Trước đây, glyxerin thô, phụ phẩm của sản xuất biodiezen thường được dùng làm thức ăn cho gia súc hoặc thải bỏ bằng cách đốt và chôn lấp. Phương án xử lý này không chỉ làm lãng phí một nguồn nguyên liệu tiềm năng mà còn gây ô nhiễm môi trường. Nếu như lượng glyxerin thô trong quá trình sản xuất nhiên liệu sinh học được tinh chế hoặc chuyển hóa thành các sản phẩm khác có giá trị sử dụng cao hơn, sẽ làm tăng hiệu quả kinh tế và góp phần vào sự phát triển bền vững của công nghiệp sản xuất nhiên liệu sinh học, đồng thời giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

Chính vì vậy, nhu cầu cấp thiết hiện nay là tìm giải pháp nâng cao giá trị sử dụng cho phần glyxerin phụ phẩm này. Một trong những giải pháp đó là chuyển hóa glyxerin thải thành glyxerin tert butyl ete (GTBE), làm phụ gia cho nhiên liệu. Quá trình được thực hiện bằng phản ứng ete hóa glyxerin với isobutylen hoặc tert-butyl ancol.

Để đáp ứng nhu cầu cấp thiết về tìm kiếm giải pháp nâng cao giá trị sử dụng của glyxerin phụ phẩm từ sản xuất biodiesel, góp phần tăng hiệu quả kinh tế của quá trình sản xuất loại nhiên liệu sinh học này, đề tài “Nghiên cứu công nghệ sản xuất phụ gia GTBE từ glyxerin phụ phẩm của sản xuất bio-điezen”, do PGS. TS. Nguyễn Hồng Liên, Giám đốc PTN CN Lọc - Hóa dầu & Vật liệu xúc tác hấp phụ, thực hiện nhằm mục tiêu chủ yếu là: xây dựng được qui trình và mô hình thiết bị sản xuất phụ gia GTBE từ glyxerin phụ phẩm của sản xuất biodiezen nhằm nâng cao hiệu quả quá trình cháy của nhiên liệu động cơ, góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

Đây là nghiên cứu đầu tiên ở Việt Nam về chuyển hóa glyxerin thải từ quá trình sản xuất biodiezen thành phụ gia nhiên liệu GTBE nhằm nâng cao giá trị sử dụng của phụ phẩm này.

Các nội dung nghiên cứu chính của đề tài bao gồm:

1. Nghiên cứu tổng hợp GTBE từ glyxerin phụ phẩm của sản xuất biodiezen qui mô 0,5 L/mẻ

2. Nghiên cứu thiết kế, chế tạo và lắp đặt hệ thống thiết bị tổng hợp phụ gia GTBE từ glyxerin phụ phẩm của quá trình sản xuất biodiezen công suất 5 lít/mẻ

3. Sản xuất 50 lít GTBE làm phụ gia nhiên liệu

4. Xây dựng quy trình pha chế và sử dụng GTBE làm phụ gia cho xăng, E5, diesel

5. Pha chế các hệ nhiên liệu chứa GTBE

6. Đánh giá khả năng làm việc của các hệ nhiên liệu pha chế với động cơ trên băng tải

7. Đánh giá sơ bộ hiệu quả kinh tế quá trình sản xuất GTBE

Từ các kết quả nghiên cứu đã thực hiện, có thể rút ra một số kết luận sau:

1. Đã xác định được các điều kiện thích hợp để tổng hợp GTBE từ glycerol tinh khiết trên xúc tác zeolit beta là: nhiệt độ 120oC, tỷ lệ nguyên liệu TBA/glycerol bằng 4/1, hàm lượng xúc tác 7,5% khối lượng glycerol và thời gian phản ứng là 6h. Ở điều kiện này, độ chuyển hóa của glycerol đạt được là 66,12%, độ chọn lọc mono GTBE là 30,53%, đạt hiệu suất tổng hợp đồng phân ME là 20,2%. Quá trình thích hợp để sản xuất các đồng phân cao (như DE và TE) của GTBE.

2. Xác định được điều kiện thích hợp để tổng hợp GTBE từ glycerol tinh khiết trên xúc tác Amberlyst 36 là: nhiệt độ 70oC, tỷ lệ nguyên liệu TBA/glycerol bằng 4/1, hàm lượng xúc tác 7,5% khối lượng glycerol và thời gian phản ứng là 6h. Ở điều kiện này, độ chuyển hóa glycerol đạt 50,76%, độ chọn lọc mono GTBE là 89,09%, đạt hiệu suất tổng hợp đồng phân ME cao nhất là 45,2%. Quá trình thích hợp để sản xuất các mono GTBE.

3. Đã thiết lập được qui trình xử lý phụ phẩm glyxerin thô, với các điều kiện thích hợp là: axit hoá bằng H3PO4 (85%), pH=2,5 trong 60 phút, ở nhiệt độ 70oC; trung hoà bằng 12ml dung dịch NaOH 12.5 M/100ml glycerol đã được axit hoá; trích ly bằng IPA (tỷ lệ thể tích 2:1 so với glycerol) trong 45 phút; chưng tách dung môi ở áp suất thường, nhiệt độ 82,2 độ C trong 2 giờ; khử màu bằng than hoạt tính với tỉ lệ than:glycerol=200g/lít. Glycerol sau tinh chế có độ tinh khiết là 95,2%.

4. Nghiên cứu điều chỉnh các thông số công nghệ quá trình tổng hợp GTBE từ glycerol phụ phẩm sản xuất biodiesel xác định được điều kiện thích hợp nhất là xúc tác Amberlyst 36 (tỷ lệ 8,5% khối lượng glycerol),nhiệt độ 75oC, tỷ lệ nguyên liệu TBA/glycerol bằng 4/1, và thời gian phản ứng là 6,5h, cho phép thu ME với hiệu suất 70,2%.

5. Đã thiết lập được hệ thống thiết bị và qui trình tổng hợp GTBE qui mô 5 lít/mẻ. Đánh giá chất lượng sản phẩm của16 mẻ sản xuất cho thấy chênh lệch hiệu quả quá trình tổng hợp GTBE giữa các mẻ không quá 5%, với giá trị trung bình đạt được là chuyển hóa 80% glycerol, chọn lọc 88,7% ME và hiệu suất ME đạt 71%. Độ tinh khiết ME đạt 97%, tương đương sản phẩm thương mại.

6. Đã xác định được tỷ lệ thích hợp pha ME vào các nhiên liệu A92, A95, E5 là 2%tt và pha hỗn hợp DE+TE vào diesel 3% tt. Pha chế được 155 lít xăng A92+ME, 150 lít A95+ME, 305 lít E5+ME và 53 lít diezen + DE+TE đạt các tiêu chuẩn theo qui định QCVN 01:2009/BKHN có tính đến bản điều chỉnh năm 2014.

7. Đã thử nghiệm khả năng làm việc của các hệ nhiên liệu trên động cơ băng tải và động cơ chạy trên đường. Kết quả cho thấy các nhiên liệu A92+ME, A95+ME và E5+ME có trị số octan tăng 3 đơn vị so với khi không pha chế. Với mẫu diesel + DE+TE tuy chỉ số xetan giảm chút ít (1,2 đơn vị) nhưng cải thiện đáng kể chất lượng khí thải (thành phần CO và HC giảm 14- 16%).

8. Đánh giá sơ bộ hiệu quả kinh tế quá trình tổng hợp GTBE cho thấy giá thành 1kg ME khoảng 59.151 VNĐ và chi phí để tăng 3 đơn vị octan của nhiên liệu xăng, đồng thời giảm phát thải là khoảng 852 VNĐ.

9. Đề tài đã hoàn thành đầy đủ các nội dung nghiên cứu và sản phẩm đăng ký. Có 01 bài báo đăng trên Tạp chí Khoa học và Công nghệ, 01 bài đăng trên Tạp chí Hóa học, 01 báo cáo Hội nghị khoa học quốc tế về Kỹ thuật Hóa học, 02 bài chấp nhận đăng trên Tạp chí Xúc tác Hấp phụ. Đề tài đã đào tạo được 12 kỹ sư và 1 Thạc sĩ Kỹ thuật Hóa học và đang đào tạo 1 học viên cao học khác chuẩn bị bảo vệ luận văn vào tháng 10/2017.

Có thể tìm đọc toàn văn báo cáo kết quả nghiên cứu (Mã số 14469/2017) tại Cục Thông tin Khoa học và Công nghệ Quốc gia.

P.K.L (NASATI)