植物油与生物柴油技术

1、植物油与生物柴油技术 1人类能源利用历史 生物质煤炭天然气、石油2第1节 能源植物与植物油燃料能源植物能源植物(Energy Plant)(又称“石油植物”或生物燃料油植物)通常是指那些具有合成较高还原性烃的能力，可产生接近石油成分和可替代石油使用的产品的植物，以及富含油脂的植物。目前全世界植物生物质能源（主要是森林）每年生长量相当于600800亿吨石油，为目前世界开采量的20 27倍。3（一）能源植物种类能源植物包括：(1)富含类似石油成分的能源植物。石油的主要成分是烃类，如烷烃、环烷烃等，富含烃类的植物是植物能源的最佳来源，生产成本低，利用率高，如目前已发现并受到专家赏识的续随子、绿玉树、

2、橡胶树和西蒙德木等；(2)富含碳水化合物的能源植物。利用这些植物所得到的最终产品是乙醇，如木薯、甜菜、甘蔗等；4(3)富含油脂的能源植物。既是人类食物的重要组成部分，也是工业用途非常广泛的原料。世界上富含油的植物达万种以上，我国有近千种以上，其中有的含油率很高，如木姜子种子含油率达，黄脉钓樟种子含油率高达，还有苍耳子等植物。5产油植物已经发现不少可用于生产绿色能源的植物，主要集中在大戟科、菊科、十字花科和豆科等，这些植物中含有天然的燃油成分。有的产油量大，所产油在燃料性能方面接近普通柴油，如油桐、小桐子、光皮树、油楠树等；有的繁殖能力强，生长周期短，生长量大，对环境的适应性强，如续随子、藿藿巴

3、树、蒲公英、油莎草等。这些都是有前途的产燃料油植物。6蓖 麻光皮树7油 茶油 桐8小桐子（麻疯树）乌 桕 油棕9能源植物研究现状：目前，大多数的能源植物尚处于野生或半野生状态，人类正在研究应用遗传改良、人工栽培或先进的生物技术等手段，通过生物质能转换技术提高利用生物能源的效率，生产出各种清洁燃料，从而替代煤炭、石油和天然气等石化燃料。世界上许多国家都开始开展能源植物或“石油植物”的栽种研究，并通过引种栽培，建立起新的能源基地，如“石油植物园”、“能源农场”，以此满足对能源结构调整和生物质能源需求的需要。 10（二）全球目前开发利用的主要能源植物名称形态原产地产量成分使用苦配巴乔木亚马孙河流域5

4、0桶hm-2或10-20Lh-1柴油不经加工提炼香槐乔木欧洲、美国50桶hm-2汽油稍经处理海桐花小乔木菲律宾50 gkg-1汽油加工木棉乔木澳大利亚0.1 kgkg-1重油干木加工麻疯树乔木中国1.5-3thm-2柴油稍经处理黄鼠草草本美国1-6 thm-2石油加工桉树乔木澳大利亚5 桶t-1汽油水蒸气蒸馏棕榈乔木热带雨林10 thm-2可燃油提炼11植物油概念植物油：是指利用野生或人工种植的含油植物的果、叶、茎，经过压榨、提炼、萃取和精炼等处理得到的油料。根据油品组分不同，有些植物油可以作为食用油，但有些只能用和工业原料，甚至有些可以直接用作液体燃料。12植物油的理化性质植物油的化学结构植

5、物油因植物种类、生长地区的不同存在着一些差别。从总体上看，植物油的主要化学成分是脂肪酸甘油酯以及少量非酯物质，含有碳原子、氢原子与氧原子，脂肪酸有饱和脂肪酸与不饱和脂肪酸。普通柴油由不同结构的烃分子构成，这些分子只含碳原子和氢原子，分子呈长链状、枝状或环状。油分子的特性直接影响燃烧的方式。13植物油的燃料特性热值：植物油具有比较高的热值(大于30MJ/ kg)，是柴油的87%89%，从热值上看植物油可以替代柴油作燃料；粘度：在常温下，植物油的粘度一般比柴油高1020倍，这是植物油直接用作燃油的一个最不利因素。但可以增加温度使植物油粘度迅速降低，也可采取掺入柴油的方式来降低植物油粘度；14植物油

6、的燃料特性挥发性：柴油的闪点一般为60左右，而植物油不易挥发，闪点高达234293，故其着火点比柴油高(除桉树油外)，易出现点火困难的现象，但运输、贮存更为安全。抗爆性：柴油机要求十烷值在4060之间，植物油十烷值一般为3540，若柴油机直接使用植物油作燃料，则往往起动困难，运转粗暴。15植物油用作柴油机燃料的燃烧特点柴油机可以直接燃用植物油，动力性能良好，超负荷性能好，热效率高。但由于植物油具有粘度大、着火点高、挥发性差、浊点和混浊度高、含磷等不利因素，柴油机会出现活塞环粘结、输油管或滤清器阻塞、冷起动难、雾化不良、燃烧不完全、耗油量大等现象，长期使用将造成积碳严重等问题。16植物油用作柴油

7、机燃料的使用方式混合使用。将植物油与适量柴油混合使用，着火点迅速下降，积碳量减少，能改善燃料性能，但替代程度不高，最高只能替代50%。微细乳化。采用乳化剂，使液体油脂有效地转化为均匀分散的液相系统，油脂成为比胶状质更微细的液体粒子，从而改善喷雾特性和发动机的点火性能。改性处理。用酯化工艺把植物油转变为甲酯或乙酯类物质，其理化性质与燃烧性能大为改善，各种性能均优于直接燃用植物油，接近柴油，部分指标还优于柴油，成为较为理想的柴油机代用燃料。17第2节 生物柴油生物柴油的概念与特点概念生物柴油：是以各种油脂（包括植物油、动物油脂、废餐饮油等）为原料，经过一系列加工处理而生产出的一种液体燃料，是优质的

8、化石燃料的替代品。18生物柴油的燃料特性黏度：与植物油相比，生物柴油分子链变短，黏度降低，接近柴油水平；挥发性：生物柴油比植物油的挥发性增大，闪点达到110170,介于植物油和柴油之间。19生物柴油的燃烧特性生物柴油用作内燃机燃料时，具有以下优点；不需改装便可应用于各类柴油机，且不会对内燃机的运转与性能造成不良影响；在所有的替代燃油中热值最高； 燃料汽油柴油天然气沼气乙醇裂解气生物油生物柴油甲醇二甲醚热值(MJ/kg)43.0742.5535.5421.5226.78152137.4520.2328.4220生物柴油的燃烧特性闪点高，是柴油的2倍，使用、运输和储藏都很安全；常温下起动性能良好，

9、运转平稳；燃烧状况良好，积碳减少，热效率高，高负荷时还稍高于柴油，略增加油量就可达到额定功率；发动机零部件磨损与柴油类似，排热、排烟降低。21生物柴油生产原理油脂的水解反应油脂是各种脂肪酸甘油酯的总称。水解可得脂肪酸和甘油，水解可用酸或碱作水解剂。22油脂水解影响因素油脂水解速度取决于温度。在低温时，油脂水解速度极慢，要用催化剂来加速水解反应；随着反应温度的升高，水解反应速度加快，在高温时(200以上)，即使没有催化剂，水解速度也是很快的。高温的作用：使反应物碰撞机会增多，反应速度加快，能促进水的离解，生成更多的氢离子和氢氧根离子，成为油脂水解的催化剂。高温增大了水在油中的溶解度，增大了油脂与

10、水的接触面积。适宜的水解温度不仅能增加水解速度，而且不需添加水解催化剂。但水解温度不能过高，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。 23脂肪酸的酯化反应脂肪酸和醇在酸性催化剂的存在下加热，可以生成酯。在生产生物柴油时，在植物油脂水解后加入甲醇，通过酯化反应得到脂肪酸甲酯。酯化反应是一个可逆反应。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。24酯交换反应在酯交换反应的过程中包括了酯与醇的作用（醇解），酯与酸的作用（酸解），以及酯与酯的作用

11、（酯交换）。生物柴油生产工艺即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。25生物柴油生产工艺两步法：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。26两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

12、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：此法必须先将废油脂转化为脂肪酸，综合得率低，而且生产过程产生废水较多、对环境有较大影响。27一步法：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。28酶解法：特点：用生物酶法合成生物柴油，该法具有条件温和、醇用量小的优点。目前主要问题有：对甲醇的转化率低，而且短链醇对酶有一定毒性。由于高酸值原料油冻点高，

13、中国大部分地区冬季时间长，不适应固定化酶法低温工艺，使成本的大幅提高。29用废弃油脂（地沟油）生产生物质柴油301.发展生物柴油厂有利于减少部分石油的进口2006年我国石油净进口量亿吨2020年国内石油产量预测约亿吨,进口量-亿吨生物柴油为石油柴油的有效补充，改善石油柴油品质的有效组分第3节 我国发展生物柴油的意义312.有利于保护环境生物柴油是清洁燃料，减少空气污染使用生物柴油有利于减少CO2引起的温室效应生产的高附加值精细化工产品具有生物可降解性生产的某些大宗化工产品，如表面活性剂具有生物可降解性323、从石油加工转向生物质加工的过程中，开始对我国能源和化工产业结构进行调整。4、增加就业机会，增加农民、林业工人收入。5、从长远发展战略看，这将是我国起步迈上生物质 经济时代的开始，是贯彻我国以人为本、全面协调可持续发展的科学发展观和建设和谐社会的一条途径。33 总的目标： 提高可再生能源在能源结构中的比重，解决偏远地区无电人口供电问题，改善农村生产、生活条件，推行有机废弃物的能源化利用，推进可再生能源技