《生物柴油_引领新能源时代的潮流》由会员分享，可在线阅读，更多相关《生物柴油_引领新能源时代的潮流（2页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、INVENTION INNOVATION2 0 0 8 年 第 1 2 期据有关统计预测， 地球上蕴藏的可开发利用的煤和石油等化石能源将分别在 2 0 0 年和 3 0 4 0 年以内耗竭，天然气按目前储采比也只能用6 0 7 0 年。 能源紧张已经是全球面临的关键性难题， 能否解决能源危机直接关系到全球经济可持续发展的前景； 同时油品燃烧后排放的废气引起的环境污染也是人类面临的一大问题。 因此， 开发可再生的环保的替代性液体燃料已成为 2 1 世纪人类最重要的课题之一。 生物柴油， 一个崭新的名字， 越来越被人们熟知。 近年来，因为生物能源具有可再生性、 绿色性，被认为是解决全球能源危机的最
2、理想途径之一， 生物柴油也因此越来越受到世界各国的重视。何谓 “生物柴油” ？ 美国试验与材料学会 （A S T M ）将从可再生的液体原料 （如动植物油脂）制备得到的长链脂肪酸单酯定义为生物柴油（b i o d i e s e l ） 。 生物柴油是一种生物质能源， 其中含 7 2 % 的碳、 1 2 % 的氢、 1 1 %的氧以及微量的硫和氮。 生物柴油作为动植物油的酯交换产物， 按化学成份分析，一般由 1 1 1 4 个碳原子的高级脂肪酸单酯组成。一、 生物柴油的特点生物柴油是清洁的可再生能源，它是以大豆和油菜籽等油料作物、 油棕和黄连木等油料林木果实、 工程微藻等油料水生植物以及动物油
3、脂、 废餐饮油等为原料与短链醇通过转酯反应得到的长链脂肪酸单酯。 有关研究显示， 生物柴油在冷凝点、 闪点、 燃烧功效、 含硫量、 含氧量、 芳烃含量、 燃烧耗氧量、 对水源的危害以及生物可降解性方面优于石化柴油， 而其他指标与石化柴油相当。 生物柴油和传统的石化柴油相比，具有以下几个优点。1 . 燃烧性能好。 生物柴油的十六烷值高达 5 2 . 9 ， 使得燃油着火性能好、滞燃期短， 故未燃碳氢物和裂解碳氢物均少， 一氧化碳排放量也降低。 生物柴油含氧量达 1 0 1 1 % ，与普通柴油相比， 富氧燃烧对燃油完全燃烧特别是在高负荷下高燃料浓度区的燃油完全燃烧有利。2 . 具有优良的环保性能
4、。 生物柴油基本不含致癌的硫和芳烃， 并且碳氢化物、 微粒子排放量也少。 采用生物柴油， 尾气中有毒有机物排放量仅为普通柴油的十分之一， 颗粒物为普通柴油的 2 0 % ， 一氧化碳和二氧化碳排放量仅为石化柴油的 1 0 % 。 生物柴油在减少温室气体排放方面具有很大潜力， 生物柴油较普通柴油的温室气体排放量低 4 1 % 。3 . 用途广泛。 生物柴油以可再生的动物及植物油脂为原料， 化降解性良好， 除了可作为公交车、 卡车等柴油机的替代燃料外， 又可作为海洋运输、 水域动力设备、 地底矿业设备、 燃油发电厂等非道路用柴油机之替代燃料。4 . 对发动机的适应性好。 无需改动柴油机， 可直接添
5、加使用， 同时无需另添设加油设备、 储存设备， 无需对人员进行特殊技术训练。 同时生物柴油具有较高的运动粘度， 在不影响燃油雾化的情况下， 更容易在汽缸内壁形成一层油膜， 从而提高运动机件的润滑性， 降低机件磨损率， 起到有效保护引擎的作用， 延长其使用寿命。5 . 地区适应性好。 生物柴油不含石蜡， 低温流动性好， 开口闪点高， 储存、 使用、 运输都非常安全， 不在危险品之列。二、 国内外发展概况目前全球各国都在大力发展生物柴油技术。 在国外， 生物柴油发展最为迅速的是欧美国家， 中国在 “十一五”计划中也将着重加强生物能源的研究与开发。1 .飞速发展的美国生物柴油产业。 在美国政府的推动
6、下， 美国生物柴油产量迅速增长。 据有关报道显示，美国现有生物柴油生产厂家 7 3 家， 总生产能力 1 8 0 万吨 / 年， 其中 5 万吨 /年以上的有 1 2 家。在建的工厂有 3 5家， 总生产能力超过 2 6 0 万吨 / 年， 其中 5 万吨 / 年以上的有 1 9 家。 美国计划 2 0 1 1年生物柴油生产 1 1 5万吨，2 0 1 6 年达到 3 3 0 万吨。 美国生物柴油产业的发展带动了相关产业的兴起，并已形成一个相关的产业集群。2 . 形成完整产业链的欧盟生物柴油产业。 欧盟是全世界生物柴油发展最早的地区， 2 0 0 2 年共生产生物柴油1 0 6万吨， 2 0
7、0 3年为 1 4 3万吨， 2 0 0 4年为1 9 3 万吨， 2 0 0 5 年则进一步提高生物柴油： 引领新能源时代的潮流 胡 思窦 涛巩雁军环保与发明382 0 0 8 年 第 1 2 期INVENTION INNOVATION到 3 1 8万吨， 2 0 0 6年的生产能力为6 0 7 万吨。 其中德国、 法国和意大利是欧盟最主要的生物柴油生产国， 仅德国在 2 0 0 5 年的生物柴油产量就达到1 6 7 万吨， 超过欧盟总产量的一半。 另外， 欧盟在生物柴油方面制定了一系列的政策以鼓励其发展。3 . 蓬勃发展的国内生物柴油产业。我国发展生物柴油的课题是由闵恩泽院士在 绿色化学与
8、化工 一书中首先提出的。 国家 “十五” 计划发展纲要曾明确提出发展各种石油替代品， 将发展生物液体燃料确定为国家产业的发展方向， 国家 “十一五” 计划中设立了农林生物质工程重大专项，其中将油脂资源综合利用生产生物柴油技术示范作为重点的研究课题之一。 目前我国已经有海南正和生物能源公司等企业生产生物柴油。 他们主要以回收的废油、 野生油料、 植物油下脚料及废动植物油脂等为原料生产生物柴油， 所得产品的性能与 0 #柴油相当， 年生产能力都在万吨以上。三、 生物柴油工艺进展新技术1 . 生物柴油新材料油脂原料是发展生物柴油的关键。 世界各国都选择有自身优势的原料来发展生物柴油， 例如： 美国生
9、产生物柴油的原料主要是转基因大豆油， 欧盟和加拿大等国以双低菜籽油为原料， 巴西的主要原料是蓖麻油和转基因大豆油， 而马来西亚和印度尼西亚则以其盛产的棕榈油来发展生物柴油。 近年引起世界各国重视开发棕榈油、 麻疯果油、 微藻。棕榈油是从油棕树上的棕果( E l a e i sg u i n e e n s i s ) 中榨取出来的。由于棕榈油中饱和脂肪酸含量比较高， 其稳定性好， 不容易发生氧化变质。发展以棕榈油为原料生产生物柴油， 可以保证原料来源， 同时棕榈油中含有大量饱和脂肪酸， 以其为原料生产的棕榈油脂肪酸甲酯也是生产高碳醇、 脂肪酸甲酯磺酸盐等大宗化工产品的优良原料。 因此， 棕榈油
10、是生产生物柴油最有竞争力的原料之一。麻疯树每公顷可生产种子 5 0 0 0 8 0 0 0 k g ，可 生 产 生 物 柴 油 1 2 5 0 2 0 0 0 k g 。 麻疯树种子中含有多种成分，主要有脂肪类物质、 蛋白质和多肽及小分子物质。 麻疯树种子的含油率高达 3 0 4 0 % ， 种仁含油率达 5 0 % 。 麻疯树良好的生态效应和作为生物柴油原料的巨大前景， 引起了世界各国的重视。微藻是指一种水生植物，分布广泛。微藻细胞的主要化学成分是脂类、 纤维素、 木质素和蛋白质等。 根据微藻细胞这种特有的化学成分， 利用高温高压液化技术或超临界二氧化碳萃取技术可以获得细胞中的油脂，再通过
11、酯交换技术转变为生物柴油。2 . 生物柴油新工艺进展生物柴油的制备技术主要有直接混合法、 微乳液法、 高温热解法、 酯交换法、 超临界醇解反应法。 目前， 世界上采用最广泛的生物柴油生产技术是液碱催化的常温、 常压二段酯交换工艺。 采用液碱为催化剂， 原料必须经严格精制， 少量的游离水或脂肪酸都会影响液碱催化剂的催化活性， 要求两者的含量都不超过 0 . 1 % ， 但其产物中皂含量很少， 有利于甘油的沉降分离及提高生物柴油收率。液碱催化酯交换工艺有对原料要求苛刻、 流程复杂和废液排放多等缺点， 并且由于甲醇和油脂不互溶， 此类反应传质差， 影响反应速度和酯交换效果。 为了克服以上缺点， 近几
12、年一些新的工艺不断开发成功并工业化， 这包括法国石油研究院( I F P ) 开发的 E s t e r f i p - H 工艺、 加拿大多伦多大学开发的 B I O X 工艺等。E s t e r f i p - H工艺由法国石油研究院开发， 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。 E s t e r f i p - H 工艺是第一套采用固体碱催化剂生产生物柴油的工艺。 与以氢氧化钠或甲醇钠为催化剂的液相反应相比， 新工艺中没有酸碱中和步骤和洗涤步骤， 废水、 废渣排放少。同时， 新工艺制备的副产品甘油的纯度很高， 超过 9 8 %
13、， 而液相反应得到的甘油相纯度仅为 8 0 % 左右。加 拿 大 多 伦 多 大 学 的 D a v i dB o o c o c k 教授开发了生产生物柴油的B I O X 工艺。 B I O X 工艺在酯交换反应中引入了惰性的助溶剂，使油脂和甲醇成为一相，大大加快了反应的速度。B I O X 工艺包含了酸催化和碱催化两个过程， 可以处理高酸值的动植物油， 油脂中游离脂肪酸的含量可以高达 3 0 % 。该工艺过程是先将脂肪酸在一个活塞流反应器内进行酸催化反应转化成甲酯， 操作温度 6 0 ， 反应时间 4 0 m i n 。然后在第二个活塞流反应器中 ( 采用一种共溶剂)以相似的条件进行碱催
14、化反应。甘油三酯在几秒钟内就能转化成生物柴油和副产物甘油 9 9 . 5 % 以上未消耗的甲醇( 共溶剂) 进行循环，冷凝潜热则被回收用于加热料。近年来固体酸催化剂的开发是生物柴油生产技术研发热点之一， 目前取得了一定进展。 印度国家化学实验室的 S r e e p r a s a n t h 等研制了一种含憎水性的 F e - Z n 双金属氰化物( F e - Z nd o u b l e - m e t a lc y a n i d e ) 复合物的固体酸催化剂， 它具有类似沸石的笼状结构， 仅含路易斯酸( L e w i sa c i d ) ， 不含 B 酸( B r o n s t e da c i d ) 和碱性。 研究表明这种催化剂对甘油三酸酯的酯交换反应与脂肪酸的酯化反应都具有较高的催化活性， 能用于未精制植物油以及餐饮业废油等原料。生物柴油由于其环保性、 可再生性已经成为 2 1 世纪的朝阳产业。 有学者预测将来生物柴油等生物质能源必将引领新能源时代的潮流。环保与发明39
