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摘要:能源危機(jī)推動了生物柴油產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,生產(chǎn)生物柴油的方法主要有:直接使用和混合法、微乳化法、熱裂解、酯交換法。本文介紹我國生物柴油產(chǎn)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r,當(dāng)前生物柴油產(chǎn)業(yè)發(fā)展中存在的問題,并提出初步解決辦法。

關(guān)鍵詞:生物柴油;發(fā)展現(xiàn)狀;存在問題;解決辦法

能源是現(xiàn)代社會賴以生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。20世紀(jì)70年代以來的能源危機(jī),以及石化燃料燃燒所引發(fā)的一系列生態(tài)危機(jī),正嚴(yán)重威脅著人類的生存和社會的持續(xù)發(fā)展,近年石油消耗量的增加及國際政治的影響,石油價(jià)格飛速上漲。油價(jià)飆升給全球經(jīng)濟(jì)和個(gè)人生活帶來了嚴(yán)重的沖擊,同時(shí)也推動了世界生物柴油產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

1、生物柴油生產(chǎn)技術(shù)

生物柴油制備主要有直接使用和混合法、微乳化法、熱裂解法和酯交換法。前兩種方法由于油粘度高和不易揮發(fā)性,導(dǎo)致發(fā)動機(jī)噴嘴不同程度結(jié)焦、活塞環(huán)卡死和碳沉積等問題。植物油和動物脂肪裂解缺點(diǎn)是在高溫下進(jìn)行,需催化劑,而且反應(yīng)難以控制,設(shè)備昂貴;而酯交換法主要通過酯基轉(zhuǎn)移將高粘度植物油或動物油脂轉(zhuǎn)化成低粘度脂肪酸酯,采用酯交換法制備生物柴油具有粘度低,無需消耗大量能源等顯著特點(diǎn)。

1.1直接或混合使用

直接混合法將天然油脂與石化柴油、化學(xué)溶劑或醇類直接混合使用。國內(nèi)外學(xué)者曾將柴油機(jī)供油提前和噴油壓力調(diào)整后,研究直接燃用棕櫚油、葵花籽油、棉籽油、大豆油、小桐子油等植物油與柴油混合油,可獲得良好動力性,能達(dá)到標(biāo)定功率。但使用植物油存在冷啟動困難,容易出現(xiàn)燃燒室積碳,活塞環(huán)粘結(jié)、潤滑油增稠等問題。

1.2微乳化法

微乳液是由兩種不相溶液體與其它兩性分子混合形成膠體分散系統(tǒng),透明、熱力學(xué)穩(wěn)定,且各向同性,分散相粒徑為1-150nm之間,微乳化法是利用乳化劑,是植物油分散到粘度較低的溶劑中,從而將植物油稀釋,降低粘度,以滿足作為燃料使用要求,微乳液組分中含有低沸點(diǎn)成分,因此可以改善霧化特性。但發(fā)動機(jī)長期使用植物油乳化燃料會出現(xiàn)積碳和潤滑油粘度增加等問題。

1.3熱裂解

熱裂解是一種物質(zhì)在催化劑作用下,由熱能引起化學(xué)鍵斷裂生成小分子物質(zhì)過程,植物油分子量較大,熱裂解使分子量減小,達(dá)到降低粘度目的。從高分子有機(jī)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)簡單碳?xì)浠衔?其碳數(shù)分布及低溫啟動性能與石油、柴油類似,但穩(wěn)定性稍差。熱裂解工藝復(fù)雜,設(shè)備龐大,造成產(chǎn)品成本過高,不能達(dá)到工業(yè)化生產(chǎn)及使用程度。

1.4酯交換法

酯交換法是目前生產(chǎn)生物柴油主要方法,是用化學(xué)法生產(chǎn),即用植物油、動物油與甲醇或乙醇等低碳醇在酸或堿性催化劑和高溫(2300℃-2500℃)下進(jìn)行酯化反應(yīng),生成相應(yīng)的脂肪酸甲酯或乙酯,再經(jīng)洗滌干燥即得到生物柴油。但化學(xué)法合成生物柴油有以下缺點(diǎn):工藝復(fù)雜、醇必須過量,后續(xù)工藝必須有相應(yīng)的醇回收裝置,能耗高,色澤深。由于油脂中不飽和脂肪酸在高溫下易變質(zhì),酯化產(chǎn)物難以回收,成本高,生產(chǎn)過程有堿液排放。

為解決上述問題,人們開始研究用生物酶法合成生物柴油,即油脂和低碳醇通過脂肪酶進(jìn)行轉(zhuǎn)酯化反應(yīng),制備相應(yīng)脂肪酸甲酯或乙酯。酶法合成生物柴油具有條件溫和、醇用量少、無污染排放等優(yōu)點(diǎn)。

1.4.1酸、堿催化酯交換

酸催化酯交換較常使用催化劑有濃硫酸、苯磺酸和磷酸等,濃硫酸價(jià)格便宜,資源豐富,是最常用酯化催化劑。酸催化酯交換過程產(chǎn)率高,但反應(yīng)速度慢,分離難且易產(chǎn)生三廢。堿催化酯交換反應(yīng)速率比酸催化要快的多,常用無機(jī)堿催化劑有甲醇鈉、氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鈉和碳酸鉀等,甲醇鈉用于制備生物柴油作堿催化劑時(shí)活性相當(dāng)高,易溶于脂肪酸,酯轉(zhuǎn)化完全;然而,油脂中若含有水,甲醇鈉活性將大大降低。氫氧化鈉和氫氧化鉀相對于甲醇鈉價(jià)格要便宜些。另外,采用液體酸或堿作為催化劑,在后處理過程中會排出大量的污水,造成環(huán)境污染;而固體酸作催化劑,產(chǎn)品容易分離,既降低成本,簡化工藝流程,又環(huán)保,成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。目前工業(yè)上常以天然油脂為原料生產(chǎn)生物柴油。由于天然油脂幾乎都含有一定量游離脂肪酸,脂肪酸存在不利于酯交換進(jìn)行。單純采用堿催化酯交換法生產(chǎn)脂肪酸甲酯損失大、得率低,一般先加入酸性催化劑,對原料進(jìn)行預(yù)酯化,然后加入堿催化劑進(jìn)行酯交換。

1.4.2酶催化酯交換

傳統(tǒng)酸、堿催化制備生物柴油存在工藝復(fù)雜、醇消耗量大、產(chǎn)物難回收、環(huán)境污染大等缺點(diǎn)。酶催化制備生物柴油具有條件溫和、醇用量小、產(chǎn)品易于收集、無污染排放等優(yōu)點(diǎn)。酶催化酯交換制備生物柴油一般采用固定床反應(yīng)器,且為多級反應(yīng)器。為了抑制甲醇對生物酶毒害作用,一般采用三步流法。但但酶催化酯交換反應(yīng)由于酶價(jià)格高,反應(yīng)時(shí)間太長,反應(yīng)產(chǎn)率低,目前應(yīng)用受到限制。

2、我國生物柴油產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀

2.1我國生物柴油的發(fā)展

2001-2003年是我國生物柴油發(fā)展的初始階段。2001年之前我國只有商丘油脂化學(xué)廠一家有生物柴油生產(chǎn)車間,但一直沒有正常生產(chǎn)。2001年9月由海南正和生物能源公司投資的我國第一家生物柴油生產(chǎn)工廠在河北武安市正式建成投產(chǎn),該廠以餐飲廢油、油脂加工后的油腳和皂腳以及黃連木油為原料,設(shè)計(jì)年生產(chǎn)生物柴油能力為1萬噸。截止到2003年底,我國共有生物柴油生產(chǎn)企業(yè)5家,年生產(chǎn)能力為9萬噸,年產(chǎn)量達(dá)到4-5萬噸,生產(chǎn)原料多以餐飲和食品企業(yè)回收的廢油為主。為推動我國生物柴油產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,中國工程院于2003年1月17日召開“生物柴油植物原料發(fā)展討論會”。參會專家指出,大量、穩(wěn)定、價(jià)格合理的植物原料供應(yīng)是我國生物柴油產(chǎn)業(yè)持續(xù)、健康發(fā)展的基礎(chǔ)。加上2003年下半年以后,國際市場原油價(jià)格出現(xiàn)持續(xù)上漲,推動了我國生物柴油產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。2005年底生物柴油產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)企業(yè)達(dá)到8家,年生產(chǎn)能力達(dá)到20噸,較上年增長1倍多。2005年2月28日,十屆全國人大通過了《可再生能源法》,并由主席簽署了此項(xiàng)法律予以公布,于2006年1月1日正式實(shí)施。2006年部分大型生物柴油項(xiàng)目陸續(xù)竣工投產(chǎn),同年6月30日,中國生物柴油國際控股有限公司在英國倫敦證交所AIM市場成功掛牌上市。在最近兩年來,國內(nèi)生物柴油產(chǎn)業(yè)的快速擴(kuò)張,原料供應(yīng)緊張,大型生物柴油企業(yè)開工率不足的問題陸續(xù)出現(xiàn)。

2.2我國生物柴油產(chǎn)業(yè)發(fā)展中純在的問題和解決辦法

生物柴油產(chǎn)業(yè)發(fā)展主要問題之一,是成本高。因此,采用廉價(jià)原料,提高生物柴油生產(chǎn)過程的轉(zhuǎn)化率,是降低生物柴油成本的主要方面,也是決定生物柴油能否實(shí)用化的關(guān)鍵。

另外,研究人員也進(jìn)行一系列降低生物柴油成本研究:首先,在生物柴油原料方面,廣開來源途徑,選擇較廉價(jià)原料:①食品和餐飲企業(yè)的生產(chǎn)廢油以及地溝油、泔水油為原料;②動植物油廠的油腳和皂腳為原料;③更多采用非食用油脂作為原料,如,小桐子、油桐子、文冠果、烏桕子等林木油料。其次,在生產(chǎn)技術(shù)方面,對不同原料進(jìn)行不同的工藝技術(shù),使生產(chǎn)費(fèi)用下降。最后,國家政策支持。國家給予適度財(cái)政補(bǔ)貼和稅收優(yōu)惠,使生物柴油生產(chǎn)更具有競爭力;同時(shí)制定生物柴油發(fā)展規(guī)劃,大力培育生物柴油是消費(fèi)市場。超級秘書網(wǎng)：

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