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生物柴油的相關(guān)研究進(jìn)展，主要是針對不用的原料來生產(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)國家，尤其是資源貧乏國家的高度重視。西方國家為發(fā)展生物柴油，在行業(yè)規(guī)范和政策鼓勵下采取了一系列積極措施。為了便于推廣使用，美德意等國都制定了生物柴油技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，如美國權(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，并且政府實行積極鼓勵的方式，在生物柴油的價格上給于一定的補貼。我國政府為解決能源節(jié)約、替代和綠色環(huán)保問題制定了一些政策和措施，早有一些學(xué)者和專家己致力于生物柴油的研究、倡導(dǎo)

3、工作。我國生物柴油的研究與開發(fā)雖起步較晚，但發(fā)展速度很快，一部分科研成果已達(dá)到國際先進(jìn)水平。研究內(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，這無疑將有助于我國生物柴油的進(jìn)一步研究與開發(fā)?？梢灶A(yù)計，在2-3年內(nèi)，我國在該領(lǐng)域的研究將會有突破性進(jìn)展并達(dá)到實用水平。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物質(zhì)(通常為甲醇、乙醇)為原料，通過酯化反應(yīng)而得到的長鏈脂肪酸甲酯，具有資源可再生、環(huán)境友好、可替代化石燃料的特點。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、棉籽、棕櫚等木本油料植物，以及動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，生物柴油的生產(chǎn)方法越來越多，但主要有以下的生產(chǎn)方法。2.1以藻類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，以油料作物和動物脂肪為原料的第一代生物柴油就是通過這種方法生產(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，通常加入過量甲醇以確保反應(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反應(yīng)速度，且費用便宜，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)，且能減少對環(huán)境的污染，但是費用太高。在反應(yīng)過程中，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指標(biāo)。藻類不僅可以生產(chǎn)生物柴油，其生物量還可以通過其他方式轉(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、固體及氣體的過程，用以生產(chǎn)生物質(zhì)油等多種燃料。熱解簡單易行、不需要復(fù)雜的儀器設(shè)備，生產(chǎn)成本相對較低，是一種高效生產(chǎn)生物燃料的方法。藻類脂類含量高，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、硫含量低且易于儲運，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，大大簡化了生物質(zhì)能的轉(zhuǎn)化過程，并且節(jié)約了用于干燥脫水的費用。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)酵是把藻類生物量轉(zhuǎn)化成乙醇，發(fā)酵的過程比較簡單，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)過程會產(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，一些研究者提出了基于催化加氫過程的生物柴油合成技術(shù)路線，即動植物油脂通過加氫脫氧、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 催化加氫過程是石油化工行業(yè)常用的工藝過程，對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程主要包括加氫精制和加氫裂化兩大類。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)，有時也用于對部分芳烴進(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)展起來的，動植物油脂的主要成分為脂肪酸三甘酯， 脂肪酸鏈長度一般為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不同而有很大差別。動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)烷烴的熔點較高， 低溫流動性差，

10、 所制備的生物柴油的濁點偏高，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植物油脂以及下腳料用于生產(chǎn)燃料油的過程中，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，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；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4。4我國生物柴油的產(chǎn)業(yè)化前景2003年，受國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速增長的拉動，中國石油市場需求增勢強勁，石油產(chǎn)品需求總量增長幅度達(dá)到兩位數(shù)，為11.4%，比上年提高了7.4個百分點，這促進(jìn)了石油進(jìn)口量的大幅攀升，使我國成為石油消費和進(jìn)口大國。石油市場資源供應(yīng)出現(xiàn)緊缺，價格全面上漲。據(jù)中國物流信息中心統(tǒng)計，2003年我國石油及制品累計平均價格比上年提高11.8%。初步分析2004年中國石油市場供需形勢與2003年情況基本相似，將

12、繼續(xù)保持消費需求旺盛，供需基本平衡的格局，但不排除受季節(jié)、運輸?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2004年中國原油消費量為2.7億噸，凈進(jìn)口量有可能超過1億噸。我國是一個石油凈進(jìn)口國，石油儲量又很有限，大量進(jìn)口石油對我國的能源安全造成威脅。因此，提高油品質(zhì)量對中國來說就更有現(xiàn)實意義。而生物柴油具有可再生、清潔和安全三大優(yōu)勢。專家認(rèn)為，生物柴油對我國農(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，汽車柴油化已成為汽車工業(yè)的一個發(fā)展方向，據(jù)專家預(yù)測，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)中國農(nóng)村和經(jīng)濟(jì)社會發(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)展公司都已開發(fā)出擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)，相繼建成了規(guī)模超過萬噸的生產(chǎn)廠，這標(biāo)志著生物柴油這一高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)已在中國大地上誕生。發(fā)展生物柴油，我國有十分豐富的原料資源。我國幅員遼闊，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。目前我國生物柴油的開發(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，實行集約經(jīng)營，形成產(chǎn)業(yè)化，才能走符合中國國情的生物柴油發(fā)展之路。隨著改革開放的不斷深入，在全球經(jīng)濟(jì)一體化的進(jìn)程中，在中國加入WTO的大好形勢下，中國的經(jīng)濟(jì)水平將進(jìn)一步提高，對能源的需求會有增無減，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