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生物柴油

(一種綠色能源)

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生物柴油是指植物油(如菜籽油、大豆油、花生油、玉米油、棉籽油等)、動物油(如魚油、豬油、牛油、羊油等)、廢棄油脂或微生物油脂與甲醇或乙醇經酯轉化而形成的脂肪酸甲酯或乙酯。生物柴油是典型的“綠色能源”,具有環保性能好、發動機啓動性能好、燃料性能好,原料來源廣泛、可再生等特性。大力發展生物柴油對經濟可持續發展、推進能源替代、減輕環境壓力、控制城市大氣污染具有重要的戰略意義。 [1] 
中文名
生物柴油
外文名
biodiesel
特    點
環保性能好、燃料性能好
來    源
植物油、動物油、廢棄油脂等
新工藝
無催化劑條件下生產生物柴油
類    型
綠色能源

生物柴油生物柴油簡介

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生物柴油是典型的“綠色能源”,具有環保性能好、發動機啓動性能好、燃料性能好,原料來源廣泛、可再生等特性。近年來許多研究證實,無論是小型、輕型柴油機還是大型、重型柴油機或是拖拉機,燃燒生物柴油後碳氫化合物都減少55%~60%,顆粒物減少20%~50%,CO減少45%以上,多環芳烴減少75%~85%。生物柴油是指植物油(如菜籽油、大豆油、花生油、玉米油、棉籽油等)、動物油(如魚油、豬油、牛油、羊油等)、廢棄油脂或微生物油脂與甲醇或乙醇經酯轉化而形成的脂肪酸甲酯或乙酯。具有某種結構符號的脂肪酸甘油酯(即甘油三酸酯)的植物油和動物脂肪通常被作為生物柴油的原料。 [1] 

生物柴油燃料特性

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生物柴油的燃料性能與石油基柴油較為接近,且具有無法比擬的性能。
(1)點火性能佳。十六烷值是衡量燃料在壓燃式發動機中燃料性能好壞的質量指標,生物柴油十六烷值較高,大於45(石化柴油為45),點火性能優於石化柴油。 [1] 
(2)燃燒更充分。生物柴油含氧量高於石化柴油,可達11%,在燃燒過程中所需的氧氣量較石化柴油少,燃燒比石化柴油更充分。 [1] 
(3)適用性廣。除了做公交車、卡車等柴油機的替代燃料外,生物柴油又可以做海洋運輸、水域動力設備、地質礦業設備、燃料發電廠等非道路用柴油機之替代燃料。 [1] 
(4)保護動力設備。生物柴油較柴油的運動黏度稍高,在不影響燃油霧化的情況下,更容易在氣缸內壁形成一層油膜,從而提高運動機件的潤滑性,降低機件磨損。 [1] 
(5)通用性好。無需改動柴油機,可直接添加使用,同時無需另添設加油設備、儲運設備及人員的特殊技術訓練(通常其他替代燃料有可能需修改引擎才能使用)。 [1] 
(6)安全可靠。生物柴油的閃點較石化柴油高,有利於安全儲運和使用。 [1] 
(7)節能降耗。生物柴油本身即為燃料,以一定比例與石化柴油混合使用可以降低油耗,提高動力性能。 [1] 
(8)氣候適應性強。生物柴油由於不含石蠟,低温流動性佳,適用區域廣泛。 [1] 
(9)功用多。生物柴油不僅可作燃油又可作為添加劑促進燃燒效果,從而具有雙重功能。 [1] 
(10)具有優良的環保特性。生物柴油中硫含量低,使得SO2和硫化物的排放低,可減少約30%(有催化劑時可減少70%);生物柴油中不含對環境會造成污染的芳香烴,因而產生的廢氣對人體損害低。 [1] 

生物柴油無催化劑條件

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為了解決酯交換反應中遇到的成本高、反應時間長、反應產物與催化劑難以分離等問題,開發了不使用催化劑的新工藝。M.Diasakou等人研究了在加熱條件下大豆油與甲醇的酯交換反應,進行了動力學的研究,得到了無催化劑條件下反應的特點。醇油比21:1,在235℃下反應10h,甲酯質量分數超過了85%;醇油比27:1,220℃下反應8h,甲酯含量質量分數達到67%。同時發現甘油二酸酯和甘油三酸酯的轉化率明顯高於甘油一酸酯,即在無催化劑條件下三步反應中前兩步反應進行得快,而最後一步反應則進行得很慢。 [1] 
2001年,Sake和Susiana提出了超臨界一步法制備生物柴油的工藝(見圖1)。反應在一預加熱的間歇反應器中進行,反應温度350~400℃、壓力45~65MPa,菜籽油與甲醇的原料比為1:42。研究發現,經過超臨界處理的甲醇能夠在無催化劑存在的條件下與菜籽油發生酯交換反應,其產率高於普通的催化過程,且反應温度較低,同時還避免了使用催化劑所必需的分離純化過程,使酯交換過程更加簡單、安全和高效。 [1] 
圖1 圖1
參考資料
  • 1.    鄭國香,劉瑞娜,李永峯.《能源微生物學》.哈爾濱:哈爾濱工業大學出版社,2013.