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1、生物柴油生产技术研究一、国内外发展现状与开发意义1、国内外发展现状生物柴油既可作为一种生物燃料，又可作为柴油机燃料的添加剂。近 20年来，由植物油制备生物柴油作为石油燃料的替代物，已引起了世界各 国的广泛关注。FI前，欧洲和北美主要以植物油为原料制备生物柴油.而 日本则通过回收废食用油来制备生物柴油。欧洲已建文了数家生物柴油工 厂.规模最大的生物柴油工厂在意大利.生产能力达250 000t /年。1982 年前后，德国和奥地利首次在柴油机引禁中使用菜籽油甲酯。1985年奥地 利建立了以新工艺（常温、常压）生产菜籽油甲酯的中试装置，并从1990年 起以菜籽油为原料工业化生产生物柴油。同年.生物柴
2、油在拖拉机中广泛 试用、得到了一致的好评及认可。成为生物柴油成功走向市场的里程碑。 1996年德国和法国建立了生物柴油的工业化生产装置。并在Volkswagen. Audi等小轿车中使用生物柴油作为发动机燃料；同年，欧洲还成立了以生 产生物柴油为主的生物柴油委员会，这表明了又一个新兴工业的形成。 1991年奥地利标准局首次发布了生物柴油的标准，之后，界上其他一些 国家，如法国、意大利、捷克、瑞典、美国和德国，也相继建立了生物柴 油标准。生物柴油使用最多的是欧洲，份额已占到成品燃料油市场的5%。欧 洲生产生物柴油的原料主要为菜籽油，FI前的生物柴油标准也主要是参照 菜籽油的殆质制定的。1999年
3、，欧盟共生产了 3.9亿升生物柴油。2000年 初徳国的生物柴油生产总量已达45万吨.并有逐年上升的趋势。德国凯 姆瑞亚斯凯特公司自1991年起开发研制了生产生物柴油的工艺和设备。 H前己在德国和奥地利等欧洲国家建起了多个生物柴油生产工厂，最大产 量达300吨/日。在美国，生物柴油的产量由1999年的50万加仑猛增到2000年的500 万加仑。FI前已有纯态形式的生物柴油燃料和混合生物柴油燃料、在汽车 上的试验已超过1600万公里。纯态形式的生物柴油乂称为净生物柴油， 已经被美国能源政策法正式列为一种汽车替代燃料。依据原料和生产商的 不同，H前美国净生物柴油的价格不及1.953.00美元/加仑
4、；含80%生 物柴油成分的混合生物柴油，市场价格比传统柴油贵30-40美分/加仑。 国际市场上，生物柴油根据等级和纯度的不同，价格在250美元/吨以上。2、开发意义2001年我国的原油产量为1.65亿吨，而石油产詁消费2亿多吨；我国 柴油消费2000年达6600吨，大于汽油消费的3600吨，2002年二者差距 继续扩大。发展生物柴油在近期能够缓解柴油供应紧张，生物柴油是用含 植物油或动物油作为原料的可再生资源，是优质的石化柴油代用品。生物 柴油是资源永续的可再生能源，而石油资源是可耗尽的，它和传统的柴油 相比，具有润滑性能好，储存、运输、使用安全，抗爆性好，燃烧充分等 优良性能。忖前世界各国纷
5、纷开发新能源，期望能在维持工业发展的同吋, 减少温室气体的排放量。生物柴油不仅具有可再生的特点，而且生物柴油 可生物降解，发展生物柴油有益于保护生态环境。与石化柴油相比，生物柴油具有以下优点：.1）具有优良的环保特性。生物柴油硫含量低.可使二氧化硫和硫化物 的排放量减少约30%（有催化剂吋为70%）。生物柴油不含对环境造成污染 的芳香族烷坯、其废气对人体的损害低于石化柴油。检测表明，与普通柴 油相比、使用生物柴油可降低90%的空气毒性。出于生物柴油含氧量高、 燃烧时排烟少，一氧化碳的排放量可减少约10%（有催化剂时为95%）。2）生物柴油的生物降解性高。生物柴油没有怪味，排放气体无硫和铅 的有
6、毒物质，也不含苯及其它芳香化合物，生物柴油的生产和使用完全不 会毒害人们的身体健康。3）生物柴油燃烧所排放的CO?远低于植物生长过程中所吸收的CO2, 因此使用生物柴油，会大大降低CO2的排放和温室气体积累。4）具有可再生性。与石化柴油不同，生物柴油作为一种可再生能源， 其资源不会枯竭。而且，增加生物柴油的生产可以减少石化能源的开采和 消耗，从而减少对地球生态环境的过度破坏。5）具有较好的低温发动机启动性能、无添加剂冷滤点达20C。生物柴油可与矿物油混合（加1030%）作“柴油清洁剂”，适合汽车和船只 使用，达到国家环保标准。6）具有较好的润滑性能，可降低喷油泵、发动机缸体和连杆的磨损率、 延
7、长其使用寿命。7）具有较好的安全性能。生物柴油由于闪点高、不属干危险品。生物 柴油不易挥发，生物降解率高达98%,降解速率是石化柴油的两倍，如发 生故障时不会挥发到大气中，也不会污染地面和水体，属于环境友好的能 源产晶。因此、在运输、储存和使用方面有显而易见的优点。8) 具有良好的燃料性能。生物柴油十六烷值高、燃烧性好于普通柴油、 燃烧残留物呈微酸性、可延长催化剂和发动机机油的使用寿命。以生物柴油为燃料的发动机，其废气排放指标不仅可满足欧洲II号标 准，还可满足即将在欧洲实施的欧洲号排放标准。同吋生物柴油可用 在任何柴油发动机、锅炉机器，启动性能好，运转平稳，燃烧安全，热效 率高，积碳少，耗油
8、低。由于生物柴油燃烧吋排放的二氧化碳远低于生产 生物柴油的植物在生长过程中所吸收的二氧化碳，因此，理论丄生物柴油 用量的增加不仅不会增加反而会降低二氧化碳的排放量，对解决因二氧化 碳增多而导致的全球变暖这一重大环境问题有积极意义。因此.生物柴油 是一种真正的绿色柴油。生物柴油在我国乃至世界都还处于起步阶段，发展前景广阔。随着世 界范围的能源短缺.以及人们对环境保护的口益重视，开发和研究生物柴 油这一绿色环保型燃料，以替代将枯竭的石油能源已迫在眉睫，它不仅是 开发新能源的有效途径z,而且可充分利用我国的土地资源、调整我国 农作物结构.促进农业的发展，同吋还可促进新兴工业一一生物柴油工业 的生产和
9、发展，可产生巨大的社会效益和经济效益。只要积极创造良好的 产业发展环境，产业界和科技界努力奋斗，用10年左右时间建成对国家 经济社会发展有重要贡献的生物柴油产业大有希望。3、生物柴油的应用前景环境与能源是当今世界最受关注的两大问题。“里约地球高峰会议” 上提出的一个主要冃标是“要使灾害降低到最低程度，环境保持在人类的 健康和安全不受损害，并保证世界持续发展”。对人类生命有重大影响的 空气质量是关系到可持续发展的一个重要问题。能源与环境有密切的联 系，“世界可持续燃料会议”上，权威人士指出，世界石油储备可供使用 的年限将不到50年，必须重视可再生能源的开发利用。1) 交通对环境的影响交通车俩排出
10、的废气中有许多有害成份，造成环境污染。一氧化碳(C0) 会引起人体内部缺氧，危害中枢神经系统，使感觉、反应、理解、记忆力 减退，还会危害血液循环系统。碳氢化合物(HC)和氮氧化物(NO2)在大气 环境中受强烈太阳光紫外线照射，会产生一种复杂的光化学反应，生成一 种二次污染物，即光化学烟雾。二氧化硫(SO2)与NOx的酸化作用会造成 酸雨。二氧化碳(C02)则会产生温室效应。柴油机由于燃烧中混合不完全而 形成微粒(PM),会使人产生头晕、恶心、头痛等病症，且容易进入和积留 在肺部内。丹麦的一项研究发现，柴油燃烧吋产生的致癌物质吸附在小于 lOu的微粒外表，驾驶员最容易吸入帅内。被调查的15249
11、名受雇3个月 以上的驾驶员中，有473名得肺癌，与丹麦全国男性的平均得肺癌率相比, 高出60%此外还有醛类、多环芳姪(PAH)和苯/甲苯/二甲苯(BTX)等有 害成份，会造成长期毒害。随着城市小交通车辆不断增加，使用清洁能源己提到议事日程，压缩 天然气(CNG)、液化天然气(LNG)、液化石油气(LPG)、甲醇、乙醇、生物 柴油等，都是可供选择的代燃料，已经有不同规模的应用。使用电力作为 车辆动力，则可以做到零排放，也是发展的方向。2) 交通车辆的能源结构交通车辆使用的燃料主要依赖于地球的矿藏。如果使用电力，则可以 利用多种来源的能源，包括可再生能源。已经探明的全球能源储量以煤为 最大，原油和
12、天然气则为同一个数量级。为了便于对比，计量单位可以使 用百万吨当量油(million tonne oil euivalent MTOE)或能量单位1012MJ.全 球能源储量和年消耗量见表1.表1全球能源储量及年耗量能源储量MTOE年耗量MOTE储量iomj年耗量lOMJ煤575000250024100105原油13600031005700131天然气1070001700447571按照上述资料测算，煤的储量可供使用230年，石油约44年，天然 气约63年。由于Fl前对油皿勘探投入的力量大大超过天然气，估计天然 气的储量会有增加。核能的潜力决定于铀矿的储量，估计约在400万t, FI前年耗量约
13、5万t,随着耗量的增加，估计可满足今后50年的需求。 鉴于全球能源储量是有限的，从长远考虑，可再生的能源应受到重视。水 力、风力、太阳能等可以产生电力，应用于交通领域。利用农作物生产的 燃料则可以作为交道车辆的代燃料，其中生物柴油是一种很有发展前途的 代燃料。生物柴油(bio-disel)是由天然植物油与甲醇或乙醇(也属于可再生的) 化学合成的燃料，可作为柴油发动机的代燃料，因此适合于城市公共汽车 的应用。在美国，主要使用豆油为原料，因为美国大量生产大豆。在欧洲， 主要使用菜子油。使用100%生物柴油的燃料称为B100, 20%生物柴油与 80%柴油混合使用的燃料称为B20.生物柴油來源于农作
14、物，可以减少对 石油的依赖，对于需要进口石油的国家，其意义尤为重大。美国能源部所属国家再生能源实验室(NREL)开展了 一项综合研究，对美国 不同地区的8家交通公司的100多辆使用代燃料和柴油的公共汽车进行调 查研究，就环境影响和经济价值作岀分析。3) 生物柴油的环境评价车辆废气对环境的影响主要决定于排气管尾气的有害成份排放量。但 是从更广义的角度来衡量，则应包括从原料生产的最初到使用的最终的全 过程所产生的影响。例如，柴油应从原油开采和提炼到最终用于公共汽车, 而生物柴油则从大豆种植、生长、化合处理到应用。以整个生命周期为基 础进行分析对比，包括整个生产过程中使用的所有资源和消耗的能源，如
15、原油开采中消耗的电力，和种植大豆时拖拉机消耗的燃料，以及整个生产 过程中所有排放的污染物质、固体废弃物，以及对水源的影响。NREL的研究内容重点对柴油与生物柴油进行对比分析。使用B100 的公共汽车与使用柴油的公共汽车相比较，整个生命周期的石油消耗可降 低95%,因为在生产和输送B100的过程中仍要消耗一些石油。使用B20 的公共汽车，其整个生命周期的石油消耗可降低19%. B100与柴油相比 较，尾气的C02排放量约高5%,但大豆生产过程中通过光合作用，C02 又重新转变为碳基化合物、因此影响环境的C02总量将大大降低，C02, 净排放量可以减少78%以丄。使用B20则可减少约16%.这是生
16、物柴油 的最大优点，对改善地球的温室效应有很大的贡献。PM、CO、SOx的排放，无论是尾气的排放量和整个生命周期的排放 量，B100都比柴油低，B20的减少程度约为B100减少程度的20%,祥见 表2o表2 PM、CO、SOx的排放量的降低百分比B100尾气排放量生命周期排放量：PM(vlO|i)68%32%CO46%-35%SOx不排放-8%B100的N02排放量比柴油有所增加，因为该项H研究使用未经改进 的发动机和燃料。如果改进发动机和燃料配方，则NOx增加的问题可以 得到解决。B20的生命周期NOx排放量约增加3% B100的HC尾气排放 量比柴油降低，但生命周期排放量增加，主要原因是大豆生产过程中造成 的，可以通过改进农业技术来解决。排放量的对比见表3。对其他代燃料的生
