生物柴油-課件ys

生物柴油

（Biodiesel）華中師大楊劭內(nèi)容什么是生物柴油生物柴油的生產(chǎn)工藝為什么要使用生物柴油生物柴油的應(yīng)用現(xiàn)狀國內(nèi)生物柴油的發(fā)展柴油汽油、柴油都是從石油中提煉制成。石油：遠(yuǎn)古時(shí)期的動(dòng)、植物遺體由于地殼的運(yùn)動(dòng)被壓在地層深處，在高溫、高壓和缺氧的條件下，經(jīng)過復(fù)雜的化學(xué)變化而逐漸形成石油。石油的化學(xué)成分比較復(fù)雜，它不是由單一的元素組成的，而是由各種碳?xì)浠衔飿?gòu)成的混合體。什么是辛烷值？爆震，是經(jīng)過壓縮的油／氣混合體，在火花塞還沒點(diǎn)火之前、就因被壓縮行程所造成的氣體分子運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的高熱點(diǎn)燃，形成所謂的自燃現(xiàn)象，隨后火花塞又再次點(diǎn)燃?jí)嚎s油／氣混合物，造成二團(tuán)高爆火球在燃燒室里劇烈碰撞。辛烷值是單缸汽油發(fā)動(dòng)機(jī)汽油抗爆性能的間接量度，其尺子就是用汽油與正庚烷和異辛烷的混合液比對(duì)，如果該汽油和異辛烷占97%的混合液的爆震起始點(diǎn)是一樣的，那該汽油就是97號(hào)的?？拐鹦阅茏詈玫氖钱愋镣?將其定標(biāo)為辛烷值等于100,抗震性最差的是正庚烷,定其辛烷值為零.提高汽油辛烷值，降低其易燃性，主要有兩種方法：一是改進(jìn)汽油的煉制技術(shù)，調(diào)和高辛烷值組分，如催化裂化油、催化重整油等；二是添加抗暴劑，從而阻止或延緩烴類的氧化，提高其辛烷值。抗爆劑主要有烷基鉛，醚類（甲基叔丁基醚，ＭＴＢＥ），醇類化合物（叔丁醇ＴＢＡ）一般認(rèn)為，適宜的柴油CN值應(yīng)為45—60，可以保證柴油均勻燃燒，熱功率高，耗油量低，發(fā)動(dòng)機(jī)工作平穩(wěn)，排放正常。根據(jù)Harrngton和Gerhard等人的研究，碳鏈長度的增加有助于CN值的提升，而不飽和雙鍵數(shù)目的增加則會(huì)使CN值有所降低。生物柴油的CN值比普通礦物柴油要略高，通常為50—60之間。閃點(diǎn)又叫閃燃點(diǎn)，是指可燃性液體表面上的蒸汽和空氣的混合物與火接觸而初次發(fā)生閃光時(shí)的溫度。閃點(diǎn)溫度比著火點(diǎn)溫度低些。燃點(diǎn)又叫著火點(diǎn)，是指可燃性液體表面上的蒸汽和空氣的混合物與火接觸而發(fā)生火焰能繼續(xù)燃燒不少于5s時(shí)的溫度?？扇夹砸后w的閃點(diǎn)和燃點(diǎn)表明其發(fā)生爆炸或火災(zāi)的可能性的大小，對(duì)運(yùn)輸、儲(chǔ)存和使用的安全有極大關(guān)系。

傾點(diǎn)是指油品在規(guī)定的試驗(yàn)條件下，被冷卻的試樣能夠流動(dòng)的最低溫度。凝點(diǎn)是指油品在規(guī)定的試驗(yàn)條件下，被冷卻的試樣油面不再移動(dòng)時(shí)的最高溫度。是用來衡量油品低溫流動(dòng)性的常規(guī)指標(biāo)，同一油品的傾點(diǎn)比凝點(diǎn)略高幾度。傾點(diǎn)或凝點(diǎn)偏高，油品的低溫流動(dòng)性就差。十六烷值:代表柴油在發(fā)動(dòng)機(jī)中發(fā)火性能的一個(gè)約定量值。在規(guī)定條件下的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)中，通過和標(biāo)準(zhǔn)燃料進(jìn)行比較來測定。采用和被測定燃料具有相同發(fā)火滯后期的標(biāo)準(zhǔn)燃料中十六烷值的體積百分?jǐn)?shù)表示。

十六烷值過低的燃料，會(huì)產(chǎn)生爆震、敲缸等現(xiàn)象，將使發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性和可靠性下降。但是，選用了過高十六烷值的輕柴油，也會(huì)由于局部的不完全燃燒而產(chǎn)生黑煙，因此，不同壓縮比、不同結(jié)構(gòu)和運(yùn)行條件的柴油機(jī)應(yīng)選擇適宜的十六烷值范圍。乙醇和汽油、柴油基本物化性能比較乙醇汽油柴油分子式CH3CH2OHC4-12C18-28平均分子量4698-120180-200含氧量(W%)34.730-0.10.4含氫量(W%)13.1313-1512.6含碳量(W%)52.1485-8787密度(20℃)(kg/L)0.78930.72-0.780.82-0.88沸點(diǎn)(℃)78.440-210175-360汽化潛熱(MJ/kg)0.8540.31-0.340.27運(yùn)動(dòng)粘度(20℃)(Pas:10-3)1.200.28-0.593.70辛烷值(RON)＜11080-9820-60低熱值HL(MJ/L)26.77843.9-44.442.5理論混合氣熱值(MJ/kg)2.6702.780-2.7862.93著火溫度(℃)434350-468230理論空燃比(kg/kg)8.4514.7-15.014.4十六烷值80-1040-55揚(yáng)州誕生國內(nèi)首臺(tái)“植物油客車”2007年8月?lián)P柴研制成功了植物油燃料發(fā)動(dòng)機(jī)，并植入亞星客車。國內(nèi)第一輛“素食客車”在揚(yáng)州誕生了。RudolfDiesel

Designeddieselenginein1894torunonpeanutoil“Theuseofvegetableoilsforenginefuelsmayseeminsignificanttoday.Butsuchoilsmaybecomeinthecourseoftimeasimportantaspetroleumandthecoaltarproductsofthepresenttime.” –191220世紀(jì)70年代的石油危機(jī)促進(jìn)了可再生能源研究1983年美國GrahamQuick首先將亞麻子油的甲酯用于發(fā)動(dòng)機(jī)，并將可再生的脂肪酸單酯定義為生物柴油。1980年美國曾以豆油代替柴油作燃料，但普通豆油與柴油不相容，而且其中的三甘油酯中的甘油燃燒不完全，容易結(jié)焦。1982年前后德國和奧地利首次在柴油機(jī)引擎中使用菜籽油甲酯；1985年奧地利建立了常溫常壓生產(chǎn)工藝生產(chǎn)菜子油甲酯的中試裝置。為什么叫生物柴油而不是生物汽油？汽油：汽油是指從原油分餾和裂化過程取得的揮發(fā)性高、燃點(diǎn)低、元色或淡黃色的輕質(zhì)油。柴油：柴油是指煉油廠煉制石油時(shí)，從蒸餾塔底部流出來的液體，屬于輕質(zhì)油，其揮發(fā)性比煤油低，燃點(diǎn)比煤油高。根據(jù)凝點(diǎn)和用途的不同，分為輕柴油、中柴油和重柴油。輕柴油主要作柴油機(jī)車燃料。中柴油和重柴油主要作船舶、發(fā)電等各種柴油機(jī)的燃料。柴油和汽油中成分烴的組成不同，主要是烴中碳原子的數(shù)目差異。汽油：5—11柴油：15—18天然植物油中的主要成分是脂肪酸甘油酯，它的分子量比柴油略高，雖然植物油也可以直接燃燒，但由于植物油本身粘度較大（由于其分子量很大），容易結(jié)焦堵塞油路，所以無法直接作為燃料使用與柴油機(jī)中，但通過一個(gè)叫酯交換的反應(yīng)，就可以把植物油的分子量降下來，從而有效的降低其粘度，提高其燃料性能，使其成為一種替代燃料，由于它的燃料性能與柴油接近，所以我們將它稱之為生物柴油。生物柴油以調(diào)和油形式應(yīng)用B100

=100%biodieselB20

=20%biodiesel+80%petroleumdieselB10

=10%biodiesel+90%petroleumdieselB5

=5%biodiesel+95%petroleumdieselB2

=2%biodiesel+98%petroleumdiesel生物柴油生物柴油就是一種用油菜籽等可再生植物油加工制取的新型燃料。生物柴油是天然油脂通過酯基轉(zhuǎn)移作用而得到的有機(jī)脂肪酸酯類物質(zhì)。生物柴油的生產(chǎn)工藝天然油脂多為直鏈脂肪酸的甘油三酯組成，分子量900左右，與甲醇或乙醇交換后，酯化油脂分子量為300左右，性能更接近石化柴油。甲醇和乙醇與天然油脂酯交換反應(yīng)催化方法有：酸或堿催化和脂肪酶催化兩類。Transesterification（酯基轉(zhuǎn)移作用）R1,R2,andR3為脂肪酸(相同或不同－－與油的來源有關(guān)),脂肪酸決定了生物柴油的性能。酸或堿脂肪酶堿催化法反應(yīng)條件最佳條件：甲醇：油＝5：1催化劑KOH=0.9％溫度60°C反應(yīng)時(shí)間45min對(duì)反應(yīng)得率的影響大?。捍加捅?gt;催化劑用量>反應(yīng)時(shí)間>溫度甘油生物柴油BiodieselProduction100lbs.ofsoybeanoil+10lbs.methanol=100lbs.soybiodiesel(B100)+10lbs.ofglycerin此方法缺點(diǎn)是:工藝復(fù)雜,醇必須過量,后續(xù)工藝應(yīng)有相應(yīng)的醇回收裝置及洗滌裝置.脂肪中的不飽和脂肪酸在高溫下容易變質(zhì),甚至?xí)霈F(xiàn)凝膠、產(chǎn)物色澤變深等現(xiàn)象.酶法工藝酶法工藝具有反應(yīng)條件溫和、醇用量小、無污染物排放等優(yōu)點(diǎn)，從反應(yīng)混合物中回收副產(chǎn)物甘油操作方便，過程也簡單，廢油中游離脂肪酸能很大程度上轉(zhuǎn)化成甲酯，因此采用酶催化制備生物柴油引起人們?cè)絹碓蕉嗟年P(guān)注。由于脂肪酶提取和純化過程比較復(fù)雜，價(jià)格相對(duì)普通的酸堿催化劑要高得多。酶還易受外界環(huán)境，如溫度&pH值&有機(jī)溶劑等的影響而失去催化活性，而且用作催化劑時(shí)不能夠在反應(yīng)結(jié)束后有效地分離出來，無法重復(fù)使用，無疑提高了生產(chǎn)成本，成為限制其應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)的一個(gè)瓶頸。酶法的缺點(diǎn)目前主要問題有：對(duì)甲醇及乙醇的轉(zhuǎn)化率低，一般僅為40%-60%。由于目前脂肪酶對(duì)長鏈脂肪醇的酯化或轉(zhuǎn)酯化有效，而對(duì)短鏈脂肪醇(如甲醇或乙醇等)轉(zhuǎn)化率低，而且短鏈醇對(duì)酶有一定毒性，酶的使用壽命短。副產(chǎn)物甘油和水難于回收，不但對(duì)產(chǎn)物形成抑制，而且甘油對(duì)固定化酶有毒性，使固定化酶使用壽命短。流程其他的生物柴油生產(chǎn)途徑“工程微藻”生產(chǎn)柴油，為柴油生產(chǎn)開辟了一條新的技術(shù)途徑。美國國家可更新實(shí)驗(yàn)室(NREL)通過現(xiàn)代生物技術(shù)建成“工程微藻”，即硅藻類的一種“工程小環(huán)藻”。在實(shí)驗(yàn)室條件下可使“工程微藻”中脂質(zhì)含量增加到60%以上，戶外生產(chǎn)也可增加到40%以上。而一般自然狀態(tài)下微藻的脂質(zhì)含量為5%-20%?！肮こ涛⒃濉敝兄|(zhì)含量的提高主要由于乙酰輔酶A羧化酶(ACC)基因在微藻細(xì)胞中的高效表達(dá)，在控制脂質(zhì)積累水平方面起到了重要作用。選擇合適的分子載體，使ACC基因在細(xì)菌、酵母和植物中充分表達(dá)，還進(jìn)一步將修飾的ACC基因引入微藻中以獲得更高效表達(dá)。利用“工程微藻”生產(chǎn)柴油具有重要經(jīng)濟(jì)意義和生態(tài)意義，其優(yōu)越性在于：微藻生產(chǎn)能力高、用海水作為天然培養(yǎng)基可節(jié)約農(nóng)業(yè)資源；比陸生植物單產(chǎn)油脂高出幾十倍；生產(chǎn)的生物柴油不含硫，燃燒時(shí)不排放有毒害氣體，排入環(huán)境中也可被微生物降解，不污染環(huán)境，發(fā)展富含油質(zhì)的微藻或者“工程微藻”是生產(chǎn)生物柴油的一大優(yōu)勢。生物柴油和石化柴油的特性比較為什么要使用生物柴油1、不可再生能源不能滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求；(百萬輛)(百萬輛)資料來源：2005年中國統(tǒng)計(jì)年鑒。資料來源：2005年中國統(tǒng)計(jì)年鑒。復(fù)合年增長率:

13.8%中國的卡車中國的車輛中國車輛數(shù)量的增長使市場對(duì)傳統(tǒng)和替代性能源的需求量日益增加復(fù)合年增長率:

7.2%中國能源消費(fèi)量的增長(百萬噸)(百萬噸)資料來源：2006年6月英國石油世界能源統(tǒng)計(jì)概覽中2005年數(shù)據(jù)。資料來源：2006年6月英國石油世界能源統(tǒng)計(jì)概覽中2005年數(shù)據(jù)。中國目前是世界第二大原油消費(fèi)國和第五大原油進(jìn)口國五大原油消費(fèi)國五大原油進(jìn)口國復(fù)合年增長率:

11.1%(百萬噸)(百萬噸)凈進(jìn)口量資料來源：2006年6月英國石油世界能源統(tǒng)計(jì)概覽中2005年數(shù)據(jù)。資料來源：CEICDataCompanyLtd。中國能源消費(fèi)量的增長(續(xù))中國原油供需的不平衡說明中國需要替代性能源中國原油消費(fèi)量及產(chǎn)量供需不平衡中國柴油總銷售量2、減緩溫室效應(yīng)生產(chǎn)生物柴油耗能為石油柴油的1/4；生物柴油燃燒釋放的CO2為作物吸收的1/4-1/6;GraphtakenfromUSFOceanographywebpageBiodiesel’sClosedCarbonCycle30%Increase溫室氣體排放比較020406080100120140160GasolineCNGLPGDieselEthanol85%B20DieselHybridElectricB100Datafrom“AFreshLookatCNG:AComparisonofAlternativeFuels”,AlternativeFuelVehicleProgram,8/13/2001B100=100%BiodieselB20=20%BD+80%PD**B100(100%biodiesel)withNOxadsorbingcatalystonvehicle3、生物柴油的廢氣排放低于柴油020406080100120TotalUnburnedHCsCOParticulateMatter**NOxSulfatesPAHsn-PAHsMutagenicityCO2PercentB100**B20Diesel低廢氣排放。主要表現(xiàn)在由于生物柴油中硫含量低，使得二氧化硫和硫化物的排放低，可減少約30%(有催化劑時(shí)為70%)；生物柴油中不含對(duì)環(huán)境會(huì)造成污染的芳香族烷烴，因而廢氣對(duì)人體損害低于柴油。檢測表明，與普通柴油相比，使用生物柴油可降低90%的空氣毒性，降低94%的患癌率；由于生物柴油含氧量高，使其燃燒時(shí)排煙少，一氧化碳的排放與柴油相比減少約10%(有催化劑時(shí)為95%)；4、生物柴油的生物降解性高。降解速率是柴油的2－4倍，可大大減輕意外泄漏的危害。5.具有較好的低溫發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)性能。無添加劑冷濾點(diǎn)達(dá)-20℃。6.具有較好的潤滑性能。使噴油泵、發(fā)動(dòng)機(jī)缸體和連桿的磨損率低，使用壽命長。7.安全。由于閃點(diǎn)高，生物柴油不屬于危險(xiǎn)品。運(yùn)輸、儲(chǔ)存、使用方面的安全性高。8.具有良好的燃料性能。十六烷值高，使其燃燒性好于柴油，燃燒殘留物呈微酸性，使催化劑和發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油的使用壽命加長。9.為可再生能源。供應(yīng)量不會(huì)枯竭。10.無須改動(dòng)柴油機(jī)，可直接添加使用。11.生物柴油無毒。生物柴油的應(yīng)用現(xiàn)狀國外已經(jīng)大量應(yīng)用；（原料：美國－豆油；歐洲－油菜籽油；日本－－地溝油等廢食用油）我國已經(jīng)開始生產(chǎn)。歐洲和美國生物柴油用量預(yù)計(jì)到2011年，歐盟的生物柴油用量將達(dá)990萬噸德國、法國及意大利在生物柴油生產(chǎn)方面均處于前列根據(jù)美國國家生物柴油委員會(huì)的數(shù)據(jù)，目前有65家公司投資于生物柴油生產(chǎn)及營銷預(yù)計(jì)到2007年，生物柴油年用量將達(dá)到約130萬噸(千噸)(千噸)資料來源:Frost&Sullivan。資料來源:美國國家生物柴油委員會(huì)。歐盟生物柴油用量美國生物柴油用量生物柴油應(yīng)用歐盟生產(chǎn)能力：2003年至06年(千噸)資料來源:Frost&Sullivan.歐洲各國生物柴油的發(fā)展生物柴油產(chǎn)品的研究與開發(fā)最開始