn
ASTM D6751 BRSO
Hàm lượng ester*, % kl Tỉ trọng*
Độ nhớt* ở 40oC, mm2/s Hàm lượng sulfur, % kl Độ ăn mòn đồng (50oC, 3h) Chỉ số Cetane
Điểm kéo mây, oC Cặn carbon, % kl Glycerol tự do, % kl Glycerol tổng, % kl Chỉ số acid*, mg KOH/g Hàm lượng phosphorus, % kl
Chỉ số iod, g I2/100g Hàm lượng tro, % kl Nhiệt trị*, MJ/kg
FTIR ASTM D4052
ASTM D445 ASTM D5453
ASTM D130 ASTM D613 ASTM D2500 ASTM D4530 ASTM D6584 ASTM D6584 ASTM D664 ASTM D4951
TCVN 7869 ASTM D482 ASTM D240
– 0,870 – 0,900
1,9 – 6,0 0,0015 max
No. 3 max
47 min – 3 to 12 0,05 max 0,02 max 0,24 max 0,8 max 0,001 max
120 max – –
98,10 0,885 5,0 0,00032
1a 46,8
0
0,05 – – 0,5
< 0,0001 98,0
< 0,001 39,56 (*) Đo tại Phòng thí nghiệm Trọng điểm Hóa học và Dầu khí – Khoa Kỹ thuật Hóa học, trường Đại học Bách Khoa Tp. Hồ Chí Minh.
Độ ăn mòn tấm đồng ở 50oC trong 3 giờ đo được là 1a, kết hợp với chỉ số acid thấp (0,5 mg KOH/g) đã thể hiện được tính ổn định của sản phẩm. Mức độ ăn mòn các chi tiết bằng đồng và hợp kim của đồng bởi loại nhiên liệu này là hoàn toàn nằm trong mức độ cho phép. Chỉ số acid của RSO ban đầu cao (42,7 mg KOH/g), tức hàm lượng FFA ở vào khoảng 21,2% theo khối lượng. Đối với phản ứng chuyển hóa ester dùng xúc tác (đặc biệt là xúc tác kiềm), lượng FFA cao là tác nhân gây bất lợi cho làm giảm hiệu suất phản ứng. Nhưng với phản ứng trong môi trường siêu tới hạn không xúc tác, hiệu suất không bị ảnh hưởng bởi lượng acid béo này, vì chúng được ester hóa tạo sản phẩm ngay trong cùng điều kiện phản ứng. Bằng chứng là
chỉ số acid sau phản ứng giảm đáng kể còn 0,5 so với 42,7 ban đầu mà không phải
trải qua giai đoạn tiền xử lý nào.
Điểm kéo mây là 0oC, thấp hơn so với biodiesel điều chế được từ một số dầu
mỡ khác, do là vì trong thành phần RSO chứa hàm lượng lớn các acid béo chưa bão hòa đơn và đa. Nhưng cũng vì thế mà độ bền oxi hóa của BRSO lại kém hơn. Các ME chưa bão hòa trong thành phần biodiesel chiếm nhiều hơn, thể hiện thông qua giá trị chỉ số iod đo được khá cao là 98,0 g I2/100 g mẫu. Tuy chỉ số này vẫn đạt
tiêu chuẩn EN 14214 (tối đa là 120 g I2/100g) nhưng cũng phản ánh lên được khả năng kém bền oxi hóa của BRSO.
Bảng III.11. So sánh tính chất ME từ RSO với các ME khác và nhiên liệu diesel.
Loại nhiên liệu Tỉ trọng Độ nhớt
(mm2/s)
Nhiệt trị (MJ/kg)
Chỉ số Cetane
Tham khảo
ME từ RSO ME từ RSO ME dầu hạt cải ME dầu hạt bông ME dầu Jatropha ME dầu cám gạo ME dầu ăn thải Diesel
0,875 0,874 0,882 0,874 0,880 0,872 0,897 0,850
5,0 5,81
4,5 4,0 4,84 4,81 5,3 2,6
39,56 36,5 37,0 40,32
37,2 41,38 42,65 42,0
46,8 43,0 – 45,5 51,6 51,6 54,0 46,0
Bảng III.9 [2]
[2]
[2]
[42]
[42]
[42]
[42]
Từ kết quả phân tích trong bảng III.10 về hàm lượng glycerol tự do và glycerol tổng (rất nhỏ), cho thấy quá trình tinh chế thu biodiesel sau phản ứng đạt hiệu quả rất cao, đồng thời các thành phần mono, di, triglyceride không phản ứng cũng được loại bỏ hoàn toàn. Nếu kiểm soát không tốt hàm lượng glycerol tổng này, độ nhớt BDF sẽ cao, góp phần tạo cặn trong động cơ, gây ảnh hưởng xấu đến động cơ. Các chỉ số về cặn carbon, hàm lượng tro như củng cố thêm về độ tinh khiết của sản phẩm thu được.
Chỉ số cetane đặc trưng cho tính tự bốc cháy của diesel và biodiesel trong động cơ. Chỉ số cetane càng cao thì nhiệt độ bốc cháy thấp, tính tự cháy tốt. Chỉ số
cetan thấp sẽ khó khởi động động cơ, gây tiếng ồn, và phát sinh nhiều khí thải. Chỉ số cetane của BRSO đo được là 46,8 gần đạt so với tiêu chuẩn ASTM D6751 thấp nhất là 47,0. So với diesel gốc, biodiesel có chỉ số cetane cao hơn, do đó có thể dùng biodiesel để phối trộn với diesel gốc để tăng khả năng kích nổ cho nhiên liệu mà không cần sử dụng phụ gia. Bảng III.11 cho thấy sự sai khác không nhiều về chỉ số cetane của ME trong nghiên cứu này với ME ở các nghiên cứu khác với nguồn
nguyên liệu khác nhau. Chỉ số cetane của ME từ RSO cao hơn ME từ dầu hạt bông, nhưng thấp hơn ME từ dầu Jatropha, dầu cám gạo và dầu ăn phế thải. Do thành phần các ME chưa bão hòa cao, ME bão hòa thấp trong biodiesel RSO nên chỉ số cetane lại thấp hơn. Nếu so với diesel thương phẩm (46,0) thì ME từ RSO lại có phần cao hơn.
Nhiệt trị của ME từ RSO là 39,56 MJ/kg, kết quả này xấp xỉ với các dầu khác, so với 42,0 MJ/kg của diesel thì thấp hơn khoảng 5% (xem bảng III.11) do vì hàm lượng oxy trong cấu trúc phân tử ME.