Sản xuất biodiesel từ dầu dừa

Môc Lôc Môc Lôc 1 Më ®Çu 3 Ch­¬ng I : Tæng Quan Lý ThuyÕt 4 I.1. S¬ l­îc vÒ nhiªn liÖu kho¸ng vµ nhiªn liÖu diezel 4 I.2. Tæng quan vÒ dÇu thùc vËt. 6 I.2.1. Thµnh phÇn ho¸ häc cña dÇu thùc vËt 7 I.2.2. TÝnh chÊt lý häc cña dÇu thùc vËt 7 I.2.3. TÝnh chÊt ho¸ häc cña dÇu thùc vËt 8 I.2.4. C¸c chØ sè quan träng cña dÇu thùc vËt 10 I.2.5. C¸c lo¹i dÇu thùc vËt th«ng dông 11 I.2.6. Vµi nÐt vÒ c©y dõa vµ dÇu dõa 12 I.3. §éng c¬ vµ nhiªn liÖu diezel 15 I.3.1. §éng c¬ diezel 15 I.3.2. Yªu cÇu vÒ nhiªn liÖu diezel 16 I.3.3. KhÝ th¶i cña nhiªn liÖu diezel truyÒn thèng 18 I.3.4. C¸c ph­¬ng ph¸p n©ng cao chÊt l­îng nhiªn liÖu diezel 19 I.4. Tæng quan vÒ biodiezel 20 I.4.1. Nhiªn liÖu sinh häc 20 I.4.2. Giíi thiÖu vÒ biodiezel 21 I.4.3. C¸c qu¸ tr×nh chuyÓn ho¸ este t¹o biodiezel 25 I.4.4. Nguyªn liÖu cho qu¸ tr×nh tæng hîp biodiezel 28 I.4.5. Qu¸ tr×nh tæng hîp biodiezel sö dông xóc t¸c baz¬ 29 I.4.6. C¸c yÕu tè ¶nh h­ëng ®Õn ®Õn qu¸ tr×nh tæng hîp biodiezel 31 I.4.7. Tû lÖ pha trén biodiezel víi diezel 32 I.4.8. §Æc ®iÓm næi bËt cña biodiezel dõa 33 I.4.9. T×nh h×nh s¶n xuÊt biodiezel trªn thÕ giíi vµ ë ViÖt Nam 36 Ch­¬ng II : Thùc NghiÖm 38 II.1. Nguyªn liÖu vµ xóc t¸c cho qu¸ tr×nh 38 II.1.1. Metanol 38 II.1.2. DÇu dõa 39 II.1.3. Xóc t¸c vµ c¸ch ®iÒu chÕ xóc t¸c. 40 II.2. C¸ch tiÕn hµnh tæng hîp biodiezel dõa 42 II.2.1. ThiÕt bÞ chÝnh trong qu¸ tr×nh thùc nghiÖm 42 II.2.2. C¸c b­íc tiÕn hµnh 43 II.2.3. Qu¸ tr×nh t¸ch vµ tinh chÕ s¶n phÈm 44 II.2.4. TÝnh to¸n hiÖu suÊt cña ph¶n øng tæng hîp biodiezel 45 II.3. C¸c ph­¬ng ph¸p ph©n tÝch chÊt l­îng s¶n phÈm. 46 II.3.1. X¸c ®Þnh chØ sè axit 46 II.3.2. X¸c ®Þnh ®é nhít ®éng häc 46 II.3.3. X¸c ®Þnh chØ sè xetan 47 II.3.4. X¸c ®Þnh nhiÖt ®é chíp ch¸y cèc kÝn 48 II.3.5. X¸c ®Þnh tû träng 48 II.3.6. Ph­¬ng ph¸p phæ hång ngo¹i x¸c ®Þnh cÊu tróc s¶n phÈm 49 II.3.7. Ph­¬ng ph¸p s¾c kÝ khÝ 50 Ch­¬ng III : KÕt qu¶ vµ th¶o luËn 50 III.1. §¸nh gi¸ ho¹t tÝnh cña xóc t¸c 50 III.1.1. Kh¶o s¸t hµm l­îng NaOH tèi ­u trong xóc t¸c. 50 III.1.2. Kh¶o s¸t cÊu tróc xóc t¸c 51 III.1.3. Nghiªn cøu kh¶ n¨ng t¸i sö dông cña xóc t¸c. 53 III.1.4. Nghiªn cøu sù t¸i sinh xóc t¸c. 54 III.2. Kh¶o s¸t c¸c yÕu tè ¶nh h­ëng ®Õn qu¸ tr×nh tæng hîp biodiezel dõa. 56 III.2.1. Tû lÖ mol cña metanol/dÇu 56 III.2.2. L­îng xóc t¸c 57 III.2.3. Thêi gian ph¶n øng 58 III.2.4. Tèc ®é khuÊy 59 III.2.5. NhiÖt ®é ph¶n øng 60 III.3. §¸nh gi¸ chÊt l­îng s¶n phÈm 62 III.4. Thö nghiÖm nhiªn liÖu B5 trong ®éng c¬ 63 III.4.1. §¸nh gi¸ ¶nh h­ëng cña nhiªn liÖu B5 ®Õn c«ng suÊt cña ®éng c¬ so víi diezel kho¸ng. 64 III.4.2. Thµnh phÇn khÝ th¶i cña ®éng c¬ sö dông nhiªn liÖu B5 so víi diezel kho¸ng. 65 KÕt luËn 70 Tµi liÖu tham kh¶o 71 Më ®Çu Trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y, nhu cÇu vÒ n¨ng l­îng nãi chung vµ nhiªn liÖu nãi riªng ngµy cµng t¨ng do sù ph¸t triÓn m¹nh mÏ cña khoa häc kÜ thuËt vµ sù gia t¨ng d©n sè. Tuy nhiªn, nguån nhiªn liÖu kho¸ng ngµy cµng c¹n kiÖt bëi sù khai th¸c å ¹t cña con ng­êi dÉn ®Õn yªu cÇu t×m nguån nhiªn liÖu thay thÕ trë nªn cÇn thiÕt h¬n bao giê hÕt. Mét trong nh÷ng nguån nhiªn liÖu thay thÕ lµ nhiªn liÖu sinh häc, ®­îc tæng hîp tõ sinh khèi do ®ã hoµn toµn cã thÓ t¸i t¹o ®­îc. Nhiªn liÖu sinh häc bao gåm bioetanol, biodiezel…trong ®ã biodiezel ®­îc sö dông phæ biÕn h¬n c¶. Biodiezel lµ mono alkyl este cña c¸c axit bÐo, ®­îc tæng hîp tõ dÇu thùc vËt hay mì ®éng vËt bëi ph¶n øng trao ®æi este. Biodiezel cã nh÷ng tÝnh chÊt hãa lý gÇn t­¬ng tù diezel kho¸ng nªn cã thÓ dïng thay cho diezel kho¸ng. ViÖc sö dông biodiezel lµm gi¶m sù phô thuéc cña con ng­êi vµo nguån n¨ng l­îng kho¸ng ®ang dÇn c¹n kiÖt. Bªn c¹nh ®ã, sö dông biodiezel trong ®éng c¬ diezel lµm t¨ng kh¶ n¨ng b«i tr¬n, gi¶m ®¸ng kÓ l­îng khÝ th¶i ®éc h¹i nh­ CO2, CO, NOx, hidrocacbon ch­a ch¸y hÕt, chÊt r¾n d¹ng vi h¹t vµ muéi cacbon, gãp phÇn b¶o vÖ m«i tr­êng. ChÝnh v× nh÷ng lîi Ých nh­ vËy nªn biodiezel ®· ®­îc nghiªn cøu vµ ®­a vµo sö dông ë rÊt nhiÒu n­íc trªn thÕ giíi, ®Æc biÖt ë nh÷ng n­íc ph¸t triÓn. Kh«ng n»m ngoµi xu h­íng chung cña thÕ giíi, c¸c nhµ khoa häc ViÖt Nam còng ®· tiÕn hµnh nghiªn cøu tæng hîp nguån nhiªn liÖu s¹ch nµy ®Ó phôc vô nÒn kinh tÕ quèc d©n song song víi viÖc khai th¸c sö dông mét c¸ch hîp lý nguån nhiªn liÖu kho¸ng. TËn dông ­u thÕ ViÖt Nam cã nguån dÇu thùc vËt còng nh­ lµ mì ®éng vËt phong phó, qu¸ tr×nh s¶n xuÊt biodiezel ë quy m« c«ng nghiÖp lµ hoµn toµn kh¶ thi. Tuy nhiªn rÊt nhiÒu nh÷ng nghiªn cøu cÇn ®­îc tiÕn hµnh thªm ®Ó t×m ra lo¹i xóc t¸c dÞ thÓ phï hîp thay thÕ cho xóc t¸c ®ång thÓ cã nhiÒu nh­îc ®iÓm còng nh­ thö nghiÖm lo¹i xóc t¸c nµy trªn nhiÒu lo¹i dÇu thùc vËt kh¸c nhau ®Ó ®¸nh gi¸ ho¹t tÝnh cña chóng trong qu¸ tr×nh tæng hîp biodiezel. §å ¸n “nghiªn cøu qu¸ tr×nh tæng hîp biodiezel tõ dÇu dõa trªn xóc t¸c dÞ thÓ NaOH/MgO” lµ mét phÇn nhá trong nh÷ng nç lùc ®ã, víi mong muèn mét ngµy kh«ng xa biodiezel sÏ ®­îc sö dông réng r·i h¬n ë ViÖt Nam víi nh÷ng ­u ®iÓm vÒ chÊt l­îng, kinh tÕ vµ m«i tr­êng. Ch­¬ng I : Tæng Quan Lý ThuyÕt I.1. S¬ l­îc vÒ nhiªn liÖu kho¸ng vµ nhiªn liÖu diezel DÇu má ®· ®­îc con ng­êi biÕt ®Õn tõ kh¸ l©u. Nh­ng cho ®Õn tËn ®Çu thÕ kØ XIX, dÇu má vÉn ®­îc dïng víi môc ®Ých th¾p s¸ng. Vµo nöa cuèi thÕ kØ XIX, khi mµ mét lo¹t ®éng c¬ x¨ng vµ ®éng c¬ diezel ®­îc ph¸t minh, cïng víi viÖc t×m ra dÇu má ë rÊt nhiÒu n¬i trªn thÕ giíi ®· dÉn ®Õn sù t¨ng nhanh kh«ng ngõng qu¸ tr×nh khai th¸c vµ chÕ biÕn dÇu víi môc ®Ých lµm nhiªn liÖu cho c¸c ®éng c¬ ®ã phôc vô nhu cÇu di chuyÓn cña con ng­êi. DÇu má khai th¸c tõ d­íi lßng ®Êt, ®ã lµ s¶n phÈm cña sù ph©n huû vµ biÕn ®æi hµng triÖu n¨m cña c¸c líp x¸c ®éng thùc vËt biÓn hay x¸c c¸c ®éng thùc vËt c¹n bÞ cuèn tr«i ra biÓn d­íi t¸c dông cña vi khuÈn hay sù thay ®æi ®Þa chÊt mµ thµnh [1]. V× vËy, dÇu má còng ®­îc xÕp vµo nhãm c¸c nhiªn liÖu kho¸ng nh­ than, ®¸ dÇu…DÇu ®­îc khai th¸c lªn mÆt ®Êt lµ dÇu th«, kh«ng thÓ sö dông ngay cho dï chØ ®Ó ®èt th¾p s¸ng. §Ó lµm nhiªn liÖu cho c¸c ®éng c¬ hay víi môc ®Ých th¾p s¸ng, dÇu th« tr¶i qua mét lo¹t c¸c qu¸ tr×nh chÕ biÕn. C¸c ph­¬ng ph¸p, c«ng nghÖ chÕ biÕn dÇu th« thµnh c¸c s¶n phÈm tr¾ng nh­ x¨ng, dÇu diezel vµ kerosen ®· kh«ng ngõng ®­îc c¶i tiÕn trong suèt h¬n mét thÕ kØ qua, dÉn ®Õn n¨ng suÊt chÕ biÕn vµ hiÖu suÊt chÕ biÕn ngµy cµng t¨ng, song song víi t¨ng s¶n l­îng khai th¸c dÇu th«, ®¸p øng kÞp thêi nhu cÇu nhiªn liÖu cña con ng­êi. Trong thÕ kØ 20, sù bïng næ vÒ d©n sè vµ sù ph¸t triÓn cña c¸c ngµnh c«ng nghiÖp ®· lµm nhu cÇu vÒ c¸c lo¹i nhiªn liÖu t¨ng m¹nh mÏ. Nhu cÇu vÒ nhiªn liÖu ngµy cµng t¨ng, thóc ®Èy viÖc th¨m dß vµ khai th¸c rÊt nhiÒu nh÷ng má dÇu míi kh¾p n¬i trªn toµn thÕ giíi. Khoa häc kÜ thuËt tiÕn bé ®· gióp cho viÖc th¨m dß trë lªn trë lªn dÔ dµng h¬n, víi viÖc x¸c ®Þnh vµ ­íc l­îng t­¬ng ®èi chÝnh x¸c vÞ trÝ má dÇu. C«ng nghÖ khai th¸c còng ®¹t ®­îc nhiÒu tiÕn bé lµm gi¶m thêi gian khai th¸c vµ n©ng cao hiÖu suÊt thu håi dÇu ë c¸c má. Ngµy cµng nhiÒu má dÇu ®­îc khai th¸c hÕt vµ còng ngµy cµng nhiÒu má dÇu míi ®­îc ph¸t hiÖn ra, nh÷ng t­ëng qu¸ tr×nh khai th¸c ®ã sÏ kÐo dµi v« tËn. Tuy nhiªn, qu¸ tr×nh khai th¸c å ¹t ®ã ®· vµ sÏ t¹o ra nh÷ng cuéc khñng ho¶ng n¨ng l­îng trªn toµn thÕ giíi. C¸c nguån n¨ng l­îng ®ang ®­îc sö dông phæ biÕn hiÖn nay trªn thÕ giíi chñ yÕu lµ c¸c nguån n¨ng l­îng kho¸ng nh­ dÇu má, than vµ mét sè nguån n¨ng l­îng kh¸c nh­ thuû ®iÖn, h¹t nh©n, giã…XÐt vÒ qu¸ tr×nh sö dông th× n¨ng l­îng ®i tõ dÇu má chiÕm 65%, than ®¸ chiÕm 20-22%, thuû ®iÖn chiÕm 8-12% vµ h¹t nh©n chiÕm 8-12,5% [2]. C¸c nguån n¨ng l­îng kh¸c nh­ mÆt trêi, giã, sãng hay ®Þa nhiÖt kh«ng ®¸ng kÓ. ChÝnh v× chóng ta qu¸ phô thuéc vµo dÇu má nªn khñng ho¶ng n¨ng l­îng ch¾c ch¾n sÏ x¶y ra nÕu c¸c nguån cung cÊp dÇu th« biÕn ®éng. Do tr÷ l­îng dÇu má trªn thÕ giíi lµ cã h¹n nªn cµng khai th¸c nhiÒu th× d¹ng nhiªn liÖu kho¸ng nµy ngµy cµng c¹n kiÖt. Theo dù b¸o cña tËp ®oµn BP th× tr÷ l­îng dÇu má ®· th¨m dß trªn toµn cÇu lµ kho¶ng 150 tû tÊn. Víi ®µ tiªu thô n¨m 2003 (3,6 tû tÊn) vµ kh«ng ph¸t hiÖn ra má dÇu nµo n÷a trªn thÕ giíi th× dÇu má sÏ c¹n kiÖt trong vßng 41 n¨m n÷a. §Êy lµ ch­a tÝnh l­îng tiªu thô dÇu ngµy cµng t¨ng do dù ph¸t triÓn d©n sè trªn thÕ giíi vµ sù gia t¨ng liªn tôc cña c¸c ph­¬ng tiÖn giao th«ng, cµng lµm cho l­îng dÇu má nhanh chãng bÞ khai th¸c triÖt ®Ó nÕu ch­a t×m ®­îc nguån n¨ng l­îng thay thÕ hîp lý. Cuèi thÕ kØ 20 vµ ®Çu thÕ kØ 21 ®· chøng kiÕn nh÷ng cuéc khñng ho¶ng vÒ dÇu má. HÇu hÕt tr÷ l­îng dÇu trªn thÕ giíi tËp trung ë nh÷ng vïng nhËy c¶m vµ bÊt æn vÒ chÝnh trÞ nh­ Trung §«ng, Trung ¸, Trung Mü…nªn mçi khi cã nh÷ng biÕn ®éng vÒ chÝnh trÞ, t«n gi¸o, s¾c téc ë nh÷ng vïng trªn ¶nh h­ëng tíi l­îng dÇu th« khai th¸c lµ dÉn tíi khñng ho¶ng vÒ n¨ng l­îng, kÐo theo khñng ho¶ng kinh tÕ trÇm träng cho rÊt nhiÒu n­íc kh¸c, ®Æc biÖt nh­ng n­íc kh«ng cã tµi nguyªn dÇu má vµ ph¶i phô thuéc vµo bªn ngoµi. Gi¸ dÇu má hiÖn nay còng ®ang ë møc cao, dao ®éng tõ 55-80USD/thïng ®· ¶nh h­ëng rÊt nhiÒu ®Õn c¸c ngµnh c«ng nghiÖp trªn thÕ giíi. ViÖt Nam lµ mét n­íc cã tµi nguyªn dÇu má, tuy tr÷ l­îng dÇu má cña ViÖt Nam kh«ng ph¶i lµ nhiÒu khi so víi mét sè n­íc cïng khu vùc. Nh­ng ViÖt Nam vÉn khai th¸c dÇu th« ®Ó b¸n vµ nhËp vÒ c¸c s¶n phÈm ®· chÕ biÕn nªn hiÖu qu¶ kinh tÕ kh«ng cao. N¨m 2003 tiªu thô n¨ng l­îng th­¬ng m¹i n­íc ta ®¹t 205kg/ng­êi chØ b»ng 20% møc b×nh qu©n trªn thÕ giíi. X¨ng dÇu dïng cho giao th«ng vËn t¶i chiÕm 30% nhu cÇu n¨ng l­îng, vµ hÇu hÕt vÉn ph¶i nhËp khÈu. Trong t­¬ng lai gÇn, c¸c nhµ m¸y läc dÇu Dung QuÊt, Nghi S¬n vµ nhµ m¸y läc dÇu 3 (dù kiÕn) hoµn thµnh vµ ®­a vµo ho¹t ®éng sÏ tù ®¸p øng mét phÇn nhu cÇu vÒ nhiªn liÖu cña nÒn kinh tÕ quèc d©n, gi¶m bít sù phô thuéc cña ViÖt Nam vµo n­íc ngoµi, ®¶m b¶o an ninh n¨ng l­îng trong n­íc. ViÖc sö dông n¨ng l­îng kho¸ng gÆp ph¶i mét vÊn ®Ò lín lµ « nhiÔm m«i tr­êng. §©y lµ vÊn ®Ò ngµy cµng ®­îc chó ý v× nh÷ng hËu qu¶ cña chóng ngµy cµng râ rÖt. Nhiªn liÖu kho¸ng (than ®¸, dÇu má) khi ch¸y t¹o nhiÒu khÝ CO2 g©y hiÖu øng nhµ kÝnh lµm tr¸i ®Êt nãng dÇn lªn. L­îng l­u huúnh khi ch¸y t¹o SO2 g©y m­a axit, c¸c hydrocacbon th¬m kh¸c ch¸y kh«ng triÖt ®Ó t¹o thµnh CO hay c¸c khÝ ®éc h¹i ¶nh h­ëng ®Õn søc khoÎ con ng­êi…Do ®ã t×m kiÕm nguån n¨ng l­îng s¹ch lµ vÊn ®Ò v« cïng cÊp thiÕt. Víi nh÷ng môc tiªu gi¶m tèi ®a l­îng khÝ th¶i ®éc h¹i, t×m c¸ch sö dông tèi ­u nhiªn liÖu kho¸ng vµ t×m kiÕm nguån n¨ng l­îng s¹ch míi ®ang thóc ®Èy ®éi ngò c¸c nhµ khoa häc trªn thÕ giíi kh«ng ngõng nghiªn cøu ®Ó t×m ra nguån nhiªn liÖu lý t­ëng cho t­¬ng lai. C¸c nhµ khoa häc trªn thÕ giíi ®· t×m ra ®­îc nhiÒu nguån nhiªn liÖu thay thÕ cho nhiªn liÖu kho¸ng. Mét trong nh÷ng nhiªn liÖu ®ã lµ biodiezel. §©y lµ mét nhiªn liÖu sinh häc ®iÓn h×nh, ®­îc chÕ biÕn tõ c¸c lo¹i dÇu thùc vËt hay mì ®éng thùc vËt. Nhiªn liÖu biodiezel sÏ lµ mét trong nh÷ng nguån nhiªn liÖu thay thÕ tèt nhÊt cho ®éng c¬ trong t­¬ng lai khi mµ nguån nguyªn liÖu kho¸ng bÞ c¹n kiÖt. Trªn thÕ giíi, ®Æc biÖt lµ c¸c n­íc ph¸t triÓn, mËt ®é giao th«ng cao ®ßi hái nhu cÇu vÒ n¨ng l­îng s¹ch rÊt lín. C¸c nghiªn cøu t×m ra nguån nhiªn liÖu s¹ch cho ®éng c¬ ®· ®­îc thùc hiÖn tõ l©u, nhiÒu lo¹i n¨ng l­îng s¹ch nh­ x¨ng pha cån hay diezel pha biodiezel ®­îc sö dông rÊt phæ biÕn. T¹i ViÖt nam, viÖc nghiªn cøu nhiªn liÖu s¹ch ®· ®­îc quan t©m vµ ph¸t triÓn. §· cã nhiÒu ®Ò tµi nghiªn cøu vÒ vÊn ®Ò nhiªn liÖu s¹ch cho ®éng c¬ nh­ c«ng tr×nh nghiªn cøu x¨ng pha cån ®· ®­îc c«ng bè, cßn ®Ò tµi sö dông biodiezel pha lÉn diezel vÉn cßn ®ang ®­îc nghiªn cøu. I.2. Tæng quan vÒ dÇu thùc vËt. DÇu thùc vËt lµ nguyªn liÖu ®­îc sö dông réng r·i trong c«ng nghiÖp thùc phÈm, c«ng nghiÖp s¶n xuÊt xµ phßng vµ chÊt tÈy röa, c«ng nghiÖp s¬n…Trong c«ng nghiÖp thùc phÈm, øng dông phæ biÕn nhÊt cña dÇu thùc vËt lµ dïng ®Ó chÕ biÕn rÊt nhiÒu c¸c lo¹i thùc phÈm hay sö dông trùc tiÕp lµm dÇu ¨n. DÇu sö dông lµm thùc phÈm lµ lo¹i dÇu ®· ®­îc tinh chÕ, lo¹i bá tèi ®a thµnh phÇn axÝt bÐo tù do, hµm l­îng n­íc cïng nhiÒu t¹p chÊt g©y h¹i cho søc khoÎ con ng­êi kh¸c. B¶n th©n dÇu thùc vËt lµ mét lo¹i thøc ¨n dÔ tiªu ho¸ vµ cung cÊp nhiÒu n¨ng l­îng. Khi ®­îc c¬ thÓ con ng­êi hÊp thô, nã sÏ ®­îc dù tr÷ trong c¸c tÕ bµo vµ gi¶i phãng n¨ng l­îng khi cÇn thiÕt. Khi thuû ph©n dÇu thùc vËt ta thu ®­îc glyxerin, mét chÊt ®­îc dïng kh¸ nhiÒu lµm thùc phÈm hay trong mü phÈm ®Ó gi÷ Èm cho da. Trong c«ng nghiÖp s¶n xuÊt xµ phßng, dÇu thùc vËt ®­îc nÊu víi xót (NaOH) trong ®iÒu kiÖn nhÊt ®Þnh ®Ó t¹o thµnh xµ phßng b¸nh. Trong c«ng nghiÖp s¬n, dÇu thùc vËt ®­îc dïng ®Ó s¶n xuÊt dÇu gèc (dÇu alkyl…), c¸c chÊt t¹o mµng, vÐcni..Nh­ vËy, dÇu thùc vËt cã rÊt nhiÒu øng dông trong cuéc sèng [3,6]. DÇu thùc vËt cßn cã thÓ sö dông lµm nhiªn liÖu. Tõ xa x­a «ng cha ta ®· biÕt sö dông dÇu l¹c, dÇu võng ®Ó th¾p s¸ng. Khi míi ra ®êi, ®éng c¬ diezel ®Çu tiªn còng ch¹y b»ng dÇu l¹c. Mét sè lo¹i dÇu cã thÓ dïng trùc tiÕp lµm nhiªn liÖu cho c¸c ®éng c¬ hiÖn ®¹i. Tuy nhiªn, mét sè nh­îc ®iÓm cña dÇu thùc vËt ®· c¶n trë sù vËn hµnh tr¬n tru cña ®éng c¬, g©y nªn nhiÒu sù cè háng hãc nªn ng­êi ta kh«ng dïng dÇu thùc vËt trùc tiÕp lµm nhiªn liÖu mµ ph¶i qua nhiÒu qu¸ tr×nh chÕ biÕn phøc t¹p ®Ó t¹o ra lo¹i nhiªn liÖu ®¶m b¶o h¬n. Mét trong c¸c lo¹i nhiªn liÖu ®i tõ dÇu thùc vËt lµ biodiezel. §©y lµ lo¹i nhiªn liÖu kh¸ ­u viÖt, næi lªn nh­ mét lo¹i nhiªn liÖu thay thÕ lý t­ëng cho dÇu diezel hay n©ng cao hiÖu suÊt sö dông vµ gi¶m « nhiÔm m«i tr­êng cho lo¹i nhiªn liÖu kho¸ng truyÒn thèng. §Æc biÖt trong hoµn c¶nh hiÖn nay, khi thÕ giíi ®ang ®èi mÆt víi vÊn ®Ò « nhiÔm m«i tr­êng trÇm träng vµ sù khan hiÕm dÇn cña dÇu má th× sù cã mÆt cña nhiªn liÖu sinh häc ®i tõ thùc vËt qu¶ lµ mét trong nh÷ng gi¶i ph¸p ®­îc chó ý. RÊt nhiÒu c«ng tr×nh nghiªn cøu vÒ nhiªn liÖu sinh häc ®· ®­îc tiÕn hµnh vµ thËm chÝ ®­îc sö dông ë nhiÒu n­íc trªn thÕ giíi. I.2.1. Thµnh phÇn ho¸ häc cña dÇu thùc vËt [3,8,9] Thµnh phÇn ho¸ häc chñ yÕu cña dÇu thùc vËt lµ c¸c triglyxerit. Nã lµ este cña c¸c axit bÐo kh¸c nhau víi glyxerin. C«ng thøc cÊu t¹o cña triglyxerit nµy lµ
Trong ®ã R1, R2, R3 lµ c¸c gèc axit bÐo. C¸c gèc axit nµy th­êng chøa tõ 8 ®Õn 22 nguyªn tö cacbon. NÕu trong ph©n tö triglyxerit ba gèc axit nµy gièng nhau ng­êi ta gäi lµ triglyxerit ®ång nhÊt, cßn nÕu kh¸c nhau th× gäi lµ triglyxerit hçn t¹p. C¸c lo¹i dÇu thùc vËt kh¸c nhau th× cã thµnh phÇn vµ chñng lo¹i triglyxerit kh¸c nhau, nh­ng ®a phÇn lµ triglyxerit hçn t¹p. Mét trong nh÷ng thµnh phÇn kh¸c cña dÇu thùc vËt lµ c¸c axit bÐo. Axit bÐo cã trong dÇu thùc vËt th­êng cã cÊu t¹o m¹ch th¼ng, cã thÓ no vµ kh«ng no. PhÇn lín c¸c axit bÐo trong dÇu thùc vËt ë tr¹ng th¸i kÕt hîp trong triglyxerit vµ mét phÇn nhá ë tr¹ng th¸i tù do. Hµm l­îng c¸c axit bÐo nµy còng kh¸c nhau tuú thuéc vµo tõng lo¹i dÇu. NÕu thuû ph©n c¸c triglyxerit, ta sÏ thu ®­îc axit bÐo vµ glyxerin. L­îng axit bÐo thu ®­îc cã thÓ vµo chiÕm 95% so víi träng l­îng dÇu ban ®Çu. Glyxerin còng tån t¹i trong dÇu thùc vËt, nh­ng ë d¹ng tù do th× thµnh phÇn cña chóng rÊt nhá. Glyxerin cã thÓ thu ®­îc khi thuû ph©n triglyxerit, vµ lµ mét s¶n phÈm phô rÊt cã gi¸ trÞ. Bªn c¹nh c¸c thµnh phÇn chñ yÕu nh­ thÕ th× dÇu thùc vËt cßn chøa nhiÒu c¸c hîp chÊt kh¸c nh­ s¸p, nhùa, chÊt mµu, c¸c photphatit, tiÒn tè vµ sinh tè… I.2.2. TÝnh chÊt lý häc cña dÇu thùc vËt [3,8,9] - NhiÖt ®é nãng ch¶y vµ nhiÖt ®é ®«ng ®Æc : V× dÇu thùc vËt cã thµnh phÇn kh«ng ®ång nhÊt, nã lµ hçn hîp cña nhiÒu chÊt kh¸c nhau nªn nhiÖt ®é nãng ch¶y vµ ®«ng ®Æc cña chóng kh«ng cã mét gi¸ trÞ nhiÖt ®é x¸c ®Þnh mµ lµ mét kho¶ng nhiÖt ®é. Víi mçi lo¹i dÇu kh¸c nhau th× c¸c gi¸ trÞ ®ã còng kh¸c nhau. §èi víi c¸c lo¹i dÇu chøa nhiÒu axit bÐo hay gèc axit bÐo no th× th­êng cã kho¶ng nhiÖt ®é nãng ch¶y hay ®«ng ®Æc cao h¬n so víi lo¹i dÇu chøa c¸c gèc axit bÐo hay axit bÐo kh«ng no. - TÝnh tan : DÇu thùc vËt cã thµnh phÇn chñ yÕu lµ c¸c chÊt kh«ng ph©n cùc nªn chóng kh«ng tan trong n­íc, tan Ýt trong r­îu vµ tan rÊt tèt trong dung m«i kh«ng ph©n cùc nh­ n-hexan, x¨ng, benzen…§é tan cña dÇu vµo trong dung m«i phô thuéc vµo nhiÖt ®é. Khi hoµ tan mét sè lo¹i dÇu vµo dung m«i, ta cÇn kÕt hîp gia nhiÖt ®Ó n©ng cao ®é tan cña chóng. - Mµu s¾c : Mµu s¾c cña dÇu do c¸c hîp chÊt mÇu trong dÇu quyÕt ®Þnh. DÇu tinh khiÕt kh«ng cã mµu. NÕu dÇu chøa nhiÒu carotenoit th× th­êng cã mµu vµng, dÇu chøa clorofin sÏ cã mµu xanh…§«i khi, víi nh÷ng lo¹i dÇu chøa nh÷ng gèc axit bÐo kh«ng no trong qu¸ tr×nh b¶o qu¶n cã thÓ bÞ oxy ho¸ t¹o mÇu s¾c kh¸c so víi mµu dÇu gèc. - Khèi l­îng riªng : Khèi l­îng riªng cña dÇu thùc vËt th­êng n»m trong kho¶ng d20=0,907- 0,971, do ®ã dÇu nhÑ h¬n n­íc vµ næi trªn bÒ mÆt n­íc. DÇu cã c¸c gèc axit cµng nhiÒu cacbon vµ cµng no th× tû träng cµng lín. I.2.3. TÝnh chÊt ho¸ häc cña dÇu thùc vËt [3,8,9] Thµnh phÇn hãa häc cña dÇu thùc vËt chñ yÕu lµ c¸c triglyxerit, mét lo¹i este cña axit bÐo vµ glyxerin nªn chóng cã ®Çy ®ñ tÝnh chÊt cña mét este ®iÓn h×nh : * Ph¶n øng thuû ph©n : ë ®iÒu kiÖn nhiÖt ®é, ¸p suÊt vµ xóc t¸c nhÊt ®Þnh (th­êng lµ xóc t¸c axit,enzym) sÏ x¶y ra ph¶n øng thuû ph©n este lÇn l­ît t¹o thµnh c¸c ditriglyxerit vµ monotriglyxerit, cuèi cïng lµ axit bÐo vµ glyxerin. §©y lµ c¸c ph¶n øng thuËn nghÞch :
Ph¶n øng tæng qu¸t cã thÓ viÕt nh­ sau :
* Ph¶n øng xµ phßng ho¸ Trong m«i tr­êng kiÒm, este trong dÇu thùc vËt sÏ ph¶n øng víi kiÒm t¹o thµnh muèi natri (kali) cña axit bÐo (thµnh phÇn chÝnh cña xµ phßng) vµ glyxerin. Qu¸ tr×nh xµ phßng ho¸ còng x¶y ra theo tõng giai ®o¹n nh­ qu¸ tr×nh thuû ph©n, cho ta nhiÒu s¶n phÈm kh¸c nhau nh­ng s¶n phÈm cuèi cïng lµ xµ phßng vµ glyxerin. Ph¶n øng nµy x¶y ra hoµn toµn mét chiÒu :
§©y lµ ph¶n øng c¬ b¶n trong qu¸ tr×nh s¶n xuÊt xµ phßng vµ glyxerin tõ dÇu thùc vËt. * Ph¶n øng trao ®æi este. Trong m«i tr­êng cã c¸c xóc t¸c v« c¬ nh­ axit H2SO4, HCl hay c¸c xóc t¸c baz¬ nh­ NaOH, KOH c¸c este trong dÇu thùc vËt cã thÓ tiÕn hµnh este ho¸ trao ®æi víi c¸c r­îu bËc 1 nh­ metylic, etylic…t¹o thµnh c¸c este axit bÐo víi c¸c r­îu t­¬ng øng vµ glyxerin. Víi R lµ gèc hydrocacbon cña r­îu, ph¶n øng d¹ng tæng qu¸t nh­ sau:
Ph¶n øng nµy lµ ph¶n øng c¬ b¶n ®Ó tæng hîp biodiezel. Este cña c¸c axit bÐo víi r­îu bËc mét cã thÓ thay thÕ nhiªn liÖu diezel trong c¸c ®éng c¬ diezel, gi¶m thiÓu mét c¸ch ®¸ng kÓ l­îng khÝ ®éc h¹i th¶i ra m«i tr­êng. Bªn c¹nh ®ã, c¸c gèc axit bÐo trong dÇu thùc vËt cã thÓ dÉn ®Õn mét sè tÝnh chÊt ho¸ häc kh¸c : * Ph¶n øng céng hîp: + Céng hîp hi®ro : khi cã mÆt xóc t¸c Niken vµ d­íi ¸p suÊt nhiÖt ®é cao, c¸c gèc axit bÐo kh«ng no trong dÇu thùc vËt cã thÓ céng hîp víi hi®ro ®Ó t¹o thµnh c¸c gèc axit bÐo no. Qu¸ tr×nh no hãa dÇu thùc vËt th­êng lµm t¨ng ®é nhít vµ lµm r¾n ®Æc dÇu thùc vËt. + Céng hîp halogen : dÇu thùc vËt cã thÓ t¸c dông víi halogen ë nh÷ng liªn kÕt ch­a no trong gèc axit. * Ph¶n øng oxy ho¸ : C¸c liªn kÕt ®«i trong gèc axÝt ch­a no cña dÇu thùc vËt rÊt dÔ bÞ oxy ho¸. Tuú thuéc vµo chÊt oxy ho¸ vµ m«i tr­êng oxy ho¸ mµ t¹o ra c¸c s¶n phÈm nh­ peroxyt, xetoaxit…hay ®øt m¹ch t¹o thµnh c¸c chÊt cã ph©n tö l­îng nhá h¬n. Qu¸ tr×nh oxy ho¸ cã thÓ x¶y ra khi dÇu thùc vËt tiÕp xóc trùc tiÕp víi kh«ng khÝ vµ lµm cho dÇu bÞ biÕn chÊt, gi¶m chÊt l­îng. Sù «i chua cña dÇu : Do trong dÇu cã lÉn n­íc, vi sinh vËt vµ c¸c lo¹i men…nªn trong qu¸ tr×nh b¶o qu¶n th­êng xÈy ra c¸c ph¶n øng biÕn ®æi ph©n huû lµm ¶nh h­ëng ®Õn mµu s¾c, mïi vÞ mµ ng­êi ta gäi lµ sù «i chua cña dÇu. I.2.4. C¸c chØ sè quan träng cña dÇu thùc vËt [3,8,9] §Ó biÓu thÞ tÝnh chÊt vµ cÊu t¹o cña tõng lo¹i dÇu, ng­êi ta thèng nhÊt quy ®Þnh mét sè chØ tiªu cã tÝnh chÊt ®Æc tr­ng cho dÇu thùc vËt. Nh÷ng chØ sè nµy cã thÓ gióp ta ®¸nh gi¸ s¬ bé phÈm chÊt cña dÇu thùc vËt, ®ång thêi gióp qu¸ tr×nh tÝnh to¸n ®­îc thuËn lîi. * ChØ sè xµ phßng ho¸ : lµ sè miligam KOH cÇn thiÕt ®Ó trung hoµ vµ xµ phßng ho¸ hÕt 1g dÇu. Th«ng th­êng dÇu thùc vËt cã chØ sè xµ phßng ho¸ kho¶ng 170-260. ChØ sè nµy cµng cao th× dÇu chøa cµng nhiÒu axit bÐo ph©n tö l­îng thÊp vµ ng­îc l¹i. * ChØ sè axit : lµ sè miligam KOH cÇn thiÕt ®Ó trung hoµ hÕt l­îng chÊt bÐo tù do cã trong 1g dÇu. ChØ sè axit cña dÇu thùc vËt kh«ng cè ®Þnh, dÇu cµng biÕn chÊt vµ bÞ oxi ho¸ th× chØ sè axit cµng cao. * ChØ sè ièt : lµ sè gam Ièt cÇn thiÕt t¸c dông hÕt víi 100g dÇu (Is). ChØ sè Ièt biÓu thÞ møc ®é kh«ng no cña dÇu. NÕu chØ sè nµy cµng cao th× dÇu thùc vËt cµng chøa nhiÒu c¸c gèc axit bÐo kh«ng no vµ ng­îc l¹i. B¶ng I.1 C¸c tÝnh chÊt vËt lý vµ ho¸ häc cña dÇu thùc vËt Tªn dÇu  KV  CR  CN  HHV  AC  SC  IV  SV   DÇu b«ng  33,7  0,25  33,7  39,4  0,02  0,01  113,20  207,71   DÇu nho  37,3  0,31  37,5  39,7  0,006  0,01  108,05  197,07   DÇu h­íng d­¬ng  34,4  0,28  36,7  39,6  0,01  0,01  132,32  191,70   DÇu võng  36,0  0,25  40,4  36,4  0,002  0,01  91,76  210,34   DÇu nµnh  28,0  0,24  27,6  39,3  0,01  0,01  156,74  188,71   DÇu thÇu dÇu  33,1  0,24  38,1  36,6  0,006  0,01  69,82  220,78   DÇu l¹c  24,0  0,21  52,9  39,8  0,01  0,02  98,62  197,63   DÇu cä  34,2  0,22  34,5  39,8  0,01  0,01  102,35  197,56   Trong ®ã : KV : §é nhít ®éng häc, mm2/s t¹i 311K CR : CÆn cacbon, % khèi l­îng CN : TrÞ sè xetan HHV : NhiÖt trÞ, MJ/kg AC : Hµm l­îng tro, % khèi l­îng SC : Hµm l­îng l­u huúnh, % khèi l­îng IV : ChØ sè iot, g I2/g dÇu SV : ChØ sè xµ phßng, mg KOH/g I.2.5. C¸c lo¹i dÇu thùc vËt th«ng dông [6,8,11] * DÇu ®Ëu nµnh : DÇu ®Ëu nµnh ®­îc chiÕt xuÊt tõ h¹t ®Ëu nµnh. C©y ®Ëu nµnh lµ lo¹i c©y trång rÊt phæ biÕn ë nhiÒu n¬i trªn thÕ giíi, ®Æc biÖt ë B¾c Mü. DÇu tinh khiÕt cã mµu vµng s¸ng, thµnh phÇn axit bÐo chñ yÕu lµ axit lioleic (50-57%), oleic (23-29%). DÇu ®Ëu nµnh ®­îc dïng nhiÒu trong thùc phÈm. Nã ®­îc dïng chñ yÕu lµm dÇu r¸n, dÇu ¨n. Bªn c¹nh ®ã, tõ dÇu ®Ëu nµnh cã thÓ t¸ch ra ®­îc lexetin dïng trong d­îc liÖu, trong s¶n xuÊt b¸nh kÑo. Ngoµi ra dÇu ®Ëu nµnh cã thÓ dïng ®Ó s¶n xuÊt xµ phßng, vecni, s¬n vµ lµ nguyªn liÖu lý t­ëng vµ rÊt th«ng dông ®Ó s¶n xuÊt biodisel. * DÇu dõa : Dõa lµ mét lo¹i c©y nhiÖt ®íi ®­îc trång nhiÒu ë Ch©u Mü La Tinh, Ch©u Phi, §«ng Nam ¸, Ên §é. Trong vïng §«ng Nam ¸ th× Philipin lµ n­íc næi tiÕng vÒ trång vµ xuÊt khÈu dÇu dõa. ë ViÖt Nam dõa ®­îc trång rÊt nhiÒu ë c¸c vïng Nam Trung Bé nh­ B×nh §Þnh, Phan ThiÕt…Dõa lµ c©y sinh tr­ëng l©u n¨m, thÝch hîp víi khÝ hËu nãng Èm vµ cã thÓ trång ®­îc ë nh÷ng vïng ®Êt mÆn, chua. DÇu dõa ®­îc chiÕt tõ c¬m dõa, cã chøa c¸c axit bÐo no m¹ch trung b×nh nh­ axit lauric (44-52%), myristic (13-19%), panmitic(7,5-10,5%). Hµm l­îng c¸c axit bÐo kh«ng no trong dÇu dõa rÊt Ýt. DÇu dõa sö dông nhiÒu ®Ó chÕ biÕn thùc phÈm, s¶n xuÊt macgarin vµ lµ nguyªn liÖu tèt ®Ó s¶n xuÊt xµ phßng vµ biodiezel. * DÇu cä : Cä lµ mét lo¹i c©y nhiÖt ®íi ®­îc trång nhiÒu ë Chilª, Ghana, T©y Phi vµ mét sè n­íc Ch©u ¸. ë khu vùc §«ng Nam ¸ th× Malaysia lµ n­íc trång vµ xuÊt khÈu nhiÒu dÇu cä nhÊt. ë ViÖt Nam cä ®­îc trång chñ yÕu ë vïng trung du phÝa B¾c víi diÖn tÝch kh«ng nhiÒu. Tõ c©y cä cã thÓ s¶n xuÊt ®­îc dÇu nh©n cä vµ dÇu cïi cä. §©y lµ hai lo¹i dÇu kh¸c nhau cã nh÷ng øng dông kh¸c nhau. DÇu cïi cä cã mµu vµng ®­îc dïng ®Ó ¨n trùc tiÕp hay chÕ biÕn thµnh b¬, mì thùc vËt. DÇu cïi cä cã chøa nhiÒu caroten nªn cßn ®­îc dïng ®Ó s¶n xuÊt tiÒn sinh tè A. DÇu nh©n cä dïng ®Ó s¶n xuÊt b¸nh kÑo. C¶ hai lo¹i dÇu nµy ®Òu cã thÓ dïng ®Ó nÊu xµ phßng hay ®Ó tæng hîp biodiezel. * DÇu së : C©y së lµ mét lo¹i c©y l©u n¨m ®­îc trång nhiÒu ë vïng nhiÖt ®íi. ë n­íc ta, së ®­îc trång nhiÒu ë c¸c tØnh trung du phÝa b¾c. Thµnh phÇn axit bÐo cña dÇu së bao gåm axit oleic (>60%), axit lioleic (15-24%) vµ axit panmitic (15-26%). DÇu së sau khi t¸ch saposin dïng lµ dÇu thùc phÈm rÊt tèt. DÇu së lµ nguyªn liÖu tèt trong c«ng nghiÖp s¶n xuÊt xµ phßng hay tæng hîp biodiezel * DÇu b«ng : B«ng lµ lo¹i c©y trång mét n¨m. Trong dÇu b«ng cã s¾c tè carotenoit vµ ®Æc biÖt lµ gossipol vµ c¸c dÉn xuÊt cña nã lµm dÇu b«ng cã mµu ®Æc biÖt : mµu ®en hoÆc mµu sÉm. Gossipol lµ mét ®éc tè m¹nh nªn muèn chuyÓn dÇu b«ng thµnh dÇu thùc phÈm ph¶i t¸ch gossipol ra b»ng ph­¬ng ph¸p tinh chÕ dïng kiÒm hay axit antranilic. Trong dÇu b«ng cã chøa nhiÒu axit bÐo no Panmitic nªn ë nhiÖt ®é phßng nã ë thÓ r¾n. B»ng c¸ch lµm l¹nh dÇu ng­êi ta cã thÓ t¸ch ®­îc axit panmitic dïng ®Ó s¶n xuÊt macgarin vµ xµ phßng. DÇu b«ng còng cã thÓ dïng ®Ó s¶n xuÊt biodiezel * DÇu h­íng d­¬ng : H­íng d­¬ng lµ lo¹i c©y mét n¨m vµ ®­îc trång rÊt nhiÒu ë xø l¹nh nh­ c¸c n­íc ë Ch©u ¢u, Ch©u ¸, B¾c Mü vµ ®Æc biÖt ë Liªn X« (chiÕm 90% s¶n l­îng thÕ giíi). §©y lµ cã mïi vÞ ®Æc tr­ng vµ cã mµu vµng s¸ng tíi ®á. DÇu h­íng d­¬ng cã chøa nhiÒu protein nªn lµ mét lo¹i thùc phÈm rÊt quý. DÇu h­íng d­¬ng còng lµ nguyªn liÖu tèt ®Ó tæng hîp biodiezel. * DÇu thÇu dÇu : DÇu thÇu dÇu hay cßn gäi lµ dÇu ve ®­îc lÊy tõ h¹t qu¶ cña c©y thÇu dÇu. C©y thÇu dÇu ®­îc trång nhiÒu ë vïng cã khÝ hËu nhiÖt ®íi. Nh÷ng n­íc s¶n xuÊt dÇu thÇu dÇu lµ Braxin (36%), Ên §é ( 6%), Trung Quèc, Liªn X« cò, Th¸i Lan. T¹i ViÖt Nam, thÇu dÇu ®­îc trång nhiÒu ë vïng trung du B¾c bé, Thanh Ho¸, NghÖ TÜnh.Tuy nhiªn dÇu thÇu dÇu ë ViÖt Nam vÉn cßn nhËp tõ Trung Quèc. DÇu thÇu dÇu lµ lo¹i dÇu kh«ng kh«, chØ sè axit tõ 80-90, tû träng lín, tan trong ankan, kh«ng tan trong x¨ng vµ dÇu ho¶. H¬n n÷a, do ®é nhít cao cña dÇu thÇu dÇu so víi c¸c lo¹i dÇu kh¸c nªn ngay tõ ®Çu dÇu thÇu dÇu ®· ®­îc sö dông trong c«ng nghiÖp dÇu b«i tr¬n. HiÖn nay dÇu thÇu dÇu vÉn lµ mét trong c¸c lo¹i dÇu nhên cao cÊp dïng trong ®éng c¬ m¸y bay, xe löa vµ c¸c m¸y cã tèc ®é cao, trong dÇu phanh…DÇu thÇu dÇu ®­îc dïng trong nhiÒu lÜnh vùc nh­ y tÕ (lµm thuèc tÈy vµ thuèc nhuËn trµng), c«ng nghiÖp mü phÈm vµ h­¬ng liÖu, c«ng nghiÖp chÊt dÎo, c«ng nghiÖp giÊy (lµm giÊy than, giÊy nÕn vµ mùc in), c«ng nghiÖp dÖt nhuém, c«ng nghiÖp s¬n , dïng trong thuéc da vµ còng cã thÓ dïng ®Ó tæng hîp biodiezel. Nãi chung, hÇu hÕt c¸c lo¹i dÇu thùc vËt th«ng dông ®Òu cã thÓ dïng ®Ó tæng hîp biodiezel. Tuy nhiªn, phô thuéc vµo hµm l­îng axit bÐo tù do kh¸c nhau trong tõng lo¹i dÇu mµ ®ßi hái qu¸ tr×nh xö lý vµ tinh chÕ kh¸c nhau. ë mçi vïng, mçi quèc gia cã thÕ m¹nh vÒ trång lo¹i c©y lÊy dÇu nµo th× cã thÓ tæng hîp biodiezel tõ dÇu cña lo¹i c©y trång Êy. N­íc ta rÊt cã thÕ m¹nh vÒ c¸c lo¹i c©y nh­ dõa, ®Ëu nµnh vµ thÇu dÇu, v× vËy cÇn ®Çu t­ vµ quy ho¹ch vïng trång trät, s¶n xuÊt ®Ó ®¶m b¶o l­îng nguyªn liÖu cho qu¸ tr×nh s¶n xuÊt biodiezel vèn sÏ ph¸t triÓn rÊt m¹nh trong t­¬ng lai gÇn. I.2.6. Vµi nÐt vÒ c©y dõa vµ dÇu dõa [6,11,13,17,21,25,30,32] C©y dõa lµ mét trong rÊt Ýt c¸c lo¹i c©y mµ tÊt c¶ c¸c bé phËn cña chóng ®Òu cã c«ng dông h÷u Ých. N­íc dõa lµm n­íc gi¶i kh¸t, c¬m dõa lµm thùc phÈm hay Ðp lÊy dÇu, vá ngoµi dõa dïng lµm nguyªn liÖu s¶n xuÊt than ho¹t tÝnh chÊt l­îng cao, vá trong dõa (g¸o dõa) chÕ t¸c thµnh c¸c s¶n phÈm thñ c«ng mü nghÖ, cµnh l¸ dõa dïng lµm vËt liÖu lîp m¸i nhµ, th©n vµ rÔ dõa ph¬i kh« dïng lµm cñi ®un hay vËt liÖu x©y dùng…ChÝnh v× vËy mµ dõa cßn cã tªn gäi lµ “c©y cña cuéc sèng” (tree of life). Dõa lµ lo¹i c©y th©n gç, sinh tr­ëng ë nh÷ng vïng khÝ hËu nhiÖt ®íi, cã thÓ chÞu ®­îc ®Êt mÆn, ®Êt c¸t rÊt tèt, do ®ã ta hay gÆp loµi c©y nµy ë nh÷ng vïng nhiÖt ®íi ven biÓn hay trªn c¸c ®¶o nhiÖt ®íi. Tuy vËy, dõa kh«ng thÓ sèng ®­îc ë vïng khÝ hËu l¹nh gi¸ bëi tÝnh chÞu l¹nh rÊt kÐm, thËm chÝ khi cßn nhá chØ mét ®ît l¹nh ng¾n ngµy còng cã thÓ lµm chÕt c©y. Dõa lµ loµi c©y ­a s¸ng, cÇn rÊt nhiÒu n¨ng l­îng tõ ¸nh s¸ng mÆt trêi nªn kh«ng thÓ ph¸t triÓn vµ cã thÓ tµn lôi khi sinh tr­ëng trong khu vùc kh«ng cã ¸nh n¾ng mÆt trêi (trong nhµ, d­íi t¸n cña c¸c lo¹i c©y kh¸c..). C©y dõa ®­îc nh©n gièng tõ qu¶ dõa, ®©y lµ mét lo¹i h¹t cã thÓ chÞu nhiÒu ®iÒu kiÖn thêi tiÕt nhÊt. Qu¶ dõa cã líp vá ngoµi ®Æc biÖt nhÑ vµ kh«ng thÊm n­íc, chóng lµm cho qu¶ dõa cã thÓ tr«i næi thêi gian dµi trªn biÓn tr­íc khi bÞ sãng ®¸nh vµ mét vïng ®Êt nµo ®ã ®Ó n¶y mÇm. Vá trong dõa rÊt cøng ®Ó b¶o vÖ mÇm vµ c¬m dõa. ChØ cÇn cã mét l­îng n­íc ngät cÇn thiÕt t­íi ®Òu ®Æn lµ dõa cã thÓ n¶y mÇm ®­îc.TÊt c¶ nh÷ng chÊt dinh d­ìng ban ®Çu cÇn thiÕt cho sù ph¸t triÓn cña c©y con ®Òu ®· cã ë trong c¬m vµ n­íc dõa nªn c©y dõa non kh«ng cÇn nhiÒu chÊt dinh d­ìng tõ ®Êt. Khi c©y dõa ph¸t triÓn, bé rÔ cña chóng ®©m s©u xuèng lßng ®Êt ®Ó hót n­íc vµ c¸c chÊt dinh d­ìng. Do bé rÔ chïm dµi vµ kháe nªn chóng cã thÓ tån t¹i ë nh÷ng vïng ®Êt c¸t, ®Êt mÆn bÒ mÆt ven biÓn mµ kh«ng cÇn ch¨m bãn hay t­íi n­íc. Dõa ®­îc trång rÊt nhiÒu ë nh÷ng n­íc nhiÖt ®íi, sau khi trång tõ 8-10 n¨m dõa b¾t ®Çu cho thu ho¹ch qu¶. C©y dõa cho tr¸i quanh n¨m,vµ thêi gian cho tr¸i cña c©y dõa kÐo dµi trong kho¶ng 70-80 n¨m, trung b×nh mét c©y cã thÓ cho mét chïm kho¶ng 60-80 tr¸i/th¸ng.Víi nh÷ng ®Æc tÝnh nh­ vËy, dõa ®· trë thµnh mét lo¹i c©y mang l¹i rÊt nhiÒu thu nhËp cho nhiÒu n­íc vïng nhiÖt ®íi. ë mét sè hßn ®¶o thuéc Th¸i B×nh D­¬ng, ®êi sèng cña nhiÒu ng­êi b¶n ®Þa phô thuéc hoµn toµn vµo lo¹i c©y nµy. DÇu dõa lµ lo¹i dÇu cã gi¸ trÞ vµ nhiÒu c«ng dông nhÊt trong c¸c lo¹i dÇu thùc vËt, chÝnh v× vËy dÇu dõa lµ mét trong c¸c lo¹i dÇu thùc vËt cã gi¸ thµnh ®¾t nhÊt. DÇu dõa ®­îc chiÕt xuÊt tõ c¬m dõa kh« (c¬m dõa ®­îc ph¬i kh« tù nhiªn d­íi ¸nh n¾ng mÆt trêi hay sÊy kh« d­íi t¸c dông cña nhiÖt ®é), môc ®Ých cña qu¸ tr×nh nµy lµ lo¹i bá phÇn lín l­îng n­íc cã trong c¬m dõa, n©ng cao gi¸ trÞ cña dÇu dõa. C¬m dõa kh« sau ®ã ®­îc ®­a vµo Ðp lÊy dÇu, b· dõa sau khi Ðp cã thÓ lµm thùc phÈm, ph©n bãn hay lµm thøc ¨n gia sóc rÊt tèt v× chóng cã chøa kh¸ nhiÒu protein (18-25%). C¬m dõa chøa hµm l­îng lín dÇu, tõ 65%-72% nªn trung b×nh cø 19 qu¶ cho mét lÝt dÇu dõa. S¶n l­îng dÇu dõa lu«n lín h¬n nhiÒu so víi c¸c lo¹i dÇu thùc vËt kh¸c, chiÕm 20% tæng s¶n l­îng c¸c lo¹i dÇu thùc vËt. MÆc dï lo¹i c©y nµy ®­îc trång réng r·i ë nhiÒu quèc gia nh­ng Philipin lµ n­íc s¶n xuÊt dÇu dõa lín nhÊt thÕ giíi. Trung b×nh hµng n¨m n­íc nµy s¶n xuÊt tíi 1,4 tû m3 dÇu dõa. ChØ 20% trong s¶n l­îng ®ã ®­îc sö dông cho nhu cÇu trong n­íc trong khi 80% l­îng dÇu dõa cßn l¹i dµnh cho xuÊt khÈu. DÇu dõa lµ chÊt láng mµu vµng nh¹t, kÕt tinh vµ ®«ng ®Æc khi nhiÖt ®é gi¶m xuèng d­íi 250C cho ta chÊt r¾n d¹ng s¸p mÒm mµu tr¾ng. Thµnh phÇn c¸c gèc axit bÐo trong triglyxerit cña dÇu dõa nh­ sau : B¶ng 1.2: Thµnh phÇn c¸c gèc axit bÐo trong dÇu dõa Thµnh phÇn  KÝ hiÖu (Sè nguyªn tö C:Liªn kÕt ®«i)  Hµm l­îng (%)   Axit Lauric  C12:0  39-54   Axit Myristic  C14:0  15-23   Axit Caprylic  C8:0  6-10   Axit Palmitic  C16:0  6-11   Axit Capric  C10:0  5-10   Axit Oleic  C18:1  4-11   Axit Stearic  C18:0  1- 4   Axit Linoleic  C18:2  1-2   Do thµnh phÇn nhiÒu gèc hydrocacbon no ®· dÉn ®Õn tÝnh chÊt nhiÖt ®é kÕt tinh cao cña dÇu dõa. C¸c th«ng sè lý hãa c¬ b¶n cña dÇu dõa ®­îc thÓ hiÖn trong b¶ng sau : B¶ng 1.3 : TÝnh chÊt lý hãa cña dÇu dõa TÝnh chÊt  Gi¸ trÞ   Tû träng ë 400C  0,9 - 0,94   TrÞ sè xetan  70   ChØ sè Ièt  8-10   NhiÖt ®é nãng ch¶y  250C   §é nhít ë 400C  25,58mm2/s   NhiÖt ®é ®«ng ®Æc  25,10C   NhiÖt ®é l­u chuyÓn  200C   §iÓm chíp ch¸y  2250C   ChØ sè xµ phßng hãa  246-260   Ngoµi ra, dÇu dõa cßn lµ mét chÊt dÉn nhiÖt hiÖu qu¶, cã kh¶ n¨ng b«i tr¬n cao, hßa trén tèt víi c¸c lo¹i nhiªn liÖu kh¸c (diezel , kerosen) vµ cã thÓ chuyÓn hãa sang nhiªn liÖu biodiezel mét c¸ch dÔ dµng. DÇu dõa cã thÓ sö dông trùc tiÕp lµm nhiªn liÖu cho ®éng c¬ diezel. So víi c¸c lo¹i dÇu thùc vËt kh¸c, dÇu dõa cã ­u ®iÓm lµ chØ sè ièt rÊt thÊp (tõ 8-10). ChØ sè ièt lµ th«ng sè ph¶n ¸nh hµm l­îng hidrocacbon kh«ng no trong nhiªn liÖu. §©y lµ mét th«ng sè quan träng cña dÇu thùc vËt quyÕt ®Þnh xem liÖu lo¹i dÇu thùc vËt ®ã cã thÓ sö dông trùc tiÕp lµm nhiªn liÖu cho ®éng c¬ diezel hay kh«ng. §èi víi c¸c lo¹i dÇu thùc vËt cã chØ sè ièt nhá h¬n 25 cã thÓ dïng trùc tiÕp lµm nhiªn liÖu mµ kh«ng ph¶i thay ®æi cÊu t¹o cña ®éng c¬, víi c¸c lo¹i dÇu cã chØ sè ièt lín h¬n th× kh¶ n¨ng trïng hîp t¨ng do hµm l­îng c¸c hi®rocacbon kh«ng no trong dÇu lín, do ®ã viÖc sö dông trùc tiÕp lµm nhiªn liÖu cho ®éng c¬ bÞ h¹n chÕ hay ®éng c¬ ph¶i thay ®æi cÊu t¹o mét sè chi tiÕt (vßi phun, bÇu läc…) míi cã thÓ thÝch hîp cho viÖc sö dông nh÷ng lo¹i dÇu thùc vËt ®ã. Nh­ vËy chØ cã dÇu dõa míi cã thÓ cã chØ sè ièt phï hîp ®Ó sö dông trùc tiÕp lµm nhiªn liÖu cho ®éng c¬ diezel, tuy nhiªn nhiÖt ®é nãng ch¶y cao (24-250C) ®· h¹n chÕ viÖc sö dông dÇu dõa lµm nhiªn liÖu ë c¸c vïng cã nhiÖt ®é thÊp. §Ó sö dông dÇu dõa trùc tiÕp lµm nhiªn liÖu cho ®éng c¬ diezel, ngoµi viÖc nhiÖt ®é m«i tr­êng ph¶i cao hay cã c¸ch gia nhiÖt c­ìng bøc ®Ó gi÷ cho dÇu dõa lu«n ë thÓ láng, ng­êi ta ph¶i thay ®æi chÕ ®é ch¹y cña ®éng c¬. Khi khëi ®éng vµ kÕt thóc ®éng c¬ sÏ sö dông nhiªn liÖu diezel, khi ch¹y æn ®Þnh sÏ chuyÓn sang dïng nhiªn liÖu dÇu dõa. V× qu¸ tr×nh ho¹t ®éng nµy kh¸ phøc t¹p nªn ng­êi ta cã thÓ trén mét phÇn dÇu dõa vµo diezel hoÆc kerosen ®Ó lµm nhiªn liÖu cho ®éng c¬. C¸c nghiªn cøu ®· chøng minh r»ng nÕu trén d­íi 20% dÇu dõa vµo nhiªn liÖu th× vÉn ®¶m b¶o ®­îc chÕ ®é ho¹t ®éng cña ®éng c¬ mµ kh«ng ph¶i thay ®æi cÊu t¹o. Tuy nhiªn nÕu xÐt trong mét thêi gian dµi th× lo¹i nhiªn liÖu sö dông trùc tiÕp dÇu dõa nµy vÉn mang ®Õn nh÷ng vÊn ®Ò xÊu cho ®éng c¬ nh­ l­îng cÆn b¸m vµo vßi phun, t¾c bÇu läc, gi¶m kho¶ng nhiÖt ®é ho¹t ®éng cña nhiªn liÖu…mµ lý do chÝnh vÉn lµ ®é linh ®éng kÐm cña lo¹i dÇu nµy. ChÝnh v× vËy mét vÊn ®Ò ®Æt ra lµ ph¶i gi¶m ®é nhít, gi¶m nhiÖt ®é ®«ng ®Æc cña dÇu dõa b»ng mét ph­¬ng ph¸p nµo ®ã mµ vÉn ®¶m b¶o kh¶ n¨ng sö dông lµm nhiªn liÖu cho ®éng c¬. Vµ ph­¬ng ph¸p tæng hîp biodiezel ®i tõ dÇu dõa ®· gi¶i quyÕt triÖt ®Ó vÊn ®Ò nµy. I.3. §éng c¬ vµ nhiªn liÖu diezel I.3.1. §éng c¬ diezel [2,4] §éng c¬ diezel ®­îc Rulof Diezel s¸ng chÕ vµo ®Çu thÕ kØ 20, vµ lµ lo¹i ®éng c¬ phæ biÕn nhÊt trªn thÕ giíi. MÆc dï ra ®êi sau ®éng c¬ x¨ng, nh­ng nã ®­îc sö dông rÊt réng r·i trong c«ng nghiÖp còng nh­ trong giao th«ng vËn t¶i (dïng cho c¸c lo¹i ph­¬ng tiÖn giao th«ng ®­êng bé, ®­êng s¾t vµ ®­êng thuû). Do cã tû sè nÐn cao h¬n ®éng c¬ x¨ng nªn ®éng c¬ diezel cã c«ng suÊt lín h¬n ®éng c¬ x¨ng khi sö dông cïng mét l­îng nhiªn liÖu. MÆt kh¸c, gi¸ nhiªn liÖu diezel l¹i rÎ h¬n gi¸ nhiªn liÖu x¨ng nªn thÕ giíi ®ang cã xu h­íng diezel ho¸ ®éng c¬.Tuy nhiªn cÊu t¹o phøc t¹p vµ cång kÒnh lµ hai nh­îc ®iÓm cÇn kh¾c phôc cña ®éng c¬ diezel. Nguyªn lý ho¹t ®éng cña ®éng c¬ diezel gÇn gièng víi ®éng c¬ x¨ng. §éng c¬ diezel còng cã 4 chu k× hót, nÐn, næ, x¶ nh­ng qu¸ tr×nh hót chØ hót kh«ng khÝ chø kh«ng hót hçn hîp nhiªn liÖu vµ kh«ng khÝ nh­ trong ®éng c¬ x¨ng. Kh«ng khÝ ®­îc nÐn tíi mét møc ®é nhÊt ®Þnh th× b¬m cao ¸p b¬m nhiªn liÖu vµo. Nhiªn liÖu phun vµo gÆp nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt rÊt cao cña kh«ng khÝ trong xylanh sÏ nhanh chãng bay h¬i råi tù bèc ch¸y. Qu¸ tr×nh ch¸y sÏ x¶y ra ë bÊt k× ®iÓm nµo trong xylanh mµ ë ®ã hçn hîp nhiªn liÖu vµ kh«ng khÝ thÝch hîp nhÊt. Nh­ vËy, trong ®éng c¬ diezel, ho¸ n¨ng cña qu¸ tr×nh ch¸y chuyÓn thµnh c¬ n¨ng. TÝnh chÊt lý ho¸ cña nhiªn liÖu sÏ ¶nh h­ëng lín ®Õn qu¸ tr×nh ch¸y vµ sinh c«ng cña ®éng c¬ diezel. I.3.2. Yªu cÇu vÒ nhiªn liÖu diezel [1,2,4] §Ó ®éng c¬ diezel lµ viÖc æn ®Þnh ®ßi hái nhiªn liÖu diezel ph¶i ®¶m b¶o c¸c chØ tiªu chÊt l­îng sau : * Ph¶i cã tÝnh tù ch¸y phï hîp : tÝnh chÊt nµy ®­îc ®¸nh gi¸ qua trÞ sè xetan. TrÞ sè xetan lµ ®¬n vÞ ®o quy ­íc ®Æc tr­ng cho kh¶ n¨ng tù b¾t löa cña nhiªn liÖu diezel, lµ mét sè nguyªn, cã gi¸ trÞ ®óng b»ng gi¸ tri cña hçn hîp chuÈn cã cïng kh¶ n¨ng tù b¾t ch¸y. Hçn hîp chuÈn nµy gåm hai hydrocacbon n-xetan (C16H34) quy ®Þnh lµ 100, cã kh¶ n¨ng b¾t ch¸y tèt vµ α-metyl naphtalen (C11H10) quy ®Þnh lµ 0, cã kh¶ n¨ng b¾t ch¸y kÐm [1]. TrÞ sè xetan x¸c ®Þnh theo tiªu chuÈn ASTM-D 613. Khi sö dông nhiªn liÖu diezel ph¶i chó ý ®Õn trÞ sè xetan phï hîp víi sè vßng quay cña ®éng c¬, nÕu kh«ng ®éng c¬ sÏ ho¹t ®éng kh«ng b×nh th­êng. Khi trÞ sè xetan thÊp h¬n yªu cÇu, ®éng c¬ lµm viÖc khã kh¨n, m¸y nãng, c«ng suÊt gi¶m. Khi trÞ sè xetan cña nhiªn liÖu cao h¬n møc yªu cÇu, h¬i nhiªn liÖu tù ch¸y qu¸ nhanh nªn ch¸y kh«ng hoµn toµn, x¶ khãi ®en, tiªu hao nhiªn liÖu, lµm bÈn m¸y vµ g©y « nhiÔm m«i tr­êng. * Cã kh¶ n¨ng t¹o hçn hîp ch¸y tèt : kh¶ n¨ng bay h¬i tèt vµ phun trén tèt ®­îc ®¸nh gi¸ qua thµnh phÇn ph©n ®o¹n, ®é nhít, tû träng vµ søc c¨ng bÒ mÆt. + Thµnh phÇn ch­ng ph©n ®o¹n : Thµnh phÇn ch­ng cÊt ph©n ®o¹n cã ¶nh h­ëng lín ®èi víi tÝnh n¨ng cña ®éng c¬ diezel, chØ tiªu nµy ®­îc x¸c ®Þnh theo tiªu chuÈn ASTM D 86. - NhiÖt ®é s«i 10% ®Æc tr­ng cho phÇn nhÑ dÔ bèc h¬i cña nhiªn liÖu. NÕu thµnh phÇn nhÑ qu¸ cao, khi ch¸y sÏ lµm t¨ng nhanh ¸p suÊt, ®éng c¬ lµm viÖc qu¸ “cøng” sÏ dÉn tíi ch¸y kÝch næ. Thµnh phÇn nhÑ nhiÒu cßn dÉn tíi sù phun s­¬ng kh«ng tèt, gi¶m tÝnh ®ång nhÊt cña hçn hîp ch¸y, lµm cho khÝ ch¸y t¹o nhiÒu khãi ®en, t¹o muéi, lµm bÈn m¸y vµ pha lo·ng dÇu nhên, ®éng c¬ lµm viÖc kÐm c«ng suÊt, gi¶m tuæi thä. - NhiÖt ®é s«i 50% ®Æc tr­ng cho kh¶ n¨ng khëi ®éng cña ®éng c¬. Nhiªn liÖu cã t50% thÝch hîp sÏ lµm ®éng c¬ khëi ®éng dÔ dµng. - NhiÖt ®é s«i 90% vµ nhiÖt ®é s«i cuèi ®Æc tr­ng cho kh¶ n¨ng ch¸y hoµn toµn cña h¬i nhiªn liÖu. + §é nhít ®éng häc : §é nhít cña nhiªn liÖu diezel rÊt quan träng v× nã ¶nh h­ëng ®Õn kh¶ n¨ng b¬m vµ phun trén nhiªn liÖu vµo buång ®èt. §é nhít cña nhiªn liÖu cã ¶nh h­ëng lín ®Õn kÝch th­íc vµ h×nh d¹ng cña kim phun. §é nhít ®éng häc ®­îc x¸c ®Þnh ë 400C theo ph­¬ng ph¸p thö ASTM D 445 * TÝnh l­u biÕn tèt : ®Ó ®¶m b¶o kh¶ n¨ng cÊp liÖu liªn tôc, yªu cÇu nµy ®­îc ®¸nh gi¸ b»ng nhiÖt ®é ®«ng ®Æc, nhiÖt ®é vÈn ®ôc, t¹p chÊt c¬ häc, hµm l­îng n­íc, nhùa. + §iÓm ®«ng ®Æc : Lµ nhiÖt ®é thÊp nhÊt mµ nhiªn liÖu vÉn gi÷a ®­îc tÝnh chÊt cña chÊt láng. §iÓm ®«ng ®Æc ®­îc x¸c ®Þnh theo ph­¬ng ph¸p ASTM D 97. + N­íc vµ t¹p chÊt c¬ häc : §©y lµ mét trong nh­ng chØ tiªu quan träng cña nhiªn liÖu diezel. N­íc vµ cÆn cã ¶nh h­ëng ®Õn chÊt l­îng, tån chøa vµ sö dông. N­íc vµ t¹p chÊt trong diezel ®­îc x¸c ®Þnh theo ph­¬ng ph¸p ASTM D 1796. + Hµm l­îng nhùa thùc tÕ : Sau khi ra khái nhµ m¸y, trong qu¸ tr×nh tån chøa, vËn chuyÓn, b¶o qu¶n nhiªn liÖu kh«ng tr¸nh khái viÖc tiÕp xóc víi n­íc vµ kh«ng khÝ cã thÓ t¹o nhùa, cïng víi c¸c cÆn bÈn c¬ häc lµm t¾c bÇu läc, bÈn buång ®èt, t¾c hÖ thèng phun nhiªn liÖu. V× vËy hµm l­îng nhùa thùc tÕ ph¶i ®­îc quy ®Þnh d­íi møc giíi h¹n cho phÐp vµ ®­îc x¸c ®Þnh theo ph­¬ng ph¸p ASTM D381. + NhiÖt ®é vÈn ®ôc : §©y lµ mét chØ tiªu quan träng, lµ nhiÖt ®é t¹i ®ã c¸c tinh thÓ s¸p xuÊt hiÖn trong nhiªn liÖu ë ®iÒu kiÖn thö nghiÖm x¸c ®Þnh. NhiÖt ®é vÈn ®ôc ®­îc x¸c ®Þnh theo ph­­ong ph¸p ASTM D 2500. * Ýt t¹o cÆn trong qu¸ tr×nh ch¸y : kh¶ n¨ng nµy phôc thuéc vµo thµnh phÇn ph©n ®o¹n vµ hµm l­îng tro. + Hµm l­îng tro : Lµ l­îng tro cßn l¹i sau khi ®èt diezel ®Õn ch¸y hÕt, ®­îc tÝnh b»ng % khèi l­îng cña l­îng tro so cíi l­îng mÉu ban ®Çu. Hµm l­îng tro ®­îc x¸c ®Þnh theo ph­¬ng ph¸p ASTM _ D 485. Hµm l­îng tro cña nhiªn liÖu diezel cµng thÊp cµng tèt vµ ®­îc quy ®Þnh ë d­íi møc giíi h¹n cho phÐp. * Ýt ¨n mßn, cã kh¶ n¨ng b¶o vÖ : kh¶ n¨ng nµy cña nhiªn liÖu ®­îc ®¸nh gi¸ qua trÞ sè axit, hµm l­îng l­u huúnh, ®é ¨n mßn l¸ ®ång vµ hµm l­îng mercaptan. + TrÞ sè axit : §­îc x¸c ®Þnh theo ph­¬ng ph¸p ASTM D 974. TrÞ sè axit tÝnh b»ng sè mg KOH ®Ó trung hoµ hÕt l­îng axit tù do trong 1g nhiªn liÖu. TrÞ sè nµy ph¶n ¸nh hµm l­îng axit tù do (c¶ v« c¬ vµ h÷u c¬) trong nhiªn liÖu vµ qua ®ã ®¸nh gi¸ ®­îc møc ®é ¨n mßn cña c¸c chi tiÕt kim lo¹i khi tiÕp xóc víi nhiªn liÖu. + Hµm l­îng l­u huúnh : L­u huúnh trong diezel tån t¹i ë nhiÒu d¹ng kh¸c nhau nh­ mercaptan, sunfat, thiophen…C¸c hîp chÊt l­u huúnh trong diezel ®Òu cã h¹i. Chóng g©y ¨n mßn, t¹o khãi th¶i ®éc h¹i lµm « nhiÔm m«i tr­êng. Hµm l­îng l­u huúnh ®­îc x¸c ®Þnh theo ph­¬ng ph¸p ASTM D 129 vµ cã gi¸ trÞ cµng thÊp cµng tèt. + §é ¨n mßn l¸ ®ång : Nh»m ®¸nh gi¸ cã tÝnh chÊt ®Þnh tÝnh ®é ¨n mßn cña nhiªn liÖu ®èi víi c¸c chi tiÕt chÕ t¹o tõ ®ång, x¸c ®Þnh theo ph­¬ng ph¸p ASTM D 130. * An toµn vÒ ph­¬ng diÖn ch¸y næ : thÓ hiÖn qua nhiÖt ®é chíp ch¸y. + NhiÖt ®é chíp ch¸y : NhiÖt ®é chíp ch¸y lµ nhiÖt ®é thÊp nhÊt (ë ®iÒu kiÖn ¸p suÊt kh«ng khÝ) mÉu nhiªn kiÖu thö nghiÖm hÇu nh­ b¾t ch¸y khi ngän löa xuÊt hiÖn vµ tù lan truyÒn mét c¸ch nhanh chãng trªn bÒ mÆt mÉu. NhiÖt ®é chíp ch¸y cèc kÝn ®­îc x¸c ®Þnh theo ph­¬ng ph¸p ASTM D 93. Cã thÓ tham kh¶o c¸c chØ tiªu chÊt l­îng nhiªn liÖu diezel cña ViÖt Nam trong b¶ng sau : B¶ng 1.4 : ChØ tiªu chÊt l­îng cña mét sè lo¹i nhiªn liÖu diezel cña ViÖt Nam Tªn chØ tiªu  Møc  Ph­¬ng ph¸p thö    DO 0,5% S  DO 1,0 % S    TrÞ sè xetan, min  50  45  ASTM D 976   Hµm l­îng l­u huúnh(% kl), max  0,5  1,0  ASTM D 129 ASTM D 2622   NhiÖt ®é cÊt( 0C) 90% thÓ tÝch, max  370  370  TCVN 2698-95   §iÓm chíp ch¸y cèc kÝn (0C), min  60  50  ASTM D 93   §é nhít ®éng häc ë 400C(cSt , mm2/s)  1,8-5,0  1,8-5,0  ASTM D 445   CÆn carbon cña 10% ch­ng cÊt, % kl, max  0,3  0,3  ASTM D 189 TCVN 6321-97   §iÓm ®«ng ®Æc (0C), max - C¸c tØnh phÝa B¾c - C¸c tØnh phÝa Nam (tõ §µ N½ng trë vµo)  +5 +9  +5 +9  TCVN 3753-95 ASTM D 97   Hµm l­îng tro, %kl, max  0,01  0,01  TCVN 2690-95 ASTM D 482   Hµm l­îng n­íc-t¹p chÊt c¬ häc, %V, max  0,05  0,05  ASTM D 2709   ¨n mßn m¶nh ®ång ë 500C trong 3h, max  N01  N01  ASTM D 130 TCVN 3178-79   Hµm l­îng nhùa tÕ, mg/100ml  B¸o c¸o  B¸o c¸o    I.3.3. KhÝ th¶i cña nhiªn liÖu diezel truyÒn thèng [28,35] Nhiªn liÖu diezel chñ yÕu ®­îc lÊy tõ hai nguån chÝnh lµ qu¸ tr×nh ch­ng cÊt trùc tiÕp dÇu má vµ qu¸ tr×nh cracking xóc t¸c. C¸c thµnh phÇn phi hydrocacbon trong nhiªn liÖu diezel nh­ c¸c hîp chÊt l­u huúnh, nit¬, nhùa, asphanten…t­¬ng ®èi cao, chóng kh«ng nh÷ng g©y nªn c¸c vÊn ®Ò vÒ ®éng c¬ mµ cßn g©y « nhiÔm m«i tr­êng m¹nh. §Æc biÖt ngµy nay víi xu h­íng diezel ho¸ ®éng c¬ th× vÊn ®Ò « nhiÔm m«i tr­êng cµng trë lªn cÊp thiÕt. C¸c lo¹i khÝ th¶i chñ yÕu cña ®éng c¬ diezel lµ SO2, NOx, CO, CO2, hydrocacbon th¬m... KhÝ SO2 kh«ng nh­ng g©y ¨n mßn mµ cßn g©y m­a axit, t¸c ®éng xÊu ®Õn søc khoÎ con ng­êi, mïa mµng, c©y cèi… KhÝ CO2 lµ nguyªn nh©n g©y hiÖu øng nhµ kÝnh. KhÝ CO ®­îc t¹o ra do qu¸ tr×nh ch¸y kh«ng hoµn toµn cña nhiªn liÖu, nã lµ lo¹i khÝ kh«ng mµu, kh«ng mïi, kh«ng vÞ, kh«ng g©y kÝch thÝch da nh­ng nã rÊt nguy hiÓm víi con ng­êi. L­îng CO kho¶ng 70 phÇn triÖu (ppm) cã thÓ g©y c¸c triÖu chøng nh­ ®au ®Çu, mÖt mái, buån n«n. L­îng CO kho¶ng 150-200ppm g©y bÊt tØnh, mÊt trÝ nhí vµ cã thÓ dÉn ®Õn chÕt ng­êi. Thµnh phÇn hydrocacbon kh«ng ch¸y hÕt trong khÝ th¶i ®Æc biÖt lµ c¸c hydrocacbon th¬m lµ nguyªn nh©n g©y ra bÖnh ung th­. Ngoµi ra, c¸c chÊt r¾n d¹ng h¹t rÊt nhá khã nhËn biÕt cã lÉn trong khÝ th¶i còng g©y « nhiÔm kh«ng khÝ vµ lµ nguyªn nh©n g©y ra c¸c bÖnh vÒ h« hÊp. C¸c n­íc trªn thÕ giíi hiÖn nay ®Òu quan t©m ®Õn vÊn ®Ò vÒ hiÖu qu¶ kinh tÕ vµ m«i tr­êng, v× vËy xu h­íng ph¸t triÓn cña nhiªn liÖu diezel lµ tèi ­u ho¸ trÞ sè xetan, gi¶m hµm l­îng l­u huúnh xuèng møc thÊp nhÊt, më réng nguån nhiªn liÖu vµ t×m kiÕm nh­ng nhiªn liÖu s¹ch Ýt g©y « nhiÔm m«i tr­êng. Tr­íc khi t×m ra nh÷ng nguån nhiªn liÖu s¹ch míi cã thÓ ®¸p øng toµn bé nh÷ng chØ tiªu kinh tÕ vµ m«i tr­êng ®ã th× viÖc n©ng cao chÊt l­îng nhiªn liÖu diezel kho¸ng hiÖn cã lµ rÊt cÇn thiÕt. I.3.4. C¸c ph­¬ng ph¸p n©ng cao chÊt l­îng nhiªn liÖu diezel [2,4] Cã bèn ph­¬ng ph¸p cã thÓ lµm s¹ch vµ n©ng cao chÊt l­îng cña nhiªn liÖu diezel : * Ph­¬ng ph¸p pha trén : Sö dông viÖc pha trén gi÷a diezel s¹ch víi diezel bÈn h¬n ®Ó thu ®­îc diezel ®¶m b¶o chÊt l­îng. Ph­¬ng ph¸p nµy cã hiÖu qu¶ kinh tÕ kh¸ cao, cã thÓ pha trén víi c¸c tû lÖ kh¸c nhau ®Ó cã nhiªn liÖu diezel tho¶ m·n yªu cÇu. Tuy nhiªn trªn thÕ giíi cã rÊt Ýt nguån dÇu th« s¹ch (cã Ýt thµnh phÇn phi hydrocacbon) nªn ph­¬ng ph¸p nµy kh«ng cã tÝnh phæ biÕn cao. * Ph­¬ng ph¸p hydro ho¸ lµm s¹ch : Ph­¬ng ph¸p nµy cã ­u ®iÓm lµ hiÖu qu¶ lµm s¹ch rÊt cao, c¸c hîp chÊt phi hy®rocacbon ®­îc gi¶m xuèng rÊt thÊp nªn nhiªn liÖu diezel rÊt s¹ch. Tuy nhiªn ph­¬ng ph¸p nµy Ýt ®­îc lùa chän v× vèn ®Çu t­ kh¸ cao. * Ph­¬ng ph¸p nhò ho¸ nhiªn liÖu diezel : B¶n chÊt cña ph­¬ng ph¸p nµy lµ ®­a n­íc vµo nhiªn liÖu diezel ®Ó t¹o thµnh d¹ng nhò t­¬ng. Lo¹i nhiªn liÖu nµy cã nång ®é oxy cao h¬n nªn qu¸ tr×nh ch¸y s¹ch h¬n. NÕu ®­a vµo sö dông trong thùc tÕ th× ph­¬ng ph¸p nµy kh«ng nh÷ng gãp phÇn gi¶m ®­îc « nhiÔm m«i tr­êng mµ cßn cã gi¸ trÞ kinh tÕ rÊt cao. Tuy nhiªn hiÖn nay ph­¬ng ph¸p nµy vÉn ®ang trong giai ®o¹n nghiªn cøu thö nghiÖm trong phßng thÝ nghiÖm. * Ph­¬ng ph¸p ®­a chÊt chøa oxy vµo nhiªn liÖu diezel kho¸ng gäi lµ nhiªn liÖu sinh häc. D¹ng nhiªn liÖu nµy còng cã nång ®é oxy cao h¬n, gi¶m l­îng cÆn bÈn, t¹p chÊt , v× vËy qu¸ tr×nh ch¸y s¹ch vµ Ýt t¹o cÆn. Trong bèn ph­¬ng ph¸p trªn th× ph­¬ng ph¸p thø t­ lµ ph­¬ng ph¸p ®­îc nhiÒu n­íc quan t©m nhiÒu nhÊt vµ tËp trung nghiªn cøu nhiÒu nhÊt v× ®©y lµ ph­¬ng ph¸p lÊy tõ nguån nguyªn liÖu sinh häc. §ã lµ nguån nguyªn liÖu cã thÓ coi lµ v« tËn, t¸i sö dông ®­îc. Nhiªn liÖu sinh häc tæng hîp tõ sinh khèi khi ch¸y t¹o ra rÊt Ýt c¸c khÝ th¶i nh­ CO, SOx, H2S, hydrocacbon th¬m...nªn gi¶m thiÓu kh¶ n¨ng g©y « nhiÔm m«i tr­êng rÊt nhiÒu.Trong sè c¸c nhiªn liÖu ®ã, biodiezel xuÊt hiÖn nh­ lµ mét nhiªn liÖu sinh häc ®iÓn h×nh, ®·, ®ang vµ sÏ lµ nguån nhiªn liÖu lý t­ëng trong t­¬ng lai thay thÕ cho nhiªn liÖu kho¸ng sÏ bÞ khai th¸c c¹n kiÖt trong mét t­¬ng lai kh«ng xa. I.4. Tæng quan vÒ biodiezel I.4.1. Nhiªn liÖu sinh häc Trong c¸c ph­¬ng ph¸p nh»m n©ng cao chÊt l­îng nhiªn liÖu diezel th× ph­¬ng ph¸p sö dông nhiªn liÖu sinh häc lµ ph­¬ng ph¸p cã hiÖu qu¶ nhÊt vµ ®­îc sö dông nhiÒu nhÊt. Nhiªn liÖu sinh häc ®­îc ®Þnh nghÜa lµ bÊt cø lo¹i nhiªn liÖu nµo nhËn ®­îc tõ sinh khèi. Chóng bao gåm bioetanol, biodiezel, biogas, dimetylete sinh häc vµ dÇu thùc vËt. Nhiªn liÖu sinh häc ®­îc sö dông nhiÒu hiÖn nay trong giao th«ng vËn t¶i lµ etanol sinh häc, diezel sinh häc vµ x¨ng pha etanol. Cã thÓ so s¸nh gi÷a nhiªn liÖu cã nguån gèc dÇu má víi nhiªn liÖu sinh häc nh­ sau : B¶ng 1.5 : So s¸nh nhiªn liÖu sinh häc vµ nhiªn liÖu kho¸ng Nhiªn liÖu dÇu má  Nhiªn liÖu sinh häc   S¶n xuÊt tõ dÇu má  S¶n xuÊt tõ nguyªn liÖu thùc vËt   Cã hµm l­îng l­u huúnh cao  Hµm l­îng l­u huúnh cùc thÊp   Chøa hµm l­îng chÊt th¬m  Kh«ng chøa hamg l­îng chÊt th¬m   Khã ph©n huû sinh häc  Cã kh¶ n¨ng ph©n huû sinh häc cao   Kh«ng chøa hµm l­îng oxy  Cã 11% oxy   §iÓm chíp ch¸y cao  §iÓm chíp ch¸y cao   Nh­ vËy, viÖc ph¸t triÓn nhiªn liÖu sinh häc cã lîi vÒ nhiÒu mÆt nh­ gi¶m ®¸ng kÓ c¸c khÝ th¶i ®éc h¹i, më réng nguån n¨ng l­îng, ®¶m b¶o an ninh n¨ng l­îng, gi¶m sù phô thuéc vµo nhiªn liÖu nhËp khÈu ®ång thêi ®em l¹i nhiÒu lîi nhuËn cho c¸c nhµ m¸y s¶n xuÊt vµ t¹o nhiÒu viÖc lµm cho ng­êi d©n… I.4.2. Giíi thiÖu vÒ biodiezel [7,8,14,15,36,37] Tr­íc ®©y, khi ®éng c¬ diezel ®­îc ph¸t minh ra th× nhiªn liÖu ®Çu tiªn ®­îc sö dông cho lo¹i ®éng c¬ nµy lµ dÇu thùc vËt. Nh­ng nguyªn liÖu dÇu thùc vËt ®· kh«ng ®­îc lùa chän lµm nhiªn liÖu cho ®éng c¬ diezel v× gi¸ cña dÇu thùc vËt ®¾t h¬n gi¸ cña diezel kho¸ng. GÇn ®©y, do sù t¨ng gi¸ cña nhiªn liÖu diezel cã nguån gèc tõ dÇu má (diezel kho¸ng) vµ sù h¹n chÕ vÒ nguån nhiªn liÖu mµ ng­êi ta l¹i h­íng sù quan t©m trë l¹i dÇu thùc vËt víi nh÷ng lîi Ých vÒ m«i tr­êng vµ kh¶ n¨ng t¸i sinh cña nã. ViÖc sö dông dÇu thùc vËt nh­ lµ mét nhiªn liÖu thay thÕ ®Ó c¹nh tranh víi dÇu má ®· ®­îc b¾t ®Çu tõ nh÷ng n¨m 1980. So víi nhiªn liÖu diezel kho¸ng truyÒn thèng, dÇu thùc vËt cã nhiÒu ­u ®iÓm nh­ hµm l­îng l­u huúnh thÊp h¬n, hµm l­îng chÊt th¬m rÊt Ýt, ®é nhít cao h¬n, kh¶ n¨ng bay h¬i kÐm, dÔ bÞ vi khuÈn ph©n huû vµ ®Æc biÖt lµ cã kh¶ n¨ng t¸i sinh ®­îc (do cã thÓ trång ®­îc c¸c lo¹i c©y lÊy dÇu lµm nguån nguyªn liÖu tæng hîp). Tuy nhiªn, h¹n chÕ chÝnh ®èi víi viÖc sö dông dÇu thùc vËt lµm nhiªn liÖu diezel chÝnh lµ ®é nhít. DÇu thùc vËt cã ®é nhít rÊt cao, gÊp 10 ®Õn 20 lÇn nhiªn liÖu diezel th«ng th­êng (thËm chÝ dÇu thÇu dÇu cßn cã ®é nhít gÊp 100 lÇn) nªn chóng ¶nh h­ëng ®Õn qu¸ tr×nh b¬m phun, ch¸y t¹o cÆn trong ®éng c¬. V× vËy sù pha lo·ng, nhò ho¸, nhiÖt ph©n, cracking xóc t¸c vµ metyl este ho¸ lµ c¸c gi¶i ph¸p kÜ thuËt sö dông ®Ó gi¶m ®é nhít cña dÇu thùc vËt: - Pha lo·ng dÇu thùc vËt : §é nhít cña dÇu thùc vËt cã thÓ ®­îc gi¶m xuèng b»ng viÖc pha lo·ng dÇu víi etanol tinh khiÕt, hoÆc hçn hîp 25% dÇu h­íng d­¬ng vµ 75% dÇu diezel kho¸ng ®Ó thu ®­îc nhiªn liÖu cã ®é nhít phï hîp. Tuy nhiªn, ®é nhít cña hçn hîp nhiªn liÖu theo ph­¬ng ph¸p trén nµy vÉn cao h¬n chØ tiªu cho phÐp (lín h¬n 4,1 cSt t¹i 400C ) nªn hçn hîp nµy kh«ng phï hîp cho viÖc sö dông l©u dµi lµm nhiªn liÖu cña ®éng c¬ diezel . - Sö dông d¹ng nhò ho¸ dÇu thùc vËt : §Ó gi¶m ®é nhít cao cña dÇu thùc vËt, ng­êi ta tiÕn hµnh nhò ho¸ dÇu thùc vËt víi c¸c chÊt láng kh«ng thÓ hoµ tan ®­îc nh­ etanol, metanol. Ph­¬ng ph¸p nµy hiÖn nay ®ang ®­îc nghiªn cøu. - NhiÖt ph©n dÇu thùc vËt : NhiÖt ph©n dÇu thùc vËt b»ng nhiÖt ®é cao kh«ng cã mÆt cña oxy ta thu ®­îc c¸c ankan, anken, ankadien, c¸c axit cacboxylic, hîp chÊt th¬m vµ l­îng nhá c¸c s¶n phÈm khÝ. Qu¸ tr×nh nhiÖt ph©n c¸c hîp chÊt bÐo ®­îc thùc hiÖn c¸ch ®©y h¬n 100 n¨m ë nh÷ng n¬i cã Ýt hoÆc kh«ng cã dÇu má. - Cracking xóc t¸c dÇu thùc vËt : Cracking dÇu thùc vËt sÏ t¹o ra c¸c ankan, xycloankan, alkylbenzen…lµm nhiªn liÖu rÊt tèt tuy nhiªn ®Çu t­ cho mét d©y chuyÒn cracking xóc t¸c rÊt tèn kÐm. - ChuyÓn ho¸ este t¹o biodiezel : Qu¸ tr×nh nµy t¹o ra c¸c alkyl este cña axit bÐo cã träng l­îng ph©n tö vµ ®é nhít thÊp h¬n nhiÒu so víi c¸c ph©n tö dÇu thùc vËt ban ®Çu. C¸c este nµy cã träng l­îng ph©n tö b»ng mét phÇn ba khèi l­îng phÇn tö cña dÇu thùc vËt vµ cã ®é nhít thÊp xÊp xØ b»ng dÇu kho¸ng. Hçn hîp bao gåm c¸c alkyl este cña axit bÐo ®ã gäi lµ biodiezel, chóng cã tÝnh chÊt rÊt phï hîp cho viÖc lµm nhiªn liÖu cho ®éng c¬ diezel.