生物柴油及生产概述
生物柴油生产的策略与落实

生物柴油生产的策略与落实在全球经济发展的背景下,能源需求不断增长,而传统化石燃料的需求已经无法满足。
因此,需要不断寻求新的绿色能源,生物柴油作为一种新兴的能源形式,因其可再生,环保等优势而备受关注,但是实际应用中仍然存在挑战。
因此,本文将探讨生物柴油生产的策略与落实。
一、生物柴油概述生物柴油是一种新型的燃料,通过将植物油、动物油或生物质转化为液态燃料,广泛应用于交通运输、工业生产和城市供暖等领域。
相较于传统柴油,生物柴油的优势在于可减少温室气体排放、降低对环境的污染、提高能源利用率、轻微碳中和等。
因此,生物柴油已经成为国际社会重点关注的绿色能源之一。
二、生物柴油的生产技术生物柴油的生产技术主要分为三种:酯化法、高温高压法和生物催化法。
其中酯化法是目前应用最为广泛的生产方法,通过将植物油或动物油与甲醇反应,产生甲酯和油酸,再与碱进行中和反应,生成生物柴油。
高温高压法在催化剂存在下将生物质在高温高压环境下进行裂解,得到生物柴油。
生物催化法则利用微生物或酶催化,将生物质转化为生物柴油。
三、生物柴油生产的策略1. 生物质资源策略选择适宜的生物质来源,是生物柴油生产的关键。
笼统地说,可用作生物柴油原料的生物质是有机材料,包含高油质内容的种子、油脂含量高的作物(如牡丹)、秸秆、专门培育的生物柴油农作物、动物油脂等。
但这不是所有生物质都适用于生物柴油的生产。
生物质的选择必须综合考虑热值、含水量、成本等诸多因素。
与其他生物柴油原料相比,植物油可替代性较高,应该成为生物柴油生产的重要选择。
2. 技术改进策略生物柴油的生产技术需要进一步改进。
在生产过程中,必须加强控制制品质量的紧密程度,以降低生产成本;加强原料预处理和后处理过程的研究和开发,提高生物柴油的适应性;深入开展捕集/利用脱硫剂和氮化物的生产技术研究,减少生物柴油的污染产生等。
3. 市场营销策略生物柴油如果要广泛地应用于实际生活,必须建立良好的市场营销策略。
生物柴油技术

生物柴油技术生物柴油技术是一种利用生物质资源来生产可替代传统石油柴油的技术。
在当前日益严重的能源危机和环境污染问题的压力下,生物柴油技术成为了一种可行的解决方案。
本文将从生物柴油的定义、生产过程、优势和应用领域等方面,详细介绍生物柴油技术的相关知识。
首先,生物柴油是一种由生物质资源经过一系列化学反应转化而来的液体燃料。
生物质资源包括植物油、动物油以及来自废弃物和废弃物油脂等。
生物柴油与传统石油柴油具有相似的化学性质,可以直接用于柴油发动机,而且可以在不进行任何改装的情况下混合使用。
由于其来源可持续、可再生,生物柴油被广泛认为是一种很好的绿色替代燃料。
生物柴油技术的生产过程主要包括酯化反应和醇解反应。
在酯化反应中,将生物质资源与醇类催化剂共同作用,生成甲酯和甘油。
甲酯即为生物柴油,而甘油则是酯化反应的副产物。
在醇解反应中,将甘油与醇类催化剂反应,再次生成甲酯和副产物醇类。
通过这两个反应,可以将原本无法直接作为柴油燃料的生物质转化为生物柴油,实现资源的高效利用。
生物柴油技术具有多项优势。
首先,生物柴油的生产过程相对简单,只需经过酯化和醇解等简单的化学反应即可完成。
其次,生物柴油具有良好的燃烧性能,能够在传统柴油发动机中完全燃烧,减少了尾气中有害物质的排放。
此外,生物柴油的碳排放量较低,具有明显的减排效果,对于缓解气候变化也起到了积极的作用。
最后,生物柴油可以与传统石油柴油混合使用,降低了对石油资源的依赖,提高了能源的可持续性。
生物柴油技术在多个领域有着广泛的应用。
首先,生物柴油可以替代传统柴油在交通运输领域中的应用。
生物柴油的性能与传统柴油类似,因此可以直接用于汽车、卡车、火车等交通工具的燃料。
其次,在农业领域,生物柴油可以用作农机的燃料,减少了对石油的依赖,降低了农业生产的成本。
此外,生物柴油还可以用于家庭燃气、工业锅炉等方面,为各个领域提供了绿色可持续的能源选择。
总之,生物柴油技术作为一种可替代传统石油柴油的绿色能源技术,具有很高的应用价值和推广前景。
生物柴油的生产技术及环境影响分析

生物柴油的生产技术及环境影响分析随着全球能源应用范围的不断扩大,人们对可再生能源的需求也越来越大。
在这一背景下,生物柴油作为一种可再生、环保的能源,开始受到广泛的关注。
而生物柴油的生产技术及环境影响也逐渐成为学术界和产业界的研究热点。
一、什么是生物柴油生物柴油是以植物油、动物油或废弃食用油脂为原料,通过化学反应生产的一种绿色能源。
它与传统柴油相比,具有具有低排放、低污染、可再生等优点。
而且生物柴油的生产原料丰富多样,生产成本低廉,所以被视为未来能源发展的重要方向。
二、生物柴油生产技术目前,生产生物柴油的技术主要有两种,一种是酯化转化法,另一种是疏水裂解法。
酯化转化法是将植物油或动物油脂与甲醇或乙醇在酸性或碱性催化剂的作用下进行酯化反应,得到甲酯或乙酯。
该方法具有生产工艺简单、原料来源广泛以及生产的甲酯或乙酯可以直接作为柴油代替品的优点。
但是,其弊端在于原料的反应性差、催化剂的选择、反应温度、水含量等因素会直接影响产率和纯度,同时也容易产生少量的致癌物质,并对催化剂和设备带来腐蚀性影响。
疏水裂解法采用油料与催化剂在高温、高压的反应条件下进行催化裂解,获得低碳烃混合物,再通过其他技术分离纯化得到柴油质析出物。
这种方法对原料的适应性更为广泛,可处理含水率较高的原料,且操作较为简便。
同时,其催化剂的选择也比较灵活,具有较高的非催化合成柴油工艺的生产效果。
不过,疏水裂解法所生成的废物比酯化转化法多,处理过程还会产生一定的环境污染问题。
三、生物柴油生产对环境的影响尽管生物柴油受到了广泛的关注,但大规模的生产也带来了一些环境问题。
从生产角度来说,生产过程中需要大量的能源和水资源,这将导致一定的能源和水占用。
同时,生产过程中也会释放一定的臭氧前体物、氮氧化物和二氧化碳等有害物质,直接对环境造成负面影响。
此外,再生物柴油在使用过程中也存在一定的环境问题。
一方面,生物柴油燃烧释放的臭氧前体物和二氧化碳排放较低,相对来说环保性较高。
生物柴油的生产与利用

生物柴油的生产与利用随着对环境保护意识的增强和对可再生能源需求的日益增长,生物柴油作为一种绿色、可持续的替代燃料逐渐引起人们的关注。
本文将探讨生物柴油的生产过程以及它在各个领域的利用。
一、生物柴油的生产生物柴油是从生物质原料中转化得到的一种可替代石油柴油的燃料。
它的生产主要分为以下几个步骤:1. 原料选择:生物柴油的原料可以是多种生物质资源,如植物油、动物脂肪、食用废油等。
不同原料会对生产工艺和产品特性产生影响,因此在选择原料时需要考虑其产量、可再生性以及可持续性等因素。
2. 预处理:原料在生产前需进行预处理,以去除杂质和提高纯度。
预处理工序一般包括过滤、去除酸性物质和水分、酯化等。
3. 转酯化:转酯化是生物柴油生产的关键步骤,通过在原料中加入催化剂,将原料中的甘油和脂肪酸转化为生物柴油。
4. 分离和精馏:经过转酯化反应后,产物中会存在未反应完全的物质和副产物。
通过分离和精馏等工序,可以提高生物柴油的纯度和品质,以及回收和再利用反应剩余物。
5. 后处理:后处理是为了进一步提高生物柴油的品质,包括脱色、脱臭、中和等步骤。
二、生物柴油的利用生物柴油具有较高的氧含量和良好的可燃性能,可以在某些领域广泛应用。
1. 交通运输领域:生物柴油可以用作柴油发动机的燃料,可以直接替代石油柴油使用。
与石油柴油相比,生物柴油在燃烧过程中产生的尾气排放更环保,对空气质量的影响更小。
2. 农业机械化:生物柴油可以被广泛用于农业机械的燃料,如拖拉机、收割机等。
它对于农村地区可以减少对石油依赖,更具经济实惠性。
3. 航空领域:生物柴油也被探索用于航空燃料的替代品。
航空业是一个对石油依赖度极高的领域,使用生物柴油可以减少对化石燃料的需求量,降低碳排放。
4. 家庭取暖和发电:生物柴油可以作为取暖锅炉的燃料,取代使用传统的煤炭或天然气。
同时,生物柴油也可以被用于家庭发电机,提供电力供应。
5. 工业领域:生物柴油可以在工业生产过程中替代传统的燃料,如煤炭、天然气等,减少对化石能源的依赖,降低碳排放。
生物柴油的生产技术与工艺

生物柴油的生产技术与工艺随着全球经济的快速发展以及能源危机的出现,全球对于可再生清洁能源的需求越来越高。
在这样的背景之下,生物柴油逐渐成为了能源领域的重要之一。
生物柴油是一种可再生能源,与传统的石油能源相比,它能够更好地减少温室气体的排放,减少对环境的污染。
同时,生物柴油还是一种高附加值的能源产品,其生产和销售都拥有非常广泛的市场。
一、生物柴油的定义生物柴油,也称为生物燃料,是由动植物油或脂肪酸甲酯制成的燃料,它与传统的石油燃料相比,具有可再生、可降解的特性,以及更低的烟雾排放和更高的环保性能,同时生物柴油也更具有可持续性。
二、生物柴油的生产技术1. 醇法生产方法醇法是生产生物柴油最为常用和主流的一种方法,其主要流程为脂肪酸与甲醇反应生成脂肪酸甲酯(BDF),反应中需要添加催化剂。
催化剂通常采用碱类或酸类催化剂,其作用是促进酯化反应的进行。
BDF是由水解、脱水、甲醇脱出等组成的,并可以被直接用于发动机燃料。
2. 生物油直接燃烧法直接燃烧法是一种简单、方便的生产方法,其主要原料是由胶质(如油菜籽和锦鸡儿)或油类物质(如棕榈油和大豆油)提炼后获得的生物油。
生物油在燃烧时会产生二氧化碳和水,其中水可以被循环再利用。
而生物油直接燃烧法的缺点在于其原料的储存难度大以及热值相对较小。
3. 生物质/废弃物焚烧法生物质/废弃物焚烧法通常采用生物质或废弃物为原料,通过高温氧化反应将原料转化为燃料而制成生物柴油。
这种生产方法的优点在于相对于其他方法,它所使用的原料来源相对更加广泛,使用的过程更加环保,可以有效地减少酸性气体和颗粒物的排放。
三、生物柴油的工艺1. 原料处理生物柴油用的原料一般为植物油和脂肪酸。
在加工过程中,除去杂质和有毒物质是非常关键的。
要想获得高纯度的生物柴油,必须先对原料进行处理,提高其纯度,同时采取一些必要的预处理措施,如调整其酸值、水分等。
这样可以帮助提高反应的转化率,保证生产质量的稳定性,从而也可以提高产量。
生物柴油生产技术

生物柴油生产技术生物柴油是一种可再生能源,由植物油或动物脂肪转化而来。
它被广泛认为是替代传统石油燃料的一种环保可持续发展解决方案。
本文将介绍生物柴油的生产技术及其在可再生能源领域的重要性。
一、生物柴油生产技术概述生物柴油的生产技术主要包括原料准备、酯化反应、脱水、精炼和纯化等步骤。
1. 原料准备:生物柴油的原料可以是多种油料作物的籽粒、植物的果实或者动物脂肪。
这些原料需要经过脱水、去杂等处理,以提高生物柴油的产率和质量。
2. 酯化反应:将原料中的油脂与醇类(如甲醇或乙醇)加热并加入催化剂,触发酯化反应。
这个反应过程中,油脂中的三酸甘油酯与醇类反应生成生物柴油和副产物甘油。
3. 脱水:酯化反应后,产生的混合物中存在大量的水分。
通过脱水操作可以去除水分,提高生物柴油的纯度和稳定性。
4. 精炼和纯化:脱水后的混合物需要经过精炼和纯化的处理,以去除杂质和颜色等不纯物质。
这一步骤可采用冷沉淀、蒸馏和脱臭等方法。
二、生物柴油的可再生性和环保性生物柴油的生产过程基于植物油和动物脂肪,是一种可再生资源。
相比于传统石油燃料,生物柴油可以减少温室气体排放,降低空气污染和对化石能源的依赖。
此外,生物柴油在燃烧过程中释放的二氧化碳可以被作物吸收,形成一个循环闭环,减少了对全球气候变化的负面影响。
生物柴油还具有较低的毒性,不含硫和芳香烃等有害物质,对环境和人体健康影响较小。
因此,生物柴油的生产和使用是可持续发展的一种解决方案,有助于推动能源结构转型和环境保护。
三、生物柴油的应用前景由于其可再生性和环保性,生物柴油在能源领域的应用前景广阔。
1. 交通运输领域:生物柴油可直接替代传统石油柴油,用于汽车、公交车、卡车等交通工具的燃料。
很多国家已经开始采用生物柴油作为替代燃料,以减少空气污染和碳排放。
2. 发电行业:生物柴油可用于发电机组的燃料,为电网提供清洁、可再生的能源。
这对于推动电力行业的可持续发展具有重要意义。
3. 化工领域:生物柴油的合成还可以产生许多有用的化学品,如润滑剂、溶剂、涂料等。
生物柴油的生产和应用
生物柴油的生产和应用
随着人们对环保意识的不断提高,生物能源逐渐成为热门话题。
而生物柴油作为一种新型的可再生能源,其生产和应用也越来越
受到关注。
生物柴油的生产
生物柴油主要是由植物油或动物油转化而来。
其生产过程可以
简单概括为以下几个步骤:
1. 油料生产:生产生物柴油的第一步就是获得油料。
常见的油
料有大豆、油菜、棕榈等。
2. 酯化反应:将获得的油料通过酯化反应转化成甲酯或乙酯等
酯类物质,这个过程中需要添加催化剂。
3. 色谱分离:酯化反应后的混合物中含有杂质,需要使用色谱
分离技术将杂质分离出来。
4. 再结晶:去除杂质后的酯类物质需要进一步进行再结晶,以
提高其纯度和稳定性。
5. 加氢:将酯类物质通过加氢反应,得到近似于石油柴油的物质。
生物柴油的应用
生物柴油具有许多优点,比如环保、可再生、安全等。
其在交
通运输行业中的应用也越来越广泛。
以下是几个典型的应用场景:
1. 公交车:许多城市的公交车已经开始使用生物柴油作为燃料,这不仅能够降低尾气排放,还能够提高环保意识。
2. 航空业:研究人员还在探索将生物柴油用于飞机的燃料中,
这一做法将极大地降低航空业的对环境的影响。
3. 农业机械:生物柴油不仅可以用于汽车,还可以用于农业机械,比如农用摩托、拖拉机等。
总结
生物柴油具有广泛的用途,并且其生产成本也不算高。
不过,由于生物柴油的能量密度较低,所以在某些特定的使用场景下,其还需要进一步的优化和改进。
生物柴油的生产与利用
生物柴油的生产与利用近年来,环保意识不断提高,传统石油资源枯竭的前景也让人们开始关注可再生能源。
生物柴油作为一种可再生的替代性燃料,成为人们研究的焦点之一。
本文将探讨生物柴油的生产与利用。
一、什么是生物柴油?生物柴油又称生物燃料柴油,是由植物油、动物油或废弃油脂等生物质材料通过酯交换反应制成的燃油,其化学结构与传统石油柴油基本相同。
由于生物柴油是通过可再生资源制成的,与传统石油柴油相比,其能源效率更高,环保性能更好。
因此,它被广泛应用于农业、交通运输和工业等领域。
二、生物柴油的生产过程生物柴油的生产过程主要包括以下几个步骤:1. 采集原料:生物柴油的原料主要来自植物油、动物油和废弃油脂等生物质材料。
其中,油菜、大豆、棉籽、花生、油棕等植物油是生物柴油的主要原料。
2. 预处理:在生物柴油的生产过程中,原料需要进行预处理,以去除杂质和水分等杂质。
同时,还需要对原料进行脱酸、脱水等处理。
3. 酯化反应:将预处理后的原料与甲醇等醇类物质进行加热反应,从而将原料转化为酯类物质,得到生物柴油。
4. 水洗处理:生产出的生物柴油中含有甲醇和催化剂等残留物质,需要进行水洗处理,去除其中的杂质和异味。
5. 分离处理:将水洗后的生物柴油进行分离处理,去除其中的水和催化剂等残留物质,得到纯净的生物柴油。
三、生物柴油的利用与优势生物柴油作为一种可再生的燃料,具有以下优势:1. 可再生性能:生物柴油是由植物油、动物油或废弃油脂等生物质材料制成,是一种可再生的能源。
2. 能源效率高:生物柴油的能源效率比传统石油柴油高30%-40%,能够更有效地利用资源。
3. 环保性能强:生物柴油燃烧后的排放物质比传统石油柴油少。
同时,生物柴油的制造过程中也会减少二氧化碳排放。
4. 经济性好:生物柴油的价格相对传统燃油较低,生产成本也更加稳定。
生物柴油的利用主要包括以下几个方面:1. 农业:生物柴油可以用于农业机械、农用车辆等领域,提高农业生产效率。
生物柴油原理
生物柴油原理生物柴油是一种可再生燃料,由植物油、动物脂肪或废弃食用油等生物质原料通过酯化反应制得,通常用于取代传统石油柴油。
它具有低碳排放、环保和可持续发展等优势,成为替代传统燃料的重要选择。
下面将介绍生物柴油的原理以及相关参考内容。
1. 生物柴油制备原理:生物柴油的制备主要包括酯化反应和纯化处理两个步骤。
酯化反应是将生物质原料中的甘油与脂肪酸进行酯化反应,生成生物柴油和甘油。
此反应一般在催化剂的存在下进行,常用的催化剂有强酸(如硫酸)、弱碱(如氢氧化钠)或酶。
生物质原料可以是植物油、动物脂肪或废弃食用油等,具体选择取决于成本、可获得性和原料信用度等因素。
纯化处理是将酯化反应生成的混合物进行分离和纯化,以获得高纯度的生物柴油。
该步骤包括中和酸催化剂、脱水、脱色和脱臭等工艺。
其中,脱水可通过真空蒸馏或分子筛吸附等方法实现,脱色可通过活性炭吸附或聚合物树脂吸附等方法实现,脱臭可通过真空蒸馏或加热通风处理等方法实现。
2. 生物柴油的优点和应用:生物柴油具有以下优点:- 环保性:生物柴油在燃烧过程中释放的二氧化碳量与生物原料吸收的二氧化碳量基本相等,不会增加大气中的二氧化碳含量,具有较低的碳排放。
- 可再生性:生物质原料广泛且可再生,可以通过农作物种植或废弃物回收利用等方式进行生产。
- 可降解性:生物柴油具有良好的降解性,对环境影响较小。
- 可混合性:生物柴油可以与传统柴油按一定比例混合使用,适用于多种柴油发动机。
应用方面,生物柴油可广泛用于汽车、发电、航空和农业等领域。
在汽车领域,生物柴油可以直接替代传统柴油使用,并且对发动机的适应性较好。
在发电领域,生物柴油发电机组可以有效利用生物质资源发电,减少矿产柴油的使用。
在航空领域,生物柴油可以与传统喷气燃料混合使用,降低航空业的碳排放。
3. 生物柴油的相关参考内容:- 《生物柴油的生产工艺及纯化技术比较研究》:该论文对生物柴油制备的工艺和纯化技术进行了比较研究,分析了不同工艺的优缺点,并提出了技术改造的建议。
生物柴油的生产与应用
生物柴油的生产与应用随着能源危机的愈演愈烈,人们对于新能源的需求日益增加。
而生物柴油以其绿色,环保,可再生等多重优势深受广大消费者的青睐。
作为一种可持续能源的代表,生物柴油的生产与应用也逐渐成为行业研究和政府支持的重点。
本文就讲述一下生物柴油的生产与应用。
生物柴油的生产生物柴油是通过植物油、动物油、废油而生产出来的燃料。
其生产过程主要分为以下几个步骤。
1. 油脂提取生产生物柴油前,需要提取植物油或动物油等的油脂。
目前,主要采用的是机械压榨、化学提取和超临界流体萃取等方法。
2. 转化成脂肪酸甲酯油脂经过化学反应转化成甲酯,这个过程叫做酯化反应。
酯化反应是将酸和醇反应生成酯。
生产生物柴油时,通常用氢氧化钠(NaOH)作为催化剂进行酯化反应。
通过此反应,油脂中的三酸甘油酯即可转变为甘油和脂肪酸甲酯。
3. 甲酯降温制得脂肪酸甲酯后,需要将甲酯进行降温,直至产生纯麻醉甲醛。
生物柴油的应用生物柴油有多种应用,包括作为燃料、润滑油等。
1. 燃料生物柴油在汽车、农机、工程机械、发电机等燃油设备上广泛应用。
当今,尤其是欧洲国家,生物柴油在道路运输,特别是城市公交车和货车上已经得到广泛的应用。
2. 润滑油生物柴油可作为润滑油,其主要原因是它对机械的腐蚀性较小,能够减少机械部件的磨损。
由于其较小的腐蚀性,燃烧后的尾气中噪音量更小,很少产生黑烟和有毒气体。
3. 生物柴油可以用作抗震剂近年来,石油行业频繁发生的地震事件引起了人们的重视。
调研表明,生物柴油可以在造成的环境破坏中发挥抗震作用。
生物柴油因其生物特性,有一定的抗震效果,即可以消除地震造成的地质灾害,降低震害等级。
总结生物柴油不但可以解决石化燃料枯竭的问题,还可以大大减少车辆和工厂的废气排放,从而保护环境和促进可持续发展。
因此,从研究到应用,生物柴油成为可持续发展的重要组成部分。
随着目前科技的进步和政策的支持,相信生物柴油将会在未来更多的领域中得到推广和应用。
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生物柴油及生产概述(整理:___________单位: ___________邮编: ___________)1 生物柴油提出的背景由于石油能源资源有限,随着世界工业的快速发展,能源消耗急剧增长,导致石油价格不断上涨、全世界都面临着能源安全的问题。
石油能源按目前的使用和开采速度,50年内世界石油资源将有可能耗尽。
同时,随着现代社会人们环境保护意识的不断增强,人们逐渐认识到汽车尾气排放所造成的空气污染是造成城市“光化学烟雾”污染频繁出现以及现代人类许多重大疾病的主要原因。
因此,寻求资源丰富、环境友好和经济可行的大宗代用燃料已成为人类亟待解决的重大问题。
目前,已经开发的代用燃料可分为非含氧代用燃料和含氧代用燃料两大类,前者如天然气、液化石油气及氢能源等,后者包括二甲醚、醇类燃料及生物燃料等。
这些燃料中,虽然天然气、液化石油气、氢均早已投入使用,但由于使用机械的内部构造以及燃料的补给及贮存等方面的问题,使得它们的应用范围受到很大的限制;二甲醚作为汽油的替代品,可以由一碳原料(如甲醇)直接合成,是一种很有发展前途的产品;醇类燃料如乙醇等也主要用作汽油的替代品种而使用,但成本较高;生物燃料主要用作柴油的替代品。
生物燃料主要是指由植物中获取的燃料,还包括从其他可再生资源如动物脂肪和已经使用过的油和脂肪中提炼获取的燃料。
其中植物油分子一般由14—18个碳的链组成,与柴油分子的组成相似。
植物油的性质与普通柴油相当接近,尤其是植物油的有些性质如冷滤点、闪点、十六烷值、硫含量、氧含量及生物可降解性等都优于普通柴油。
植物油的含氧为10%—11%,尾气排放低,具有优异的环保特性。
另外,植物的生长期远短于石油的生成期,植物可人工种植,且生长过程中吸收CO2,对减少大气中的CO2有深远意义。
但植物油单独用作柴油机燃料时,因粘度较大、有些植物油的凝点和冷滤点较高,如棕桐油的凝点达40℃以上,故冷启动较困难;植物油的热值较低,因此发动机动力性能有所下降。
另外,植物油中不饱和脂肪酸非常多,容易形成结胶,堵塞油路;不完全燃烧的残余物沉积在燃烧室,并使活塞环粘结、喷油器结焦,影响柴油机的使用寿命。
此外,从喷油器喷出的植物油油滴比喷出的柴油滴径大得多,导致气缸内混合气的形成质量较差,未燃烧的燃料喷到气缸壁后容易流入曲轴箱,引起润滑油变质。
植物油的排气烟度与柴油差别不大,在高负荷时比柴油低,排气中气态污染物随着植物油及机型不同会有所变化。
因此植物油一般不能直接应用于内燃机,必须经过改性处理。
比较常见的改性方法有下列4种:①直接混合法:将天然油脂与石油柴油、溶剂或醇类按不同比例直接混合后作发动机燃料。
②微乳液法:将动植物油与甲醇、乙醇和1—丁醇等混合制成微乳液直接应用。
③高温裂解法:在惰性气流中将甘油三酯裂解成一系列混合物,包括烷烃、烯烃、二烯烃、芳烃和羧酸等。
④酯交换法:利用甘油三酯与低级醇在催化剂作用下得到脂肪酸低级醇酯,即生物柴油,这是目前油脂改性的主要方法。
这4种方法中,混合法和微乳液法属于物理法,高温裂解法和酯交换法属于化学法。
使用物理法可以降低动植物油脂的粘度,而且简单易行,但十六烷值不高,易变质,油的高粘度和不挥发性可导致喷嘴不同程度的结焦、活塞环卡死和结炭、润滑油污染等问题,不能长时间应用。
高温裂解法过程简单,没有任何污染物产生,缺点是在高温下进行,需要催化剂,裂解设备昂贵,反应很难控制,且当裂解混合物中硫、水、沉淀物及铜片腐蚀值在规定范围内时,其灰分、炭渣和浊点就超出规定值。
另外,高温裂解法的产品中生物柴油的含量不高,大部分是生物汽油。
酯交换法主要利用酰基转移作用将高粘度的动植物油脂转化成低粘度的脂肪酸酯,使得天然油脂的分子量降低至原来的1/3,粘度降低8倍,与柴油接近,同时提高了燃料的挥发度,十六烷值达50。
可以作为矿物柴油的代用品直接使用。
2 生物柴油的概念生物柴油这一概念最早由德国Rudolf Desel博士于1985年提出,并在1990年巴黎博览会上展示了使用花生油作燃料的发动机。
生物柴油较系统的研究工作始于20世纪50年代末60年代初,在70年代的石油危机后得到了大力发展。
生物柴油的主要成分是高级脂肪酸的低级醇酯,即软脂酸、硬脂酸、油酸、亚油酸等长链饱和或不饱及脂肪酸同甲醇或乙醇等醇类物质所形成的酯类化合物。
生物柴油基本不含硫和芳烃。
生物柴油的十六烷值高达52.9,氧含量达10%-11%。
与普通柴油相比,富氧燃烧对燃油完全燃烧有利,特别是在高负荷下、高燃料浓度区,可减少CO、SO2、碳氢化合物、多环苯类致癌物质和“黑烟”等污染物排放;而高十六烷值,使得燃油着火性能好,滞燃期短,故未燃碳氢和裂解碳氢均少,CO排放量降低;生物柴油有较好的发动机低温启动性能,无添加剂时冷凝点达-20℃;有较好的润滑性能,可降低喷油泵、发动机缸和连杆的磨损率,延长其使用寿命。
同时,生物柴油的开口闪点高,储存、使用、运输都很安全,不在危险品之列。
生物柴油和常规柴油的性能比较见表1所示。
目前,国外对生物柴油的燃烧特性和排放特性已进行了较为系统的研究。
结果表明,生物柴油和柴油按一定比例混合后,未损坏柴油机性能,未增加燃料成本,使用安全性高,排放性能优于纯柴油,完全可以替代柴油。
采用生物柴油的发动机废气排放指标不仅满足目前的欧Ⅱ标准,甚至满足在欧洲颁布实施的更加严格的欧Ⅲ排放标准。
如使用菜籽油甲酯的柴油机,按FFP75规程试验时碳氢化合物排放减少20%,CO排放下降15%,烟度约减少40%,多环芳香烃的排放也减小,而NOx排放约增加了10%,醛和酮的排放增加了40%。
国内对此较为系统的研究报道目前还较少。
实际使用时,生物柴油可以与柴油以任意混合比混合使用,也可以单独使用。
使用普通柴油的发动机(对有些机型仅需换密封圈和滤芯),无需作任何改动,并对驾驶无任何影响。
驾驶者根本无法区分两者的驾驶动力差别。
实际上如果将生物柴油作为矿物柴油的调合组分,可以起到提高十六烷值,降低硫含量,特别是改善润滑性能的作用。
如在炼油厂深度加氢生产的低硫、低芳烃柴油中加入质量分数为2%—5%生物柴油,即可改进润滑性能,比采用润滑添加剂经济合理,排放性能也可大幅度提高。
生物柴油的主要缺点是甲酯易于氧化和聚合,当它渗入润滑油时会形成堵塞机油泵的油泥;其次生物柴油中通常含有微量的醇与甘油,这会使与之接触的橡胶零件如橡胶膜、密封圈、燃油管(即燃油接触的橡胶配件)等逐渐降解;另外,甘油容易堵塞输油管道和喷油嘴。
尽管如此,由于生物柴油本身无毒,生物降解率达98%,其降解速率是石油柴油的两倍,对土壤和水的污染较少,可以降低90%的空气毒性,降低94%的致癌率;没有硫散发,可减少酸雨发生,有益于保护生态环境。
特别是生物柴油具有可再生性,作为一种可再生能源,资源不会枯竭。
因此,作为优质的柴油代用晶,目前世界上许多国家正大力开发这种技术并推进其产业化进程。
3 生物柴油的生产3.1 酯交换法合成生物柴油目前,工业生产生物柴油主要是应用酯交换法。
在油类酯交换反应中,甘油三酸酯与醇在催化剂作用下酯交换得到脂肪酸甲酯和甘油。
各种天然的植物油和动物脂肪以及食品工业的废油,都可以作为酯交换生产生物柴油的原料。
可用于酯交换的醇包括甲醇、乙醇、丙醇、丁醇和戊醇。
其中最为常用的是甲醇,这是由于甲醇的价格较低,同时其碳链短、极性强,能很快地与脂肪酸甘油酯发生反应,且碱性催化剂易溶于甲醇。
该反应可用酸、碱或酶作为催化剂。
其中碱性催化剂包括NaOH,KOH、各种碳酸盐以及钠和钾的醇盐,还包括有机碱,酸性催化剂常用的是硫酸、磷酸或盐酸。
酸催化酯交换过程产率高,但反应速率慢,分离难且易产生“三废”。
碱性催化反应速度快,工业生产中主要采用碱性催化的生产工艺。
尽管酸催化转酯反应比碱催化慢得多,但当甘油酯中游离脂肪酸和水含量较高时,酸催化更合适。
而影响酯交换反应的主要因素有:催化剂、游离脂肪酸和水分、醇/油摩尔比、反应温度、反应时间。
3.2 原料的选择及其预处理理论上分子量与柴油相近的动植物油脂均可以用作生物柴油的原料,但实际上由于动物油脂一般饱和脂肪酸含量高,熔点和粘度较高,与甲醇的互溶性较差,且成本相对较高,所以生产上更多以植物源油脂为原料。
世界上能提炼油脂的植物约有80种以上,可以用作内燃机代用燃料的植物油有菜籽油、棉籽油、大豆油等40多种。
不同来源的油脂中油类的成分又各不相同。
植物油中不同的脂肪酸含量见表2。
油脂的选择主要决定于成本以及来源的广泛性。
在欧洲,生产生物柴油主要以双低菜籽油(即芥酸、硫甙含量低)为原料,而在美国主要以转基因大豆油为原料。
油脂的预处理主要是先去除油脂中大部分的游离脂肪酸。
水分的去除可以通过简单加热的方法进行。
即将油加热并控制在105℃左右,搅拌,持续一段时间,直到没有水蒸气泡冒出为止,测定水分含量至符合要求,然后停止加热,再进行后续处理。
油脂中高含量脂肪酸的脱除可以使用液—液萃取的方法。
即利用热甲(乙)醇能溶解油脂和脂肪酸,温度降低后,油脂在甲(乙)醇中的溶解度大大降低,而脂肪酸在其中的溶解度仍较大的原理进行脱酸处理。
如果使用经过精炼过的植物油制备生物柴油时则不需要预处理过程。
除此以外,作为生物柴油原料的油脂还有其他品质指标的要求。
一般来说,如果使用植物油,经过除水和脱酸的预处理后即能基本满足生产要求。
3.3 生物柴油生产技术路线以化学法生产生物柴油为例,常见的生产技术路线见图1。
据此可以设计连续化生产工艺和间歇式生产工艺。
间歇式生产工艺较符合精细化工生产的特点,但生产效率和生产能力有限,成本也相对较高;连续式生产工艺则可以使生产效率和生产能力达到很高的水平,从而显著降低生产成本。
4 目前生物柴油的生产和应用现状4.1 国外的生产应用情况生物柴油使用最多的是欧洲,份额已占到成品油市场的5%。
欧洲主要以菜籽油为原料。
目前欧洲已建立了数家生物柴油工厂,2005—2006年德国于Piesteritz投资6400万欧元建成了20万吨/年生物柴油装置,而规模最大的生物柴油工厂在意大利,生产能力达25万吨/年。
德国拥有8家生产生物柴油的工厂,拥有300多个生物柴油加油站,并有逐渐上升的趋势。
德国对生物柴油实行免税政策,石油柴油为1.60马克/升,生物柴油的零售价格约为1.45马克/升,在价格上颇具竞争优势。
目前德国的奔驰、宝马、大众和奥迪等汽车生产厂家生产的汽车均允许使用净生物柴油,而无需改装发动机。
2003年欧洲生物柴油产量已达270万吨。
欧盟各国生物柴油需求量在增长,计划到2010年生物燃料产量提高5.75%,到2020年达到20%。
欧盟之所以大力发展生物柴油技术是由于欧盟为了履行“京都议定书”中减轻地球温室效应的承诺。
事实上,植物生长过程吸收的C02大于生物柴油燃烧排放的CO2,大力发展生物柴油产业既可以拉动农业的生产,又可以缓解石油工业面临的压力,同时可以直接有效地降低温室气体的排放,可谓一举多得。