生物柴油研究及其工业化文档格式.docx

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其生产原料来源广泛，含油植物如大豆、花生油、菜籽、玉米、棉籽、葵花籽、小桐籽、光皮树、黄连木、芒属作物、工程藻等和动物油脂如猪油、牛油、鱼油等以及废食用油均可以作为生产生物柴油的原料。

1.1生物柴油的化学组成

生物柴油主要是由C、H、O三种元素组成。

其主要成份是棕榈酸（C16∶0）、硬脂酸（C18∶0）、油酸（C18∶1）、亚油酸（C18∶2）、亚麻酸（C18∶3）、二十二酸（C22∶1）等长链饱和或不饱和脂肪酸与短链醇类物质所形成的酯类化合物。

根据KevinJ.Harrington的研究[5]，作为柴油替代品的理想物质应当有如下的分子结构:

（1）拥有较长的直碳链；

（2）双键的数目尽可能要少，最好只有一个双键，并且双键位于碳分子链的末端或者是均匀分布在碳分子链中；

（3）含有一定含量的O元素，最好是酯类、醚类、醇类化合物；

（4）分子结构尽可能没有或只有很少的碳支链；

（5）分子中不含有芳香烃结构。

原因在于：

碳链较长，可以保证有比较高的沸点，不易挥发，有利于安全储存、运输和使用，但碳链过长，则会使其熔点过高，而导致流动性和低温性能变差，一般认为16～19个碳比较合适；

含有双键可以保证在常温下保持液体状态，增加流动性，特别是低温流动性，保证了作为燃料使用的必要条件；

双键过多会使物质不稳定，且燃烧不完全，影响作为燃料使用的适用性；

双键位于分子链的末端或均匀分布，可以使该物质的抗震性增加，并且易于点燃；

没有碳支链的存在可以使其易于氧化，保证燃烧充分，不会产生碳沉积而堵塞燃料的喷嘴；

没有芳香烃结构的存在，可以保证充分燃烧，不会产生碳黑；

长碳链结构还可以使生物柴油能以任何比例与矿物柴油相混和。

因此，一般将理想的柴油替代品的分子式表示为:

C19H36O2，并具有如下所示的分子结构:

C=CCCCCCCCCCCCCCCCCOOC

生物柴油的主要成分是C14～22的直链饱和或不饱和脂肪酸甲酯或乙酯，可以看出生物柴油的分子结构基本上与理想的柴油替代品的分子结构相类似。

因此，从理论上来讲，生物柴油具有代替矿物柴油使用的可能性[6-10]。

1.2生物柴油的优点

基于生物柴油的化学组成和理化性质，生物柴油具有许多石化柴油所没有的优点，归纳如下[11-15]：

（1）以动植物油脂为原料，可再生；

（2）具有优良的环保特性。

主要表现在生物柴油中硫含量极低，使得二氧化硫和硫化物的排放量非常低，其大量使用不会形成酸雨；

生物柴油中不含对环境造成污染的芳香族烷烃，因而废气对人体损害低于柴油；

由于植物生长过程中所吸收的二氧化碳与生物柴油燃烧过程中所释放的二氧化碳相当，因此使用生物柴油不会造成温室效应；

（3）性能优于石化柴油。

主要表现为在十六烷值高，燃烧性能优于普通柴油，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；

具有较好的润滑性能，喷油泵、发动机缸体和连杆的磨损率低，使用寿命长；

具有较好的低温发动机启动性能，无添加剂冷滤点达-20℃；

无腐蚀性,不损坏供油系统和发动机；

（4）具有生物可降解性。

在普通环境中,21天内生物可降解性高达92%（OECD测试CECL-33-T-82），说明具有极好的降解性，可大大减轻因意外泄漏而造成的环境污染；

（5）使用生物柴油无需对现有的柴油发动机作任何改进，可直接添加使用，同时无需另行开发加油设备、储存设备及人员的特殊技术训练；

生物柴油可以以任何比例与石化柴油混溶,使用方便,可直接使用,但掺混使用效果更好；

（6）具有较好的安全性能。

由于闪点高，生物柴油不属于危险品，在运输、储存、使用方面的优势显而易见。

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Ⅱ号标准，而且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。

而且生物柴油也是惟一的一种通过美国环保局（FPA）有关排放指标和潜在的健康影响评价，第一个满足美国“1990清洁空气法案”的健康影响评价的可替代燃料。

生物柴油是一种真正的绿色柴油。

1.3生物柴油的发展现状

1.3.1国外生物柴油的发展现状[16-21]

随着石油价格的攀升,许多国家都制订了生物柴油研究发展计划。

上个世纪全球能源的消耗增长了17倍,而诸如CO2，SO2和NOX的排放物正是大气污染的主要来源,所以各国开始渐渐重视环境友好的生物能源的研究与生产。

1）美国

生物柴油在美国的商业应用始于20世纪90年代初，但是直到最近两年才形成规模，已成为该国产量增长最快的石油替代品。

美国权威机构ASTM相继在1996年和2000年发布标准，完善生物柴油的产业化条件，并且政府实行积极鼓励的方式，在生物柴油的价格上给予一定的补贴。

美国在利用生物技术开发油料植物方面投入了很大科研力量,开始通过基因工程方法研究高含量油的植物。

美国生物柴油生产的原料主要有大豆油、黄脂膏和牛油脂等，其中高产转基因大豆是主要的原料，以大豆油为原料生产的生物柴油在美国生物柴油市场上的占有率达到88.5%。

生物柴油产业在美国发展相当迅速，2006年4月全美有65家生物柴油生产厂，到8月底已增加到81家，总生产量达到5亿加仑（约合162.8×

104t），还有一批遍布美国的生产厂正在筹备之中。

2）欧盟

欧盟是全世界生物柴油发展最快的地区。

2001年11月，欧盟理事会提议大力推广使用生物柴油，为履行“京都议定书”规定的目标（2008～2012年间，欧盟将二氧化碳排放量减少8%），欧盟推出了一系列的优惠政策，鼓励开发和使用生物柴油，鼓励在不适合种植粮食的土地上种植富油脂的农作物来生产生物柴油，要求各成员国对生产和销售生物柴油免征增值税。

欧盟国家生产生物柴油主要以油菜为原料。

据欧洲生物柴油委员会公布的数据,2002年欧盟生物柴油生产总量为106.5×

104t,2003年提高到143.4×

104t,增加了35%；

2003年生产能力为204.8×

104t，2004年提高到224.6×

104t，增加了10%，目前生物柴油产能约为610×

104t/a，比2005年增长45%，预计到2010年产量将达到800×

104-1000×

104t,生物柴油在柴油市场中的份额将达到5.75%，2020年可达到20%。

欧盟部分国家生物柴油生产装置见表1.3。

德国是目前全球最大的生物柴油生产国,主要以纯态生物柴油（B100）作为车用燃料,享受免征燃油税政策。

法国的生物柴油以5%的调和比例加入到石油柴油中进入市场。

同时在排放控制严格的地区，B30生物柴油也作为公共交通燃料。

意大利是目前欧洲生物柴油使用最广的国家,生物柴油主要用于柴油车辆和农业机械方面,基本上使用纯态生物柴油作为车用燃料。

3）其它国家

2003年7月，巴西政府重新启动“生物柴油计划”，巴西科技部计划生物柴油在2020年至少要占到市场份额的20%。

巴西政府规定，自2008年1月开始，强制性要求燃料销售商在柴油燃料中添加2%的生物柴油，到2013年1月添加比例将提高至5%。

在巴西东北部，适合种植蓖麻的土地有200万公顷，几年之内，巴西蓖麻的年产量就可达到200万吨，能生产生物柴油1.12亿公升。

日本于1995年开始研究生物柴油，1999年建立了日产259吨用煎炸油为原料的生物柴油工业化生产实验装置，目前日本生物柴油年产量可达40万吨。

新加坡裕廊岛上将兴建投资1.3亿美元的世界上最大的生物柴油厂，该厂将以棕油为主要原材料，全面投产后的生物柴油年产量可达180万吨；

在加拿大，生物柴油还没有付诸商业应用，但关于生物柴油的车辆测试正在进行中；

印度于2002年7月成立了生物燃料领导小组,筛选麻疯树作为最有种植潜力的油料作物品种,预期2011～2012年末使生物柴油的调和比例达到20%；

乌拉圭决定投资4000万美元建一个酒精生产厂和一个生物柴油厂；

马来西亚于2005年8月公布了“国家生物柴油政策”，马来西亚采用棕榈油和废油生产生物柴油，还准备与中国合作建立生物柴油厂；

菲律宾用椰子油生产生物柴油。

此外，阿根廷、韩国、保加利亚以及俄罗斯等国也正积极发展生物柴油。

1.3.2国内生物柴油的发展现状[16-21]

我国生物柴油的研究与开发虽起步较晚,但发展速度很快。

在我国政府的鼓励和支持下生物柴油的生产正蓬勃兴起，中国农科院、中国农业工程研究设计院、中国科技大学、辽宁省能源研究所、湖南省林业科学院、四川大学、北京化工大学、清华大学、华中科技大学等研究机构和大学也纷纷启动了生物柴油的技术工艺研究与开发。

目前我国已在生物柴油生产关键技术研究上取得重大进展,产品各项指标达到美国ASTM6751标准，使用性能良好，产品价格也具有相当的市场竞争力。

近两年来，海南、四川、福建等省的一些公司也开发出拥有自主知识产权的技术,相继建成年产超过万吨的生物柴油生产企业。

因为有比较丰富的麻疯树果油、菜籽油资源,湖北、广东、贵州、四川、福建、海南等许多地区都把发展生物柴油作为近期科技攻关项目和发展规划。

在原料方面,海南正和生物能源有限公司在河北开发了11万亩黄连木种植基地，每年可产果实2×

104-3×

104t，近期将扩大黄连木种植面积到50×

104亩，同时在海南省筹建10×

104亩油棕基地。

但目前大多数的厂家生产原料还是以食用油压榨后的下脚料和餐饮油为主。

2006年11月1日，国家林业局会同财政部、国家发改委、农业部、税务总局联合下发了《关于发展生物能源和生物化工财税扶持政策的实施意见》。

中国国家发改委能源研究所副所长李俊峰表示,中国加快发展生物柴油势在必行，目前，中国生物柴油生产、质量、测试体系标准已具雏形,并将于明年内正式出台。

由于政策扶持制度与生产标准的不断完善，许多遍布中国大中城市的生物柴油厂家正在筹备中。

目前，已投产和在建的生物柴油生产厂约35家，绝大多数采用的是碱法催化工艺，都具备了一定的生产能力，如：

海南正和生物能源公司（河北邯郸武安）生产能力为3×

104t/a，古杉集团公司生产能力为17×

104t/a（已建成1万吨生物柴油生产线1条、3万吨生物柴油生产线2条，10万吨生物柴油生产线1条），福建卓越新能源发展公司生产能力为3×

104t/a。

我课题项目组在十五期间与海纳百川公司合作，在湖南益阳建设2万吨生物酶法生产示范线，已于2006年12月20日正式建成投产。

这是国内首家将酶法生产生物柴油技术成功进行产业化，也是目前世界上首个脂肪酶工艺生产示范线。

1.