[科普中国]-生物柴油

简介

生物柴油是典型的“绿色能源”，具有环保性能好、发动机启动性能好、燃料性能好，原料来源广泛、可再生等特性。近年来许多研究证实，无论是小型、轻型柴油机还是大型、重型柴油机或是拖拉机，燃烧生物柴油后碳氢化合物都减少55%~60%，颗粒物减少20%~50%，CO减少45%以上，多环芳烃减少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）、动物油（如鱼油、猪油、牛油、羊油等）、废弃油脂或微生物油脂与甲醇或乙醇经酯转化而形成的脂肪酸甲酯或乙酯。具有某种结构符号的脂肪酸甘油酯（即甘油三酸酯）的植物油和动物脂肪通常被作为生物柴油的原料。1

燃料特性生物柴油的燃料性能与石油基柴油较为接近，且具有无法比拟的性能。

（1）点火性能佳。十六烷值是衡量燃料在压燃式发动机中燃料性能好坏的质量指标，生物柴油十六烷值较高，大于45（石化柴油为45），点火性能优于石化柴油。1

（2）燃料更充分。生物柴油含氧量高于石化柴油，可达11%，在燃烧过程中所需的氧气量较石化柴油少，燃烧比石化柴油更充分。1

（3）适用性广。除了做公交车、卡车等柴油机的替代燃料外，生物柴油又可以做海洋运输、水域动力设备、地质矿业设备、燃料发电厂等非道路用柴油机之替代燃料。1

（4）保护动力设备。生物柴油较柴油的运动黏度稍高，在不影响燃油雾化的情况下，更容易在气缸内壁形成一层油膜，从而提高运动机件的润滑性，降低机件磨损。1

（5）通用性好。无需改动柴油机，可直接添加使用，同时无需另添设加油设备、储运设备及人员的特殊技术训练（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。生物柴油的闪点较石化柴油高，有利于安全储运和使用。1

（7）节能降耗。生物柴油本身即为燃料，以一定比例与石化柴油混合使用可以降低油耗，提高动力性能。1

（8）气候适应性强。生物柴油由于不含石蜡，低温流动性佳，适用区域广泛。1

（9）功用多。生物柴油不仅可作燃油又可作为添加剂促进燃烧效果，从而具有双重功能。1

（10）具有优良的环保特性。生物柴油中硫含量低，使得SO2和硫化物的排放低，可减少约30%（有催化剂时可减少70%）；生物柴油中不含对环境会造成污染的芳香烃，因而产生的废气对人体损害低。1

无催化剂条件下生产生物柴油为了解决酯交换反应中遇到的成本高、反应时间长、反应产物与催化剂难以分离等问题，开发了不使用催化剂的新工艺。M.Diasakou等人研究了在加热条件下大豆油与甲醇的酯交换反应，进行了动力学的研究，得到了无催化剂条件下反应的特点。醇油比21：1，在235℃下反应10h，甲酯质量分数超过了85%；醇油比27:1,220℃下反应8h，甲酯含量质量分数达到67%。同时发现甘油二酸酯和甘油三酸酯的转化率明显高于甘油一酸酯，即在无催化剂条件下三步反应中前两步反应进行得快，而最后一步反应则进行得很慢。1

2001年，Sake和Susiana提出了超临界一步法制备生物柴油的工艺（见下图1）。反应在一预加热的间歇反应器中进行，反应温度350~400℃、压力45~65MPa，菜籽油与甲醇的原料比为1：42。研究发现，经过超临界处理的甲醇能够在无催化剂存在的条件下与菜籽油发生酯交换反应，其产率高于普通的催化过程，且反应温度较低，同时还避免了使用催化剂所必需的分离纯化过程，使酯交换过程更加简单、安全和高效。1