白新鹏博士工作室

生物柴油的生产及技术经济分析

1、生物柴油的特点

生物柴油就是以生物质油脂为原料（植物油和动物脂肪及其废弃物）与低碳醇反应制备而成的柴油，主要成分是长链脂肪酸单（甲酯、或者乙酯）酯(多为甲酯)（一般含碳77％，氢12％，氧11％），性质与普通柴油非常相似。同时生物柴油还具有以下优点： (1) 它是一种可再生能源，可缓解目前对石油的依赖； (2) 有优良的环保特性。生物柴油含硫量低，可使二氧化硫和硫化物的排放减少约30%。生物柴油不含对环境造成污染的芳香烃。与普通柴油相比，生物柴油具有环境友好特点，其柴油车尾气中有毒有机物排放量仅为1/10，颗粒物为20%，CO₂和CO排放量仅为10%。其废气排放指标可满足欧洲Ⅱ号和Ⅲ号排放标准。(3)生物柴油的燃点约为150℃，高于普通柴油的燃点(50℃)，因此使用、运输、处理和储藏都更加安全；(4)在所有的燃油中，生物柴油的能量衡算最高。基于以上优点，生物柴油这一概念自1981年在南非出现后，已受到世界各国的普遍关注。现在很多国家已经进行了生物柴油的研制和生产。

2、生物柴油的市场状况

从世界范围看，美国是最早研究生物柴油的国家，总生产能力30万吨/年。日本在1999年建立了用煎炸油为原料生产生物柴油的工业化实验装置，生产能力为259升/天。目前日本生物柴油年产量可达40万吨。在欧洲，德国目前已拥有8个生物柴油的工厂，德国2000年生物柴油产量达25万吨，拥有300多个生物柴油加油站，并且制订了生物柴油的标准。法国、意大利等国也都建立了生物柴油企业。

近年来，我国炼化企业的柴汽比不断提高，但仍不能满足消费柴汽比的要求。目前生产柴汽比约为1.8，而消费柴汽比在2.0以上。这对我们来说是一个很大的市场空间。 

我国目前生物柴油的研究刚刚开始，与西方发达国家相比差距很大。但我国有丰富的植物油脂及动物油脂资源，我国每年豆油年产量达6000万吨，而且饭店产生大量的煎炸油，如果加以充分利用，有很大的市场潜力。

3、生物柴油的生产工艺

目前工业生产生物柴油主要是应用酯交换法。我们采用植物油下脚料、酸化油、泔水油、各种废动植物油以及工业甲醇为原料生产生物柴油，生产工艺如下：

                  回收甲醇

催化剂                                 催化剂

原料油脂      预处理             预酯化       洗涤干燥       

甲醇                                   甲醇

生物柴油        蒸馏          后处理          洗涤干燥            酯交换

                ↓                                                ↓

               油渣                                            回收甲醇

3.1 原料油

原料油有植物油脂、动物油脂、类脂物。

类脂物包括炼油皂脚及脂肪酸、杂油、妥尔油、氢化油、制蜡烛和肥皂润滑剂的废弃动物脂肪^[4,5]。原料的来源不同，后序的处理工艺也略有不同。

3.2 预处理

废油中含有的杂质、水分、磷脂等杂物必须经过预处理除去，一般以物理方法为主，先通过物理精炼除去泥沙杂物和部分水分。磷脂含量和粘度可以通过脱胶（水化湿法脱胶或者膜滤，动物脂肪有时需要加入硫酸铝）降低。水分则可以通过静置或离心等办法除去。

3.3 预酯化

原料中的游离脂肪酸对酯交换反应有很不利的影响，采用预酯化的目的是除去游离脂肪酸。其方法是向游离脂肪酸原料油脂中加入过量甲醇，在酸性催化剂存在下，进行预甲酯化，使游离酸转变成甲酯，常规状态下酯化率可达到97%。

3.4 酯交换

预酯化反应完成后，冷至室温，分离出大部分催化剂后加入一定量的甲醇，充分混匀，然后边搅拌边加入NaOH的甲醇溶液。将料升至一定温度进行酯交换反应，反应120min，酯化率一般可达到99.5%。反应结束后，加入软水洗涤，水层中含有甘油、过量的甲醇，上层为甲酯层。分出的水层进行常压蒸馏，回收甲醇，同时甘油得到浓缩，浓缩后的甘油可以再精制。甲酯层进行蒸馏得到脂肪酸甲酯（生物柴油）。

表1  脂肪酸甲酯的质量指标

产生的废水中甘油经过回收后，BOD小于300、COD小于500，稍处理后即可达到国标的三级排放标准。

3.5生产工艺特点

3.5.1该法生产生物柴油工艺较简单、技术成熟，反应可在常温常压下进行。原料范围广，多种劣质动植物油均可作为生物柴油的原料。

3.5.2生产过程中产生的副产品甘油有很高的综合利用价值。

3.5.3该工艺不需另建废水处理装置，减少了环保投资。

4、效益分析

以年处理3000吨地沟油的原料为例，采用预酯化、酯交换、蒸馏工艺的建设投资为100万元，主车间占地面积为长×宽×高=30×15×12（两层），锅炉为1t/h，车间装机容量为100.KW，水用量为3t/h（包括循环水）。

表2  主要技术经济指标（以一年为基准）