Sunday, February 4, 2007

Quá trình chuyển vị este (Phần 2: Xúc tác)

Quá trình chuyển vị este thu biodiesel từ lâu đã là đề tài nghiên cứu ở nhiều nước. Các thông số của quá trình đã được nghiên cứu kỹ lưỡng như nồng độ xúc tác, tỉ lệ mol rượu : dầu, nhiệt độ, thời gian phản ứng, mức độ làm sạch dầu thực vật ban đầu, ảnh hưởng của độ ẩm và axít béo tự do…

Xúc tác cho phản ứng có thể dùng axít hoặc kiềm. Nhưng trong quá trình xúc tác đồng thể, xúc tác kiềm thúc đẩy phản ứng nhanh hơn xúc tác axít. Trong những xúc tác kiềm, phổ biến nhất là NaOH, KOH và các ancolat tương ứng (CH3ONa, CH3OK).

Tất cả các xúc tác này đều có thể giúp thu được biodiesel chất lượng cao.Nhưng tùy thuộc vào công suất của nhà máy và những điều kiện cụ thể khác mà người ta dùng lọai này hay loại khác.

Ở dạng thành phẩm, NaOH và KOH đều ở dạng hạt rắn. Để tạo ra tác nhân xúc tác phản ứng là ion CH3O-, người ta phải hòa tan chúng vào trong rượu CH3OH trước khi cho vào lò phản ứng. Quá trình hòa tan này tỏa nhiệt và rất nguy hiểm vì bản thân CH3OH và kiềm đều độc, nhất là CH3OH. Như vậy, ở những nhà máy sử dụng NaOH và KOH, phải mất thêm chi phí cho khâu chuẩn bị chất xúc tác cũng như các biện pháp xử lý an toàn. Do vậy,ở Châu Âu và Mỹ, người ta dùng NaOH và KOH ở những nhà máy với công suất không cao ( dưới 8,9 triệu galông).

Thêm vào đó, khi hòa tan NaOH, KOH với CH3OH, nước sinh ra theo phản ứng:
NaOH + CH3OH ------> CH3ONa + H2O

Nước gây thủy phân triglixerit và este tạo thành, làm giảm hiệu suất của quá trình đồng thời gây khó khăn thêm cho quá trình loại bỏ nước sau này.

KOH mắc gấp đôi NaOH, nhưng KOH có lợi là hòa tan với CH3OH dễ hơn NaOH và muối sulphát kali không tan, thu được trong quá trình làm sạch sản phẩm, có thể được dùng làm phân bón.

Khác với NaOH và KOH, CH3ONa hoàn toàn không sinh ra nước. CH3ONa thường dùng ở dạng hòa tan (25-30%) trong CH3OH do đó đã “sẵn sàng” cho phản ứng, không mất thêm chi phí cho việc chuẩn bị chất xúc tác . Khi sử dụng xúc tác này, hiệu suất thu biodiesel là cao nhất trong khi tiêu tốn ít xúc tác hơn so với trường hợp NaOH và KOH. Thêm vào đó, glyxerin thu được tinh khiết hơn dẫn đến giảm chi phí cho quá trình làm sạch glyxerin.

Do độ hấp thụ nước cao, CH3ONa thường được dùng trong trường hợp nguồn nguyên liệu chất lượng tốt (lượng nước và axít béo nhỏ hơn 0,1%).

Mặc dù CH3ONa giá thành cao (gấp 2 lần KOH), nhưng những lợi ích của nó có thể bù lại trong trường hợp công suất nhà máy lớn (> 5 triệu galông). Trên thực tế, 2/3 nhà máy sản xuất biodiesel công suất lớn ở Châu Âu và 70% biodiesel sản xuất tại Bắc Mỹ sử dụng loại xúc tác này.

Những nhà cung cấp công nghệ chính như Lurgi PSI, Desmet Ballestra và Crown Iron Works đều khuyến khích sử dụng CH3ONa.

Hai nhà cung cấp xúc tác CH3ONa và CH3OK (ở dạng hòa tan trong CH3OH) chính là BASF và Degussa.

Nguồn tham khảo:
1. Е. Давыдова, B. Harten, Н. Пасхин. Развитие топливного рынка ЕС: биодизельного топливо – возобновляемый энергетический ресурс. Масложировая промышленность. 2005, № 4, с. 2-4
2.http://biodieselmagazine.com/article.jsp?article_id=462&q=biodieselcatalyst&category_id=21
3.http://biodieselmagazine.com/article.jsp?article_id=715&q=biodieselcatalyst&category_id=21
4. www.basf.com/alcoholates
5. www.degussa-biodiesel.com

No comments: