生物柴油-生物化学课程论文最终版.docx

生物化学课程论文 论文题目: 生物柴油 班 级： 实验1401 学 号： 2014012177 学生姓名： 张博文 一生物柴油的提出 生物柴油这一概念最早由德国工程师DrRudolf Diesel于1895年提出，是指利用各类动植物油脂为原料，与甲醇或乙醇等醇类物质经过交脂化反应改性，使其最终变成可供内燃机使用的一种燃料。 发动机的发明家狄色尔早在1912年美国密苏里工程大会报告中就指出，用菜籽油作发动机燃料在今天看起来并没有太大意义，但将来会成为和石油及煤一样重要的燃料。 1983年美国科学家首先将菜籽油甲酯用于发动机，燃烧了1000个小时。并将以可再生的脂肪酸单酯定义为生物柴油。 1984年美国和德国等国的科学家研究了采用脂肪酸甲酯或乙酯代替柴油作燃料，即采用来自动物或植物脂肪酸单酯包括脂肪酸甲酯，脂肪酸乙酯及脂肪酸丙酯等代替柴油燃烧。二生物柴油的优点 石化柴油主要由原油蒸馏、催化裂化、热裂化、加氢裂化、石油焦化等过程生产的柴油馏分调配而成；也可由页岩油加工和煤液化制取，即是由不可再生资源制成，加速的能源的枯竭，并不符合可持续发展的原则。而生物柴油是有油料作物、野油料植物工程微藻等水植物油脂及物油脂、餐饮垃圾油等原料油通酯交换工艺制成，是一种可再生能源，其资源不会像石油、煤炭那样会枯竭。 同时，通过制备方法的不同，还可知生物柴油和石化柴油相比含硫量低，使用后可使二氧化硫和硫化物排放大大减少。生物柴油不含对环境造成污染的芳香族化合物，燃烧尾气对人体的损害低于石化柴油，又具有良好的生物降解特性。生物柴油中所含的氧元素能促进燃料的燃烧，可以提高发动机的热效率。 此外，生物柴油的闪电高于石化柴油，不属于危险燃料，在运输、储存、使用等方面的优点明显；和石化柴油相比，生物柴油具有良好的发动机低温启动性能，冷滤点达到-20；生物柴油的润滑性能较好，可以降低发动机供油系统和缸套的摩擦损失，增加发动机的使用寿命，从而间接降低发动机的成本；生物柴油的十六烷值比柴油高，因此燃料在使用时具有更好的燃烧抗暴性能，因此可以采用更高压缩比的发动机以提高其热效率。三生物柴油的生产原理 （一）物理法 物理法及通过物理机械的作用，按比例将动植物油脂与石化柴油混合，得到的油品因掺入了一定的动植物油脂而被称为生物柴油。根据混合方式的不同分为直接使用法、稀释混合法和微乳化法三种。该方法较古老，为最初制备生物柴油的方法，并且长期使用会导致气阀积碳等不良效应，因此物理法生产的柴油不能称之为合格的生物柴油。 （二）化学法 （1）油脂水解油脂在酸或碱溶液中水解可得脂肪酸和甘油： 此反应的速率受温度影响较大。低温时油脂水解速度极慢，要用催化剂来加速水解反应；随反应温度的升高，水解反应速度加快，在高温(200以上)时，即使没有催化剂，水解速度也很快。水解温度不能过高，例如不能超过260，因这时除主反应外，还会发生油脂或甘油的裂解、聚合等副反应，使脂肪酸得率下降，产品色泽加深，气味加重。 (2)脂肪酸的酯化为提高酯的产量，通常加入过量的脂肪酸或醇，或不断从反应相中移出生成的水。如果生成的酯沸点很低，则可以用加热的方法将酯蒸出。 (3)酯交换反应 利用了其中的醇解反应，即油脂（甘油三酯）与甲醇在催化剂的作用下，可直接生成脂肪酸单酯（生物柴油）和另一种醇（甘油），而不必将油脂水解后再酯化。反应中可用酸催化，也可用碱催化，但二者的反应历程和机制完全不同。一般来说，酸性条件下反应温度要求较高，时间也较长。四生物柴油的生产工艺 （一）酸/碱催化法 （1）两步法 先将含游离脂肪酸的动植物油脂经加压水解生成脂肪酸，然后在硫酸催化剂的作用下和甲醇发生酯化反应生成相应的脂肪酸甲酯，再经洗涤干燥即得生物柴油。 两步法醇解过程 将油脂、甲醇和氢氧化钠催化剂泵入反应器1，在一定压力下反应，使转化率达到90%以上，分离甘油； 为使反应完全，在低温下将混合物泵入反应器2，进行二次反应； 在沉降器2中除去甘油，两处甘油混合，浓度达90%； 甲酯中的甲醇在真空闪蒸器中除去。特点：必须先将废油脂转化为脂肪酸，综合得率低，生产过程产生废水较多，对环境有较大影响。 （2）一步法 在反应器内，油脂与甲醇在催化剂的作用下，直接生成脂肪酸单酯（生物柴油）和甘油。特点：工艺连续化。通过连续反应器，可以快速进行转酯化，实现工业连续化生产，在相同的时间内，大大提高生物柴油产能。无水纯化。采用无水纯化工艺对粗生物柴油进行精制，减少了水洗耗水，节约了资源，同时节省了污水处理设施投资和污水转移费用。 （二）生物酶合成法 用动物油脂和低碳醇通过脂肪酶进行转酯化反应，制备相应的脂肪酸甲酯及乙酯。特点：脂肪酶来源广泛, 具有选择性、底物与功能团专一性, 在非水相中能发生催化水解、酯合成、转酯化等多种反应, 且反应条件温和, 无需辅助因子。但脂肪酶对长链脂肪醇的酯化或转酯化有效，而对短链脂肪醇(如甲醇或乙醇等)转化率低；甲醇和乙醇对酶有一定的毒性，容易使酶失活；副产物甘油和水难以回收，不但对产物形成一致，而且甘油也对酶有毒性；短链脂肪醇和甘油的存在都影响酶的反应活性及稳定性，使固化酶的使用寿命大大缩短。 （三）超临界法 （1）超临界状态 所谓超临界状态, 就是指当温度超过其临界温度时，气态和液态将无法区分，于是物质处于一种施加任何压力都不会凝聚流动的状态。临界流体在化学反应中既可作为反应介质，也可直接参加反应。在超临和反应动力学，从而提供了一种控制产率、选择性和反应产物回收的方法。若把超临界流体用作反应介质时，它的物理化学性质，如密度、粘度、扩散系数、介电常数以及化学平衡和反应速率常数等，常能通过改变操作条件而得以调节。一般认为，在超临界相中进行的化学反应，由于传递性质的改善，要比在液相中的反应速率快。充分运用超临界流体的特点， 能使传统的气相或液相反应转变成一种全新的化学过程，从而大大提高其效率。 （2）超临界状态生产生物石油 超临界法制取生物柴油是指在超临界流体条件下进行的酯交换反应。 超临界法中发展最迅速的是通过无催化剂的超临界甲醇法生产生物柴油，超临界状态的甲醇作为反应底物直接参与反应。用植物油与超临界甲醇反应制备生物柴油的原理和化学法相同，都是基于交换反应，但是超临界状态下，甲醇和油脂均为均相，均相反应的速率常数较大，所以反应时间短。1 连续制备生物柴油的流程，一定质量的废弃油脂经过滤除杂等预处理过程后，与甲醇在混合器中进行混合，利用高压泵将反应混合物泵人管式反应器内，反应器温度由恒温装置进行调节控制，反应压力由高压泵及调压阀进行调节控制。2 在一定温度、一定压力条件下反应一定时间后，反应产物被收集在产品罐中，待两相完全分离后，对两相分别进行甲醇分离过程及干燥过程，即可制得生物柴油以及副产物甘油。分离后的甲醇，可进行循环使用。 优点：超临界流体技术制备生物柴油无需使用催化剂，具有环境友好、反应速率快、反应时间短和转化率高等优点。五生物柴油的不足 一方面，在国家“不能与粮争地”、“不能与人争粮”、“不能与人争油”、“不能污染环境”的“四不”政策下，提炼生物柴油的原料只能用油料作物或者地沟油，而地沟油的收集是一个难题。据统计，生物柴油制备成本的75%是原料成本。因此采用廉价原料及提高转化从而降低成本，是生物柴油能否实用化的关键。另一方面，用酯交换方法合成生物柴油有以下缺点：工艺复杂、醇必须过量，后续工艺必须有相应的醇回收装置，能耗高，设备投入大；色泽深，由于脂肪中不饱和脂肪酸在高温下容易变质；酯化产物难于回收，回收成本高；生产过程有废碱液排放。6 结论与总结在过去的一百多年里，生物柴油生产技术日趋成熟，从最初的稀释混合法等到后来的酸碱催化法，