MỞ ĐẦU
Vào đầu thế kỷ XX, Rudolf Diesel đã dùng dầu lạc làm nhiên liệu cho
động cơ diesel mà ông phát minh ra. Tuy nhiên, lúc này nguồn nhiên liệu từ
dầu mỏ rất rẻ và trữ lượng dồi dào, nên không ai quan tâm đến nguồn nhiên
liệu từ dầu thực vật. Gần một thế kỷ trôi qua, tình hình dân số thế giới ngày
càng tăng nhanh, tốc độ phát triển kinh tế - xã hội cũng ngày càng tăng mạnh,
kéo theo nhu cầu sử dụng nhiên liệu ngày càng nhiều, để phục vụ cho các lĩnh
vực khác nhau. Điều này dẫn đến tình trạng nguồn nhiên liệu hóa thạch vốn
có hạn, đang ngày càng cạn kiệt, giá dầu mỏ ngày càng đắt đỏ. Hơn nữa, khi
kinh tế - xã hội phát triển, người ta bắt đầu chú ý nhiều hơn đến môi trường,
cũng như sức khỏe của con người, và ngày càng có nhiều quy định khắt khe
hơn về mức độ an toàn cho môi trường đối với các loại nhiên liệu. Chính
những điều này đã đặt ra vấn đề cho các nhà khoa học, là phải nỗ lực tìm
nguồn nhiên liệu thay thế, nguồn nhiên liệu thân thiện với môi trường, và
nhiên liệu sinh học đã thật sự lên ngôi.
Nhiên liệu sinh học đã thu hút được sự quan tâm đặc biệt của nhiều nhà
khoa học trên cả thế giới, bởi nó đem lại nhiều lợi ích như bảo đảm an ninh
năng lượng và đáp ứng được các yêu cầu về môi trường. Trong số các nhiên
liệu sinh học, thì diesel sinh học (biodiesel) được quan tâm hơn cả, do xu
hướng diesel hóa động cơ, và giá diesel khoáng ngày càng tăng cao. Hơn nữa,
biodiesel được xem là loại phụ gia rất tốt cho nhiên liệu diesel khoáng, làm
giảm đáng kể lượng khí thải độc hại, và nó là nguồn nhiên liệu có thể tái tạo
được.
Ở Việt Nam đã có nhiều đề tài nghiên cứu tổng hợp biodiesel từ các
nguồn nguyên liệu sẵn có trong nước như dầu đậu nành, dầu hạt cải, dầu cao
su, mỡ cá,…và đã thu được kết quả khá tốt. Tuy nhiên vì nền công nghiệp sản
xuất dầu mỡ nước ta còn khá non trẻ, chưa đáp ứng được nguồn nguyên liệu
cho sản xuất biodiesel ở quy mô lớn. Ngoài ra, nếu sản xuất biodiesel từ dầu
ăn tinh chế thì giá thành khá cao, và còn ảnh hưởng đến an ninh lương thực.
Do đó, việc tìm kiếm nguồn nguyên liệu rẻ tiền, phù hợp với điều kiện của đất
nước vẫn đang được tiếp tục nghiên cứu. Với mục đích đó, việc tận dụng

nhiên liệu B20 trong động cơ để đánh giá thành phần khói thải và tác động
của nhiên liệu đến tính năng của động cơ.
-2-
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT
1.1. NHIÊN LIỆU DIESEL
1.1.1. Khái quát về nhiên liệu diesel
Diesel là một loại nhiên liệu lỏng có nguồn gốc từ dầu mỏ. Thường thì
diesel là phân đoạn dầu mỏ có nhiệt độ sôi từ 250 đến 350
o
C, chứa các
hydrocacbon có số cacbon từ C
16
đến C
20
, C
21
, với thành phần chủ yếu là n-
parafin, iso-parafin và một lượng nhỏ hydrocacbon thơm, trong đó có một số
hợp chất phi hydrocacbon (hợp chất chứa N, O, S) [9]. Phân đoạn này được
dùng làm nhiên liệu cho một loại động cơ đốt trong tự bắt cháy do nhà bác
học Rudolf Diesel sáng chế, nên gọi là nhiên liệu diesel.
 Nhu cầu sử dụng nhiên liệu:
Ngày nay cùng với sự gia tăng dân số mạnh mẽ và nhịp độ phát triển
kinh tế ngày càng tăng cao, kéo theo nhu cầu sử dụng các nguồn nhiên liệu
ngày càng nhiều để phục vụ các lĩnh vực khác nhau. Khối lượng nhiên liệu sử
dụng đến năm 2020 dự đoán đạt tới 13,6 tỉ tấn dầu quy đổi, gấp 1,5 lần so với
9,1 tỉ tấn năm 2000 [44].
Nhiên liệu hóa thạch (than đá, dầu và khí tự nhiên) được dự đoán là
đóng góp tới 90% trong mức tăng sự tiêu thụ năng lượng nói trên, và vì thế nó
tiếp tục đóng vai trò quan trọng trong các dạng năng lượng. Sự tiêu thụ dầu

được khoảng 5,3 triệu tấn xăng và diesel dùng cho giao thông vận tải, trong
khi tổng nhu cầu 15,5 – 16 triệu tấn. Đến trước năm 2020 khi cả 3 nhà máy
lọc dầu, với tổng công suất 20 – 22 triệu tấn dầu thô đi vào hoạt động sẽ cung
cấp 15 – 16 triệu tấn xăng và diesel, trong khi tổng nhu cầu khoảng 27 – 28
triệu tấn [64]. Như vậy, lượng xăng dầu trong nước cung cấp vẫn còn thiếu
đáng kể. Điều này thể hiện rất rõ qua số liệu ở bảng 1.2, về cân đối nhu cầu
nhiên liệu xăng, diesel và khả năng cung cấp của 3 nhà máy lọc dầu ở nước
ta.
Bảng 1.2: Cân đối nhiên liệu xăng, diesel đến 2020.
(Nguồn: Viện chiến lược phát triển - Bộ Kế hoạch Đầu tư).
Từ hai bảng số liệu trên ta thấy, trong các loại nhiên liệu thì diesel là
loại nhiên liệu được tiêu thụ nhiều nhất. Điều này cho thấy diesel có tầm quan
trọng rất lớn. Do đó việc tìm cách nâng cao chất lượng diesel, cũng như tìm
-4-
Năm 2001 2005 2009 2010 2013 2015 2018 2020
Tổng nhu
cầu
5.143 8.629 12.89 16.23 19.5
Khả năng
cung cấp
trong nước
700
condensat
5.40
LD-1
6.100 4.28
LD-2
10.38 4.28
LD-3
14.6

11
H
10
) quy định là 0, có khả năng tự bắt cháy kém.
Trị số xetan được xác định theo tiêu chuẩn ASTM D 613. Trị số xetan
cao quá hoặc thấp quá đều không tốt cho động cơ.
- Thành phần chưng cất phân đoạn:
Chỉ tiêu này được xác định theo tiêu chuẩn ASMT D 86. Thành phần
chưng cất phân đoạn có ảnh hưởng rất lớn đối với tính năng của động cơ
diesel:
+ Điểm sôi 10% V, đặc trưng cho phần nhẹ dễ bốc hơi của nhiên liệu.
Yêu cầu thành phần này chỉ chiếm một tỷ lệ thích hợp, nếu thấp quá thì khó
khởi động, cao quá thì dẫn tới cháy kích nổ, cháy tạo nhiều khói muội, giảm
công suất và tuổi thọ động cơ.
+ Điểm sôi 50% V, đặc trưng cho khả năng thay đổi tốc độ của động
cơ, thường .
+ Điểm sôi 90% V, biểu hiện cho khả năng cháy hoàn toàn của nhiên
liệu.
- Độ nhớt động học:
Độ nhớt động học được xác định theo phương pháp thử ASTM D 445.
Nó biểu hiện tính lưu chuyển của nhiên liệu, và ảnh hưởng đến khả năng
bơm, phun trộn nhiên liệu vào buồng đốt.
- Nhiệt độ đông đặc:
Là nhiệt độ cao nhất mà sản phẩm dầu lỏng đem làm lạnh trong điều
kiện nhất định không còn chảy được nữa. Ở khí hậu lạnh thì yêu cầu nhiên
liệu phải có nhiệt độ đông đặc rất thấp, để không bị đông đặc khi làm việc.
Nhiệt độ đông đặc xác định theo phương pháp ASTM D 97.
- Nước và tạp chất cơ học: đây là một trong những chỉ tiêu quan trọng
của nhiên liệu diesel. Nước và cặn có ảnh hưởng đến chất lượng, tồn
-5-

Max
288 282-338 -
4
Độ nhớt động học ở 40
0
C, cSt D 445 1.3-2.4 1.9-4.1 5.5-24.0
5
Cặn cacbon trong 10%
còn lại, % KL D 524
Max
0.15 0.35 0.1
6 Hàm lượng tro, %KL,
max
D 482 0.01 0.01 2.00
7
Hàm lượng lưu huỳnh,
%KL, max
D129 0.50 0.50 -
8
Độ ăn mòn lá đồng, 3h,
50
0
C, max
D 130 N3 N3 -
9 Trị số xetan, min D 613 40 40 -
lượng tro đến mức tối thiểu. Hàm lượng tro được xác định theo phương pháp
ASTM D 482.
- Hàm lượng lưu huỳnh: Lưu huỳnh trong diesel tồn tại ở nhiều dạng
khác nhau như: mercaptan, sulfat, thiophen…Các hợp chất lưu huỳnh trong
diesel đều là thành phần có hại. Nó gây ăn mòn kim loại, làm giảm tuổi thọ

hạt… Khí SO
2
không những gây ăn mòn mà còn ảnh hưởng đến sức khỏe của
con người, gây mưa axit… Khí CO
2
là nguyên nhân gây ra hiệu ứng nhà kính.
Khí CO rất độc, với lượng CO khoảng 70 ppm có thể gây ra các triệu chứng
như đau đầu, mệt mỏi, buồn nôn. Lượng CO khoảng 150 - 200 ppm gây bất
tỉnh, mất trí nhớ và có thể gây chết người. Các thành phần hydrocacbon trong
khí thải của nhiên liệu diesel đặc biệt là các hợp chất thơm rất có hại cho con
người, là nguyên nhân gây ra các bệnh về ung thư [10].
Khí thải diesel chứa các phần tử có kích thước rất nhỏ và các khí dễ
cháy có thể đi vào sâu bên trong phổi. Các nghiên cứu trước đây đã chứng
-7-
minh có sự liên hệ giữa các thành phần hữu cơ trong khí thải diesel với dị
ứng, viêm đường hô hấp và biến đổi chức năng đường hô hấp. Nguy cơ tắc
nghẽn phổi mãn tính (COPD) gia tăng 2,5% mỗi năm ở các công nhân bị phơi
nhiễm trực tiếp với khói diesel [75].
Như vậy, cùng với những lợi ích to lớn của nhiên liệu diesel khoáng,
thì nó lại gây ra tác động xấu đến môi trường sống và sức khỏe con người.
Chính vì vậy mà vấn đề đặt ra, là phải tìm giải pháp để nâng cao chất lượng
nhiên liệu diesel, để nâng cao năng suất thiết bị, tuổi thọ động cơ, cũng như
bảo vệ môi trường sinh thái. Hiện nay thì có bốn phương pháp nâng cấp chất
lượng nhiên liệu diesel:
- Phương pháp pha trộn: pha trộn giữa nhiên liệu diesel sạch với nhiên
liệu diesel kém sạch để thu được nhiên liệu diesel 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 diesel thoả mãn yêu cầu. Tuy nhiên, dầu mỏ trên
thế giới chủ yếu là dầu có chứa nhiều hợp chất phi hydrocacbon (dầu không
sạch) nên phương pháp này cũng không phải là khả thi.

thậm chí là chất thải nông nghiệp, lâm nghiệp (rơm rạ, bã mía, trấu, mùn cưa,
phân chuồng,…). Đây là nguồn nhiên liệu sạch (chất thải ít độc hại), và đặc
biệt là nguồn nhiên liệu có thể tái tạo được (renewable fuel), nên nó làm giảm
sự phụ thuộc vào nguồn tài nguyên nhiên liệu khoáng vốn có hạn. Chính hai
đặc điểm nổi bật này mà nhiên liệu sinh học được sự lựa chọn của nhiều nước
trên thế giới hiện nay và cả trong tương lai.
Nhiên liệu sinh học có nhiều loại như xăng sinh học (biogasoil), diesel
sinh học (biodiesel), và khí sinh học (biogas) - loại khí được tạo thành do sự
phân hủy yếm khí các chất thải nông nghiệp, chăn nuôi và lâm nghiệp. Trong
các dạng trên thì chỉ có biogasoil và biodiesel được quan tâm nghiên cứu, sản
xuất và ứng dụng trong quy mô công nghiệp [12].
Một số nước đã đặt ra mục tiêu thay thế dần nguyên liệu truyền thống
sang nhiên liệu sinh khối. Mỹ đặt ra mục tiêu thay thế khoảng 30% lượng
xăng tiêu thụ bằng các sản phẩm có nguồn gốc từ sinh khối vào năm 2025. Ấn
Độ đặt mục tiêu tăng dần sử dụng nhiên liệu sinh khối từ 5% lên 20% vào
năm 2012. EU đặt ra thị phần nhiên liệu sinh học chiếm 6% trong tổng nhiên
liệu tiêu thụ. Braxin là nước đang đứng đầu thế giới về nhiên liệu sinh học với
nhiên liệu sản xuất từ sinh khối chiếm tới 30% trong tổng nhiên liệu đang sử
dụng cho ngành giao thông vận tải [10].
1.2.2 Khái niệm biodiesel
Biodiesel hay diesel sinh học là một loại nhiên liệu có nguồn gốc từ
dầu thực vật hay mỡ động vật, có chỉ tiêu kỹ thuật gần giống với diesel
khoáng. Về bản chất hóa học nó là ankyleste của các axit béo. Biodiesel được
xem là một loại phụ gia rất tốt cho diesel truyền thống [10].
Biodiesel có thể trộn lẫn với diesel khoáng theo mọi tỷ lệ. Tuy nhiên,
một điều rất đáng chú ý là phải pha trộn với diesel khoáng, chứ không thể sử
dụng 100% biodiesel [33]. Vì nếu sử dụng nhiên liệu 100% biodiesel trên
động cơ diesel sẽ nảy sinh một số vấn đề liên quan đến kết cấu và tuổi thọ
động cơ. Hiện nay người ta thường sử dụng hỗn hợp 5% và 20%, biodiesel
(ký hiệu B5, B20), để chạy động cơ. Nếu pha biodiesel càng nhiều thì càng

Vào những năm 1980, biodiesel bắt đầu được nghiên cứu và sử dụng ở
một số nước tiên tiến. Đến nay, biodiesel đã được nghiên cứu và sử dụng rộng
rãi ở nhiều nước trên thế giới. Hiện nay có hơn 28 quốc gia tham gia nghiên
cứu, sản xuất và sử dụng biodiesel. Các nhà máy sản xuất chủ yếu nằm ở châu
Âu và châu Mỹ. Tại Mỹ, hầu hết lượng biodiesel được sản xuất từ dầu nành.
Biodiesel được pha trộn với diesel dầu mỏ với tỷ lệ 20% biodiesel và 80%
diesel, dùng làm nhiên liệu cho các xe buýt đưa đón học sinh ở rất nhiều
thành phố của Mỹ. Hàng năm, Mỹ bán ra gần hai tỷ gallon biodiesel. Tại
Pháp, hầu hết nhiên liệu diesel được pha trộn với 5% biodiesel [42]. Trên
50% người dân Pháp có xe với động cơ diesel đã sử dụng nhiên liệu pha
-10-
biodiesel. Hn 4000 phng tin giao thụng ó s dng nhiờn liu B30, chy
hn 200 triu km m khụng h cú mt hng húc no liờn quan n s vn
hnh ca ng c. Theo thng kờ, thỡ lng biodiesel tiờu th trờn th trng
Phỏp tng mnh trong nhng nm gn õy, nm 2004 tiờu th 387 ngn tn,
nhng n nm 2008 ó lờn n gn 1 triu tn [10]. Nm 1991, c bt u
a ra chng trỡnh phỏt trin biodiesel, n nm 1995 ó bt u trin khai
d ỏn ny. Nm 2000 ti c ó cú 13 nh mỏy sn xut biodiesel vi tng
cụng sut l 1 triu tn/nm. V thỏng 1 nm 2005, Nh nc c ó ban
hnh sc lnh buc phi pha biodiesel vo diesel du m theo t l 5% [30].
Cú th tham kho sn lng biodiesel ca mt s nc chõu u bng 1.4.
Bảng 1.4: Sản lợng biodiesel ở các nớc châu Âu năm 2004.
Nớc Sản lợng (tấn)
Đức 1.088.000
Pháp 502.000
Italia 419.000
áo
100.000
Tây Ban Nha 70.000
Đan Mạch 44.000

nước nông nghiệp, thời tiết lại thuận lợi để phát triển các loại cây cho nhiều
dầu như vừng, lạc, cải, đậu nành,...Tuy nhiên ngành công nghiệp sản xuất dầu
thực vật ở nước ta vẫn còn rất non trẻ, trữ lượng thấp, giá thành cao. Bên cạnh
đó, nguồn mỡ động vật cũng là một nguồn nguyên liệu tốt để sản xuất
biodiesel, giá thành mỡ động vật lại rẻ hơn dầu thực vật rất nhiều. Một vài
doanh nghiệp ở Cần Thơ, An Giang đã thành công trong việc sản xuất
biodiesel từ mỡ cá basa. Theo tính toán của các công ty này thì biodiesel sản
xuất từ mỡ cá có giá thành khoảng 7000 đồng/lít (năm 2005). Công ty TNHH
Minh Tú cũng đã đầu tư xây dựng dây chuyền sản xuất tự động hoàn toàn và
khép kín, với tổng đầu tư gần 12 tỷ đồng, và đã ký hợp đồng xuất khẩu
biodiesel sang Campuchia. Ngoài ra, một số viện nghiên cứu và trường đại
học ở nước ta, cũng đã có những thành công trong việc nghiên cứu sản xuất
biodiesel từ nhiều nguồn nguyên liệu khác nhau như dầu cọ, dầu dừa, dầu
bông, dầu hạt cải, dầu nành, dầu hạt cao su, dầu ăn thải, mỡ cá,...sử dụng xúc
tác bazơ đồng thể và bước đầu nghiên cứu với xúc tác bazơ dị thể, xúc tác
zeolit.
Không chỉ có các nhà khoa học quan tâm, mà các nhà quản lý ở Việt
Nam cũng rất quan tâm đến nguồn nhiên liệu sinh học này. Đề án “Phát triển
nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn 2020” do Bộ Công nghiệp chủ trì
đã được chính phủ phê duyệt để đi vào hoạt động. Ngoài việc phát triển nhiên
liệu xăng pha cồn, đề án còn đề cập đến việc phát triển nhiên liệu diesel pha
với metyl este dầu mỡ động thực vật (biodiesel), với mục tiêu đến năm 2010
nước ta sẽ làm chủ được công nghệ sản xuất biodiesel từ các nguồn nguyên liệu sẵn
có trong nước, và bước đầu tiến hành pha trộn hỗn hợp B5. Bên cạnh đó, Bộ Khoa
học và Công nghệ, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường chất lượng cũng rất quan tâm đến
vấn đề “nhiên liệu sinh học”, và đã tổ chức hội nghị khoa học về etanol và biodiesel.
-12-
Qua hội nghị, lãnh đạo Tổng cục đã có kiến nghị về việc sớm xây dựng và triển khai
một đề án nghiên cứu có định hướng tiêu chuẩn về nhiên liệu sinh học ở Việt Nam,
trong đó có tiêu chuẩn cho nhiên liệu biodiesel [19]. Vào đầu năm 2009, Trường Đại

- Chuyển hoá este tạo biodiesel:
Quá trình chuyển hóa este là phản ứng trao đổi este giữa dầu thực vật và
ancol. Quá trình này tạo ra các alkyl este axit béo (biodiesel) có trọng lượng phân tử
bằng một phần ba trọng lượng phân tử dầu thực vật, và độ nhớt thấp hơn nhiều so với
các phân tử dầu thực vật ban đầu (xấp xỉ diesel khoáng). Ngoài ra, người ta kiểm tra
các đặc trưng hóa lý khác của biodiesel thì thấy chúng đều rất gần với nhiên
liệu diesel khoáng. Vì vậy, biodiesel thu được có tính chất phù hợp như một
nhiên liệu sử dụng cho động cơ diesel.
- Cracking xúc tác dầu thực vật:
-13-
Quá trình cracking sẽ bẻ gãy các liên kết hóa học trong phân tử dầu để
tạo các phân tử có mạch ngắn hơn, phân tử lượng nhỏ hơn. Phương pháp này
có thể tạo ra các ankan, cycloankan, alkylbenzen,…. Tuy nhiên việc đầu tư
cho một dây chuyền cracking xúc tác rất tốn kém nên ít sử dụng.
- Nhiệt phân dầu thực vật:
Nhiệt phân là phương pháp phân huỷ các phân tử dầu thực vật bằng nhiệt,
không có mặt của oxy, tạo ra các ankan, ankadien, các axit cacboxylic, hợp
chất thơm và lượng nhỏ các sản phẩm khí. Sản phẩm của quá trình này gồm
có cả xăng sinh học (biogasoil) và biodiesel. Tuy nhiên thường thu được
nhiều nhiên liệu xăng hơn là diesel.
Sau khi phân tích và xem xét các phương pháp trên thì ta thấy phương
pháp chuyển hoá este tạo biodiesel là sự lựa chọn tốt nhất. Vì các đặc tính hóa
lý của các metyl este rất gần với nhiên liệu diesel khoáng, và quá trình này
cũng tương đối đơn giản, chi phí không cao. Hơn nữa, việc sử dụng các alkyl
este (biodiesel) làm nhiên liệu thì không cần phải thay đổi các chi tiết của
động cơ diesel cũ.
1.2.4.2 Công nghệ sản xuất biodiesel theo phương pháp trao đổi este
 Cơ sở hóa học :
Về phương diện hóa học, quá trình trao đổi este còn gọi là quá trình
rượu hóa, có nghĩa là từ một phân tử triglyxerit trao đổi este với 3 phân tử

+ 3ROH
R
1
COOR
R
2
COOR
R
3
COOR
CH
2
- OH
CH- OH
CH
2
- OH
+

Dầu thực vật Glyxerin Rượu mạch thẳng Biodiezel
(Xúc tác)
- Rượu được sử dụng trong các quá trình này thường là các loại rượu
đơn chức chứa khoảng từ 1 đến 8 nguyên tử cacbon: metanol, etanol, butanol
và amylalcol. Metanol và etanol là các loại rượu hay được sử dụng nhất.
Etanol có ưu điểm là sản phẩm của nông nghiệp, có thể tái tạo được, dễ bị
phân hủy sinh học, ít ô nhiễm môi trường. Nhưng metanol lại được sử dụng
nhiều hơn do giá thành thấp hơn rất nhiều (khoảng một nửa giá etanol), và
cho phép tách đồng thời pha glyxerin, do metanol là rượu mạch ngắn nhất và
phân cực. Một lý do nữa là trong phản ứng tổng hợp biodiesel người ta
thường cho dư rượu, nên việc thu hồi và tái sử dụng rượu có ý nghĩa rất lớn

hoặc enzym, sử dụng ở dạng đồng thể hay dị thể.
- Xúc tác bazơ:
Xúc tác bazơ đồng thể thường được sử dụng nhất vẫn là các bazơ mạnh
như NaOH, KOH, Na
2
CO
3
,... vì xúc tác này cho độ chuyển hóa rất cao, thời
gian phản ứng ngắn (từ 1 – 1,5 giờ), nhưng yêu cầu không được có mặt của
nước trong phản ứng vì dễ tạo xà phòng gây đặc quánh khối phản ứng, giảm
hiệu suất tạo biodiesel, gây khó khăn cho quá trình sản xuất công nghiệp. Quá
trình tinh chế sản phẩm khó khăn.
Để khắc phục tất cả các nhược điểm của xúc tác đồng thể, các nhà khoa
học hiện nay đang có xu hướng dị thể hóa xúc tác. Các xúc tác dị thể thường
được sử dụng là các hợp chất của kim loại kiềm hay kiềm thổ mang trên chất
mang rắn như NaOH/MgO, NaOH/γ-Al
2
O
3
, Na
2
SiO
3
/MgO, Na
2
SiO
3
/SiO
2
,

1
COOCH
2
+ RO
-
O
H
2
C
R
2
COOCH
O
-
C R
3
R
1
COOCH
2
O
H
2
C
R
2
COOCH
O
-
C R

COOCH
O
-
+ RCOOR
3
Cuối cùng là sự hoàn nguyên lại xúc tác theo phương trình:
+ BH
+
R
1
COOCH
2
H
2
C
R
2
COOCH
O
-
R
1
COOCH
2
H
2
C
R
2
COOCH

OH
OR”R’
+
Cacbocation này tương tác với phân tử rượu tạo thành một cation kém bền,
cation này hoàn nguyên lại tâm axit cho môi trường phản ứng và tách ra thành
hai phân tử trung hòa bền vững là alkyl este và glyxerin.
-H
+
/R”OH
OH
OR”R’
+
+
H
R
OH
OR”R’
+O
H
R
O
O
ORR’
Trong đó:
-17-
R” =
: glyxeritOH
OH
R’ là chuỗi cacbon của axit béo.
R là nhóm alkyl của rượu.

MgO 11,0
NaOH/MgO max 94
γ-Al
2
O
3
11,0
Na/NaOH/ γ-Al
2
O
3
max 94
Na
2
CO
3
/ γ-Al
2
O
3
max 94
Từ số liệu ở bảng 1.5 ta thấy hiệu suất thu biodiesel đạt cao nhất khi sử dụng
xúc tác kiềm (đồng thể) và enzym, xúc tác kiềm dị thể cũng cho hiệu suất tương đối
cao. Còn các loại xúc tác khác có độ chuyển hóa rất thấp.
-18-
Cú th nhn thy mt s u nhc im ca xỳc tỏc ng th v d th nh
sau:
* Xỳc tỏc ng th:
- chuyn húa cao.
- Thi gian phn ng nhanh.

độ chuyển hoá cao hơn 95% trong vòng 4 phút, điều kiện tối u là: nhiệt độ 350
o
C, áp
suất 30MPa, tỷ lệ metanol/dầu 42/1.
Năm 2003, nhóm tác giả Y.Warabi thuộc đại học Kyoto nghiên cứu phản ứng
chuyn hoá este t triglyxerit và axit béo với metanol siêu tới hạn (300
o
C), kết quả
nhận đợc phản ứng hoàn toàn sau 14 phút.
-19-
Tuy vậy, Vit Nam hin nay vn ch yu s dng phng phỏp c in l
trao i este cú s dng xỳc tỏc v khuy trn cú gia nhit. Cỏc phơng pháp khỏc
cha phù hợp với điều kiện ở Việt Nam hiện nay do cụng ngh phc tp v rất đắt
tiền.
S chung tng hp biodiesel t du, m ng thc vt bng phng
phỏp trao i este cú s dng xỳc tỏc cú th mụ t nh hỡnh v sau:

Cho nguyờn liu v xỳc tỏc vo thit b phn ng dng khuy lý tng cú gia
nhit thc hin phn ng trao i este. Sau ú sn phm ca phn ng c
chuyn sang thit b lng trng lc, ti õy sn phm tỏch thnh 2 pha. Pha nng cha
ch yu l glyxerin nờn c chuyn sang quỏ trỡnh thu hi glyxerin, gm cỏc bc:
trung hũa xỳc tỏc baz (nu ng th) bng axit vụ c; chng ct thu hi metanol d
(cho quay li tỏi s dng); tinh ch glyxerin bng cỏch lng tỏch axit bộo v lm khụ.
Pha nh cha ch yu l biodiesel, c bm vo thit b ra bng nc loi b
metanol, glyxerin v cỏc cu t tan khỏc b ln vo. Nc ra c em chng thu
hi metanol, cũn sn phm biodiesel c lm sch v chuyn sang thit b sy chõn
khụng sy khụ.
Cụng ngh sn xut biodiesel cú th thc hin giỏn on hoc liờn tc.
Cỏc yu t nh hng n phn ng trao i este :
- nh hng ca lng nc v axit bộo t do trong nguyờn liu: Quỏ trỡnh sn

khối lượng, và hàm lượng axit béo tự do cần phải nhỏ hơn 0,5% khối lượng
thì sẽ cho độ chuyển hóa cao nhất [30].
Như vậy, với các nguồn nguyên liệu có hàm lượng nước, hàm lượng axit
béo cao như dầu hạt cao su, mỡ cá, dầu ăn phế thải,... thì nhất thiết phải xử lý
trước khi đưa vào thiết bị este hóa.
- Ảnh hưởng của tốc độ khuấy: Các chất phản ứng tồn tại ở 2 pha tách
biệt nên rất khó tiếp xúc để phản ứng. Do đó cần phải khuấy trộn, và tốc độ
khuấy trộn ảnh hưởng rất lớn đến thời gian phản ứng, và hiệu suất phản ứng.
Thường hiệu suất phản ứng tăng theo tốc độ khuấy trộn. Theo nhiều kết quả
nghiên cứu thì tốc độ khuấy trộn khoảng 600 vòng/phút là tốt nhất.
- Ảnh hưởng của tỷ lệ metanol/dầu (mỡ): Do phản ứng trao đổi este là
phản ứng thuận nghịch nên người ta thường cho dư metanol để tăng hiệu suất
chuyển hóa. Tuy nhiên, không nên cho quá nhiều metanol sẽ tốn nhiều chi phí
cho quá trình thu hồi và gây trở ngại cho công đoạn thu hồi glyxerin vì tăng
độ hòa tan. Lượng metanol tối ưu phụ thuộc vào từng loại xúc tác sử dụng.
- Ảnh hưởng của nhiệt độ: Phản ứng trao đổi este có thể xảy ra ở các
nhiệt độ khác nhau, tùy thuộc vào các loại dầu sử dụng (thường dao động từ
55 – 70). Khi nhiệt độ tăng thì hiệu suất phản ứng tăng, nhưng thường thì thực
hiện phản ứng ở dưới nhiệt độ sôi của metanol, để tránh trường hợp metanol
bay hơi quá nhiều làm giảm hiệu suất phản ứng, cũng như tốn năng lượng làm
lạnh, và hạn chế phản ứng xà phòng hóa (do nhiệt độ cao).
- Ảnh hưởng của thời gian phản ứng: Thời gian phản ứng cũng ảnh
hưởng đến hiệu suất tạo biodiesel. Nếu thời gian ngắn quá thì lượng nguyên
liệu phản ứng còn ít, hiệu suất thấp. Tuy nhiên nếu thời gian phản ứng lâu quá
thì có thể tạo sản phẩm phụ và tốn nhiều chi phí. Thời gian phản ứng phù hợp
thì cần phải khảo sát vì nó còn phụ thuộc vào loại nguyên liệu, xúc tác, và cả
nhiệt độ phản ứng.
- Ảnh hưởng của lượng xúc tác: Các loại xúc tác với hoạt tính khác nhau
nên lượng xúc tác cần dùng cũng sẽ khác nhau. Ngoài ra lượng xúc tác còn
phụ thuộc vào nguyên liệu. Thường thì lượng xúc tác càng nhiều sẽ cho hiệu

Các chỉ tiêu Biodiesel Diesel khoáng
Tỷ trọng 0,87 - 0,89 0,81 - 0,89
Độ nhớt động học ở 40
o
C, cSt 3,7 - 5,8 1,9 - 4,1
Trị số xetan 46 - 70 40 - 55
Nhiệt lượng tỏa ra khi cháy, cal/g 37.000 43.800
Hàm lượng lưu huỳnh, % khối lượng 0,0 - 0,0024 0,5
Điểm vẩn đục -11÷ 16 -
Chỉ số iot 60 - 135 8,6
Vậy biodiesel có tính chất vật lý rất giống với dầu diesel. Tuy nhiên,
tính chất phát khí thải thì biodiesel tốt hơn dầu diesel khoáng. Sản phẩm cháy
của biodiesel sạch hơn nhiều so với nhiên liệu diesel khoáng, riêng B20 (20%
biodiesel, 80% diesel khoáng) có thể được sử dụng trong các động cơ diesel
mà không cần phải thay đổi kết cấu của động cơ, thực tế các động cơ diesel sẽ
chạy tốt hơn khi pha chế 20% biodiesel.
Từ tất cả phần tổng quan trên ta có thể rút ra một số ưu nhược điểm của
biodiesel so với diesel khoáng như sau:
 Ưu điểm của biodiesel:
- Trị số xetan cao:
-22-
Biodiesel là các alkyl este mạch thẳng nên có trị số xetan cao hơn hẳn
diesel khoáng. Nhiên liệu diesel khoáng thường có trị số xetan từ 50 đến 52
và 53 đến 54 đối với động cơ cao tốc, trong khi với biodiesel thường là 56 đến
58 [27]. Như vậy biodiesel hoàn toàn có thể đáp ứng yêu cầu về trị số xetan
mà không cần phụ gia, thậm chí nó còn được dùng như phụ gia tăng trị số
xetan cho diesel khoáng.
- Giảm lượng các khí phát thải độc hại:
Biodiesel chứa rất ít hydrocacbon thơm. Hàm lượng lưu huỳnh rất thấp,
khoảng 0,001% [35]. Đặc tính này của biodiesel rất tốt cho quá trình sử dụng

làm việc được ở nhiệt độ -20
o
C.
- An toàn về cháy nổ tốt hơn:
- Nguồn nguyên liệu cho tổng hợp hóa học:
-23-
Biodiesel có nhiệt độ chớp cháy cao, trên 110
o
C, nên an toàn hơn trong
tồn chứa và vận chuyển.
Ngoài việc được sử dụng làm nhiên liệu, các alkyl este axit béo còn là
nguồn nguyên liệu quan trọng cho ngành công nghệ hóa học, sản xuất các
rượu béo, ứng dụng trong dược phẩm và mỹ phẩm, các alkanolamin
isopropylic este, các polyeste được ứng dụng như chất nhựa, chất hoạt động
bề mặt,…
- Có khả năng nuôi trồng được:
Biodiesel có nguồn gốc từ dầu mỡ động thực vật nên có thể nuôi trồng
và tái tạo được. Nó tạo ra nguồn năng lượng độc lập với dầu mỏ, không làm
suy yếu các nguồn năng lượng tự nhiên, không gây ảnh hưởng tới sức khỏe
con người và môi trường,…
 Nhược điểm chủ yếu của biodiesel:
- Giá thành khá cao:
Biodiesel thu được từ dầu thực vật đắt hơn so với nhiên liệu diesel
thông thường. Tuy nhiên, trong quá trình sản xuất biodiesel có thể tạo ra sản
phẩm phụ là glyxerin, là một chất có tiềm năng thương mại lớn vì có nhiều
ứng dụng trong công nghiệp sản xuất mỹ phẩm, dược phẩm, kem đánh răng,
mực viết,... nên có thể bù lại phần nào giá cả cao của biodiesel.
- Dễ phân hủy sinh học: Biodiesel dễ phân hủy gấp 4 lần diesel khoáng
[27] vì nó vẫn còn chứa các axit không no. Do đó vấn đề bảo quản tồn chứa
phải được quan tâm.

tạo giống nhau thì gọi là glyxerit đồng nhất, nếu khác nhau thì gọi là glyxerit
hỗn hợp. Các gốc R này có thể no hoặc không no, và thường có khoảng 8 – 30
cacbon.
Ngoài các hợp chất chủ yếu ở trên, trong dầu thực vật còn chứa một
lượng nhỏ các hợp chất khác như photphatit, các chất sáp, chất nhựa, chất
nhờn, các chất màu, các chất gây mùi, các tiền tố và sinh tố…
Bảng 1.8. Thành phần hóa học của các loại dầu.
Thành phần Dầu bông Dầu hạt cải Dầu dừa Dầu diesel
Cacbon (%) 77,25 76,80 72,00 86,60
Hydro (%) 11,66 11,90 12,00 13,40
Oxy (%) 11,09 11,30 16,00 0,00
Tỷ trong C/H 6,63 6,45 6,00 6,46
Tỷ số lượng không
khí/nhiên liệu (A/F)
12,40 12,39 11,83 14,50
Như vậy, về thành phần hóa học, đối với dầu thực vật so với dầu diesel:
chứa C ít hơn 10 – 12%, lượng H ít hơn 5 – 13%, còn lượng O thì lớn hơn rất
nhiều (dầu diesel chỉ có vài phần ngàn O, còn dầu thực vật có 9 – 11% O),
cho nên dầu thực vật là nhiên liệu có chứa nhiều oxy. Chính vì điều này mà
dầu thực vật có thể cháy hoàn toàn với hệ số dư lượng không khí bé.
1.3.2 Một số tính chất của dầu, mỡ động thực vật
 Tính chất vật lý:
- Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ đông đặc: các loại dầu khác nhau có
nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ đông đặc khác nhau. Các giá trị này không
phải là một số cố định mà thường nằm trong một khoảng. Nhiệt độ nóng chảy
của dầu thực vật tăng lên cùng với sự tăng chiều dài mạch cacbon.
-25-
R
1
COOCH