MỤC LỤC Trang LỜI MỞ ĐẦU i LỜI CÁM ƠN iii MỤC LỤC iv DANH MỤC BẢNG vii DANH MỤC SƠ ĐỒ ix DANH MỤC HÌNH x TỪ VIẾT TẮT . x i CHƯƠNG I: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT . 1 I.1 NHIÊN LIỆU KHOÁNG VÀ NHIÊN LIỆU DIESEL . 1 I.1.1 Động cơ diesel và nhiên liệu diesel 2 I.1.1.1 Động cơ diesel . 2 I.1.1.2 Nhiên liệu diesel truyền thống 2 I.1.2 Vấn đề ô nhiễm môi trường do diesel khoáng tạo ra 4 I.2 TỔNG QUAN VỀ DIESEL SINH HỌC . 5 I.2.1 Nhiên liệu sinh học 5 I.2.2 Giới thiệu về diesel sinh học 6 I.2.2.1 Định nghĩa . 6 I.2.2.2 Lịch sử hình thành và phát triển . 7 I.2.2.3 So sánh chất lượng của diesel sinh học và diesel 7 I.2.2.4 Ưu nhược điểm của diesel sinh học so với diesel truyền thống . 9 I.2.2.5 Phân loại các phương pháp tổng hợp diesel sinh học 12 I.2.2.6 Quá trình chuyển hóa este sử dụng xúc tác bazơ . 16 I.2.2.6.1 Cơ chế của phản ứng . 18 I.2.2.6.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của quá trình este hóa . 19 I.2.3 Giới thiệu một số nguyên liệu dùng để sản xuất diesel sinh học . 20 I.2.3.1 Nguyên liệu thực vật 21 I.2.3.2 Nguyên liệu động vật . 24 1.2.3.3 Các nguồn nguyên liệu khác 24 I.3 QUÁ TRÌNH TỔNG HỢP DIESEL SINH HỌC TỪ DẦU JATROPHA VÀ METANOL . 25 I.3.1 Yêu cầu về nguyên liệu 25 I.3.1.1 Metanol . 25 I.3.1.2 Dầu jatropha 26 I.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp diesel sinh học . 26 CHƯƠNG II: THỰC NGHIỆM . . 29 II.1 NGUYÊN LIỆU, HÓA CHẤT VÀ THIẾT BỊ 29 II.1.1 Nguyên liệu . 29 II.1.2 Hóa chất 29 II.1.3 Thiết bị và dụng cụ 29 II.2 QUY TRÌNH ĐIỀU CHẾ DIESEL SINH HỌC TỪ DẦU HẠT JATROPHA . 30 II.3 CÁCH XÁC ĐỊNH CHỈ SỐ AXIT . 30 II.3.1 Phản ứng este hóa dầu jatropha với xúc tác H2SO4 để hạ chỉ số axit của dầu, đồng thời tạo diesel sinh học với hiệu suất thấp 31 II.3.2 Phản ứng chuyển vị este dầu jatropha có chỉ số axit thấp với tác chất là metanol và xúc tác NaOH . 32 II.4 ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM . 37 II.4.1 Độ nhớt động học theo ASTM D445 . 37 II.4.1.1 Nguyên tắc . 37 II.4.1.2 Thiết bị . 37 II.4.1.3 Cách tiến hành 37 II.4.1.4 Kết quả tính toán 37 II.4.2 Đo hàm lượng cặn cacbon theo ASTM D4530 . 38 II.4.2.1 Nguyên tắc . 38 II.4.2.2 Thiết bị 38 II.4.2.3 Tiến hành thí nghiệm 38 II.4.3 Xác định điểm chớp cháy cốc hở theo ASTM D92 39 II.4.3.1 Nguyên tắc . 39 II.4.3.2 Thiết bị . 39 II.4.3.3 Cách tiến hành 40 CHƯƠNG iii: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN . 42 III.1 TÍNH CHẤT CỦA DẦU JATROPHA . 42 III.1.1 Xác định chỉ số axit . 42 III.1.2 Thành phần axit béo 43 III.2 QUÁ TRÌNH ESTE HÓA HẠ CHỈ SỐ AXIT CỦA DẦU JATROPHA ĐỒNG THỜI TẠO DIESEL SINH HỌC VỚI HIỆU SUẤT THẤP 44 III.2.1 Ảnh hưởng của tỉ lệ mol metanol/ dầu . 44 III.2.2 Ảnh hưởng của thời gian phản ứng . 45 III.2.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng . 47 III.2.4 Ảnh hưởng của hàm lượng xúc tác 48 III.3 QUÁ TRÌNH CHUYỂN VỊ ESTE DẦU JATROPHA TẠO DIESEL SINH HỌC VỚI HIỆU SUẤT CAO 50 III.3.1 Ảnh hưởng của tỷ lệ mol metanol/dầu đến hiệu suất của phản ứng . 51 III.3.2 Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến hiệu suất của phản ứng 52 III.3.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến hiệu suất của phản ứng . 54 III.3.4 Ảnh hưởng của hàm lượng xúc tác đến hiệu suất của phản ứng 56 III.4 KHẢO SÁT CÁC CHỈ TIÊU CHẤT LƯỢNG ĐỐI VỚI SẢN PHẨM DIESEL SINH HỌC THU ĐƯỢC . 59 III.4.1 Độ nhớt động học theo ASTM D445 . 59 III.4.2 Đo hàm lượng cặn cacbon theo ASTM D4530 . 60 III.4.3 Xác định điểm chớp cháy cốc hở theo ASTM D92 61 CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO 64 MỞ ĐẦU Trong bối cảnh biến đổi khí hậu toàn cầu, thế giới đang nỗ lực tìm kiếm các giải pháp thay thế các dạng năng lượng đi từ nguyên liệu hóa thạch bằng năng lượng sạch, năng lượng tái tạo và nhiên liệu sinh học. Trong đó nhiên liệu sinh học được biết đến như là một dạng năng lượng mới, góp phần đảm bảo an ninh năng lượng và bảo vệ môi trường. Việt Nam đã quan tâm đến diesel sinh học cách đây 20 năm. Đề án phát triển ngành nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025 đã được thủ tướng chính phủ phê duyệt ngày 20/11/2007. Diesel sinh học được biết đến như là một nhiên liệu thay thế đầy tiềm năng cho dầu diesel nhờ chúng mang những tính chất tương tự diesel, chứa đựng những ưu điểm vượt trội, cho hiệu quả cao về mặt kinh tế và môi trường. Chúng ta có thể đi từ nhiều nguồn nguyên liệu khác nhau để có thể tổng hợp được diesel sinh học, tuy nhiên các nguyên liệu cần phải được xử lý để tính chất của nó gần giống với nguyên liệu diesel. Có nhiều phương pháp để điều chế diesel sinh học đã được đưa ra như: sấy nóng, pha loãng, bẻ gãy mạch cacbon dưới tác dụng của nhiệt độ, nhũ tương hóa, quá trình chuyển vị este có xúc tác Trong các phương pháp trên thì phản ứng chuyển vị este của dầu thực vật bằng các loại rượu được xem là sự lựa chọn tốt nhất vì sản phẩm thu được là hỗn hợp monoalkyl este, các este tạo thành có thể được đốt cháy trực tiếp trong buồng đốt của động cơ và khả năng hình thành cặn thấp, hơn nữa quá trình sản xuất tương đối đơn giản Tuy nhiên trong điều kiện hạn hẹp của phòng thí nghiệm tôi sẽ thực hiện phản ứng tổng hợp diesel sinh học như là một quá trình sản xuất diesel sinh học truyền thống bằng phản ứng chuyển vị este giữa triglyxerit (thành phần chính trong dầu jatropha) và metanol, dưới tác dụng của xúc tác axit, bazơ. Rượu sử dụng trong phản ứng này là rượu đơn chức bậc một, trong đó metanol được sử dụng rộng rãi nhất vì giá thành rẻ, dễ phản ứng với triglyxerit và dễ hòa tan xúc tác. Quá trình được tiến hành qua hai giai đoạn: este hóa làm giảm chỉ số axit của dầu jatropha đồng thời tạo diesel sinh học với hiệu suất thấp; quá trình chuyển vị este tạo diesel sinh học với hiệu suất cao. Mục tiêu của công trình này đó là nghiên cứu toàn diện các vấn đề liên quan đến phản ứng chuyển vị este làm cơ sở khoa học để xác định một số điều kiện thích hợp cho quá trình công nghệ sản xuất diesel sinh học. Để đạt được điều này nội dung nghiên cứu bao gồm: ã Khảo sát thành phần hóa học và tính chất hóa lý cơ bản của nguyên liệu dầu jatropha ban đầu. ã Thực hiện quá trình tổng hợp diesel sinh học từ nguyên liệu đầu là metanol và dầu jatropha, qua đó đánh giá chất lượng sản phẩm như: độ nhớt, hàm lượng cặn cacbon, điểm chớp cháy cốc hở, tỷ trọng ã Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chuyển vị este như độ ẩm và các axit béo tự do, tốc độ khuấy trộn, thời gian phản ứng, nhiệt độ phản ứng, tỷ lệ mol metanol/ dầu, xúc tác bazơ, axit ã Đưa ra các thông số tối ưu để có thể đưa vào sản xuất đại trà.
