生物柴油生產(chǎn)及性質(zhì)研究進(jìn)展

1、生物柴油生產(chǎn)及性質(zhì)研究進(jìn)展摘要：本文綜述了近幾年來(lái)生物柴油的相關(guān)研究進(jìn)展，主要是針對(duì)不用的原料來(lái)生產(chǎn)生物柴油的及其相關(guān)性質(zhì)的研究進(jìn)展做一簡(jiǎn)單的綜述。關(guān)鍵字：生物柴油 生產(chǎn) 性質(zhì) 研究進(jìn)展Abstract:Thisisasurveylectureonrecentyearsresearchprogressaboutbiodiesel,itmainlydothebriefsurveyaboutthatbydifferentrawmaterialsproducebiodieselandinterrelatedqualitativeresearchprogress.Key words: bio-dies

2、el production nature research 生物柴油于1988年誕生，由德國(guó)聶爾公司發(fā)明，它是以菜籽油為原料，提煉而成的潔凈燃油。突出的環(huán)保性和可再生性，引起了世界發(fā)達(dá)國(guó)家，尤其是資源貧乏國(guó)家的高度重視。西方國(guó)家為發(fā)展生物柴油，在行業(yè)規(guī)范和政策鼓勵(lì)下采取了一系列積極措施。為了便于推廣使用，美德意等國(guó)都制定了生物柴油技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，如美國(guó)權(quán)威機(jī)構(gòu)ASTM相繼在1996年和2000年發(fā)布標(biāo)準(zhǔn)，完善生物柴油的產(chǎn)業(yè)化條件，并且政府實(shí)行積極鼓勵(lì)的方式，在生物柴油的價(jià)格上給于一定的補(bǔ)貼。我國(guó)政府為解決能源節(jié)約、替代和綠色環(huán)保問(wèn)題制定了一些政策和措施，早有一些學(xué)者和專(zhuān)家己致力于生物柴油的研究、倡導(dǎo)

3、工作。我國(guó)生物柴油的研究與開(kāi)發(fā)雖起步較晚，但發(fā)展速度很快，一部分科研成果已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。研究?jī)?nèi)容涉及到油脂植物的分布、選擇、培育、遺傳改良及其加工工藝和設(shè)備。目前各方面的研究都取得了階段性成果，這無(wú)疑將有助于我國(guó)生物柴油的進(jìn)一步研究與開(kāi)發(fā)?？梢灶A(yù)計(jì)，在2-3年內(nèi)，我國(guó)在該領(lǐng)域的研究將會(huì)有突破性進(jìn)展并達(dá)到實(shí)用水平。1 生物柴油的生產(chǎn)原料生物柴油是以生物體油脂與醇類(lèi)物質(zhì)(通常為甲醇、乙醇)為原料，通過(guò)酯化反應(yīng)而得到的長(zhǎng)鏈脂肪酸甲酯，具有資源可再生、環(huán)境友好、可替代化石燃料的特點(diǎn)。目前世界范圍內(nèi)主要以大豆、油菜等高油脂農(nóng)作物，麻瘋樹(shù)、棉籽、棕櫚等木本油料植物，以及動(dòng)物油脂和餐飲廢棄油脂為原料生產(chǎn)

4、生物柴油；但由于這些原料本身特點(diǎn)的局限性以及其較差的經(jīng)濟(jì)性，遠(yuǎn)不能滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展所需的生物柴油量。2 生物柴油的生產(chǎn)方法近幾年來(lái)，生物柴油的生產(chǎn)方法越來(lái)越多，但主要有以下的生產(chǎn)方法。2.1以藻類(lèi)生物為原料的酯交換法酯交換法是生產(chǎn)生物柴油的傳統(tǒng)方法，以油料作物和動(dòng)物脂肪為原料的第一代生物柴油就是通過(guò)這種方法生產(chǎn)的，即在提取的藻油中加入一定量的甲醇，在一定溫度下，與藻油中的甘油三酯發(fā)生酯交換反應(yīng)，產(chǎn)生甘油和脂肪酸甲酯，再分離出副產(chǎn)品甘油，得到的甲酯就是生物柴油。在理論上酯交換反應(yīng)中甘油三酯與甲醇的比例是1:3，但在工業(yè)生產(chǎn)時(shí)，通常加入過(guò)量甲醇以確保反應(yīng)向生成生物柴油的方向進(jìn)行。在酯交換反應(yīng)中，可以用

5、酸、堿或酶進(jìn)行催化。使用酸催化劑的酯交換反應(yīng)速度慢，在生產(chǎn)中很少使用；堿催化劑則能顯著增強(qiáng)反應(yīng)速度，且費(fèi)用便宜，是目前最常用的催化劑，但是易與游離脂肪酸反應(yīng)；酶催化劑不易與游離脂肪酸反應(yīng)，且能減少對(duì)環(huán)境的污染，但是費(fèi)用太高。在反應(yīng)過(guò)程中，為了除去藻油中的不飽和脂肪酸，還要在系統(tǒng)中進(jìn)行催化加氫。得到的生物柴油粗制品要進(jìn)行后處理加工成精油，并改良其性能使之符合燃料的各項(xiàng)指標(biāo)。藻類(lèi)不僅可以生產(chǎn)生物柴油，其生物量還可以通過(guò)其他方式轉(zhuǎn)換成生物質(zhì)能。目前，主要采用熱化學(xué)轉(zhuǎn)化和生物化學(xué)轉(zhuǎn)化兩種技術(shù)產(chǎn)生生物質(zhì)能。熱化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)主要包括熱解、氣化、液化等方式生物化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)包括厭氧消化和發(fā)酵等方式。熱解是在絕氧

6、的條件下，將生物量在超短時(shí)間和超高的加熱速率下直接加熱到適宜的溫度(一般500左右)，使其分解轉(zhuǎn)化為其他液體、固體及氣體的過(guò)程，用以生產(chǎn)生物質(zhì)油等多種燃料。熱解簡(jiǎn)單易行、不需要復(fù)雜的儀器設(shè)備，生產(chǎn)成本相對(duì)較低，是一種高效生產(chǎn)生物燃料的方法。藻類(lèi)脂類(lèi)含量高，含有少量纖維素，是很好的熱解材料。在研究中指出采用熱解技術(shù)將藻體細(xì)胞轉(zhuǎn)化為液體燃料的方法能充分利用藻體細(xì)胞，獲得的液態(tài)生物油能量密度高，氮、硫含量低且易于儲(chǔ)運(yùn)，具有更大的經(jīng)濟(jì)效益。微藻熱解油的熱值高、較穩(wěn)定且具有很好的流動(dòng)性，可直接作為民用燃料和內(nèi)燃機(jī)燃料，也可經(jīng)深加工作為汽油和柴油30。氣化是指在高溫(8001 000)條件下，把生物量部分

7、氧化成可燃燒氣體，目前關(guān)于氣化的研究不多。液化是指在一定的壓力和溫度(300)下，在催化劑的作用下直接把生物量轉(zhuǎn)化成液體燃料。液化需要復(fù)雜的反應(yīng)裝置，造價(jià)昂貴，但是培養(yǎng)成熟的藻體不需要干燥脫水就可直接用于液化處理，大大簡(jiǎn)化了生物質(zhì)能的轉(zhuǎn)化過(guò)程，并且節(jié)約了用于干燥脫水的費(fèi)用。厭氧消化是一種生物化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)，可將生物量轉(zhuǎn)化成甲烷和沼氣，此方法適用于含水量高的生物量。發(fā)酵是把藻類(lèi)生物量轉(zhuǎn)化成乙醇，發(fā)酵的過(guò)程比較簡(jiǎn)單，是生產(chǎn)酒精的常用方法1。 2.2第二代生物柴油制備方法目前， 國(guó)內(nèi)外生物柴油廠家大多采用酸-堿催化兩步法間隙反應(yīng)工藝生產(chǎn)第一代生物柴油，生產(chǎn)過(guò)程會(huì)產(chǎn)生大量的含酸、堿、油工業(yè)廢水，產(chǎn)品是混

8、合脂肪酸甲酯，含氧量高，熱值相對(duì)比較低，其組分化學(xué)結(jié)構(gòu)與柴油存在明顯的不同。近年來(lái)，一些研究者提出了基于催化加氫過(guò)程的生物柴油合成技術(shù)路線，即動(dòng)植物油脂通過(guò)加氫脫氧、異構(gòu)化等反應(yīng)得到與柴油組分相同的異構(gòu)烷烴，形成了第二代生物柴油制備技術(shù)。 第二代生物柴油的制備 催化加氫過(guò)程是石油化工行業(yè)常用的工藝過(guò)程，對(duì)于提高原油加工深度、合理利用石油資源、改善產(chǎn)品質(zhì)量、提高輕油收率等具有重要意義。目前煉廠采用的加氫過(guò)程主要包括加氫精制和加氫裂化兩大類(lèi)。加氫精制工藝目前主要是除去油品中的硫、氮、氧雜原子及金屬雜質(zhì)，有時(shí)也用于對(duì)部分芳烴進(jìn)行加氫，改善油品的使用性能。在催化加氫條件下，油品中的硫、氮、氧化合物將發(fā)

9、生氫解反應(yīng)，分別發(fā)生加氫脫硫（HDS）、加氫脫氮（HDN）和加氫脫氧（HDO）。 第二代生物柴油的制備是基于催化加氫的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，動(dòng)植物油脂的主要成分為脂肪酸三甘酯， 脂肪酸鏈長(zhǎng)度一般為C12C24， 其中以C16和 C18 居多。油脂中典型的脂肪酸包括飽和酸（硬脂酸）、一元不飽和酸（油酸）及多元不飽和酸（亞油酸、亞麻酸），其不飽和程度隨油脂種類(lèi)不同而有很大差別。動(dòng)植物油脂先在催化加氫條件下，甘油三酯發(fā)生不飽和酸的加氫飽和反應(yīng)，并進(jìn)一步裂化生成二甘酯、單甘酯及羧酸在內(nèi)的中間產(chǎn)物，經(jīng)加氫脫羧基、加氫脫羰基及加氫脫氧反應(yīng)后，生成飽和的正構(gòu)烷烴；第二步，由于正構(gòu)烷烴的熔點(diǎn)較高， 低溫流動(dòng)性差，

10、 所制備的生物柴油的濁點(diǎn)偏高，隨著當(dāng)前加氫異構(gòu)技術(shù)的成熟發(fā)展和廣泛應(yīng)用，可以通過(guò)臨氫異構(gòu)化反應(yīng)將上述的部分或全部正構(gòu)烷烴轉(zhuǎn)化為異構(gòu)烷烴，從而提高其低溫使用性能2。 第二代生物柴油生產(chǎn)工藝主要有油脂直接加氫脫氧工藝、加氫脫氧再異構(gòu)工藝、柴油摻煉工藝等三種方法3。3生物柴油的催化劑生物柴油催化劑是指在動(dòng)植物油脂以及下腳料用于生產(chǎn)燃料油的過(guò)程中，起加速化學(xué)反應(yīng)，增加出油率，提高燃油質(zhì)量的一切化學(xué)助劑。目前生物柴油催化劑大體分兩大類(lèi)，一、起促進(jìn)酯化反應(yīng)的化學(xué)助劑，例如酯交換法制備生物柴油的工藝過(guò)程中,可以選用的催化劑有酸/堿均相催化劑、生物酶催化劑和固體催化劑3大類(lèi)；二、用于直接加熱原料油，進(jìn)行熱催化

11、裂解的催化劑，其主要作用是將長(zhǎng)碳鏈的大油脂分子分解成分子量適宜的柴油分子結(jié)構(gòu)，此類(lèi)熱裂解催化劑可以在較低的溫度下裂解原料油，降低能耗，提高生物柴油的收率，并且賦予生物柴油低凝點(diǎn)4。4我國(guó)生物柴油的產(chǎn)業(yè)化前景2003年，受?chē)?guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速增長(zhǎng)的拉動(dòng)，中國(guó)石油市場(chǎng)需求增勢(shì)強(qiáng)勁，石油產(chǎn)品需求總量增長(zhǎng)幅度達(dá)到兩位數(shù)，為11.4%，比上年提高了7.4個(gè)百分點(diǎn)，這促進(jìn)了石油進(jìn)口量的大幅攀升，使我國(guó)成為石油消費(fèi)和進(jìn)口大國(guó)。石油市場(chǎng)資源供應(yīng)出現(xiàn)緊缺，價(jià)格全面上漲。據(jù)中國(guó)物流信息中心統(tǒng)計(jì)，2003年我國(guó)石油及制品累計(jì)平均價(jià)格比上年提高11.8%。初步分析2004年中國(guó)石油市場(chǎng)供需形勢(shì)與2003年情況基本相似，將

12、繼續(xù)保持消費(fèi)需求旺盛，供需基本平衡的格局，但不排除受季節(jié)、運(yùn)輸?shù)纫蛩赜绊懚霈F(xiàn)局部性和結(jié)構(gòu)性的供應(yīng)緊張。預(yù)計(jì)2004年中國(guó)原油消費(fèi)量為2.7億噸，凈進(jìn)口量有可能超過(guò)1億噸。我國(guó)是一個(gè)石油凈進(jìn)口國(guó)，石油儲(chǔ)量又很有限，大量進(jìn)口石油對(duì)我國(guó)的能源安全造成威脅。因此，提高油品質(zhì)量對(duì)中國(guó)來(lái)說(shuō)就更有現(xiàn)實(shí)意義。而生物柴油具有可再生、清潔和安全三大優(yōu)勢(shì)。專(zhuān)家認(rèn)為，生物柴油對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、能源安全和生態(tài)環(huán)境綜合治理有十分重大的戰(zhàn)略意義。目前，汽車(chē)柴油化已成為汽車(chē)工業(yè)的一個(gè)發(fā)展方向，據(jù)專(zhuān)家預(yù)測(cè)，到2010年，世界柴油需求量將從38%增加到45%，而柴油的供應(yīng)量嚴(yán)重不足，這都為油菜制造生物柴油提供了廣闊的發(fā)展空間

13、。發(fā)展生物柴油產(chǎn)業(yè)還可促進(jìn)中國(guó)農(nóng)村和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展。如發(fā)展油料植物生產(chǎn)生物柴油，可以走出一條農(nóng)林產(chǎn)品向工業(yè)品轉(zhuǎn)化的富農(nóng)強(qiáng)農(nóng)之路，有利于調(diào)整農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)，增加農(nóng)民收入。目前我國(guó)生物柴油技術(shù)已取得重大成果：海南正和生物能源公司、四川古杉油脂化工公司和福建卓越新能源發(fā)展公司都已開(kāi)發(fā)出擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)，相繼建成了規(guī)模超過(guò)萬(wàn)噸的生產(chǎn)廠，這標(biāo)志著生物柴油這一高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)已在中國(guó)大地上誕生。發(fā)展生物柴油，我國(guó)有十分豐富的原料資源。我國(guó)幅員遼闊，地域跨度大，水熱資源分布各異，能源植物資源種類(lèi)豐富多樣，主要的科有大戟科、樟科、桃金娘科、夾竹桃科、菊科、豆科、山茱萸科、大風(fēng)子科和蘿摩科等。目前我國(guó)生物柴油的開(kāi)發(fā)利用還處于發(fā)展初期，要從總體上降低生物柴油成本，使其在我國(guó)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變中發(fā)揮更大的作用，只有向基地化和規(guī)模化方向發(fā)展，實(shí)行集約經(jīng)營(yíng)，形成產(chǎn)業(yè)化，才能走符合中國(guó)國(guó)情的生物柴油發(fā)展之路。隨著改革開(kāi)放的不斷深入，在全球經(jīng)濟(jì)一體化的進(jìn)程中，在中國(guó)加入WTO的大好形勢(shì)下，中國(guó)的經(jīng)濟(jì)水平將進(jìn)一步提高，對(duì)能源的需求會(huì)有增無(wú)減，只要把關(guān)于生物柴油的研究成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，形成產(chǎn)業(yè)化，則其在柴油引擎、柴油發(fā)電廠、空調(diào)設(shè)備和