企業(yè)研究論文-生物柴油及生產(chǎn)概述1生物柴油提出的背景由于石油能源資源有限，隨著世界工業(yè)的快速發(fā)展，能源消耗急劇增長，導(dǎo)致石油價格不斷上漲、全世界都面臨著能源安全的問題。石油能源按目前的使用和開采速度，50年內(nèi)世界石油資源將有可能耗盡。同時，隨著現(xiàn)代社會人們環(huán)境保護(hù)意識的不斷增強(qiáng)，人們逐漸認(rèn)識到汽車尾氣排放所造成的空氣污染是造成城市“光化學(xué)煙霧”污染頻繁出現(xiàn)以及現(xiàn)代人類許多重大疾病的主要原因。因此，尋求資源豐富、環(huán)境友好和經(jīng)濟(jì)可行的大宗代用燃料已成為人類亟待解決的重大問題。目前，已經(jīng)開發(fā)的代用燃料可分為非含氧代用燃料和含氧代用燃料兩大類，前者如天然氣、液化石油氣及氫能源等，后者包括二甲醚、醇類燃料及生物燃料等。這些燃料中，雖然天然氣、液化石油氣、氫均早已投入使用，但由于使用機(jī)械的內(nèi)部構(gòu)造以及燃料的補(bǔ)給及貯存等方面的問題，使得它們的應(yīng)用范圍受到很大的限制；二甲醚作為汽油的替代品，可以由一碳原料(如甲醇)直接合成，是一種很有發(fā)展前途的產(chǎn)品；醇類燃料如乙醇等也主要用作汽油的替代品種而使用，但成本較高；生物燃料主要用作柴油的替代品。生物燃料主要是指由植物中獲取的燃料，還包括從其他可再生資源如動物脂肪和已經(jīng)使用過的油和脂肪中提煉獲取的燃料。其中植物油分子一般由1418個碳的鏈組成，與柴油分子的組成相似。植物油的性質(zhì)與普通柴油相當(dāng)接近，尤其是植物油的有些性質(zhì)如冷濾點、閃點、十六烷值、硫含量、氧含量及生物可降解性等都優(yōu)于普通柴油。植物油的含氧為10%11%，尾氣排放低，具有優(yōu)異的環(huán)保特性。另外，植物的生長期遠(yuǎn)短于石油的生成期，植物可人工種植，且生長過程中吸收CO2，對減少大氣中的CO2有深遠(yuǎn)意義。但植物油單獨用作柴油機(jī)燃料時，因粘度較大、有些植物油的凝點和冷濾點較高，如棕桐油的凝點達(dá)40以上，故冷啟動較困難；植物油的熱值較低，因此發(fā)動機(jī)動力性能有所下降。另外，植物油中不飽和脂肪酸非常多，容易形成結(jié)膠，堵塞油路；不完全燃燒的殘余物沉積在燃燒室，并使活塞環(huán)粘結(jié)、噴油器結(jié)焦，影響柴油機(jī)的使用壽命。此外，從噴油器噴出的植物油油滴比噴出的柴油滴徑大得多，導(dǎo)致氣缸內(nèi)混合氣的形成質(zhì)量較差，未燃燒的燃料噴到氣缸壁后容易流入曲軸箱，引起潤滑油變質(zhì)。植物油的排氣煙度與柴油差別不大，在高負(fù)荷時比柴油低，排氣中氣態(tài)污染物隨著植物油及機(jī)型不同會有所變化。因此植物油一般不能直接應(yīng)用于內(nèi)燃機(jī)，必須經(jīng)過改性處理。比較常見的改性方法有下列4種：直接混合法：將天然油脂與石油柴油、溶劑或醇類按不同比例直接混合后作發(fā)動機(jī)燃料。微乳液法：將動植物油與甲醇、乙醇和1丁醇等混合制成微乳液直接應(yīng)用。高溫裂解法：在惰性氣流中將甘油三酯裂解成一系列混合物，包括烷烴、烯烴、二烯烴、芳烴和羧酸等。酯交換法：利用甘油三酯與低級醇在催化劑作用下得到脂肪酸低級醇酯，即生物柴油，這是目前油脂改性的主要方法。這4種方法中，混合法和微乳液法屬于物理法，高溫裂解法和酯交換法屬于化學(xué)法。使用物理法可以降低動植物油脂的粘度，而且簡單易行，但十六烷值不高，易變質(zhì)，油的高粘度和不揮發(fā)性可導(dǎo)致噴嘴不同程度的結(jié)焦、活塞環(huán)卡死和結(jié)炭、潤滑油污染等問題，不能長時間應(yīng)用。高溫裂解法過程簡單，沒有任何污染物產(chǎn)生，缺點是在高溫下進(jìn)行，需要催化劑，裂解設(shè)備昂貴，反應(yīng)很難控制，且當(dāng)裂解混合物中硫、水、沉淀物及銅片腐蝕值在規(guī)定范圍內(nèi)時，其灰分、炭渣和濁點就超出規(guī)定值。另外，高溫裂解法的產(chǎn)品中生物柴油的含量不高，大部分是生物汽油。酯交換法主要利用?；D(zhuǎn)移作用將高粘度的動植物油脂轉(zhuǎn)化成低粘度的脂肪酸酯，使得天然油脂的分子量降低至原來的13，粘度降低8倍，與柴油接近，同時提高了燃料的揮發(fā)度，十六烷值達(dá)50?？梢宰鳛榈V物柴油的代用品直接使用。2生物柴油的概念生物柴油這一概念最早由德國RudolfDesel博士于1985年提出，并在1990年巴黎博覽會上展示了使用花生油作燃料的發(fā)動機(jī)。生物柴油較系統(tǒng)的研究工作始于20世紀(jì)50年代末60年代初，在70年代的石油危機(jī)后得到了大力發(fā)展。生物柴油的主要成分是高級脂肪酸的低級醇酯，即軟脂酸、硬脂酸、油酸、亞油酸等長鏈飽和或不飽及脂肪酸同甲醇或乙醇等醇類物質(zhì)所形成的酯類化合物。生物柴油基本不含硫和芳烴。生物柴油的十六烷值高達(dá)52.9，氧含量達(dá)10%-11%。與普通柴油相比，富氧燃燒對燃油完全燃燒有利，特別是在高負(fù)荷下、高燃料濃度區(qū)，可減少CO、SO2、碳?xì)浠衔铩⒍喹h(huán)苯類致癌物質(zhì)和“黑煙”等污染物排放；而高十六烷值，使得燃油著火性能好，滯燃期短，故未燃碳?xì)浜土呀馓細(xì)渚?，CO排放量降低；生物柴油有較好的發(fā)動機(jī)低溫啟動性能，無添加劑時冷凝點達(dá)-20；有較好的潤滑性能，可降低噴油泵、發(fā)動機(jī)缸和連桿的磨損率，延長其使用壽命。同時，生物柴油的開口閃點高，儲存、使用、運(yùn)輸都很安全，不在危險品之列。生物柴油和常規(guī)柴油的性能比較見表1所示。目前，國外對生物柴油的燃燒特性和排放特性已進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究。結(jié)果表明，生物柴油和柴油按一定比例混合后，未損壞柴油機(jī)性能，未增加燃料成本，使用安全性高，排放性能優(yōu)于純柴油，完全可以替代柴油。采用生物柴油的發(fā)動機(jī)廢氣排放指標(biāo)不僅滿足目前的歐標(biāo)準(zhǔn)，甚至滿足在歐洲頒布實施的更加嚴(yán)格的歐排放標(biāo)準(zhǔn)。如使用菜籽油甲酯的柴油機(jī)，按FFP75規(guī)程試驗時碳?xì)浠衔锱欧艤p少20%，CO排放下降15%，煙度約減少40%，多環(huán)芳香烴的排放也減小，而NOx排放約增加了10%，醛和酮的排放增加了40%。國內(nèi)對此較為系統(tǒng)的研究報道目前還較少。實際使用時，生物柴油可以與柴油以任意混合比混合使用，也可以單獨使用。使用普通柴油的發(fā)動機(jī)(對有些機(jī)型僅需換密封圈和濾芯)，無需作任何改動，并對駕駛無任何影響。駕駛者根本無法區(qū)分兩者的駕駛動力差別。實際上如果將生物柴油作為礦物柴油的調(diào)合組分，可以起到提高十六烷值，降低硫含量，特別是改善潤滑性能的作用。如在煉油廠深度加氫生產(chǎn)的低硫、低芳烴柴油中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%5%生物柴油，即可改進(jìn)潤滑性能，比采用潤滑添加劑經(jīng)濟(jì)合理，排放性能也可大幅度提高。生物柴油的主要缺點是甲酯易于氧化和聚合，當(dāng)它滲入潤滑油時會形成堵塞機(jī)油泵的油泥；其次生物柴油中通常含有微量的醇與甘油，這會使與之接觸的橡膠零件如橡膠膜、密封圈、燃油管(即燃油接觸的橡膠配件)等逐漸降解；另外，甘油容易堵塞輸油管道和噴油嘴。盡管如此，由于生物柴油本身無毒，生物降解率達(dá)98%，其降解速率是石油柴油的兩倍，對土壤和水的污染較少，可以降低90%的空氣毒性，降低94%的致癌率；沒有硫散發(fā)，可減少酸雨發(fā)生，有益于保護(hù)生態(tài)環(huán)境。特別是生物柴油具有可再生性，作為一種可再生能源，資源不會枯竭。因此，作為優(yōu)質(zhì)的柴油代用晶，目前世界上許多國家正大力開發(fā)這種技術(shù)并推進(jìn)其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。3生物柴油的生產(chǎn)3.1酯交換法合成生物柴油目前，工業(yè)生產(chǎn)生物柴油主要是應(yīng)用酯交換法。在油類酯交換反應(yīng)中，甘油三酸酯與醇在催化劑作用下酯交換得到脂肪酸甲酯和甘油。各種天然的植物油和動物脂肪以及食品工業(yè)的廢油，都可以作為酯交換生產(chǎn)生物柴油的原料?？捎糜邗ソ粨Q的