专 题 综 述General Review of Special Subject82011年第5期 总第197期收稿日期：2011-04-12作者简介：鹿清华，高级工程师，石油大学应用化学博士，现任中国石化集团公司经济技术研究院评估部副主任，曾获得国家和省部级科技进步奖，已发表论文数篇 鹿清华 朱 青 何祚云（中国石化集团公司经济技术研究院，北京100029）国内外生物柴油生产技术及成本分析研究摘 要：介绍了几种主要的生物柴油生产技术，测算对比了国内外以几种不同原料生产的生物柴油的成本，分析了我国生产生物柴油的经济性，提出了发展我国生物柴油产业的相关建议关键词：生物柴油 生产技术 成本 经济性随着石油资源价格不断震荡攀升和环境保护压力（特别是温室气体减排压力）的逐渐增大，世界各国越来越关注生物柴油产业欧盟和美国发展生物柴油产业较早，具有一定的规模，技术成熟、先进我国生物柴油产业起步较晚，目前主要以废弃油脂为原料，木本油料基地还在建设初期，总体来讲生物柴油的原料供应极不稳定；已经投产的装置所采用的技术大多是普通酸碱催化法，技术的先进性还有待于加强；制约我国生物柴油产业发展的关键是原料供应和生物柴油的经济性。
1 生物柴油生产技术 1.1 国外生物柴油生产技术油脂中的主要成分是甘油三酯，一分子甘油三酯与三分子甲醇（或乙醇，由于价格因素，目前普遍使用甲醇）在催化剂或高温高压下酯交换反应，生成三分子脂肪酸甲酯和一分子甘油[1]催化剂多为酸性催化剂、碱性催化剂及生物酶催化剂等碱性催化剂是目前使用最广泛的催化剂，分为液相和固相碱催化，液碱催化技术应用较为普遍，代表性的工艺有鲁奇工艺[2]；固体碱催化工艺代表性的技术为法国石油研究院开发的Esterfip-H固体碱两段反应工艺[3]1）鲁奇工艺该工艺以精制油脂为原料，采用二段酯交换和二段甘油回炼工艺，催化剂消耗低，是目前世界上应用最多的技术其原则流程如图1所示油脂、甲醇与催化剂进入第一级酯交换反应器，在搅拌下反应，生成的混合物分离甘油相后进入第二级反应器，补充甲醇和催化剂进行反应，反应产物溢流进入沉降槽分离分离后的粗甲酯经水洗后脱水得到生物柴油鲁奇公司两级连续醇解工艺与常用二段酯交换工艺的区别和优势在于：第二段酯交换后分离出的含有较高浓度甲醇和含液碱催化剂的甘油一起作为原料直接进入第一段酯交换反应器参与反应，从而减少催化剂用量该工艺的缺点是对原料要求苛刻，生产过程中废液排放较多。
2）Esterfip-H固体碱工艺该工艺采用尖晶石型的混合金属氧化物固体碱催化剂，在较高的反应温度下进行，采用两段反应以提高转化率（见图2）该工艺酯交换的温度比均相反应的温度高，加入的甲醇过量油专 题 综 述General Review of Special Subject92011年第5期 总第197期脂和甲醇经过第一级固定床反应器后，部分闪蒸甲醇，并进行甘油沉降分离，上层粗脂和补充的甲醇一起进入二级固定床反应器，然后再闪蒸甲醇、进行甘油沉降和分离，对上层粗脂进行减压蒸馏并脱甘油，得到生物柴油，纯度超过99%，油脂的转化率接近100%该工艺与以氢氧化钠或甲醇钠为催化剂的液相反应相比，废水排放少，甘油浓度高（超过98％，而液相反应得到的甘油相纯度仅为80％）1.2 国内生物柴油生产技术国内的生物柴油生产技术主要是以常规酸碱和改性酸碱、固体分子筛等为催化剂的酯交换工艺近年来，包括常压反应分离耦合的酯交换工艺、酶催化酯交换工艺、固体碱催化酯交换工艺/酶催化醇解工艺、双溶剂多相催化醇解工艺和超声波强化传质醇解工艺等在内的一系列生物柴油生产技术都在开发应用之中中国石化股份有限公司石油化工科学研究院（RIPP）开发的超近临界甲醇醇解工艺（SRCA工艺）于2009年已经成功应用于中国海油海南东方生物能源有限公司6万吨/年生物柴油装置上。
与传统工艺相比，SRCA工艺不使用催化剂，在图1 鲁奇公司两级连续醇解工艺流程图2 Esterfip-H工艺流程?????????????????? ??????? ?????????? ? ???????????????????????????鹿清华等. 国内外生物柴油生产技术及成本分析研究专 题 综 述General Review of Special Subject102011年第5期 总第197期6.5～8.5 MPa压力下进行反应，对原料适应性强，可适用于废弃油脂、棕榈油以及桐籽油，高酸值油脂能够直接加工，不需要脱酸预处理；产品收率高，质量可达到国家柴油机燃料调合用生物柴油BD100质量标准；副产甘油的浓度达90%，甘油精制成本不到传统工艺的一半废渣、排放不到传统工艺的40%，废水不到20%，废水中不含酸碱，处理成本低SRCA工艺流程如图32 生物柴油的生产成本分析2.1 生物柴油的原料由于各国的资源差异，生物柴油的原料差别较大欧盟主要以菜籽油为主，美国主要以大豆油为主我国生物柴油原料主要以废弃油脂以及木本油料为主，并在价格合适的情况下可以考虑进口棕榈油本文在实地调研的基础上主要测算以废弃油脂、桐籽油等为原料生产生物柴油的成本。
2.2 国外生物柴油成本分析表1列出了以鲁奇公司为代表的均相碱催化技术和Esterfip-H的非均相催化技术生产生物柴油的有关成本数据，其中纯甘油达到医药级装置规模为20万吨/年由表1可知，国外使用菜籽油生产生物柴油，在菜籽油价格约5 600元/吨且副产纯甘油时， 液碱催化工艺原料占生物柴油成本约87.5%对不同工艺，原料占其成本大约在80%～87%，此时生物柴油的成本大约为6 670～7 224元/吨2.3 国内生物柴油成本分析以年产5万吨生物柴油为测算基准，采用SRCA工艺技术，原料单耗以原料中可皂化物计，分别测算以废弃油脂、桐籽油（木本油料暂以桐籽油为例）和进口棕榈油为原料生产生物柴油的成本（详见表2）1）废弃油脂作原料废弃油脂的价格随食用油及原油价格的波动变化较大按废弃油脂的到厂价4 200元/吨测算，生物柴油总成本约为6 003元/吨2）棕榈油作原料根据国际市场棕榈油价格，2004-2009年上半年毛棕榈油平均价格约4 760元/吨，成本测算中棕榈油价格暂按5 000元/吨考虑，则扣除副产品回收后，生物柴油完全成本为6 676元/吨3）桐籽油作原料目前木本油料还没有成熟的工业化运作的原料林基地，原料成本受林地建设、良种栽培、维护、采摘、果实含油率、压榨等因素影响。
考虑上述因素，若桐籽含油率按35%估算，则桐籽油价格约6 000元/吨[4]，据此测算，扣除副产品后，生物柴油完全成本约为7 676元/吨；若桐籽含油图3 SRCA工艺流程示意? ???? ?? ? ?? ?? ? ? ? ?????? ? ???????? ?????? ? ? ?专 题 综 述General Review of Special Subject112011年第5期 总第197期率按30%考虑，桐籽油价格粗估约6 900元/吨，则扣除副产品后，生物柴油完全成本应为8 657元/吨小油桐种植、生长、结果、出油率等不确定性因素较多桐籽亩产按350千克、桐籽出油率按35%考虑仅是一种理想状况，若未来采用木本原料的生物柴油企业要保证正常生产运行，首先要降低原料种植、采摘和压榨等各环节的成本测算结果表明，国内外生物柴油原料成本占总成本80%以上，原料成本差异直接影响生物柴油成本以废弃油脂生产生物柴油的成本最低，为6 003元/吨；以桐籽油为原料生产生物柴油的成本最高，达7 676元/吨图4给出了1995-2009年国际市场原油、柴油、棕榈油价格变化情况由图4可知，近年国际市场棕榈油价格稍高于柴油到岸完税价格。
采用棕榈油作为生物柴油原料，生物柴油生产成本和石油柴油成本接近，但是棕榈油价格变化频繁、波动幅度大，导致生物柴油成本的不确定性较大；而用废弃油脂生产生物柴油，其成本低于目前国内柴油标准品出厂价格2.4 生物柴油副产利用分析甘油是生物柴油生产过程的主要副产物，其产量大约为生物柴油产量的10%对20万吨/年规模的生物柴油厂，甘油精制部分投资占总投资的30%，生产的精甘油产品可以降低生物柴油成本7%左右因此，精甘油的进一步化工利用，提高其附加值，是降低生物柴油成本的途径之一国内生物柴油厂规模都较小，这些小规模的生物柴油厂目前副产甘油大多直接作为锅炉燃料，对降低生物柴油成本贡献较小3 生物柴油经济性分析由于生物柴油的密度比石油柴油稍高，考虑项 目液碱催化工艺Esterfip-H工艺副产纯甘油副产粗甘油副产纯甘油副产粗甘油一、原材料 菜籽油5 5995 5995 5585 558甲醇234234268268二、辅材催化剂13213211其他化学品131363三、公用工程5237256244四、试验93909191五、维修材料36313331六、管理费72757372七、税及保险43374542八、折旧183156184175九、副产品-671-144-674-148十、销售费用334353337361投资回报（ROI）550467553524产品总成本6 6707 0826 7337 224原料占成本，%87.582.486.580.6表1 菜籽油生物柴油的成本分析元/吨数据来源：SRIC。
汇率按1美元 = 6.8人民币，下同鹿清华等. 国内外生物柴油生产技术及成本分析研究专 题 综 述General Review of Special Subject122011年第5期 总第197期实际销售时，需要增加调合设施等费用，故其售价可参考供军队0#柴油的定价方式确定，即取石油柴油价格乘以0.92按此测算的不同原油价格下废弃油脂生产BD100生物柴油的经济性见表3由表3可知，在原油价格80美元/桶时，考虑免消费税和增值税，BD100生物柴油毛利70元/吨；当油价超过100美元/桶时，若废弃油脂原料价格不变，则BD100生物柴油毛利可达1 593元/吨以木本油料为原料，桐籽含油率按35%估算，桐籽油价格按6 000元/吨考虑当油价为100美元/桶时，每吨BD100生物柴油亏损74元与我国以废弃油脂为原料的生物柴油相比，国外以菜籽油为原料的生物柴油成本较高，但政府的税收优惠和补贴仍使其得以不断发展4 结论及建议通过国内外生物柴油成本分析可知：原料占生物柴油成本的80%以上，原料成本是影响生物柴油经济性的关键因素；我国生物柴油目前可利用的重要资源为废弃油脂，因此应尽快建立废弃油脂回收机制，同时因地制宜地种植木本油料植物，保障生物柴油原料的供应。
借鉴国外的经验，建议生物柴油在发展初期国家给予一定的税项 目单价（元/吨）单耗（吨/吨）成本（元/吨）废弃油脂作原料棕榈油作原料桐籽油作原料一、原材料5 0615 9066 882废弃油脂4 2001.164 704棕榈油5 0001.095 450桐籽油6 0001.096 540甲醇3 000357456342二、辅助材料诱导剂1766三、动力消耗①360499346四、工资及福利费50 00058585858五、制造费用384384384折旧284284284修理费909090其他制造费用101010制造成本5 8636 8537 671副产品回收0-501-319六、管理费293030七、财务费用52105105八、销售费用596060九、添加剂成本②130130130抗氧剂100 0000.001100100100降凝剂30 0000.003303030扣除副产后总成本6 0036 6767 676原料占总成本（扣除副产），%84.388.589.7表2 不同原料的生物柴油成本对比注：①以废弃油脂为原料的生产没有甘油回收，副产物杂质较多，作为重油燃料用作动力消耗；②为估计值专 题 综 述General Review of Special Subject132011年第5期 总第197期原油价格（美元/桶）柴油价格（元。