MỤC LỤC
Trang
MỤC LỤC
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
MỞ ĐẦU
Chương 1 TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU DIESEL & BIODIESEL
1.1. Giới thiệu chung
1.1.1. Khái niệm về Diesel
1.1.3 So sánh Biodiesel và Diesel
1.1.3. Tiêu chuẩn chất lượng cho biodiesel
1.1.4. Cơ sở chọn đề tài
1.1.5 Dầu hạt cao su và các tính chất cơ bản
1.1.6 Hướng sử dụng phổ biến hiện nay
1.1.7 Các phương pháp điều chế Biodiesel từ dầu thực vật
1.1.9 Hiệu suất nhiệt và mức tiêu hao nhiên liệu
1.1.10 Phát thải trên động cơ
Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 Khảo sát đặc tính của động cơ diesel
2.1.1 Đặc tính tốc độ của động cơ diesel
2.2 Quá trình phát thải động cơ Diesel
Chương 3 TỔNG HỢP BIODIESEL TỪ HẠT CAO SU BẲNG
PHƯƠNG PHÁP XÚC TÁC 2 GIAI ĐOẠN
3.1. Phương pháp tổng hợp nhiên liệu biodiesel
3.1.1. Nguyên liệu sản xuất biodiesel
1


3.1.2. Phương pháp chuyển hóa ester tạo biodiesel
3.1.3. Phản ứng chuyển hóa ester 2 giai đoạn với xúc tác axít – kiềm
3.2 Quy trình sản xuất Biodiesel từ dầu hạt cao su thực tế
3.2.1 Vật liệu

RBDF (Rubber Biodiesel Fuel)

Nhiên liệu biodiesel điều chế từ
dầu hạt cao su

B00, D.O (Diesel Oil)

Dầu Diesel truyền thống

BDF (Biodiesel Fuel)

Nhiên liệu biodiesel

CRSO (Crude Rubber Seed Oil)

Dầu hạt cao su dạng thô

BSEC (Brake Specific

Suất tiêu hao năng lượng

Energy Consumption)
BSFC (Brake Specific Fuel
Consumption)

Suất tiêu hao nhiên liệu

BMEP (Brake Mean

Áp suất chỉ thị trung bình

Dầu mỏ đã được loài người đã tìm thấy hàng ngàn năm trước Công
Nguyên, tuy nhiên đến thế kỷ 19 người ta mới bắt đầu khai thác, chế biến dầu
theo qui mô công nghiệp. Ngày nay dầu mỏ là một trong những nhiên liệu quan
trọng nhất của xã hội hiện đại dùng để để sản xuất nhiên liệu cho các phương
tiện giao thông, nguyên liệu cho ngành tổng hợp hữu cơ hoá dầu…Dầu mỏ hầu
như phân bố khắp mọi nơi trên thế giới và thành phần của chúng cũng khác
nhau. Để sử dụng được dầu mỏ ta phải qua các phân đoạn chế biến. Dầu thô khi
khai thác phải trải qua các quá trình làm sạch tạp chất sau đó đưa vào quá trình
chưng cất phân đoạn với các khoảng nhiệt độ khác nhau để thu được những sản
phẩm nhất định, pha thêm phụ gia để được các sản phẩm có giá trị thương mại.
Mỗi phân đoạn sản phẩm thu được có thành phần và tính chất khác nhau. Thông
thường quá trình chưng cất dầu mỏ được chia thành các phân đoạn sau:
Phân đoạn xăng: Khoảng nhiệt độ sôi dưới 180°C, bao gồm các thành phần
từ C5÷C10, C11
Phân đoạn Kerosen: Nhiệt độ sôi từ 180 đến 250°C, chứa các hydrocacbon
từ C11÷C15, C16
Phân đoạn Gas-oil nhẹ (Diesel): Nhiệt độ sôi từ 250 đến 350°C, chứa các
thành phần C16÷C20, C21
Phân đoạn Gas-oil nặng (còn gọi là phân đoạn dầu nhờn), nhiệt độ sôi từ
350 đến 500°C bao gồm C21÷C25 thậm chí đến C40
Phân đoạn cặn Gudron: Nhiệt độ sôi trên 500°C gồm các thành phần có số
nguyên tử cacbon từ C41 trở lên, giới hạn cùng có thể lên đến C80
5


Hiện nay sản phẩm từ dầu mỏ chủ yếu được ứng dụng làm nguyên liệu cho
các động cơ xăng, động cơ Diesel và động cơ phản lực. Trong phạm vi tiểu luận
này sẽ nghiên cứu tổng quan về động cơ Diesel và nhiên liệu sử dụng cho động
cơ Diesel.


liệu mặt trời, gió, hạt nhân... thì Biodiesel(BD) là nguồn nhiên liệu thay thế đầy
hứa hẹn, mang đến hiệu quả cao trong việc đảm bảo nguồn năng lượng.
1.1.2 Tổng quan nhiên liệu Biodiesel(BD)
1.1.2.1. Khái niệm về Biodiesel
Biodiesel là một loại nhiên liệu sinh học và là một dạng năng lượng tái tạo.
Theo phương diện hóa học thì biodiesel là mono ester của các acid béo có nhiều
trong dầu thực vật và mỡ động vật. Theo định nghĩa của tiêu chuấn ASTM
D6751[2]: “Biodiesel là nhiên liệu mà thành phần hóa học là mono alkyl ester
dẫn xuất từ acid béo mạch thẳng dài trong dầu mỡ động thực vật hay dầu thải".
Nó có những đặc tính cơ bản của nguyên liệu gốc như tính dễ phân huỷ, dễ
sản xuất và không độc hại. Biodiesel là sản phẩm của phản ứng chuyển hóa
ester. Chuyển hóa ester là quá trình sử dụng một alcol, như methanol hoặc
ethanol, để bẻ gãy liên kết hóa học giữa các acid béo với glycerol để tạo thành
các monoester của acid béo và giải phóng glycerol.
1.1.2.2. Lịch sử hình thành & phát triền Biodiesel
Biodiesel đã được phát hiện từ sớm, công trình nghiên cứu của hai nhà hóa
học E. Dufy và J. Patrick về chuyển hóa ester của dầu thực vật để làm xà phòng
vào năm 1853, nhiều năm trước khi động cơ diesel đầu tiên được đưa vào sử
dụng. Khi đó biodiesel được xem là phụ phẩm của quá trình sản xuất xà phòng.
Ngày 10/8/1893, tại Augsburg, Đức, khi kỹ sư người Đức Rudolf Christian
Karl Diesel cho ra mắt động cơ Diesel chạy bằng dầu lạc do chính ông sản xuất.
Lúc này BD mới chính thức được công nhận. Năm 1897, Diesel cũng đạt được
giải thưởng Grand Prix, giải thưởng cao nhất, cho phát minh của mình tại hội
chợ triển lãm quốc tế tại Paris. Ông tin rằng động cơ chạy bằng nhiên liệu sinh
học sẽ thay thế cho động cơ hơi nước đang phổ biến thời bấy giờ. Và ông đã
8


đúng, dầu thực vật vẫn tiếp tục được sử dụng cho các phương tiên giao thông
vận tải cho đến những năm 1920.

về khí thải cũng khiến thị trường châu Âu (EU) tăng nhu cầu sử dụng nhiên liệu
sạch. Ở châu Âu thì cây cải dầu với lượng dầu từ 40% đến 50% là cây thích hợp
để dùng làm nguyên liệu sản xuất biodiesel. Ngoài ra, Ủy ban châu Âu đã quyết
định đến 2020, 10% nhiên liệu vận tải đường bộ sẽ là nhiên liệu sinh học.
 Trong nước
Việt Nam đã quan tâm đến sản xuất biodiesel từ những năm 1990, nguồn
nguyên liệu thực vật phù hợp cho sản xuất biodiesel là dầu dừa, dầu vừng, dầu
đậu phộng, về mỡ động vật thì có mỡ cá basa, cá tra và nguồn dầu mỡ thải đã
qua sử dụng. Tuy nhiên cho đến nay các khảo sát về biodiesel chỉ dừng lại ở
bước thử nghiệm ở các viện nghiên cứu và các trường đại học, sản xuất tự phát
với quy mô nhỏ, thiếu đồng bộ, không đủ sức định hướng cho đầu tư từ công
nghiệp.Ngày 03 tháng 8 năm 2005, Bộ Tài nguyên và Môi trường, với tư cách là
Cơ quan đầu mối của Chính phủ Việt Nam tham gia và thực hiện Nghị định thư
Kyoto đã xác nhận ý tưởng dự án (PIN) phát triển dầu dừa diesel sinh học theo
Cơ chế Phát triển sạch (CDM) tại tỉnh Bình Định, do Công ty Sojitz chủ trì xây
dựng. Theo PIN, việc thực hiện dự án này sẽ góp phần giảm phát thải khí carbon
10


dioxide qua việc thay đổi từng phần nhiên liệu dầu diesel bằng nhiên liệu diesel
sinh học được tổng hợp từ dầu dừa, thay thế một phần xăng dầu nhập khẩu tại
Việt Nam.
Nhóm nghiên cứu do PGS.TS Hồ Sơn Lâm − phân viện trưởng Phân viện
Khoa học vật liệu TP.HCM thuộc Viện Khoa học và công nghệ VN − chủ trì
khẳng định có đủ khả năng nghiên cứu sản xuất dầu diesel sinh học (biodiesel)
từ dầu thực vật của Việt nam. PGS.TS Hồ Sơn Lâm cho biết nhóm nghiên cứu
đã hợp tác với Viện Hóa kỹ thuật ĐH Tổng hợp Jena (Đức), phân tích thành
phần, tính chất các mẫu dầu biodiesel do nhóm điều chế. Kết quả cho thấy các
mẫu dầu biodiesel từ dầu thực vật Việt Nam đạt tiêu chuẩn châu Âu về biodiesel.
Từ tháng 8/2006, hệ thống thiết bị sản xuất nhiên liệu biodiesel từ dầu ăn

diesel, người ta còn xây dựng hệ thống chỉ tiêu đánh giá chất lượng biodiesel
dựa trên nhiều thông số hóa lý khác nữa.

Bảng 1.1 - So sánh nhiên liệu dầu mỏ và nhiên liệu sinh học[3]

Bảng 1.1 – So sánh nhiên liệu dầu mỏ và nhiên liệu sinh học

12


Bảng 1.2 - Một số đặc tính chọn lọc của Diesel và Biodiesel

Bảng 1.3 – So sánh nồng độ khí thải của nhiên liệu Diesel và Biodiesel
1.1.3. Tiêu chuẩn chất lượng cho biodiesel
Biodiesel là một chất lỏng có màu vàng nhạt đến vàng nâu, hoàn toàn
không trộn lẫn với nước. Biodiesel có điểm sôi cao (thông thường khoảng
150ºC), áp suất hơi thấp, trọng lượng riêng khoảng 0,86 g/cm 3 và hoàn toàn
không phải là hóa chất độc hại. Độ nhớt của biodiesel tương đương của dầu
Diesel thông thường.
Việc sản xuất và sử dụng rộng rãi biodiesel đòi hỏi việc đưa ra những tiêu
chuẩn chất lượng dành riêng cho biodiesel. Trong đó, hai bộ tiêu chuẩn nhiên
13


liệu quan trọng nhất là: ASTM D6751 ở Mỹ, EN 14214 ở Châu Âu[2], được
trình bày tóm tắt ở Bảng 1.4 và Bảng 1.5. Khi đảm bảo được những tiêu chuẩn
chất lượng này, biodiesel có thể được trộn với dầu Diesel để sử dụng trong động
cơ Diesel.

Bảng 1.4 – Tiêu chuẩn ASTM D6751 dành cho Biodiesel

B100 [5]
-

Dễ bị vi sinh vật phân huỷ nên khi thất thoát ra ngoài môi trường sẽ
ít độc hại hơn rất nhiều so với các loại nhiên liệu từ dầu mỏ.

- Có thể được dùng dạng tự do hoặc pha trộn với diesel nhằm đạt
được hiệu quả sử dụng và kinh tế theo yêu cầu của từng quốc gia.
- Khi đạt các tiêu chuẩn thì biodiesel sẽ là nhiên liệu ít ăn mòn động
cơ hơn so với diesel.
Sử dụng biodiesel không chỉ mang lại lợi ích kinh tế mà còn góp phần bảo
vệ môi trường, sử dụng tiết kiệm hơn nguồn tài nguyên thiên nhiên đang dần cạn
kiệt, góp phần đảm bảo sự phát triễn bền vững. Biodiesel chắc chắn sẽ là một sự

17


lựa chọn phù hợp để đáp ứng nhu cầu năng lượng của toàn thế giới trong tương
lai.

Bảng 1.6 – Các thông số so sánh giữa Biodiesel và dầu Diesel
1.1.4.2 Ưu điểm của dầu hạt cao su - RSO
Tùy vào từng khu vực địa lý, khí hậu, nhiệt độ trên thế giới mà các nhà
khoa học sẽ đưa các biện pháp sản xuất phù hợp với từng vùng để sản xuất
biodiesel. Ở một số nước thì biodiesel được sản xuất từ dầu hạt cải (Châu Âu),
dầu đậu nành (Mĩ), dầu hướng dương, dầu dừa... Còn ở khu vực Đông Nam Á
hiện nay, với khí hậu nhiệt đới ẩm thì biodiesel sản xuất chủ yếu từ cây cao su.
Khí hậu Đông Nam Á lại rất phù hợp để phát triển trồng loại cây này, các sản
phẩm thu được từ cây cao su có giá trị kinh tế cao.
Cây cao su có nguồn gốc từ lưu vục sông Amazone ở trạng thái ngẫu sinh

19


Bảng 1.7 - Thành phần axit béo và tính chất RSO so với các loại dầu khác
[6,7]

20


1.1.5.2 Các tính chất cơ bản RSO
 Tính chất vật lý

Bảng 1.8 - Tính chất của RSO tại Việt Nam
Thành phần acid béo và những tính chất quan trọng khác của dầu hạt cao su
được so sánh với các loại dầu khác, được trình bày trong bảng dưới đây:

Bảng 1.9 - Thành phần và tính chất một số loại dầu thực vật

21


 Tính chất hóa học
Thành phần hóa học của dầu hạt cao su chủ yếu là các triglyceride nên
chúng có đầy đủ tính chất của một ester điển hình.
- Phản ứng thủy phân: Ở điều kiện nhiệt độ, áp suất và xúc tác nhất
định (thường là xúc tác acid, enzyme) sẽ xảy ra phản ứng thủy phân
ester lần lượt tạo thành các diglyceride và monoglyceride, cuối
cùng là acid béo và glycerine

- Phản ứng xà phòng hóa: Trong môi trường kiềm, ester trong dầu hạt

cạnh thành phần dinh dưỡng và độc tố, dầu cao su có thể xem là dầu ăn được.
Hiện nay, dầu hạt cao su đã được ứng dụng trong công nghiệp để sản xuất bánh
xà phòng, nhựa alkyd và chất bôi trơn. Bên cạnh đó, đã có một số nghiên cứu về
dinh dưỡng đã tán thành việc sử dụng dầu cao su làm thực phẩm. Tuy vậy, hoạt
tính enzyme lipase cao cùng với lượng HCN còn sót lại, một đặc điểm dễ dàng
bắt gặp ở các cây thuộc họ Euphorbiaceae đã gây ra hạn chế trong khía cạnh
dinh dưỡnng của nó.
Hàm lượng dầu có trong hạt tùy thuộc vào vùng khí hậu, thổ nhưỡng của
từng nơi mà chúng sống, tuy nhiên, trung bình hạt chứa khoảng 40% dầu (T. P.
Hilditch, 1951). Do đó, dầu hạt cao su có thể được sử dụng để sản xuất bánh xà

23


phòng, nhựa alkyd và sơn. Thông thường người ta tổng hợp nhựa alkyd bàng
cách nấu dầu cao su với một lượng xác định glycerol và phtalic anhydride.
Dầu cao su có thể thay thế dầu lanh trong sản xuất sơn, vải dầu (linoleum)
và vecni (vanish). Nó còn thích hợp trong việc sản xuất fatliquor trong công
nghiệp da. Dầu này còn có thể được sử dụng như những thành phần đa chức
năng trong các hợp chất cao su thiên nhiên (Natural Rubber – NR) và cao su
tổng hợp Styren − butadien (Styren − butadien rubber – SBR). Dầu cao su tạo ra
các tính chất cơ học ưu việt cho cao su lưu hóa NR và SBR khi thay thế cho
những chất tạo dẻo truyền thống. Nó cũng cải thiện khả năng chống lão hóa, sự
ăn mòn, sự uốn cong và làm giảm thời gian xử lý, sự cán phá.
Dầu cao su đã được xác định như một nguồn thay thế nhiên liệu diesel bởi
nhiều công trình nghiên cứu khác nhau. Việc kiểm nghiệm các tính chất được
tiến hành trên nhiên liệu và xác định khả năng làm nhiên liệu cho động cơ đã
cho thấy chỉ số cetane của dầu từ hạt cao su gần với chuẩn ASTM tối thiểu là 40,
cho thấy tính khả quan trong việc sử dụng dầu cao su làm nhiên liệu sinh học.
Các kiểm tra tiến hành sự tiêu thụ nhiên liệu, lực hãm phanh, hiệu suất