1.3.1 Quy trình công nghệ
Quy trình công nghệ thu hồi glixerin trong quá trình sản xuất biodiesel đƣợc trình bày ngắn gọn trong hình 1.5.
Hình 1.5. Quy trình công nghệ thu hồi glixerin trong quá trình sản xuất biodiesel.
Thuyết minh quy trình công nghệ:
Nguồn nguyên liệu của quy trình này rất đa dạng sử dụng cả dầu chƣa tinh luyện, dầu tinh luyện và dầu mỡ động thực vật đã qua sử dụng.
Làm sạch Chƣng cất
metanol
Biodiesel Glixerin
Metanol ƣớt Nước
Dầu chƣa tinh luyện
Dầu tinh luyện
Dầu, mỡ động vật đã qua sử dụng … có chỉ
số axit cao
Tinh luyện
Chuyển vị este
Este hóa
Chuẩn bị axit xitric
Tách Làm sạch
glixerin Xúc tác
Metanol Axit xitric
Sản phẩm Este hóa
Metanol ƣớt
Axit béo tự do
Glixerin
Metanol ƣớt
Metanol Este
Hỗn hợp sản phẩm
Đối với dầu chƣa tinh luyện sẽ qua thiết bị tinh luyện và đƣợc chuyển vào thiết bị phản ứng để chuyển vị este, dầu mỡ động vật sẽ qua thiết bị chuyển hóa axit béo tự do thành este nhờ xúc tác axit xitric và đƣợc nhập chung vào thiết bị phản ứng cùng các nguồn nguyên liệu khác. Tại thiết bị phản ứng xúc tác (KOH 85%) và metanol (CH3OH 80%) đƣợc đƣa vào đáy thiết bị còn nguyên liệu đƣợc đƣa vào đỉnh thiết bị để tiếp xúc pha giữa nguyên liệu và xúc tác tốt hơn. Nhiệt độ ở thiết bị phản ứng được duy trì ở 60°C và thời gian lưu từ 1 2 giờ. Sau khi hỗn hợp sản phẩm ra khỏi thiết bị phản ứng sẽ đƣợc đƣa vào thiết phân tách để tách metyl este và glixerin thô.
Quá trình thu biodiesel có thể liên tục hoặc theo chu kỳ. Trên thực tế quá trình thường đƣợc thực hiện liên tục qua hai giai đoạn (2 lò phản ứng): khoảng 80% lƣợng rƣợu và xúc tác đƣợc dùng ở lò phản ứng thứ nhất. Hỗn hợp phản ứng sau khi tách khỏi pha glixerin đƣợc đƣa vào lò phản ứng thứ hai để kết thúc phản ứng với lƣợng rƣợu và xúc tác còn lại. Glixerin tạo thành đƣợc tách ra khỏi pha este ở máy phân ly hoặc máy ly tâm. Quá trình tách thường xảy ra dễ dàng vì glixerin hầu như không tan trong este. Lượng rượu dư có thể làm chậm quá trình tách vì rƣợu hòa tan tốt cả glixerin lẫn este. Nhƣng không thể đuổi lƣợng rƣợu dư trước quá trình tách pha vì như thế sẽ dịch chuyển cân bằng về phía tạo ra triglyxerit.
Este sau khi tách khỏi glixerin đƣợc đƣa đến khâu trung hòa và qua tháp tách metanol. Ở khâu trung hòa người ta dùng axit như HCl, axit xitric để trung hòa lượng xúc tác kiềm dƣ và lƣợng xà phòng tạo thành. Tất cả lƣợng dƣ xúc tác, xà phòng, muối, metanol và glixerin tự do được tách khỏi biodiesel bằng quá trình rửa nước. Trung hòa bằng axit trước khi rửa nước nhằm giảm tối đa lượng xà phòng và lượng nước rửa cần dùng do đó hạn chế
Vì vậy, hàm lƣợng axit béo tự do là yếu tố chính trong việc lựa chọn công nghệ cho quá trình sản xuất biodiesel.
1.3.2 Cơ chế phản ứng [3, 4, 5, 9]
Để thực hiện phản ứng chuyển hóa này cần có chất xúc tác nhƣ NaOH, hoặc KOH.
Vai trò của các chất xúc tác này rất quan trọng vì nó phản ứng với metanol trước để tạo tiền chất cho phản ứng:
Phản ứng 1: Tạo Ankoxit
3OH NaOH CH O Na3 H O2
CH
Trong môi trường có nước ankoxit phân ly tạo và Na+,CH O3 tiếp tục thực hiện phản ứng tiếp theo.
Phản ứng 2: Tạo trilyxerit anion CH2
CH3O- + CH
CH2 O
O
O C
C
C R1
R2 CH
R3 O
O
O
O- + CH3 CH2
CH2 O
O
C R1 O
C R3 O
O C O
R2
Ankoxit triglyxerit triglyxerit anion metyl este Hình 1.6. Phản ứng tạo trilyxerit anion
Phản ứng 3: Tạo diglyxerit và CH O3 tiếp tục cho các phản ứng dây chuyền tiếp theo để tạo ra monoglyxerit, metyl este và cuối cùng tạo glixerin metyl este.
CH CH2
CH2 O
O
C R1 O
C R3 O
O- + CH3OH CH CH2
CH2 O
OH + CH3O- O
C
C O
O R1
R3
Hình 1.7. Phản ứng tạo diglyxerit
Nhƣ vậy: trong quá trình này cứ 1 phân tử triglyxerit tác dụng với 3 phân tử CH3OH tạo ra 1 phân tử glixerin và 3 phân tử metyl este.