生物柴油學(xué)術(shù)論文(2)
生物柴油學(xué)術(shù)論文篇二
生物柴油研究進(jìn)展
摘 要：本文描述了當(dāng)前國內(nèi)外生物柴油發(fā)展現(xiàn)狀，并介紹了艾蒿油、廢棄食用油脂和麻瘋樹油為原料的生物柴油的生產(chǎn)工藝。最后提出了我國發(fā)展生物柴油需要解決的問題。
關(guān)鍵詞：生物柴油;研究進(jìn)展;艾蒿油;廢棄食用油;麻瘋樹油
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.10.196
當(dāng)前，隨著經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，各國對能源的需求量也日益增加。然而，資源的短缺及環(huán)境的破壞已成為制約世界經(jīng)濟(jì)前行的因素，從環(huán)境保護(hù)和資源角度考慮，開發(fā)新能源，減少煤炭、石油等傳統(tǒng)資源的使用，早已成為各國能源發(fā)展的方向，而生物質(zhì)能源正是當(dāng)前發(fā)展最迅速的新型能源。
生物柴油是指長鏈脂肪酸單烷基酯(脂肪酸甲酯或脂肪酸乙酯)，由植物油或動物油通過酯交換制得，與傳統(tǒng)的石化柴油相比，生物柴油環(huán)保無毒，可降解，潤滑性能優(yōu)異，并可與石化柴油混合。
1 國內(nèi)外生物柴油的發(fā)展?fàn)顩r
1.1 國外生物柴油的發(fā)展?fàn)顩r
生物柴油有著可再生性、環(huán)保性等諸多優(yōu)點(diǎn)，這使得西方發(fā)達(dá)國家尤其是資源貧乏的國家的極度關(guān)注，很多國家經(jīng)過大力研究生物柴油并積極推進(jìn)其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，結(jié)合優(yōu)惠的稅收及政府補(bǔ)貼，生物柴油在世界的發(fā)展有了巨大的進(jìn)步。
1.2 國內(nèi)生物柴油的發(fā)展?fàn)顩r
我國生物柴油起步較晚，然而，自八十年代開始，一些科研機(jī)構(gòu)通過對生物柴油的理化性質(zhì)、燃燒性能及化學(xué)結(jié)構(gòu)的研究，研究出了生物柴油的的綜合制備技術(shù)，使生物柴油由技術(shù)上可行邁入了產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的進(jìn)程。當(dāng)前，許多企業(yè)以綠色能源和支農(nóng)產(chǎn)業(yè)雙概念投資生物柴油，使生物柴油在國內(nèi)的發(fā)展呈現(xiàn)迅猛態(tài)勢，2015年我國生物柴油產(chǎn)能約為415萬噸，產(chǎn)能和產(chǎn)量雖然逐步提高，但是，產(chǎn)能利用率仍然較低，由于原料問題，國內(nèi)生物柴油企業(yè)開工率僅為20%-25%。
2 制備生物柴油的方法
當(dāng)前，生物質(zhì)柴油的制備方法有多種，主要分物理方法和化學(xué)方法兩種類型，但在工業(yè)生產(chǎn)中多采用酯交換法，在反應(yīng)中，醇類如甲醇、乙醇等短鏈醇與油料中的三甘油酯在催化作用下合成脂肪酸酯和甘油，酯交換法包括堿催化、酸催化、生物酶催化及超臨界酯交換等方法。
堿催化劑法主要以氫氧化鉀等堿性催化劑進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)中脂肪酸會與堿發(fā)生皂化反應(yīng)產(chǎn)生乳化現(xiàn)象，同使生成的水促進(jìn)了酯類的水解，進(jìn)而發(fā)生皂化反應(yīng)，因此，會造成甲酯相和甘油相得難以分離，造成了反應(yīng)后分離的復(fù)雜性，并且，需要對原料進(jìn)行脫水脫酸處理，因此，此工藝較為復(fù)雜且成本消耗過高。
酸催化法，以鹽酸、硫酸等作為催化劑，反應(yīng)中游離脂肪酸發(fā)生酯化反應(yīng)，此酯化反應(yīng)速率較快，故該法適用于游離脂肪酸和含水量高的油脂，且其產(chǎn)率高，但是反應(yīng)條件較為苛刻，且反應(yīng)速率較慢，設(shè)備要求較高，因此工業(yè)生產(chǎn)中關(guān)注度較低。
生物酶催化法，此法是進(jìn)來人們關(guān)注較多的生產(chǎn)方法，即用脂肪酶催化油脂與醇類的反應(yīng)。脂肪酶來源廣泛，選擇性強(qiáng)，且反應(yīng)條件溫和，而且還能進(jìn)一步合成高附加值產(chǎn)品，如可降解潤滑油及添加劑等，然而此法也有其限制性，其轉(zhuǎn)化效率及轉(zhuǎn)化率均較低，且醇類容易造成酶的中毒。
超臨界酯交換法，此法是在超臨界流體參與下的反應(yīng)，流體作為反應(yīng)介質(zhì)并可參與反應(yīng)，經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，甲醇經(jīng)過超臨界處理后能很好的與植物油脂發(fā)生酯交換反應(yīng)，且產(chǎn)率較高，超臨界法與傳統(tǒng)方法反應(yīng)機(jī)理相同，超臨界法需要高溫高壓，且不用其他催化劑，而且超臨界法反應(yīng)速率迅速，轉(zhuǎn)化率較高，工藝流程簡單，然而高溫高壓的反應(yīng)條件為期產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程帶來了困難，需要進(jìn)一步進(jìn)行研究。
3 生物柴油制備的幾種研究
3.1 艾蒿油制備生物柴油的研究
艾蒿是一種生長于北方地區(qū)的非糧野生作物，其種子富含油脂，我國科學(xué)家提出將艾蒿種子壓榨成油，利用化學(xué)法制備生物柴油，參考艾蒿油的理化性質(zhì)，分預(yù)酯化過程和酯交換反應(yīng)兩步制備生物柴油。
3.2 廢棄食用油脂合成生物柴油的研究
廢棄食用油脂含有大量的游離脂肪酸、聚合物和分解物等，但其高酸值和高水分含量的廢油脂對反應(yīng)工藝及產(chǎn)品的穩(wěn)定性及其不利，
國外一些科學(xué)家等以廢煎炸油和甲醇為原料，利用堿性催化劑，研究了酯交換反應(yīng)的最佳條件。對理化指標(biāo)測定，發(fā)現(xiàn)結(jié)果完全符合EN14214標(biāo)準(zhǔn)：同時(shí)發(fā)現(xiàn)堿法催化酯交換反應(yīng)要求原料油的酸值應(yīng)小于1mgKOH/g油，所有的原材料必須無水(水分低于0.3%)。
3.3 麻瘋樹油制備生物柴油的研究
目前生產(chǎn)生物柴油的成熟工藝是在常溫常壓使用均相堿為催化劑的工藝。由于使用最多的原料是菜籽油等可以食用的油脂，因此原料成本較高。故采用廉價(jià)原料是降低生物柴油成本的重要途徑。麻瘋樹為大戟科麻瘋樹屬植物，其種子含油率高達(dá)40%。因此以資源豐富、價(jià)格低廉的麻瘋樹油為原料發(fā)展生物柴油生產(chǎn)工藝具有重要的意義。
4 我國發(fā)展生物柴油急需解決的問題
我國植物油資源短缺，目前一切生物柴油企業(yè)， 基本上以“地溝油”為原料，無穩(wěn)定的原料供應(yīng)基地。且在生物柴油合成技術(shù)只是小規(guī)模生產(chǎn)，應(yīng)當(dāng)積極研究工業(yè)化成套連續(xù)生產(chǎn)工藝及工藝設(shè)備。同時(shí)，催化劑是酯交換反應(yīng)的關(guān)鍵技術(shù)，用于酯交換的催化劑有酸、堿、分子篩及酶等， 但各種催化劑均有各自的優(yōu)缺點(diǎn)， 應(yīng)當(dāng)盡快找到高效率的固體催化劑， 提高生物柴油的產(chǎn)量和品質(zhì)， 以降低生產(chǎn)成本。
5 結(jié)語
(1)我國液體燃料短缺，能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)性矛盾長期存在，發(fā)展生物柴油產(chǎn)業(yè)，部分替代化石柴油，已成為當(dāng)今可再生資源發(fā)展的趨勢。
(2)考慮到我國生物柴油制備原料緊張等瓶頸問題，我國應(yīng)重點(diǎn)發(fā)展木本油料植物規(guī)模化種植和推廣，開發(fā)多種油料來源。
(3)目前，中國對廢食用油、油廠下腳的回收利用有優(yōu)惠政策，一些生產(chǎn)生物柴油的大型企業(yè)可以享受3年免稅優(yōu)惠。生物柴油生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)該充分利用這些政策、信息和資源優(yōu)惠。
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