Quá trình thu biodiesel dựa trên phản ứng chuyển vị este

Dầu nguyên liệu, rượu và chất xúc tác được trộn trong lò phản ứng trong thời gian thích hợp (1-2 tiếng) ở nhiệt độ khoảng 60 độ C.

Quá trình thu biodiesel có thể liên tục hoặc theo chu kỳ (Đã bàn ở bài trước). Trên thực tế quá trình thường được thực hiện liên tục qua hai giai đoạn (2 lò phản ứng): khoảng 80% lượng rượu và xúc tác được dùng ở lò phản ứng thứ nhất. Hỗn hợp phản ứng sau khi tách khỏi pha glixerin được đưa vào lò phản ứng thứ hai để kết thúc phản ứng với lượng rượu và xúc tác còn lại.

Glixerin tạo thành được tách ra khỏi pha este ở máy phân ly hoặc máy ly tâm. Quá trình tách thường xảy ra dễ dàng vì glixerin hầu như không tan trong este. Lượng rượu dư có thể làm chậm quá trình tách vì rượu hòa tan tốt cả glixerin lẫn este. Nhưng không thể đuổi lượng rượu dư trước quá trình tách pha vì như thế sẽ dịch chuyển cân bằng về phía tạo ra triglixerit.

Este sau khi tách khỏi glixerin được đưa đến khâu trung hòa và qua tháp tách metanol. Ở khâu trung hòa người ta dùng axit như HCl, axit xitric để trung hòa lượng xúc tác kiềm dư và lượng xà phòng tạo thành:

Tất cả lượng dư xúc tác, xà phòng, muối, metanol và glixerin tự do được tách khỏi biodiesel bằng quá trình rửa nước. Trung hòa bằng axit trước khi rửa nước nhằm giảm tối đa lượng xà phòng và lượng nước rửa cần dùng do đó hạn chế được quá trình tạo nhũ tương (nước trong biodiesel với tác nhân tạo nhũ tương là xà phòng), gây khó khăn cho việc tách nước khỏi biodiesel. Biodiesel được làm sạch nước trong tháp bay hơi. Nếu sản xuất ở qui mô nhỏ người ta thường dùng các muối khô để hút nước.

Một số nguồn nguyên liệu chứa một lượng lớn axit béo tự do. Axit béo tự do phản ứng với xúc tác kiềm sinh ra xà phòng và nước. Thực tế cho thấy rằng quá trình thu biodiesel có thể xảy ra bình thường với hàm lượng axit béo tự do thấp hơn 5%. Khi đó, cần dùng thêm xúc tác để trung hòa axit béo tự do. Lượng xà phòng tạo ra nằm ở mức cho phép.

Khi hàm lượng axit béo tự do lớn hơn 5%, lượng xà phòng tạo ra làm chậm quá trình tách pha este và glixerin, đồng thời tăng mạnh sự tạo nhũ tương trong quá trình rửa nước. Để giảm hàm lượng axit béo tự do, trước phản ứng chuyển vị este, người ta dùng xúc tác axit, như H2SO4, chuyển hóa axit béo tự do thành este (phản ứng este hóa).

Vì vậy, hàm lượng axit béo tự do là yếu tố chính trong việc lựa chọn công nghệ cho quá trình sản xuất biodiesel

Nguồn:

Knothe G., Gerpen J. V., Krahl J. The Biodiesel Handbook. Champaign, IL: AOCS Press, 2005.