餐廚垃圾生產(chǎn)生物柴油研究進(jìn)展

1、編號 本科生畢業(yè)論文餐廚垃圾生產(chǎn)生物柴油的研究進(jìn)展research progress of biodiesel production of kitchen garbage學(xué) 生 姓 名馬進(jìn)崗專 業(yè)生物技術(shù)學(xué) 號090822220指 導(dǎo) 教 師張強(qiáng)學(xué) 院生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院二一三年六月畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)承諾書1本人承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）餐廚垃圾生產(chǎn)生物柴油的研究進(jìn)展，是認(rèn)真學(xué)習(xí)理解學(xué)校的長春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作條例后，在教師的指導(dǎo)下，保質(zhì)保量獨(dú)立地完成了任務(wù)書中規(guī)定的內(nèi)容，不弄虛作假，不抄襲別人的工作內(nèi)容。2本人在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中引用他人的觀點(diǎn)和研究成果，均在文中加以注釋或以

2、參考文獻(xiàn)形式列出，對本文的研究工作做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體均已在文中注明。3在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中對侵犯任何方面知識產(chǎn)權(quán)的行為，由本人承擔(dān)相應(yīng)的法律責(zé)任。4本人完全了解學(xué)校關(guān)于保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交論文和相關(guān)材料的印刷本和電子版本；同意學(xué)校保留畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的復(fù)印件和電子版本，允許被查閱和借閱；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印或其他復(fù)制手段保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），可以公布其中的全部或部分內(nèi)容。以上承諾的法律結(jié)果將完全由本人承擔(dān)！ 作 者 簽 名： 年 月 日摘要隨著環(huán)境意識的增強(qiáng)和能源危機(jī)的影響，人們開始尋找一種能夠替代石油燃料并對環(huán)境破壞小的新能源。最近幾年石油價(jià)格的升高

3、和石油的缺乏，使人們開始思考利用植物油去替代柴油。同時(shí)，餐飲廢油不僅污染環(huán)境，而且還危害人們的健康，因此餐飲廢油的有效利用成為一個(gè)值得研究的問題。以餐廚垃圾為原料進(jìn)行能源生產(chǎn)，既可以獲得清潔能源，又能減少污染物排放，可降低生物柴油的生產(chǎn)成本，是目前研究的熱點(diǎn)。本文綜述了餐廚垃圾目前處理現(xiàn)狀以及能源化的研究進(jìn)展，主要介紹了利用餐廚垃圾生產(chǎn)生物柴油的研究進(jìn)展情況。關(guān)鍵詞：餐廚垃圾 生物柴油 脂肪酸 酯交換abstractincreasing environmental awareness and depletion of energy resources are the driving force

4、 for the industry to develop renewable fuels which are environmentally friendly. in the past several years, the increases in petroleum prices and uncertainties of petroleum availability lead to renewed interest in vegetable oil fuels for diesel engines.today, waste cooking oils are not only pollutin

5、g the environment, but also doing harm to the health of people. to utilize waste oils environmentally friendly is becoming more and more important for researchers.the kitchen waste as a raw material for the production of energy, can not only obtain clean energy, but also reduce the emission of pollu

6、tants and the cost of biodiesel profuction, the focus of current research. this paper reviewed the current status of treatment of kitchen waste and energy development. mainly introduced the research progress of producing biodiesel with kitchen waste.key words：kitchen waste;biodiesel;fatty acid;trans

7、esterification目錄摘要iabstractii第1章 緒論11.1研究的目的及意義11.2餐廚垃圾生產(chǎn)生物柴油國內(nèi)外研究現(xiàn)狀2 1.2.1國內(nèi)研究現(xiàn)狀2 1.2.2國外研究現(xiàn)狀31.3研究內(nèi)容3第2章 餐廚垃圾52.1餐廚垃圾危害52.2餐廚垃圾處理現(xiàn)狀6 2.2.1焚燒6 2.2.2填埋6 2.2.3堆肥62.3餐廚垃圾的利用狀況7 2.3.1餐廚垃圾生產(chǎn)甲烷7 2.3.2餐廚垃圾生產(chǎn)氫氣7 2.3.3餐廚垃圾生產(chǎn)燃料酒精7 2.3.4生產(chǎn)有機(jī)肥料、 肥皂、 化妝品等82.4餐廚垃圾的回收治理與管理8第3章 生物柴油93.1國內(nèi)外生物柴油的發(fā)展?fàn)顩r9 3.1.1國內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r9 3

8、.1.2國外發(fā)展?fàn)顩r103.2生物柴油的生產(chǎn)方法11 3.2.1摻和法11 3.2.2微乳法11 3.2.3熱裂解11 3.2.4轉(zhuǎn)酯法123.3生物柴油的環(huán)境效益與社會經(jīng)濟(jì)效益14 3.3.1生物柴油降低co2排放14 3.3.2生物柴油降低空氣污染物的排放15 3.3.3生物柴油減少對水體和土壤的污染15 3.3.4緩解能源壓力，增強(qiáng)國家石油安全15 3.3.5轉(zhuǎn)化餐飲廢油，保障人民身體健康15第4章 餐廚垃圾生產(chǎn)生物柴油164.1餐廚垃圾加工生物柴油發(fā)展優(yōu)勢16 4.1.1生產(chǎn)技術(shù)成熟16 4.1.2管理技術(shù)成熟16 4.1.3生產(chǎn)原料潛力巨大164.2餐廚垃圾加工生物柴油原理174.3

9、餐廚垃圾加工生物柴油生產(chǎn)工藝18 4.3.1堿催化酯交換反應(yīng)18 4.3.2酸催化酯交換法19 4.3.3脂肪酶催化酯交換反應(yīng)19 4.3.4超臨界甲醇流體法19 4.3.5加氫工藝法204.4餐廚垃圾生產(chǎn)生物柴油面臨的問題及對策20 4.4.1面臨的問題20 4.4.2對策20第5章 結(jié)論和展望21參考文獻(xiàn)23致謝26第1章 緒論1.1研究的目的及意義餐廚垃圾是指家庭、學(xué)校、食堂以及餐飲行業(yè)的食物廢料和殘余，是城市生活垃圾的重要組成部分。餐廚垃圾具有含水量高、有機(jī)物含量高、油脂含量高、營養(yǎng)元素豐富等特點(diǎn)，有很大的回收利用價(jià)值。利用餐廚垃圾作為原料生產(chǎn)能源，既可以獲得清潔能源，又能減少污染物排

10、放，已經(jīng)成為國內(nèi)外餐廚垃圾處理利用的主要方向。在歐洲，生物柴油已經(jīng)用于商業(yè)使用十余年。我國也在近些年開始生產(chǎn)使用生物柴油。但是，由于其加工成本高、原料來源稀缺等原因，使得生物柴油的發(fā)展受到了阻礙。采用餐廚廢油作為生物柴油的制備原料，不僅防止了廢油二次流入餐桌對人體所造成的健康損害，而且有效降低了生物柴油制備的成本費(fèi)用，更減少了廢油對環(huán)境的污染危害。發(fā)展生物柴油應(yīng)成為一項(xiàng)能源戰(zhàn)略。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，全世界對能源的需求量越來越大，也加大了對地球資源的開采和利用，隨著石油資源逐漸枯竭，未來世界各國對石油能源的爭奪將更為激烈，建立戰(zhàn)略儲備不能從根本上解決石油資源短缺問題。在我國，隨著經(jīng)濟(jì)的的高速發(fā)展

11、，石油能源消耗巨大，生物柴油必將有廣闊的市場空間。自1993年我國成為石油凈進(jìn)口國以來，石油進(jìn)口量以每年4速度增長，2000年、2001年石油進(jìn)口量均達(dá)7,000萬噸以上，目前石油進(jìn)口量占我國石油消費(fèi)量1/3。據(jù)資料顯示，我國2000年石油剩余探明儲量為240億桶(32.7億噸)，原油產(chǎn)量為320萬桶/日(1.6億噸/年)，石油消耗量為420萬桶/日(2.06億噸/年)。據(jù)此數(shù)據(jù)，我國石油儲量僅可穩(wěn)產(chǎn)21年，而年產(chǎn)需存在 5,000萬噸缺口。我國2001年原油產(chǎn)量1.65億噸，而石油產(chǎn)品消費(fèi)達(dá)2億左右。未來十年中原油年產(chǎn)量最多2億多噸左右，而石油消費(fèi)將持續(xù)上升。我國今后長期大量進(jìn)口石油已成定局

12、。另一方面，我國柴油消費(fèi)1995年為4360萬噸，2000年增加到 6700萬噸，發(fā)展生物柴油在近期能夠緩解柴油供應(yīng)緊張，長期來看可大量替代進(jìn)口。發(fā)展立足于本國原料，大規(guī)模生產(chǎn)的替代液體燃料，是保障我國石油安全的重大戰(zhàn)略措施之一1。發(fā)展生物柴油產(chǎn)業(yè)不僅對增強(qiáng)我國石油安全具有重要意義，還可促進(jìn)中國農(nóng)村和國經(jīng)濟(jì)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，同時(shí)發(fā)展生物柴油也有益于保護(hù)生態(tài)環(huán)境。另外生產(chǎn)和使用生物柴油對發(fā)展國內(nèi)經(jīng)濟(jì)，減少對石油供給的需求，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展等方面都有積極作用?；茉丛絹碓娇萁?，但它在為城市工廠、交通等

13、提供動力的同時(shí)，也對大氣和水資源造成越來越嚴(yán)重的破壞。排放出的sox、nox形成酸雨，破壞了生物的生長，造成生態(tài)環(huán)境的惡劣。同時(shí)排放的co2造成的溫室效應(yīng)也日益嚴(yán)重?，F(xiàn)今各國更加重視對環(huán)境的治理問題，第二次世界大戰(zhàn)以后，世界社會生產(chǎn)力突飛猛進(jìn)。工業(yè)的動力使用和產(chǎn)品種類、產(chǎn)品數(shù)量急劇增大；農(nóng)業(yè)開墾的強(qiáng)度和農(nóng)藥使用的數(shù)量也迅速擴(kuò)大。致使許多國家普遍發(fā)生了現(xiàn)代工業(yè)、農(nóng)業(yè)發(fā)展帶來的，范圍更大、情況更加嚴(yán)重的環(huán)境污染問題和生態(tài)破壞問題。威脅著人類的生存和持續(xù)發(fā)展。值得關(guān)注的是，隨著汽車保有量的增加，發(fā)功機(jī)燃燒后排出的廢氣也在加劇著大氣環(huán)境的污染，尤其是嚴(yán)重污染了人口稠密、交通發(fā)達(dá)的大城市的空氣品質(zhì)。我國

14、汽車業(yè)近年來有了很大發(fā)展，但我國的汽車發(fā)動機(jī)水平相對較差，排放標(biāo)準(zhǔn)不嚴(yán)，平均污染物排放量比國外高出幾倍，其至十幾倍，因而，目前我國大城市的大氣污染已相當(dāng)嚴(yán)重。1.2餐廚垃圾生產(chǎn)生物柴油國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1國內(nèi)研究現(xiàn)狀我國對于利用廢餐飲油制備生物柴油的研究起步不久。據(jù)報(bào)道，2001年臺灣清華大學(xué)化工系吳文騰教授研發(fā)了“利用廢食用油以堿催化法生產(chǎn)出生物柴油”的技術(shù)。在廣州仲愷農(nóng)業(yè)技術(shù)學(xué)院，記者親眼目睹了“潲水油”變身“柴油”的過程。張冠杰和他的中山大學(xué)同學(xué)們摸索到一種特殊的固態(tài)堿催化法，用這種方法從廢餐飲油中提煉的生物柴油，不僅設(shè)備成本低，原料轉(zhuǎn)化率達(dá)96%，而且能耗低，不產(chǎn)生工業(yè)污水；最重要

15、的突破是新方法可以實(shí)現(xiàn)流水式連續(xù)生產(chǎn)，比以往的方法有本質(zhì)性突破2。在我國香港,九龍巴士公司在1999年與香港大學(xué)等合作,由香港大學(xué)教授研究從餐飲業(yè)收集燒豬時(shí)滴出的廢油脂，提煉成生物柴油作燃料添加劑供九龍巴士公司測試。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)展公司等都建成1020kt/a的生產(chǎn)裝置，目前餐飲業(yè)廢油是價(jià)格最低的生物柴油原料，主要以餐飲業(yè)廢油和皂化油下腳料為原料，還生產(chǎn)一些高附加值的產(chǎn)品來增加利潤。據(jù)中國食用油信息網(wǎng)介紹，我國2000年食用油的消費(fèi)總量約為1200萬噸，如果按消費(fèi)總量10%計(jì)算，則產(chǎn)生120萬t的廢油脂。在我國目前各個(gè)城市里，主要的是餐飲業(yè)廢油脂。

16、餐飲業(yè)廢油脂是現(xiàn)代餐飲業(yè)的副產(chǎn)品。我國規(guī)定，污水排入城市排污管網(wǎng)的飲食服務(wù)企業(yè)，應(yīng)安裝隔油池或采取其它處理措施。人工清理隔油池，收集廢油脂，產(chǎn)生了百姓關(guān)注的廢油脂問題，這一度成為我國許多城市的熱點(diǎn)問題。 據(jù)資料統(tǒng)計(jì),北京市內(nèi)的飯館一天就以產(chǎn)生廢油脂20噸(年產(chǎn)7000多噸)；南京市現(xiàn)飲食、食品加工和屠宰企業(yè)1萬多家，每天排放百噸污水，其中一年產(chǎn)生近5000噸廢油脂；上海區(qū)1998年的食用油消費(fèi)量為20萬噸，其中行業(yè)用8萬噸，估計(jì)餐飲業(yè)用油達(dá)4萬噸，按20%算，則全餐飲業(yè)產(chǎn)生的廢油量8000噸左右；深圳經(jīng)濟(jì)特區(qū)按目前餐飲業(yè)營業(yè)狀況、隔油池使用情況以及收集能力，估算每年的廢油脂收集量為3000多噸

17、。1.2.2國外研究現(xiàn)狀目前，歐洲和北美主要以植物油為原料制備生物柴油，而日本則通過回收廢餐飲油來制備生物柴油。對于利用廢餐飲油制備生物柴油的研究，處于世界領(lǐng)先地位的是日本的染谷商店集團(tuán)有限公司和lonford有限公司，擁有專利 “以廢食用油為原料生產(chǎn)柴油、甘油和鍋爐用燃料的精制方法”、“用廢食用油生產(chǎn)柴油燃料的制造裝置”和“用廢食用油制造柴油燃料的制造方法”等。染谷商店集團(tuán)有限公司于1998年成功研制了世界上第1臺全自動連續(xù)式廢食用油燃料化裝置棗vdf該裝置能將100l廢食用油轉(zhuǎn)化為82l生物柴油，每天（8h）生產(chǎn)生物柴油約340l。目前,生物柴油運(yùn)用最多的是歐洲。而廢食用油脂在歐盟各國通常

18、供為飼料用油，現(xiàn)在也正轉(zhuǎn)向發(fā)展生物柴油。在奧地利，每年135個(gè)餐館收集的廢食用油脂可生產(chǎn)生物柴油1000多噸，其生物柴油的主要市場在于農(nóng)業(yè)及林業(yè)設(shè)施以及湖泊與河川的休閑游艇之用，以利于清潔空氣。美國的廢油脂產(chǎn)生量大約為100萬t/a，有人做了調(diào)查，美國華盛頓州每人每年產(chǎn)生的廢棄油有2kg?，F(xiàn)在已經(jīng)有大型的油脂公司，例如作為北美洲最大的提煉公司之一的格里芬工業(yè)公司，已經(jīng)能把廢食用油或動物脂肪轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)量很好的生物柴油。加拿大學(xué)者設(shè)計(jì)了非常完整的工業(yè)生產(chǎn)方案：在連續(xù)化堿式催化過程中，以廢棄食用油為原料生產(chǎn)生物柴油，需要在每一個(gè)原工藝基礎(chǔ)上加入預(yù)處理工段，包括自由脂肪酸的酯化、甘油的洗滌和甲醇的再生。

19、總之，國外競相發(fā)展利用廢油脂制造生物柴油。1.3研究內(nèi)容近年來，隨著石油資源的逐漸枯竭和人們對環(huán)境保護(hù)意識的不斷增強(qiáng)，一種以動植物油為原料合成的綠色環(huán)保型燃料生物柴油，引起了世界各國越來越多的關(guān)注。采用廉價(jià)原料以降低成本是生物柴油能否廣泛推廣應(yīng)用的關(guān)鍵之一。在日本已建立了利用廢油脂制備生物柴油的工廠，歐盟各國及中國香港也競相研究和開發(fā)利用餐飲廢油脂制備生物柴油。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國餐飲業(yè)每年產(chǎn)生廢油脂達(dá)200萬噸以上，餐飲廢油中含有大量對人體有害的物質(zhì)，已不能再食用。目前，在我國部分餐飲廢油脂被回收加工成脂肪酸等工業(yè)原料，而大部分被不法分子再利用重新流入市場，嚴(yán)重危害消費(fèi)者人身健康，或餐飲業(yè)主直

20、接將其排入下水道，不僅造成資源的浪費(fèi)，而且嚴(yán)重污染環(huán)境。因此，經(jīng)濟(jì)有效地對餐飲廢油進(jìn)行回收再利用，具有較大的經(jīng)濟(jì)效益和巨大的社會效益3。本論文內(nèi)容是介紹國外餐廚垃圾處理利用和我國餐飲業(yè)廢油脂的概況，提出利用餐飲業(yè)廢油脂制造生物柴油的方法和工藝流程，并討論餐飲業(yè)廢油脂制造生物柴油面臨的問題及對策。第2章 餐廚垃圾餐飲垃圾一般包括：地溝油、消水油、煎炸廢油、油煙機(jī)冷凝回收油、食品企業(yè)以及相關(guān)企業(yè)產(chǎn)生的廢棄油脂。地溝油是一個(gè)泛概念，是對各類劣質(zhì)油的通稱，也有的將它分為三類：一是狹義的地溝油，即將下水道中的油膩漂浮物(地溝油)或者將賓館、酒樓的剩飯、剩菜(通稱浴水)經(jīng)過簡單加工、提煉出的油(消水油)：

21、二是劣質(zhì)豬肉、豬內(nèi)臟、豬皮加工以及提煉后產(chǎn)出的油：三是用于油炸食品的油使用次數(shù)超過規(guī)定要求后，再被重復(fù)使用或往其中添加一些新油后重新使用的油等。目前，餐廚垃圾在國內(nèi)絕大多數(shù)城市存在著管理無序、任意處置等問題。大部分飯店、食堂等排放數(shù)量較大且較集中的餐廚垃圾往往被郊區(qū)的養(yǎng)豬戶等收集，導(dǎo)致垃圾豬和地溝油現(xiàn)象屢禁不止，嚴(yán)重威脅著消費(fèi)者的食品安全和身體健康。2.1餐廚垃圾危害多年來,人們經(jīng)常會在各種媒體聽到或看到有關(guān)人們食用了不衛(wèi)生的食用油，而引起身體發(fā)生病變的報(bào)道，這其中極大部分的不衛(wèi)生食用油就是wco。wco重返餐桌，讓人們談之色變。2001年，南京肯德基公司將炸過雞塊和薯?xiàng)l的廢油賣給非法食用廢油

22、加工廠，隨后又有武漢麥當(dāng)勞將炸過雞塊和薯?xiàng)l的廢棄“毒油”，不經(jīng)任何加工處理就賣給他人。這些毒油經(jīng)簡單加工后，又被賣給私人小餐館、街頭大排檔和養(yǎng)殖場，成為人畜共用的食用油。wco質(zhì)量極差，極不衛(wèi)生，過氧化值、酸價(jià)、水分嚴(yán)重超標(biāo)，含有大量的腐敗因子、黃曲霉菌和不潔物質(zhì)，食用后對人體危害極大，一旦食用，則會破壞白血球和消化道豁膜，引起食物中毒，有些油在高溫狀態(tài)下長期反復(fù)使用，與空氣中的氧接觸，發(fā)生水解、氧化、聚合等復(fù)雜反應(yīng)，致使油薪度增加，色澤加深，過氧化值升高，并產(chǎn)生一些揮發(fā)物及醛、酮、內(nèi)醋等有刺激性氣味的物質(zhì)，這些物質(zhì)具有致癌作用。根據(jù)國家糧油信息中心的數(shù)據(jù)，2005年我國食用油消費(fèi)量已經(jīng)達(dá)到1

23、850萬噸，較2002年的1350萬噸增加500萬噸，增幅達(dá)到37%，2006年度國內(nèi)植物油新增供應(yīng)總量達(dá)2200萬噸左右，產(chǎn)生廢油最少在400萬噸左右，如此量大的廢油流向江河會造成水體污染，使本來就極其短缺的淡水資源雪上加霜。如果把它用于污灌則破壞土壤結(jié)構(gòu)，使土壤油質(zhì)化油類粘附于植物根部會影響其對養(yǎng)分的吸收而導(dǎo)致減產(chǎn)或死亡。另外，有毒物質(zhì)還會被動植物吸收、富集，最終危害人體健康。2.2餐廚垃圾處理現(xiàn)狀隨著城市人口增加和人民生活水平的不斷提高，餐廚垃圾產(chǎn)量也在逐年增長，由此而帶來的環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重。目前國內(nèi)外主要采用的處理方法有焚燒、填埋以及堆肥處理等。2.2.1焚燒目前，大多數(shù)垃圾管理不

24、嚴(yán)格的地區(qū)，通常將餐廚垃圾與生活垃圾混在一起進(jìn)行焚燒處理，這樣可使垃圾減量90%以上。而一些技術(shù)發(fā)達(dá)或垃圾管理嚴(yán)格的地區(qū)，往往會建立垃圾焚燒廠，通過垃圾焚燒產(chǎn)生的熱量進(jìn)行發(fā)電。但由于餐廚垃圾含水量高，通常水分含量高達(dá)90%左右，發(fā)熱量21003100 kj/kg。熱值較低，燃燒時(shí)需要添加輔助燃料。另外和其它垃圾一起進(jìn)行焚燒，往往不能滿足垃圾焚燒發(fā)電的熱量要求，從而造成投資大，同時(shí)尾氣處理也是一個(gè)難題，焚燒過程會產(chǎn)生大量的有害氣體，造成環(huán)境污染4。2.2.2填埋填埋處理是一種簡單而且普遍的垃圾處理方法，很適合填埋場氣體利用技術(shù)。但由于餐廚垃圾含水量較高，導(dǎo)致滲透液增多，造成處理成本升高。尤其混合

25、排放的生活垃圾不僅難以進(jìn)行分離和資源化利用，而且會造成二次環(huán)境污染，給填埋處理等帶來了很大困難和弊端，而且這種處理方式也會造成餐廚垃圾中營養(yǎng)物質(zhì)大量損失，最終產(chǎn)生大量沼氣，沼氣對全球變暖的影響約為二氧化碳的25倍。因此填埋處理不僅局限了垃圾資源的綜合回收利用，而且占用大量土地，污染環(huán)境。對餐廚垃圾實(shí)施源頭預(yù)處理是其資源化利用的重要保障。目前隨著人們對餐廚垃圾利用逐步深入，垃圾填埋處理已經(jīng)呈現(xiàn)出下降的趨勢，很多國家已經(jīng)禁止餐廚垃圾進(jìn)行填埋處理。2.2.3堆肥堆肥是在人工控制的條件下，使有機(jī)固體廢物進(jìn)行生物穩(wěn)定作用的過程。餐廚垃圾有機(jī)物含量高，營養(yǎng)豐富，碳氮比比較低，非常適用于作堆肥原料。但由于餐

26、廚垃圾具有鹽分高、含水率高、容重高、的特點(diǎn)，科研人員對餐廚垃圾堆肥工藝進(jìn)行了細(xì)致的研究5。目前餐廚垃圾堆肥技術(shù)已經(jīng)較為成熟，但由于油分、鹽分及其它雜質(zhì)在餐廚垃圾堆肥產(chǎn)品中的殘留，導(dǎo)致肥料質(zhì)量不高，另外對土壤也存在不同程度的負(fù)面影響?？v觀目前餐廚垃圾處理現(xiàn)狀，一是由于國家缺乏規(guī)范化管理，餐廚垃圾與其它生活垃圾混合排放，阻礙了餐廚垃圾資源化處理的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。二是餐廚垃圾資源化處理技術(shù)比較落后，處理過程局限而單一。鑒于餐廚垃圾具有含水量高、有機(jī)物含量高、營養(yǎng)元素豐富等特點(diǎn)，利用餐廚垃圾作為原料獲取各種有效能源，將會成為未來國內(nèi)外餐廚垃圾處理利用的主要方向。2.3餐廚垃圾的利用狀況2.3.1餐廚垃圾生

27、產(chǎn)甲烷餐廚垃圾的厭氧發(fā)酵是利用厭氧微生物將餐廚垃圾有機(jī)物降解，轉(zhuǎn)換為甲烷和二氧化碳。厭氧發(fā)酵在密閉容器中進(jìn)行，反應(yīng)不受供氧限制，而且不易產(chǎn)生臭氣等污染物，對環(huán)境友好。餐廚垃圾厭氧產(chǎn)甲烷是一種切實(shí)可行的資源化和環(huán)保新技術(shù)，從而受到各國政府的高度重視。德國是歐盟重要的沼氣生產(chǎn)國，主要采用中溫與高濃度相結(jié)合的液態(tài)發(fā)酵熱電聯(lián)供技術(shù)。英國利用人和動物的有機(jī)廢物作為原料，厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的甲烷可以替代英國25%的煤氣。我國人口眾多，能源問題備受關(guān)注?？傮w上，餐廚垃圾厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣是未來重點(diǎn)發(fā)展和投資的方向之一。隨著厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣技術(shù)日益成熟，不僅可以將餐廚垃圾轉(zhuǎn)化為能源，而且剩余的沼渣.沼液可以作為肥料。但

28、也存在工藝流程長，配套設(shè)施多，投資成本高等制約因素。今后應(yīng)加強(qiáng)厭氧發(fā)酵設(shè)備以及利用沼氣提純甲烷的技術(shù)研究。另外也應(yīng)重視餐廚垃圾甲烷發(fā)酵與燃料電池組合系統(tǒng)的開發(fā)以及高寒地區(qū)沼氣發(fā)電工程能量綜合利用技術(shù)等。從長遠(yuǎn)來看，應(yīng)在技術(shù)設(shè)備優(yōu)化組合，高度集成等方面繼續(xù)努力。2.3.2餐廚垃圾生產(chǎn)氫氣實(shí)際上，制氫氣只是產(chǎn)沼氣的一個(gè)環(huán)節(jié)。隨著對厭氧發(fā)酵的深入研究，厭氧發(fā)酵的中間產(chǎn)物氫氣日益引起了人們的關(guān)注。氫氣具有清潔無污染、能量密度高等特點(diǎn)，被認(rèn)為是最具應(yīng)用價(jià)值的可再生能源之一。傳統(tǒng)利用化學(xué)方法生產(chǎn)氫氣，不但能耗大而且成本很高。而利用餐廚垃圾厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫成本低，還可實(shí)現(xiàn)餐廚垃圾處理的減量化和資源化，因此被認(rèn)為

29、具有廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景。發(fā)酵產(chǎn)氫的微生物主要有4大類，分別為腸桿菌屬、梭菌屬、埃希氏腸桿菌屬和桿菌屬。在發(fā)酵過程中通過有機(jī)物的脫氫來實(shí)現(xiàn)代謝過程的順利進(jìn)行。有文獻(xiàn)報(bào)道表明，接種物、反應(yīng)溫度、金屬離子、基質(zhì)種類、ph值等因素對厭氧制氫均有顯著的影響6。很多因素對厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫有顯著的影響，如何提高餐廚垃圾的產(chǎn)氫量、產(chǎn)氫的濃度以及產(chǎn)氫速率是餐廚垃圾厭氧發(fā)酵制氫產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵。目前對餐廚垃圾厭氧產(chǎn)氫過程的研究尚不深入，所有實(shí)驗(yàn)都停留在小試階段。雖然厭氧產(chǎn)氫過程可行，但影響因素復(fù)雜多變，其中產(chǎn)氫菌的產(chǎn)氫能力不高成為限制該技術(shù)發(fā)展的重要因素。2.3.3餐廚垃圾生產(chǎn)燃料酒精當(dāng)前我國的酒精生產(chǎn)主要以玉米、稻谷

30、、小麥等糧食作物為原料。從資源有效利用和降低生產(chǎn)成本方面考慮，利用含豐富淀粉及纖維素類的廢棄物作為原料無疑更具有優(yōu)勢。當(dāng)前已有利用農(nóng)業(yè)廢棄物如農(nóng)作物的秸稈、玉米渣以及廢棄的甜菜葉莖等進(jìn)行酒精生產(chǎn)的研究，而利用餐廚垃圾生產(chǎn)燃料酒精報(bào)道很少。餐廚垃圾含有豐富的淀粉，另外還含有脂肪、纖維素、蛋白質(zhì)等物質(zhì)，這些都是酒精極好的發(fā)酵原料。利用餐廚垃圾發(fā)酵生產(chǎn)酒精，不僅可以解決城市垃圾中排放量越來越大且難以處理的環(huán)境污染問題，還可以有效地實(shí)現(xiàn)其減量化、無害化與資源化，另外對擴(kuò)大酒精生產(chǎn)原料來源，降低酒精生產(chǎn)成本將具有積極意義。2.3.4生產(chǎn)有機(jī)肥料、 肥皂、 化妝品等近日，北京市西城區(qū)環(huán)保局從瑞典公司引進(jìn)一

31、項(xiàng)新技術(shù)，該技術(shù)可回收利用餐館排放的污水油脂及殘?jiān)鼇砩a(chǎn)有機(jī)肥料、肥皂、化妝品等。南京發(fā)爾士化工廠是一家專業(yè)從事廢油脂加工利用的化工企業(yè)，主要生產(chǎn)香（肥）皂、金屬皂、涂料等系列產(chǎn)品。該單位還與江南大學(xué)合作，用廢棄油脂制成驅(qū)油劑，用于油田開采，可提高采油率30% 。據(jù)了解，在北京有一家處理地溝油的正規(guī)廠家，該廠在北京城東、南、西、北各建了一個(gè)地溝油處理中轉(zhuǎn)站，負(fù)責(zé)收集、清掏、運(yùn)輸、提煉、銷售地溝油。從地溝油中可提煉出半成品油，作為生產(chǎn)肥皂、膠鞋底的原料，銷售給化工廠。地溝油與半成品油的比率基本為1:1，即1t地溝油基本能提煉出1t半成品油，利潤率相當(dāng)高；剩余的殘?jiān)捎糜诎l(fā)酵產(chǎn)沼氣，在發(fā)酵副產(chǎn)物沼

32、渣中加入鋸末，可作為有機(jī)肥料出售7。2.4餐廚垃圾的回收治理與管理雖然餐飲業(yè)廢棄油脂再利用在我國已步入產(chǎn)業(yè)化初級階段，但在回收管理方面還缺乏相應(yīng)的配套措施，要治理目前回收再利用廢油脂的混亂局面，關(guān)鍵是要建立一個(gè)完善的管理機(jī)構(gòu)和有效的運(yùn)行機(jī)制。管理機(jī)構(gòu)應(yīng)由環(huán)境管理部門、廢油脂回收處理單位和餐飲業(yè)市場管理部門3方組成，并由環(huán)境管理部門負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)。大多數(shù)的餐廚廢棄物處理廠主要以餐廚垃圾作為培養(yǎng)基。我國對餐廚垃圾油脂的綜合利用主要有三種方式：一是對地溝油進(jìn)行簡單加工提純，直接作為低檔的工業(yè)油酸硬脂酸和工業(yè)油脂等；二是利用地溝油制備無磷洗衣粉；三是將地溝油醇解制取生物柴油（脂肪酸甲酯）。無論哪一種方式處理

33、餐廚垃圾，我國都應(yīng)該加大科研投入，借鑒國外的先進(jìn)技術(shù)，提高餐廚垃圾的剩余價(jià)值。第3章 生物柴油世界的石油儲量正在逐漸減少，同時(shí)油品燃燒后排放的廢氣引起的環(huán)境污染也是人類面臨的一大問題。因此，開發(fā)可再生、環(huán)保、替代性的燃料已成為21世紀(jì)人類的最重要課題之一。生物柴油是指由可再生的油脂原料經(jīng)過合成而得到的長鏈脂肪酸甲酯，是一種可以替代普通柴油使用的環(huán)保燃油。生物柴油含硫量極低、芳香烴含量少、含氧量高、十六烷值高、閃點(diǎn)高、廢氣逸出少，燃燒后逸出的廢氣中，微粒子(pm)總碳?xì)浠衔?hc)和一氧化碳含量少；此外，它還是一種無毒性的物質(zhì)，這是生物柴油的優(yōu)點(diǎn)，具有環(huán)境友好及健康效應(yīng)。與其它替代燃料如壓縮天

34、然氣，液體天然氣，液化石油氣，甲醇，乙醇等相比，使用生物柴油系統(tǒng)投資少，原有的引擎、加油設(shè)備、儲存設(shè)備、保養(yǎng)設(shè)備等基本不需進(jìn)行改動，它既可以作為燃料使用，也可以作為添加劑與普通柴油以任意比例混合。3.1國內(nèi)外生物柴油的發(fā)展?fàn)顩r3.1.1國內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r我國“十五發(fā)展綱要”已明確提出發(fā)展各種石油替代品，并將發(fā)展生物液體燃料確定為新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向，加快我國生物柴油的研發(fā)和應(yīng)用是新時(shí)期賦予我們千載難逢的發(fā)展機(jī)遇。至今，我國對生物柴油的開發(fā)和研究尚處于起步階段。而隨著世界范圍的能源短缺以及人們對環(huán)境保護(hù)的日益重視，開發(fā)和研究生物柴油這一綠色環(huán)保型燃料，以替代不斷枯竭的石油的任務(wù)已迫在眉睫。它不僅是開發(fā)新能

35、源的有效途徑之一，而且可充分利用我國的土地資源，調(diào)整我國農(nóng)作物結(jié)構(gòu)，促進(jìn)農(nóng)業(yè)的發(fā)展；同時(shí)還可促進(jìn)新興工業(yè)生物柴油工業(yè)的生產(chǎn)和發(fā)展，產(chǎn)生巨大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益?？梢?，在我國開展生物柴油的開發(fā)研究，具有重大的意義和廣闊的應(yīng)用前景8。中國科技大，石化科學(xué)研究院，西北農(nóng)林科技大，遼河化工廠，東北林業(yè)大學(xué)，華東理工大，遼寧省能源所等分別進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室研究開發(fā)，但都尚未成功實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。但我國有豐富的植物油脂及動物油脂資源，我國每年豆油產(chǎn)量達(dá)6000 萬噸，而且飯店產(chǎn)生大量的煎炸油，如加以充分利用，有很大的發(fā)展空間。生物柴油產(chǎn)業(yè)是新興的高新科技產(chǎn)業(yè)，我國“十五發(fā)展綱要”已明確提出發(fā)展各種石油替代品，并將發(fā)展

36、生物液體燃料確定為新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向，加快我國生物柴油的研發(fā)和應(yīng)用是新時(shí)期賦予我們千載難逢的發(fā)展機(jī)遇。當(dāng)前，一個(gè)制約生物柴油發(fā)展的因素是油料作物成本太高，植物油價(jià)格約為 4000元/噸，而石油柴油的價(jià)格在3000元/噸左右。為了降低成本，目前采用油腳、餐飲業(yè)廢油脂等來生產(chǎn)生物柴油，對于整個(gè)石油產(chǎn)量來說其數(shù)量十分有限，對保障石油安全作用意義不大，但對減少廢物對城市的污染十分有利，所以還應(yīng)大力發(fā)展。2001年我國植物油產(chǎn)量約為80萬噸，油廠下腳料一般為植物油產(chǎn)量的10%，則產(chǎn)生油腳8萬噸。2001年食用油消費(fèi)總量約為120萬噸，如果也按 10%計(jì)算，則產(chǎn)生廢油脂12萬噸9。在我國，采取廢油制取生物柴

37、油，不僅可以降低成本，緩解能源危機(jī)，改善能源結(jié)構(gòu)，而且可大大降低石油柴油的燃燒所帶來的污染，及對解決餐飲業(yè)處理廢油時(shí)對環(huán)境的破壞，變廢為寶產(chǎn)生積極深遠(yuǎn)的影響。本研究目的旨在利用餐飲廢油制取生物柴油，對制備條件和反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行研究。3.1.2國外發(fā)展?fàn)顩r生物柴油在第二次世界大戰(zhàn)中曾經(jīng)出現(xiàn)過，不過當(dāng)時(shí)是在能源緊張的情況下將食用油直接加入到發(fā)動機(jī)中進(jìn)行燃燒。對生物柴油的研究最早開始于20世紀(jì)70年代。最初是為了解決當(dāng)時(shí)的能源危機(jī)，研究的重點(diǎn)也只是放在將動植物油直接用作燃料使用，但是植物油以及動物脂肪分子量較大、碳鏈較長，直接作為燃料使用時(shí)存在粘度高、低溫性能差、易碳化結(jié)焦、堵塞油噴嘴等問題，再加上不易

38、完全氧化，使植物油直接代替生物柴油受到很大的打擊。但是隨著能源危機(jī)的日益緊迫和環(huán)境問題的日益尖銳，迫使人們?nèi)ふ乙恍┎粌H可以再生的，而且是清潔的，對環(huán)境友好的能源。生物柴油由于跟石化柴油有相似的物理與化學(xué)特性，逐漸吸引了環(huán)境與能源工作者的關(guān)注，人們逐漸又把生物柴油的研究推進(jìn)到一個(gè)新的階段。美國、法國、意大利等國家成立了專門的生物柴油研究機(jī)構(gòu)。在美國，近幾年生物柴油已形成規(guī)模，并成為該國產(chǎn)量增長量最快的替代燃油。1996 年生物柴油的產(chǎn)量為150kt，主要用于具有集中加油站的大巴和卡車運(yùn)輸公司使用，1999年只有3個(gè)主要的汽車運(yùn)輸公司使用，而到2000年3月已超過40個(gè)，美國聯(lián)邦政府是生物柴油的

39、最大用戶。1990年美國修正空氣潔凈法，禁止在有嚴(yán)重空氣污染城市的公共運(yùn)輸車上使用石油柴油燃料。該政策為生物柴油進(jìn)入市場提供了政策和法律保證。生物柴油是唯一能夠通過空氣潔凈法211（b）條款規(guī)定的對人體健康測試標(biāo)準(zhǔn)的石油柴油替代品。同時(shí)美國為了保證生物柴油的質(zhì)量，美國制定了生物柴油的標(biāo)準(zhǔn)。1985年生物柴油在拖拉機(jī)中廣泛試用，得到了一致的好評及認(rèn)可，成為生物柴油成功走向市場的里程碑。1996年德國和法國建立了生物柴油的工業(yè)化生產(chǎn)裝置。并在voikswagen、audi等小轎車中使用生物柴油作為發(fā)動機(jī)燃料；同年，歐洲還成立了以生產(chǎn)生物柴油為主的生物柴油委員會，這表明了又一個(gè)新興產(chǎn)業(yè)的形成。199

40、1年奧地利標(biāo)準(zhǔn)局首次發(fā)布了生物柴油的標(biāo)準(zhǔn)，之后，世界上其他一些國家，如法國、意大利、捷克、瑞典、美國和德國，也相繼建立了生物柴油標(biāo)準(zhǔn)。目前生產(chǎn)成本0.33歐元/升，批發(fā)價(jià)格0.45歐元/升，零售價(jià)格0.71歐元/升，低于常規(guī)柴油的0.75歐元/升，極大地刺激了產(chǎn)業(yè)發(fā)展。這將有助于歐洲生物柴油市場價(jià)值由2000年5.04億美元提高到2007年24億美元，年增長率可望達(dá)到25%。歐盟推廣生物柴油的目標(biāo)是：到2003年達(dá)230萬噸，2010年達(dá)830萬噸。3.2生物柴油的生產(chǎn)方法一些油脂不飽和脂肪酸含量高，在常溫下呈液體狀態(tài)，可以直接用作生物柴油使用但黏度高。動物油脂的飽和脂肪酸含量高，室溫條件下呈

41、固態(tài)。因此，二者都需要進(jìn)一步加工才能作發(fā)動機(jī)燃油使用。到目前為止，人們已開發(fā)出了4 種制備生物柴油的生產(chǎn)方法：摻和法、微乳法、熱裂解、轉(zhuǎn)酯法。3.2.1摻和法摻和法是將植物油與石油柴油按不同的比例直接混合后作為發(fā)動機(jī)燃料。植物油直接作為燃料使用的優(yōu)點(diǎn)為：(1)液體狀態(tài)；(2)高熱值，其熱值是石油柴油的 80%；(3)直接使用；(4)可再生。其缺點(diǎn)為：(1) 黏度高；(2)低揮發(fā)性；(3)不飽和脂肪酸發(fā)生反應(yīng)10。3.2.2微乳法將動植物油與溶劑混和制成微乳液也是解決動植物油高粘度的辦法之一。微乳液是一種透明的熱力學(xué)穩(wěn)定的直徑在 1150nm膠體分散系，由兩種不溶的液體與離子或非離子的兩性分子混

42、合形成。1982 年georing等用乙醇水溶液與大豆油制成微乳狀液，除十六烷值較低之外，其他性質(zhì)均與 2 號柴油相似。ziejewski等以 53.3 的冬化葵花籽油、13.3的甲醇及 33.4的 1丁醇制成乳狀液，在 200h的實(shí)驗(yàn)室耐久性測試中沒有嚴(yán)重的惡化現(xiàn)象，但仍有積炭和使?jié)櫥驼扯仍黾拥葐栴}。kraw czyk t等使用表面活性劑、助表面活性劑、水、煉制柴油和大豆油為原料，開發(fā)了可替代柴油的新的微乳狀液體系，其中組成為柴油 3.160g、大豆油 0.790g、水 0.050g、異戊醇 0.338g、十二烷基碳酸鈉 0.676g的微乳狀液體系的性質(zhì)與柴油最為接近10。微乳法是將動植物

43、油制成微乳液，為解決植物油的高黏度問題(植物油的黏度是2號柴油的10 20倍)，將其溶解于有機(jī)溶劑中作為燃料使用的方法。常用的有機(jī)溶劑有甲醇、乙醇及1- 丁醇等。以上兩種方法屬物理方法，物理方法生產(chǎn)的生物柴油是一種分散的多相體系，存在穩(wěn)定性問題，且物化性能指標(biāo)難以控制，因此，在生物柴油產(chǎn)業(yè)中所占的比例較小。3.2.3熱裂解裂解是指在無氧狀態(tài)下加熱后的降解過程，它主要的產(chǎn)物有：烷烴、烯烴、二烯烴、羰基酸、芳香族化合物和少量的氣體。根據(jù)反應(yīng)條件的不同，熱解可分為三類：常規(guī)熱解、快速熱解和閃式熱解。最早對植物油進(jìn)行熱裂解的目的是為了合成石油。schwab等對大豆油熱裂解的產(chǎn)物進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)烷烴和烯

44、烴的含量很高，占總質(zhì)量的 60%。還發(fā)現(xiàn)裂解產(chǎn)物的粘度比普通大豆油下降了 3 倍多，但還是遠(yuǎn)高于普通柴油的粘度值。但在十六烷值和熱值等方面，大豆油裂解產(chǎn)物與普通柴油基本相近。1993 年，m. gloria pereira等對植物油進(jìn)催化裂解生成生物柴油進(jìn)行了研究。將椰油和棕櫚油以sio2/al2o3為催化劑，在 450裂解。裂解得到的產(chǎn)物分為氣液固三相，其中液相的成分為生物汽油和生物柴油。分析表明，該生物柴油與普通柴油的性質(zhì)非常相近11。熱裂解是在加熱或催化劑作用下,使植物或者動物油脂裂解生成一系列混合物，包括烷烴、烯烴、二烯烴、芳烴和羧酸等。因轉(zhuǎn)化率低、 能耗高、經(jīng)濟(jì)性差而淘汰。3.2.4

45、轉(zhuǎn)酯法也叫酯交換反應(yīng)或醇解,其是在酸、堿或酶的催化下用另一種醇置換甘油三酯中的醇。其目的也是為了降低動植物油的黏度。使用的醇主要有甲醇、乙醇、丙醇、丁醇和戊醇。甲醇和乙醇使用較多，尤其是甲醇，因?yàn)槠鋬r(jià)格便宜，且其物化性能(極性短鏈醇) 有利于反應(yīng)的進(jìn)行。但甲醇不僅是有毒化學(xué)品，而且通常由天然氣制造；乙醇可由農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)，可再生，不污染環(huán)境。從這個(gè)角度看，乙醇較有優(yōu)勢。影響酯交換反應(yīng)的主要因素有：醇油比、催化劑種類、反應(yīng)溫度和壓力、反應(yīng)時(shí)間、攪拌速度、油中脂肪酸和水的含量等。反應(yīng)的測定標(biāo)準(zhǔn)是酯化率和純度。脂肪酶催化的轉(zhuǎn)酯反應(yīng)常用方法是用固定化脂肪酶或產(chǎn)生脂肪酶的微生物細(xì)胞作為催化劑使用。低碳醇可對

46、酶產(chǎn)生毒性，而且在反應(yīng)過程中必須及時(shí)除去生成的甘油，否則甘油很容易堵塞顆粒狀固定化酶的孔徑，縮短固定化酶的壽命。全細(xì)胞催化劑的整個(gè)細(xì)胞即是脂肪酶的固定化載體。日本在這方面作了大量和深入的研究。雖然脂肪酶催化轉(zhuǎn)酯化反應(yīng)較酸堿催化具有很多優(yōu)勢，如醇用量小，產(chǎn)品易于分離和提取，避免酸堿的污染，但是反應(yīng)時(shí)間要長很多，且脂肪酶產(chǎn)量有限，價(jià)格昂貴，阻礙了其用于生物柴油的工業(yè)化生產(chǎn)。目前，還停留在實(shí)驗(yàn)室研究的規(guī)模和水平上。酸堿催化酯交換反應(yīng)法酯交換法是使用純油制取生物柴油最普遍也是技術(shù)最成熟的方法，而使用酸堿做催化劑的酯交換法是目前最適合應(yīng)用于從餐飲廢油中制取生物柴油的技術(shù)路線，也是本文所要研究和使用的。利

47、用餐飲業(yè)廢油脂進(jìn)行酯交換時(shí)，因餐飲廢油為高酸值油脂，含有游離脂肪酸、聚合物和分解物等多種雜質(zhì)，成分復(fù)雜，對于酯交換制甲酯十分不利，須進(jìn)行預(yù)處理。整個(gè)處理過程，最主要的步驟就是使用酸或者堿進(jìn)行催化的甘油三酸酯與甲醇的酯交換反應(yīng)。在這個(gè)反應(yīng)中，目前已研究了以下幾個(gè)因素對反應(yīng)的影響：(1)水分及游離脂肪酸的影響 在堿性催化劑作用下的甘油酯的酯交換反應(yīng)的初始材料必須符合某些規(guī)范。甘油酯中酸值不能超過1，需要使用更多的氫氧化鈉來中和游離脂肪酸，而且水的存在會引起皂化反應(yīng)。不僅使催化劑的用量增加而且降低其效率。而生成的肥皂使生成物粘度增加，形成凝膠體從而使甘油的分離變得更加困難。酯交換反應(yīng)并不需要在無氮的

48、環(huán)境下進(jìn)行。反應(yīng)容器經(jīng)冷凝器與大氣相通，當(dāng)反應(yīng)物被加熱時(shí)溶解在油中的氧氣進(jìn)入大氣中。另外醇的揮發(fā)有利于反應(yīng)的進(jìn)行。(2) 醇油比的影響 原料配比是影響本反應(yīng)的最重要的因素之一。影響產(chǎn)量的另一個(gè)重要參數(shù)就是醇與甘油三酸酯的摩爾比，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)方程式可知酯交換反應(yīng)需要三分子的醇和一分子的甘油酯反應(yīng)生成三分子的脂肪酸甲酯和一分子的甘油。即每摩爾油與3摩爾甲醇反應(yīng)生成3摩爾脂肪酸甲酯和1摩爾甘油。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)醇油摩爾比為3：1時(shí)，反應(yīng)不完全，最后產(chǎn)品中油酸甲酯含量很低。醇油摩爾比越大，反應(yīng)初速度越小，當(dāng)醇油摩爾比6：1時(shí)，反應(yīng)30min即基本達(dá)平衡，且摩爾比為6：1時(shí)，產(chǎn)品中油酸甲酯含量最高約為90左

49、右。而醇油摩爾比10：1時(shí)，反應(yīng)1h才基本趨于平衡，最終產(chǎn)品中油酸甲酯含量也沒有明顯提高，而大大過量的甲醇不僅使甘油的分離更加困難，而且也提高了回收甲醇的費(fèi)用。所以，在本試驗(yàn)研究的范圍內(nèi)，最適宜的醇油摩爾比為6：1。摩爾比與所使用的催化劑類型有關(guān)。用酸作催化劑的反應(yīng)與大豆油的比是30:1。而用堿作催化劑時(shí)只需6:1的摩爾比就能在給定的反應(yīng)時(shí)間內(nèi)取得相同的酯產(chǎn)量。gemma vicente指出實(shí)際反應(yīng)過程中甲醇與植物油的摩爾比范圍從3.3:1到 5.25:1。在一些例子中使用摩爾比4.8:1，根據(jù)油的質(zhì)量不同，產(chǎn)量將是97-98。如果酯交換反應(yīng)分三步進(jìn)行則摩爾比將降至3.3:1，甲醇的當(dāng)量含量超

50、過1.75 將一直持續(xù)進(jìn)行重力分離作用，增加反應(yīng)的成本12。(3)催化劑的影響 催化劑的種類包括：堿、酸或酶。堿作催化劑的酯交換反應(yīng)速率較酸作催化劑的反應(yīng)速率快，然而，如果甘油中含有較高的游離脂肪酸和水的含量，這時(shí)使用酸作催化劑比較合適。 酸可以是硫酸、磷酸、鹽酸或有機(jī)磺酸。堿包括：naoh、甲醇鈉、koh、甲醇鉀、氫化鈉、氨基鈉、氨基鉀和氫化鉀,甲醇鈉效果比naoh好。因?yàn)樵趎aoh、meoh混合過程中有少量水產(chǎn)生，當(dāng)naoh濃度為 1.0時(shí)反應(yīng)結(jié)果最好；當(dāng)naoh濃度為 2.0時(shí)產(chǎn)品中甲酯含量反而下降，這與原料油中游離脂肪酸含量有關(guān)。因?yàn)橐詨A作為該反應(yīng)的催化劑時(shí)，堿首先與原料油中的游離脂肪

51、酸發(fā)生中和反應(yīng)，當(dāng)原料油中游離脂肪酸濃度較大時(shí)，中和消耗掉堿的量也相應(yīng)增加，此時(shí)若加入的naoh的量太小，很可能全部被游離脂肪酸所中和而沒有起到催化劑的作用所以適當(dāng)增加naoh的量有利于催化反應(yīng)的進(jìn)行。然而，當(dāng)naoh大大過量時(shí)，會增加反應(yīng)液中乳膠狀物質(zhì)的生成，使反應(yīng)物粘度加大直至最終形成凝膠，從而使甘油的分離更加因難，導(dǎo)致產(chǎn)品中油酸甲酯含量下降。最適宜的催化劑(koh)的用量為1.0。(4)反應(yīng)時(shí)間的影響 反應(yīng)速率隨時(shí)間的延長而增加，對花生油、棉籽油、葵花油和大豆油的酯化反應(yīng)進(jìn)行研究，試驗(yàn)環(huán)境是:醇油比6:1，采用0.1%甲醇鈉做催化劑，反應(yīng)溫度60，結(jié)果發(fā)現(xiàn)反應(yīng)1分鐘后，大豆油和葵花油的轉(zhuǎn)

52、化率將近80%，在反應(yīng)1小時(shí)后，所有的轉(zhuǎn)化率基本相同，研究反應(yīng)時(shí)間對牛脂和甲醇的酯交換反應(yīng)的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，由于甲醇在牛脂的分散及不均勻混合，導(dǎo)致開始1分鐘內(nèi)反應(yīng)速率比較慢。從1分鐘到5分鐘，反應(yīng)速率加快。牛脂生成甲酯的量明顯從1變化到38，接著牛酯轉(zhuǎn)化速率有所降低，達(dá)到最大值得時(shí)間大約是15分鐘。甘油二酯和甘油一酯反應(yīng)開始產(chǎn)量增加，隨后有所降低，反應(yīng)最后甘油一酯的數(shù)量要高于甘油二酯。(5)反應(yīng)溫度的影響 根據(jù)所用油的不同，酯交換反應(yīng)可以在不同的溫度下進(jìn)行。tunahan cakir對精煉大豆油與甲醇（醇油比6:1）在 1%naoh催化劑13。三種不同反應(yīng)溫度下的酯交換反應(yīng)進(jìn)行了研究，結(jié)果表明反應(yīng)

53、0.1小時(shí)后，在反應(yīng)溫度 60，45和32下酯的產(chǎn)量率分別為94%，87%和64%。反應(yīng)一小時(shí)后，酯的產(chǎn)量在60和50時(shí)基本相同，而在32下酯的產(chǎn)量稍微低些，可見反應(yīng)溫度對反應(yīng)速率和酯的產(chǎn)量有明顯的影響。當(dāng)反應(yīng)10min時(shí)，溫度分別為0、25、45和60；對應(yīng)生成油酸甲酯的含量分別為35、81、83和88?？梢娂词乖谑覝?25)條件下，該反應(yīng)的初速度也比較大，而提高溫度初速度變化不大，且當(dāng)反應(yīng)緩慢趨于平衡時(shí)，產(chǎn)品中甲酯含量也沒有明顯提高。研究表明，利用動物脂肪進(jìn)行酯交換時(shí)，由于甲醇?xì)溲趸c溶液與融化了的牛脂并不互溶（100下甲醇在牛脂中的溶解度僅為19%），它們混合后形成了非均相的體系，而無法

54、進(jìn)行反應(yīng)，因此混合成為了以牛脂為原料酯交換反應(yīng)制備生物柴油的關(guān)鍵，特別是混合時(shí)的攪拌速率和攪拌時(shí)間將決定反應(yīng)能否進(jìn)行。但是一旦反應(yīng)開始進(jìn)行，則反應(yīng)速度和反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率都將不再受攪拌的影響14。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)反應(yīng)結(jié)束時(shí)，產(chǎn)物中未反應(yīng)的甲醇在甲酯中的溶解度為60%，在甘油中的溶解度為40。因此較為有利的方法是酯交換反應(yīng)結(jié)束后先用真空蒸餾的方法回收甲醇，再將甲酯與甘油分離。3.3生物柴油的環(huán)境效益與社會經(jīng)濟(jì)效益3.3.1生物柴油降低co2排放生物柴油的使用能減少co2的排放，是基于生命循環(huán)分析法對柴油和生物柴油進(jìn)行對比分析得出的結(jié)論。生命循環(huán)分析法是通過分析燃料從生產(chǎn)到消耗的全過程中的能量流和排放，從而評

55、價(jià)某種燃料的使用對能源和環(huán)境的影響的方法。3.3.2生物柴油降低空氣污染物的排放空氣污染物的排放包括發(fā)動機(jī)排氣管的排放和生產(chǎn)燃料時(shí)的排放。使用生物柴油只有nox的排放是上升的，而在燃料技術(shù)和柴油機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，已經(jīng)有多種技術(shù)措施能夠不犧牲生物柴油的優(yōu)點(diǎn)，減少nox排放，故生物柴油的使用對降低發(fā)動機(jī)排氣管有害物的排放相當(dāng)有利。3.3.3生物柴油減少對水體和土壤的污染生物柴油的原料包括：餐飲業(yè)廢油，如煎炸后氧化裂變的廢煎炸油，餐飲后廢棄物中的回收油；精煉動、植物油下腳料，如堿煉后皂腳，水化后水化油腳；其它行業(yè)回收油，如制革時(shí)皮革脫脂油，木本植物油副產(chǎn)品如橡膠籽油，造紙行業(yè)木漿制作過程妥爾油，經(jīng)過適當(dāng)處

56、理后生活垃圾的無危害回收油。而這些廢油若不進(jìn)行處理，直接排向江河則會造成水體過度肥化，引發(fā)赤潮等現(xiàn)象。所以生物柴油的生產(chǎn)能處理大量的生活和工業(yè)廢油，是對水體和土壤的保護(hù)15-17。3.3.4緩解能源壓力，增強(qiáng)國家石油安全由于面臨能源危機(jī)，生物柴油作為一種來源穩(wěn)定的可再生清潔能源，在世界各國迅猛發(fā)展起來。歐盟國家2001年產(chǎn)量已超過100萬t，美國消費(fèi)量從2000年2. 3萬t猛增到2001年8. 5萬t，日本、加拿大、澳大利亞、巴西、印度等國也在積極發(fā)展生物柴油產(chǎn)業(yè)。有關(guān)專家指出，我國目前可以利用的餐飲廢油、榨油廠油腳、庫存過期大豆和林木油果等價(jià)格合理的原料，可以支持300萬t/ a左右的產(chǎn)業(yè)

57、規(guī)模,若在將來能建立更多穩(wěn)定的原料來源，產(chǎn)業(yè)規(guī)模將會不斷擴(kuò)大。相信生物柴油必將成為我國能源的一個(gè)有益補(bǔ)充，緩解我國能源壓力，增強(qiáng)我國石油安全。3.3.5轉(zhuǎn)化餐飲廢油，保障人民身體健康我國每年消耗植物油1200萬t，直接產(chǎn)生下腳酸化油250萬t，大中城市餐飲業(yè)產(chǎn)生地溝油達(dá)500萬t。許多不法商人從下水道和泔水中提取垃圾油并當(dāng)作食用油銷售，這種垃圾油極不衛(wèi)生，過氧化值、酸價(jià)、水分嚴(yán)重超標(biāo)，屬非食用油，一旦食用，將會破壞白血球和消化道黏膜，引起事物中毒，甚至致癌18。北京、天津、烏魯木齊、呼和浩特、沈陽、南寧等城市都先后發(fā)生過垃圾油進(jìn)入餐桌的事件。據(jù)保守估計(jì)，北京目前垃圾油量已超過 5萬t/ a，如果流入市場進(jìn)入餐桌將對人民的身體健康造成嚴(yán)重危害。第4章 餐廚垃圾生產(chǎn)生物柴油4.1餐廚垃圾加工生物柴油發(fā)展優(yōu)勢生物柴油是指以動植物油脂為原料，通過酯交換生產(chǎn)的柴油，也稱之為再生燃油,作為石化柴油的替代燃料，生物柴油是一種優(yōu)質(zhì)的可再生