地沟油制造生物柴油的技术可行性报告

地沟油制造生物柴油的技术可行性报告
一、项目背景
随着中国能源危机警钟的敲响，以能源集约化利用为前提，充分开发利用生物能、太阳能等清洁能源，越来越成为一种共识。

据专家预测：新能源与可再生能源将成为全世界和企业发展的新领域。

中国作为一个发展中的国家，面临着经济增长和环境增长保护的双重任务，为了保护环境并实现经济的持续增长，改变能源发展和消费方式，开发利用可再生能源是必要的选择，因此，可再生能源具有广阔的潜力和发展前景。

生物能源是我国第三大能源，仅次于煤和石油，在全部能源消耗中约占15%，是唯一可运输和储存的可再生能源，既可作为燃料用于发电，又能转化为“柴油”等。

生物能源转化为生物柴油，其主要原料来自植物油脂、动物油脂、植物油精练后的下脚料：酸化油、消水油（地沟油）及各种油炸食品后的废弃动植物油脂。

柴油是国家战略物质，广泛用于工程机械、锅炉、工业窑炉、船舶、军舰、农用机械、交通、动力等设备的柴油机燃料。

目前国内对柴油的年需求量超过1亿吨，为此，国家每年要花大量的资金进口柴油和原油以满足日益增长的需求。

生物柴油是可再生能源，具有开发利用的广阔前景，具有开发的战略性意义。

我国不仅是世界上餐饮业最发达的国家之一，而且中国料理也是用油最多的料理之一，餐饮业每天都会产生大量的含有动植物油脂的废水。

为了使进入城市污水管道的油脂减量，各地环保部门对餐饮业的油脂排放做出了各种规定，这些规定的共同之处是所有的厨房排水口必须安装油脂截流装置，使用最为普遍的就是油水分离槽，大部分的油脂便被截留在该槽中，这种废油脂被称为“地沟油”。

自从这些油脂是一种可再利用的资源被人们认识以后，它便成了抢手货，一支捞油回收队伍便应运而生。

出现了许多无固定场所、无营业执照、无管理的“三无”废油脂处理加工点，这其中有相当一部分加工点把这些废油经简单处理后，作为精制食用油又重新回到了市场，对居民健康构成了潜在的严重威胁。

这种现象已经发展成全国性的问题，中央电视台及各省市媒体对这种现象都作了跟踪报道，引起了各地政府的高度重视。

近年来，我国部分城市相继出台了“禁止地沟油非法加工”等相关管理条例。

因此地沟油的再利用技术也成为一个新的研究项目，引起了科研工作者的极大关注。

目前国内对“地沟油”的处置再利用途径比较单一，主要是通过初加工或简单的深加工，制成的产品有：硬脂酸原料、饲料添加剂（替代进口三级牛油）、肥皂原料、机械加工用油、脱模油等。

所有的这些方法都存在着技术落后，设备简陋，污染严重，卫生状况恶劣等相同的问题。

而研究发现以植物油为主的“地沟油”一般由14-18个碳链组成，而柴油分子是由15个左右的碳链组成，因此将“地沟油”再生为生物柴油的研发便成了国内外专家的主攻方向。

二、生物柴油研发状况
生物柴油最早于1988年诞生于德国，经几十年的发展已取得了较大成就。

由于原料的成本和充足供应问题已成为目前生物柴油发展的瓶颈。

所以，世界各国纷纷根据本国国情选择
合适的原料生产生物柴油。

美国主要利用高产转基因大豆，发展以大豆油为原料的生物柴油产业；欧洲各国，尤其是德国，大规模种植油菜，采用菜籽油生产生物柴油；东南亚地区适合种植油棕，当地各国利用棕榈油作为生物柴油生产原料。

我国生物柴油的研究与开发虽起步较晚，但发展速度很快。

但是，与国外相比，我国在发展生物柴油方面还有相当大的差距，长期徘徊在初级研究阶段，未能形成生物柴油的实用化产业化。

也正因为没有完善的产业技术，政府也尚未针对生物柴油提出一套扶植、优惠和鼓励的政策办法，更没有制定生物柴油统一的标准和实施产业化发展战略。

我国餐饮及工业废油来源广，用废油生产生物柴油已成为生物柴油研究的一大趋势。

而且用这种方法生产生物柴油可起到双重环保的作用。

目前生物柴油主要是用化学法生产，即用动物和植物油脂和甲醇或乙醇等低碳醇在酸或者碱性催化剂和高温下进行转酯化反应，生成相应的脂肪酸甲酯或乙酯．经洗涤干燥即得生物柴油。

甲醇或乙醇在生产过程中可循环使用，生产过程中可产生10%左右的副产品甘油。

三、项目的必要性和意义
1、有利于地沟油的合理甚至合法化的处理
地沟油是人们在生活中对于各类劣质油的统称，可分为三类：一是狭义的地沟油，即将下水道中的油腻漂浮物或者将宾馆、酒楼的剩饭、剩菜（通称泔水）经过简单加工、提炼出的油；二是劣质猪肉、猪内脏、猪皮加工以及提炼后产出的油；三是用于油炸食品的油使用次数超过一定次数后，再被重复使用或往其中添加一些新油后重新使用的油。

地沟油质量极差、极不卫生，过氧化值、酸价、水分严重超标。

首先，由于混合后的地沟油与一般的散装食用油从色泽、味道上都没有明显的区别，给人们的鉴别带了困难。

最主要的是它含有毒素，流向江河会造成水体营养化，一旦食用，则会破坏白血球和消化道黏膜，引起食物中毒，长期摄入，人们将出现体重减轻和发育障碍，易患腹泻和肠炎，并有肝、心和肾肿大以及脂肪肝等病变，甚至致癌。

“过菜油”之一的炸货油在高温状态下长期反复使用，与空气中的氧接触，发生水解、氧化、聚合等复杂反应，致使油黏度增加，色泽加深，过氧化值升高，并产生一些挥发物及醛、酮、内酯等有刺激性气味的物质，这些物质具有致癌作用。

特别需要指出的是,黄曲霉素是地沟油中主要的危害物质之一,这种强烈致癌物质的毒性是砒霜的100倍，不仅易使人发生肝癌，在其他部位也可以发生肿瘤，如胃腺癌、肾癌、直肠癌及乳癌、卵巢、小肠等部位癌变。

一直以来，我国每年都有将经过简单加工的地沟油流回餐桌的恶性事件。

正因为这个行业一本万利，所以这些年来吸引着不少人“前赴后继”地从事地沟油的非法“提炼工作”。

地沟油再利用是遏制“毒油”的一种有效途径。

以地沟油为原料通过化工加工成高效低成本地生产生物柴油，可使地沟油变成一种有利的工业资源，打开了其回收再利用的瓶颈，从而切断其重新流入使用领域的途径，有效保障人们身体健康，改善城市环境，同时也能创造一定的经济效益。

2、有利于解决我国的能源危机
能源危机是人类本世纪中叶即将面临的巨大挑战。

石油是应用最为广泛的能源。

中国是石油资源相对贫乏的国家，人均储量仅为世界的12%。

随着国民经济的高速增长，我国的石油资源日趋紧缺,预估到2020年，进口石油将占总石油消耗量（4亿吨）的63-70％，而国内生产能力仅为1.6亿吨～2.0亿吨，我国原油资源不足，加上国际油价一路飙升的问题严重制约我国的石化工业的发展，为此，我国积极采取措施，加大替代能源基础研究的技术开发的投入，实现能源多元化战略，减少对石油资源的过分依赖。

近年来，生物燃料被认为是很有潜力的替代能源，其中生物柴油在技术先进性，技术成熟度，经济性，配套设施建设等方面具有极强的竞争力，是一种很有发展潜力的新能源，因此，对该项目的建设是十分必要的。

3、有利于缓解我国环境危机
石油在人类社会现代化发展中发挥巨大作用的同时，也带来了严重的生态环境污染问题。

资料显示，大气中70％的二氧化碳、80％的硫化物和70％的氮氧化物来自于化石燃料燃烧后的产物。

出于国家经济利益、战略安全和可持续发展的迫切需要，新型、清洁能源的开发与利用，一直是我国政府和世界各国都极为关注的重大战略问题。

而生物柴油有优良的环保特性，具体表现为：生物柴油含硫量低，可使二氧化硫和硫化物的排放减少约30％；生物柴油不含对环境造成污染的芳香烃；与普通柴油相比，生物柴油具有环境友好特点，其柴油车尾气中有毒有机物排放量仅为普通柴油1／10，颗粒物为20％，CO2和CO排放量仅为10%；其废气排放指标可满足欧洲Ⅱ号和Ⅲ号排放标准。

另外，生物柴油可以由废餐饮油等原料制成，这对于保障人民的身体健康以及缓解我国的能源危机和环境危机都具有重要的意义，对建设资源节约型、环境友好型社会起到积极的促进作用。

4、生物柴油其他方面的优点
（1）有较好的发动机低温启动性能，无添加剂冷凝点达零号柴油标准。

（2 有较好的润滑性能，可降低喷油泵、发动机缸体和连杆的磨损率，延长其使用寿命。

（3）具有较好的安全性能。

由于闪点高，生物柴油不属于危险品。

因此在运输、储存、使用方面的安全性又是显而易见的。

（4）具有良好的燃料性能。

十六烷值高，使其燃烧性好于柴油，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。

（5）具有可再生性能。

作为可再生能源，与石油储量不同，其通过农业和生物科学家的努力，供应量不会枯竭。

（6）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。

（7）生物柴油以一定比例与石化柴油调和使用，可以降低油耗、提高动力性，并降低尾气污染。

生物柴油的优良性能使得采用生物柴油的发动机废气排放指标不仅满足目前的欧洲Il号标准，甚至满足随后即将在欧洲颁布实施的更加严格的欧洲III号排放标准。

而且由于生物柴油燃烧时排放的CO2远低于该植物生长过程中所吸收的CO2，从而改善由于CO2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。

四、“地沟油”制生物柴油工艺简介
1、反应原理
利用甲醇或乙醇等醇类物质与地沟油中的主要成分甘油三酸酯发生酯交换反应，利用甲(乙)氧基取代长链脂肪酸上的甘油基，将甘油三酸酯断裂为三个长链脂肪酸甲(乙)酯，酸化油中脂肪酸的分子式可表示为ROOH，其中R的含义为含16、18或20个碳的直链烷烃，通常R还含有1到2个双键，酸化油加工生物柴油的反应方程式为：
由脂肪酸到生物柴油的反应式为：
RCOOH + CH3OH = RCOOCH3 + H2O
由甘油三酯到生物柴油的反应式为：
C3H5(RCOO)3 + 3CH3OH = RCOOCH3 + C3H5(OH)3
2、工艺过程
生产生物柴油的普遍方法——化学法生产：植物和动物油脂与甲醇或乙醇等低碳醇在催化剂的作用下，进行酯化反应生成脂肪酸酯生物柴油。

该项目以废油脂（或地沟油）和甲醇为原料，利用自主研发的一次性复合催化剂生产生物柴油。

工艺转化率高，产品质量好，并且污染物产生较少，达到同类研究国际领先的水平。

生产工艺分四步进行：预处理、酯化、甘油精制、生物柴油精馏。

（1）预处理
将废弃油脂加入到脱油罐中，通入加90～95℃热水，并不断搅拌，使油脂中的磷脂等溶解在水中形成分液层。

磷脂和水的混合物由罐底排出，作为副产品皂脚。

脱胶油后的油脂通过凹凸棒土吸附，去除色素以及恶臭杂质。

棒土每10天更换一次，更换下来的棒土经过挤压释放出滤带的油脂，油脂送到脱油罐再次使用。

棒土作为废弃物。

脱色后经过加热去除原料中水分，然后用泵打入脱酸罐，升温分离出游离酸。

最后经过过率去除植物蜡，得到标准原料油。

预处理过程中，产生的磷脂、游离酸以及植物蜡等作为副产品皂脚出售。

（2）酯化反应
标准原料油与甲醇经静态混合器充分混合后再与催化剂混合，然后进入合成反应器。

混合物料在反应器内经加热盘管通蒸汽加热并控制反应压力（正压），在甲醇大量回流，搅拌器充分搅拌混合的环境下，反应时间控制 3.5-4h。

经化验分析合格后，结束合成反应，向盘管内注入循环冷水，迅速冷却并停止搅拌。

酯化反应主要是动植物酸与甲醇反应生成甲酯和水；甘油酯中丙三醇被甲醇取代，生成低碳链甲酯和甘油。

反应混合物沉降分为甘油相和甲酯相，经离心机分离。

甘油相（粗甘油、水、碱）去碱液分离罐；粗柴油到高位粗柴油中间罐。

（3）柴油精馏
粗柴油由柴油中间罐自流（自动液位控制）到柴油水洗塔（塔顶压力0.1MPa、温度45℃），被来自中和塔饱和盐水充分洗涤。

混合液自流到柴油分液罐，上层精制柴油干燥后经泵打至精馏系统，下层富含甲醇、碱液的饱和盐水的混合液经泵送至甲醇精馏塔。

精馏系统由减压分子精馏塔1、减压分子精馏塔2和精馏塔3组成。

精制柴油首先进入减压分子精馏塔1，塔顶压力保持低0.001MPa，控制温度，在大回流比（15:1）情况下，塔顶馏出富含维生素E 和胡萝卜素的柴油进入减压分子精馏塔2（占进料30%左右）；塔底馏出富含植物沥青的柴油进入柴油精馏塔3（塔顶压力0.002MPa，温度80℃）进一步精馏，分离出生物柴油，直接出装置至罐区。

减压分子精馏塔2 进一步将富含维生素E 和胡萝卜素的柴油在大回流比30:1 情况下提纯。

塔底分离的生物柴油至罐区；塔顶馏出高含维生素E 和胡萝卜素的柴油进入塔3 精馏，塔3分离出的柴油装罐。

精馏过程中在减压分子精馏塔3和柴油精馏塔产生精馏残液，作为副产品皂脚外售。

经甲醇精馏塔精馏后的甲醇循环使用，甲醇精馏塔塔底液经泵至中和塔（塔顶压力0.1MPa，温度45℃）。

（4）甘油精制
粗甘油及生成水进入碱液分离罐分离后，再经过干燥后得到甘油产品。

碱液分离罐分离的碱液多次循环使用后与甲醇精馏塔塔底液一起打入中和塔。

中和塔混合液经过H2SO4 中和后部分循环使用，多余部分回用于原料油预处理——水化脱胶油工序。

3、废水、废渣和过量原料及副产物等的处理
（1）废水
废水→ 沉降→ 过滤→ 脱色、絮凝、中和→过滤
↓ ↓
排放←生化处理← 爆气废渣（另外处理）
（2）废渣
废渣→ 发酵→混合→有机复合肥
（3）副产品
反应混合物→分离→ 副产物→蒸馏、分离→再分离→粗甲酯（重油替代品）
↓ ↓↓
生物柴油甲醇（回收再利用）粗甘油（纯度90%）
五、生物柴油质量
日本采用酸、碱催化的两段工艺技术，以“地沟油”为原料，制得的生物柴油，产品质量远远优于石油柴油，并达到了国际生物柴油标准。

表1：生物柴油各参数与国际标准的比较
而且，使用柴油发动机卡车，对使用100%的生物柴油和0号柴油在尾气排放、转矩数和马力等性能参数方面进行了比较，发现使用生物柴油其尾气黑烟排放浓度只是石油柴油的1/3左右，转矩数和马力与石油柴油相比虽然略有下降，但是丝毫没有影响正常使用。

在对28家使用本产品的运输公司进行的追踪调查，没有一个驾驶员在驾驶上能够感到同石油柴油有什么区别。

六、经济效益估算
以日处理地沟油40吨，产品得量24.1吨作为基准，生产成本测算如下表五（每吨生物柴油的生产成本）：
表2：生产成本预测值
生物柴油年产量：7230吨
年收入：2530万元（7230吨*3500元/吨）
年生产成本：1696万元（7230吨*2346.26元/吨）
年毛利：834万元
投资回报期： 2.5年
参考文献：
[1]巩利平.生物柴油优点与研究现状[J].太原大学学报，2007，8（4）
[2]韩毅.邓宇.生物柴油的发展现状及作为混合燃料添加剂的研究[J] 华工科技，2005，13（5）
[3]吕凡，何品晶，邵立明. 废食用油脂作生物柴油原料的可行性分析［J］. 环境污染治理技术与设备，2006，27（2）：9- 15.
[4]李为民，姚建，杨洪丽．地沟油制备生物柴油[J]．粮食与食品工业，2008，15(1)：22-24．
[5]张勇．利用地沟油制备生物柴油[J]．中国油脂，2008，33(11)：48-50．
[6]牛俊，孙玉梅，薛文，等．KHSO4 催化高酸值地沟油酯化及转酯化的研究[J]．大连轻工业学院学报，2007，26(3)：252-255．
[7]赵宗保，华艳艳，刘波. 中国如何突破生物柴油产业的原料瓶颈［J］. 中国生物工程杂志，2005，25（11）：1- 6.
[8]胡宇．国内外生物柴油开发现状及未来发展［J］．湖南化工，2005 ．
[9]何东平．油脂精炼与加工工艺学［M ］．北京：化学工业出版社，2005:166.
[10]鞠庆华，曾昌凤，郭卫军，等．酯交换法制备生物柴油的研究进展［J］．化工进展，2004,23(10):1053-1057．
[11]张传龙，地沟油制生物柴油及其柴油机燃烧模拟研究. [博士学位论文]中国农业大学.2006
[12]万瑞咨询．２００７万瑞咨询行业数据库［DB／OL］．
[13]范航．生物柴油试制研究．[硕士学位论文]．上海：华东理工大学．2001
[14]孟凡清．利用餐饮业废油制各生物柴油的研究．[硕士学位论文]．上海：华东理工大学．2004
[15]王永红．餐饮废油制取生物柴油的研究．[硕士学位论文]．天津：天津大学．2004
[16]李慧韫．废油脂的综合利用．[硕士学位论文]．天津：天津科技大学．2004
[17]徐元浩．生物柴油的实用性研究．武汉；武汉理工大学．2005
[18]王延耀，废食用油在利用的研究现状与发展趋势[J]。

油脂工程，2003，I 1：47～48
[19]姚亚光，纪威. 地沟油制取生物柴油的效益分析[J]中国农业大学工学院
[20]魏名山，马朝臣．生物柴油的研究和应用进展．能源研究与信息．2003，1：10—13．
[21]]吕凡，何品晶，邵立明．废食用油脂作生物柴油原料的可行性分析[J]．环境污染治理技术与设备，2006，7(2)
[22]毛新武，刘敏，尹平河，等．国内潲水油鉴别检测技术的研究现状[J]．广东化工，2009，36(9)：54-55，99．
[23]邢英，郗怡佳．生物柴油的生产现状及发展前景[J]．广东化工，2006，33(6)：6-9．
[24]李积华，刘成梅，阮荣生，等．“地沟油”碱法催化试制生物柴油的研究[J]．江西食品工业，2004，(2)：30-31．
[25]张爱华，肖志红，张玉军，等．地沟油预酯化及生物柴油的制备研究[J]．粮油加工，2009，(12)：94-98．
[26]孔永平，郑冀鲁．利用地沟油制备生物柴油技术的研究[J]．化学工程与装备，2008，(4)：25-28．。