生物柴油——可再生能源
-maChemicals
生物柴油可再生能源
◆潘鹤林,徐志珍,杨锦梁2施荣荐2
(1华东理工大学化工学院上海200237;2丹阳市河海植物油厂江苏丹阳212000) 摘要:生物柴油是一种绿可再生,可生物降解,无毒性的新型清洁能源,已经逐渐引起人们的关注.文章
综述了生物柴油的发展历程,性能,制造方法以及国内外推广应用?itt-~.
关键词:生物柴油;可再生能源
Biodiesel,AKindOfRenewableEnergyResource
PanHelin',XuZhizhen',Y angJinliang.ShiRongjian
(1ECUST;2HeHaiPlantOilFactory,DanY ang,JiangSuProvince)
Abstract:Biodiesel,asakindofgreenrenewable,biodegradableandnontoxicenergyresourc ehasattracted
considerableattentionrecently.Inthispaper,it'Scurrentsituation,developmentprogre ss,pr oductionmethods
areintroducedbothinforeignandchina.
Keywords:Biodiesel;RenewableEnergyResource
寻求能源多元化和清洁绿可再生能源已经成为世界
发展的大趋势.生物质能源是可再生能源中切实可行的能
源种类之一,而生物柴油正是以油料作物,野生油料植物
和工业藻类等水生植物油脂,动物油脂,以及餐饮废油等
为原料,通过酯交换反应制成的脂肪酸甲酯或乙酯类化合
物.它不仅可替代化石柴油能源,还是燃料石油化工产品
的优良替代品,同时具有环境友好,可再生及资源丰富的
独特优势.
1生物柴油的发展历程
生物柴油的概念最早是由德国热机工程师RudoffDiesel
于1895年提出的,1900年在巴黎世界博览会上,Rudolf Diesel展示了用花生油作燃料的发动机.生物柴油及其生产技术的深入研究始于20世纪50年代末60年代初,发展于20世纪70年代,20世纪80年代以后迅速发展.1980年
美国开始研究以豆油代替柴油作燃料,1983年美国科学家GrahamQuick首先把亚麻油甲酯用于发动机,并将可再生
的脂肪酸甲酯定义为生物柴油"Biodiesel".这是狭义上的
生物柴油.1984年,美国,德国等国家的科学家研究了用
脂肪酸甲酯或乙酯代替化石柴油作燃料,形成了更广意义上的生物柴油内涵.20世纪80年代中期,美,法,意大利等
国相继成立了专门的生物柴油研究机构,同时投入大量的人力,物力,进行生物柴油的研究开发.同时,政府采用各种
优惠政策,鼓励生物柴油的研究,生产和应用.到目前为止,
生物柴油的生产技术已经基本成熟,大规模的生产已出现, 因对环境友好,正逐渐应用到各个生产领域.
2生物柴油的性能
美国生物柴油协会对生物柴油作了定义,指以植物,动
物油脂等可再生生物质资源生产的,可用于压燃式发动机的清洁燃料.而生物柴油的化学组成是长链脂肪酸甲酯.天然油脂多为脂肪酸的甘油三酯,经过化学过程(酯交换)后,分
子量降低至与柴油接近,同时具有柴油的各种性能,因而生物柴油是一种可代替柴油使用的环境友好的绿清洁能源. 生物柴油具有优异的性能:
(1)具有优良的环保特性.生物柴油和化石柴油相比含
硫量低,使用后可使二氧化硫和硫化物排放大大减少.权威数据显示,二氧化硫和硫化物的排放量可降低约30%.生物柴油不含有对环境造成污染的芳香族化合物,燃烧尾气对人体的损害低于化石柴油,同时具有良好的生物降解特性.和
化石柴油相比,柴油车尾气中有毒有机物排放量仅为1/10, 颗粒物为20%,二氧化碳和一氧化碳的排放量仅为10%,排放尾气指标可达到欧洲II号和…号排放标准.
(2)低温启动性能.和化石柴油相比,生物柴油具有良
好的发动机低温启动性能,冷滤点达到?20℃.
(3)具有良好的润滑性能.使用生物柴油可降低喷油
泵,发动机缸体和连杆的磨损率,延长其使用寿命.
(4)具有良好的安全性能.生物柴油的闪点高于化石柴油, 它不属于危险燃料,在运输,储存,使用等方面的优点明显.
(5)具有优良的燃烧性能.生物柴油的十六烷值比化石
柴油高,燃烧性能好于化石柴油.燃烧残留物呈微弱酸性, 使发动机油和催化剂的寿命延长.
化工文摘2007年5期
ChinaC
(6)具有可再生性.生物柴油是一种可再生能源,其资
源不会象石油,煤炭那样会枯竭.
(7)使用生物柴油的系统投资少.原用柴油的引擎,加
油设备,储存设备和保养设备无需改动.
(8)可调和性.生物柴油可按一定的比例与化石柴油配
伍使用,可降低油耗,提高动力,降低尾气污染.
3生物柴油的制造方法
生物柴油的制备方法比较多,主要包括以下各种方法.
3.1直接混合法
这是2O世纪80年代初出现的最简单的生物柴油的制造方法.采用天然油脂与化石柴油,溶剂或醇类混合而成,是一
种物理方法.天然植物油因其粘度过高,如直接应用于发
动机,会带来较多的问题,主要是其燃烧特性和低温启动性
能等方面.加入化石柴油,溶剂的主要目的是降低植物油的粘度和密度.这种制备生物柴油的方法虽然工艺比较简单, 但是产品质量不高.这种产品使用过程中燃烧不完全,易引起结焦,并使燃油喷嘴堵塞,润滑油也容易变质.
3.2微发乳化法
该方法采用动,植物油和低碳醇类等溶剂,在乳化剂的
作用下,混合成为微乳状的生物柴油产品,该方法也是一种物理方法.该方法制备的生物柴油燃烧特性比较差,十六烷值较低,使用过程中存在破乳现象,燃烧过程中也会出现结焦和使润滑油变质等问题.
3.3热裂解法
借助于催化剂,高温下对植物油进行热裂解,制得生物
柴油.该方法生产的生物柴油和化石柴油性能接近,但是粘度略显高.该方法工艺过程虽然比较简单,也不会污染环境,但裂解反应在高温下进行,裂解反应设备要求比较高, 裂解反应难以控制.另外,该方法单位原料量下生物柴油的产量比较低.
3.4酯交换法
该方法是工业上生产生物柴油的主要方法.原料为油料
和低碳链醇,在催化剂作用下发生酯交换反应,得到脂肪酸甲酯和甘油.低碳链的醇包括甲醇乙醇丙醇和丁醇等.
工业上一般使用甲醇,因为甲醇市场价格比较便宜,碳链最短,极性又较强,能够较快地和脂肪酸甘油酯进行酯交换反应,而且酸,碱催化剂相对容易溶解于甲醇.酯交换反应是平衡可逆反应,控制甲醇过量,可以使得平衡向生成脂肪酸甲酯方向移动,所以工业上采用甲醇为原料时,甲醇的实际用量比理论用量高.酯交换反应是一系列串联反应组成,甘油三酯分步转化成甘油二酯,甘油单酯和甘油,每一步反应产生一分子脂肪酸甲酯.酯交换反应采用的催化剂主要包
括:酸性催化剂,碱性催化剂,生物酶催化剂等.也可以控
生物能源制酯交换反应在超临界条件下进行.
3,4.1酸性催化剂
酯交换反应的酸性催化剂主要为硫酸等无机强酸,固体
强酸,酸型离子交换树脂等.在酸性催化剂存在下,甲醇与
油脂中游离的脂肪酸能够发生酯化反应,所以工业上的预酯化工文摘2007年5期
化反应一般也采用酸性催化剂.酸性催化剂尤其适用于原料含游离脂肪酸,水量稍高的场合.酯化反应进行的同时,甲
醇和甘油三酯的酯交换反应也同时进行.
3.4.2碱性催化剂
酯交换反应的碱性催化剂主要包括:强碱性化合物如
氢氧化钠,氢氧化钾等,金属醇盐如甲醇钠,甲醇钾等,有
机胺碱类化合物等.对这些催化剂,可以控制一定的条件,
使其溶解于甲醇,酯交换反应在均相催化作用下进行.酯交换反应还可在非均相催化剂作用下进行,非均相的碱性催化剂主要是固体碱碱型离子交换树脂等.和酸性催化剂相比,碱性催化剂反应速率,收率都比较高,因此,酯交换反
应的催化剂多用碱性催化剂.但是,碱性催化剂对油料中游离脂肪酸及含水量有较高的要求,因为游离脂肪酸的存在会与碱性物质发生皂化反应,同时水分的存在会引起酯类化合物的水解.当然工业上一般可以采取对油脂原料进行脱水预酯化处理措施,从而避免使用碱性催化剂时存在的问题.
3.4.3生物酶催化剂
生物酶为脂肪酶,其催化油脂和低碳醇之间的酯交换
反应得到相应的脂肪酸酯.脂肪酶主要包括酵母脂肪酶,胰脂肪酶等.这些生物酶催化低碳醇与油脂之间的酯交换反应效率一般比较低,主要因为低碳醇对生物酶有毒性,其催化寿命也短.生物酶的价格高,生产成本比较高,这些限制了
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