Tải bản đầy đủ

KHẢO SÁT TÍNH NĂNG ĐỘNG CƠ KHI SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU SINH HỌC BIODIESEL

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH



KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

KHẢO SÁT TÍNH NĂNG ĐỘNG CƠ KHI SỬ DỤNG
NHIÊN LIỆU SINH HỌC BIODIESEL

Họ và tên sinh viên: NGUYỄN NGỌC THU
Ngành: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ
Niên Khóa: 2008 – 2012

Tháng 06 năm 2012


KHẢO SÁT TÍNH NĂNG ĐỘNG CƠ KHI SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU SINH
HỌC BIODIESEL

Tác giả


NGUYỄN NGỌC THU

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp bằng Kỹ sư ngành
Công nghệ - Kỹ thuật Ô tô

Giáo viên hướng dẫn:

Thạc sĩ TRẦN MẠNH QUÍ

Kỹ sư PHAN MINH HIẾU

i


LỜI CẢM ƠN
Thời gian bốn năm học tại trường không phải là một quãng thời gian dài, nhưng
những gì chúng em nhận được từ các thấy cô là vô cùng to lớn, chúng em xin chân
thành cảm ơn quý thầy cô trường Đại học Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh đã
trang bị cho chúng em những kiến thức quý báu để làm hành trang bước vào cuộc
sống.
Chúng em xin chân thành cảm ơn khoa Cơ Khí Công Nghệ, cùng toàn thể thầy
cô trong khoa nói chung cũng như các thầy thạc sĩ Trần Mạnh Qúi, thạc sĩ Bùi Công
Hạnh, thạc sĩ Thi Hồng Xuân, kỹ sư Phan Minh Hiếu nói riêng đã cung cấp cho em
những kiến thức chuyên ngành bổ ích, những kiến thức không thể thiếu cho công việc
sau này của chúng em.
Chúng em xin cảm ơn thầy PGS.TS Trương Vĩnh trưởng BM Công Nghệ Hóa đã
tạo điều kiện và đóng góp nhiều ý kiến quý báu giúp chúng em hoàn thiện đề tài này.
Chúng con xin gởi lời cảm ơn đến cha, mẹ và những người thân trong gia đình
những người đã luôn đồng hành cùng chúng con trong suốt quãng đời.
Trong quá trình thực hiện đề tài dù đã có nhiều cố gắng nhưng cũng khó có thể
tránh khỏi những thiếu sót. Chúng em rất mong nhận được sự thông cảm và tận tình
chỉ bảo của của quý thầy cô và các bạn.
Kính chúc quý Thầy, Cô dồi dào sức khỏe để tiếp tục dìu dắt một thế hệ trẻ,
tương lai của đất nước ngày một tiến xa hơn.
Chân thành cảm ơn !

Sinh viên thực hiện
Nguyễn Ngọc Thu
Tháng 06 năm 2012



ii


TÓM TẮT
1.

Tên đề tài
“ KHẢO SÁT TÍNH NĂNG ĐỘNG CƠ KHI SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU SINH

HỌC BIODIESEL”.
2.

Thời gian và địa điểm thực hiện
Thời gian thực hiện đề tài: từ 05/04/2012 đến 15/06/2012.
Đề tài được thực hiện tại xưởng Bộ Môn Công Nghệ Ô Tô – Khoa Cơ khí Công

Nghệ, Trường Đại Học Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh.
3.

Mục đích đề tài
So sánh hiệu quả làm việc của động cơ khi sử dụng nhiên liệu Diesel dầu mỏ

(D.O) và nhiên liệu sinh học Bio Diesel (B5, B10, B20) chiết suất từ đậu nành và B5
chiết suất từ vi tảo.
4.

Nội dung
 Khảo nghiệm tính năng động cơ và máy phát điện KUBOTA khi sử dụng nhiên
liệu D.O.
 Khảo nghiệm tính năng động cơ và máy phát điện KUBOTA khi sử dụng nhiên
liệu sinh học lần lượt (B5, B10, B20) chiết suất từ đậu nành gốc Methanol và
Ethanol so với D.O.
 Khảo nghiệm tính năng động cơ và máy phát điện KUBOTA khi sử dụng nhiên
liệu sinh học B5 chiết suất từ vi tảo so với D.O.

iii


5.

Phương pháp và phương tiện
 Phương pháp:
- Tra cứu tài liệu có liên quan.
- Khảo sát đo đạt trực tiếp và khảo nghiệm trên động cơ và thiết bị gây tải.
 Phương tiện:
- Động cơ RK125-2X-GE và máy phát điện KUBOTA - ASK – R150.
- Bình đo mức tiêu hao nhiên liệu.
- Thiết bị đo số vòng quay Timing light MOD 500-510.
- Thiết bị đo nồng độ khí thải động cơ Diesel OP-120 KOREA.
- Ampe kế và đồng hồ VOM ( đo hiệu điện thế, điện trở...).
- 02 Điện trở loại 2000W.
-

02 Bóng đèn điện 500W và 03 bóng đèn điện 300W.

- Nhiên liệu D.O và nhiên liệu sinh học Biodiesel chiết suất từ đậu nành và vi tảo.
- Đồng hồ bấm giây và các dụng cụ có trong xưởng thực hành – thí nghiệm.
6.

Kết quả
 Xác định được mức tiêu hao nhiên liệu của động cơ khi sử dụng nhiên liệu D.O
và nhiên liệu sinh học Biodiesel.
 Xác định công suất động ứng với số vòng quay tương ứng và xây dựng đường
đặc tính của động cơ.
 Xác định hiệu suất làm việc của động cơ.
 Xác định nồng độ khí thải động cơ khi sử dụng nhiên liệu D.O và nhiên liệu sinh
học Biodiesel ứng với các chế độ khác nhau.

iv


MỤC LỤC
Trang
Trang tựa........................................................................................................................... i
Lời cảm tạ ........................................................................................................................ii
Tóm tắt ........................................................................................................................... iii
Mục lục ............................................................................................................................ v
Danh sách các hình ......................................................................................................... ix
Danh sách các bảng ........................................................................................................ xi
Danh sách các chữ viết tắt .............................................................................................. x
Chương 1 MỞ ĐẦU ...................................................................................................... 1
1.1 Đặt vấn đề ........................................................................................................ 1
1.2 Mục đích của đề tài ........................................................................................... 2
Chương 2 TỔNG QUAN ............................................................................................... 3
2.1 Nhiên liệu Diesel ............................................................................................. 3
2.2 Giới thiệu về dầu thực vật ................................................................................ 4
2.3 Biodiesel là gì .................................................................................................. 5
2.4 Biodiesel chế suất từ tảo ................................................................................. 11
Chương 3 PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN .................................................. 21
3.1 Nơi thực hiện ................................................................................................. 21
3.2 Thời gian thực hiện ........................................................................................ 21
3.3 Các phương tiện và dụng cụ trong khảo nghiệm ........................................... 21
3.3.1 Phương tiện .......................................................................................... 21
3.3.2 Phương tiện trong khảo nghiệm ........................................................... 22
3.3.3 Nhiên liệu sử dụng khảo nghiệm ......................................................... 24
3.4 Phương pháp thực hiện .................................................................................. 25
3.4.1 Phương pháp lý thuyết ......................................................................... 25
3.4.2 Phương pháp thực tập ........................................................................... 25
3.5 Các thông số cần xác định khi khảo nghiệm ................................................. 25
v


3.6 Phương pháp xử lý số liệu ............................................................................. 26
Chương 4 THỰC HIỆN ĐỀ TÀI, KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .......................... 27
4.1 Kiểm tra tình trạng kỹ thuật động cơ ............................................................. 27
4.2 Lắp đặt dụng cụ đo mức tiêu hao nhiên liệu .................................................. 28
4.3 Bố trí tải thí nghiệm ....................................................................................... 29
4.4 Kết quả khảo nghiệm ..................................................................................... 30
4.4.1 Số liệu thu thập được khi động cơ sử dụng nhiên liệu D.O .................. 30
4.4.2 Tra bảng tính toán các số sau khi khảo nghiệm ................................... 30
4.4.3 Nhiên liệu sinh học Biodiesel gốc Methanol ....................................... 32
4.4.4 Nhiên liệu sinh học Biodiesel gốc Ethanol .......................................... 35
4.4.5 Nhiên liệu sinh học Biodiesel B5 chiết suất từ vi tảo ........................... 38
4.4.6 Đường đặc tính động cơ và thông qua kết quả tính toán phát họa đường
đặc tính động cơ khi sử dụng các loại nhiên liệu khác nhau.......................... 39
4.4.7 So sánh mức tiêu hao nhiên liệu giữa các loại nhiên liệu ..................... 42
4.4.8 Phương pháp và kết quả đo nồng độ khí thải (HSU) nhiên liệu ........... 44
Chương 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................. 47
5.1 Kết luận ........................................................................................................... 47
5.2 Kiến nghị ........................................................................................................ 47

vi


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 2.1: Sơ đồ quá trình sản xuất Biodiesel .................................................................. 7
Hình 2.2: Các phản ứng hóa học điều chế Biodiesel....................................................... 8
Hình 2.3: Sản xuất tảo quy mô công nghiệp ................................................................ 13
Hình 2.4: Mô tả sự ly trích dầu trong tảo dưới kính phóng đại .................................... 14
Hình 2.5: Cấu tạo thiết bị chiết Soxhlet ....................................................................... 15
Hình 2.6: Công thức hóa học Triglycerides. ................................................................. 17
Hình 2.7: Cấu tạo một số acid béo trong dầu thực vật ................................................. 18
Hình 2.8: Phản ứng transester hóa của triglyceride với rượu ....................................... 20
Hình 3.1: Động cơ và máy phát điện KUBOTA – ASK – R150 .................................. 22
Hình 3.2: Bình đo mức tiêu hao nhiên liệu và thiết bị đo số vòng quay Timing light .. 23
Hình 3.3: Thiết bị đo nồng độ khí thải động cơ Diesel ................................................. 23
Hình 3.4: Đồng hồ VOM và Ampe kìm ....................................................................... 24
Hình 3.5: Bộ tạo tải dùng bóng đèn điện và dây điện trở ............................................. 24
Hình 3.6: Nhiên liệu Diesel, Biodiesel B10 (methanol), B10 (Ethanol) từ đậu nành ... 25
Hình 4.1: Kiểm tra vòi phun .......................................................................................... 27
Hình 4.2: Kiểm tra bơm cao áp ..................................................................................... 28
Hình 4.3: Hệ thống nhiên liệu ...................................................................................... 28
Hình 4.4: Sơ đồ nguyên lý bố trí tải ............................................................................. 29
Hình 4.5: Bố trí thí nghiệm............................................................................................ 30
Hình 4.6: Nồng độ khí thải (HSU) khi sử dụng D.O 73.9% ......................................... 31
Hình 4.7: Nồng độ khí thải (HSU) khi sử dụng B5 chiết suất đậu nành
Methanol 55.8 % .................................................................................................. 32
Hình 4.8: Nồng độ khí thải (HSU) khi sử dụng B10 chiết suất đậu nành
Methanol 57.6 %. .................................................................................................. 33
Hình 4.9: Nồng độ khí thải (HSU) khi sử dụng B20 chiết suất đậu nành
Methanol 49.9 %. .................................................................................................. 34
Hình 4.10: Nồng độ khí thải (HSU) khi sử dụng B5 chiết suất đậu nành
vii


Ethanol 62.2 %...................................................................................................... 35
Hình 4.11:Nồng độ khí thải (HSU) khi sử dụng B10 chiết suất đậu nành
Ethanol 61.9 %..................................................................................................... 36
Hình 4.12: Nồng độ khí thải (HSU) khi sử dụng B20 chiết suất đậu nành
Ethanol 54.6

% ................................................................................................. .37

Hình 4.13: Nồng độ khí thải khi sử dụng Biodiesel B5 chiết suất từ vi tảo 53.4 %. .... 38
Hình 4.14: Đường đặc tính động cơ do nhà sản xuất cung cấp. .................................... 39
Hình 4.15: Đường đặc tính khi động cơ sử dung Diesel ............................................... 39
Hình 4.16: Đường đặc tính khi đông cơ sử dụng Biodiesel B5 gốc Methanol ............. 40
Hình 4.17: Đường đặc tính khi đông cơ sử dụng Biodiesel B10 gốc Ethanol .............. 41
Hình 4.18: Đường đặc tính khi đông cơ sử dụng Biodiesel B5chiết suất từ vi tảo. ...... 41
Hình 4.19: Đồ thị so sánh tiêu hao nhiên liệu ở chế độ số vòng quay thấp. ................. 42
Hình 4.20: Đồ thị so sánh tiêu hao nhiên liệu ở chế độ số vòng quay trung bình......... 43
Hình 4.21: Đồ thị so sánh tiêu hao nhiên liệu ở chế độ số vòng quay cao.................... 43
Hình 4.22: Đồ thị so sánh tiêu hao nhiên liệu ở chế độ không tải. ............................... 44
Hình 4.23: Đồ thị so sánh nồng độ khí thải ................................................................... 46

viii


DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 2.1: Tính chất vật lý của các hợp chất hydrocarbon trong nhiên liệu Diesel ......... 4
Bảng 2.2: Độ nhớt, tỷ trọng và điểm chớp cháy của methyl ester dầu thực vật.............. 6
Bảng 2.3: Tính chất lý hóa cơ bản của các Biodiesel ...................................................... 6
Bảng 2.4: Điểm nóng chảy của một số acid béo và glycerid ........................................ 18
Bảng 2.5: Thành phần acid béo của dầu tảo Chlorella (Trương Vĩnh, 2010). .............. 19
Bảng 4.1: Kết quả khảo nghiệm khi động cơ sử dụng D.O........................................... 30
Bảng 4.2: Kết quả khảo nghiệm khi động cơ sử dụng BIO_B5 gốc Methanol............. 32
Bảng 4.3: Kết quả khảo nghiệm khi động cơ sử dụng BIO_B10 gốc Methanol........... 33
Bảng 4.4: Kết quả khảo nghiệm khi động cơ sử dụng BIO_B10 gốc Methanol........... 34
Bảng 4.5: Kết quả khảo nghiệm khi động cơ sử dụng BIO_B5 gốc Ethanol .............. 35
Bảng 4.6: Kết quả khảo nghiệm khi động cơ sử dụng BIO_B10gốc Ethanol .............. 36
Bảng 4.7: Kết quả khảo nghiệm khi động cơ sử dụng BIO_B20gốc Ethanol.. ............ 37
Bảng 4.8: Kết quả khảo nghiệm khi động cơ sử dụng BIO_B5 chiết suất từ vi tảo ..... 38
Bảng 4.9: Giới hạn tối đa cho phép của các chất khí thải gây ô nhiễm. ....................... 44
Bảng 4.10: Nồng độ khí thải các loại nhiên liệu. .......................................................... 45

ix


DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT

DTV: Dầu Thực Vật.
D.O: Diesel Dầu Mỏ.
BIO: Nhiên Liệu Sinh Học.
B5: Nhiên Liệu Sinh Học (95% Diesel và 5% dầu sinh học chiết suất từ đậu nành).
B10: Nhiên Liệu Sinh Học (90% Diesel và 10% dầu sinh học chiết suất từ đậu nành).
B20: Nhiên Liệu Sinh Học (80% Diesel và 20% dầu sinh học chiết suất từ đậu nành).
NLTH: Nhiên Liệu Tiêu Hao.
ĐCĐT: Động Cơ Đốt Trong.
ĐC: Động cơ.

x


Chương 1
MỞ ĐẦU
1.1 Đặt vấn đề
Khoảng 2400 năm trước đây, con người đã biết lấy và sử dụng dầu mỏ, nhưng
nền công nghiệp khai thác dầu hiện đại chỉ mới được khai sinh vào những năm 50 của
thế kỷ XIX. Ngày nay, xăng dầu (sản phẩm từ dầu mỏ) cung cấp khoảng 40% nhu cầu
năng lượng thế giới, phần lớn dùng trong phương tiện giao thông vận tải. Riêng Mỹ đã
tiêu thụ tới ¼ tổng số lượng dầu mỏ khai thác.
Tuy nhiên, với tốc độ khai thác và sử dụng của con người, lượng dầu mỏ đang
cạn kiệt dần và giá dầu thô tăng lên không ngừng. Phần lớn các chuyên gia đều dự
đoán chúng ta sẽ cạn kiệt nguồn dự trữ dầu mỏ dễ khai thác trong vòng 50 năm tới.
Trước thực trang đó, các nước đã đẩy mạnh việc tìm ra những nguồn nhiên liệu
mới thay thế cho dầu mỏ, và nhiên liệu sinh học được coi là chìa khóa giải quyết vấn
đề. Các nhà khoa học đã thành công trong việc sản xuất trên quy mô công nghiệp
nhiên liệu từ nguồn dầu thực vật, từ đường mía hay củ cải, từ gỗ vụn, thậm chí từ
nguồn rơm, rạ bỏ đi sau thu hoạch.
Hiện nay, khi nói về Diesel sinh học người ta thường nghĩ ngay đến các cây như
cải dầu, hướng dương, cây đậu nành… còn Diesel sinh học từ tảo còn khá xa lạ với
nhiều người. Thậm chí những khái niệm về Diesel sinh học trên các trang web cũng
chưa hề đề cập đến vi tảo. Nhưng thực tế thì hướng nghiên cứu này đã ra đời cách đây
từ lâu.
Ý tưởng đầu tiên của việc dùng vi tảo là nguồn nhiên liệu sinh học ra đời đầu tiên
ở Mỹ vào những năm 1950. Các nhà nghiên cứu khi đó đã phát hiện được khả năng
sinh ra một số hợp chất dầu ở vi tảo và việc sử dụng nước thải là môi trường sống và
cung cấp chất dinh dưỡng cho tảo.
Kết quả là hiện nay, nuôi trồng và chiết xuất dầu từ vi tảo để sản xuất Diesel sinh
học đã được tiến hành trên quy mô công nghiệp. New Zealand trở thành quốc gia đầu
tiên ứng dụng việc trồng tảo để sản xuất diesel sinh học trên quy mô công nghiệp.
-1-


Ngày 8-11- 2006, công ty De Beers Fuel Ltd đã xin được giấy phép và tiến hành xây
dưng 90 lò phản ứng để sản xuất biodiesel trên diện tích 40 468 ha ở Nam Phi, dự
kiến trong năm năm tới diện tích sẽ lên tới 323 749 ha, với kế hoạch sản xuất ra từ 16
đến 24 tỉ lít nhiên liệu sinh học một năm. Và sắp tới, công nghệ này sẽ có mặt ở Việt
nam. Mới đây (7/2007), Công ty E.VO Global Group (Úc) đã đến Vĩnh Phúc tìm hiểu
cơ hội và môi trường đầu tư, để tiến hành xây dựng nhà máy điện - dầu Diesel sinh
học từ tảo tại đây.
Như vậy, Diesel sinh học từ vi tảo thực sự là một hướng mới đầy triển vọng của
ngành năng lượng thế giới. Như một nhà khoa học đã nói, công nghệ này đáng để con
người vắt kiệt chất xám cho sự ứng dụng hiệu quả của nó.
1.2 Mục đích đề tài
So sánh các chỉ tiêu kỹ thuật của động cơ khi sử dụng nhiên liệu Diesel (D.O) và
nhiên liệu sinh học Biodiesel B5, B10, B20 (nhiên liệu D.O pha 5%, 10% và 20% dầu
sinh học) chiết suất từ đậu nành và B5 chiết suất từ vi tảo.

-2-


Chương 2
TỔNG QUAN
2.1 Nhiên liệu Diesel
Sự phát triển của động cơ đốt trong bắt đầu vào những năm cuối cả thế kỷ 18.
Năm 1892, Rudolf Diesel đã phát minh ra động cơ đốt trong có piston. Tuy nhiên,
động cơ ban đầu sử dụng nhiên liệu than vụn không thể hoạt động được.
Dầu thô được khám phá ra ở Pennsylvania 30 năm trước đó. Sản phẩm tinh lọc
đầu tiên từ dầu thô chính là dầu thắp sáng-kerosene. Rudolf Diesel nhận ra rằng các
sản phẩm từ quá trình tinh lọc dầu có thể sử dụng làm nhiên liệu cho động cơ thay vì
sử dụng than vụn. Sự sống của động cơ diesel bắt đầu vào năm 1893 khi Rudolf
Diesel viết bài báo ― Lý thuyết và cấu trúc của động cơ nhiệt. Đây được xem như là
một cuộc cách mạng về lĩnh vực động cơ, không khí được nén bằng một piston tới áp
suất cao nhờ vào nhiệt độ cao.
Rudolf Diesel đã thiết kế một động cơ diesel chạy với dầu lạc tại một cuộc triển
lãm tại Paris năm 1900. Do có tỷ số nén cao nên động cơ có khả năng hoạt động với
nhiều loại dầu thực vật khác nhau. Năm 1911, tại hội chợ thế giới tổ chức ở Paris,
Rudolph Diesel đã vận hành động cơ của ông bằng dầu lạc và ông đã phát biểu rằng
động cơ diesel có thể chạy được bằng dầu thực vật và giúp tạo ra sự phát triển trong
ngành nông nghiệp ở các nước sử dụng loại nhiên liệu này. Tuy nhiên, do việc sản
xuất các loại dầu thực vật tốn nhiều chi phí, nên nhiên liệu sử dụng cho động cơ chủ
yếu là từ quá trình lọc dầu. Ngày nay, động cơ Diesel được sử dụng rộng rãi trong giao
thông, sản xuất, phát điện, xây dựng, nông nghiệp.
Nhiên liệu diesel là hỗn hợp của hàng ngàn các thành phần, hầu hết đều có số
carbon từ 10 đến 22. Hầu hết các hợp chất này là các hydrocarbon như paraffinic,
naphthenic, hoặc các hydrocarbon thơm (Bảng 2.1). Tỷ lệ các thành phần của một
nhiên liệu diesel tạo nên những tính chất riêng biệt cho nhiên liệu diesel đó.
-3-


Nhiên liệu Diesel được sản xuất từ dầu thô. Dầu thô phải trải qua quá trình chế
biến để chuyển thành các loại nhiên liệu khác nhau như xăng dầu, khí đốt, Diesel cùng
một số sản phẩm phụ khác như dầu bôi trơn, sáp, nhựa đường… Các nhà máy lọc dầu
kết hợp nhiều quy trình khác nhau để tinh lọc dầu, cơ bản có ba quy trình cơ bản là:
phân tách bằng chưng cất, tách các tạp chất của dầu bằng hydro, cracking các phân tử
thành các phân tử nhỏ hơn.
Bảng 2.1 Tính chất vật lý của các hợp chất hydrocarbon trong nhiên liệu Diesel.
Hợp chất
Naphthalene
Tetralin
Cis - Decalin
1,3Diethylbenzene
n- Butylcyclohexane
n- Pentylcyclopentane
Decan
Anthracene
1-Pentylnaphthalene
n-Nonylcyclohexane
n-Decylcyclopentane
n-Pentadecane
2-Methyltetradecane
1-Decylnaphthalene
n-Tetradecylbenzene
n-Tetradecylcyclohexane
n-Pentadecylcyclopentane
Eicosane
2-Methylnonadecane

Công
thức
hóa học
C10H8
C10H12
C10H18
C10H14
C10H20
C10H20
C10H22
C14H10
C15H18
C15H30
C15H30
C15H32
C15H32
C20H28
C20H34
C20H40
C20H40
C20H42
C20H42

Phân loại
Thơm
Thơm
Naphthene
Thơm
Naphthene
Naphthene
n- Paraffin
Thơm
Thơm
Naphthene
Naphthene
n-Paraffin
Isoparaffin
Thơm
Thơm
Naphthene
Naphthene
n-Paraffin
Isoparaffin

Điểm sôi,
o
C/ o F
218/424
208/406
196/385
181/358
181/358
181/358
174/345
341/646
306/583
282/540
279/534
271/520
265/509
379/714
354/669
354/669
353/667
344/651
339/642

Điểm đông
đặc, o C/ o F
80/176
-35/-31
-43/-45
-84/-119
-75/-103
-83/-117
-30/-22
215/419
-24/-11
-10/14
-22/-8
10/50
-8/18
15/59
16/61
25/77
17/63
36/97
18/64

2.2 Giới thiệu về dầu thực vật:
Dầu thực vật (DTV) là loai dầu được chiết suất từ các hạt, các quả của cây cối.
Nói chung các hạt quả của cây cối đều chứa dầu, tuy nhiên DTV chỉ dùng để chỉ dầu
của những cây có chiết suất dầu lớn.

-4-


Dầu lấy từ hạt cây có dầu như: dậu phộng, đậu nành, cải dầu, nho, bông hướng
dương... Dầu lấy từ quả cây có dầu như: Dừa, cọ ... Trong đó chú ý đến một vài cây có
chiết suất dầu lớn như dừa (60%), cọ (50%). Hiện nay dầu còn được chiết suất từ vi
tảo.
Có thể phân loại DTV theo nhu cầu làm thực phẩm cho con người: Dầu ăn được
và dầu không ăn được. DTV có thể thay thế cho Diesel, khi chọn DTV làm nhiên liệu
thì nên chọn loại dầu không cạnh tranh với thực phẩm con người.
DTV làm nhiên liệu cho động cơ có hai loại: Sản phẩm DTV điều chế trực tiếp
hạt, trái, cây lấy dầu và sản phẩm DTV đã qua Este hóa (Bio Diesel).
2.3 Biodiesel là gi ?
Biodiesel là chất lỏng màu vàng hổ phách, được định nghĩa là những mono
Ankyl Este hóa, là sản phẩm của quá trình Este hóa các axit hữu cơ có nhiều trong dầu
mỡ động thực vật. Biodiesel có thể thay thế Diesel truyền thống sử dụng trong động cơ
đốt trong (ĐCĐT).
Dưới tác dụng của chất xúc tác, DTV + Methanol hoặc Ethanol cho sản phẩm
Este + Glycerine + axit béo (Este hóa dầu thực vật bằng Ethanol khó hơn bằng
Methanol).
Thông thường Bio Diesel được sử dụng ở dạng nguyên chất hay dạng hỗn hợp
với dầu Diesel, tùy theo tỷ lệ pha chế mà ta có các loại B5 (5% Biodiesel và 95% dầu
Diesel), B10 (10% Biodiesel và 90% dầu Diesel), B20 (20% Biodiesel và 80% dầu
Diesel).
2.3.1 Đặc tính của Biodiesel
Tính chất vật lý của Biodiesel tương tự như Diesel nhưng tốt hơn Diesel về mặt
chất thải. Các loại Biodesel đều có tỷ lệ phần trăm oxy khá lớn đây là điều mà dầu
Diesel không có.
Bidiesel khắc phục được những nhược điểm của dầu thực vật như độ nhớt quá
lớn (cao gấp 14 – 16 lần Diesel), chỉ số Cetan thấp... Độ nhớt ảnh hưởng đến sự phun
nhiên liệu khi phun vào buồng đốt, độ nhớt của Biodiesel có thể đoán dựa trên thành
phần ester có trong hỗn hợp. Độ nhớt của ethyl ester cao hơn methyl ester, cấu hình

-5-


của nối đôi cũng ảnh hưởng đến độ nhớt, nối đôi có cấu hình cis có độ nhớt thấp hơn
trans.
Tính trơn: Diesel có hàm lượng lưu huỳnh thấp, sự khử sẽ làm mất tính trơn vốn
có của nó, thêm 1 -2 % Biodiesel sẽ duy trì tính trơn của Diesel. Thành phần ester có
trong Biodiesel ảnh hưởng đến tính trơn, ester bất bão hòa có tính trơn tốt hơn methyl
ester.
Bảng 2.2. Độ nhớt, tỷ trọng và điểm chớp cháy của methyl ester một số dầu thực vật.
Methyl ester
Dầu hạt bông vải
Dầu hạt dẻ
Dầu mù tạc
Dầu cọ
Dầu hạt cải
Dầu mè
Dầu đậu tương
Dầu hướng dương

Độnhớt 3130 ỷ trọng 2880 K kg/m3
K mm2/s
3.69
880
3.59
860
4.10
881
3.70
870
4.63
885
4.03
880
4.08
885
4.22
880

Điểm chớp cháy 0 K
437
401
441
403
428
453
447
443

Bảng 2.3. Tính chất lý hóa cơ bản của các Biodiesel.

Ester
Methyl
dầu cải
Oleate của
methyl kỹ
thuật
Methyl
dầu dừa
Dầu
Diesel

Khối
lượng
riêng
(g/cm3)

Độ
nhớt
(ở
200C)
(cSt)

Điểm
đục
(0C)

Điểm
chớp
lửa
(0C)

Nhiệt trị
(MJ/kg)
(kCal/kg)

0.88

7.09

-5

171

0.88

7.40

-14

0.886

5.30

-2

0.836

5.30

-2

Cặn

Chỉ số
Cetan

37.70 (9202)

1.2

43

37.37 (8940)

0.8

54

93

37.83 (9050)

0.7

43

60

43.80
(10478)

-6-


2.3.2 Quy trình điều chế Biodiesel

Hình 2.1 Sơ đồ quá trình sản xuất Biodiesel.
Nhiên liệu Biodiesel được làm từ dầu thực vật, mỡ động vật còn mới hay đã qua
sử dụng. Dầu mỡ tác dụng với cồn Methanol hoặc Ethanol tạo ra Este. Các Este này
chính là Biodiesel. Sản phẩm phụ của quá trình này là Glycerin sử dụng trong ngành
dược và mỹ phẩm.
Hiện nay Biodiesel được sản xuất từ quá trình chuyển hóa Este. Dầu thực, mỡ
động vật sau khi được lọc thủy phân trong môi trường kiềm để tách axit béo tự do. Sau
đó được trộn với cồn (thường là Methanol) và chất xúc tác Natri hay Kali Hydroxit để
triglyceride phản ứng tạo ra Este và Glycerin. Cuối cùng là giai đoạn tách và làm sạch.

-7-


Hình 2.2 Các phản ứng hóa học điều chế Biodiesel.
2.3.3 Ưu điểm của nhiên liệu dầu thực vật - Biodiesel
DTV – Biodiesel là nguồn nhiên liệu tái sinh giúp chúng ta chủ động được về
nhiên liệu không phụ thuộc vào tình hình biến động trên thế giới.
DTV – Biodiesel làm giảm đáng kể thành phần khí thải gây ô nhiểm môi trường
và cải thiện môi trường do O2 sinh ra từ các vụ mùa.
DTV – Biodiesel tốt cho sức khỏe con người và hoàn toàn không chứa lưu
huỳnh, chất tạo ra SO2, H2SO4 và muối Amonium.
Biodiesel có đặc tính gần giống Diesel, nó thỏa mãn được các yêu cầu của nhiên
liệu sử dụng trong động cơ đốt trong. DTV – Biodiesel có thể pha trộn với Diesel
thành nhiên liệu đồng nhất.
Điểm chớp lửa của DTV – Biodiesel cao hơn Diesel do đó DTV – Biodiesel an
toàn trong bảo quản và vận chuyển. Mặt khác sử dụng DTV – Biodiesel không mất chi
phí vận chuyển và thuế nhập khẩu, giảm được ngoại tệ nhập khẩu nhiên liệu, khuyến
khích đầu tư và phát triển nông thôn trong nước.
Các cây lấy dầu được trồng cho việc chế biến DTV – Biodiesel ở quy mô lớn,
chuyên canh giá thành có thể thấp hơn Diesel. Ngoài ra, việc sản xuất DTV –
Biodiesel trong nước sẽ tạo nhiều việc làm giải quyết các sản phẩm đầu ra cho bà con
nông dân.
Đồng bằng sông Cửu Long có đất đai màu mỡ, khí hậu thuận lợi thích hợp trồng
các loại cây lấy dầu có khả năng chiết suất dầu lớn.
-8-


2.3.4 Nhược điểm của nhiên liệu dầu thực vật – Biodiesel
DTV – Biodiesel còn là khái niệm rất mới đối với người dân Việt Nam. Việc
thực hiện dự án dùng DTV – Biodiesel cho ĐCĐT cần có thời gian để phổ cập kiến
thức.
Mất thời gian quy hoạch đất trồng các loại cây lấy dầu. Năng suất các cây lấy dầu
ở nước ta vẫn còn thấp.
Việc sử dụng phân bón hóa học, thuốc trừ sâu trên diện tích đất lớn sẽ gây ô
nhiễm môi trường và ảnh hưởng đến cân bằng sinh thái.
Hiện nay giá thành DTV – Biodiesel vẫn còn khá cao so với Diesel. Tuy nhiên,
khi dầu mỏ ngày càng trở nên hiếm và nông nghiệp phát triển thì DTV – Biodiesel sẽ
có tương lai.
2.3.5 Đặc điểm động cơ sử dụng DTV – Biodiesel
 Loại động cơ sử dụng DTV – Biodiesel
DTV và Biodiesel được sử dụng trên động cơ Diesel, căn bản là có hai loại động
cơ Diesel là : buồng cháy gián tiếp và buồng cháy trực tiếp. Đối với DTV chỉ sử dụng
trên buồng cháy gián tiếp, còn Biodiesel thì sử dụng trên cả buồng cháy gián tiếp và
buồng cháy trực tiếp, đây chính là ưu điểm nối bật của Biodiesel.
DTV và Biodiesel có thể pha trộn với Diesel ở bất kỳ tỷ lệ nào khi sử dụng trên
động cơ Diesel.
 Các thông số quan trọng của động cơ khi sử dụng Biodiesel
Biodiesel chứa nhiều Oxy do đó có thể cháy với lượng dư không khí nhỏ mà vẫn
đảm bảo cháy hoàn toàn.
Chỉ số Cetan của Biodiesel cao hơn Diesel một chút, do đó thời gian cháy trễ có
lớn hơn, tốc độ cháy của Biodiesel nhanh hơn Diesel, do đó khi sử dụng Biodiesel thì
thay đổi góc phun sớm 1 – 20 hoặc có thể thay đổi góc phun sớm.
Độ nhớt của Biodiesel gần bằng Diesel, để tăng hiệu quả kinh tế và hiệu suất
động cơ ta có thể sấy nóng nhiên liệu.
Suất tiêu hao nhiên liệu của Biodiesel lớn hớn Diesel khoảng 10% chủ yếu do
nhiệt trị của Biodiesel nhỏ hơn Diesel.

-9-


2.3.6 Ích lợi việc sử dụng Biodiesel
2.3.6.1 Về môi trường
Biodiesel được sử dụng làm nhiên liệu trực tiếp động cơ Diesel cháy sạch hơn
75% so với diesel. Biodiesel có những tác động tích cực đến môi trường, giảm lượng
mưa axit, và hiệu ứng nhà kính khi đốt cháy chúng. Hàm lượng CO2 thải ra khi đốt
cháy nhiên liệu Biodiesel sẽ thấp hơn khi sử dụng Diesel. Sheehan đã nguyên cứu về
vấn đề này và thấy rằng: nếu sử dụng 100% methyl ester thì lượng khí CO2 thải ra sẽ
thấp hơn 78.4% so với khi dùng Diesel. Nếu sử dụng hỗn hợp 20% methyl ester và
80% Diesel thì lượng CO2 giảm 15.6%.
Lượng khí thải khi đốt cháy nhiên liệu Biodiesel không độc vì không chứa hợp
chất lưu huỳnh và hợp chất hương phương, do vậy sẽ không xảy ra hiện tượng ăn mòn
thiết bị do hợp chất lưu huỳnh tạo ra.
Biodiesel hoàn toàn đáp ứng yêu cầu về môi trường, giảm lượng khí CO2 phát
sinh, hydrocacbon không cháy và những thành phần khác. Ngoài ra Biodiesel có khả
năng cháy tốt, giảm lượng mồ hóng, than bụi ...
2.3.6.2 Về kỹ thuật
Theo Grasboski momen xoắn của động cơ sử dụng D.O gần bằng với Biodiesel,
giá trị này giảm khi hàm lượng methyl ester tăng. Giá trị momen xoắn methyl ester
bằng 94% so với D.O. Nhiệt độ sôi của Biodiesel cao, tăng khả năng dầu bôi trơn so
với Diesel. Do đó làm thay đổi tính chất dầu Diesel, hỗn hợp này không bị hóa hơi khi
đun nóng và do đó sự đóng cặn ở các van sẽ xãy ra.
Biodiesel có chỉ số cetan cao hơn D.O, độ nhớt Biodiesel tương đương với D.O.
Biodiesel có tính an toàn hơn do nhiệt độ chớp cháy cao nên không tạo nên hỗn hợp nổ
với không khí và hơi nhiên liệu.
Nhiệt độ đông đặc methyl ester giảm đáng kể so với DTV và gần giá trị D.O.
Nếu hỗn hợp 25% - 30% methyl ester thì không cần gia nhiệt khi hoạt động ở ( -100C
÷ -200C).
Có thể sử dụng methyl ester 100% hoặc pha trộn với Diesel ở bất kỳ tỉ lệ nào,
phân tử chứa hàm lượng oxy khá cao, Biodiesel sẽ cải thiện tính cháy nhiên liệu. Công
- 10 -


suất, lực kéo, mã lực của xe sử dụng Biodiesel bằng với khi sử dụng dầu D.O truyền
thống.
2.3.6.3 Về kinh tế
Sử dụng nhiên liệu Biodiesel ngoài vấn đề giải quyết ô nhiễm môi trường nó còn
thúc đẩy ngành nông nghiệp phát triển, tận dụng tiềm năng sẵn có của ngành nông
nghiệp như dầu phế thải, mỡ động vật, các loại dầu khác ít có giá trị sử dụng trong
thực phẩm.
Đối với những nước không có nguồn nhiên liệu hóa thạch, việc sản xuất
Biodiesel hạn chế sự phụ thuộc vào lượng dầu mỏ nhập khẩu. Việc sản xuất Biodiesel
giúp phát triển nền công nghiệp mới, tạo việc làm mới và những vùng phát triển mới.
Đồng thời đa dạng hoá nền nông nghiệp và tăng thu nhập ở vùng miền nông thôn.
2.4 Biodiesel chiết suất từ tảo
2.4.1 Tổng quan về tảo
Tảo quang hợp dự trữ cacbon dưới 2 dạng chính: carbonhydrat và lipit. Bằng việc
tăng hàm lượng lipit trong tảo rồi chiết suất nó, người ta có thể tạo ra Diesel sinh học
từ đó. Bởi vì bản chất của Diesel sinh học là sản phẩm của sự ester hóa của Methanol
hoặc Ethanol và acid béo tự do trong dầu thực vật hoặc mỡ động vật, ở đây là acid béo
từ tảo.
Cũng giống như thực vật bậc cao, tảo quang hợp có sắc tố quang hợp nên có khả
năng chuyển hóa năng lượng ánh sáng mặt trời thành chất hữu cơ, nhưng khả năng này
ở tảo hiệu quả hơn do tảo có cấu trúc tế bào đơn giản hơn, thêm vào đó, tảo sống trong
môi trường nước nên việc tiếp nhận nước, CO2, chất dinh dưỡng rất thuận tiện, chính
vì vậy năng suất tổng hợp chất của tảo cao.
Tảo không cạnh tranh với các cây trồng lương thực về chỗ ở, nguồn nước. Do tảo
có thể sống được ở những nơi mà không một loại cây trồng nào sống đươc.
Tảo hấp thụ một lượng lớn CO2, vì vậy người ta thường xây dựng các trang trại
tảo ở những nơi thải ra nguốn CO2 lớn, đặc biệt là các nhà máy điện, và các khu công
nghiệp. Bằng những hệ thống ống dẫn, người ta thu CO2 phát thải ra, đưa vào cung cấp
cho tảo.
- 11 -


Nhiều loài tảo sống trong môi trường nước lợ hoặc nước mặn nên vừa không
phải tiêu tốn lượng nước ngọt dùng để nuôi tảo (các cây trồng trên cạn phải tiêu tốn
lượng nước lớn trong việc tưới tiêu). Đặc biêt, nhiều loài tảo có thể sử dụng nước
ngầm nhiễm mặn để phát triển do chúng có khả năng sống trong môi trường nước
mặn.
Khác với việc đốt các nhiên liệu hóa thạch làm sinh ra một lượng lớn CO2 thì
việc đốt Diesel sinh học từ tảo chỉ có phụ phẩm duy nhất là nước và nhiệt. Hấp thụ
một lượng lớn CO2 là đặc tính rất quan trọng của vi tảo, do vậy việc dùng vi tảo có thể
giúp giảm hàm lượng lớn CO2 có mặt trong khí quyển hiện nay.
Theo báo cáo công bố ngày 30/11 của Quỹ Bảo vệ Thiên nhiên Thế giới (WWF),
năng lượng là lĩnh vực gây ô nhiễm môi trường lớn nhất hành tinh (sản sinh ra 37%
khí thải CO2 hiện nay), trong đó sản xuất điện bị đánh giá là gây ô nhiễm nặng nhất,
như vậy việc trồng tảo bên cạnh những nhà máy điện này đã trực tiếp làm giảm hàm
lượng lớn CO2 trong khí quyển. Các nhà khoa học đã chứng minh, việc sử dụng vi tảo
giúp giảm từ 70% đến 90% ô nhiễm môi trường.
Với những ưu điểm nổi trội trên, vi tảo có thể trở thành một nhiên liệu sinh học
giá rẻ (do năng suất cao), không gây ô nhiễm, tiết kiệm năng lượng và không chiếm
diện tích đất trồng.
2.4.2 Sản xuất Biodiesel từ tảo quy mô công nghiệp
Đầu tiên người ta trồng riêng thành từng cụm loại tảo biển có tên khoa học là
Botryococcus brauni (một loại tảo đặc biệt chứa nhiều chất béo) trong những túi nhựa
mỏng và trong suốt trên sa mạc.
Khi những cụm tảo này phát triển, các nhà khoa học sẽ rút khí Nitơ khỏi chúng.
Các tế bào sẽ phản ứng lại với tình trạng cung cấp dinh dưỡng yếu bằng cách sinh ra
nhiều hơn lượng chất béo.
Khi lượng chất béo sinh ra đủ mức cần thiết, người ta sẽ tập trung các tế bào lại
để phân tách chúng một cách hệ thống.
Lọc các cơ quan tế bào lớn và màng tế bào, sau đó dùng các loại dung môi như
Methanol để phân tách chất béo từ các loại protein và đường có thể hoà tan trong
nước.
- 12 -


Tinh chế chất béo thu được và làm bay hơi dung môi.
Cuối cùng, đưa chất béo vào lò phản ứng hoá học để chuyển hoá chúng thành
nhiên liệu sinh học.

Hình 2.3 Sản xuất tảo quy mô công nghiệp.
 Sơ đồ khối quy trình sản xuất:

Trồng tảo

Trích ly ướt

Lọc ly tâm

Tách chiết

Thu hồi n-hexan

Sấy

Trích ly bằng n-hexan

Tách chiết

Dịch tảo thu được từ quá trình nuôi tiến hành tách nước bằng phương pháp ly
tâm. Dịch tảo sau quá trình tách nước, sau đó ly tâm loại muối có dạng sệt được đem
sấy khô ở nhiệt độ 36 – 400C, hoặc đem đi trích ly ướt rồi tiến hành tách chiết.
Nghiền nhỏ tảo khô thu được (nếu đem sấy) thành bột mịn sau đó đem trích ly
với n-hexan ở nhiệt độ 850C.
Cô quay dịch trích ly ở nhiệt độ 800C thu được cao chiết dạng sệt có chứa dầu.
Tách biodiesel ra khỏi sản phẩm thu được.
- 13 -


2.4.3 Chiết tách dầu
2.4.3.1 Cơ sở lý thuyết của phương pháp trích ly
Quá trình trích ly được dựa trên tính hòa tan tốt của dầu trong dung môi hữu cơ
không phân cực (chẳng hạn xăng, n-hexan, dicloetan...). Độ hòa tan vào nhau của chất
lỏng phụ thuộc vào hằng số dung môi, hai chất lỏng có hằng số điện môi càng gần
nhau thì khả năng hòa tan vào nhau càng lớn. Dầu có hằng số điện môi từ 2 – 3, các
dung môi hữu cơ có hằng số điện môi khoảng 2 – 10, do đó có thể dùng các dung môi
hữu cơ để ly trích dầu chứa trong nguyên liệu.

Hình 2.4 Mô tả sự ly trích dầu trong tảo dưới kính phóng đại.
Chuyển dần phân bố bên trong cũng như mặt ngoài các cấu trúc vật thể rắn như
hạt, bột có dầu vào pha lỏng dung môi, là một quá trình truyển khối xãy ra trong lớp
chuyển động, do sự chênh lệch nồng độ dầu trong nguyên liệu và dòng chảy bên ngoài.
Vì vậy, bản chất của quá trình ly trích là một quá trình chiết ngâm hòa tan, làm chuyển
dầu từ trong nguyên liệu vào dung môi, thực hiện bằng khuếch tán nguyên tử và
khuếch tán đối lưu, sau đó tiếp tục thẩm thấu qua vách tế bào.

- 14 -


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×