生物柴油及其制备方法研究

生物柴油及其制备方法研究

王学虎

（河西学院化学化工学院甘肃张掖734000）

近年来，由于人们生活水平的提高，汽车城乡化迅速发展，人类对石油的依赖越来越强烈，石油供应和消费的平衡关系制约着世界各国的经济发展。石油作为不可再生资源正在逐渐枯竭，全世界都将面临着能源短缺的危机，同时随着人们环境保护意识的增强，人们逐渐认识到石油作为燃料所造成的空气污染的严重性，特别是光化学烟雾、酸雨的频繁出现对人体健康造成了极大的伤害，CO2产生的温室效应严重破坏了生态平衡。因此，世界各国的能源研究人员从资源战略和环境保护的角度出发，积极探究开发一种新的来替代石油燃料，大量研究表明，生物柴油是最重要的清洁燃料之一，从战略角度属于可再生资源，是最有发展前途的柴油机替代燃料[1]。

生物柴油，即脂肪酸甲酯（FAME），是一种含氧清洁可再生能源，它是以大豆和油菜籽等油料作物、油棕和黄连木等油料林木、工程微藻等油料水生植物一级动物油脂、废餐饮油等为原料合成（酯交换）所得的长链脂肪酸甲酯[2]。

1 生物柴油

1.1生物柴油的性能

1.1.1优良的环保特性

生物柴油中硫含量低，因此，SO2和硫化物的排放量低，可减少约30%(有催化剂时为70%)；生物柴油中不含对环境造成污染的芳香族烷烃，不具致癌性，并且不含铅、卤素等有害物质，废气对人体的损害降低，检测表明，与普通柴油相比，使用生物柴油可降低90%的空气毒性，降94%的患癌率[3]；生物柴油含氧量高，其燃烧时一氧化碳的排放与柴油相比减少约10%(有催化剂时为95%)；生物柴油可生物降解，对土壤和水的污染较少，有利于环境保护。

1.1.2较好的低温发动启动性能

生物柴油有较好的发动机低温启动性能，无添加剂冷滤点达-20℃。

1.1.3较好的润滑性能

生物柴油使喷油泵、发动机缸体和连杆的磨损率低，使用寿命长。

1.1.4较好的安全性能

由于生物柴油的闪点高（超过125℃），不属于危险品。因此，运输、储存、使用均具安全性。

1.1.5良好的燃料性能

十六烷值高，大于49（石化柴油为45），抗爆性能优于石化柴油，燃烧残留物呈微酸性，使催化剂和发动机机油的使用寿命加长。

1.1.6可再生性能

生物柴油具有可再生性，作为一种可再生能源，通过农业和生物科学家的努力，可供应量不会枯竭。

1.1.7经济性能

无须改动柴油机，可直接添加使用，同时无需另添设加油设备、储存设备及人员的特殊技术训练。

1.1.8其他性能

生物柴油以一定比例与石化柴油调和使用，可降低油耗、提高动力性、并降低尾气污染。美国科学家进行了大量试验，结果显示CO、HCV、芳香烃、SO2及炭粒随燃料中的生物柴油含量增加而减少。生物柴油作为柴油汽车的替代燃料，与普通柴油相比，汽车尾气中有毒有机物排放量仅为10%、颗粒物为20%、SO2排放量为70%、CO排放量为10%，排放指标可满足欧洲Ⅱ和Ⅲ排放标准，而且由于生物柴油燃烧时排放的二氧化碳远低于该植物生长过程中所吸收的二氧化碳，从而改善由于二氧化碳的排放而导致的全球变暖这一有害于人类的重大环境问题。因而生物柴油是一种真正的绿色柴油[4]。

1.2生物柴油的标准

美国和欧洲国家早在2003年11月和2003年7月就制定了生物柴油的标准（表1、表2）。我国柴油的用途主要集中于农用动力机械及公路、水路及铁路运输动力机械方面，这一点与美国的情况极为类似。因此，我国生物柴油标准技术要求是参照美国试验与材料协会标准ASTM D6751-03a《馏分燃料调合用生物柴油（B100）标准》，并对国内市场上有一定影响、有一定销售量、不同原料生产的生物柴油产品进行考察、试验，根据情况综合考虑而确定的；同时，还考虑了当生物柴油以一定比例与矿物柴油调合使用后，各项理化指标应能满足国家《轻柴油》标准GB252-2000的技术要求，以确保现有使用柴油作为燃料的动力机械

在不需要改动的条件下能够正常、长周期使用生物柴油；此外，生物柴油标准中个别指标应适当参照欧洲生物柴油标准EN14214:2003（车用) 。综上，2007年1月国家标准化管理委员会以标准号GB/T 20828-2007发布，并定于2007年5月1日起实施我国第一项生物柴油国家标准《柴油机燃料调和用生物柴油》。

表1 美国生物柴油标准(ASTM D6751)

性质检测方法极值单位

闪点 D 93 130.0，极小值℃

水及沉渣 D 2709 0.050，极大值 %，体积动力学粘度，℃ D 445 1.9-6.0 mm2/s

硫酸盐灰分 D 874 0.020，极大值 %，质量硫 D 5453 0.0015，极大值 %，质量

或0.05，极大值﹡

铜条侵蚀 D130 No.3，极大值

十六烷值 D 613 47min

浊点 D 2500 ℃

碳残余（100%，样品） D 4530 0.050，极大值 %，质量酸数 D 664 0.80，极大值 mg KOH/g 游离丙三醇 D 6584 0.020，极大值 %，质量总丙三醇 D 6584 0.240，极大值 %，质量磷含量 D 4951 0.001，极大值 %，质量蒸馏温度，大气的等价温

度，90%回收

D 1160 360，极大值℃

﹡极值为等级S15和S500的生物柴油，S15和S500分别指硫含量（ppm）的最大值

表2 欧洲生物柴油标准(EN 14214)

性质检测方法

极值

单位极小值极大值

酯含量EN 14103 96.5 %(m/m) 密度；15℃ EN ISO 3675 860 900 kg/m3

EN ISO 12185

粘度；40℃ ENISO 3104 3.5 5.0 mm2/s

EN 3105

闪点 EN ISO 3679 120 ℃

硫含量 EN ISO 20846 10.0 mg/kg

EN ISO 20884

碳残余（10%，残余） EN ISO 10370 0.30 %(m/m) 十六烷值 EN ISO 5165 51

硫酸盐灰分 ISO 3987 0.02 %(m/m) 水含量 EN ISO 12937 500 mg/kg 总污染物 EN 12662 24 mg/kg