生物柴油產(chǎn)業(yè)鏈分析

摘要：生物柴油是指由植物油、動(dòng)物油脂等制備得到的單烷烴酯類。它是一種環(huán)境友好、清潔排放的燃料，因此是非常理想的石油柴油替代燃料。本文從生物柴油產(chǎn)業(yè)鏈中的原料來源、生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品應(yīng)用以及其效益等方面對(duì)這種新型的清潔燃料進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹?？傊锊裼褪且环N很有發(fā)展前景的生物質(zhì)燃料。

關(guān)鍵詞：生物柴油;產(chǎn)業(yè)鏈;清潔能源;生產(chǎn)工藝

中圖分類號(hào)：X382.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-672X（2020）02-00-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.02.017

Abstract：Biodiesel is de?ned as the monoalkyl esters derived from vegetable oils or animal fats. It is an ideal alternative fuel of petrodiesels because of its environmentally benign and cleaner emissions. In this paper， the feedstocks， production process， application of productions and benefits were simply introduced. In a word， biodiesel has a broad prospect for development which as a kind of biomass fuels.

Key words：Biodiesel;Industrial chain;Clean energy;Production process

21世紀(jì)人類面臨各種挑戰(zhàn)，現(xiàn)有石油能源儲(chǔ)量不足和環(huán)境不斷惡化這兩個(gè)問題已嚴(yán)重威脅到人類生存。我們已經(jīng)深刻認(rèn)識(shí)到必須找到一種可再生的、清潔的能源來滿足日益增長(zhǎng)的燃油需要。生物柴油因其環(huán)保、可持續(xù)、可再生的特點(diǎn)引起了諸多關(guān)注，世界各國(guó)尤其是資源貧乏的發(fā)達(dá)國(guó)家相繼開展了關(guān)于生物柴油的相關(guān)研究，并且取得了一定成果。

目前，歐盟是世界上第一大生物柴油產(chǎn)區(qū)和消費(fèi)區(qū)。德國(guó)是歐盟最大生物柴油生產(chǎn)國(guó)，生物柴油在德國(guó)已經(jīng)代替普通燃料用在公共汽車、出租車以及農(nóng)業(yè)建筑機(jī)械上。

生物柴油在我國(guó)起步較晚，但發(fā)展很快，部分科研成果已經(jīng)達(dá)到世界先進(jìn)水平。近年來，我國(guó)始終堅(jiān)持不與糧油爭(zhēng)地，采用綠色生產(chǎn)技術(shù)，不造成環(huán)境污染的原則，大力投入對(duì)生物柴油的研發(fā)。

1 生物柴油原料分析

生物柴油是指以可再生資源如植物油、動(dòng)物油脂等為原料合成的長(zhǎng)鏈脂肪酸甲酯，通過與甘油酯分解而制得的與石油柴油成分類似的液體燃料。發(fā)展生物柴油，原料是關(guān)鍵。不同國(guó)家選擇不同的原料來發(fā)展生物柴油。美國(guó)、巴西和阿根廷主要以大豆油為主要原料。德國(guó)等歐盟國(guó)家主要以菜籽油為主要原料。東南亞國(guó)家則采用熱帶作物來生產(chǎn)生物柴油。印度、馬來西亞和泰國(guó)以棕櫚油和椰子油為主。而我國(guó)是以麻瘋樹、黃連木以及微藻為主[1]。此外，動(dòng)物油脂、廢棄油脂也是生產(chǎn)生物柴油的原料。

1.1 植物原油

目前，可以生產(chǎn)生物柴油原料的作物有大豆，油菜，油棕，麻瘋樹，椰子等。大豆為豆科大豆屬一年生草本植物，大豆中含有大量的不飽和脂肪酸，是美國(guó)、巴西和阿根廷生產(chǎn)生物柴油的主要原料。油菜是十字花科植物，菜籽中油脂的含量為37.5%～46.3%，菜籽油化學(xué)組成和柴油很相近，是德國(guó)生產(chǎn)生物柴油的主要原料。麻瘋樹是大戟科麻風(fēng)樹屬植物，其果仁中含油量為55%～58%，其中油酸、亞油酸含量為38%～40%，而且?guī)缀醪缓蠧20以上的脂肪酸，是較為理想的生物柴油原料。油棕為棕櫚科Pamlae油棕屬植物，其果皮和種仁中含有豐富的油脂，印度和馬來西亞已經(jīng)建成以棕櫚油為原料的生物柴油廠，生產(chǎn)的生物柴油已經(jīng)出口。椰子樹是棕櫚科Pamlae椰子屬單子葉植物，椰肉中含有大量脂肪，菲律賓以椰油為原料生產(chǎn)生物柴油[1]。

雖然這些作物可以作為生物柴油很好的原料，但是大量使用大豆、油菜等生產(chǎn)生物柴油可能會(huì)導(dǎo)致糧食短缺。此外，昂貴的價(jià)格也是原料油無法大面積推廣使用的另一個(gè)關(guān)鍵原因。

1.2 廢棄動(dòng)植物油脂

餐飲、烹飪廢棄油脂和屠宰場(chǎng)、肉類加工廠的動(dòng)物油脂也可以作為生物柴油的原料。以廢棄油脂作為原料，最主要的特點(diǎn)是無需對(duì)它們進(jìn)行處理就可以直接用來生產(chǎn)，達(dá)到廢物利用。但是，對(duì)于餐飲、烹飪油脂來講，因其來源分散、質(zhì)量無法控制而使得基礎(chǔ)回收設(shè)施和后續(xù)工作難以得到保障。

2 生物柴油生產(chǎn)工藝分析

生物柴油的生產(chǎn)方法主要有直接混合法、微乳化法、熱解法、酯交換法等。這些方法均有一些不足之處，相比較而言，酯交換法是目前普遍應(yīng)用的方法。近年來，超臨界法、生物催化法等一些新工藝也開始得到應(yīng)用。

2.1 酯交換法

酯交換法是利用甲醇、乙醇等在催化劑作用下將甘油三酯中的甘油基取代，形成長(zhǎng)鏈的脂肪酸甲酯的過程。酯交換法技術(shù)的關(guān)鍵是催化劑[2]，工業(yè)生產(chǎn)工藝中常用固體催化劑[3]，H2SO4因價(jià)廉易得而應(yīng)用較多。酯交換法的優(yōu)點(diǎn)是可以從根本上改變改變分子結(jié)構(gòu)，工藝簡(jiǎn)單，設(shè)備投資小，適合大規(guī)模生產(chǎn)。但是，反應(yīng)催化劑廢液對(duì)環(huán)境會(huì)產(chǎn)生很大影響。

2.2 超臨界法

超臨界法[4，5]是指在超臨界流體條件下進(jìn)行酯交換反應(yīng)。超臨界法的顯著優(yōu)點(diǎn)是：一，處于超臨界狀態(tài)下的物質(zhì)粘度減小，擴(kuò)散速率增大，從而反應(yīng)速率加快，產(chǎn)率也得到提高;二，超臨界狀態(tài)下的反應(yīng)不受雜質(zhì)影響，甘油三酯的酯交換反應(yīng)和游離脂肪酸的酯化反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行，節(jié)省成本，簡(jiǎn)化工藝。最典型的超臨界法是無催化劑的超臨界甲醇法[5]。

2.3 生物酶催化法

生物酶催化法[5]使用脂肪酶作為催化劑。生物酶具有高效性、專一性等特點(diǎn)。該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)條件溫和、醇用量少、收率高、產(chǎn)品分離及后處理方便，無廢水產(chǎn)生等。但是反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、酶活性低、壽命短、成本高等缺點(diǎn)限制了其發(fā)展。

3 生物柴油產(chǎn)品利用分析

生產(chǎn)成本可以說是生物柴油的“噩夢(mèng)”，我們不僅要從原料、工藝等方面降低成本，而且要通過將生物柴油及其副產(chǎn)品進(jìn)行深入加工提高其附加值來贏取高額利潤(rùn)[6，7]。

3.1 利用脂肪酸甲酯來生產(chǎn)精細(xì)化工產(chǎn)品

利用脂肪酸甲酯的潤(rùn)滑性和溶解性生產(chǎn)工業(yè)溶劑，合成調(diào)味劑等精細(xì)化工產(chǎn)品。這種加工相對(duì)簡(jiǎn)單，投資也少，但是，脂肪酸甲酯在這些產(chǎn)品中只是其中的原料之一，而且這些產(chǎn)品還有這未被開發(fā)的市場(chǎng)。

3.2 利用脂肪酸甲酯和甘油來生產(chǎn)大宗化產(chǎn)品

利用脂肪酸甲酯可以制備脂肪醇、脂肪酸甲酯磺酸鹽、合成脂等。甘油通過碳酸甘油、發(fā)酵、催化氧化工藝生產(chǎn)醇類、各類聚合物、化妝品等。但是這些產(chǎn)品的生產(chǎn)受生物柴油廠規(guī)模的限制。

4 生物柴油的效益分析

4.1 生物柴油的環(huán)境效益

作為清潔能源的代表，生物柴油具有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)[8]。第一，環(huán)保性。生物柴油中辛烷值很高，燃燒效率高，其HHVs略低于汽油、石油柴油、石油而高于原煤。生物柴油的環(huán)保性還表現(xiàn)為清潔排放，其不含硫及芳香化合物，因此燃燒產(chǎn)物中無SO2及PAHs的排放;含氧量高，CO的排放比普通柴油少90%。第二，安全性。生物柴油可以不用更換柴油機(jī)而直接使用，而且其穩(wěn)定性使得在使用、運(yùn)輸、儲(chǔ)存過程中無需擔(dān)憂安全問題。第三，可燃性、潤(rùn)滑性。生物柴油的辛烷值一般均高于石化柴油，燃燒性能好。其良好的潤(rùn)滑性可以降低噴油泵、發(fā)動(dòng)機(jī)缸體和連桿的磨損，延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)使用壽命。

4.2 生物柴油的經(jīng)濟(jì)效益[8]

使用生物柴油能夠有效減少溫室氣體的排放，而且生物柴油減輕了資源短缺國(guó)家對(duì)原油進(jìn)口的依賴，對(duì)其經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)起到了一定作用。同時(shí)，種植原料作物可提供勞動(dòng)力和市場(chǎng)機(jī)會(huì)，促進(jìn)農(nóng)業(yè)發(fā)展。但是，生物柴油發(fā)展的一個(gè)瓶頸問題是成本，其中原料成本占總成本的80%左右，使其價(jià)格高于石油柴油的2倍多。因此，采用廢棄油脂或者動(dòng)物油脂等低成本原料是解決這個(gè)問題的一個(gè)有效途徑。生產(chǎn)成本的降低對(duì)生物柴油的迅速發(fā)展具有重大意義。

5 總結(jié)

針對(duì)生物柴油目前存在的問題，應(yīng)通過不同的角度去發(fā)現(xiàn)、解決問題。從原料方面來講，在保持農(nóng)業(yè)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境處于平衡的狀態(tài)下，應(yīng)采用合適的低成本原料。從生產(chǎn)工藝方面來講，反應(yīng)條件、反應(yīng)速率以及產(chǎn)率是重點(diǎn)。從產(chǎn)品利用角度來講，利用反應(yīng)產(chǎn)物為原料加工各種化學(xué)產(chǎn)品，不僅延長(zhǎng)了產(chǎn)業(yè)鏈，促進(jìn)了發(fā)展，而且對(duì)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境都有益。

總而言之，生物柴油作為一種可再生清潔燃料，對(duì)緩解石油危機(jī)、能源短缺等具有重要意義。

參考文獻(xiàn)

[1]張紅云，徐衛(wèi)昌，馬志卿.生物柴油生產(chǎn)原料的研究進(jìn)展[J].農(nóng)機(jī)化研究，2010（7）：213-216.

[2]Jidon Janaun， Naoko Ellis.Perspectives on biodiesel as a sustainable fuel[J].Renewable and Sustainable Energy Reviews 2010，14：1312–1320.

[3]侯凱麗，趙華，田薇薇，李會(huì)鵬.固體催化劑催化酯交換反應(yīng)制備生物柴油研究進(jìn)展[J].工業(yè)催化，2010，18（8）：7-11.

[4]張慧慧，陳樑，梁藝福.超臨界法制備生物柴油的研究進(jìn)展[J].云南化工，2008，35（5）：77-80.

收稿日期：2019-11-17

作者簡(jiǎn)介：史躍龍（1988-），男，漢族，本科學(xué)歷，助理工程師，研究方向?yàn)榄h(huán)境監(jiān)測(cè)及管理工作。