白新鹏博士工作室

从废油制取生物柴油的可行性报告我国生物柴油及产业化前景分析一、发展生物柴油的意义 1.1. 发展生物柴油的意义 生物柴油，广义上讲包括所有用生物质为原料生产的替代燃料。狭义的生物柴油又称燃料甲酯，生物甲酯或酯化油脂，是通过以不饱和油酸 C18 为主要成分的甘油脂类油脂与低碳醇经转酯化反应获得的。其原料来源广泛，各种食用油及餐饮废油、屠宰场剩余的动物脂肪甚至一些油籽和树种，都含有丰富的脂肪酸甘油酯类，适宜作为生物柴油的来源。 煤层甲烷、地热能、风能、太阳能、生物质能及其它可再生或清洁能源在今后的中国经济发展中将是重要的补充能源。其中生物可再生能源由于来源的稳定性及环境的友好性一直是最重要的能源研究课题。而大力发展生物柴油更有着多方面的意义： 1. 1.1 能源储备意义： 发展生物柴油应成为一项能源战略。随着现代工业的发展，全世界对能源的需求量越来越大，也加大了对地球资源的开采和利用，随着石油资源逐渐枯竭，未来世界各国对石油能源的争夺将更为激烈，建立战略储备不能从根本上解决石油资源短缺问题。在我国，随着经济的的高速发展，石油能源消耗巨大，生物柴油必将有广阔的市场空间。自 1993 年我国成为石油净进口国以来，石油进口量以每年 4％速度增长，2000 年、2001 年石油进口量均达 7，000 万吨以上，目前石油进口量占我国石油消费量 1／3。据资料显示，我国 2000 年石油剩余探明储量为 240 亿桶(32.7 亿吨)，原油产量为 320 万桶／日(1.6 亿吨／年)，石油消耗量为 420 万桶／日(2.06 亿吨／年)[36]。据此数据，我国石油储量仅可稳产 21 年，而年产需存在 5，000 万吨缺口。 我国 2001 年原油产量 1.65 亿吨，而石油产品消费达 2 亿左右。未来十年中原油年产量最多 2 亿多吨左右，而石油消费将持续上升。我国今后长期大量进口石油已成定局。另一方面，我国柴油消费 1995 年为 4360 万吨，2000 年加到 6700 万吨，发展生物柴油在近期能够缓解柴油供应紧张，长期来看可大替代进口。发展立足于本国原料，大规模生产的替代液体燃料，是保障我国油安全的重大战略措施之一。如果我国 2010 年生物柴油产量达到千万吨以上将对我国石油安全做出重大贡献。 发展生物柴油产业不仅对增强我国石油安全具有重要意义，还可促进中农村和国经济发展，如发展油料植物生产生物柴油，可以走出一条农林产品工业品转化的富农强农之路，有利于调整农业结构，增加农民收入，同时发生物柴油也有益于保护生态环境。另外生产和使用生物柴油对发展国内经济减少对石油供给的需求，实现可持续发展等方面都有积极作用。1. 1.2 环保意义： 化石能源越来越枯竭，但它在为城市工厂、交通等提供动力的同时，也对大气和水资源造成越来越严重的破坏。排放出的SOx、NOx形成酸雨，破坏了生物的生长，造成生态环境的恶劣。同时排放的CO2造成的温室效应也日益严重。现今各国更加重视对环境的治理问题，第二次世界大战以后，世界社会生产力突飞猛进。工业的动力使用和产品种类、产品数量急剧增大；农业开垦的强度和农药使用的数量也迅速扩大。致使许多国家普遍发生了现代工业、农业发展带来的，范围更大、情况更加严重的环境污染问题和生态破坏问题．威胁着人类的生存和持续发展。 值得关注的是，随着汽车保有量的增加，发功机燃烧后排出的废气也在加剧着大气环境的污染，尤其是严重污染了人口稠密、交通发达的大城市的空气品质。我国汽车业近年来有了很大发展，但我国的汽车发动机水平相对较差，排放标准不严，平均污染物排放量比国外高出几倍，其至十几倍，因而，目前我国大城市的大气污染已相当严重。 1.1.3 利用餐饮废油的意义 餐饮业废油脂是现代餐饮业的副产品。我国规定[4]，污水排入城市排污管网的饮食服务企业，应安装隔油池或实行其它处理措施。人工如何清理隔油池，又如何收集利用废油脂，一度成为我国许多城市的热点问题。我国有丰富的植物油脂及动物油脂资源，每年豆油产量达 6000 万吨，而且饭店产生大量的煎炸油，如加以充分利用，有很大的发展空间。据资料显示［5］，北京市内的饭馆一天就可以产生废油脂 20t（年产 7000 多t）；南京市现有饮食、食品加工和屠宰企业 1 万多家，每天排放数百t污水，其中一年产生近 5000t废油脂；上海市区 1998年的食用油消费量为 20 万t，其中行业用油 8 万t，估计餐饮业用油达 4 万，按20%算，则全市餐饮业产生的废油量 8000t左右；深圳经济特区按目前餐饮业营业状况、隔油池使用情况以及收集能力，估算每年的废油脂收集量为 3000 多t。据了解，北京市环保局有两个“地沟油”回收处理厂，日产废油脂约 15 吨，售价约 1450 元/吨，用作生产脂肪酸和肥皂的原料或作宾馆锅炉的燃料。 由于每年产生这么多的废油无法利用，不仅造成了巨大的污染，而且近几年不断出现一些“毒油”事件。像 2001 年出现南京肯德基公司将炸过鸡块和薯条的废油卖给非法食用废油加工厂一事，被南京方面查处。据有关部门查明，南京市肯德基有限公司下属的 17 家餐厅，平均日产废油逾 7000 公斤，全部卖给了一家设于南京玄武区红山村的非法食用废油加工厂，每公斤收费 1.6 元，而这些含有大量对人体有害物质的废油，经过简单加工以后极有可能又回到南京市的餐馆和街头排档。而后又有武汉出现了麦当劳将炸过鸡块和薯条的废弃“毒油”，不经过任何加工处理就卖给拾荒者，再任由这些利欲熏心的外地农民，转卖到私人小餐馆、街头大排档和养殖场，使其成为人畜共用的食用油。在这一系列的事件之后，导致人们开始对废油的处理及其流向产生了质疑，对这些原来影响到环境现今已影响到人们健康的问题，采用一种更有效的利用方法成为当今研究人员亟待解决的科研问题。 1. 2 生物柴油的发展状况 1.2.1 国外发展状况 生物柴油在第二次世界大战中曾经出现过，不过当时是在能源紧张的情况下将食用油直接加入到发动机中进行燃烧。对生物柴油的研究最早开始于 20 世纪70 年代。最初是为了解决当时的能源危机，研究的重点也只是放在将动植物油直接用作燃料使用，但是植物油以及动物脂肪分子量较大、碳链较长，直接作为燃料使用时存在粘度高、低温性能差、易碳化结焦、堵塞油喷嘴等问题，再加上不易完全氧化，使植物油直接代替生物柴油受到很大的打击[2]。但是随着能源危机的日益紧迫和环境问题的日益尖锐，迫使人们去寻找一些不仅可以再生的，而且是清洁的，对环境友好的能源。生物柴油由于跟石化柴油有相似的物理与化学特性，逐渐吸引了环境与能源工作者的关注，人们逐渐又把生物柴油的研究推进到一个新的阶段。美国、法国、意大利等国家成立了专门的生物柴油研究机构。在美国，近几年生物柴油已形成规模，并成为该国产量增长量最快的替代燃油。1996 年生物柴油的产量为 150kt，主要用于具有集中加油站的大巴和卡车运输公司使用，1999 年只有 3 个主要的汽车运输公司使用，而到 2000年 3 月已超过 40 个，美国联邦政府是生物柴油的最大用户。1990 年美国修正空气洁净法，禁止在有严重空气污染城市的公共运输车上使用石油柴油燃料。该政策为生物柴油进入市场提供了政策和法律保证。生物柴油是唯一能够通过空气洁净法 211（b）条款规定的对人体健康测试标准的石油柴油替代品。同时美国为了保证生物柴油的质量，美国制定了生物柴油的标准。 1985年．生物柴油在拖拉机中广泛试用，得到了一致的好评及认可，成为生物柴油成功走向市场的里程碑。1996年德国和法国建立了生物柴油的工业化生产装置。并在VoIkswagen、Audi等小轿车中使用生物柴油作为发动机燃料；同年，欧洲还成立了以生产生物柴油为主的生物柴油委员会，这表明了又一个新兴产业的形成。1991年奥地利标准局首次发布了生物柴油的标准，之后，世界上其他一些国家，如法国、意大利、捷克、瑞典、美国和德国，也相继建立了生物柴油标准［30］。目前生产成本0.33欧元/升，批发价格0.45欧元/升，零售价格0.71欧元/升，低于常规柴油的0.75欧元/升，极大地刺激了产业发展。这将有助于欧洲生物柴油市场价值由2000年5.04亿美元提高到2007年24亿美元，年增长率可望达到25%。欧盟推广生物柴油的目标是：到2003年达230万吨，2010年达830万吨[31]。至目前为止，已保证可以很好使用生物柴油的汽车类型（汽车制造商提供）有：Audi、Case-IH、BMW、Class、Faryman Diesel、Fiatagri、FordAG、Holder、Iseki、John Deere、KHD、Kubota、Lamborghini、Mercedes-Benz、Nissan、Same、Seat、Akoda、Steyr、Valmet、Volkswagen、Volvo。表1-1为国际最通用的生物柴油的标准： 表1-1 生物柴油标准特性 英文名称 缩写 标准名密度 density d ASTM D 4052-91 碘值 Iodine value IV AOCS CD1-25 1993 皂化值 Saponification Value SV ACOS CD3 1993 高位热值 Higher heating value HHV ASTM D 2015-85 浊点 Cloud point CP ASTM D2500-91 倾点 Pour point PP ASTM D97-93 闪点 Flash point FP ASTM D93-94 十六烷值 Cetane number CN ASTM D613 动力粘度 Kinematic viscosity KV ASTM D445 硫含量 Sulfur content SC ASTM D5453-93 残炭量 Carbon residue CR ASTM D524 灰分 Ash content AC ASTM D482 图 1-1 显示了德国生物柴油的产量。在德国，2000 年初的生物柴油产量达45×104t，并有逐渐上升的趋势。奔驰、宝马、大众和奥迪汽车生产厂家生产的汽车均允许使用生物柴油而无需对发动机进行改装。德国对生物柴油实行免税政策，生物柴油的零售价格目前约为 1.45 马克／L，而石油柴油为 1.60 马克/L。德国最大的生物柴油提炼厂2000年4月11日在德国东部勃兰登堡州施瓦尔茨海德地区破土动工，设计生产能力为 105t生物柴油和 3×104甘油，投资 5000 万马克，已于 2001 年 1 季度投入生产。为了解决疯牛病危机大量屠宰动物而带来的动物油脂污染问题，德国萨利亚（Saria）公司最近成功地利用动物脂肪制造生物柴油，并实现了工业化生产。图 1-2 给出了最近几年德国生产生物柴油的情况。 表 1-2 给出了欧洲几个国家自 20 世纪 90 年代以来生物柴油生产情况。至今为止，世界上生物柴油示范主要集中在欧盟，欧盟的生物柴油发展十分迅速。这是因为欧盟对环保特别重视，尤其是欧盟对温室效应气体的控制与减排制定了严格的时间表和具体的执行措施。欧盟颁布了行动计划，明确表明了生物燃料的在 2005 年到达总能源消耗的 2%，2010 年达到 5.75%。 1.2.2国内发展状况 我国“十五发展纲要”已明确提出发展各种石油替代品，并将发展生物液体燃料确定为新兴产业发展方向，加快我国生物柴油的研发和应用是新时期赋予我们千载难逢的发展机遇。至今，我国对生物柴油的开发和研究尚处于起步阶段。而随着世界范围的能源短缺以及人们对环境保护的日益重视，开发和研究生物柴油这一绿色环保型燃料，以替代不断枯竭的石油的任务已迫在眉睫。它不仅是开发新能源的有效途径之一，而且可充分利用我国的土地资源，调整我国农作物结构，促进农业的发展；同时还可促进新兴工业——生物柴油工业的生产和发展，产生巨大的社会效益和经济效益。可见，在我国开展生物柴油的开发研究，具有重大的意义和广阔的应用前景。我国有丰富的植物油脂及动物油脂资源，我国每年豆油产量达 6000 万吨，而且饭店产生大量的煎炸油，如加以充分利用，有很大的发展空间。生物柴油产业是新兴的高新科技产业，我国“十五发展纲要”已明确提出发展各种石油替代品，并将发展生物液体燃料确定为新兴产业发展方向，加快我国生物柴油的研发和应用是新时期赋予我们千载难逢的发展机遇。 当前，一个制约生物柴油发展的因素是油料作物成本太高，植物油价格约为 6000 元/吨，而石油柴油的价格在 5000 元/吨左右。为了降低成本，目前采用油脚、餐饮业废油脂等来生产生物柴油，对于整个石油产量来说其数量十分有限，对保障石油安全作用意义不大，但对减少废物对城市的污染十分有利，所以还应大力发展。2001 年我国植物油产量约为 80 万吨，油厂下脚料一般为植物油产量的 10%，则产生油脚 8 万吨。2001 年食用油消费总量约为 120 万吨，如果也按 10%计算，则产生废油脂 12 万吨。 在我国，采取废油制取生物柴油，不仅可以降低成本，缓解能源危机，改善能源结构，而且可大大降低石油柴油的燃烧所带来的污染，及对解决餐饮业处理废油时对环境的破坏，变废为宝产生积极深远的影响。