生物柴油

生物柴油

生物柴油(Biodiesel)提煉自動植物油,普遍用于耕耘機、卡車、船舶等。它是指以油料作物如大豆、油菜、棉、棕櫚等,野生油料植物和工程微藻等水生植物油脂以及動物油脂、餐飲垃圾油等為原料油通過酯交換或熱化學工藝製成的可代替石化柴油的再生性柴油燃料。生物柴油是生物質能的一種,其在物理性質上與石化柴油接近,但化學組成不同。生物柴油是含氧量極高的復雜有機成分的混合物,這些混合物主要是一些分子量大的有機物,幾乎包括所有種類的含氧有機物,如:酯、、酮、、有機酸、醇等。 復合型生物柴油是以廢棄的動植物油、廢機油及煉油廠的副產品為原料,再加入催化劑,經專用設備和特殊工藝合成。

  • 中文名稱
    生物柴油
  • 外文名稱
    biodiesel
  • 類型
    生物質能
  • 優點
    有良好的潤滑性

​基本簡介

生物柴油(Biodiesel)又稱為生質柴油,是用未加工過的或者使用過的植物油以及動物脂肪通過不同的化學反應製備出來的一種被認為是環保的生質燃料。這種生物燃料可以像柴油一樣使用。生物柴油最普遍的製備方法是酯交換反應。由植物油和脂肪中佔主要成分的甘油三酯與醇(一般是甲醇)在催化劑存在下反應,生成脂肪酸酯。脂肪酸酯的物理和化學性質與柴油非常相近甚至更好。

生物柴油

反應原理

酯化法:  

R1 COO CH2

生物柴油

R2 COO CH + 3MeOH( EtOH)——R1 (R2,R3 ) COOMe[ R1 (R2,R3 ) COOEt ] +2CH2 (OH) CH(OH)

R3 COO CH2

裂解法:

R1 COO CH2

R2 COO CH + 催化劑 —— CH3(CH2)14CH3 + C3H4O + H2O

R3 COO CH2

基本特點

特點

1)能達到歐洲2號排放(GB252-2000)標準;

2)密度比水小,相對密度在0.7424~0.8886之間;

3)穩定性好,長期儲存不會變質;

4)優良的環保特徵:硫含量低,二氧化硫和硫化物的排放低、生物柴油的生物降解性高達98%,降解速率是普通柴油的2倍,可大大減輕意外泄漏時對環境的污染;

5)生物柴油中不含對環境會造成污染的芳香族烷烴,因而廢氣對人體損害低于柴油;

6)較好的低溫發動機啓動性能,無需增加劑冷濾點媃中達到-13℃;

7) 十六烷值高,燃燒性能好于柴油,燃燒殘留物呈中性使發動機機油的使用壽命加長;

8) 無須改動柴油機,可直接增加使用,同時無需另添設加油設備、儲存設備及人員的特殊技術訓練。

9)含水率較高,最大可達30%-45%。水分有利于降低油的黏度、提高穩定性,但降低

了油的熱值;

10)pH值低,故貯存裝置最好是抗酸腐蝕的材料;

11)具有“老化”傾向,加熱不宜超過80℃,宜避光、避免與空氣接觸儲存;

12)較好的安全性能:閃點高,運輸、儲存、使用方面安全;

生物柴油的主要優點

(1)具有優良的環保特徵:生物柴油和石化柴油相比含硫量低,使用後可使二氧化硫和硫化物排放大大減少。權威資料顯示,二氧化硫和硫化物的排放量可降低約30%。生物柴油不含對環境造成污染的芳香族化合物,燃燒尾氣對人體的損害低于石化柴油,同時具有良好的生物降解特徵。和石化柴油相比,柴油車尾氣中有毒有機物排放量僅為10%,顆粒物為20%,二氧化碳一氧化碳的排放量僅為10%,排放尾氣指標可達到歐洲Ⅱ號和Ⅲ號排放標準。

(2)低溫啓動性能:和石化柴油相比,生物柴油具有良好的發動機低溫啓動性能,冷濾點達到-20℃。

(3)生物柴油的潤滑性能比柴油好:可以降低發動機供油系統和缸套的摩擦損失,增加發動機的使用壽命,從而間接降低發動機的成本。

(4)具有良好的安全性能:生物柴油的閃點高于石化柴油,它不屬于危險燃料,在運輸、儲存、使用等方面的優點明顯。

(5)具有優良的燃燒性能:生物柴油的十六烷值比柴油高,因此燃料在使用時具有更好的燃燒抗暴性能,因此可以採用更高壓縮比的發動機以提高其熱效率。雖然生物柴油的熱值比柴油低,但由于生物柴油中所含的氧元素能促進燃料的燃燒,可以提高發動機的熱效率,這對功率的損失會有一定的彌補作用。

(6)具有可再生性:生物柴油是一種可再生能源,其資源不會像石油、煤炭那樣會枯竭。

(7)具有經濟性:使用生物柴油的系統投資少,原用柴油的引擎、加油設備、儲存設備和保養設備無需改動。

(8)可調和性:生物柴油可按一定的比例與石化柴油配合使用,可降低油耗,提高動力,降低尾氣污染。

(9)可降解性:生物柴油具有良好的生物降解性,在環境中容易被微生物分解利用。

生物柴油的優良性能使得採用生物柴油的發動機廢氣排放指標不僅滿足目前的歐洲II號標準,甚至滿足將在歐洲頒布實施的更加嚴格的歐洲Ⅲ號排放標準。而且由于生物柴油燃燒時排放的二氧化碳遠低于該植物生長過程中所吸收的二氧化碳,從而改善由于二氧化碳的排放而導致的全球變暖這一有害于人類的重大環境問題。因而生物柴油是一種真正的綠色柴油。

生物柴油的缺點

生物柴油做為石化柴油的替代品,隻是在生產過程中有一些缺點:

一、在國家“不能與糧爭地”、“不能與人爭糧”、“不能與人爭油”、“不能污染環境”的“四不”政策下,提煉生物柴油的原料隻能用油料作物或者地溝油,而地溝油的收集是一個難題。據統計,生物柴油製備成本的75%是原料成本。因此採用廉價原料及提高轉化從而降低成本,是生物柴油能否實用化的關鍵。

二、用酯交換方法合成生物柴油有以下缺點:

(1)工藝復雜、必須過量,後續工藝必須有相應的醇回收裝置,能耗高,設備投入大;

(2)色澤深,由于脂肪不飽和脂肪酸在高溫下容易變質;

(3)酯化產物難于回收,回收成本高;生產過程有廢鹼液排放。

在這個問題上,直接裂解法不存在上述問題,可參考“動植物油料生產生物柴油的催化裂化方法”。

​製備方法

利用油脂原料合成生物柴油的方法;用動物油製取的生物柴油及製取方法;生物柴油和生物燃料油的增加劑;廢動植物油脂生產的輕柴油乳化劑及其套用;低成本無污染的生物質液化工藝及裝置;低能耗生物質熱裂解的工藝及裝置;利用微藻快速熱解製備生物柴油的方法;用廢塑膠、廢油、廢植物油腳提取汽、柴油用的解聚釜,生物質氣化製備燃料氣的方法及氣化反應裝置;以植物油腳中提取石油製品的工藝方法;用電漿熱解氣化生物質製取合成氣的方法,用淀粉酶解培養異養藻製備生物柴油的方法;用生物質生產液體燃料的方法;用植物油下腳料生產燃油的工藝方法,由生物質水解殘渣製備生物油的方法,植物油腳提取汽油柴油的生產方法;廢油再生燃料油的裝置和方法;脫除催化裂化柴油中膠質的方法;廢橡膠(廢塑膠、廢機油)提煉燃料油的環保型新工藝,脫除柴油中氧化總不溶物及膠質的化學精製方法;阻止柴油、汽油變色和膠凝的助劑;廢潤滑油的絮凝分離處理方法。

套用領域

生物柴油可用作鍋爐、渦輪機、柴油機等的燃料,工業上套用的主要是脂肪酸甲酯。

生物柴油是一種優質清潔柴油,可從各種生物質提煉,因此可以說是取之不盡,用之不竭的能源,在資源日益枯竭的今天,有望取代石油成為替代燃料。

柴油是許多大型車輛如卡車及內燃機車發電機等的主要動力燃料,其具有動力大,價格便宜的優點,中國柴油需求量很大,柴油套用的主要問題是“冒黑煙”,我們經常在馬路上看到冒黑煙的卡車。冒黑煙的主要原因是燃燒不完全,對空氣污染嚴重,如產生大量的顆粒粉塵,CO2排放量高等。

發動機燃料燃燒產生的空氣污染已成為空氣污染的主要問題,如氮氧化物為其他工業部門排放的一半,一氧化碳為其他工業排放量的三分之二,有毒碳氫化合物為其他工業排放的一半。尾氣中排出的氮氧化物和硫化物和空氣中的水可以結合形成酸雨, 尾氣中的二氧化碳和一氧化碳太多會使大氣溫度升高, 也就是人們常說的“溫室效應”。為解決燃油的尾氣污染問題及日益惡化的環境壓力,人們開始研究採用其他燃料如燃料酒精代替汽油,目前燃料酒精在北美洲如美國及加拿大等和南美國家如巴西、阿根廷等已佔有相當比例,裝備有燃料酒精發動機的汽車已投放市場。對大多數需要柴油為燃料的大動力車輛如公共汽車、內燃機車及農用汽車如耕耘機等主要以柴油為燃料的發動機而言,燃料酒精並不適合。而且柴油造成的尾氣污染比汽油大的多,因此人們開發了柴油的代用品生物柴油。

行業現狀

生物柴油是清潔的可再生能源,它以大豆和油菜籽等油料作物、油棕和黃連木等油料林木果實、工程微藻等油料水生植物以及動物油脂、廢餐飲油等為原料製成的液體燃料,是優質的石油柴油代用品。生物柴油是典型“綠色能源”,大力發展生物柴油對經濟可持續發展,推進能源替代,減輕環境壓力,控製城市大氣污染具有重要的戰略意義。

綜觀國際上的發達國家如美國、德國、日本;到次發達的南非、巴西韓國;再到發展中的印度、泰國等,均在發展石油替代產業的國際政策製度、技術完善、裝置建設和車輛製造等方面提供了良好的借鏡,為我國走中國特色石油替代之路鋪平了道路。特別是巴西經驗更具實際意義。

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