生物质柴油的生产方法及筛选

利用大量的耕地来种植油料作物。废弃油脂资源总
和欧盟 EN 14214 标准。表 1 列出了世界部 分国家
量有限, 原料组成及性能变化大, 这将影响生物柴油
的生物柴油标准。
表 1 世界各国 生物柴油的标准
项目
密度( 20 # ) / g∗ cm- 3 密度( 15 # ) / kg∗m- 3 运动黏度( 40 # ) / mm2∗s- 1 闪点( 闭口) / # 冷凝点/ # 硫含量/ %
10% 蒸余物残炭/ % 焦化值 100% / % 硫酸盐灰分/ % 氧化物灰分/ % 水含量/ % 总杂质含量/ % 铜片腐蚀( 50 # , 3 h) / 级 十六烷值 氧化安定性( 110 # ) / h 酸值/ mg( KOH) ∗g- 1 甲醇含量/ % 甲酯含量/ % 单甘脂/ % 二甘脂/ % 三甘脂/ % 游离甘油含量/ % 总甘油含量/ % 90% 回收温度/ # 馏程( 95% ) / # 碘值 磷含量/ % 碱含量( Na+ K) / %
Preparation and screening of biodiesels
ZHAI Jian hua, DENG Yi lei , CAO Xiao mei
( College of Chemical Engineering and Technology , Hebei University of Science and Technology , Shijiazhuang 050018, China)
+ − 0 05 − 0 03
+ − 0 03 − 0 002
−1 ,49
+ − 05 − 03
+ − 08 − 04 − 04 − 0 02 − 0 25
+ + − 115 − 0 001 − 0 0005
+ − 0 05
+ − 0 0Байду номын сангаас − 0 07
+ + + + − 05 − 02 > 98 − 08 − 02 − 01 − 0 05 + + − 360 + − 0 001 +
储、运输及使用过程中具有着良好的安全性[ 7] ; &不 含石蜡, 低温流动性好, 适用区域广泛; ∋ 良好的可 降解性和环保性能。生物柴油降解速度比化石柴油
快 4 倍, 经过 28d 生物柴 油在 水中可 降解 85% ~ 88% , 与葡萄糖降解率相同[ 4] 。生物柴油中硫含量 低, 不含芳香族烷烃, 与化石柴油相比 SO2 和硫化物 的排放量可减少 30% ; 尾气中有毒物质排放量下降 90% ; 颗粒物下降( PM) 80% ; CO2 和 CO 排放量均降 低 90% 。其废气排放指标可满足 欧 (和欧 ) 排放 指标[ 5] 。
法国 Journal Official
+ 0 87~ 0 90 3 5~ 5 0
,100 +
− 0 05
德国 DIN E51606
+ 0 875~ 0 9
3 5~ 5 0 ,110
0/ - 10/ - 20 − 0 05
意大利 U NI 10635
+ 0 86~ 0 9 3 5~ 5 0
,100 +
1 9~ 6 0 ,130 +
S500 − 0 05; S15 − 0 0015
+ + − 0 02 + − 0 05 + −3 ,47 + −0 8 + + + + + − 0 02 − 0 24 − 360 + + + +
欧盟 EN 14214
+ 0 86~ 0 9 3 5~ 5 0
,120 +
− 0 05
+ − 0 05 − 0 02
+ + + + ,49 + − 08 − 02 + + + + − 0 02 − 0 24 + + − 120 − 0 002 +
+ − 0 05
+ + − 0 02 + + ,49 + − 05 − 01 > 96 5 − 08 − 02 − 02 − 0 02 − 0 25 + − 360 − 115 − 0 001 − 0 0005
Abstract: Biodiesel as a green renewable energy source has a great development prospect. In this paper the properties of biodiesels are introduced, the factors influencing its commercial development and China s supply characteristics of biodiesel raw materials are reviewed. Some national standards from China and other countries are introduced and compared. The ways reducing production cost of biodiesels are discussed after the main production techniques and features of biodiesels summarized.
1 2 影响生物柴油产业发展的主要因素 生物柴油的推广还具有一定的制约, 影响生物
柴油产业发展的主要因素有: 生物柴油的生产成 本是石化柴油的 1 5 倍, 其中 75% ~ 90% 是原料的 成本, 生产成本是阻碍生物柴油产业发展的主要障 碍[ 8] ; ! 生物柴油的原料主要是各种植物油, 常常存 在与民争粮、与粮争地的问题, 原料供应不足; ∀ 目 前生物柴油的主要生产工艺是用液态碱催化进行酯
1 4 生物柴油的标准及其比较
的条件下, 利用碳水化合物、碳氢化合物和普通油脂
世界许多国家已经拟定了生物柴油标准。生物
作为碳源, 在菌体内产生的大量油脂和一些有商品
柴油的国际标准是 ISO 14214A, 另一个是 ASTM 国
价值的脂质[ 10] ) 。目前生物柴油的商业化生产和消
际标准 ASTM D 6751, 这一标准是美国所采 用的标
Key words: biodiesel; green energy source; renewable resource; production cost
石油和天然气的替代能源 开发越来越受 到关 注, 根据预计未来 3 至 5 年间绿色能源产业每年将 以 20% 的速度持续增长。而预计 2020 年我国石油 的进口依存 度可能高达 50% ~ 60% [ 1] 。因此 如何 保障能源供应安全已成为中国 内政外交的一 件大 事, 发展可再生的绿色能源是解决我国能源问题的 战略之一。生物柴油是指以可再生资源( 如油菜籽 油、大豆油、玉米油、棉籽油、花生油、葵花籽油、棕榈 油、椰子油、回收烹饪油及其他动植物油等) 为原料 而制成的烃基一价酯燃油[ 2- 3] , 是可再生的绿色能 源。美国材料实验学会( ASTM) 将生物柴油定义为: 来源于可再生液体原料的长链脂肪酸甲酯[ 4- 5] 。
注: 本表参考了 GB/ T20828 + 2007 及文献[ 13] 。
2009 年 10 月
翟建华等: 生物质柴油的生产方法及筛选
∗ 247 ∗
2 生物柴油的生产机理及方法
生物柴油的制备方法可分为物理法和化学法 2 类。物理法包括直接混合法和微乳化法。直接混合 法就是指将植物油和石油柴油按不同的比例直接混 合使用, 混合后会使着火点大大降低, 积碳量减少, 并部分改善燃油的燃烧性能, 但并没有从根本上改 变植物油的高黏度性能, 还不能完全满足柴油机对 燃料的性能要求[ 14- 15] 。微乳法是利用微乳剂对动 植物油微乳化, 从而改善其雾化性能, 但黏度仍高于 石油标准指标。长期使用物理法制备的生物柴油发 动机喷嘴会出现不同程度的结焦、活塞卡死和积碳 等问题[ 16- 17] 。只有通过化学方法将动植物油脂转 化为黏度低、挥发度大的小分子油, 才直接用作内燃 机燃料。常用的化学法包括热高温裂解法、酯交换 法等, 高温裂解指在高温( 借助催化剂或无催化剂) 的条件下将一种物质转化为另一种物质的过程, 该 法工艺过程虽然比较简单, 也不会污染环境, 但裂解 反应在高温高压下进行, 对设备要求比较高, 裂解反 应控制困难。另外该法单位原料量下生物柴油的产 量比较低[ 18] , 所以目前国内外应用最多的方法是酯 交换法。
− 0 001
− 03 +
− 0 02 +
− 0 05 − 0 0024
−1 ,51 ,6 0 − 05 − 02
+ − 08 − 02 − 02 − 0 02 − 0 25
+ + + − 0 001 − 0 0005
澳大利亚 ON C1191
+ 0 85~ 0 89
3 5~ 5 0 ,100 0/ - 15 − 0 05
以植物油为原料生产生物柴油其原料成本占到
生物柴油燃料标准。我国于 2007 年 1 月 5 号发布
总成本的 70% ~ 85% , 商业可行性 差, 且我国 人口
了 GB/ T 20828 + 2007 柴油机燃 料调和用生物 柴油
多, 土地资源相对稀缺, 不可能像欧美发达国家那样
标准。此标准主要参考美国 ASTM D 6751- 03a 标准
第 29 卷增刊( 2) 2009 年 10 月
现代化工
Modern Chemical Industry
Oct. 2009 ∗ 245 ∗
生物质柴油的生产方法及筛选
翟建华, 邓一蕾, 曹晓妹 ( 河北科技大学化工学院, 河北 石家庄 050018)
摘要: 生物柴油是具有很好发展前景的绿色可再生能源之一。本文介绍了生物柴油的优良性能, 综述了影响生物柴油产业
猪油、牛油、羊油、鱼油等) 、植物油脂( 比如大豆油、 足工业生物柴油原料的供应。我国人多地少的基本
油菜籽油、棕榈油、麻疯树树等) 、废弃油脂( 包括餐 饮废油、废弃动植物油脂、榨油厂下脚料等) 和微生
国情和各原料的特点决定了我国生物柴油生产必须 采用多样化的原料[ 12] 。
物油脂( 由酵母、霉菌、细菌和藻类等微生物在一定
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现代化工
第 29 卷增刊( 2)
也是制约生物柴油在我国充分发展的重要原因之一。
原料的供应。微生物油脂资源丰富, 开发潜力大, 但
1 3 我国生物柴油原料的供应特点
生产成本偏高, 菌种含油率及油脂提取率不高。而
可用于生产生物柴油原料种类有: 动物油脂( 如
每年需进口几千万吨用于食用的动物油脂更不能满
交换反应, 产物分离时需要大量洗涤水, 产生大量的 碱性废水而造成环境污染; ∃国家政策导向和扶持 力度不够, 国家虽然制定了相关促进法律法规以及 产业的发展规划, 但尚未针对生物柴油提出一套具 体的扶持、优惠和鼓励生产和使用的产业政策[ 9] , 这
收稿日期: 2009- 04- 24 作者简介: 翟建华( 1964- ) , 男, 博士, 教授, 主要从事化学工艺和再生能源研究; 邓一蕾( 1985- ) , 女, 硕士生, dengylzs@ 126. com。
中国
GB/ T20828 0 82~ 0 9
+ 1 9~ 6 0
,130 +
S500− 0 05; S50 − 0 005
− 03 +
− 0 02 +
− 0 05 + −1 ,49
,6 0 − 08
+ + + + + − 0 02 − 0 24 − 360 + + + +
美国
ASTM D6751 + +
费主要在美国和欧洲国家进行, 美国用大豆油为原
准。另一被广泛认同的是德国的 DIN 生物柴油系列
料, 欧洲则用油菜籽油, 大豆和油菜是当前世界生产 生物柴油的主要原料[ 11] 。
标准, 该标准 体系针 对不 同的 制造原 料有 不同 的 DIN 标准。欧盟也在 2003 年 11 月颁布了 EN 14241
1 生物柴油概述
1 1 生物柴油的优良性能 与矿物柴油相比, 生物柴油具有很多优良的性
能: 可再生性。生物柴油的原料可通过种植和养 殖得到, 供应量不会枯竭; ! 良好的燃烧性, 十六烷 值高, 脂肪酸甲酯含氧量为 11% ( 体积 分数) , 可有 效促进燃烧点火效果[ 6] ; ∀ 具有良好的低温启动性 能, 对 发动 机 有保 护 作用, 无添 加剂 冷 凝点 达 到 - 20 # ; ∃较好的润滑性能; % 闪点高, 同时还有较 高的抗震性, 与常用的 0# 柴油相比, 生物柴油在存
发展的主要因素, 以及我国生物柴油原料的供应特点, 介绍和比较了各国生物柴油标准, 在 总结了生物柴油 的主要生产方法 和
特点后探讨了降低总生产成本的途径。
关键词: 生物柴油; 绿色能源; 可再生能源; 生产成本
中图分类号: S216 2
文献标识码: A
文章编号: 0253- 4320( 2009) S2- 0245- 06