ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TỔNG HỢP BIODIEZEL
MỤC LỤC

MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây, nhu cầu về năng lượng nói chung và nhiên liệu nói
riêng ngày càng tăng do sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kĩ thuật và sự gia tăng
dân số. Tuy nhiên, nguồn nhiên liệu khoáng ngày càng cạn kiệt bởi sự khai thác ồ
ạt của con người dẫn đến yêu cầu tìm nguồn nhiên liệu thay thế trở nên cần thiết
hơn bao giờ hết. Một trong những nguồn nhiên liệu thay thế là nhiên liệu sinh học,
được tổng hợp từ sinh khối do đó hoàn toàn có thể tái tạo được. Nhiên liệu sinh học
bao gồm bioetanol, biodiezel…trong đó biodiezel được sử dụng phổ biến hơn cả.
Biodiezel là mono alkyl este của các axit béo, được tổng hợp từ dầu thực vật
hay mỡ động vật bởi phản ứng trao đổi este. Biodiezel có những tính chất hóa lý
gần tương tự diezel khoáng nên có thể dùng thay cho diezel khoáng. Việc sử dụng
biodiezel làm giảm sự phụ thuộc của con người vào nguồn năng lượng khoáng
đang dần cạn kiệt. Bên cạnh đó, sử dụng biodiezel trong động cơ diezel làm tăng
khả năng bôi trơn, giảm đáng kể lượng khí thải độc hại như CO
2
, CO, NO
x
,
hidrocacbon chưa cháy hết, chất rắn dạng vi hạt và muội cacbon, góp phần bảo vệ
môi trường. Chính vì những lợi ích như vậy nên biodiezel đã được nghiên cứu và
đưa vào sử dụng ở rất nhiều nước trên thế giới, đặc biệt ở những nước phát triển.
Không nằm ngoài xu hướng chung của thế giới, các nhà khoa học Việt Nam
cũng đã tiến hành nghiên cứu tổng hợp nguồn nhiên liệu sạch này để phục vụ nền
kinh tế quốc dân song song với việc khai thác sử dụng một cách hợp lý nguồn
nhiên liệu khoáng. Tận dụng ưu thế Việt Nam có nguồn dầu thực vật cũng như là
mỡ động vật phong phú, quá trình sản xuất biodiezel ở quy mô công nghiệp là hoàn
toàn khả thi. Tuy nhiên rất nhiều những nghiên cứu cần được tiến hành thêm để tìm
ra loại xúc tác dị thể phù hợp thay thế cho xúc tác đồng thể có nhiều nhược điểm

ngày càng tăng, thúc đẩy việc thăm dò và khai thác rất nhiều những mỏ dầu mới
khắp nơi trên toàn thế giới. Khoa học kĩ thuật tiến bộ đã giúp cho việc thăm dò trở
lên trở lên dễ dàng hơn, với việc xác định và ước lượng tương đối chính xác vị trí
mỏ dầu. Công nghệ khai thác cũng đạt được nhiều tiến bộ làm giảm thời gian khai
thác và nâng cao hiệu suất thu hồi dầu ở các mỏ. Ngày càng nhiều mỏ dầu được
khai thác hết và cũng ngày càng nhiều mỏ dầu mới được phát hiện ra, những tưởng
PHẠM ĐĂNG SƠN 2 HÓA DẦU 2 – K47
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TỔNG HỢP BIODIEZEL
quá trình khai thác đó sẽ kéo dài vô tận. Tuy nhiên, quá trình khai thác ồ ạt đó đã
và sẽ tạo ra những cuộc khủng hoảng năng lượng trên toàn thế giới.
Các nguồn năng lượng đang được sử dụng phổ biến hiện nay trên thế giới chủ
yếu là các nguồn năng lượng khoáng như dầu mỏ, than và một số nguồn năng
lượng khác như thuỷ điện, hạt nhân, gió…Xét về quá trình sử dụng thì năng lượng
đi từ dầu mỏ chiếm 65%, than đá chiếm 20-22%, thuỷ điện chiếm 8-12% và hạt
nhân chiếm 8-12,5% [2]. Các nguồn năng lượng khác như mặt trời, gió, sóng hay
địa nhiệt không đáng kể.
Chính vì chúng ta quá phụ thuộc vào dầu mỏ nên khủng hoảng năng lượng
chắc chắn sẽ xảy ra nếu các nguồn cung cấp dầu thô biến động. Do trữ lượng dầu
mỏ trên thế giới là có hạn nên càng khai thác nhiều thì dạng nhiên liệu khoáng này
ngày càng cạn kiệt. Theo dự báo của tập đoàn BP thì trữ lượng dầu mỏ đã thăm dò
trên toàn cầu là khoảng 150 tỷ tấn. Với đà tiêu thụ năm 2003 (3,6 tỷ tấn) và không
phát hiện ra mỏ dầu nào nữa trên thế giới thì dầu mỏ sẽ cạn kiệt trong vòng 41 năm
nữa. Đấy là chưa tính lượng tiêu thụ dầu ngày càng tăng do dự phát triển dân số
trên thế giới và sự gia tăng liên tục của các phương tiện giao thông, càng làm cho
lượng dầu mỏ nhanh chóng bị khai thác triệt để nếu chưa tìm được nguồn năng
lượng thay thế hợp lý.
Cuối thế kỉ 20 và đầu thế kỉ 21 đã chứng kiến những cuộc khủng hoảng về dầu
mỏ. Hầu hết trữ lượng dầu trên thế giới tập trung ở những vùng nhậy cảm và bất ổn
về chính trị như Trung Đông, Trung Á, Trung Mỹ…nên mỗi khi có những biến
động về chính trị, tôn giáo, sắc tộc ở những vùng trên ảnh hưởng tới lượng dầu thô

Các nhà khoa học trên thế giới đã tìm ra được nhiều nguồn nhiên liệu thay thế
cho nhiên liệu khoáng. Một trong những nhiên liệu đó là biodiezel. Đây là một
nhiên liệu sinh học điển hình, được chế biến từ các loại dầu thực vật hay mỡ động
thực vật. Nhiên liệu biodiezel sẽ là một trong những nguồn nhiên liệu thay thế tốt
nhất cho động cơ trong tương lai khi mà nguồn nguyên liệu khoáng bị cạn kiệt.
Trên thế giới, đặc biệt là các nước phát triển, mật độ giao thông cao đòi hỏi
nhu cầu về năng lượng sạch rất lớn. Các nghiên cứu tìm ra nguồn nhiên liệu sạch
cho động cơ đã được thực hiện từ lâu, nhiều loại năng lượng sạch như xăng pha cồn
hay diezel pha biodiezel được sử dụng rất phổ biến. Tại Việt nam, việc nghiên cứu
nhiên liệu sạch đã được quan tâm và phát triển. Đã có nhiều đề tài nghiên cứu về
vấn đề nhiên liệu sạch cho động cơ như công trình nghiên cứu xăng pha cồn đã
được công bố, còn đề tài sử dụng biodiezel pha lẫn diezel vẫn còn đang được
nghiên cứu.
I.2. Tổng quan về dầu thực vật.
Dầu thực vật là nguyên liệu được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp thực
phẩm, công nghiệp sản xuất xà phòng và chất tẩy rửa, công nghiệp sơn…Trong
công nghiệp thực phẩm, ứng dụng phổ biến nhất của dầu thực vật là dùng để chế
biến rất nhiều các loại thực phẩm hay sử dụng trực tiếp làm dầu ăn. Dầu sử dụng
làm thực phẩm là loại dầu đã được tinh chế, loại bỏ tối đa thành phần axít béo tự
do, hàm lượng nước cùng nhiều tạp chất gây hại cho sức khoẻ con người khác. Bản
thân dầu thực vật là một loại thức ăn dễ tiêu hoá và cung cấp nhiều năng lượng.
Khi được cơ thể con người hấp thụ, nó sẽ được dự trữ trong các tế bào và giải
phóng năng lượng khi cần thiết. Khi thuỷ phân dầu thực vật ta thu được glyxerin,
một chất được dùng khá nhiều làm thực phẩm hay trong mỹ phẩm để giữ ẩm cho
da. Trong công nghiệp sản xuất xà phòng, dầu thực vật được nấu với xút (NaOH)
trong điều kiện nhất định để tạo thành xà phòng bánh. Trong công nghiệp sơn, dầu
thực vật được dùng để sản xuất dầu gốc (dầu alkyl…), các chất tạo màng,
vécni..Như vậy, dầu thực vật có rất nhiều ứng dụng trong cuộc sống [3,6].
Dầu thực vật còn có thể sử dụng làm nhiên liệu. Từ xa xưa ông cha ta đã biết
sử dụng dầu lạc, dầu vừng để thắp sáng. Khi mới ra đời, động cơ diezel đầu tiên

Trong đó R
1
, R
2
, R
3
là các gốc axit béo. Các gốc axit này thường chứa từ 8 đến
22 nguyên tử cacbon. Nếu trong phân tử triglyxerit ba gốc axit này giống nhau
người ta gọi là triglyxerit đồng nhất, còn nếu khác nhau thì gọi là triglyxerit hỗn
tạp. Các loại dầu thực vật khác nhau thì có thành phần và chủng loại triglyxerit
khác nhau, nhưng đa phần là triglyxerit hỗn tạp.
Một trong những thành phần khác của dầu thực vật là các axit béo. Axit béo có
trong dầu thực vật thường có cấu tạo mạch thẳng, có thể no và không no. Phần lớn
các axit béo trong dầu thực vật ở trạng thái kết hợp trong triglyxerit và một phần
nhỏ ở trạng thái tự do. Hàm lượng các axit béo này cũng khác nhau tuỳ thuộc vào
từng loại dầu. Nếu thuỷ phân các triglyxerit, ta sẽ thu được axit béo và glyxerin.
Lượng axit béo thu được có thể vào chiếm 95% so với trọng lượng dầu ban đầu.
Glyxerin cũng tồn tại trong dầu thực vật, nhưng ở dạng tự do thì thành phần
của chúng rất nhỏ. Glyxerin có thể thu được khi thuỷ phân triglyxerit, và là một sản
phẩm phụ rất có giá trị. Bên cạnh các thành phần chủ yếu như thế thì dầu thực vật
còn chứa nhiều các hợp chất khác như sáp, nhựa, chất màu, các photphatit, tiền tố
và sinh tố…
I.2.2. Tính chất lý học của dầu thực vật [3,8,9]
PHẠM ĐĂNG SƠN 5 HÓA DẦU 2 – K47
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TỔNG HỢP BIODIEZEL
- Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ đông đặc : Vì dầu thực vật có thành phần không
đồng nhất, nó là hỗn hợp của nhiều chất khác nhau nên nhiệt độ nóng chảy và đông
đặc của chúng không có một giá trị nhiệt độ xác định mà là một khoảng nhiệt độ.
Với mỗi loại dầu khác nhau thì các giá trị đó cũng khác nhau. Đối với các loại dầu
chứa nhiều axit béo hay gốc axit béo no thì thường có khoảng nhiệt độ nóng chảy

3
R
2
COO CH
COO CH
COO CH
2
2
+
H O
2
+
H O
2
R
3
R
2
CH
COO CH
COO CH
2
2
HO
+
R
1
COOH
R
3

H O
2
CH
CH
2
2
HO
CH
HO
HO
R
3
COOH
+
+
Phản ứng tổng quát có thể viết như sau :

R
1
R
3
R
2
COO CH
COO CH
COO CH
2
2
+
3H O

R
2
COO CH
COO CH
COO CH
2
2
+
R
1
R
2
R
3
COONa
COONa
COONa
CH
CH
CH
2
2
OH
OH
OH
+
3NaOH
Đây là phản ứng cơ bản trong quá trình sản xuất xà phòng và glyxerin từ dầu
thực vật.
* Phản ứng trao đổi este.

3
COOR
COOR
COOR
CH
CH
CH
2
2
OH
OH
OH
+
Phản ứng này là phản ứng cơ bản để tổng hợp biodiezel. Este của các axit
béo với rượu bậc một có thể thay thế nhiên liệu diezel trong các động cơ diezel,
giảm thiểu một cách đáng kể lượng khí độc hại thải ra môi trường.
Bên cạnh đó, các gốc axit béo trong dầu thực vật có thể dẫn đến một số tính
chất hoá học khác :
* Phản ứng cộng hợp:
+ Cộng hợp hiđro : khi có mặt xúc tác Niken và dưới áp suất nhiệt độ cao,
các gốc axit béo không no trong dầu thực vật có thể cộng hợp với hiđro để tạo
thành các gốc axit béo no. Quá trình no hóa dầu thực vật thường làm tăng độ nhớt
và làm rắn đặc dầu thực vật.
+ Cộng hợp halogen : dầu thực vật có thể tác dụng với halogen ở những liên
kết chưa no trong gốc axit.
* Phản ứng oxy hoá :
Các liên kết đôi trong gốc axít chưa no của dầu thực vật rất dễ bị oxy hoá.
Tuỳ thuộc vào chất oxy hoá và môi trường oxy hoá mà tạo ra các sản phẩm như
peroxyt, xetoaxit…hay đứt mạch tạo thành các chất có phân tử lượng nhỏ hơn. Quá
trình oxy hoá có thể xảy ra khi dầu thực vật tiếp xúc trực tiếp với không khí và làm

dương
34,4 0,28 36,7 39,6 0,01 0,01 132,32 191,70
Dầu vừng 36,0 0,25 40,4 36,4 0,002 0,01 91,76 210,34
Dầu nành 28,0 0,24 27,6 39,3 0,01 0,01 156,74 188,71
Dầu thầu dầu 33,1 0,24 38,1 36,6 0,006 0,01 69,82 220,78
Dầu lạc 24,0 0,21 52,9 39,8 0,01 0,02 98,62 197,63
Dầu cọ 34,2 0,22 34,5 39,8 0,01 0,01 102,35 197,56
Trong đó :
KV : Độ nhớt động học, mm
2
/s tại 311K
CR : Cặn cacbon, % khối lượng
CN : Trị số xetan
HHV : Nhiệt trị, MJ/kg
AC : Hàm lượng tro, % khối lượng
SC : Hàm lượng lưu huỳnh, % khối lượng
IV : Chỉ số iot, g I
2
/g dầu
SV : Chỉ số xà phòng, mg KOH/g
I.2.5. Các loại dầu thực vật thông dụng [6,8,11]
* Dầu đậu nành : Dầu đậu nành được chiết xuất từ hạt đậu nành. Cây đậu
nành là loại cây trồng rất phổ biến ở nhiều nơi trên thế giới, đặc biệt ở Bắc Mỹ.
Dầu tinh khiết có màu vàng sáng, thành phần axit béo chủ yếu là axit lioleic (50-
57%), oleic (23-29%). Dầu đậu nành được dùng nhiều trong thực phẩm. Nó được
dùng chủ yếu làm dầu rán, dầu ăn. Bên cạnh đó, từ dầu đậu nành có thể tách ra
được lexetin dùng trong dược liệu, trong sản xuất bánh kẹo. Ngoài ra dầu đậu nành
có thể dùng để sản xuất xà phòng, vecni, sơn và là nguyên liệu lý tưởng và rất
thông dụng để sản xuất biodisel.
* Dầu dừa : Dừa là một loại cây nhiệt đới được trồng nhiều ở Châu Mỹ La

nhiệt độ phòng nó ở thể rắn. Bằng cách làm lạnh dầu người ta có thể tách được axit
panmitic dùng để sản xuất macgarin và xà phòng. Dầu bông cũng có thể dùng để
sản xuất biodiezel
* Dầu hướng dương : Hướng dương là loại cây một năm và được trồng rất
nhiều ở xứ lạnh như các nước ở Châu Âu, Châu Á, Bắc Mỹ và đặc biệt ở Liên Xô
(chiếm 90% sản lượng thế giới). Đây là có mùi vị đặc trưng và có màu vàng sáng
tới đỏ. Dầu hướng dương có chứa nhiều protein nên là một loại thực phẩm rất quý.
Dầu hướng dương cũng là nguyên liệu tốt để tổng hợp biodiezel.
* Dầu thầu dầu : Dầu thầu dầu hay còn gọi là dầu ve được lấy từ hạt quả của
cây thầu dầu. Cây thầu dầu được trồng nhiều ở vùng có khí hậu nhiệt đới. Những
nước sản xuất dầu thầu dầu là Braxin (36%), Ấn Độ ( 6%), Trung Quốc, Liên Xô
cũ, Thái Lan. Tại Việt Nam, thầu dầu được trồng nhiều ở vùng trung du Bắc bộ,
Thanh Hoá, Nghệ Tĩnh.Tuy nhiên dầu thầu dầu ở Việt Nam vẫn còn nhập từ Trung
PHẠM ĐĂNG SƠN 10 HÓA DẦU 2 – K47
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TỔNG HỢP BIODIEZEL
Quốc. Dầu thầu dầu là loại dầu không khô, chỉ số axit từ 80-90, tỷ trọng lớn, tan
trong ankan, không tan trong xăng và dầu hoả. Hơn nữa, do độ nhớt cao của dầu
thầu dầu so với các loại dầu khác nên ngay từ đầu dầu thầu dầu đã được sử dụng
trong công nghiệp dầu bôi trơn. Hiện nay dầu thầu dầu vẫn là một trong các loại
dầu nhờn cao cấp dùng trong động cơ máy bay, xe lửa và các máy có tốc độ cao,
trong dầu phanh…Dầu thầu dầu được dùng trong nhiều lĩnh vực như y tế (làm
thuốc tẩy và thuốc nhuận tràng), công nghiệp mỹ phẩm và hương liệu, công nghiệp
chất dẻo, công nghiệp giấy (làm giấy than, giấy nến và mực in), công nghiệp dệt
nhuộm, công nghiệp sơn , dùng trong thuộc da và cũng có thể dùng để tổng hợp
biodiezel.
Nói chung, hầu hết các loại dầu thực vật thông dụng đều có thể dùng để tổng
hợp biodiezel. Tuy nhiên, phụ thuộc vào hàm lượng axit béo tự do khác nhau trong
từng loại dầu mà đòi hỏi quá trình xử lý và tinh chế khác nhau. Ở mỗi vùng, mỗi
quốc gia có thế mạnh về trồng loại cây lấy dầu nào thì có thể tổng hợp biodiezel từ
dầu của loại cây trồng ấy. Nước ta rất có thế mạnh về các loại cây như dừa, đậu

trồng từ 8-10 năm dừa bắt đầu cho thu hoạch quả. Cây dừa cho trái quanh năm,và
thời gian cho trái của cây dừa kéo dài trong khoảng 70-80 năm, trung bình một cây
có thể cho một chùm khoảng 60-80 trái/tháng.Với những đặc tính như vậy, dừa đã
trở thành một loại cây mang lại rất nhiều thu nhập cho nhiều nước vùng nhiệt đới.
Ở một số hòn đảo thuộc Thái Bình Dương, đời sống của nhiều người bản địa phụ
thuộc hoàn toàn vào loại cây này.
Dầu dừa là loại dầu có giá trị và nhiều công dụng nhất trong các loại dầu thực
vật, chính vì vậy dầu dừa là một trong các loại dầu thực vật có giá thành đắt nhất.
Dầu dừa được chiết xuất từ cơm dừa khô (cơm dừa được phơi khô tự nhiên dưới
ánh nắng mặt trời hay sấy khô dưới tác dụng của nhiệt độ), mục đích của quá trình
này là loại bỏ phần lớn lượng nước có trong cơm dừa, nâng cao giá trị của dầu dừa.
Cơm dừa khô sau đó được đưa vào ép lấy dầu, bã dừa sau khi ép có thể làm thực
phẩm, phân bón hay làm thức ăn gia súc rất tốt vì chúng có chứa khá nhiều protein
(18-25%). Cơm dừa chứa hàm lượng lớn dầu, từ 65%-72% nên trung bình cứ 19
quả cho một lít dầu dừa. Sản lượng dầu dừa luôn lớn hơn nhiều so với các loại dầu
thực vật khác, chiếm 20% tổng sản lượng các loại dầu thực vật. Mặc dù loại cây
này được trồng rộng rãi ở nhiều quốc gia nhưng Philipin là nước sản xuất dầu dừa
lớn nhất thế giới. Trung bình hàng năm nước này sản xuất tới 1,4 tỷ m
3
dầu dừa.
Chỉ 20% trong sản lượng đó được sử dụng cho nhu cầu trong nước trong khi 80%
lượng dầu dừa còn lại dành cho xuất khẩu.
Dầu dừa là chất lỏng màu vàng nhạt, kết tinh và đông đặc khi nhiệt độ giảm
xuống dưới 25
0
C cho ta chất rắn dạng sáp mềm màu trắng. Thành phần các gốc axit
béo trong triglyxerit của dầu dừa như sau :
Bảng 1.2: Thành phần các gốc axit béo trong dầu dừa
Thành phần
Kí hiệu

/s
Nhiệt độ đông đặc 25,1
0
C
Nhiệt độ lưu chuyển 20
0
C
Điểm chớp cháy 225
0
C
Chỉ số xà phòng hóa 246-260
Ngoài ra, dầu dừa còn là một chất dẫn nhiệt hiệu quả, có khả năng bôi trơn
cao, hòa trộn tốt với các loại nhiên liệu khác (diezel , kerosen) và có thể chuyển
hóa sang nhiên liệu biodiezel một cách dễ dàng.
Dầu dừa có thể sử dụng trực tiếp làm nhiên liệu cho động cơ diezel. So với các
loại dầu thực vật khác, dầu dừa có ưu điểm là chỉ số iốt rất thấp (từ 8-10). Chỉ số
iốt là thông số phản ánh hàm lượng hidrocacbon không no trong nhiên liệu. Đây là
một thông số quan trọng của dầu thực vật quyết định xem liệu loại dầu thực vật đó
có thể sử dụng trực tiếp làm nhiên liệu cho động cơ diezel hay không. Đối với các
loại dầu thực vật có chỉ số iốt nhỏ hơn 25 có thể dùng trực tiếp làm nhiên liệu mà
không phải thay đổi cấu tạo của động cơ, với các loại dầu có chỉ số iốt lớn hơn thì
khả năng trùng hợp tăng do hàm lượng các hiđrocacbon không no trong dầu lớn, do
đó việc sử dụng trực tiếp làm nhiên liệu cho động cơ bị hạn chế hay động cơ phải
thay đổi cấu tạo một số chi tiết (vòi phun, bầu lọc…) mới có thể thích hợp cho việc
sử dụng những loại dầu thực vật đó. Như vậy chỉ có dầu dừa mới có thể có chỉ số
iốt phù hợp để sử dụng trực tiếp làm nhiên liệu cho động cơ diezel, tuy nhiên nhiệt
độ nóng chảy cao (24-25
0
C) đã hạn chế việc sử dụng dầu dừa làm nhiên liệu ở các
vùng có nhiệt độ thấp.

không hút hỗn hợp nhiên liệu và không khí như trong động cơ xăng. Không khí
được nén tới một mức độ nhất định thì bơm cao áp bơm nhiên liệu vào. Nhiên liệu
phun vào gặp nhiệt độ và áp suất rất cao của không khí trong xylanh sẽ nhanh
chóng bay hơi rồi tự bốc cháy. Quá trình cháy sẽ xảy ra ở bất kì điểm nào trong
xylanh mà ở đó hỗn hợp nhiên liệu và không khí thích hợp nhất. Như vậy, trong
động cơ diezel, hoá năng của quá trình cháy chuyển thành cơ năng. Tính chất lý
hoá của nhiên liệu sẽ ảnh hưởng lớn đến quá trình cháy và sinh công của động cơ
diezel.
I.3.2. Yêu cầu về nhiên liệu diezel [1,2,4]
Để động cơ diezel là việc ổn định đòi hỏi nhiên liệu diezel phải đảm bảo các
chỉ tiêu chất lượng sau :
* Phải có tính tự cháy phù hợp : tính chất này được đánh giá qua trị số xetan.
Trị số xetan là đơn vị đo quy ước đặc trưng cho khả năng tự bắt lửa của nhiên
liệu diezel, là một số nguyên, có giá trị đúng bằng giá tri của hỗn hợp chuẩn có
cùng khả năng tự bắt cháy. Hỗn hợp chuẩn này gồm hai hydrocacbon n-xetan
PHẠM ĐĂNG SƠN 14 HÓA DẦU 2 – K47
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TỔNG HỢP BIODIEZEL
(C
16
H
34
) quy định là 100, có khả năng bắt cháy tốt và α-metyl naphtalen (C
11
H
10
)
quy định là 0, có khả năng bắt cháy kém [1].
Trị số xetan xác định theo tiêu chuẩn ASTM-D 613. Khi sử dụng nhiên liệu
diezel phải chú ý đến trị số xetan phù hợp với số vòng quay của động cơ, nếu
không động cơ sẽ hoạt động không bình thường. Khi trị số xetan thấp hơn yêu cầu,

chất của chất lỏng. Điểm đông đặc được xác định theo phương pháp ASTM D 97.
+ Nước và tạp chất cơ học : Đây là một trong nhưng chỉ tiêu quan trọng
của nhiên liệu diezel. Nước và cặn có ảnh hưởng đến chất lượng, tồn chứa và sử
dụng. Nước và tạp chất trong diezel được xác định theo phương pháp ASTM D
1796.
+ Hàm lượng nhựa thực tế : Sau khi ra khỏi nhà máy, trong quá trình tồn
chứa, vận chuyển, bảo quản nhiên liệu không tránh khỏi việc tiếp xúc với nước và
không khí có thể tạo nhựa, cùng với các cặn bẩn cơ học làm tắc bầu lọc, bẩn buồng
PHẠM ĐĂNG SƠN 15 HÓA DẦU 2 – K47
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TỔNG HỢP BIODIEZEL
đốt, tắc hệ thống phun nhiên liệu. Vì vậy hàm lượng nhựa thực tế phải được quy
định dưới mức giới hạn cho phép và được xác định theo phương pháp ASTM
D381.
+ Nhiệt độ vẩn đục : Đây là một chỉ tiêu quan trọng, là nhiệt độ tại đó các
tinh thể sáp xuất hiện trong nhiên liệu ở điều kiện thử nghiệm xác định. Nhiệt độ
vẩn đục được xác định theo phưưong pháp ASTM D 2500.
* Ít tạo cặn trong quá trình cháy : khả năng này phục thuộc vào thành phần
phân đoạn và hàm lượng tro.
+ Hàm lượng tro : Là lượng tro còn lại sau khi đốt diezel đến cháy hết,
được tính bằng % khối lượng của lượng tro so cới lượng mẫu ban đầu. Hàm lượng
tro được xác định theo phương pháp ASTM _ D 485. Hàm lượng tro của nhiên liệu
diezel càng thấp càng tốt và được quy định ở dưới mức giới hạn cho phép.
* Ít ăn mòn, có khả năng bảo vệ : khả năng này của nhiên liệu được đánh giá
qua trị số axit, hàm lượng lưu huỳnh, độ ăn mòn lá đồng và hàm lượng mercaptan.
+ Trị số axit : Được xác định theo phương pháp ASTM D 974. Trị số axit
tính bằng số mg KOH để trung hoà hết lượng axit tự do trong 1g nhiên liệu. Trị số
này phản ánh hàm lượng axit tự do (cả vô cơ và hữu cơ) trong nhiên liệu và qua đó
đánh giá được mức độ ăn mòn của các chi tiết kim loại khi tiếp xúc với nhiên liệu.
+ Hàm lượng lưu huỳnh : Lưu huỳnh trong diezel tồn tại ở nhiều dạng
khác nhau như mercaptan, sunfat, thiophen…Các hợp chất lưu huỳnh trong diezel

TCVN 2698-
95
Điểm chớp cháy cốc kín (
0
C), min 60 50 ASTM D 93
Độ nhớt động học ở 400C(cSt , mm2/s) 1,8-5,0 1,8-5,0 ASTM D 445
Cặn carbon của 10% chưng cất, % kl,
max
0,3 0,3
ASTM D 189
TCVN 6321-
97
Điểm đông đặc (
0
C), max
- Các tỉnh phía Bắc
- Các tỉnh phía Nam (từ Đà Nẵng trở
vào)
+5
+9
+5
+9
TCVN 3753-
95
ASTM D 97
Hàm lượng tro, %kl, max 0,01 0,01
TCVN 2690-
95
ASTM D 482
Hàm lượng nước-tạp chất cơ học, %V,

không vị, không gây kích thích da nhưng nó rất nguy hiểm với con người. Lượng
CO khoảng 70 phần triệu (ppm) có thể gây các triệu chứng như đau đầu, mệt mỏi,
buồn nôn. Lượng CO khoảng 150-200ppm gây bất tỉnh, mất trí nhớ và có thể dẫn
đến chết người. Thành phần hydrocacbon không cháy hết trong khí thải đặc biệt là
các hydrocacbon thơm là nguyên nhân gây ra bệnh ung thư. Ngoài ra, các chất rắn
PHẠM ĐĂNG SƠN 17 HÓA DẦU 2 – K47
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TỔNG HỢP BIODIEZEL
dạng hạt rất nhỏ khó nhận biết có lẫn trong khí thải cũng gây ô nhiễm không khí và
là nguyên nhân gây ra các bệnh về hô hấp.
Các nước trên thế giới hiện nay đều quan tâm đến vấn đề về hiệu quả kinh tế
và môi trường, vì vậy xu hướng phát triển của nhiên liệu diezel là tối ưu hoá trị số
xetan, giảm hàm lượng lưu huỳnh xuống mức thấp nhất, mở rộng nguồn nhiên liệu
và tìm kiếm nhưng nhiên liệu sạch ít gây ô nhiễm môi trường. Trước khi tìm ra
những nguồn nhiên liệu sạch mới có thể đáp ứng toàn bộ những chỉ tiêu kinh tế và
môi trường đó thì việc nâng cao chất lượng nhiên liệu diezel khoáng hiện có là rất
cần thiết.
I.3.4. Các phương pháp nâng cao chất lượng nhiên liệu diezel [2,4]
Có bốn phương pháp có thể làm sạch và nâng cao chất lượng của nhiên liệu
diezel :
* Phương pháp pha trộn : Sử dụng việc pha trộn giữa diezel sạch với
diezel bẩn hơn để thu được diezel đảm bảo chất lượng. Phương pháp này có hiệu
quả kinh tế khá cao, có thể pha trộn với các tỷ lệ khác nhau để có nhiên liệu diezel
thoả mãn yêu cầu. Tuy nhiên trên thế giới có rất ít nguồn dầu thô sạch (có ít thành
phần phi hydrocacbon) nên phương pháp này không có tính phổ biến cao.
* Phương pháp hydro hoá làm sạch : Phương pháp này có ưu điểm là
hiệu quả làm sạch rất cao, các hợp chất phi hyđrocacbon được giảm xuống rất thấp
nên nhiên liệu diezel rất sạch. Tuy nhiên phương pháp này ít được lựa chọn vì vốn
đầu tư khá cao.
* Phương pháp nhũ hoá nhiên liệu diezel : Bản chất của phương pháp
này là đưa nước vào nhiên liệu diezel để tạo thành dạng nhũ tương. Loại nhiên liệu

Có thể so sánh giữa nhiên liệu có nguồn gốc dầu mỏ với nhiên liệu sinh học như
sau :
Bảng 1.5 : So sánh nhiên liệu sinh học và nhiên liệu khoáng
Nhiên liệu dầu mỏ Nhiên liệu sinh học
Sản xuất từ dầu mỏ Sản xuất từ nguyên liệu thực vật
Có hàm lượng lưu huỳnh cao Hàm lượng lưu huỳnh cực thấp
Chứa hàm lượng chất thơm Không chứa hamg lượng chất thơm
Khó phân huỷ sinh học Có khả năng phân huỷ sinh học cao
Không chứa hàm lượng oxy Có 11% oxy
Điểm chớp cháy cao Điểm chớp cháy cao
Như vậy, việc phát triển nhiên liệu sinh học có lợi về nhiều mặt như giảm
đáng kể các khí thải độc hại, mở rộng nguồn năng lượng, đảm bảo an ninh năng
lượng, giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu nhập khẩu đồng thời đem lại nhiều lợi
nhuận cho các nhà máy sản xuất và tạo nhiều việc làm cho người dân…
I.4.2. Giới thiệu về biodiezel [7,8,14,15,36,37]
Trước đây, khi động cơ diezel được phát minh ra thì nhiên liệu đầu tiên được
sử dụng cho loại động cơ này là dầu thực vật. Nhưng nguyên liệu dầu thực vật đã
không được lựa chọn làm nhiên liệu cho động cơ diezel vì giá của dầu thực vật đắt
hơn giá của diezel khoáng. Gần đây, do sự tăng giá của nhiên liệu diezel có nguồn
gốc từ dầu mỏ (diezel khoáng) và sự hạn chế về nguồn nhiên liệu mà người ta lại
hướng sự quan tâm trở lại dầu thực vật với những lợi ích về môi trường và khả
năng tái sinh của nó.
Việc sử dụng dầu thực vật như là một nhiên liệu thay thế để cạnh tranh với dầu
mỏ đã được bắt đầu từ những năm 1980. So với nhiên liệu diezel khoáng truyền
thống, dầu thực vật có nhiều ưu điểm như hàm lượng lưu huỳnh thấp hơn, hàm
lượng chất thơm rất ít, độ nhớt cao hơn, khả năng bay hơi kém, dễ bị vi khuẩn phân
huỷ và đặc biệt là có khả năng tái sinh được (do có thể trồng được các loại cây lấy
dầu làm nguồn nguyên liệu tổng hợp). Tuy nhiên, hạn chế chính đối với việc sử
PHẠM ĐĂNG SƠN 19 HÓA DẦU 2 – K47
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TỔNG HỢP BIODIEZEL

Trong các phương pháp trên, phương pháp chuyển hoá este tạo biodiezel là sự
lựa chọn tốt nhất, vì các đặc tính vật lý của metyl este rất gần với nhiên liệu diezel
thông thường. Hơn nữa quá trình tổng hợp biodiezel cũng tương đối đơn giản với
chi phí không cao. Đặc biệt, không như dầu thực vật, biodiezel có thể sử dụng làm
nhiên liệu cho động cơ diezel mà không cần phải thay đổi các chi tiết động cơ như
đối với dầu thực vật, vì độ nhớt của nó thấp và ít tạo cặn hơn nhiều.
Có thể tham khảo đặc tính của diezel khoáng và một số loại metyl este khác ở
bảng sau :
Bảng 1.6 : Một số đặc tính của diezel khoáng và metyl este thực vật
STT Tính chất
Nhiên liệu
Diezel No2 Metyleste Metyleste Metyleste
PHẠM ĐĂNG SƠN 20 HÓA DẦU 2 – K47
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TỔNG HỢP BIODIEZEL
dầu đậu
nành
dầu hạt cải
dầu phế
thải
1 Trị số xetan 40÷52 50,9 52,9 57
2
Nhiệt độ chớp
cháy,
o
C
60÷72 131 170 117
3
Khối lượng riêng
(g/ml)
0,85 0,885 0,883 0,876

mạch thẳng (metanol, etanol…). Với R
x
là gốc axit béo, R là gốc rượu thì công thức
chung của nhiên liệu biodiezel là R
x
COOR. Phản ứng tổng hợp biodiezel dạng tổng
quát được viết như sau :

R
1
R
3
R
2
COO CH
COO CH
COO CH
2
2
+
3ROH
R
1
R
2
R
3
COOR
COOR
COOR

Sản phẩm cháy của biodiezel sạch hơn nhiều so với nhiên liệu diezel khoáng,
riêng B20 (hỗn hợp của 20% biodiezel với 80% diezel khoáng) có thể được sử
dụng trong các động cơ diezel mà không phải thay đổi kết cấu của động cơ. Thực tế
động cơ sẽ chạy tốt hơn với B20 so với biodiezel nguyên chất.
* Ưu điểm của biodiezel
+ Trị số xetan cao : Trị số xetan là một đơn vị đo khả năng tự bốc cháy của
nhiên liệu diezel. Nhiên liệu diezel cho động cơ thông thường có trị số xetan nhỏ
hơn 50, còn đối với động cơ có tốc độ cao thì chỉ số xetan đòi hòi phải từ 50- 60.
Nhìn chung thì trị số xetan của biodiezel thường cao hơn diezel khoáng, và hoàn
toàn có thể sử dụng cho các động cơ có tốc độ cao mà không phải thêm phụ gia
tăng trị số xetan. Chỉ số xetan cao sẽ giúp động cơ khởi động dễ dàng hơn và giảm
thiểu tiếng ồn khi hoạt động.
+ Hàm lượng lưu huỳnh : Hàm lượng lưu huỳnh trong biodiezel rất nhỏ,
thường chỉ vào khoảng 0,001%. Đặc tính này giúp giảm đáng kể khí SO
2
gây ăn
mòn thiết bị và gây ô nhiễm môi trường khi biodiezel được sử dụng rộng rãi làm
nhiên liệu thay cho diezel truyền thống.
+ Khả năng bôi trơn giảm mài mòn : Biodiezel có khả năng bôi trơn bên trong
rất tốt. Các nghiên cứu đã chứng minh rằng khả năng bôi trơn của biodiezel tốt hơn
nhiều so với diezel khoáng. Khả năng bôi trơn của nhiên liệu được đặc trưng bởi
giá trị HFRR (high-frequency receiprocating rig), giá trị này càng thấp thì khả năng
bôi trơn càng tốt. Nhiên liệu diezel thông thường đã xử lý lưu huỳnh có giá trị
HFRR lớn hơn 500 khi không có phụ gia, và phải thêm phụ gia tăng khả năng bôi
trơn để giảm xuống dưới 450 (giới hạn trên cho khả năng bôi trơn của nhiên liệu).
Trong khi đó, giá trị HFRR của biodiezel chỉ khoảng 200 nên biodiezel còn có thể
sử dụng như là một phụ gia bôi trơn rất tốt cho nhiên liệu diezel thông thường. Khi
nhiên liệu diezel khoáng đã được pha biodiezel với tỷ lệ thích hợp, sự mài mòn
động cơ được giảm đáng kể. Các thực nghiệm đã chứng minh sau khoảng 15000
giờ làm việc vẫn không nhận thấy sự mài mòn ở động cơ sử dụng loại nhiên liệu

diezel thông thường. Ở Mỹ, một gallon dầu đậu nành có giá gấp 2 đến 3 lần một
gallon dầu diezel. Nhưng trong quá trình sản xuất biodiezel có tạo ra sản phẩm phụ
là glyxerin có rất nhiều ứng dụng nên có thể bù nào một phần giá cả cao của
biodiezel.
+ Độ linh động không cao : Có thể nhận thấy nhiệt độ vẩn đục, nhiệt độ kết
tinh và nhiệt độ đông đặc của biodiezel có giá trị cao hơn so với các giá trị tương
ứng của diezel. Mặc dù các nhiệt độ này phụ thuộc khá nhiều vào nguồn nguyên
liệu tuy nhiên việc sử dụng biodiezel (đặc biệt là các loại biodiezel tổng hợp từ dầu
mỡ động vật) ở những vùng có khí hậu thấp vẫn gặp nhiều khó khăn và phải cần có
phụ gia chống đông đặc để đảm bảo tính lưu biến tốt của nhiên liệu. Mặt khác, độ
nhớt động học của biodiezel cũng thường cao hơn so với các loại nhiên liệu diezel
khoáng. Hầu hết các loại biodiezel nguyên chất (trừ biodiezel dừa) đều có độ nhớt
cao hơn tiêu chuẩn đối với các loại nhiên liệu chạy động cơ diezel (đòi hỏi độ nhớt
nằm trong khoảng 1,9 - 4,1 cSt). Đây chính là nguyên nhân chính mà biodiezel
100% (B100) ít khi được sử dụng trực tiếp nếu không điều chỉnh lại hệ thống bơm
phun nhiên liệu của động cơ mà thay vào đó sử dụng B20 để đảm bảo độ nhớt phù
hợp.
+ Khí thải của nhiên liệu biodiezel có chứa nhiều NO
x
: hàm lượng NO
x
trong
khí thải của phần lớn các nhiên liệu biodiezel nhiều hơn khí thải của diezel khoáng.
Nhưng có thể giảm lượng NO
x
trong khí thải này bằng cách lắp thêm bộ tuần hoàn
khí thải hay hộp xúc tác ở ống xả của động cơ. Các thiết bị này đã được sử dụng rất
nhiều ở những nước phát triển.
PHẠM ĐĂNG SƠN 23 HÓA DẦU 2 – K47
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TỔNG HỢP BIODIEZEL

máy trên thế giới.
Biodiezel có thể tổng hợp từ nhiều nguồn nguyên liệu khác nhau, nhưng chung
qui lại có ba nhóm nguyên liệu chủ yếu : dầu thực vật, dầu thải và mỡ động vật. Do
hàm lượng axit béo tự do trong các nguồn nguyên liệu đó khác nhau nên quá
trình xử lý nguyên liệu (chủ yếu là tách các axit béo tự do và khống chế hàm
lượng nước) cũng khác nhau. Trong các nguồn nguyên liệu trên thì nguồn nguyên
liệu dầu thực vật được sử dụng phổ biến nhất và cũng là nguồn nguyên liệu dồi dào
nhất.
PHẠM ĐĂNG SƠN 24 HÓA DẦU 2 – K47
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TỔNG HỢP BIODIEZEL
Có hai phương pháp cơ bản để tổng hợp biodiezel từ dầu thực vật và mỡ động
vật :
* Phương pháp siêu tới hạn : Đây là phương pháp mới không cần sử dụng xúc
tác nhưng nhiệt độ và áp suất tiến hành phản ứng rất cao (nhiệt độ 850K và áp suất
trên 100Mpa). Phương pháp này cho độ chuyển hoá cao, thời gian phản ứng ngắn
nhất, quá trình tinh chế sản phẩm đơn giản nhất vì không phải tách xúc tác ra khỏi
sản phẩm, nhưng đòi hỏi chế độ công nghệ cao, thiết bị phản ứng cấu tạo phức tạp.
* Phương pháp trao đổi este có sử dụng xúc tác. Có ba loại xúc tác hay được
sử dụng, đó là :
+ Xúc tác axit : Chủ yếu là axit Bronted như H
2
SO
4
, HCl…xúc tác đồng
thể trong pha lỏng. Phương pháp xúc tác đồng thể này đòi hỏi nhiều năng lượng
cho quá trình tinh chế sản phẩm. Các xúc tác này cho độ chuyển hoá thành este cao,
nhưng phản ứng chỉ đạt độ chuyển hoá cao khi nhiệt độ cao trên 100
0
C và thời gian
phản ứng lâu hơn, ít nhất trên 6 giờ mới đạt độ chuyển hoá hoàn toàn. Ví dụ như sử

nhiệt độ là 60
0
C, thời gian phản ứng là 8h, cùng một loại dầu, cùng một tác nhân
rượu hoá, tỷ lệ mol rượu/dầu như nhau được đưa ra trong bảng sau :
Bảng 1.8 : Độ chuyển hóa tạo biodiezel của một số loại xúc tác
Xúc tác Độ chuyển hoá (%)
NaOH 100,0
Amberlyst A26 0,1
Amberlyst A27 0,4
Amberlyst 15 0,7
TIS 0,6
SnCl
2
3,0
PHẠM ĐĂNG SƠN 25 HÓA DẦU 2 – K47