Luận văn Nghiên cứu khả năng sử dụng dầu thải thực vật làm nhiên liệu biodiesel

àu naøy chuû yeáu thaûi ra moâi tröôøng beân ngoaøi gaây oâ nhieãm nguoàn nöôùc. Do vaäy, vieäc nghieân cöùu khaû naêng söû duïng töø daàu aên pheá thaûi laø caàn thieát vì seõ goùp phaàn vaøo vieäc giaûm oâ nhieãm moâi tröôøng töø nguoàn daàu thaûi naøy. Ñaây cuõng laø höôùng ñaõ vaø ñang ñöôïc aùp duïng taïi nhieàu nöôùc treân theá giôùi[2 – 4,9] Caùc taùc giaû naøy ñaõ taäp trung vaøo phaûn öùng ester hoaù daàu aên pheá thaûi baèng phöông phaùp hoaù hoïc vôùi söû duïng xuùc taùc kieàm. Quaù trình chuyeån hoaù ñöôïc thöïc hieän ôû nhieät ñoä moäi tröôøng, xuùc taùc KOH (0,75% khoái löôïng). Ñieàu kieän toái öu ñeå phaûn öùng ñaït hieäu suaát khoaûng 88.3% laø: tyû leä mol methanol : daàu = 7 : 1; thôøi gian phaûn öùng laø 90 phuùt. Saûn phaåm methyl ester toång hôïp töø daàu thaûi thoaû maõn haàu heát caùc tieâu chuaàn quy ñònh cho nhieân lieäu diesel. Tuy nhieân, haøm löôïng caën carbon Condradson (10% caát) quaù cao so vôùi tieâu chuaàn vaø thaønh phaàn chöng caát cuûa methyl ester daàu aên pheá thaûi khaùc xa so vôùi nhieân lieäu diesel. Vì theá, khoâng theå xöû duïng tröïc tieáp methyl ester cho ñoäng cô diesel maø phaûi phoái troän methyl ester vôùi nhieân lieäu diesel. Keát quaû khaûo saùt aûnh höôûng cuûa caùc heä nhieân lieäu phoái troän leân caùc tính naêng kyõ thuaät vaø thaønh phaàn khí thaûi cuûa ñoäng cô ôû cheá ñoä khoâng taûi vaø coù taûi cho thaáy maãu hoãn hôïp 20% biodiesel vaø 80% diesel (B20) hoaøn toaøn coù theå duøng laøm nhieân lieäu thay theá cho diesel truyeàn thoáng. Treân cô sôû keát quaû cuûa caùc nghieân cöùu saûn xuaát biodiesel töø caùc nguoàn daàu aên thaûi [2 – 4] taùc giaû Nguyeãn Phuùc Tueä[8] ñaõ thöû tính toaùn sô boä ñeå thieát keá phaân xöôûng saûn xuaát biodiesel töø daàu thöïc vaät thaûi vôùi naêng suaát 50 taán/ngaøy. Phöông phaùp ñeå saûn xuaát laø phaûn öùng chuyeån metyl ester hoaù giöõa ester cuûa axit beùo vaø methanol. Phaûn öùng ñöôïc thöïc hieän ôû nhieät ñoä thöôøng vôùi xuùc taùc KOH. Theo taùc giaû, vôùi toång soá voán ñaàu tö gaàn 5 trieäu USD moãi naêm chuùng ta coù theå thu laõi hôn 900.000 USD vôùi naêng suaát saûn phaåm laø 50 taán/ngaøy (ñaây laø naêng suaát toái thieåu cuûa nhaø maùy). Vì vaäy, theo taùc giaû, döï aùn “Thieát keá phaân xöôûng saûn xuaát biodiesel töø daàu thaûi” laø ñaùng giaù veà maët kinh teá vaø moâi tröôøng. 1.5.3. Ester cuûa daàu thöïc vaät (biodiesel) vaø caùc tính chaát cuûa noù Ester cuûa daàu thöïc vaät coù theå ñöôïc saûn xuaát töø raát nhieàu loaïi daàu khaùc nhau nhö: daàu coï, daàu höôùng döông, daàu ñaäu naønh, … Söï löïa choïn caùc loaïi daàu tuyø thuoäc vaøo giaù trò saûn xuaát vaø taøi nguyeân nguyeân lieäu, thaønh phaàn acid beùo coù trong noù vì noù quyeát ñònh raát lôùn ñeán tính chaát cuûa daàu vaø daãn suaát ester cuûa chuùng, ñaëc bieät laø methyl ester: nhieät ñoä ñoâng ñaëc, nhieät ñoä chôùp chaùy, chæ soá cetan, ñoä nhôùt, nhieät trò, khaû naêng hoaù hôi, … Một số tính chất của ester dầu thực vật được trình bày trong Bảng 1.13. Baûng 1.12. Moät soá tính chaát vaät lyù cuûa ester daàu thöïc vaät.[7] Ester Chæ soá cetan Nhieät löôïng, kJ/kg Ñoä nhôùt (mm2/s) Ñieåm vaån ñuïc, 0C Ñieåm chaûy, 0C Ñieåm chôùp chaùy Methyl Ester Daàu boâng 51.2 - 6.8(210C) - -4 110 Daàu len 54.4 40449 6.7(400C) -2 -9 84 Daàu rum 49.8 40060 - - -6 180 Daàu ñaäu naønh 46.2 39800 4.08(400C) 2 -1 171 Daàu höôùng döông 46.6 39800 4.22(400C) 0 -4 - Môõ ñoäng vaät - 39949 4.11(400C) 12 9 96 Ethyl Ester Daàu coï 56.2 39070 4.5(37.80C) 8 6 19 Daàu ñaäu naønh 48.2 40000 4.14(400C) 1 -4 174 1.5.4. Öu ñieåm cuûa Biodisel so vôùi diesel truyeàn thoáng Veà maët moâi tröôøng Biodiesel giaûm löôïng khí CO2 do ñoù giaûm ñöôïc nhieàu hieäu öùng nhaø kính. Khi chaùy, biodiesel thaûi ra moät löôïng raát ít CO, hydrocacbon chöa chaùy heát neân söû duïng biodesel seõ laøm giaûm söï oâ nhieãm khoâng khí vaø khoâng gaây aûnh höôûng ñeán söùc khoeû con ngöôøi. Biodiesel laø chaát khoâng ñoäc, deã phaân huûy. Biodiesel khoâng chöùa hôïp chaát löu huyønh, giaûm möa acid. Biodiesel khoâng chöùa hôïp chaát voøng thôm. Veà maët kỹ thuaät Biodiesel coù chæ soá cetan cao hôn diesel. Biodiesel coù ñieåm chôùp chaùy cao hôn daàu truyeàn thoáng. Vì vaäy, biodiesel an toaøn hôn trong coâng taùc phoøng chaùy noå. Khi söû duïng biodiesel laøm nhieân lieäu thì khoâng caàn caûi tieán baát kỳ moät boä phaän naøo cuûa ñoäng cô. Coâng suaát, löïc keùo, maõ löïc cuûa xe biodiesel vaø hoãn hôïp ngang vôùi daàu diesel truyeàn thoáng. Tuy nhieân, biodiesel cuõng coøn moät soá nhược điểm như có ñieåm ñoâng ñaëc cao hôn diesel gaây khoù khaên cho vieäc söû duïng ôû caùc nöôùc coù nhieät ñoä thaáp vaøo muøa ñoâng. Veà maët kinh teá Vòeâc söû duïng Biodiesel ngoaøi vaán ñeà giaûi quyeát oâ nhieãm moâi tröôøng coøn goùp phaàn thuùc ñaåy ngaønh noâng nghieäp phaùt trieån, taän duïng tieàm naêng saün coù cuûa nöôùc ta: ñaát ñai, khí haäu, nhaân löïc… haïn cheá vieäc nhaäp khaåu nhieân lieäu, töø ñoù giaûm möùc ñoä phuï thuoäc vaøo nöôùc ngoaøi. Giaù thaønh biodiesel töø daàu thöïc vaät cao hôn nhieân lieäu diesel. Những ưu điểm khi söû duïng nguyeân lieäu daàu aên pheá thaûi để sản xuất biodiesel: Haïn cheá ñöôïc oâ nhieãm nguoàn nöôùc vì hieän nay löôïng daàu naøy chuû yeáu thaûi ra ngoaøi moâi tröôøng. Giaù thaønh thaáp hôn nhieàu so vôùi söû duïng daàu thöïc vaät. Saûn phaåm biodiesel töø daàu aên pheá thaûi töông töï biodiesel töø daàu thöïc vaät. USA ASTM - 1.9 – 6.0 - ≥100 - < 0.05 < 0.05% < No.3 ≥ 40 < 0.8 Thuïy Ñieån SS 0.89 – 0.89 3.5 – 5.0 - ≥100 - < 0.001 < 300 - ≥ 48 < 0.6 YÙ UNI0635 0.815 – 0.9 3.5 – 5.0 < 360 ≥100 < 0 / < -15 < 0.01 - - - < 0.5 Baûng 1.13. Tieâu chuaån biodiesel moät soá quoác gia.[7] Ñöùc DINV 0.875 – 0.9 3.5 – 5.0 - ≥110 - < 0.01 < 300 1 ≥ 49 < 0.5 Phaùp JOUNAL 0.87 – 0.89 3.5 – 5.0 < 360 ≥110 < -10 - < 200 - ≥ 49 < 0.5 Seùc CSN 0.87 – 0.89 3.5 – 5.0 - ≥100 - < 0.02 - 1 ≥ 48 < 0.5 Australia ONC1191 0.85 – 0.89 3.5 – 5.0 - ≥100 - ≥ 0.02 - - ≥ 49 < 0.8 Ñôn vò g/cm3 mm2/s 0C 0C 0C %kl g/kg - - MgKOH/g Tieâu chuaån Tyû troïng 150C Ñoä nhôùt 400C Thaønh phaàn caát 95% Ñieåm chôùp chaùy Ñieåm ñoâng ñaëc Haøm löôïng S Haøm löôïng nöôùc Aên moøn ñoàng 3h/500C Chæ soá cetan Chæ soá acide 1.6. PHAÛN ÖÙNG ANCOL PHAÂN 1.6.1. Xuùc taùc: Ñaây laø phaûn öùng ñöôïc öùng duïng trong saûn xuaát biodiesel nhaèm chuyeån triglyxeride coù trong daàu thöïc vaät thaønh methyl ester. Phaûn öùng alcol phaân triglyceride laø phaûn öùng thuaän nghòch dieãn ra döôùi taùc duïng cuûa xuùc taùc (base, axid,enzyme) hoaëc ñieàu kieän ñaëc bieät khoâng xuùc taùc (döôùi taùc ñoäng cuûa ozon, soùng sieâu aâm hoaëc ñieàu kieän nhieät ñoä, aùp xuaát cao). Caùc loaïi xuùc taùc hoaù hoïc ñaõ ñöôïc nghieân cöùu raát laâu, caùc höôùng nghieân cöùu môùi hieän nay laø veà xuùc taùc enzyme, xuùc taùc base khoâng ion hoaëc caùc ñieàu kieän phaûn öùng khoâng söû duïng xuùc taùc. 1.6.1.1. Xuùc taùc acid Acid xuùc taùc cho phaûn öùng laø caùc acid Bronsted, nhö acid sulfuric, photphoric, hydrocloric vaø acid sulfonic höõu cô, trong soá ñoù acid sunfuric ñöôïc söû duïng vaø nghieân cöùu nhieàu nhaát. Xuùc taùc acid thöôøng cho hieäu suaát phaûn öùng raát cao, tuy nhieân phaûn öùng thöôøng xaûy ra chaäm, yeâu caàu nhieät ñoä töông ñoái cao, khoaûng 80-1000C. Maïc duø phaûn öùng dieãn ra döôùi taùc duïng cuûa xuùc taùc acid chaäm, nhöng xuùc taùc daïng naøy coù theå ñöôïc söû duïng cho caùc loaïi nguyeân lieäu coù haøm löôïng acid beùo töï do cao vaø chöùa nhieàu nöôùc. 1.6.1.2. Xuùc taùc base Xuùc taùc base söû duïng cho phaûn öùng alcol phaân bao goàm NaOH, KOH, carbonate kim loaïi kieàm, caùc alkoxide nhö natri methaxide, natri ethoxide… Phaûn öùng alcol phaân döôùi daïng taùc duïng cuûa xuùc taùc base coù toác ñoä lôùn hôn khoaûng 4000 laàn so vôùi phaûn öùng vôùi xuùc taùc acid vôùi cuøng löôïng xuùc taùc. Neân hieän nay xuùc taùc base ñöôïc söû duïng roâng raõi do coù tíng kinh teá cao hôn. Xuùc taùc base coù öu ñieåm laø reû tieàn, phaûn öùng tieán haønh nhanh (thôøi gian phaûn öùng thöôøng keùo daøi khoâng quaù 2h), hieäu suaát saûn phaåm töông ñoái cao, quy trình vaø thieát bò ñôn giaûn. ¨ AÛnh höôûng cuûa haøm löôïng nöôùc vaø haøm löôïng acid beùo töï do: Khi tieán haønh phaûn öùng, triglyceride vaø alcohol phaûi hoaøn toaøn khoâng coù nöôùc vì nöôùc gaây ra phaûn öùng xaø phoøng hoaù, taïo ra muoái xaø phoøng, laøm giaûm hieäu suaát phaûn öùng do laøm tieâu hao xuùc taùc; laøm taêng ñoä nhôùt, taïo thaønh gel; vaø gaây khoù khaên trong vieäc taùch glycerin. Nguyeân lieäu söû duïng trong quy trình toång hôïp baèng xuùc taùc base thöôøng yeâu caàu coù haøm löôïng axid beùo töï do döôùi 0,5% haøm löôïng nöôùc thaáp. Khi tieán haønh phaûn öùng phaûi ñaûm baûo xuùc taùc (natrihydroxide, natri methoxide…) khoâng bò huùt aåm, hay phaûn öùng vôùi carbon dioxide trong khoâng khí, laøm giaûm hieäu quaû xuùc taùc. ¨ AÛnh höôûng cuûa tæ leä mol giöõa alcohol vaø triglyceride: theo lyù thuyeát phaûn öùng thì tæ leä mol vöøa ñuû cuûa alchol vaø triglyceride laø 3:1. Tuy nhieân ñeå ñaït ñöôïc hieäu suaát cao thì caàn phaûi söû duïng khaù dö alcohol so vôùi triglyceride. Theo caùc nghieân cöùu hieän nay, tæ leä mol alcohol: triglyceride toát nhaát laø 6:1. Do phaûi söû duïng moät löôïng dö methanol trong phaûn öùng neân chi phí nguyeân vaät lieäu taêng leân, caàn coù theâm coâng ñoaïn boác hôi hoaøn löu methanol ôû caùc pha saûn phaåm phaåm sau phaûn öùng. ¨ AÛnh höôûng cuûa loaïi xuùc taùc: Xuùc taùc base toát nhaát cho phaûn öùng laø natri methoxide. Natri hydroxide vaø kali hydroxide coù hoaït tính yeáu hôn coù taïo thaønh moät löôïng nhoû nöôùc khi hoaø tan chuùng vaøo methanol. Natri hydroxide vaø kali hydroxide vaãn ñöôïc söû duïng roäng raõi do chi phí thaáp. 1.6.1.3. Xuùc taùc base khoâng ion Ñeå caûi thieän ñaëc tính xuùc taùc cuûa xuùc taùc hoaù hoïc, caùc xuùc taùc base khoâng ion, ñaõ ñöôïc nghieân cöùu phaùt trieån nhö moät höôùng ñi rieâng ñoái vôùi xuùc taùc phaûn öùng alcol phaân. Muïc ñích chính laø nhaèm tieán haønh phaûn öùng trong ñieàu kieän ñôn giaûn hôn. Caùc xuùc taùc ñaõ vaø ñang ñöôïc nghieân cöùu laø caùc nhoùm aminde höõu cô nhö triethylamide, piperedine, pyridine…; amidine nhö 1,8-diazabicyclo[5.4.0] undec-7-ene(DBU)…;guanidine nhö 1,5,7-triazabyciclo[4.4.0]dec-5-ene(TBD), 1,2,3 triphenylguanidine (PBG)…; triamino(imino)phosphorane nhö tert-butylimino-2-diethylamino-1,3-dimethy1-perhydro-1,3,2-diazaphosphorane(BEMB) … Maëc duø cuõng ñaõ coù nhöõng keát quaû khaû quan veà khaû naêng xuùc taùc cuûa caùc base-khoâng ion nhöng ñieàu kieän phaûn öùng coøn phöùc taïp, taùch saûn phaåm töông ñoái khoù, neân xuùc taùc base- khoâng ion ñang trong giai ñoaïn nghieân cöùu chi tieát ñeå coù theå öùng duïng ñöôïc. 1.6.1.4. Phaûn öùng alcol phaân khoâng xuùc taùc Tieán haønh phaûn öùng alcol phaân khoâng söû duïng xuùc taùc laø moät höôùng nghieân cöùu môùi ñeå ñaït ñöôïc hieäu suaát cao hôn vaø saûn phaåm saïch hôn. Nhöõng xu höôùng nghieân cöùu hieän nay: Söû duïng sieâu methanol ôû aùp suaát vaø nhieät ñoä cao. Phaûn öùng ñöôïc thöïc hieän ôû khoaûng 3500C, aùp suaát 45 Mpa vôùi moät löôûng raát dö methanol. Nhöõng keát quaû thu ñöôïc raát toát nhö hieäu suaát saûn phaåm cao, saûn phaåm saïch do khoâng duøng xuùc taùc… tuy nhieân do söû duïng coâng ngheä vaø thieát bò raát phöùc taïp vaø ñaét tieàn neân môùi chæ thöïc hieän ôû quy moâ phoøng thí nghieäm. Söû duïng ozoân hoaëc soùng cao taàn. Hai phöông phaùp naøy ñang ñöôïc tieán haønh nghieân cöùu. 1.6.1.5. Xuùc taùc enzym Mặc dù xúc tác hóa học cho được hiệu suất cao trong thời gian ngắn nhưng khi sử dụng xúc tác hóa học có những mặt hạn chế sau: Cần năng lượng lớn. Khó thu hồi glyxerin. Khi sử dụng xúc tác axít hoặc kiềm, cần phải tiến hành rửa sản phẩm, nhưng lại chưa có biện pháp xử lý nước thải ra nên làm ô nhiễm nguồn nước. Khi sử dụng xúc tác enzym thì có thể giảm được khâu rửa sản phẩm. Sản phẩm tạo thành trong quá trình chuyển hóa với xúc tác enzym sẽ là methyl ester và một lượng rất ít dầu dư. Glyxerin tạo thành trong quá trình phản ứng sẽ được hấp thu trong enzym. Hiệu suất của quá trình này có thể lên đến 94,8 – 98,5%. Nhiệt độ phản ứng thấp (thường ở nhiệt độ môi trường). Khác với xúc tác hóa học, khi có mặt nhiều axít béo và nước, xúc tác enzym càng dễ chuyển hóa thành metyl ester. Tuy nhiên, khi sử dụng xúc tác enzym gặp phải những khó khăn mà hiện tại không thể giải quyết được: thời gian phản ứng quá lâu, chi phí cho xúc tác enzym quá lớn. Đặc biệt là phương pháp này càng không thể áp dụng ở Việt Nam vì ở nước ta chưa sản xuất được enzym. Hầu hết các nghiên cứu phản ứng chuyển hóa ester bằng xúc tác enzym đều sử dụng nguồn enzym tinh khiết dùng cho công nghiệp dược hoặc thực phẩm. 1.6.2. Ñieàu kieän phaûn öùng Ñaây laø phaûn öùng thuaän nghòch vaø laø moät phaûn öùng thu nhieät. Ñeå naâng cao hieäu suaát taùc chaát söû duïng phaûi dö hoaëc saûn phaåm ñöôïc taùch ta khoûi hoãn hôïp phaûn öùng. Noàng ñoä taùc chaát ôû traïng thaùi caân baèng phuï thuoäc vaøo baûn chaát cuûa alcol vaø ester söû duïng. Trong haàu heát caùc tröôøng hôïp, ngöôøi ta söû duïng moät hay caû hai phöông phaùp treân ñeå naâng cao hieäu suaát. 1.6.3. Alcol Theo taøi lieäu tham khaûo coù nhieàu loaïi röôïu tham gia phaûn öùng alcol phaân: methanol, ethanol ñöôïc söû duïng phoå bieán nhaát, ñaëc bieät laø methanol. Vieäc löïa choïn alcol cho phaûn öùng phuï thuoäc nhieàu yeáu toá nhö: Hieäu suaát phaûn öùng: ethanol cho hieäu suaát chuyeån hoaù 80 – 85%, methanol cho hieäu suaát chuyeån hoaù lôùn hôn 90%. Giaù thaønh cuûa alcol. Tính chaát saûn phaåm laøm nheân lieäu diesel. Vì vaäy, methanol ñöôïc choïn söû duïng cho quaù trình khaûo saùt. 1.6.4. Nhieät ñoä phaûn öùng Phaûn öùng alcol phaân coù theå xaûy ra ôû nhieät ñoä thöôøng. Nhieät ñoä taêng thì hieäu suaát taêng. Tuy nhieân, nhieät ñoä khoâng ñöôïc vöôït quaù nhieät ñoä soâi cuûa methanol laø 650C. Ví duï: phaûn öùng giöõa daàu ñaäu naønh vaø methanol vôùi tyû leä methanol:daàu = 6 :1, xuùc taùc söû duïng laø 1%NaOH vaø tieán haønh quaù trình trong moät giôø, theo gioõi phaûn öùng theo nhieät ñoä ta thaáy: ÔÛ 600C, hieäu suaát ester laø 94% ÔÛ 450C, hieäu suaát ester laø 87% Ngoaøi ra, nhieät ñoä phaûn öùng cũng phuï thuoäc vaøo loaïi xuùc taùc. Vôùi xuùc taùc bazô thoâng thöôøng nhieät ñoä phaûn öùng thaáp hôn khi söû duïng xuùc taùc acide trong cuøng ñieàu kieän. 1.6.5. Thôøi gian phaûn öùng Ñoä chuyeån hoùa taêng leân khi thôøi gian phaûn öùng taêng leân. Ví duï: thöû nghieäm phaûn öùng giöõa methanol vôùi daàu thöïc vaät ôû ñieàu kieän phaûn öùng: tyû leä mol methanol : daàu laø 6 : 1, xuùc taùc 0.5% khoái löôïng NaOH, nhieät ñoä phaûn öùng laø 600C. Keát quaû cho thaáy hieäu suaát ester ñaït 80% sau moät phuùt ñaàu tieân cho daàu ñaäu naønh vaø daàu höôùng döông. Sau moät giôø, hieäu suaát ester ñaït khoaûng 93% - 98% cho taát caû caùc loaïi daàu. Ñaàu tieân phaûn öùng naøy xaûy ra chaäm, do giai ñoaïn naøy chuû yeáu laø hoøa troän vaø phaân taùn alcol vaøo daàu thöïc vaät. Sau ñoù, toác ñoä phaûn öùng taêng leân raát nhanh. Noàng ñoä diglyceride, monoglyceride taêng leân vaøo thôøi ñieåm baét ñaàu vaø sau ñoù giaûm daàn. Keát thuùc quaù trình, löôïng monoglyceride cao hôn diglyceride. Thôøi gian phaûn öùng phuï thuoäc vaøo loaïi xuùc taùc. Vôùi xuùc taùc söû duïng laø bazô thì thôøi gian phaûn öùng thöôøng tieán haønh nhanh hôn so vôùi xuùc taùc acide trong cuøng ñieàu kieän vaø cuøng ñöôïc hieäu suaát nhö nhau. 1.6.6. Tyû leä ancol : daàu thöïc vaät Tyû leä alcol : daàu thöïc vaät laø yeáu toá quan troïng nhaát aûnh höôûng ñeán hieäu suaát ester. Theo lyù thuyeát tyû leä alcol : daàu = 3 : 1. Tuy nhieân ñaây laø phaûn öùng thuaän nghòch, muoán ñaït hieäu suaát cao tyû leä alcol : daàu phaûi lôùn hôn gấp 2 laàn tyû lệ lyù thuyeát. Tyû leä alcol : daàu phuï thuoäc vaøo loaïi xuùc taùc söû duïng. Ví duï: phaûn öùng buthanol phaân vôùi daàu ñaäu naønh ñeå ñaït ñöôïc hieäu suaát nhö nhau trong cuøng moät khoaûng thôøi gian, vôùi xuùc taùc acide thì caàn duøng tæ leä buthanol: daàu laø 30 : 1, vôùi xuùc taùc bazô tyû leä naøy caàn 6 : 1. Freedman nghieân cöùu aûnh höôûng cuûa tyû leä alcol : daàu thöïc vaät (töø1 :1 ñeán 6 :1) treân phaûn öùng alcol phaân daàu thöc vaät, keát quaû cho thaáy haàu heát caùc loaïi daàu thöïc vaät ñeàu cho keát quaû ñoä chuyeån hoùa cao ôû tyû leä 6 : 1. Quaù trình methanol phaân daàu ñaäu naønh, daàu höôùng döông, daàu laïc, daàu coï ñeàu ñaït ñoä chuyeån hoùa 93% - 98% ôû tyû leä 6:1. Tyû leä naøy thöôøng ñöôïc söû duïng trong coâng nghieäp ñeå saûn xuaát methyl ester vôùi hieäu suaát cao.[10] 1.7. Cô cheá phaûn öùng Phaûn öùng alcol phaân triglycerit bao goàm moät soá quaù trình lieân tuïc. Ñaàu tieân triglycerit seõ bieán ñoåi thaønh diglycerit, tieáp tuïc bieán ñoåi thaønh monoglycerit cuoái cuøng taïo thaønh glycerine. Moãi moät phaàn töû ester ñöôïc hình thaønh sau moãi böôùc. Ñaây laø phaûn öùng thuận nghòch neân chieàu ngöôïc laïi seõ xaûy ra. Heä 3 phaûn öùng noái tieáp ñöôïc moâ taû trong caùc phöông trình sau: k1 Tryglycerit (TG) + R’OH D Diglycerit (DG) + R’COOR1 k2 Diglycerit (DG) + R’OH D Monoglycerit (MG) + R’COOR2 k3 Monoglycerit (MG) + R’OH D Glycerin (GL) + R’COOR3 1.7.1. Cô cheá cuûa phaûn öùng khi duøng xuùc taùc kieàm ÔÛ giai ñoaïn ñaàu tieân cuûa phaûn öùng laø söï taán coâng cuûa anion alcolat leân nguyeân töû carbon cuûa nhoùm C=O cuûa ester. Naêng löôïng hoïat hoùa laø naêng löôïng caàn thieát ñeå taïo lieân keát giöõa anion naøy vôùi nhoùm carbonyl. Caùc nhoùm theá trong R1 hay R2 coù xu höôùng laøm thay ñoåi tính chaát cuûa nhoùm C=O vaø caàn phải taïo ñieàu kieân deã daøng ñeå cho phaûn öùng xaûy ra baèng caùch giaûm naêng löôïng hoaït hoùa. O O – R2 R1 – +C + -OR3 D R1 – C – O- O – R2 O – R3 O – R2 H – +O – R2 R1 – C – O- + HOR3 D R1 – C – O- + -OR3 O – R3 O – R3 O – R2 R1 – C – O- D R1COR3 + HOR2 O – R3 Phaûn öùng alcol phaân vôùi xuùc taùc kieàm xaûy ra vôùi vaän toác lôùn ngay ôû nhieät ñoä thöôøng. Tuy nhieân noù chæ coù lôïi khi chaát beùo söû duïng trung tính vaø hoãn hôïp thaät khan, neáu hoãn hôïp coù chöùa nhieàu nöôùc saûn phaåm taïo thaønh laø xaø phoøng, laøm maát hoaït tính kieàm taïo thaønh caáu truùc gel, ngaên caûn vieäc taùch vaø laéng glycerin. Xuùc taùc bazô chæ toát vôùi tröôøng hôïp chuyeån hoùa baèng methanol tuyeät ñoái hay cao hôn, hieäu suaát ester thoâ laø 90%, glycerin kyõ thuaät 10%, thôøi gian phaûn öùng laø 8 – 9 giôø, thích hôïp phaûn öùng methanol phaân. 1.7.2. Cô cheá phaûn öùng khi duøng xuùc taùc acid H – O+ – R3 H – O+ – R3 R1COOR2 + HOR3 D R1 – C – O- D R1 – C – OH + A- O – R2 O – R2 H – O+ – R3 O – R3 A- R1 – C – OH D R1 – C – OH D R1COOR3 + R2OH + HA O – R2 H – O+ – R2 Neáu söû duïng xuùc taùc acid thì phaûn öùng tieán haønh ôû nhieät ñoä cao hôn so vôùi xuùc taùc bazô vaø thôøi gian phaûn öùng daøi hôn. 1.8. KEÁT LUAÄN Trong tình hình các nguồn nhiên liệu hóa thạch đang cạn kiệt dần như hiện nay, nhiệm vụ đi tìm các nguồn nhiên liệu mới thay thế cho nguồn nhiên liệu hóa thạch là hòan tòan cần thiết và cấp bách. Phát triển và đa dạng hóa nguồn năng lượng là một trong những đòi hỏi quan trọng của mọi quốc gia. Đối với nhiên liệu diesel, một nguồn năng lượng không thể thiếu trong nền kinh tế phát triển của một quốc gia, việc sử dụng biodiesel chắc chắn mang lại nhiều lợi ích to lớn như: cung cấp một nguồn nhiên liệu mới, giảm tác hại về môi trường khi sử dụng nhiên liệu, tính tự chủ trong nguồn nguyên liệu sản xuất biodiesel… Tuy nhiên, vấn đề kinh tế về giá thành của biodiesel đang là một trở ngại. Trong tương lai, khi nguồn nhiên liệu hóa thạch hòan tòan cạn kiệt, xu hướng sử dụng biodiesel và các nguồn nhiên liệu phi hóa thạch khác sẽ là một xu thế tất yếu. Taïi Vieät Nam, nhieân lieäu diesel noùi rieâng vaø caùc saûn phaåm naêng löôïng noùi chung chuû yeáu phaûi nhaäp khaåu töø nöôùc ngoaøi. Do ñoù, vieäc thay theá daàn nhieân lieäu diesel baèng biodiesel seõ giuùp chuùng ta giaûm bôùt chi phí nhaäp khaåu nhieân lieäu vaø coù theå chuû ñoäng trong vieäc saûn xuaát nhieân lieäu biodiesel. Ñeå chuaån bò cho söï thay theá naøy, chính phuû Vieät Nam ngay töø baây giôø caàn coù nhöõng chính saùch veà thueá phuø hôïp ñeå hoã trôï vieäc phaùt trieån nghieân cöùu vaø söû duïng biodiesel. Maët khaùc, chính phuû cuõng caàn coù nhöõng quy hoaïch cuï theå veà vieäc chuaån bò caùc nguoàn caây cung caáp daàu taïi Vieät Nam. Tröôùc maét, vieäc söû duïng daàu aên pheá thaûi laøm nguyeân lieäu seõ giuùp giaûi quyeát veà vaán ñeà moâi tröôøng cuõng nhö giaûm chi phí quaù trình saûn xuaát. Tuy nhieân, veà laâu daøi, nhieân lieäu biodiesel cuõng coù theå saûn xuaát töø nguoàn daàu thöïc vaät môùi ñeå coù theå ñaùp öùng nhu caàu cuûa thò tröôøng. Caùc loaïi daàu khoâng söû duïng trong thöïc phaåm nhö daàu haït cao su, daàu boâng vaûi coù theå laø moät nguoàn nguyeân lieäu phuø hôïp. Ngoaøi ra, trong caùc nhaø maùy cheá bieán vaø tinh luyeän daàu aên thöïc phaåm, coù theå söû duïng caùc saûn phaåm thöù caáp, pheá phaåm laøm nguyeân lieäu ñeå saûn xuaát biodiesel. Caùc nghieân cöùu veà khaû naêng saûn xuaát biodiesel töø caùc nguoàn daàu thöïc vaät môùi vaø pheá thaûi ñaõ ñöôïc nghieân cöùu taïi Boä moân Coâng ngheä cheá bieán Daàu khí vaø Trung taâm Loïc – Hoaù daàu (Tröôøng Ñaïi hoïc Baùch Khoa TPHCM) töø nhieàu naêm nay. Höôùng khaûo saùt taäp trung chuû yeáu vaøo quaù trình chuyeån methyl ester hoaù cuûa triglyxerít coù trong daàu thöïc vaät treân xuùc taùc kieàm vaø axít. Phaàn lôùn caùc xuùc taùc söû duïng trong caùc khaûo saùt ñöôïc töï ñieàu cheá taïi phoøng thí nghieäm. Caùc keát quaû ban ñaàu cho thaáy ñaây laø moät höôùng ñi phuø hôïp vaø vôùi vieäc söû duïng xuùc taùc kieàm, hieäu suaát cuûa phaûn öùng ñaït khaù cao (khoaûng 88-92%). Ngoaøi ra, vieäc söû duïng xuùc taùc kieàm raén trong quaù trình phaûn öùng laø moät khaû naêng mang nhieàu höùa heïn vaø neân ñöôïc khaûo saùt theâm. Taïi Vieät Nam, khaû naêng saûn xuaát biodiesel töø nguoàn daàu aên thaûi laø moät trong nhöõng ñònh höôùng hoaøn toaøn khaû thi. Coù khaû naêng ñaây seõ laø lôøi giaûi ñaùp cho caùc döï aùn saûn xuaát biodiesel veà maët kinh teá. Beân caïnh ñoù, quaù trình naøy coøn goùp phaàn laøm giaûm söï oâ nhieãm moâi tröôøng do caùc nguoàn daàu aên thaûi gaây ra töø caùc quaù trình cheá bieán thöïc phaåm. Rieâng thaønh phoá Hoà Chí Minh laø nôi taäp trung nhieàu cô sôû saûn xuaát tinh luyeän daàu thöïc vaät cuõng nhö caùc xí nghieäp lôùn, nhaø haøng, quaùn aên söû duïng daàu thöïc vaät trong cheá bieán thöïc phaåm (mì aên lieàn, thöïc phaåm chieân raùn,…). Löôïng daàu aên pheá thaûi öôùc chöøng vaøi chuïc nghìn taán/naêm seõ laø nguoàn nguyeân lieäu reû tieàn ñeå saûn xuaát biodiesel. Ngoaøi ra, thaønh phoá Hoà Chí Minh vôùi tyû leä daân soá ñoâng daân nhaát nöôùc cuõng laø nôi maø möùc ñoä oâ nhieãm moâi tröôøng do caùc phöông tieän giao thoâng gaây neân traàm troïng nhaát. Vì vaäy, thaønh phoá Hoà Chí Minh raát neân laø nôi ñi tieân phong ñaàu tö nghieân cöùu toaøn dieän vaán ñeà naøy ñeå coù theå nhanh choùng ñöa vieäc söû duïng biodiesel vaøo thöïc teá. Ñeå saûn phaåm biodiesel daàn daàn coù choã ñöùng treân thò tröôøng nhieân lieäu, ta caàn phaûi giaûi quyeát moät trong nhöõng haïn cheá cuûa caùc nghieân cöùu trong thôøi gian qua, ñoù laø giaù thaønh vaãn coøn cao so vôùi diesel. Ñaây laø vaán ñeà coù lieân quan ñeán raát nhieàu yeáu toá trong ñoù coù yeáu toá veà lónh vöïc coâng ngheä. Trong luaän vaên naøy, chuùng toâi seõ ñi theo höôùng nghieân cöùu theâm veà xuùc taùc, ñieàu kieän phaûn öùng ñeå tìm ra tyû leä mol giöõa daàu vaø methanol thích hôïp theo höôùng giaûm löôïng methanol goùp phaàn laøm giaûm giaù thaønh biodiesel. Chöông 2 THÖÏC NGHIEÄM 2.1. Muïc tieâu nghieân cöùu Coù nheàu phöông phaùp toång hôïp thay theá khaùc nhau ñang ñöôïc nghieân cöùu. Trong ñoù, phöông phaùp söû duïng xuùc taùc bazô coù nhieàu öu theá ñang ñöôïc quan taâm chuù yù. Trong ñeà taøi naøy, chuùng toâi tieán haønh nghieân cöùu khaû naêng söû duïng NaOH coâng nghieäp ñeå xuùc taùc cho phaûn öùng toång hôïp methyl ester töø daàu thöïc vaät pheá thaûi cuûa Vieät Nam. 2.2. Phöông phaùp nghieân cöùu Xaùc ñònh moät soá tính chaát hoaù lyù cuûa daàu thaûi laøm nguyeân lieäu. Tieán haønh phaûn öùng thöû nghieäm khaûo saùt caùc thoâng soá toái öu cho phaûn öùng. Xaùc ñònh tính chaát hoaù lyù cuûa methyl ester. Khảo sát tỷ lệ pha trộn giữa biodiesel và nhiên liệu diesel để thu được hỗn hợp nhiên liệu biodiesel đạt các chỉ tiêu chất lượng để sử dụng cho động cơ diesel. 2.3. Thöïc nghieäm 2.3.1. Khaûo saùt nguyeân lieäu Trong quaù trình thu gom nguyeân lieäu, coù hai nguoàn ñöôïc söû duïng cho caùc muïc ñích khaùc nhau. Ñoù laø loaïi daàu daïng loûng vaø moät loaïi ñoùng raén ôû nhieät ñoä thöôøng (SORTENING). ÔÛ caùc khaùch saïn nhaø haøng daàu thaûi chuû yeáu laø