Đang tải... (xem toàn văn)
Ngày nay cùng với việc cạn dần của nguồn năng lượng hóa thạch, một vấn đề nóng bỏng mà tất cả chúng ta rất quan tâm đó là hiện tượng ô nhiễm môi trường sinh thái trên toàn cầu, một trong những nguyên nhân chủ yếu là do khí thải của quá trình đốt cháy nhiên liệu khoáng gây nên.Những khí thải này đã và đang tích tụ trong bầu khí quyển vượt xa tiêu chuẩn cho phép, đe doạ sức khoẻ cộng đồng vàmôi trường sống. Điều đó đòi hỏi phải tìm ra những nguồn năng lượng mới để phụ vụ nhu cầu nhiên liệu và năng lượng vô cùng lớn của con người. Hiện nay, nhiên liệu sinh học đã thu hút được sự quan tâm đặc biệt của nhiều nhà khoa học trên 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, trữ lượng diesel khoáng ngày càng giảm và giá diesel khoáng ngày càng tăng cao. Hơn nữa, diesel sinh học 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. Sự hình thành đầu tiên của dầu diesel sinh học, methyl este củaaxit béo (FAME), được sản xuất thông qua quá trình transeste hóa của chất béo với metanol. Tuy nhiên, nhiên liệu sinh học FAME có một số nhược điểm như sau: FAME có điểm đục cao và điểm bắt cháy cao mà có thể dẫn đến tắc nghẽn các bộ lọc nhiên liệu và đường dây cung cấp ở nhiệt độ thấp. Bên cạnh đó, các hợp chất oxi hóa trong FAME dẫn đến nhiệt độ ko ổn định, ăn mòn và năng suất tỏa nhiệt thấp, có thể gây ô nhiểm môi trường. Vì vậy, việc loại bỏ các hợp chất oxi hóa trong FAME để cải thiện sự ổn định và tăng cường tiềm năng sử dụng của nó.Và kết quả là quá trình hydrodeoxygen hóa (khử oxi bằng H2) (HDO) đã được phát triển để loại bỏ các hợp chất oxi hóa trong chất béo.Tuy nhiên, quá trình HDO tiêu thụ quá nhiều lượng hydro.Từ đó quá trình decacboxyl hóa chất béo, là một thay thế, đã được xem xét đến.Không giống như HDO, quá trình decacboxyl hóa không yêu cầu hidro và không sản sinh ra nước, mà là nguyên nhân làm mất hoạt tính của xúc tác. Một số kim loại hoạt động, chẳng hạn như Pd, Ni, Ru, Ir, Os, Rh hỗ trợ trên silica, oxit nhôm và chất xúc tác cacbon đã hoạt hóa được nghiên cứu trong phản ứng deoxygen hóa. Những chất xúc tác deoxygen hóa hiệu quả nhất là những kim loại quý như Pt và Pd. Và kể từ khi các kim loại quý thì hiếm và đắt tiền, một số oxit kim loại chuyển tiếp và chất xúc tác kim loại đã được nghiên cứu với cái nhìn về kinh tế. Đã nhận thấy rằng oxit kim loại kiềm thổ MgO không những cho hoạt tính đối với phản ứng decacboxyl hóa mà còn cho khả năng hấp phụ tốt, và chất xúc tác Ni cũng cho hoạt tính decacboxyl hóa tốt tương tự như Pt và Pd. Hàng năm trên thế giới cũng như ở Việt Nam lượng dầu thực vật thải không được sử dụng là rất lớn. Nguồn dầu thải thực vật chủ yếu thu được từ các nhà máy chế biến thực phẩm, sản xuất dầu ăn, từ các nhà hàng, khách sạn, từ bếp các hộ gia đình. Theo ước tính, lượng dầu thải từ những khu vực này có thể lên đến 4 5 tấnngày.Với lượng dầu thực vật thải nhiều như vậy, nếu xả thẳng ra môi trường thì vừa lãng phí lại gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng.Còn nếu đem sử dụng lại thì gây ảnh hưởng rất xấu tới sức khoẻ người tiêu dùng.Như vậy vấn đề xử lý dầu thực vật thải ngày càng được quan tâm. Xuất phát từ những yêu cầu thực tiên trên nên em chọn đề tài “Nghiên cứu phản ứng decacboxyl hóa axit oleic trên xúc tác NiMgOγAl2O3 ứng dụng điều chế diesel sinh học từ dầu thực vật thải” cho đồ án tốt nghiệp của em. 2. MỤC TIÊU ĐỀ TÀI Nghiên cứu để nắm bắt quá trình tổng hợp xúc tác dị thể NiMgOγAl2O3 và thực hiện nghiên cứu phản ứng decacboxyl hóa axit oleic trên xúc tác đã tổng hợp, mục tiêu tạo ra các hydrocacbon (chủ yếu C17), từ đó ứng dụng điều chế diesel sinh học từ dầu thực vật thải dựa trên phản ứng decacboxyl hóa tạo ra nhiên liệu hydrocacbon có tính chất tốt tương đồng với diesel khoáng, không còn hợp chất oxi hóa, nguyên nhân làm giảm chất lượng nhiên liệu như trong nhiên liệu diesel sinh học FAME.
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa chất LỜI CẢM ƠN Sau những năm tháng học tập dưới mái trường Đại Học Mỏ - Địa Chất Hà Nội, hành trang mà em có được chính là những kiến thức về ngành Lọc Hóa - Dầu mà thầy cô đã truyền thụ, những kỹ năng cơ bản ban đầu của thực tế công việc. Những kiến thức này sẽ là hành trang giúp em bước vào cuộc sống và công việc của mình sau này. Lời đầu tiên, em xin gởi lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô Khoa Dầu Khí đã tận tâm dạy dỗ em trong suốt những năm tháng học tập dưới mái trường. Các thầy cô không những truyền đạt cho em những kiến thức sách vở mà còn chỉ bảo cho em những kinh nghiệm cuộc sống, tất cả những điều đó sẽ giúp cho em vững tin bước vào cuộc đời sắp tới. Em xin chân thành cảm ơn TS.Tống Thị Thanh Hương là người đã luôn tạo mọi điều kiện tốt nhất để em nghiên cứu khoa học. Cô tận tình giúp đỡ, dìu dắt em trong suốt quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp này, cũng như chia sẽ những khó khăn trong suốt quá trình nghiên cứu. Em đã học được từ cô rất nhiều điều thật quý giá, giúp em vững vàng hơn trước khi bước vào cuộc sống tự lập. Tình cảm và kiến thức của cô đã dạy bảo cho em mãi mãi là một kỷ niệm không bao giờ quên của những năm tháng học tập dưới mái trường này. Em kính chúc cô thật nhiều sức khỏe để tiếp tục sự nghiệp trồng người của mình và gặt hái nhiều thành công trong công việc cũng như trong cuộc sống. Em cũng xin gởi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô trong bộ môn Lọc Hóa Dầu, các thầy cô đã giúp đỡ em rất nhiều trong suốt quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp này. Em cũng cảm ơn sự động viên, giúp đỡ và chia sẻ những khó khăn của các bạn cùng lớp trong quá trình thực hiện đồ án. Hà Nôi, Ngày 25 tháng 6 năm 2013 Sinh viên Lê Thị Nữ SV: Lê Thị Nữ 1 Lớp: Lọc hóa dầu B – K53 Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa chất MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ STT Ký hiệu hình vẽ Tên hình vẽ Tran g 1 Hình 1.1 Hàm lượng NO x phát thải trong động cơ sử dụng nhiên liệu diesel hóa thạch và các loại nhiên liệu hỗn hợp Bxx. 8 2 Hình 1.2 Phân loại các quá trình chuyển đổi dầu thực vật thành diesel sinh học 9 3 Hình 1.3 Phản ứng tran-este hóa của triglycerit với rượu 11 4 Hình 1.4 Sơ đồ các bước của quá trình cracking xúc tác dầu mỡ động thực vật 12 5 Hình 1.5 Các quá trình có thể xảy ra khi thực hiện hydrotreating xúc tác triglycerit 14 6 Hình 1.6 Sơ đồ khí hóa và tổng hợp Fischer - Tropsch 16 7 Hình 1.7 Sơ đồ tổng quát tổng hợp diesel sinh học bằng phương pháp decacboxyl hóa 22 8 Hình 1.8 Phản ứng decacboxyl hóa 23 9 Hình 1.9 Phản ứng của axit naphtennic trong sự hiên diện của oxit kim loại kiềm thổ ở 250 o C. 24 10 Hình 1.10 Đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của nhiệt độ tới độ chuyển hóa axit naphtenic và sự hình thành CO 2 24 SV: Lê Thị Nữ 2 Lớp: Lọc hóa dầu B – K53 Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa chất 11 Hình 1.11 Ảnh hưởng của lượng MgO trên chuyển đổi axit naphthoic và hình thành CO 2 trong sự hiện diện của MgO 25 12 Hình 1.12 Xúc tác phản ứng decarboxyl hóa của các axit cacboxylic khác nhau trong sự hiện diện chất xúc tác MgO 25 13 Hình 1.13 Quá trình deproton hóa và hấp phụ một axit trên bề mặt oxit 31 14 Hình 1.14 Quá trình decacboxyl hóa của nhóm cacboxyl hấp phụ trên bề mặt oxit 32 15 Hình 1.15 Quá trình giải hấp trên bề mặt oxit kim loại 32 16 Hình 2.1 Sơ đồ điều chế γ-Al 2 O 3 39 17 Hình 2.2 Sơ đồ tổng hợp Ni/MgO-γ-Al 2 O 3 41 18 Hình 2.3 Sơ đồ mô tả thiết bị phản ứng tổng hợp diesel sinh học 44 19 Hình 3.1 Giản đồ XRD của mẫu Beohmite 47 20 Hình 3.2 Giản đồ XRD của mẫu γ-Al 2 O 3 48 21 Hình 3.3 Giản đồ XRD của mẫu M4 trước và sau khi khử 49 22 Hình 3.4 Ảnh TEM của mẫu M4 sau khi khử 49 23 Hình 3.5 Đồ thị hấp phụ - giải hấp phụ N 2 mẫu M4 50 24 Hình 3.6 Đồ thị sự phân bố kích thước lỗ xốp mẫu M4 51 25 Hình 3.7 Kết quả đo phổ IR của sản phẩm phản ứng sử dụng mẫu xúc tác M4 53 26 Hình 3.8 Ảnh hưởng tỷ lệ hàm lượng các chất trong xúc tác Ni/MgO-γ-Al 2 O 3 đến hiệu suất decacboxyl hóa và hiệu suất thu sản phẩm lỏng 54 27 Hình 3.9 Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến hiệu suất thu sản phẩm lỏng và hiệu suất decacboxyl hoá 56 28 Hình 3.10 Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến hiệu suất thu sản phẩm lỏng 57 29 Hình 3.11 Ảnh hưởng của tỷ lệ xúc tác/nguyên liệu đến độ hiệu suất decacboxyl hóa và hiệu suất thu sản phẩm lỏng 59 30 Hình 3.12 Kết quả GC-MS của sản phẩm phản ứng decacboxyl hóa 60 SV: Lê Thị Nữ 3 Lớp: Lọc hóa dầu B – K53 Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa chất DANH MỤC CÁC BẢNG STT Số hiệu bảng Tên bảng Số trang 1 1.1 So sánh tính chất của nhiên liệu diesel khoáng với diesel sinh học 5 2 1.2 So sánh một số tính chất và thành phần axit béo của dầu ăn đã qua sử dụng với một số loại dầu thực vật điển hình 18 3 1.3 Xúc tác decarboxyl hóa của mô hình axit cacboxylic với sự có mặt của các oxit kim loại chuyển tiếp. 26 4 1.4 Decacboxyl hóa xúc tác của mô hình axit cacboxylic trong sự hiện diện của loại xúc tác zeolit ZSM-5. 27 5 1.5 Decacboxxyl hóa xúc tác mô hình axit với sự có mặt của chất xúc tác hỗ trợ kim loại quý. 28 6 1.6 Phản ứng của axit naphthenic với các vật liệu rắn khác nhau 30 7 3.1 Kết quả đo BET mẫu M4 51 8 3.2 Cường độ tín hiệu liên kết C=O và O-H trong mẫu sản phẩm decacboxyl hóa axit oleic ở 350 o C 52 9 3.3 Ảnh hưởng tỉ lệ hàm lượng các chất trong xúc tác Ni/MgO-γ-Al 2 O 3 đến hiệu suất thu sản phẩm lỏng và hiệu suất decacboxyl hóa 53 10 3.4 Cường độ tín hiệu liên kết C=O và tín hiệu liên kết O-H trong mẫu sản phẩm decacboxyl hóa axit oleic ở các nhiệt độ khác nhau 55 11 3.5 Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến hiệu suất decacboxyl hoá và hiệu suất thu sản phẩm lỏng 56 12 3.6 Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến hiệu suất thu sản phẩm lỏng 57 13 3.7 Ảnh hưởng của tỷ lệ xúc tác/nguyên liệu đến hiệu suất decacboxyl hóa và hiệu suất thu sản phẩm lỏng 58 14 3.8 Thành phần các chất trong sản phẩm phản ứng decacboxyl hóa axit oleic 60 SV: Lê Thị Nữ 4 Lớp: Lọc hóa dầu B – K53 Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa chất DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT 1. ASTM (American Society for Testing and Material): Hiệp hội đo lường và thử nghiệm vật liệu Hoa Kỳ. 2. GC – MS (Gas Chromatography-Mass spectrometry): Sắc ký khí - khối phổ. 3. FT-IR (Infrared): Phổ hồng ngoại. 4. IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry): Hiệp hội hóa học cơ bản và ứng dụng. 5. TEM (Transmission Electron Microscopy): Hiển vi điện tử truyền qua. 6. XRD (X-ray Diffraction): Nhiễu xạ Rơnghen. 7. HPLC (High Performance Liquid Chromatography): Sắc ký lỏng hiệu năng cao. 8. FAME (Fatty Acid Methyl Ester): Axit béo metyl este hay dầu diesel sinh học. 9. FFA (Free Fatty Acid): Axit béo tự do 10. TG (Triglyceride): Este của axit béo và glycerol 11. M1, M2, M3, M4 tương ứng là mẫu xúc tác Ni/(MgO/γ-Al 2 O 3 ) phối trộn các thành phần ở tỷ lệ khác nhau, như bảng sau. Ni/MgO-γ-Al 2 O 3 M1 M2 M3 M4 Tỷ lệ Ni/(MgO/γ-Al 2 O 3 ) theo khối lượng 10/(60/40) 20/(60/40) 10/(70/30) 20/(70/30) SV: Lê Thị Nữ 5 Lớp: Lọc hóa dầu B – K53 Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa chất MỞ ĐẦU 1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Ngày nay cùng với việc cạn dần của nguồn năng lượng hóa thạch, một vấn đề nóng bỏng mà tất cả chúng ta rất quan tâm đó là hiện tượng ô nhiễm môi trường sinh thái trên toàn cầu, một trong những nguyên nhân chủ yếu là do khí thải của quá trình đốt cháy nhiên liệu khoáng gây nên. Những khí thải này đã và đang tích tụ trong bầu khí quyển vượt xa tiêu chuẩn cho phép, đe doạ sức khoẻ cộng đồng và môi trường sống. Điều đó đòi hỏi phải tìm ra những nguồn năng lượng mới để phụ vụ nhu cầu nhiên liệu và năng lượng vô cùng lớn của con người. Hiện nay, nhiên liệu sinh học đã thu hút được sự quan tâm đặc biệt của nhiều nhà khoa học trên 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, trữ lượng diesel khoáng ngày càng giảm và giá diesel khoáng ngày càng tăng cao. Hơn nữa, diesel sinh học 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. Sự hình thành đầu tiên của dầu diesel sinh học, methyl este của axit béo (FAME), được sản xuất thông qua quá trình trans-este hóa của chất béo với metanol. Tuy nhiên, nhiên liệu sinh học FAME có một số nhược điểm như sau: FAME có điểm đục cao và điểm bắt cháy cao mà có thể dẫn đến tắc nghẽn các bộ lọc nhiên liệu và đường dây cung cấp ở nhiệt độ thấp. Bên cạnh đó, các hợp chất oxi hóa trong FAME dẫn đến nhiệt độ ko ổn định, ăn mòn và năng suất tỏa nhiệt thấp, có thể gây ô nhiểm môi trường. Vì vậy, việc loại bỏ các hợp chất oxi hóa trong FAME để cải thiện sự ổn định và tăng cường tiềm năng sử dụng của nó. Và kết quả là quá trình hydrodeoxygen hóa (khử oxi bằng H 2 ) (HDO) đã được phát triển để loại bỏ các hợp chất oxi hóa trong chất béo. Tuy nhiên, quá trình HDO tiêu thụ quá nhiều lượng hydro. Từ đó quá trình decacboxyl hóa chất béo, là một thay thế, đã được xem xét đến. Không giống như HDO, quá trình decacboxyl hóa không yêu cầu hidro và không sản sinh ra nước, mà là nguyên nhân làm mất hoạt tính của xúc tác. Một số kim loại hoạt động, chẳng hạn như Pd, Ni, Ru, Ir, Os, Rh hỗ trợ trên silica, oxit nhôm và chất xúc tác cacbon đã hoạt hóa được nghiên cứu trong phản ứng deoxygen hóa. Những chất xúc tác deoxygen hóa hiệu quả nhất là những kim loại quý như Pt và Pd. Và kể từ khi các kim loại quý thì hiếm và đắt tiền, một số oxit kim loại chuyển tiếp và chất xúc tác kim loại đã được nghiên cứu với cái nhìn SV: Lê Thị Nữ 6 Lớp: Lọc hóa dầu B – K53 Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa chất về kinh tế. Đã nhận thấy rằng oxit kim loại kiềm thổ MgO không những cho hoạt tính đối với phản ứng decacboxyl hóa mà còn cho khả năng hấp phụ tốt, và chất xúc tác Ni cũng cho hoạt tính decacboxyl hóa tốt tương tự như Pt và Pd. Hàng năm trên thế giới cũng như ở Việt Nam lượng dầu thực vật thải không được sử dụng là rất lớn. Nguồn dầu thải thực vật chủ yếu thu được từ các nhà máy chế biến thực phẩm, sản xuất dầu ăn, từ các nhà hàng, khách sạn, từ bếp các hộ gia đình. Theo ước tính, lượng dầu thải từ những khu vực này có thể lên đến 4 - 5 tấn/ngày. Với lượng dầu thực vật thải nhiều như vậy, nếu xả thẳng ra môi trường thì vừa lãng phí lại gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Còn nếu đem sử dụng lại thì gây ảnh hưởng rất xấu tới sức khoẻ người tiêu dùng. Như vậy vấn đề xử lý dầu thực vật thải ngày càng được quan tâm. Xuất phát từ những yêu cầu thực tiên trên nên em chọn đề tài “Nghiên cứu phản ứng decacboxyl hóa axit oleic trên xúc tác Ni/MgO-γ-Al 2 O 3 ứng dụng điều chế diesel sinh học từ dầu thực vật thải” cho đồ án tốt nghiệp của em. 2. MỤC TIÊU ĐỀ TÀI Nghiên cứu để nắm bắt quá trình tổng hợp xúc tác dị thể Ni/MgO-γ-Al 2 O 3 và thực hiện nghiên cứu phản ứng decacboxyl hóa axit oleic trên xúc tác đã tổng hợp, mục tiêu tạo ra các hydrocacbon (chủ yếu C 17 ), từ đó ứng dụng điều chế diesel sinh học từ dầu thực vật thải dựa trên phản ứng decacboxyl hóa tạo ra nhiên liệu hydrocacbon có tính chất tốt tương đồng với diesel khoáng, không còn hợp chất oxi hóa, nguyên nhân làm giảm chất lượng nhiên liệu như trong nhiên liệu diesel sinh học FAME. 3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 3.1. Đối tượng nghiên cứu - Xúc tác dị thể Ni/MgO-γ-Al 2 O 3 - Phản ứng decacboxyl hóa axit oleic trên xúc tác Ni/MgO-γ-Al 2 O 3 3.2. Phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu tổng hợp xúc tác Ni/MgO-γ-Al 2 O 3 - Nghiên cứu phản ứng decacboxyl hóa axit oleic trên xúc tác dị thể đã tổng hợp được. 4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 4.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết - Tìm hiểu và thu thập các tài liệu về phương pháp tổng hợp vật liệu xúc tác và cấu trúc, tính chất của chúng. SV: Lê Thị Nữ 7 Lớp: Lọc hóa dầu B – K53 Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa chất - Tìm hiểu về diesel sinh học và dầu thực vật thải - Tìm hiểu về phản ứng decacboxyl hóa 4.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm - Phương pháp tổng hợp xúc tác - Phương pháp đặc trưng hóa lý của xúc tác + Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen (XRD) + Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM) + Phương pháp xác định bề mặt riêng và phân tích lỗ xốp của xúc tác bằng phương pháp BET - Phương pháp thực hiện phản ứng - Phương pháp xác định thành phần sản phẩm + Phương pháp phổ hấp phụ hồng ngoại (FT-IR) + Phương pháp sắc ký - khối phổ (GC-MS) 5. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỒ ÁN Việc sử dụng nhiên liệu có nguồn gốc hóa thạch phục vụ sinh hoạt hiên nay là nguyên nhân dẫn đến sự cạn kiệt nguyên liệu từ tự nhiên và gây ô nhiểm môi trường. Mặc dù diesel sinh học FAME có thể thay thế nhiên liệu diesel khoáng và có những ưu điểm vượt trội hơn, nhưng trong nó vẫn còn những hợp chất oxi hóa làm tính chất nhiên liệu xấu đi, chẳng hạn như: khó bảo quản, nhiệt cháy lớn, gây ô nhiễm môi trường do tạo khí NO x , phát thải CO 2 từ quá trình cháy và quá trình thu nguyên liệu để sản xuất… Quá trình decacboxyl hóa axit béo đã phân cắt được liên kết C=O tạo ra nhiên liệu hydrocacbon có tính chất tốt tương đồng với diesel khoáng, cải thiện được những nhược điểm của nhiên liệu diesel sinh học. Và đặt biệt là tận dụng nguyên liệu dầu ăn phế thải giải quyết được vấn đề ô nhiểm môi trường, giảm chi phí sản xuất. Trong bối cảnh hiện nay vấn đề tìm kiếm nguyên liệu thay thế dầu mỏ là một yêu cầu cấp thiết và nhiên liệu diesel sinh học là một giải pháp hữu hiệu. Tìm ra một phương pháp tổng hợp mới cải thiện được nhược điểm của diesel sinh học sản xuất hiên nay là điều rất cần thiết. Chính vì vậy, nghiên cứu phản ứng decacboxyl hóa axit oleic trên hệ xúc tác dị thể ứng dụng để sản xuất diesel sinh học từ dầu thực vật thải là một hướng nghiên cứu không chỉ có ý nghĩa về mặt khoa học mà còn gắn liền với thực tiễn. SV: Lê Thị Nữ 8 Lớp: Lọc hóa dầu B – K53 Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa chất 6. CẤU TRÚC ĐỒ ÁN Đồ án được chia làm 5 phần chính, trong đó: Mở đầu: 4 trang (từ trang 1 đến trang 4) Chương 1: Tổng quan lý thuyết, 29 trang (từ trang 5 đến trang 33) Chương 2: Thực nghiệm, 10 trang (từ trang 35 đến trang 44) Chương 3: Kết quả và và thảo luận, 14 trang (từ trang 45 đến trang 59) Kết luận và kiến nghị: 2 trang (từ trang 63 đến trang 64) SV: Lê Thị Nữ 9 Lớp: Lọc hóa dầu B – K53 Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa chất CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. TỔNG QUAN VỀ DIESEL SINH HỌC 1.1.1. Định nghĩa diesel sinh học Diesel sinh học, nhiên liệu thay thế nhiên liệu diesel dầu mỏ, là một loại nhiên liệu có tính chất giống với dầu diesel dầu mỏ nhưng không phải được sản xuất từ dầu mỏ mà từ dầu thực vật hay mỡ động vật. Dầu diesel sinh học có thể được pha trộn với dầu diesel thông thường để có được hỗn hợp khác nhau như B2 (2% diesel sinh học và 98% dầu diesel thông thường) hoặc B20 (20% diesel sinh học)… [25]. Diesel sinh học 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% diesel sinh học. Vì nếu sử dụng nhiên liệu 100% diesel sinh học 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%, diesel sinh học (ký hiệu B5, B20), để chạy động cơ. Nếu pha diesel sinh học càng nhiều thì càng giảm lượng khí thải độc hại, nhưng không có lợi về kinh tế, bởi hiện tại giá thành của diesel sinh học vẫn còn cao hơn diesel truyền thống, và cần phải điều chỉnh kết cấu động cơ diesel cũ [2]. Diesel sinh học có thể được sản xuất từ nhiều nguồn nguyên liệu khác nhau như các loại dầu thực vật (dầu dừa, dầu cọ, dầu hạt hướng dương, dầu hạt cải, dầu lạc, dầu hạt cao su, ), các loại mỡ động vật (mỡ bò, mỡ lợn, mỡ cá), và thậm chí là dầu phế thải. Như vậy, nguyên liệu để sản xuất diesel sinh học khá phong phú, và chúng có nguồn gốc sinh học nên có thể tái tạo được. Đây cũng là một trong những điểm thuận lợi của nguồn nhiên liệu diesel sinh học [2]. 1.1.2. Ưu nhược điểm của diesel sinh học và diesel khoáng Diesel sinh học có tính chất vật lý giống dầu diezel. Tuy nhiên, tính chất phát khí thải thì biodiesel tốt hơn dầu diezel. Tính chất vật lý của diesel sinh học so với nhiên liệu diezel được thể hiện ở bảng sau: Bảng 1.1: So sánh tính chất của nhiên liệu diesel khoáng với diesel sinh học [2] Các chỉ tiêu Diesel sinh học Diesel khoáng Tỷ trọng 0,87 - 0,89 0,81 - 0,89 SV: Lê Thị Nữ 10 Lớp: Lọc hóa dầu B – K53 [...]... trình đốt cháy trực tiếp Phản ứng decacboxyl hóa Phản ứng decacboxyl hóa diễn ra thuận lợi khi có mặt xúc tác thu được sản phẩm là các hydrocacbon Phản ứng decacboxyl hóa trên xúc tác có thể được mô tả như hình 1.8 O OH Xúc tác, nhiệt độ và áp suất Hình 1.8 Phản ứng decacboxyl hóa 1.3.2 Phản ứng decacboxyl hóa [19] 1.3.2.1 Định nghĩa Decacboxyl hóa là quá trình loại CO2 ra khỏi axit cacboxylic Quá trình... 300 0,2 100 0,0 Xúc tác suất C10H8 (%) e Các chất xúc tác khác Ngoài các xúc tác trên, Aihua và các cộng sự [19] còn nghiên cứu một số các xúc tác khác cho phản ứng decacboxyl hóa axit cacboxylic như: MgSiO 4, MgTiO3, 3Al2O32 SiO2, Al2O3, CeO2,… thì với hầu hết các vật liệu này độ chuyển hóa của axit và lượng CO2 sinh ra là rất thấp Xúc tác Al2O3 không có kết quả trong phản ứng decacboxyl hóa nhưng góp... 1.3.2.4 Điều kiện phản ứng Phản ứng decacboxyl hóa axit oleic để thu được nhiên liệu hydrocacbon được thực hiện phụ thuộc vào hàm lượng các thành phần trong xúc tác, nhiệt độ phản ứng, tỷ lệ nguyên liệu trên xúc tác, thời gian phản ứng, tốc độ khuấy… - Phản ứng phụ thuộc vào nhiệt độ, nhiệt độ càng tăng thì độ chuyển hóa axit oleic càng tăng, nhưng nhiệt độ cao thì ngoài phản ứng decacboxyl hóa còn có phản. .. diesel sinh học bằng phương pháp decacboxyl hóa Sơ đồ tổng quát tổng hợp diesel sinh học bằng phương pháp decacboxyl hóa[ 18]: Dầu thực vật thải Dầu thực vật thải đã được xử lý TG Sử Glyceroldụng như một nguồn nhiệt Thủy phân chuyển đôi TG + 3H2O → 3FFA + GL FFA Decacboxyl hóa FFA → n-alkan + CO2 Diesel sinh học Hình 1.7 Sơ đồ tổng quát tổng hợp diesel sinh học bằng phương pháp decacboxyl hóa [18] Quá... khả năng ứng dụng của dầu thực vật thải [6] Hàng ngày, có hàng triệu tấn dầu thực vật được đem sử dụng cho mục đích chế biến thực phẩm ăn nhanh Nguồn dầu thực vật thải chủ yếu thu được từ các nhà máy chế biến thực phẩm, sản xuất dầu ăn, từ các nhà hàng, khách sạn, từ bếp các hộ gia đình Một lượng lớn dầu ăn đã qua sử dụng được thải ra trên thế giới đặc biệt là các nước phát triển Theo thông tin từ nhà... phản ứng cracking nhiệt xảy ra… Theo báo cáo nghiên cứu trước đây thì nhiệt độ phản ứng decacboxyl hóa tốt nhất ở 200o - 350oC - Tùy vào tỷ lệ nguyên liệu và xúc tác cho phản ứng decacboxyl hóa đạt hiệu suất cao hay thấp - Phản ứng được thực hiện trong môi trường không có không khí để tránh xảy ra các phản ứng phụ (phản ứng oxi hóa ) không mong muốn 1.3.2.5 Cơ chế phản ứng decacboxyl hóa [19] Cơ chế. .. của phản ứng decacboxyl hóa axit cacboxylic rất phức tạp và phụ thuộc vào điều kiện phản ứng Phản ứng decacboxyl hóa có thể đi theo hai cơ chế sau là cơ chế cacbocation hoặc cơ chế gốc Cơ chế decacboxyl hóa trên bề mặt Oxit SV: Lê Thị Nữ 34 Lớp: Lọc hóa dầu B – K53 Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa chất Quá trình decacboxyl hóa là quá trình yêu cầu nhiều năng lượng nhất MgO có hai tác dụng. .. năng xúc tác cho phản ứng decacboxyl hóa axit cacboxylic, do đó nó được tập trung nghiên cứu Gần đây, Na và các cộng sự [20] đã báo cáo rằng hydrotalcit (MgO -γ- Al 2O3) có hoạt tính tốt với phản ứng decarboxyl hóa Đã tiến hành nghiên cứu và thấy rằng tỷ lệ MgO trong hydrotalcit và nhiệt dộ phản ứng đóng vai trò quan trọng trong phản ứng decacboxyl hóa Độ chuyển hóa của axit oleic trong trường hợp sử dụng. .. chuyển đổi axit gần cao gần 100% đối với cả hai xúc tác Điều này có thể là khả năng hấp phụ mạnh mẽ của Al2O3 Bảng 1.5 Decacboxyl hóa xúc tác mô hình axit với sự có mặt của chất xúc tác hỗ trợ kim loại quý [19] Hàm lượng axit (mg) Thời gian phản ứng (h) Nhiệt độ phản ứng (oC) Hiệu suất CO2 (%) Độ chuyể n hóa axit (%) Hiệu Hàm lượng xúc tác (mg) Axit Pt /Al2O3 58,2 NA 50,4 4 300 9,0 100 1,2 Al2O3 58,6... của diesel sinh học sạch hơn nhiều so với nhiên liệu diesel khoáng, riêng B20 (20% diesel sinh học, 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% diesel sinh học [2] Ưu điểm của diesel sinh học • Về mặt môi trường Diesel sinh học sử dụng làm nhiên liệu trực tiếp động cơ diesel . Nghiên cứu phản ứng decacboxyl hóa axit oleic trên xúc tác Ni/MgO-γ-Al 2 O 3 ứng dụng điều chế diesel sinh học từ dầu thực vật thải cho đồ án tốt nghiệp của em. 2. MỤC TIÊU ĐỀ TÀI Nghiên cứu. nay là điều rất cần thiết. Chính vì vậy, nghiên cứu phản ứng decacboxyl hóa axit oleic trên hệ xúc tác dị thể ứng dụng để sản xuất diesel sinh học từ dầu thực vật thải là một hướng nghiên cứu không. vi nghiên cứu - Nghiên cứu tổng hợp xúc tác Ni/MgO-γ-Al 2 O 3 - Nghiên cứu phản ứng decacboxyl hóa axit oleic trên xúc tác dị thể đã tổng hợp được. 4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 4.1. Phương pháp nghiên