ĐAMH: Thiết kế nhà máy Biodiesel GVHD: TS.Lại Mai Hương
1 MỤC LỤC
Phần I. TỔNG QUAN BIODIESEL I-3
I. Mở đầu I-3
II. Biodiesel I-4
1. Đònh nghóa I-4
2. Ưu điểm biodiesel I-5
3. Nhược điểm I-8
III. Tình hình sản xuất và sử dụng Biodiesel trên thế giới và Việt Nam I-9
1. Thò trường Biodiesel trên thế giới I-9
2. Thò trường Biodiesel tại Việt Nam 12
IV. Chỉ tiêu chất lượng 13
1. Một số thuật ngữ 13
2. So sánh chỉ tiêu chất lượng giữa biodiesel và diesel 14

Phần II. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ BIODIESEL 16
I. Khái quát chung về nguồn nguyên liệu 16
1. Dầu thực vật 16
2. Dầu phế thải 17
3. Dầu tảo 18
4. Mỡ động vật 18
II. Phân loại các phương pháp tổng hợp Biodiesel 18
1. Phương pháp sấy nóng 18
2. Phương pháp pha loãng 19
3. Phương pháp cracking: 19
4. Phương pháp nhũ tương hóa 20
5. Phương pháp chuyển hóa ester 20
III. Các phương pháp chuyển hóa ester dầu 20


ĐAMH: Thiết kế nhà máy Biodiesel GVHD: TS.Lại Mai Hương
3

Phần I.
T
T
O
O
Å
Å
N
N
G
GQ
Q
U
U
A
A
N

5. Nghèo đói
6. Chủ nghóa khủng bố và chiến tranh
7. Bệnh tật
8. Giáo dục
9. Dân chủ
10. Dân số
Sự tăng dân số áp lực lớn cho chín vấn đề còn lại, còn vấn đề năng lượng là câu
hỏi lớn của thời đại.
Thế kỉ 20 nguồn nguyên liệu chính là than đá và dầu mỏ. Bước sang thế kỷ 21
các nhà khoa học hướng đến nguồn năng lượng hạt nhân, năng lượng mặt trời, năng
lượng gió, sóng biển, nguồn nhiệt trong lòng đất, biomass, ethanol, biodiesel (dự
đoán nguồn nguyên liệu này chiếm 15-20% trong tổng nhu cầu nhiên liệu thế
giới)…
Biodiesel không đơn thuần là nhiên liệu mà kèm theo là một loạt các lợi ích: ĐAMH: Thiết kế nhà máy Biodiesel GVHD: TS.Lại Mai Hương
4

vitamin…

Bodiesel

Năng lượng ĐAMH: Thiết kế nhà máy Biodiesel GVHD: TS.Lại Mai Hương
5

2. Ưu điểm biodiesel [5]:
Về mặt môi trường:
 Khi sử dụng biodiesel, hàm lượng khí CO
2
giảm xuống. Nếu sử dụng diesel,
lượng khí CO
2
“góp” vào khí quyển là 100%, còn biodiesel thì lượng “đóng
góp” này giảm đến 78%, và đối với B20 là 15,66%.
 Biodiesel làm giảm lượng chất thải rắn (particulate matter – PM),
hydrocarbon (HC), và carbon monoxide (CO) do hàm lượng oxy trong
biodiesel chứa khoảng 11% khối lượng, giúp quá trình cháy triệt để hơn.
Hình 2: Ảnh hưởng biodiesel lên hàm lượng khí thải trung bình[7].
 Hàm lượng lưu huỳnh trong biodiesel rất ít (< 0,001% so với 0,2% trong
nhiên liệu diesel). Nhờ đó, hàm lượng SO
2
trong khí thải giảm đáng kể và
không gây ăn mòn thiết bò.
 Điểm nổi bật của biodiesel là khả năng phân hủy sinh học và không độc.
Theo kết quả của những kiểm tra tiêu chuẩn cho biodiesel thì hơn 95%

 Các động cơ diesel có thể sử dụng biodiesel mà không cần hiệu chỉnh bất kỳ
chi tiết nào của động cơ (chỉ thay đổi đầu phun nhiên liệu).
 Biodiesel có chỉ số cetan cao hơn hẳn diesel do đó động cơ chạy nhẹ nhàng,
ít ồn hơn.
 Tính bôi trơn phụ thuộc vào hàm lượng lưu huỳnh, khi hàm lượng lưu huỳnh
càng nhỏ (theo xu hướng thực tế) thì tính bôi trơn càng thấp. Nhưng trong
biodiesel, thành phần của oxy – có tác dụng giảm ma sát tương tự lưu huỳnh
– lại chiếm đến 11% về khối lượng. Vì thế độ bôi trơn của biodiesle lớn hơn
diesel rất nhiều.
 Giá trò momen xoắn của động cơ khi sử dụng nhiên liệu biodiesel bằng
94,6% so với nhiên liệu diesel thông thường.
 Biodiesel có nhiệt độ chớp cháy cao hơn dầu diesel, thường tỷ lệ thuận với
% biodiesel trong hỗn hợp phối trộn nên an toàn trong lưu trữ và vận
chuyển.
 Công suất, lực kéo của động cơ thay đổi không đáng kể khi sử dụng nhiên
liệu biodiesel hay nhiên liệu phối trộn.
 Biodiesel rất linh động, có thể sử dụng biodiesel 100% hoặc phối trộn với
dầu diesel với bất kỳ tỷ lệ nào.
Về mặt kinh tế :
 Việc sử dụng dầu mỡ sản xuất biodiesel thúc đẩy nền nông nghiệp phát
triển, và nhiều dòch vụ khác hỗ trợ đi kèm (phân bón, thủy lợi, …), tận dụng
nguồn dầu mỡ phế thải giúp tránh ô nhiễm môi trường .
 Hạn chế được nhu cầu nhập khẩu nhiên liệu diesel, góp phần tiết kiệm
ngoại tệ cho đất nước.
 Trong quá trình sản xuất biodiesel, nhiều sản phẩm phụ được ứng dụng vào
nhiều lónh vực sẽ làm tăng thêm giá trò kinh tế từ việc sản xuất biodiesel.
 Những nước không có nguồn nhiên liệu hóa thạch, có thể phát triển ngành
công nghệ mới: công nghiệp năng lượng nông-ngư nghiệp.
ĐAMH: Thiết kế nhà máy Biodiesel GVHD: TS.Lại Mai Hương
8


ĐAMH: Thiết kế nhà máy Biodiesel GVHD: TS.Lại Mai Hương
9

III. Tình hình sản xuất và sử dụng Biodiesel trên thế giới
và Việt Nam :
1. Thò trường Biodiesel trên thế giới
Từ năm 1999 đến nay sản lượng sản xuất biodiesel liên tục tăng và được ứng
dụng rộng rãi tại nhiều quốc gia.

Hình 4: Tình hình sản xuất Biodiesel trên thế giới[4].
Trong năm 2006 Châu Âu đã sản xuất tới 77% lượng biodiesel của cả thế giới,
vào cuối năm 2007 sản lượng Biodiesel đã đạt con số kỷ lục 10,2 triệu tấn so với
4.89 triệu tấn năm 2006. Châu Âu dự tính sẽ tăng thò phần Biodiesel từ 2% năm
2005 lên 5,75% năm 2010 và đến năm 2020 đạt 20% .

Hình 5: Tình hình sản xuất Biodiesel tại Châu Âu[12].
ĐAMH: Thiết kế nhà máy Biodiesel GVHD: TS.Lại Mai Hương
10

Hoa Kỳ là quốc gia đang sử dụng lượng biodiesel lớn nhất hiện nay. Trong
năm 2007 sản lượng dầu biodiesel tăng gần gấp đôi so với năm 2006 (150 triệu
gallons). Mỗi năm các bang ở Hoa Kỳ mới tiêu thụ 62 triệu gallons, nhưng có dấu
hiệu cho thấy sẽ tăng, nhu cầu nhiên liệu biodiesel ở Mỹ sẽ nhiều hơn. Hình 6: Tình hình sản xuất nhiên liệu biodiesel của Hoa Kỳ[12].
Tại Châu Á, Nhật, Trung Quốc, Ấn Độ là những nước đi đầu trong việc
nghiên cứu, sản xuất và ứng dụng biodiesel.
Thành phố Kyoto (Nhật Bản) đã đưa vào hoạt động nhà máy sản xuất

tô đều cho kết quả khả quan.
Dù có nhiều nghiên cứu thành công trên qui mô phòng thí nghiệm nhưng hiện
nay biodiesel chưa được sản xuất lớn trên qui mô công nghiệp, chỉ có một vài nhà
máy sản xuất thử nghiệm như: hệ thống thiết bò sản xuất nhiên liệu biodiesel từ
dầu ăn dầu ăn phế thải với công suất 2 tấn/ngày của các kỹ sư thuộc trung tâm
công nghệ lọc hóa dầu – trường đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh, Công
ty trách nhiệm hữu hạn Minh Tú – Cần Thơ, công ty xuất nhập khẩu thủy sản An
Giang Agfish đang sử dụng hệ thống sản xuất thử nhiên liệu biodiesel từ mỡ cá
basa với công suất 180 tấn/tháng …
Như vậy, đònh hướng sản xuất biodiesel ở Việt Nam trong một số năm trước
mắt sẽ chỉ dừng lại ở mức độ một ngành sản xuất phụ trợ, biodiesel được sản xuất
như một chất phụ gia pha thêm vào dầu hơn là một nhiên liệu thay thế. Nhưng
Ngàn tấn
ĐAMH: Thiết kế nhà máy Biodiesel GVHD: TS.Lại Mai Hương
13

trong tương lai không xa, câu trả lời tốt nhất cho nguồn nguyên liệu thay thế diesel
đó chính là biodiesel.
IV. Chỉ tiêu chất lượng
1. Một số thuật ngữ [1]:
Chỉ số cetane: đây là chỉ tiêu chất lượng quan trọng nhất của nhiên liệu diesel,
đặc trưng cho khả năng tự bốc cháy của nhiên liệu diesel. Trò số cetane là một đại
lượng quy ước, có giá trò bằng tỉ số phần trăm thể tích của cetane (C
16
H
34
) trong
hỗn hợp với-methyl naphthalene (C
10
H

2. So sánh chỉ tiêu chất lượng giữa biodiesel và diesel[2]:
Biodiesel được sử dụng như một loại nhiên liệu nên phải thỏa mãn các chỉ tiêu
kỹ thuật quy đònh. Các chỉ tiêu này có thể phân thành hai nhóm: nhóm chỉ tiêu đặc
trưng cho tính chất nhiên liệu và nhóm chỉ tiêu đặc trưng cho loại nhiên liệu. Có
thể thấy rõ hai nhóm chỉ tiêu này khi so sánh tiêu chuẩn chất lượng cho biodiesel
và diesel.

ĐAMH: Thiết kế nhà máy Biodiesel GVHD: TS.Lại Mai Hương
15

Bảng 3: So sánh chỉ tiêu chất lượng giữa biodiesel và diesel
Stt
Tên chỉ tiêu
Biodiesel (ASTM D 6751)
Diesel (ASTM D 975) 2-
D
Phương pháp
kiểm tra
Giới hạn
Phương pháp
kiểm tra
Giới hạn
A. Nhóm chỉ tiêu đặc trưng cho nhiên liệu
1.
Điểm chớp cháy cốc kín,
o
C
D 93
 93
D 93

6.
Ăn mòn tấm đồng
D 130
 No.3
D 130
 No.3
7.
Chỉ số cetane
D 613
 47
D 613
 40
8.
Điểm vẩn đục,
o
C
D 2500
-15  5
D 2500
Báo cáo
9.
Cặn carbon, %k.l.
D 4530
 0,050
D 524
 0,35
10.
Nhiệt độ chưng cất T90,
o
C


ĐAMH: Thiết kế nhà máy Biodiesel GVHD: TS.Lại Mai Hương
16

Phần II.
C
C
A
A
Ù
Ù
C
CP
P
H
H
Ư
Ư
Ơ
Ơ
N

C
H
H
E
E
Á
ÁB
B
I
I
O
O
D
D
I
I
E
E
S
S
E
E
L
LI. Khái quát chung về nguồn nguyên liệu:

 Dầu hạt bông
 Dầu jatropha…
Dầu ăn phế thải
Mỡ động vật
 Mỡ cá basa
 Mỡ cá tra
 Mỡ bò
 Mỡ loin
 Mỡ gà…
ĐAMH: Thiết kế nhà máy Biodiesel GVHD: TS.Lại Mai Hương
17

CH
2
- O - CO - R
1
CH - O - CO - R
2
CH
2
- O - CO - R
3

Trong đó: R
1
, R
2
, R
3
là gốc hydrocarbon của acid béo; chúng có thể giống nhau

Hạt bông
28,7
0
0,9
13,0
57,4
0
0
0
Hạt lanh
5,1
0,3
2,5
18,9
18,1
55,1
0
0
Đậu phộng
11,4
0
2,4
48,3
32,0
0,9
1,3
3,7
Hạt cải dầu
3,5
0

72,9
0
0
0

Nhìn chung tất cả các loại dầu thực vật đều sản xuất được biodiesel hoặc pha
với diesel khoáng làm giảm đáng kể các khí độc hại thải ra. Ở nước ta rất thích hợp
trống các loại cây lấy dầu, vốn đầu tư chấp nhận được lại giải quyết nhiều vấn đề
xã hội, môi trường nên việc trồng một lượng lớn nguồn nguyên liệu này rất đáng
quan tâm.
2. Dầu phế thải [2]:
Dầu thải từ các nhà máy chế biến dầu, mỡ, thực phẩm. Chúng có đặc điểm là
đã qua gia nhiệt nhiều lần, có màu sẫm, ngoài dầu mỡ còn có nhiều thành phần tạp
ĐAMH: Thiết kế nhà máy Biodiesel GVHD: TS.Lại Mai Hương
18

các chất rắn. Sản xuất biodiesel từ nguồn nguyên liệu này cần qua các bước xử lý
nguyên liệu đầu vào, quy trình qua nhiều bước hơn nhưng giá nguyên liệu lại rẻ.
Kết quả biodiesel đi từ dầu thải có trò số cetane đạt chuẩn.
3. Dầu tảo :
So với thực vật, tảo có hiệu suất thu hồi biodiesel cao hơn. Mặt khác tảo còn có
ưu điểm là hấp phụ CO2 nhiều hơn các loại thực vật khác.
4. Mỡ động vật:
Ví dụ: mỡ các basa, cá tra, mỡ bò, lợn, gà…
Bảng 5: Thành phần acid béo trong mỡ cá Tra[2].

Ký hiệu
Tên acid
Hàm lượng(%)
C

Linoleic acid
9.11
C
18: 3
-Linoleic acid
0.47
C
20: 0
Arachidic acid
0.17
C
22: 0
Behenic acid
0.28
C
20: 4
Arachidonic acid
0.23
C
22: 6

DHA
0.30

II. Phân loại các phương pháp tổng hợp Biodiesel
1. Phương pháp sấy nóng [2]:
Hiện nay không sử dụng vì không thích hợp, cần nhiệt độ trên 80
0
C
Độ nhớt giảm khi nhiệt độ tăng, đó là nguyên tắc mà người ta áp dụng phương

O
3
). Sản phẩm thường bao gồm: khí, xăng nhiên
liệu DO, một số sản phẩm phụ khác.
Nhược điểm:
 Tốn năng lượng
 Khó thực hiện quy mô nhỏ
 Sản phẩm gồm nhiều dạng nhiên liệu
ĐAMH: Thiết kế nhà máy Biodiesel GVHD: TS.Lại Mai Hương
20

4. Phương pháp nhũ tương hóa [2]:
Nguyên liệu ban đầu là dầu, rượu và chất tạo sức căng bề mặt. Với thiết bò tạo
nhũ có thể tạo ra nhũ tương dầu – rượu trong đó các hạt rượu có kích thước 150m
phân bố đều trong nhũ tương.
Nhược điểm :
 Khó khăn trong việc tạo và duy trì nhũ, lọc nhiên liệu
 Rượu bay hơi (do nhiệt độ hóa hơi của rượu thấp) làm cản trở hoạt động bình
thường của hệ thống cấp nhiên liệu cho động cơ.
5. Phương pháp chuyển hóa ester[2]:
Đây là phương pháp được xem là khả thi nhất và được quan tâm nhiều nhất.
Nguyên tắc: phản ứng trao đổi ester giữa triglyceride và alcohol với xúc tác
thích hợp. Sản phẩm thu được gọi là biodiesel (alkyl ester của các acid béo trong
dầu thực vật) và glycerol.
Ưu điểm:
 Không phức tạp, có thể thực hiện quy mô nhỏ với điều kiện cần có các hiểu
biết cơ bản về phản ứng ester hóa
 Phản ứng đơn giản và tạo sản phẩm ester có tính chất hóa lý gần giống
nhiên liệu diesel, các ester có thề đốt cháy trực tiếp trong buồng đốt của
động cơ và khả năng hình thành cặn thấp.

CH
2
- OH
CH - OH
CH
2
- OH
+
R - OH
R
1
- COOR
R
2
- COOR
R
3
- COOR
+
xt, t
3

Phản ứng trên thuận nghòch và tốc độ phản ứng phụ thuộc nhiều vào xúc tác và
alcohol sử dụng. Hình8: Phản ứng chuyển hóa ester[11].
ĐAMH: Thiết kế nhà máy Biodiesel GVHD: TS.Lại Mai Hương
22


sắn…bằng quá trình lên men. Chính vì thế người ta đang quan tâm đến sử
ĐAMH: Thiết kế nhà máy Biodiesel GVHD: TS.Lại Mai Hương
23

dụng ethanol làm nguyên liệu cho quá trình tổng hợp biodiesel từ dầu thực
vật.
Nhược điểm:
- Khả năng tấn công của C
2
H
5
O- vào nhóm cacbonyl của phân tử glyxerit tạo
hợp chất trung gian sẽ kém hơn methanol làm hiệu suất thu hồi rượu thấp
- Khi hiệu suất thấp, lượng ethanol dư nhiều hòa tan vào dầu biodiesel và
glyxerin làm tỷ trọng glyxerin giảm xuống khiến hỗn hợp không tách lớp
được, quá trình tinh chế cũng gặp nhiều khó khăn. Để khắc phục nhược
điểm này cần tách ethanol ra khỏi sản phẩm ngay khi phản ứng kết thúc, hay
có thể trộn methanol vào theo một tỷ lệ thích hợp, thường 30% methanol và
70% ethanol.
- Để đạt hiệu suất tối ưu nhiệt độ xúc tác của ethanol cần nhiệt độ cao
hơn so với methanol,
Bảng 6: Thông số nhiệt độ, thời gian phản ứng của một số rượu[25]. ĐAMH: Thiết kế nhà máy Biodiesel GVHD: TS.Lại Mai Hương
24


hạn chế.
ĐAMH: Thiết kế nhà máy Biodiesel GVHD: TS.Lại Mai Hương
25

• Xúc tác rắn: khắc phục những hạn chế trong quá trình dùng xúc tác để sản
xuất biodiesel.
Xúc tác cho phản ứng trao đổi ester có thể là xúc tác acid hoặc base, là xúc tác
đồng thể hoặc dò thể. Bảng tóm tắt phân loại các loại xúc tác cho phản ứng trao đổi
ester trong sản xuất biodiesel.
Bảng 8: Xúc tác cho phản ứng trao đổi ester[11].

Xúc tác đồng thể
Xúc tác dò thể
Xúc tác base
Hydroxide (NaOH, KOH,
…)
Carbonate (K
2
CO
3
, …),
Alkoxide (CH
3
ONa, …)
Oxide kim loại (MgO, CaO, ZnO,
…)
Hydroxide (Ba(OH)
2
)
Zeolite X đã trao đổi cesium

Trích đoạn TAØI LIỆU THAM KHẢO

---