生物柴油及生產概述

1　生物柴油提出的背景 　　由於石油能源資源有限，隨著世界產業的快速發展，能源消耗急劇增長，導致石油價格不斷上漲、全世界都面臨著能源安全的題目。石油能源按目前的使用和開採速度，50年內世界石油資源將有可能耗盡。同時，隨著現代社會人們環境保護意識的不斷增強，人們逐漸熟悉到汽車尾氣排放所造成的空氣汙染是造成城市“光化學煙霧”汙染頻繁出現以及現代人類很多重大疾病的主要原因。因此，尋求資源豐富、環境友好和經濟可行的大宗代用燃料已成為人類亟待解決的重大題目。　　目前，已經開發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，前者如自然氣、液化石油氣及氫能源等，後者包括二甲醚、醇類燃料及生物燃料等。這些燃料中，固然自然氣、液化石油氣、氫均早已投進使用，但由於使用機械的`內部構造以及燃料的補給及貯存等方面的題目，使得它們的應用範圍受到很大的限制；二甲醚作為汽油的替換品，可以由一碳原料(如甲醇)直接合成，是一種很有發展前途的產品；醇類燃料如乙醇等也主要用作汽油的替換品種而使用，但本錢較高；生物燃料主要用作柴油的替換品。　　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14—18個碳的鏈組成，與柴油分子的組成相似。植物油的性質與普通柴油相當接近，尤其是植物油的有些性質如冷濾點、閃點、十六烷值、硫含量、氧含量及生物可降解性等都優於普通柴油。植物油的含氧為10%—11%，尾氣排放低，具有優異的環保特性。另外，植物的生長期遠短於石油的天生期，植物可人工種植，且生長過程中吸收CO2，對減少大氣中的CO2有深遠意義。　　但植物油單獨用作柴油機燃料時，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40℃以上，故冷啟動較困難；植物油的熱值較低，因此發動機動力效能有所下降。另外，植物油中不飽和脂肪酸非常多，輕易形成結膠，堵塞油路；不完全燃燒的殘餘物沉積在燃燒室，並使活塞環粘結、噴油器結焦，影響柴油機的使用壽命。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，導致氣缸內混合氣的形成質量較差，未燃燒的燃料噴到氣缸壁後輕易流進曲軸箱，引起潤滑油變質。植物油的排氣煙度與柴油差別不大，在高負荷時比柴油低，排氣中氣態汙染物隨著植物油及機型不同會有所變化。因此植物油一般不能直接應用於內燃機，必須經過改性處理。　　比較常見的改性方法有下列4種：①直接混正當：將自然油脂與石油柴油、溶劑或醇類按不同比例直接混合後作發動機燃料。②微乳液法：將動植物油與甲醇、乙醇和1—丁醇等混合製成微乳液直接應用。③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。④酯交換法：利用甘油三酯與低階醇在催化劑作用下得到脂肪酸低階醇酯，即生物柴油，這是目前油脂改性的主要方法。　　這4種方法中，混正當和微乳液法屬於物理法，高溫裂解法和酯交換法屬於化學法。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，油的高粘度和不揮發性可導致噴嘴不同程度的結焦、活塞環卡死和結炭、潤滑油汙染等題目，不能長時間應用。高溫裂解法過程簡單，沒有任何汙染物產生，缺點是在高溫下進行，需要催化劑，裂解裝置昂貴，反應很難控制，且當裂解混合物中硫、水、沉澱物及銅片腐蝕值在規定範圍內時，其灰分、炭渣和濁點就超出規定值。另外，高溫裂解法的產品中生物柴油的含量不高，大部分是生物汽油。酯交換法主要利用醯基轉移作用將高粘度的動植物油脂轉化成低粘度的脂肪酸酯，使得自然油脂的分子量降低至原來的1／3，粘度降低8倍，與柴油接近，同時進步了燃料的揮發度，十六烷值達50。可以作為礦物柴油的代用品直接使用。