SO SÁNH CHÁT LƯỢNG CỦA BIODIEZEL VÀ DIEZEL KHOÁNG

5.8.1. Chỉ tiêu chất lượng của biodiezel

Theo tiêu chuẩn ASTM và TCVN, chỉ tiêu chất lượng của biodiezel được quy định theo bảng 5.19.

Biodiezel được đặc trưng bởi độ nhớt, tỷ trọng, điểm đục và điểm đông đặc (là điểm tại đó nhiệt độ thấp nhất mà dầu có thể chảy), trị số xetan, thành phần chưng cất, nhiệt độ chớp cháy, hàm lượng tro, hàm lượng lưu huỳnh, lượng cacbon còn lại, trị số axit, sự ăn mòn lá đồng, nhiệt trị (HHV)... Những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến sản lượng este trong suốt quá trình phản ứng este hoá là tỷ lệ mol của rượu trong dầu thực vật và nhiệt độ phàn ứng. Giá trị độ nhớt cùa dầu thực vật metyl este giảm đi một cách rố ràng sau quá trình este hoá. So với nhiên liệu D2, tất cả dầu thực vật metyl este có độ nhớt nhỏ. Giá trị nhiệt độ chớp cháy của metyl este là thấp hơn dầu thực vật một cách đáng kể. Đó là sự đối lập lớn giữa giá trị tỷ trọng và độ nhớt của dầu thực vật và metyl este (biodiezel).

Tính chất của biodiezel tương tự của nhiên liệu dieseỉ khoáng. Độ nhớt là tính chất quan trọng nhất của biodiezel khi nó tác động vào thiết bị phun nhiên liệu, đặc biệt tại nhiệt độ thấp khi sự tăng độ nhót ành hưởng đến tính lưu biến của nhiên liệu. Độ nhớt cao làm cho sự phun nhiên liệu dưới dạng bụi sương khó khăn hơn, dẫn đến giảm khả năng làm việc chính xác của máy phun nhiên liệu. Độ nhớt của biodiezel thấp, nó sè dễ dàng hơn để bơm và phun thành dạng sương mù và đạt được độ nhớt tốt. Bảng 5.19 chỉ ra một số tính chất của metyl este từ các nguồn nguyên liệu khác nhau.

Dầu thực vật cũng có thể được sử dụng như là nhiên liệu cho động cơ đốt trong nhung do độ nhớt cao hơn nhiều so với nhiên liệu diezel thông thường, nên nếu sử dụng nguyên đầu thực vật thì yêu cầu động cơ phải được thay đổi. Chính vì vậy mà phải thực hiện quá trình trao đổi este để giám độ nhớt, thu alkyl este có độ nhớt phù hợp với động cơ diezel. Giá trị độ nhớt của dầu thực vật trong khoảng 27,2 đến 53,6 mm2/s, trong khi độ nhớt của metyl este trong khoảng 3,6 đến 4,6 mm2/s. Độ nhớt của nhiên liệu DO là 2,7 mm2/s tại 311K. So với nhiên liệu diezel khoáng, tất cả các metyl este đều có độ nhớt gần tương đương.

Bảng 5.19. Độ nhớt của một số Ịoại biodiezel đi từ các nguồn khác nhau

Nguồn dầu Độ nhớt, cSt, tại 312,3K Tỳ trọng Trị số xetan

Hướng dương 4,6 0,880 49 Đậu tương 4,1 0,884 46 Cọ 5,7 0,880 62 Lạc 4,9 0,876 53 Cọ cao 3,6 - 63 Mờ động vật 4,1 0,877 58

5.8.2. So sánh chất lượng của biodiezel SO với diezel khoáng

Biodiezel có tính chất vật lý rất giống với dầu diezel. Tuy nhiên, tính chất phát khí thải thì biodiezel tốt hom dầu diezel khoáng. Tính chất vật lý của biodiezel so với nhiên liệu diezel khoáng được cho ở bảng 5.20.

Bảng 5.20. Các chỉ tiều chất lượng của biodiezel gổc ( B ỉ00)

TT Tên chỉ tiêu Mức Phương pháp thử

1 Hàm lượng este, %KL, min 96,5 EN 14103 2 Khổi lượng riêng tại 15°c,

kg/m3 oo Ó\ Ó •I- o o o TCVN 6594 (ASTM D 1298) 3 Điểm chớp chảy cốc kín, o » c , min 130,0 TCVN 2693 (ASTM D 193)

Bảng 5.20. (tiếp theo) TT Tên chỉ tiêu Mức Phương pháp thừ 4 Nước và cặn, %TT, max 0,050 TCVN 7757 (ASTM D 2709) 5 Độ nhớt động học tại 40°c, mm2/s 1 , 9 -6,0 TCVN 3171 (ASTM D 445)

6 Tro sun fat, %KL, max 0,020 TCVN 2698 (ASTM D 784) 7 Lưu huỳnh, %KL (ppm), max 0,05 (500) ASTM D 5453/ TCVN 6701 8 Ăn mòn đồng, loại N°1 TCVN 2694 (ASTM D 130) 9 Trị số xetan, min 47 TCVN 7630 (ASTM D613)

10 Điểm vẩn đục, °c Báo cáo ASTM D 2500

11 Cặn cacbon, % KL, max 0,050 ASTM D 4530

12 Trị số axit, mg KOH/g, max

0,50 TCVN 6325 (ASTM D 664) 13 Chỉ số iot, g iot/100 g, max 120 EN 14111/TCVN

6122 (ISO 3961) 14 Độ Ổn định oxy hoá tại

110°c, giờ

6 EN 14112

15 Glyxerin tự do, %KL, max 0,020 ASTM D 6584 16 Glyxerin tổng. %KL, max 0,240 ASTM D 6584

17 Phospho, %KL, max 0,001 ASTM D4951

18 Nhiệt độ cất 90% thu hồi, °c, max 360 ASTM D 1160 19 Na và K, mg/kg, max 5,0 EN 14108 và 14109 20 Ngoại quan Không có nước tự do, cặn và tạp chất lơ lửng Quan sát bằng mất thường

Sản phẩm cháy của biodiezel sạch hơn nhiều so với nhiên liệu diezel khoáng, riêng B-20 (20% biodiezel 80% diezel khoáng) có thể được sừ dụng trong các động cơ diezel mà không cần phải thay đổi kết cấu của động cơ, thực tế các động cơ diezel sẽ chạy tổt hơn khi pha chế 20% biodiezel. Trên bảng 5.21 ỉà so sánh giữa biodiezel tổng hợp từ dầu hạt cao su và diezel dầu khoáng.

Bảng 5.21. So sánh tính chất của nhiên liệu diezel khoáng với biodiezel

Các chỉ tiêu Biodiezel Diezel khoảng

Tỷ trọng

Độ nhớt động học ở 40°c, cSt Trị số xetan

Nhiệt lượng tỏa ra khi cháy, cal/g Hàm lượng lưu huỳnh,% Điểm vẩn đục, °c Chỉ số iot 0,87 4- 0,89 3,7 - 5,8 46 +70 37.000 0,0 4- 0,0024 - 1 1 - 1 6 60 4- 135 0,81 +0,89 1,9 -5- 4,1 40 + 55 43.800 0,5 8,6

5.8.3. Ưu điểm của biodiezel

a. Trị sổ xetan cao: Trị số xetan tà một đơn vị đo khả nãng tự bát

cháy cùa nhiên liệu diezel, Trị số xetan của diezel càng cao thì sự mồi lửa và sự cháy càng tốt, động cơ chạy đều đặn hơn. Nhiên liệu diezel thông thường có trị sổ xetan từ 50 đển 52 và 53 đến 54 đối với động cơ cao tốc. Biodiezel là các alkyl este mạch thăng do vậy nhiên liệu này cỏ trị số xetan cao hem diezel khoáng, trị số xetan của biodiezel thường từ 56 đến 58. Với trị sổ xetan như vậy, biodiezel hoàn toàn có thể đáp ứng dễ dàng yêu cầu của những động cơ đòi hỏi nhiên liệu chất lượng cao với khả năng tự bắt chảy cao mà không cần phụ gia tăng í rị số xetan.

b. Hàm lượng lưu huỳnh thấp: Trong biodiezel hàm lượng lưu huỳnh

rất thấp, khoảng 0,001%. Đặc tính này cùa biodiezel rẩt tốt cho quá trình sừ dụng làm nhiên liệu, vì Ĩ1Ó làm giảm đáng kể khí thải SOx gây ăn mòn thiểt bị và gây ô nhiễm môi trường.

11% oxy nên quá trình cháy của nhiên liệu xảy ra hoàn toàn. Vì vậy với những động cơ sử dụng nhiên liệu biodiezel thì sự tạo muội, đóng cặn trong động cơ giảm đáng kể.

d. Khả năng bôi trơn cao nên giảm mài mòn: Biodiezel có khả năng

bôi trơn bên trong rất tốt. Các cuộc kiểm tra đâ chi ra ràng, biodiezel có khả năng bôi trơn tốt hơn diezel khoáng. Khả năng bôi trơn cùa nhiên liệu được đặc trưng bởi giá trị HFRR (high-frequency receiprocating rig), nói chung giá trị HFRR càng thấp thì khả năng bôi trơn cùa nhiên liệu càng tốt. Diezel khoáng đã xử lý lưu huỳnh có giá trị HFRR > 500 khi không có phụ gia, nhưng giới hạn đặc trưng của diezel là 450. Vì vậy, diezel khoáng yêu cầu phải có phụ gia để tăng khả năng bôi Ươn. Ngược lại, giá trị HFRR của biodiezel khoảng 200. Vì vậy, biodiezel còn như là một phụ gia rất tốt đối với nhiên liệu diezel thông thường. Khi thêm vào với tỷ lệ thích hợp biodiezel, sự mài mòn động cơ được giảm mạnh. Thực nghiệm đã chửng minh sau khoảng 15.000 giờ làm việc, sự mài mòn vẫn không được nhận thấy.

e. Tính ổn định của biodiezet Sự thuận lợi rất lớn về môi trường cùa

biodiezel là khả năng bị phân huỷ rất nhanh của nỏ (phân huỳ đến hơn 98% chỉ trong 21 ngày). Tuy nhiên, sự thuận lợi này yêu cầu sự chú ý đặc biệt về quá trình bảo quản nhiên liệu.

/ Khả năng thỉch hợp cho mùa đông'. Biodiezel rất phù hợp cho điều kiện sử dụng vào mùa đông ở nhiệt độ -20°c. Đối với diezel khoáng, sự kết tinh (tạo tinh thể M-parafin) xảy ra trong nhiên liệu gây trở ngại cho các đường ổng dẫn nhiên liệu, bơm phun nên thường xuyên phải làm sạch. Còn biodiezel thì chỉ bị đông đặc lại khi nhiệt độ giảm, và nó không cần thiết phải làm sạch hệ thống nhiên liệu.

g. Giảm ỉượng khỉ thải độc hại và nguy cơ mắc bệnh ung thư: Theo

các nghiên cứu của Bộ năng lượng Mỹ đã hoàn thành tại một trường đại học ở Califonia, sừ dụng biodiezel tinh khiết thay cho diezel khoáng có thể giảm 93,6% nguy cơ mắc bệnh ung thư từ khí thải của động cơ, do biodiezel có chứa rất ít các hợp chất thơm, chứa rất ít lưu huỳnh, quá trình cháy của biodiezel triệt để hơn nên giảm được nhiều thành phần hydrocacbon trong khí thải.

h. An toàn về chảy W (ốt hơn: Biodiezel có nhiệt độ chớp cháy cao,

trên 110°c, cao hơn nhiều so với diezel khoáng (khoảng 60°C), vì vậy tính chất nguy hiểm của nó thấp hơn, an toàn hơn trong tồn chứa và vận chuyển.

/. Nguồn nguyên liệu cho tỏng hợp hoá học: Ngoài việc được sử dụng làm nhiên liệu, các alkyl este axit béo còn là nguồn nguyên liệu quan trọng cho ngành công nghệ hoá học, sàn xuất các rượu béo, ứng dụng trong dược phẩm và mỹ phẩm, các alkanolamin, isopropylỉc este, các polyeste được ứng dụng như chất nhựa, chất hoạt động bề m ặt...

k. Có khả năng nụôì trồng đirợc: Tạo ra nguồn năng lượng độc lập

với dầu mỏ, không làm suy yếu các nguồn năng lượng tự nhiên, không gây ảnh hưởng tới sức khoẻ con người và môi trường.

5.8.4. Nhưực điểm chủ yếu của biodiezel

a. Giá thành khá cao: Biodiezel thu được từ dầu thực vật đắt hơn so

với nhiên liệu diezel thông thường. Ví dụ ở Mỹ 1 gallon dầu đậu nành giá xấp xỉ bằng 2 đến 3 lần 1 gallon diezel khoáng. Nhưng trong quá trình sản xuất biodiezel có thể tạo ra sản phẩm phụ là glyxerin là một chất có tiềm năng thương mại lớn có thể bù lại phần nào giá cà cao của biodiezel.

b. Tính chất thời vụ: Một hạn chế nữa của việc sử dụng biodiezel đó

là tính chất thời vụ của nguồn nguyên liệu dầu thực vật. Vì vậy muốn sử đụng biodiezel như là một dạng nhiên liệu thương xuyên thì cần phải quy hoạch tot vùng nguyên liệu.

c. Cỏ thể gây ô nhiễm: Nếu quá trinh sản xuất biodiezel không đàm

bảo, chẳng hạn rửa biodiezel không sạch thì khi sử dụng vẫn gây ra các vấn đề về ô nhiễm; do vẫn còn xà phòng, kiềm dư, metanoỉ, glyxerin tự do... cũng là những chất gây ô nhiễm. Vì vậy phải có các tiêu chuẩn cụ thể để đánh giá chất lượng của biodiezel.

5.9. TÍNH CHÁT KHÓI THẢI KHI s ử DỤNG NHIÊN LIỆU