CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1. KHÁI QUÁT CHUNG VỀ NHIÊN LIỆU KHOÁNG VÀ NHIÊN LIỆU DIEZEL 1. Tiềm năng và nhu cầu sử dụng nhiên liệu khoáng Hầu hết các nguồn năng lượng đang được sử dụng hiện nay trên thế giới là nguồn nguyên liệu hoá thạch như: than đá, dầu mỏ và nguồn năng lượng thủy điện hạt nhân.Trong đó nguồn năng lượng dầu mỏ quan trọng nhất chiếm 65% năng lượng sử dụng trên thế giới trong khi đó than đá chiếm 20-22%; 5-6% từ năng lượng nước và 8- 12,5% từ năng lượng hạt nhân. Nhưng trước nhu cầu sử dụng năng lượng ngày càng tăng trên thế giới thì nguồn năng lượng hóa thạch ngày càng cạn kiệt.Cùng với sự phát triển của ngành công nghiệp năng lượng đòi hỏi chúng ta phải tìm được nguồn năng lượng thay thế.
Đây là vấn đề mang tính chiến lược và trọng điểm của thế giới nói chung và của từng quốc gia nói riêng, trong đó có Việt Nam Theo dự báo của tập đoàn BP thì trữ lượng dầu mỏ đã thăm dò trên toàn cầu là 150 tỷ tấn. Năm 2003 lượng dầu mỏ tiêu thụ trên toàn thế giới là 3,6 tỷ tấn, vì thế nếu không phát hiện ra mỏ nào trên toàn thế giới thì nguồn dầu mỏ này sẽ bị cạn kiệt trong vòng 45 năm, trong khi đó lượng tiêu thụ dầu mỏ ngày càng tăng cùng với sự bùng nổ dân số và sự phát triển liên tục các phương tiện giao thông dự kiến đến năm 2050 sẽ khoảng 1 tỷ ôtô các loại. Tất cả lý do trên làm đẩy giá dầu lên cao và tạo lên sự khủng hoảng nhiên liệu trên thê giới.[53] Việt Nam tuy không phải là một nước có tiềm năng dầu khí lớn, nhưng trong những năm gần đây ta đã bắt đầu khai thác và xuất khẩu dầu thô nhưng các sản phẩm dầu ta vẫn phải nhập khẩu, đó là một vấn đề mà chúng ta cần suy nghĩ và tìm giải pháp trong tương lai. Năm 2003 tiêu thụ năng lượng thương mại ở nước ta là 205kg/người, chỉ bằng 20% mức bình quân trên thế giới.
Xăng dầu dùng cho giao thông vận tải chiếm 30% nhu cầu năng lượng cả nước nhưng ta vẫn phải nhập khẩu.[26] NGUYỄN VĂN TIẾN CÔNG NGHỆ HỮU CƠ- HÓA DẦU LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC 12 TỔNG HỢP BIODIESEL Việc xuất hiện 3 nhà máy lọc dầu LD1(Dung Quất); LD2(Nghi Sơn); LD3 trong tương lai hy vọng sẽ đáp ứng được nhu cầu năng lượng cho đất nước và góp phần giải quyết được vấn đề nhập khẩu các sản phẩm dầu.1:Cơ cấu sản phẩm nhiên liệu (Viện Chiến lược Phát Triển-Bộ KHKT) LD1 B 1 LD-2 B 2 LD-3 B 3 Tổng số trước Sản phẩm (2008) (2011-2012) (2017-2018) năm 2002 Xăng 2.760 Kerosen B 5 0 200 200 400 JA1 280 200 200 680 FO B 6 120 270 270 660 Tổng số xăng dầu 5.700 Tổng số xăng,diesel 5.960 Theo bảng số liệu trên đến trước năm 2020 khi cả 3 mhà máy lọc dầu với tổng công suất 20-22 triệu tấn dầu vào hoạt động sẽ cung cấp 15-16 triệu tấn xăng, diezel trong tổng nhu cầu khoảng 27-28 triệu tấn. Như vậy khi cả 3 nhà máy đi vào hoạt động ta vẫn còn thiếu đáng kể. Do đó việc đáp ứng nhu cầu sử dụng năng lượng trong nước vẫn là một vấn đề cần quan tâm, vì thế chúng ta cần phải không ngừng tìm ra các giải pháp đúng đắn để có thể giúp đất nước thoát khỏi cảnh nhập nhiên liệu từ nước ngoài trong khi đó giá nhiên liệu ngày càng tăng và không ngừng biến động. Điều này sẽ ảnh hưởng rất lớn đến nền kinh tế của nước ta.
Dưới đây là những khảo sát về vấn đề cân đối nhiên liệu xăng và diezel ở nước ta có thể giúp ta hình dung được vấn đề tiêu thụ nhiên liệu trong nước[51] NGUYỄN VĂN TIẾN CÔNG NGHỆ HỮU CƠ- HÓA DẦU LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC 13 TỔNG HỢP BIODIESEL Bảng 1.2:Cân đối nhiên liệu xăng,diezel đến 2020 (Viện Chiến Lược Phát Triển-Bộ KHCN) Sản phẩm 2001 2005 2008 2010 2015 2020 Dân số, 82.38 triệu người Tổng nhu cầu 5.564 Khả năng cung cấp trong nước 700 5.904 Thiếu(-) (100%) (92%) (52,7%) (36%) (25%) Tiêu dùng, kg/ng/năm 104 146 174 196 Vấn đề môi trường luôn là vấn đề được đặt ra hàng đầu khi nghiên cứu một nguồn năng lượng mới thay thế năng lượng hóa thạch. Khi sử dụng các nguồn nhiên liệu hoá thạch thì gặp một vấn đề lớn là vấn đề ô nhiễm môi trường. Đây là một vấn đề lớn mà các nước trên thế giới đang quan tâm và trong đó có cả nước ta.Việc sử dụng nhiên liệu hoá thạch gây tác động lớn đến môi trường toàn cầu như gây hiệu ứng nhà kính làm trái đất nóng dần lên (do nhiên kiệu hoá thạch thải khí CO 2), gây lên mưa axit (thải khí SO2) và các khí độc hại đến sức khoẻ con người như hydrocacbon thơm, CO.Do vậy, việc nâng cao chất lượng các sản phẩm nhiên liệu giảm lượng khí thải và tìm kiếm nhiên liệu mới đang được quan tâm. Đối với động cơ xăng người ta dùng phương pháp hydro hoá làm sạch hoặc pha trộn cồn tạo nhiên liệu sạch.
Đối với động cơ diezel do có tỉ số nén cao hơn động cơ xăng , giá thành diezel lại rẻ hơn nhiều so với động cơ xăng do vậy trên thế giới đang có xu hướng diezel hoá động cơ diezel. Do vậy vấn đề làm sạch diezel đang được quan tâm. Có rất nhiều phương pháp nhưng nhìn chung có bốn phương pháp chính sau:[2,30] NGUYỄN VĂN TIẾN CÔNG NGHỆ HỮU CƠ- HÓA DẦU LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC 14 TỔNG HỢP BIODIESEL *Phương pháp pha trộn: Đó là sử dụng việc pha trộn giữa nhiên liệu diezel sạch với nhiên liệu diezel bẩn hơn để thu được nhiên liệu diezel đảm bảo chất lượng. Phương pháp nhày có hiệu quả kinh tế khá cao, có thể pha trộn với các tỷ lệ khác nhau để có nhiên liệu diezel thoả mãn yêu cầu.
Tuy nhiên trên thế giới có rất ít thành phần khí hydrocacbon (dầu mỏ sạch), mà chủ yếu là dầu mỏ có thành phần khí hydrocacbon cao. Vì vậy, phương pháp này cũng không phải là phương pháp khả thi. *Phương pháp hydro hoá làm sạch: Phương pháp này có ưu việt là hiệu quả rất cao, các hợp chất khí hydrocacbon được giảm xuống thấp nên nguyên liệu diezel rất sạch. Tuy nhiên phương pháp này ít được lựa chọn vì vốn đầu tư khá cao khoảng 60 đến 80 triệu đô la cho một phân xưởng hydro hoá.
*Phương pháp nhũ hoá nguyên liệu diezel: Đưa nước vào nhiên liệu diezel và tạo thành dạng nhũ tương. Loại nhiên liệu này có nồng độ oxy cao hơn nên tạo quá trình cháy sạch hơn. Phương pháp này nếu thực hiện được thì không những giảm được ô nhiễm môi trường mà còn có giá trị kinh tế cao. Nhưng phương pháp này vẫn đang trong giai đoạn nghiên cứu phòng thí nghiệm.
*Phương pháp pha trộn nhiên liệu sinh học Là đưa các hợp chất chứa oxy vào nhiên liệu diezel gọi là nhiên liệu sinh học. Dạng nhiên liệu này có nồng độ oxy cao hơn, thêm vào đó nhiên liệu sinh học lại có ít tạp chất, vì vậy quá trình cháy sạch, ít tạo cặn. Trong bốn phương pháp trên thì phương pháp thứ 4 là phương pháp được nhiều nước quan tâm và tập trung nghiên cứu nhiều nhất vì đây là phương pháp lấy từ nguồn nguyên liệu sinh học, đó là một nguồn nguyên liệu vô tận, tái sử dụng được, hơn nữa nguyên liệu này khi cháy tạo ít các khí thải như COx, SOx, H2S, hydrocacbon thơm.Các khí này là nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường.[2] Biodiezel là một nhiên liệu sinh học điển hình, nó được điều chế từ dầu thực vật (dầu dừa, dầu bông, dầu hạt hướng dương, dầu cọ, dầu đậu nành,.) hoặc là mỡ động NGUYỄN VĂN TIẾN CÔNG NGHỆ HỮU CƠ- HÓA DẦU LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC 15 TỔNG HỢP BIODIESEL vật sạch hoặc phế thải. Đây là những nguyên liệu không độc hại, có khả năng phân huỷ sinh học, có thể trồng trọt và chăn nuôi được.
Ngoài ra, trong quá trình sản xuất biodiezel, có tạo ra sản phẩm phụ là glyxerin, đây là một chất có giá trị kinh tế cao, chúng được sử dụng trong các ngành dược mỹ phẩm. Biodiezel rất sạch, đây là một nguồn nguyên liệu thay thế tốt nhất cho động cơ trong tương lai khi mà nguồn nguyên liệu khoáng cạn kiệt, không làm suy yếu các nguồn tự nhiên, có lợi về mặt sức khoẻ và môi trường. Việc sản xuất biodiezel từ dầu thực vật, mỡ động vật và phế thải không những giúp cân bằng môi trường sinh thái mà còn làm đa dạng hoá các dạng năng lượng cung cấp cho con người, đóng góp vào đảm bảo an ninh năng lượng, giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu khoáng, đồng thời đem lại lợi nhuận và việc làm cho người dân [2,15]. Trên thế giới đặc biệt là các nước phát triển, mật độ phương tiện giao thông cao vì vậy mà việc sử dụng nhiên liệu sạch là rất lớn.
Việc nghiên cứu tìm ra nguyên liệu sạch cho động cơ đã được nghiên cứu từ lâu. Hiên nay, việc sử dụng nhiên liệu sạch như xăng pha cồn, diezel pha biodiezel rất phổ biến ở các nước này. Đặc biệt, trong những năm gần đây việc sử dụng biodiezel cho nhiên liệu diezel đã tăng mạnh ở Mỹ, Pháp, Đức.Tại Việt Nam việc nghiên cứu nhiên liệu sạch đã được quan tâm và phát triển. Đã có rất nhiều đề tài nghiên cứu về vấn đề nhiên liệu sạch cho động cơ như công trình nghiên cứu xăng pha cồn đã được công bố, còn đề tài nghiên cứu sử dụng biodiezel pha lẫn còn đang trong quá trình nghiên cứu.
Đây là một đề tài rất thiết thực và nó phù hợp với nhu cầu tiêu thụ năng lượng ngày càng gia tăng hiện nay. Nhiên liệu diezel truyền thống. Để động cơ diezel làm việc ổn định đòi hỏi nhiên liệu diesel phải đảm bảo các chỉ tiêu chất lượng như sau: [1] *Phải có tính tự bắt cháy phù hợp. Tính chất này được đánh giá qua trị số xetan.
Trị số xetan là đơn vị đo quy ước đặc trưng cho khả năng tự bắt lửa của nhiên liệu diezel là mốt số nguyên, có giá trị đúng bằng giá trị của hỗn hợp chuẩn có cùng khả năng tự bắt cháy. Hỗn hợp chuẩn này gồm NGUYỄN VĂN TIẾN CÔNG NGHỆ HỮU CƠ- HÓA DẦU LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC 16 TỔNG HỢP BIODIESEL hai hyđrocacbon : n-xetan (C 16H 34) quy định là 100,có khả năng tự bắt cháy tốt và α - metyl naphtalen (C 11H10 ) quy định là 0, có khả năng tự bắt cháy kém. Trị số xetan được xác định theo tiêu chuẩn ASTM- D 613. Trị số xetan cao quá hoặc thấp quá đều gây nên những vấn đề không tốt cho động cơ.