Sản xuất dầu nhờn sinh học từ phụ phẩm mẫu cá da trơn :Báo cáo tổng kết đề tài Khoa học cấp trường

BỘ CÔNG THƯƠNG

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC

KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG

Tên đề tài: Sản xuất dầu nhờn sinh học từ phụ phẩm mỡ cá da trơn

Mã số đề tài: 171.4091

Chủ nhiệm đề tài: ThS. Trần thị Hồng

Đơn vị thực hiện: Khoa Công Nghệ Hóa học

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2019

i

LỜI CẢM ƠN

Nhóm nghiên cứu xin chân thành cảm ơn các thành viên trong nhóm nghiên

cứu đã tham gia thực hiện đề tài. Tôi xin cảm ơn PGS.TS. Phan Minh Tân, với vai

trò là Thầy, cố vấn chuyên môn, người đã cho nhóm những ý tưởng khoa học và đã

định hướng nghiên cứu cho đề tài.

Nhóm nghiên cứu cũng xin chân thành cảm ơn đến tất cả quý thầy cô trong bộ

môn Công nghệ Hóa Dầu, Ban Lãnh Đạo Khoa cùng toàn thể Quý thầy cô Khoa Công

Nghệ Hóa Học, Trường Đại Học CN TP.HCM đã hỗ trợ về thời gian, thiết bị, phòng

thí nghiệm…để chúng tôi thực hiện đề tài này. Chúng tôi cũng xin trân trọng cảm ơn

sự hỗ trợ từ Quý thầy cô thuộc Bộ Môn Kỹ thuật Chế Biến Dầu Khí -Khoa Kỹ Thuật

Hóa Học – ĐHBK.Tp.HCM.

Nhóm nghiên cứu xin chân thành cảm ơn Phòng QLKH&HTQT - Trường Đại

Học Công Nghiệp Tp.HCM đã hướng dẫn và hỗ trợ các thủ tục nghiệm thu đề tài

nghiên cứu khoa học cấp Trường.

Cuối cùng chúng tôi xin chân thành cảm ơn Trường Đại Học Công Nghiệp

Tp.HCM đã hỗ trợ về kinh phí thực hiện đề tài này.

TP. Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 12 năm 2019

Chủ nhiệm đề tài

(Họ tên và chữ kí)

Trần Thị Hồng

ii

PHẦN I. THÔNG TIN CHUNG

I. Thông tin tổng quát

1.1. Tên đề tài: Sản xuất dầu nhờn sinh học từ phụ phẩm mỡ cá da trơn

1.2. Mã số: 171.4091

1.3. Danh sách chủ trì, thành viên tham gia thực hiện đề tài

TT

Họ và tên

(học hàm, học vị)

Đơn vị công tác Vai trò thực hiện đề tài

1 ThS. Trần Thị Hồng Khoa Công nghệ Hóa học,

ĐHCNTP.HCM

Chủ nhiệm

2 TS. Đỗ Quý Diễm Khoa Công nghệ Hóa học,

ĐHCNTP.HCM

Cố vấn khoa học

3 PGS.TS. Phan Minh Tân Viện nghiên cứu Năng

Lượng Bền Vững, ĐHQG

TP.HCM

Cố vấn khoa học

4. KS. Phùng Minh Trí Phòng thí nghiệm dầu khí,

Trung Tâm 3

Thành viên

5 KS. Lê Nguyễn Phúc Thiên Phòng thí nghiệm Biomass,

ĐHQG TP.HCM

Thành viên

1.4. Đơn vị chủ trì:

1.5. Thời gian thực hiện:

1.5.1. Theo hợp đồng: từ tháng 04 năm 2017 đến tháng 04 năm 2018.

1.5.2. Gia hạn (nếu có): đến tháng 12 năm 2018

1.5.3. Thực hiện thực tế: từ tháng 04 năm 2017 đến tháng 08 năm 2019.

1.6. Những thay đổi so với thuyết minh ban đầu (nếu có):

1.7. Tổng kinh phí được phê duyệt của đề tài: 35,000.000 đồng (Số tiền bằng chữ:

ba mươi lăm triệu đồng chẵn).

II. Kết quả nghiên cứu

1. Đặt vấn đề

Hiện tại, chúng ta đang sử dụng nguồn năng lượng chủ yếu là các sản phẩm hóa

thạch như khí đốt, than đá và đặc biệt là dầu mỏ, chúng không thể tái tạo được và

theo một số dự báo thì nguồn dầu mỏ sẽ dần cạn kiệt trong vòng vài chục năm nữa.

iii

Bên cạnh đó, những tác hại đến môi trường như ô nhiễm nguồn nước ngầm, ô

nhiễm đất, ô nhiễm không khí….từ việc sử dụng các sản phẩm hóa thạch này ngày

càng trầm trọng. Do đó, việc nghiên cứu, tìm kiếm các nguồn nguyên liệu thay thế,

các sản phẩm có thể tái tạo, thân thiện môi trường, đi từ nguồn sinh học như xăng

sinh học, dầu sinh học, dầu nhờn sinh học… đang được các nhà khoa học quan tâm.

Hòa chung với xu hướng chung trên thế giới và khu vực, hiện nay chính phủ Việt

Nam đã triển khai rộng rãi trên toàn quốc về việc sử dụng xăng sinh học E5 và tạo

nhiều điều kiện thuận lợi cho việc nghiên cứu, xây dựng và phát triển các quá trình

sản xuất năng lượng sạch, tái tạo, thay thế, không phụ thuộc vào nguồn dầu mỏ.

Nhu cầu sử dụng các sản phẩm dầu mỏ nói chung hay dầu nhờn ở Việt Nam tăng

cao do nền kinh tế của nước đang phát triển như Việt Nam, cần nhiều máy móc

công nghiệp nặng hoạt động, cần nhiều phương tiện giao thông để vận chuyển hàng

hóa, đi lại. Theo quy hoạch của Chính phủ Việt Nam đến năm 2020 về nhu cầu sử

dụng xe máy và xe ôtô tại Việt Nam là con số không nhỏ, với khoảng 33 triệu xe

máy và 3,5 triệu xe ô tô nên nhu cầu sử dụng dầu nhờn sẽ rất lớn, trong khi đó Việt

Nam lại chưa sản xuất được dầu gốc khoáng và phải nhập khẩu hoàn toàn từ nước

ngoài.

Bên cạnh đó, Việt Nam là một trong những nước xuất khẩu thủy hải sản lớn trên thế

giới. Một trong những sản phẩm chính trong mặt hàng thủy hải sản là phi lê cá tra.

Theo quy hoạch của Chính phủ, đến năm 2020, nước ta sẽ chế biến từ 1,8 – 1,9

triệu tấn cá tra, cá basa. Do mặt hàng xuất khẩu là cá phi lê chỉ chiếm khoảng 1/3

khối lượng cá, phần còn lại là phụ phẩm như mỡ, da, đầu, xương…. Nên lượng phụ

phẩm mỡ cá này rất lớn, hàng năm có thể thu gom hơn 400.000 tấn mỡ. Trước đây,

phần lớn mỡ cá thường không tiêu thụ được, bị bỏ đi hoặc làm thức ăn gia súc nên

giá trị kinh tế mang lại rất thấp, gây lãng phí và gây ô nhiễm môi trường.. Các tính

chất hóa lý cần quan tâm khi lựa chọn nguyên liệu mỡ cá là độ nhớt, chỉ số độ nhớt,

chỉ số acid… Quan trọng nhất là chỉ số acid của mỡ cá phải có giá trị nhỏ hơn

5mgKOH/g mỡ cá dựa theo kết quả các báo cáo khoa học trong và ngoài nước. Mỡ

cá được chọn lựa sử dụng, theo kết quả phân tích của chúng tôi, có chỉ số acid là

iv

3,5 mgKOH/g mỡ nằm trong khoảng giá trị đề nghị. Những năm gần đây, có một số

nghiên cứu sử dụng mỡ cá để chế biến biodiesel, tuy kết quả khả quan trong quy

mô pilot nhưng ứng dụng trong thực tế của biodiesel rất khiêm tốn, do quy mô sản

xuất nhỏ, cần nghiên cứu thêm về ảnh hưởng đến động cơ diesel khi sử dụng

biodiesel cũng như hệ thống phân phối chưa rộng khắp, tâm lý người tiêu dùng…

Hiện nay, cũng có một số nhà máy dùng mỡ cá để sản xuất dầu ăn, trích ly omega

3, 6, 9,… Tuy nhiên thị phần còn khiêm tốn do một số nhà máy mới đưa vào hoạt

động, cũng như người tiêu dùng đã quen sử dụng dầu ăn làm từ dầu thực vật.

Có một số đề tài nghiên cứu trong và ngoài nước sử dụng các loại dầu thực vật làm

dầu gốc sinh học, mỡ bôi trơn sinh học và qua một số thực nghiệm của nhóm

nghiên cứu chúng tôi và các nhóm nghiên cứu khác cho thấy rằng, thành phần mỡ

cá và các loại dầu thực vật tương tự nhau, chủ yếu đều là triglyxerit của các axit

béo.

Vậy với nguồn nguyên liệu mỡ cá khá dồi dào, có các tính chất hoá lý phù hợp để

sản xuất dầu gốc sinh học nên có thể nhận định rằng, mỡ cá tra là nguồn nguyên

liệu hoàn toàn phù hợp cho quá trình sản xuất dầu gốc sinh học. Trên cơ sở này,

chuyên đề "nghiên cứu xử lý vật lý mỡ cá tra làm dầu gốc sinh học" được đề xuất

và thực hiện.

2. Mục tiêu

a. Mục tiêu tổng quát : Mục tiêu tổng quát của đề tài là nghiên cứu sản xuất dầu

nhờn sinh học từ mỡ cá.

b. Mục tiêu cụ thể: Trong khuôn khổ của đề tài này, chúng tôi đặt ra các mục tiêu

cụ thể bao gồm:

- Xử lý vật lý mỡ cá

- Pha chế dầu nhờn sinh học từ mỡ cá qua xử vật lý với dầu gốc khoáng và phụ

gia

3. Phương pháp nghiên cứu

v

- Khảo sát các tính chất cơ bản của nguyên liệu mỡ cá như chỉ số iod, trị số axit,

độ nhớt và chỉ số độ nhớt, tỷ trọng, điểm chớp cháy cốc hở, điểm chảy và thành

phần axit béo.

- Thực nghiệm khảo sát các quá trình xử lý mỡ cá thu dầu cá tinh chế.

- Phân tích các tính chất đặc trưng của dầu cá tinh chế theo tiêu chuẩn ASTM và

TCVN từ đó đánh giá chất lượng dầu cá tinh chế.

- Xây dựng công thức pha chế dầu nhờn sinh học từ dầu cá tinh chế, dầu gốc

khoáng và phụ gia.

- Phân tích các tính chất đặc trưng của dầu nhờn sinh học theo tiêu chuẩn ASTM

và TCVN từ đó đánh giá chất lượng sản phẩm dầu nhờn sinh học.

4. Tổng kết về kết quả nghiên cứu

Nghiên cứu đã đã đạt được những kết quả cơ bản sau:

- Khảo sát thực nghiệm các quá trình xử lý tinh chế mỡ cá tra. Phân tích sự ảnh

hưởng của các thông số công nghệ của quá trình thủy hóa, tách sáp và trung hòa

mỡ cá tra trên hệ thống thiết bị quy mô phòng thí nghiệm. Đề xuất điều kiện tối

ưu cho các quá trình xử lý tinh chế mỡ cá tra trên hệ thống thiết bị phòng thí

nghiệm.

- Phân tích các tính chất của dầu cá tinh chế theo tiêu chuẩn chất lượng dầu gốc

khoáng. Đánh giá chất lượng dầu cá tinh chế so với dầu gốc khoáng.

- Xây dựng công thức phối trộn dầu nhờn sinh học từ dầu cá tinh chế, dầu gốc

khoáng và phụ gia tối ưu.

- Phân tích các tính chất của các sản phẩm dầu nhờn sinh học theo tiêu chuẩn

chất lượng dầu nhờn khoáng SAE 20W50.

5. Đánh giá các kết quả đã đạt được và kết luận

Nghiên cứu đã xử lý mỡ cá tra thành dầu cá tinh chế. Phân tích sự ảnh hưởng

của các thông số công nghệ của quá trình thủy hóa, tách sáp và trung hòa mỡ cá

vi

tra và đã đề xuất các điều kiện tối ưu cho các quá trình xử lý tinh chế mỡ cá tra

trên hệ thống thiết bị phòng thí nghiệm. Dầu cá tinh chế được phân tích các tính

chất theo tiêu chuẩn chất lượng dầu gốc khoáng. Các kết quả phân tích cho thấy

rằng, dầu cá tinh chế có thể sử dụng làm dầu gốc sinh học. Tuy nhiên khả năng

làm việc tại nhiệt độ thấp và khả năng bền oxy hóa của dầu cá tinh chế thấp hơn

so với dầu gốc khoáng SN500. Công thức phối trộn dầu nhờn sinh học từ dầu cá

tinh chế, dầu gốc khoáng và phụ gia đã được xây dựng. Các sản phẩm phối trộn

dầu nhờn sinh học đã được phân tích chất lượng theo tiêu chuẩn chất lượng dầu

nhờn khoáng SAE 20W50. Giống như tính chất của dầu cá tinh chế, các mẫu dầu

nhờn sinh học tại các tỉ lệ pha chế của dầu cá tinh chế / dầu gốc khoáng (30/90 ÷

50/50) có khả năng làm việc tại nhiệt độ thấp và khả năng bền oxy hóa chưa đáp

ứng được theo tiêu chuẩn chất lượng dầu nhờn khoáng SAE 20W50 mặc dù đã

bổ sung các phụ gia trong công thức pha chế. Quan trọng nhất là khi tăng lượng

dầu cá tinh chế vào công thức pha chế dầu nhờn sinh học đã góp phần giải quyết

lượng phụ phẩm mỡ cá trong quá trình chế biến cá tra xuất khẩu. Điều này vừa

nâng cao tính kinh tế cho người nuôi cá tra, vừa giải quyết vấn đề môi trường mà

hiện nay con người đang hướng tới nguồn năng lượng xanh, sạch và bền vững.

6. Tóm tắt kết quả (tiếng Việt và tiếng Anh)

Nghiên cứu đã xử lý mỡ cá tra thành dầu cá tinh chế. Quá trình thủy hóa thực

hiện theo 2 phương án là thủy hóa trên thiết bị khuấy cơ và thực hiện trên thiết bị

khuấy cavitation. Hiệu quả quá trình thủy hóa mỡ cá bằng nước (2% khối lượng

mỡ cá) thực hiện trên thiết bị khuấy cavitation đã mang lại hiệu quả cao. Cụ thể

độ giảm trị số axit1 giảm 1.03% chỉ trong 3 phút, 40oC, 60psi. Điều kiện tối ưu

của quá trình tách sáp là nhiệt độ làm lạnh là 9

oC và thời gian làm lạnh 7 giờ, kết

quả nhiệt độ chảy mềm của mỡ cá sau tách sáp giảm từ 21 xuống 9oC. Kết quả

phân tích các tính chất cơ bản của dầu cá tinh chế theo tiêu chuẩn chất lượng dầu

gốc khoáng cho thấy rằng, hầu hết các tính chất của dầu cá tinh chế có thể đáp

vii

ứng theo tiêu chuẩn chất lượng dầu gốc khoáng. Nghiên cứu đã tiến hành pha

chế dầu nhờn sinh học từ dầu cá tinh chế, dầu gốc khoáng và phụ gia. Trên cơ sở

công thức pha chế dầu nhờn khoáng SAE 20W50, cố định lượng phụ gia, thay

đổi lượng dầu gốc khoáng bằng dầu cá tinh chế tại các tỉ lệ (kl/kl) của dầu cá tinh

chế/dầu gốc khoáng là 10/90, 20/80, 30/70, 40/60 và 50/50. Từ các kết quả phân

tích cho thấy dầu nhờn sinh học tại tỉ lệ phối trộn của 80% (kl) dầu gốc khoáng

và 20%(kl) dầu cá tinh chế với phụ gia có thể đáp ứng được theo tiêu chuẩn chất

lượng dầu nhờn khoáng SAE 20W50. Các kết quả của đề tài cho thấy mỡ cá tra

là nguồn nguyên liệu sẵn có tại Việt Nam có thể sử dụng làm dầu gốc sinh học

pha chế dầu nhờn sinh học. Điều này vừa góp phần nâng cao kinh tế cho người

nuôi cá tra vừa góp phần bảo vệ môi trường.

The study treated Catfish fat to refined Catfish oil. The hydration process

performed in both mechanical stirrer reactor and cavitator reactor. The yield of

hydration of catfish fat carried out in cavitator was higher than that of it carried

out in mechanical stirrer reactor. using water at 2wt.% catfish fat, the optimal

conditions of hydration of catfish fat carried out in mechanical stirrer reactor was

55 oC, 40 minutes and the acid value decreased 0.21% while the optimal

conditions of hydration of catfish fat carried out in cavitator was 40 oC, 3

minutes and the acid value decreased 1.03%. The optimum condition of the wax

extraction process is the cooling temperature of 8 oC and the cooling time of 7

hours and the pour point of product of the wax decreased significantly, form 21

oC of Catfish fat material down to 9 oC. From the analysis results show that,

most of the properties of refined Catfish oil can meet the quality standards of

mineral base oil. The study blended the bio-lubricants from refined Catfish oil,

mineral base oil and additives. Based on SAE 20W50 mineral lubricant formula,

fixing the amount of additives, changing the amount of mineral base oil by

refined Catfish oil at the ratior (kl / kl) of refined Catfish oil / mineral oil at 10 /

viii

90, 20/80, 30/70, 40/60 and 50/50. From the analysis results show that, bio￾lubricant blend at the ratio of 80% (kl) mineral base oil and 20% (kl) refined

Catfish oil with additives can meet nearly the quality standards of SAE 20W50

lubricant. The results of the research show that Catfish fat can an available

material source in Vietnam that can be used as bio-based oil for blending bio￾lubricants. This has both contributed to improving the economy for Catfish

farmers and contributing to environmental protection.

III. Sản phẩm đề tài, công bố và kết quả đào tạo

3.1. Kết quả nghiên cứu ( sản phẩm dạng 1,2,3)

3.1. Kết quả nghiên cứu ( sản phẩm dạng 1,2,3)

TT

Tên sản

phẩm

Yêu cầu khoa học hoặc/và chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật

Đăng ký Đạt được

1 Dầu gốc sinh

học Đạt các chỉ tiêu cơ bản

theo tiêu chuẩn chất

lượng dầu gốc

Đạt các chỉ tiêu cơ bản theo

tiêu chuẩn chất lượng dầu gốc

như độ nhớt, chỉ số độ nhớt, tỷ

trọng, nhiệt độ chớp cháy cốc

hở, hàm lượng kim loại…

2 Dầu nhờn

sinh học

Đạt các chỉ tiêu cơ bản

theo tiêu chuẩn chất

lượng dầu nhờn động cơ

Đạt các chỉ tiêu cơ bản theo

tiêu chuẩn chất lượng dầu nhờn

động cơ như độ nhớt, chỉ số độ

nhớt, tỷ trọng, nhiệt độ chớp

cháy cốc hở, trị số kiềm tổng,

hàm lượng kim loại…

ix

… Quy trình xử

lý vật lý mỡ

cá

- Đơn giản, dễ thực hiện,

ổn định

- Hạn chế sử dụng hóa

chất

- Quá trình thủy hóa

- Quá trình tách sáp

Công thức

sản xuất dầu

nhờn sinh

học

- Đơn công nghệ phải rõ

ràng về thành phần từng

chất

- Bảng hướng dẫn thực

hiện sản xuất phải chi tiết,

dễ hiểu, dễ thực hiện.

-

Bài báo Bài báo quốc tế Scopus về

vấn đề “Pha chế dầu nhờn

sinh học từ phụ phẩm mỡ

cá da trơn”

Bài báo đã gửi cho tạp chí chí

“RASAYAN Journal of

Chemistry” và đã được đăng

Vol.12, No. 4, 10-12, 2019.

DOI:

http://dx.doi.org/10.31788/RJC

.2019.1245289

Kết quả tham

gia đào tạo

đại học

04 khóa luận hoặc đồ án

tốt nghiệp Đại học

Hoàn thành 04 khóa luận/đồ án

tốt nghiệp Đại học K9, K10