Học Tốt Học

Dầu diesel sinh học có thể sản xuất từ gì

Hiện nay trên thị trường phần lớn dầu diesel đang lưu hành đều được điều chế từ dầu mỏ. Khí thải ra khi đốt diesel dầu mỏ là một trong những thủ phạm gây ô nhiễm môi trường. Chính vì thế, việc tìm ra loại nhiên liệu diesel sinh học [BDF] "thân thiện môi trường" đã được các quốc gia hết sức quan tâm. Từ những năm 1970, thế giới đã nghiên cứu sản xuất BDF nhằm thay thế diesel dầu mỏ.

Tại Việt Nam cũng đã có nhiều đề tài nghiên cứu sản xuất BDF được đầu tư nhưng hầu hết là nghiên cứu để áp dụng công nghệ từ nước ngoài, thí dụ công nghệ điều chế BDF bằng sóng siêu âm của Nhật Bản. Tuy nhiên, sản phẩm làm ra đều có giá thành cao.

Ðể khắc phục nhược điểm chi phí thiết bị lớn, giá thành sản phẩm cao, Phạm Văn Ðức có hướng nghiên cứu khác - nghiên cứu chất xúc tác đẩy nhanh các phản ứng hóa học.

Anh cho biết: "Bí quyết của công nghệ nội này là ở hỗn hợp chất xúc tác lỏng, được điều chế từ những hóa chất giá "bèo" nhưng có thể "mời" glyxerin ra khỏi axit béo trong dầu thực vật phế thải. Xúc tác làm phản ứng kết tủa tạo thành xà-phòng diễn ra nhanh hơn, xà-phòng và glyxerin chìm dưới đáy thùng, phần nổi lên trên là biodiesel vàng óng trong veo. Sau khi phát huy hết tác dụng, hỗn hợp này đi xuống theo cặn bẩn, không làm ảnh hưởng đến chất lượng BDF".

Phạm Văn Ðức trải qua nhiều vất vả thời sinh viên: đi học, đi dạy kèm, sửa máy tính cho chủ nhà trọ... để có tiền ăn học. Quê Ðức ở vùng biển Hoài Nhơn [Bình Ðịnh], từ nhỏ anh đã biết đến đánh bắt hải sản, biết bảo quản tôm cá trên tàu trong những chuyến đi dài ngày bằng cách rán sơ qua. Nhìn những thùng dầu, mỡ đã sử dụng vàng sánh, anh thường liên tưởng ngay đến dầu diesel thường mua để chạy tàu. Những ngày ấy, cứ khoảng một tuần, chủ tàu lại đổ đi hàng chục thùng dầu ăn, lãng phí mà không biết làm thế nào.

Nhớ lại kỷ niệm những ngày ra khơi thuở trước, Ðức tự đặt câu hỏi: "Tại sao người ta không chỉ đơn thuần dùng phản ứng hóa học để điều chế BDF mà cần phải có sự trợ giúp của các thiết bị hiện đại để các chất chuyển hóa nhanh hơn?". Ðể trả lời câu hỏi này, anh đã miệt mài tìm cách tự giải đáp. Quá trình chuyển từ dầu phế thải thành BDF của các công nghệ nước ngoài diễn ra từ 12 đến 14 giờ, còn với công nghệ của anh, quá trình này là 20 đến 30 phút.

Một ưu điểm nữa của công nghệ điều chế nội này là không kén chọn nguyên liệu đầu vào. Dầu thực vật đã qua sử dụng, mỡ cá, dầu cao-su... đều có thể cho ra BDF. Giờ đây, nếu ứng dụng công nghệ điều chế biodiesel, thứ phế thải này lại trở thành một thứ nhiên liệu "thân thiện môi trường", giá lại rẻ hơn diesel điều chế từ dầu mỏ.

Ðể sản xuất BDF quy mô lớn, Ðức có kế hoạch xây dựng mạng lưới thu mua dầu thực vật phế thải từ các nhà hàng, nhà máy sản xuất thực phẩm thông qua những người thu mua ve chai, đồng nát. GS Nguyễn Lân Dũng biết đến đề tài điều chế biodiesel từ dầu thực vật phế thải của Ðức qua câu chuyện vợ ông kể về cậu gia sư một người bệnh của bà. Ðức chính là gia sư của người bệnh ấy. Cuộc trao đổi giữa nhà khoa học đầu bạc với chàng sinh viên đam mê sáng tạo đã có sự đồng cảm về phương pháp và niềm say mê.

Tuy không trực tiếp đứng ra tổ chức triển khai song GS Nguyễn Lân Dũng đã giới thiệu anh với Công ty Ðầu tư và Phát triển Tâm Sinh Nghĩa - đơn vị đã đầu tư xây dựng nhà máy sản xuất dầu diesel từ dầu thực vật phế thải.

Phạm Mỵ

Khi bạn làm cho dầu diesel sinh học, động học phản ứng chậm và chuyển giao khối lượng nghèo đang giảm năng lực nhà máy diesel sinh học của bạn và năng suất dầu diesel sinh học của bạn và chất lượng. Lò phản ứng siêu âm Hielscher cải thiện động học transesterification đáng kể. Do đó thấp hơn methanol dư thừa và ít chất xúc tác được yêu cầu cho chế biến dầu diesel sinh học.

Dầu diesel sinh học là thường được sản xuất trong lò phản ứng hàng loạt bằng cách sử dụng nhiệt và trộn cơ khí như đầu vào năng lượng. Trộn cavitational siêu âm là một hiệu quả thay thế có nghĩa là để đạt được một pha trộn tốt hơn trong chế biến diesel sinh học thương mại. Siêu âm cavitation cung cấp năng lượng kích hoạt cần thiết cho việc transesterification diesel sinh học công nghiệp.

Transesterification [hóa học Dầu diesel sinh học Chuyển đổi

Sản xuất dầu diesel sinh học từ dầu thực vật [ví dụ: đậu nành, canola, Jatropha, hạt hướng dương hoặc Tảo] hoặc chất béo động vật, liên quan đến cơ sở-xúc tác transesterification của axit béo với methanol hoặc ethanol để cung cấp cho các este methyl tương ứng hoặc Este ethyl. Glycerin là một sản phẩm phụ không thể tránh khỏi của phản ứng này.

Dầu thực vật như mỡ động vật là chất béo trung tính bao gồm ba chuỗi axit béo bị ràng buộc bởi một phân tử glycerin. Triglycerides là Este. Este là axit, như axit béo, kết hợp với một rượu. Glycerine [= glycerol] là một loại rượu nặng. Trong quá trình chuyển đổi các este Triglyceride được biến thành các este alkyl [= Biodiesel] sử dụng chất xúc tác [Lye] và thuốc thử rượu, ví dụ methanol, mang lại methyl Este diesel sinh học. Methanol thay thế glycerin.

Glycerine – giai đoạn nặng hơn – sẽ chìm xuống đáy. Biodiesel – giai đoạn nhẹ hơn – nổi trên đầu và có thể được tách ra, ví dụ như bằng máy tách hoặc máy ly tâm. Quá trình chuyển đổi này được gọi là transesterification.

Phản ứng este hóa thông thường trong xử lý hàng loạt có xu hướng chậm, và tách pha glycerin tốn nhiều thời gian, thường dùng 5 giờ trở lên.

Ultrasonics cho sản xuất Biodiesel

"Chúng tôi đã rất hài lòng với thiết bị và dịch vụ của Hielscher và chúng tôi có mọi ý định bao gồm công nghệ ultrasonication Hielscher trong tất cả các nỗ lực trong tương lai của chúng tôi."

Todd Stephens, Tulsa nhiên liệu sinh học

Ngày nay, dầu diesel sinh học chủ yếu được sản xuất trong các lò phản ứng hàng loạt. Chuyển đổi diesel sinh học siêu âm cho phép xử lý nội tuyến liên tục. Ultrasonication có thể đạt được một năng suất diesel sinh học vượt quá 99%. Lò phản ứng siêu âm giảm thời gian xử lý từ việc xử lý hàng loạt thông thường từ 1 đến 4 giờ đến dưới 30 giây. Quan trọng hơn, ultrasonication làm giảm thời gian tách từ 5 đến 10 giờ [sử dụng kích động thông thường] đến ít hơn 60 phút. Ultrasonication cũng giúp giảm số lượng chất xúc tác cần thiết lên đến 50% do hoạt động hóa học tăng lên trong sự hiện diện của cavitation [xem thêm Sonochemistry]. Khi sử dụng ultrasonication lượng methanol dư thừa cần được giảm, quá. Một lợi ích khác là sự tăng kết quả trong độ tinh khiết của glycerin.

Sản xuất siêu âm dầu diesel sinh học liên quan đến các bước sau:

dầu thực vật hoặc mỡ động vật đang được trộn lẫn với methanol [mà làm cho este methyl] hoặc ethanol [đối với Este ethyl] và natri hoặc kali methoxide hoặc hydroxit
hỗn hợp được làm nóng, ví dụ như nhiệt độ giữa 45 và 65degC
sự pha trộn nóng đang được sonicated nội tuyến cho 5 đến 15 giây
glycerin giọt ra hoặc được tách bằng cách sử dụng máy ly tâm
dầu diesel sinh học chuyển đổi được rửa sạch bằng nước

Phổ biến nhất, sonication là thực hiện ở áp suất cao [1 đến 3bar, áp suất đo] sử dụng một máy bơm thức ăn và một van điều chỉnh áp suất trở lại bên cạnh các tế bào dòng chảy.

Chuyển đổi diesel sinh học công nghiệp không cần nhiều năng lượng siêu âm. Bảng trên cho thấy yêu cầu năng lượng điển hình cho các mức lưu lượng khác nhau. Yêu cầu năng lượng thực tế có thể được xác định bằng bộ vi xử lý siêu âm 1kW ở quy mô trên băng ghế dự bị. Tất cả các kết quả từ những thử nghiệm trên băng ghế dự bị có thể thu nhỏ dễ dàng. Nếu có yêu cầu, các thiết bị siêu âm được chứng nhận FM và ATEX có sẵn, chẳng hạn như UIP1000-Exd.

Hielscher cung cấp thiết bị chế biến diesel sinh học siêu âm công nghiệp, trên toàn thế giới. Với bộ vi xử lý siêu âm lên đến công suất 16kW trên mỗi thiết bị, không có giới hạn về kích thước nhà máy diesel sinh học hoặc công suất chế biến.

Chi phí sản xuất diesel sinh học siêu âm

Ultrasonication là một phương tiện hiệu quả để tăng tốc độ phản ứng và tỷ lệ chuyển đổi trong sản xuất diesel sinh học thương mại. Chi phí xử lý siêu âm kết quả chủ yếu từ đầu tư
cho thiết bị siêu âm, chi phí tiện ích và bảo trì. Các xuất sắc năng lượng hiệu quả [bấm vào biểu đồ bên phải] của thiết bị siêu âm Hielscher giúp giảm chi phí tiện ích và bằng việc này để làm cho quá trình này thậm chí còn xanh hơn. Các chi phí kết quả cho ultrasonication khác nhau giữa 01ct và 1,0 CT mỗi lít [0,4 CT đến 1,9 CT/gallon] khi sử dụng trong quy mô thương mại. Đọc thêm thông tin về chi phí xử lý siêu âm.

Frost & Sullivan đổi mới công nghệ của năm

Hielscher Ultrasonics nhận được Frost uy tín & Giải thưởng đổi mới công nghệ Sullivan của năm trong việc công nhận sự phát triển của doanh nghiệp công nghệ Ultrasonics mới cho sản xuất diesel sinh học. Click vào đây để đọc thêm.

Diesel sinh học quy mô nhỏ Ultrasonication Setup

Ultrasonication có thể được sử dụng cho việc chuyển đổi dầu thành dầu diesel sinh học ở quy mô bất kỳ. Hình bên phải [Nhấp để xem lớn hơn!] cho thấy một thiết lập quy mô nhỏ cho việc xử lý 60-70L [16 đến 19 gallon]. Đây là các thiết lập điển hình cho các nghiên cứu ban đầu và trình diễn.

Thiết lập này bao gồm các phần sau:

Một 500 watt hoặc là 1.000 watt thiết bị siêu âm [20kHz] với tăng cường, sonotrode và tế bào dòng chảy
đo điện cho điện và năng lượng
Bể xử lý 80L [nhựa, ví dụ HDPE]
yếu tố làm nóng [1 đến 2kW]
Bể chứa chất xúc tác 10L [nhựa, ví dụ HDPE]
Catalyst tác [khuấy]
Máy bơm [ly tâm, Mono hoặc Gear] khoảng 10 đến 20L/phút tại 1 đến 3 barg
Van áp suất ngược để điều chỉnh áp suất trong tế bào dòng chảy
đo áp suất để đo áp suất thức ăn

Chuẩn bị

Kali hydroxit [0,2 đến 0,4 kg, chất xúc tác] đang được hòa tan thành xấp xỉ. 8,5 L methanol trong bể trộn trước chất xúc tác. Điều này đòi hỏi phải khuấy của Premix chất xúc tác. Các bể chế biến đang được lấp đầy với dầu thực vật 66L. Dầu này đang được nung nóng bởi các yếu tố sưởi ấm đến 45 để 65degC.

Chuyển đổi

Khi chất xúc tác được hòa tan hoàn toàn vào methanol, chất xúc tác được trộn lẫn với dầu nóng. Bơm các nguồn cấp dữ liệu hỗn hợp đến các tế bào dòng chảy. Bằng Van áp suất ngược, áp suất được điều chỉnh thành 1 đến 3barg [15 đến 45psig]. Tuần hoàn qua lò phản ứng diesel sinh học siêu âm nên thực hiện khoảng 20 phút. Trong thời gian này, dầu đang được chuyển đổi thành dầu diesel sinh học. Sau đó, bơm và siêu âm được tắt. Glycerin [giai đoạn nặng hơn] sẽ tách biệt với dầu diesel sinh học [giai đoạn nhẹ hơn]. Sự tách rời mất khoảng 30 đến 60 phút. Khi tách xong, glycerin có thể được thoát nước.

Biodiesel rửa

Khi chuyển đổi dầu diesel sinh học có chứa tạp chất, rửa là cần thiết. Đối với rửa, nước được trộn vào dầu diesel sinh học. Ultrasonication có thể có lợi cho sự pha trộn của dầu diesel sinh học với nước. Điều này làm tăng diện tích bề mặt hoạt động do giảm kích thước giọt [xem: Siêu âm Emulsifying]. Hãy xem xét, sonication rất dữ dội có thể làm giảm các giọt nước có kích thước, mà một nhũ tương gần như ổn định đang được hình thành sẽ yêu cầu các phương tiện đặc biệt [ví dụ như máy ly tâm] được tách ra.

Nhà máy sản xuất Biodiesel

Biểu đồ dòng chảy dưới đây cho thấy một thiết lập điển hình cho sonication trong dòng dầu cho việc chuyển đổi thành dầu diesel sinh học. Nhấp vào biểu đồ để có được một khung cảnh lớn hơn.

Chế biến diesel sinh học liên tục và tách

Trong một thiết lập cho các chế biến diesel sinh học liên tục và tách liên tục, dầu nóng và các Premix chất xúc tác được trộn lẫn với nhau liên tục bằng cách sử dụng máy bơm điều chỉnh. Một máy trộn tĩnh nội tuyến cải thiện sự đồng bộ của nguồn cấp dữ liệu đến lò phản ứng siêu âm. Hỗn hợp dầu/chất xúc tác đi qua các tế bào dòng chảy, nơi nó được tiếp xúc với siêu âm cavitation cho khoảng 5 đến 30 giây. Một van áp suất ngược được sử dụng để kiểm soát áp suất trong tế bào dòng chảy. Hỗn hợp sonicated xâm nhập vào cột lò phản ứng trên đầu trang. Khối lượng của cột lò phản ứng được thiết kế để cung cấp cho khoảng. thời gian lưu giữ 1 giờ trong cột. Trong thời gian đó, transesterification phản ứng được hoàn thành. Hỗn hợp glycerin/diesel sinh học phản ứng được bơm vào máy ly tâm, nơi nó được tách ra thành các phân đoạn diesel sinh học và glycerin. Sau xử lý liên quan đến phục hồi methanol, rửa và sấy khô và có thể được thực hiện liên tục, quá.

Thiết lập này loại bỏ các đợt lò phản ứng diesel sinh học, các kích động thông thường và bể tách lớn.

Diesel sinh học transesterification phản ứng tốc độ

Sơ đồ dưới đây cho thấy kết quả điển hình của transesterification dầu hạt cải [công nghiệp cấp] với Natri methoxide [trái] và kali hydroxit [phải]. Đối với cả hai bài kiểm tra, một mẫu kiểm soát [đường màu xanh] được tiếp xúc với trộn cơ khí mạnh mẽ. Đường màu đỏ đại diện cho mẫu sonicated của công thức giống hệt nhau đối với tỷ lệ khối lượng, nồng độ chất xúc tác và nhiệt độ. Trục ngang Hiển thị thời gian sau khi trộn hoặc sonication, tương ứng. Trục thẳng đứng cho thấy khối lượng glycerin định cư ở phía dưới. Đây là một phương tiện đơn giản để đo tốc độ phản ứng. Trong cả hai sơ đồ, mẫu sonicated [màu đỏ] phản ứng nhanh hơn nhiều so với kiểm soát mẫu [màu xanh].

Liên kết cho Biodiesel Supplies

Bấm vào đây để liên kết đến các nhà cung cấp máy bơm và xe tăng cho ngành công nghiệp dầu diesel sinh học.

Thông tin hóa chất và an toàn

Xin vui lòng đọc các thông tin dưới đây một cách cẩn thận, để ngăn ngừa các biến chứng và ảnh hưởng xấu đến sức khỏe.

Hóa chất Biodiesel

Methanol là độc hại. Nó có thể gây ra sự suy giảm thần kinh là kết quả của việc sử dụng kéo dài. Nó có thể được hấp thụ bởi da, quá. Nếu văng vào mắt nó có thể gây mù lòa và methanol có thể gây tử vong khi nuốt. Vì lý do này, hãy thực hiện các biện pháp phòng ngừa cần thiết khi xử lý methanol. Bạn nên sử dụng một mặt nạ tốt, một tạp dề và găng tay cao su.

Kali hydroxit [KOH] là độc hại và gây bỏng da khi liên lạc. Cần thông gió tốt.

Đảm bảo không gian làm việc được thông gió rộng rãi và triệt để cho phép khói thoát ra. Mặt nạ hộp mực hơi không hiệu quả chống lại khói methanol. Một hệ thống không khí cung cấp [SCBA — Thiết bị thở khép kín] cho phép bảo vệ tốt hơn với hơi methanol.

Phụ tùng diesel sinh học và cao su

Chạy trên 100% dầu diesel sinh học trong thời gian dài hơn có thể gây ra các biến chứng cho các bộ phận cao su ướt [bơm, ống, vòng chữ O] của động cơ. Thay thế bằng các bộ phận thép hoặc cao su nhiệm vụ nặng có thể loại bỏ vấn đề này. Hoặc bạn có thể kết hợp khoảng 25% dầu diesel thông thường [hóa thạch] vào dầu diesel sinh học của bạn để ngăn ngừa biến chứng.