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摘要:能源危機推動了生物柴油產業的發展,生產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業發展狀況,當前生物柴油產業發展中存在的問題,并提出初步解決辦法。

關鍵詞:生物柴油;發展現狀;存在問題;解決辦法

能源是現代社會賴以生存和發展的重要物質基礎。20世紀70年代以來的能源危機,以及石化燃料燃燒所引發的一系列生態危機,正嚴重威脅著人類的生存和社會的持續發展,近年石油消耗量的增加及國際政治的影響,石油價格飛速上漲。油價飆升給全球經濟和個人生活帶來了嚴重的沖擊,同時也推動了世界生物柴油產業的發展。

1、生物柴油生產技術

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性,導致發動機噴嘴不同程度結焦、活塞環卡死和碳沉積等問題。植物油和動物脂肪裂解缺點是在高溫下進行,需催化劑,而且反應難以控制,設備昂貴;而酯交換法主要通過酯基轉移將高粘度植物油或動物油脂轉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。

1.1直接或混合使用

直接混合法將天然油脂與石化柴油、化學溶劑或醇類直接混合使用。國內外學者曾將柴油機供油提前和噴油壓力調整后,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,能達到標定功率。但使用植物油存在冷啟動困難,容易出現燃燒室積碳,活塞環粘結、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,透明、熱力學穩定,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成分,因此可以改善霧化特性。但發動機長期使用植物油乳化燃料會出現積碳和潤滑油粘度增加等問題。

1.3熱裂解

熱裂解是一種物質在催化劑作用下,由熱能引起化學鍵斷裂生成小分子物質過程,植物油分子量較大,熱裂解使分子量減小,達到降低粘度目的。從高分子有機結構轉化為結構簡單碳氫化合物,其碳數分布及低溫啟動性能與石油、柴油類似,但穩定性稍差。熱裂解工藝復雜,設備龐大,造成產品成本過高,不能達到工業化生產及使用程度。

1.4酯交換法

酯交換法是目前生產生物柴油主要方法,是用化學法生產,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℃)下進行酯化反應,生成相應的脂肪酸甲酯或乙酯,再經洗滌干燥即得到生物柴油。但化學法合成生物柴油有以下缺點:工藝復雜、醇必須過量,后續工藝必須有相應的醇回收裝置,能耗高,色澤深。由于油脂中不飽和脂肪酸在高溫下易變質,酯化產物難以回收,成本高,生產過程有堿液排放。

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行轉酯化反應,制備相應脂肪酸甲酯或乙酯。酶法合成生物柴油具有條件溫和、醇用量少、無污染排放等優點。

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率高,但反應速度慢,分離難且易產生三廢。堿催化酯交換反應速率比酸催化要快的多,常用無機堿催化劑有甲醇鈉、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活性相當高,易溶于脂肪酸,酯轉化完全;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,造成環境污染;而固體酸作催化劑,產品容易分離,既降低成本,簡化工藝流程,又環保,成為人們關注的焦點。目前工業上常以天然油脂為原料生產生物柴油。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行。單純采用堿催化酯交換法生產脂肪酸甲酯損失大、得率低,一般先加入酸性催化劑,對原料進行預酯化,然后加入堿催化劑進行酯交換。

1.4.2酶催化酯交換

傳統酸、堿催化制備生物柴油存在工藝復雜、醇消耗量大、產物難回收、環境污染大等缺點。酶催化制備生物柴油具有條件溫和、醇用量小、產品易于收集、無污染排放等優點。酶催化酯交換制備生物柴油一般采用固定床反應器,且為多級反應器。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由于酶價格高,反應時間太長,反應產率低,目前應用受到限制。

2、我國生物柴油產業的現狀

2.1我國生物柴油的發展

2001-2003年是我國生物柴油發展的初始階段。2001年之前我國只有商丘油脂化學廠一家有生物柴油生產車間,但一直沒有正常生產。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工廠在河北武安市正式建成投產,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,設計年生產生物柴油能力為1萬噸。截止到2003年底,我國共有生物柴油生產企業5家,年生產能力為9萬噸,年產量達到4-5萬噸,生產原料多以餐飲和食品企業回收的廢油為主。為推動我國生物柴油產業的發展,中國工程院于2003年1月17日召開“生物柴油植物原料發展討論會”。參會專家指出,大量、穩定、價格合理的植物原料供應是我國生物柴油產業持續、健康發展的基礎。加上2003年下半年以后,國際市場原油價格出現持續上漲,推動了我國生物柴油產業的快速發展。2005年底生物柴油產業生產企業達到8家,年生產能力達到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法律予以公布,于2006年1月1日正式實施。2006年部分大型生物柴油項目陸續竣工投產,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,國內生物柴油產業的快速擴張,原料供應緊張,大型生物柴油企業開工率不足的問題陸續出現。

2.2我國生物柴油產業發展中純在的問題和解決辦法

生物柴油產業發展主要問題之一,是成本高。因此,采用廉價原料,提高生物柴油生產過程的轉化率,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用化的關鍵。

另外,研究人員也進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,選擇較廉價原料:①食品和餐飲企業的生產廢油以及地溝油、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,在生產技術方面,對不同原料進行不同的工藝技術,使生產費用下降。最后,國家政策支持。國家給予適度財政補貼和稅收優惠,使生物柴油生產更具有競爭力;同時制定生物柴油發展規劃,大力培育生物柴油是消費市場。超級秘書網：

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