生物柴油怎么了?能解释一下吗?
[编辑本段]功能:
1)含水量较高,高达30%-45%。水分有利于降低油的粘度,提高油的稳定性,但降低了油的热值;
2)2)pH值低,因此存储装置优选由耐酸材料制成;
3)密度高于水,与水的比值约为1.2;
4)有“老化”倾向,加热不宜超过80℃,应避光、空气;
5)良好的润滑性能。
6)优异的环保特性:硫含量低,二氧化硫和硫化物排放低,生物柴油的生物降解性高达98%,降解率是普通柴油的两倍,可大大减少意外泄漏造成的环境污染;
7)良好的低温发动机起动性能;
8)安全性能好:闪点高,运输、储存和使用安全;
[编辑此段]生物柴油行业现状
生物柴油是一种清洁的可再生能源。它是由油料作物如大豆、油菜籽、油棕、黄连木,油料水生植物如工程微藻、动物脂肪、餐饮废油等制成的液体燃料。它是石油柴油的优质替代品。生物柴油是典型的“绿色能源”,大力发展生物柴油对经济可持续发展、促进能源替代、减轻环境压力和控制城市大气污染具有重要的战略意义。
纵观世界发达国家如美国、德国、日本,到欠发达的南非、巴西、韩国,再到发展中的印度、泰国,他们在国际政策体系、技术完善、装备建设、车辆制造等方面为石油替代产业的发展提供了很好的借鉴,为中国走中国特色的石油替代之路铺平了道路。尤其是巴西的经验,更具有现实意义。
生物柴油在中国是一个新兴产业,呈现出许多新兴产业在工业化初期所具有的市场特征。许多企业被绿色能源和支农产业双重“概念”所凸显的商机所吸引,纷纷进入该行业。有人用“雨后春笋”来形容生物柴油的现状。截至2007年底,全国大大小小的生物柴油生产厂超过2000家,各地类似项目的立项和审批仍在继续。来自国外的威胁更大。国外一些公司资金实力雄厚,生产技术成熟,工业化程度高。他们可以利用规模经济获得成本优势,有更强的综合能力抢占原料基地和市场份额。
从未来发展来看,生物柴油的购买者主要包括炼油厂、电厂、船公司和流通领域的中间商。对生物柴油的需求正在增加。预计到2010年,中国对生物柴油的需求将达到2000万吨/年。根据国家中长期可再生能源规划,届时产能为20万吨/年。需求和产量的反差会导致产品供不应求的局面。当人们对生物柴油的优良性能了解得越多,接受度就会越大,市场需求也会不断增加。强劲的市场需求和有限的产能降低了买家的议价能力。同时,也对生物柴油生产企业提出了更高的要求,应加大技术创新投入,不断提高油品质量,以保持生物柴油良好的质量形象。
随着改革开放的深入,在全球经济一体化的过程中,中国的经济水平将进一步提高,对能源的需求也将增加。只要将生物柴油的研究成果转化为生产力并实现产业化,其在柴油机、柴油电厂、空调设备、农村燃料等方面的应用前景是非常广阔的。
[编辑本段]制作方法
一种由油脂原料合成生物柴油的方法;由动物油制备的生物柴油及其制备方法:生物柴油和生物燃油添加剂;废动植物油生产轻柴油的乳化剂及其应用:低成本、无污染的生物质液化工艺及装置;低能耗生物质热解工艺及装置:一种微藻快速热解制备生物柴油的方法:从废塑料、废油和废植物油脚中提取汽油和柴油的解聚釜,生物质气化制备燃气的方法及气化反应装置;从植物油残渣中提取石油产品的方法;气化生物质等离子体热解制备合成气的方法和淀粉酶水解异养藻类制备生物柴油的方法;一种从生物质生产液体燃料的方法;植物油下脚料生产燃料油的工艺方法,生物质水解残渣制备生物油的方法,植物油残渣提取汽油和柴油的生产方法;从废油中再生燃料油的装置和方法;脱除催化裂化柴油中胶质的方法:废橡胶(废塑料、废机油)提炼燃料油的环保新工艺,柴油中总氧化不溶物和胶质的化学精制方法;防止柴油和汽油变色和胶凝的添加剂;废润滑油的絮凝分离处理方法。
简单的工艺流程:
生物柴油是一种替代柴油,由来自植物油或动物脂肪的脂肪酸烷基单酯组成。目前,大多数生物柴油是由大豆油、甲醇和一种碱性催化剂生产的。然而,大多数不容易被人体消化的廉价油可以转化为生物柴油。
工艺流程简介:
(1)物理精炼:首先对油脂进行水合或磷酸处理,去除磷脂、胶质等物质)。进入脱酸塔的油预热、脱水、脱气,保持余压,引入过量蒸汽。在蒸汽温度下,游离酸和蒸汽一起被蒸馏出来,经冷凝沉淀后,除去游离脂肪酸以外的净损失,油中的游离酸可以降到很低的量,色素也可以分解,使颜色变浅。在自主研发的DYD催化剂作用下,多种废弃动植物油同时酯化醇解生成粗脂肪酸甲酯。(2)甲醇预酯化:首先对油脂进行水化脱胶,用离心机除去水化过程中形成的磷脂、树胶等絮状物,然后对油脂进行脱水。向原料油中加入过量的甲醇,在酸性催化剂的存在下进行预酯化,将游离酸转化为甲酯。蒸馏出甲醇水,分馏后,分离出C12-16棕榈酸甲酯和C18油酸甲酯,不含游离酸。
(3)酯交换反应:经过预处理的油脂和甲醇,再加上少量的NaOH作为催化剂,在一定的温度和大气压下进行酯交换反应,即可以生成甲酯。采用两步反应,通过专门设计的分离器将初始反应中产生的甘油不断除去,使酯交换反应得以继续。
(4)重力沉淀,水洗,分层。
(5)甘油的分离和粗甲酯的获得。
(6)水的脱水、甲醇的释放、催化剂的去除和精制生物柴油的获得。
整个过程实现闭路循环,所有原料综合利用,实现清洁生产。大致描述如下:原料预处理(脱水、脱臭、净化)-反应釜(加入酒精+催化剂+70℃)-搅拌1小时-沉淀、分离除杂-回收酒精。
[编辑本段]应用程序
生物柴油可用作锅炉、涡轮机、柴油发动机等的燃料。主要的工业应用是脂肪酸甲酯。
生物柴油是一种优质清洁柴油,可以从各种生物质中提取,可以说是取之不尽的能源,在资源日益枯竭的今天有望取代石油成为替代燃料。
柴油是许多大型车辆的主要动力燃料,如卡车、柴油机车和发电机。它的优点是动力大,价格低。我国对柴油的需求量很大,柴油应用的主要问题是“冒黑烟”。我们经常在路上看到冒黑烟的卡车。冒黑烟的主要原因是燃烧不完全,造成严重的空气污染,如大量的颗粒粉尘和高CO2排放。根据美国燃料协会,由发动机燃料燃烧引起的空气污染已经成为空气污染的主要问题。例如,氮氧化物占其他行业排放量的一半,一氧化碳占其他行业排放量的三分之二,有毒碳氢化合物占其他行业排放量的一半。尾气排出的氮氧化物和硫化物能与空气中的水结合形成酸雨。尾气中过多的二氧化碳和一氧化碳会使大气温度升高,这就是通常所说的“温室效应”。为了解决燃料的尾气污染问题和日益恶化的环境压力,人们开始研究使用燃料酒精等其他燃料来代替汽油。目前,燃料酒精在美国、加拿大等北美和巴西、阿根廷等南美国家已经占据了相当大的比重,搭载燃料酒精发动机的汽车已经投放市场。燃料酒精不适合大部分需要柴油燃料的大马力车辆,如公交车、内燃机车、拖拉机等农用车。而且柴油造成的尾气污染远大于汽油,所以人们开发了柴油的替代品——生物柴油。
实际上,发动机的发明者Diesel在1912年美国密苏里工程大会的报告中就说过“用菜籽油做发动机燃料,今天看来没有太大的意义,但将来会变得和石油、煤炭一样重要”。1983年,美国科学家首次在发动机中使用菜籽油甲酯,并燃烧了1000小时。可再生脂肪酸单酯被定义为生物柴油。65438-0984年,美国和德国的科学家研究了用脂肪酸甲酯或乙酯代替柴油作为燃料,即使用来自动物或植物的脂肪酸单酯,包括脂肪酸甲酯、脂肪酸乙酯和脂肪酸丙酯,代替柴油燃烧。与传统的石油柴油相比,生物柴油具有以下优势:
使用可再生的动植物脂肪酸单酯为原料,可以减少石化燃料油的需求和进口;环保,生物柴油尾气中有毒有机物的排放仅为普通柴油的十分之一,颗粒物是普通柴油的20%,一氧化碳和二氧化碳的排放仅为石油柴油的10%,没有硫化物、铅和有毒物质的排放;混合生物柴油可以将硫浓度从500PPM降低到5PPM。
不需要更换发动机,对发动机有保护作用。
[编辑本段]生物柴油在世界各国的应用
目前,世界各国,尤其是发达国家,都在致力于发展高效、无污染的生物质能利用技术。欧洲已经成为世界上生物柴油的主要生产国。美国、意大利和法国相继建成了数十套生物柴油生产装置。
美国是第一个研究生物柴油的国家。总产能为130万吨。生物柴油的税率为0%。美国在黄石国家公园进行的60万公里行驶测试,没有出现结焦现象,大气污染物排放减少80%以上。此外,生物柴油的使用还吸引了300公里外的棕熊来到公园。美国B20使用20%生物柴油,尾气污染物排放可减少50%以上。在1992中,美国能源部和环保局都提出生物柴油是一种清洁燃料。1999年,美国总统克林顿签署了发展生物质能的法令,其中生物柴油被列为重点清洁能源之一,国家不对生物柴油征税。1995年,日本开始研究利用餐馆剩余煎炸油生产生物柴油,1999年建立了259升/天煎炸油的工业实验装置生产生物柴油,可以降低原料成本。目前日本生物柴油年产量可达40万吨。
目前,德国有8个生物柴油工厂,300多个生物柴油加油站,并制定了生物柴油的标准,不征税。2006年,生物柴油产量达到65438万吨。
法国、意大利和其他欧洲国家已经建立了生物柴油企业。法国雪铁龙集团进行了生物柴油的实验,通过654.38+万公里的燃烧试验,证明生物柴油可以在普通柴油机上使用。其标准是在普通石油柴油中添加5%的生物柴油。
可以预见,生物柴油作为一种重要的清洁燃料,将在大型车辆的行驶中发挥重要作用。
[编辑此段] ■中国生物柴油发展现状及产业化前景分析
中国生物柴油的发展:
我国政府已经制定了一些政策和措施来解决节能、替代和环保问题,一些学者和专家已经投身于生物柴油的研究和倡导。我国生物柴油的研发虽然起步较晚,但发展迅速,一些科研成果已达到国际先进水平。研究内容涉及油料植物的分布、选择、栽培、遗传改良、加工技术和设备。目前,各方面的研究已经取得了阶段性成果,这无疑将有助于我国生物柴油的进一步研究和发展。可以预见,在2-3年内,我国在该领域的研究将取得突破,达到实用化水平。
著名学者闵恩泽院士在《绿色化学与化工》一书中首次明确提出了发展清洁燃料生物柴油的课题:原机械工业部、原中国石油化工集团公司于上世纪80年代拨出专项经费,项目由上海内燃机研究所和桂外一山农机承担10年,并邀请中国石油化工研究院专家詹做了大量的基础实验和探索;中国农业工程研究设计院史德禄先生也在1985进行了生物柴油的实验。辽宁能源研究所承担的中欧合作研究项目也涉及生物柴油;中国科学技术大学、河南理工大学和陆军化学研究所等单位也对生物柴油进行了不同程度的研究。
系统研究始于中科院八五期间重点科研项目:“油料植物研究与应用技术”,完成了金沙江流域油料植物资源调查和栽培技术研究,建立了30公顷的麻疯树栽培示范片。自20世纪90年代初以来,长沙新技术研究所和湖南省林科院在能源植物和生物柴油方面进行了65,438+00年的合作研究。“八五”期间,完成了树皮油制备甲酯燃料油的工艺及其燃烧特性研究。“九五”期间完成了国家重点科研项目“植物油能源利用技术”。
1999-2002年期间,湖南省林科院承担并主持了国家林业局国外先进林业技术引进(948工程),即“能源树种绿王树及其利用技术引进”,从南非、美国、巴西引进了能源树种桉树优良无性系——愈伤组织。开发完成了绿色玉树的牛奶提取设备;对榆树胶乳的组成和燃料特性进行了研究:榆树胶乳催化裂解取得了阶段性成果。
然而,与国外相比,我国生物柴油的发展仍存在相当大的差距,长期停留在初级研究阶段,未能形成生物柴油的产业化:政府尚未提出一套支持、优惠和鼓励生物柴油的政策措施,更不用说制定生物柴油的统一标准和实施产业化发展战略。因此,中国加入WTO后,在如何面对经济快速发展和环境保护双重压力的背景下,加快高效清洁的生物柴油产业化进程显得更加迫切。
中国生物柴油产业化前景:
2003年,在国民经济持续快速增长的带动下,中国石油市场需求增长强劲,成品油总需求以两位数增长,达到11.4%,比上年增长7.4个百分点,推动了石油进口的大幅增长,使中国成为石油消费和进口大国。石油市场资源短缺,价格全面上涨。据中国物流信息中心统计,2003年我国石油及其产品累计平均价格比上年上涨11.8%。初步分析表明,2004年中国石油市场供需形势与2003年基本相似,将继续保持消费需求旺盛、供需基本平衡的格局,但不排除季节、运输等因素导致的局部性、结构性供应短缺。预计2004年中国原油消费量为2.7亿吨,净进口量可能超过6543.8亿吨。
中国是石油净进口国,石油储备非常有限。大量进口石油对中国能源安全构成威胁。因此,提高油品质量对中国来说更为实际。生物柴油有三大优势:可再生、清洁、安全。专家认为,生物柴油对中国农业结构调整、能源安全和生态环境综合治理具有重要的战略意义。目前,汽车柴油已经成为汽车工业的一个发展方向。据专家预测,到201 0年,世界对柴油的需求将从38%增加到45%,柴油供应严重不足,这为油菜籽生产生物柴油提供了广阔的发展空间。发展生物柴油产业还可以促进中国农村和经济社会的发展。如果我们发展油料作物生产生物柴油,我们可以找到一条将农林产品转化为工业产品的道路,这将有助于调整农业结构和增加农民收入。
柴油的供需平衡也将是未来很长一段时间内中国石油市场发展的重点。业内人士指出,到2005年,随着中国初级加工能力的增加,汽油和煤油将有一定的出口空间,而柴油的供应缺口仍然较大。预计到2010年,柴油需求将超过100万吨,比2005年增长24%。到2015年,市场需求将达到65438+3亿吨左右。近年来,虽然炼化企业通过不断的技术改造,不断提高柴汽比,但仍不能满足柴汽消耗的要求。目前柴汽生产比约为1.8,而市场柴汽消费比在2.0以上,云南、广西、贵州等省柴汽消费比甚至在2.5以上。随着西部大开发进程的加快和国民经济重大基础工程的启动,柴汽比的矛盾比以往更加突出。因此,发展生物柴油不仅符合当前石化行业调整油品结构、提高柴汽比的方向,而且具有深远的意义。
目前,中国的生物柴油技术已经取得了巨大的成就:海南正和生物能源公司、四川鼓山油脂化工公司、福建卓悦新能源开发公司都开发出了具有自主知识产权的技术,并相继建成了万吨以上规模的生产装置,这标志着生物柴油这一高新技术产业已经在中国诞生。
中国工程院负责人介绍,中国“十五”发展纲要提出发展各种石油替代品,并将发展生物液体燃料确定为国家产业发展方向。生物柴油产业得到了国务院领导、国家计委、国家经贸委、科技部等政府部门的支持,并已列入国家相关计划。
发展生物柴油,中国有丰富的原料资源。中国幅员辽阔,地理跨度大,水热资源分布不同,能源植物资源丰富多样。主要科有大戟科、樟科、桃金娘科、夹竹桃科、菊科、豆科、山茱萸科、风信子科和蔷薇科。目前,我国生物柴油的开发利用仍处于起步发展阶段。为了从整体上降低生物柴油的成本,使其在我国能源结构转型中发挥更大的作用,只有向基地化、规模化方向发展,实行集约化经营,形成产业化,才能走符合我国国情的生物柴油发展之路。随着改革开放的深入,在全球经济一体化的进程中,在中国加入世贸组织的有利形势下,中国的经济水平将进一步提高,对能源的需求将会增加。只要将生物柴油的研究成果转化为生产力并实现产业化,其在柴油机、柴油电厂、空调设备、农村燃料等方面的应用将非常广阔。
[编辑此段] ■生物柴油的化学生产。
生物柴油是用化学方法生产的。使用生物油和低碳醇如甲醇或乙醇,氢氧化钠(占油重量的65,438+0%)或甲醇钠作为催化剂。在酸性或碱性催化剂和高温(230 ~ 250℃)下,发生酯交换反应,生成相应的脂肪酸甲酯或乙酯,然后经洗涤、干燥得到生物柴油。生产过程中可回收甲醇或乙醇,生产设备与一般制油设备相同,生产过程中产生约10%副产物甘油。
然而,化学合成生物柴油存在以下缺点:反应温度高,工艺复杂;反应过程中使用过量的甲醇,后续工艺必须有相应的醇回收装置,处理过程复杂,能耗高;油脂原料中的水分和游离脂肪酸会严重影响生物柴油的产量和质量;产品纯化复杂,酯化产物难以回收;反应产生的副产物难以去除,酸碱催化剂的使用产生大量废水,废碱(酸)液的排放容易对环境造成二次污染。
化工生产中还有一个不可忽视的成本问题:生产过程中使用碱性催化剂,要求原料必须是原油,如未精炼的菜籽油、大豆油等,原料成本占总成本的75%。因此,使用廉价的原料和提高转化率来降低成本是生物柴油实际应用的关键。因此,美国开始通过基因工程研究含油量高的植物(见下文“工程微藻”方法),日本使用工业废油和废煎炸油,欧洲在不适合种植粮食的土地上种植含油丰富的作物。
[编辑此段] ■生物酶合成生物柴油。
为了解决上述问题,人们开始研究生物酶法合成生物柴油,即利用脂肪酶将动物脂肪和低碳醇酯化,制备相应的脂肪酸甲酯和乙酯。酶法合成生物柴油具有条件温和、酒精消耗低、无污染排放等优点。2001日本利用固定化米根霉细胞生产生物柴油,转化率约为80%,微生物细胞可连续使用430小时。
2005年6月4日,《中国环境报》报道,清华大学生物酶生产生物柴油中试装置成功,采用新工艺的中试装置生物柴油收率达到90%以上。试点产品技术指标符合美国、德国生物柴油标准,符合我国0 #优柴油标准。中试产品的发动机台架试验表明,与市售石化柴油相比,使用含20%生物柴油的混合柴油作为燃料,发动机排放的尾气中一氧化碳、碳氢化合物、烟度等主要有毒成分浓度显著降低,发动机动力特性基本不变。
生物酶法合成生物柴油因其反应条件温和、醇耗低、无污染物排放、环境友好等优点越来越受到重视。但生物酶法制备生物柴油存在一些亟待解决的问题:脂肪酶对长链脂肪醇的酯化或酯交换反应有效,但短链脂肪醇(如甲醇或乙醇)的转化率较低,一般只有40%-60%;甲醇和乙醇对酶有毒性,容易使酶失活。副产物甘油和水难以回收,不仅与产物形成稠度,而且对酶有毒性。短链脂肪醇和甘油的存在影响了酶的反应性和稳定性,大大缩短了固定化酶的使用寿命。这些问题是生物酶法工业化生产生物柴油的主要瓶颈。
[编辑本段] ■利用“工程微藻”生产生物柴油的方法
“工程微藻”生产柴油为柴油生产开辟了一条新的技术途径。美国国家可再生实验室(NREL)通过现代生物技术构建了“工程微藻”,即一种硅藻的“工程微囊藻”。在实验室条件下,“工程微藻”的油脂含量可提高到60%以上,室外生产也可提高到40%以上,而一般自然状态下微藻的油脂含量为5%-20%。“工程微藻”中油脂含量的增加主要是由于乙酰辅酶a羧化酶(ACC)基因在微藻细胞中的高表达,该基因在控制油脂积累中起重要作用。目前,我们正在研究选择合适的分子载体,使ACC基因在细菌、酵母和植物中充分表达,并进一步将修饰后的ACC基因导入微藻中,以获得更高效的表达。利用“工程微藻”生产柴油具有重要的经济和生态意义,其优点是:微藻生产能力高,利用海水作为天然培养基,节约农业资源;比陆生植物出油率高几十倍;生产的生物柴油不含硫,燃烧时不排放有毒气体,排放到环境中可被微生物降解,不污染环境。发展含油微藻或“工程微藻”生产生物柴油是一大趋势。
[编辑本段] ■当前的生物柴油标准
世界上许多国家都制定了生物柴油标准,从而保证了柴油的质量,确保用户更放心地使用生物柴油。
生物柴油的国际标准是ISO 14214A,另一个是ASTM D 6751,这是美国采用的标准,在211(b)的“清洁空气法案”中得到美国环保局的法律确认。另一个被广泛认可的标准是德国的DIN生物柴油系列,这是迄今为止最详细、最系统的生物柴油标准。标准体系对不同的制造原料有不同的DIN标准:以油菜籽和植物种子为原料的RME(油菜籽甲酯)和PME(植物甲酯)生物柴油DIN E 51606标准,以植物油和动物脂肪为混合原料的生物柴油DIN V 51606标准。欧盟也于2003年6月颁布了生物柴油标准EN14241。此外,奥地利、澳大利亚、捷克、法国、意大利、瑞典等国家也制定了生物柴油燃料规范。
[编辑此段] ■德国DIN V 51606生物柴油标准。
生物柴油的标准主要评价以下成分:生产全过程,甘油的去除,催化剂的去除,酒精的去除,确保不含游离脂肪酸。生物柴油的生产标准评价指标包括比重、动力粘度、闪点、硫含量、残渣、十六烷值、灰分、水分、总杂质、甘油三酯、游离甘油等。生物柴油标准的标准化极大地促进了生物柴油在这些国家汽车工业中的正式应用和合法化。与此同时,大量国家对生物柴油的认可也在推动生物柴油作为一种新型可再生生物能源的国际化。
目前生物柴油主要以生物柴油和石化柴油的混合油形式供应,所以混合油是有标准的。例如,5%生物柴油和95%常规柴油的混合油需要符合2000年颁布的EN590(EN590:2000)标准。任何符合该标准的混合油都可以安全地应用于所有柴油发动机。虽然这种混合油不需要添加任何稳定剂,但国外也有提案认为有必要在EN 590:2000的标准中增加这样一个条款:混合油本身含有生物柴油。