生物柴油替代燃料可行性评价

第二章 生物柴油替代燃料可行性评价

.第四章 生物柴油替代燃料可行性评价

5.1 生物柴油的资源情况

生物柴油是典型的绿色能源, 它的制备原料来源广泛, 大豆和油菜籽等油料作物、油棕和黄连木等油料林木果实、工程微藻等油料水生植物以及动物油脂、废餐饮油均可作为原料制成生物柴油[56]。

植物油脂和餐饮废油是生物柴油的主要原料，来源相当丰富。植物油脂包括草本植物油、木本植物油、水生油料植物油。我国地域广阔，木本油料树种资源丰富，但现有的资源没有充分开发利用[57]。当然要想实现生物柴油真正意义上的规模化与产业化，作者认为还必须将现代技术和传统育种技术相结合，优化育种条件，到2010年，开发运用水生油料动植物，实现大规模养殖高产油藻。藻类的生物能量巨大，一旦高产油藻开发成功并实现产业化，我国生物柴油产业规模将达到数千万吨。

5.2 生物柴油的理化性质

生物柴油实际上是生物油与甲醇进行酯交换反应的产物脂肪酸甲酯（CH3-COO-R）他是一种洁净的生物燃料，无毒，可进行生物降解，对环境无害，并可从可再生能源中获取，很多性质与柴油相近，又有一些性质优于柴油，二者物化性质比较见下表格：

表1生物柴油与常规柴油的理化性质对比[57] 主要性质 热值/(MJ/L) 十六烷值 相对密度/(g/ml) 运动黏度/(mm/s) 2生物柴油 32 〉56 0.88 4～6 常规柴油 35 〉49 0.83 2～4 - 61 -

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闭口闪点/℃ 夏季产品 冬季产品 硫含量(质量分数)/% 氧含量（体积分数）/% 理论空然比 〉100 -10 -20 〈0.01 10 12.5 55 0 -20 〈0.2 0 14.7 5.3 柴油机燃用生物柴油的优缺点

生物柴油在发动机中应用有如下优点：

1. 排放好。生物柴油含10%左右的氧, 在燃烧过程中具有自供氧功能, 十六烷值高达52.9。它的含氧和高十六烷值十分有利于压燃机的正常燃烧从而降低尾气有害物质排放。

2. 硫和芳香烃的含量低。低硫有利于降低硫化物的排放, 满足未来低硫燃料的发展趋势, 低芳香烃降低了废气对人体的损害。

3. 生物柴油可被生物降解, 如果发生泄漏事故, 对土壤、河流的污染比化石燃料小得多，对环境更为有利。

4. 具有可再生性。生物柴油燃烧也产生CO2, 但这些CO2 经光合作用后又将回到植物中, 因此, CO2 成为生产化学能源过程中的一种媒介, 它反复循环, 不会增加地球上CO2 的总量。

5. 生物柴油有较好的润滑性能。可降低喷油泵、发动机气缸和连杆的磨损率, 延长其使用寿命。

6. 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、储存设备及人员的特殊技术训练。

生物柴油作为柴油机燃料的缺点：

1. 动力性有所下降。生物柴油热值较柴油低约10%，如不改变发动机的结构参数，发动机的功率要下降8%左右。

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2. 生物柴油的运动黏度高，挥发性及低温流动性差, 有可能在发动机内生成较多的沉积物, 使喷油嘴结焦, 活塞环卡死。

3. 生物柴油具有吸水性，对喷射设备会造成腐蚀，长时间停止不动可能导致机器损坏，所以发动机必须定期保养和运转。

4. 生物柴油具有腐蚀性，能够腐蚀橡胶和塑料，因此所有与生物柴油接触的部件必须进行专门的防护设计。

5.4 生物柴油的发展现状

5.4.1 国外发展现状

德国政府鼓励使用生物柴油。2004年的生产能力达到了109.7万吨，成为世界上最大的生物柴油生产国。德国生物柴油的最大的用户是大运输公司和出租车公司，目前私人用户正处于快速增长的阶段。法国的生物柴油立法是欧盟最优惠的，政府采取实际行动进一步推动该行业的发展。2007年将有100万吨产能投入运营，到2009年将比目前提高400万吨，2010年比目前提高500万吨，到2015年提高700—800万吨[58]。意大利是目前欧洲生物柴油使用最广的国家之一，并对生物柴油生产的税率为零。捷克、波兰、匈牙利等国目前也在积极发展生物柴油的项目。1995日本年开始研究生物柴油，由于植物油资源贫乏，日本主要以煎炸油为原料生产生物柴油，目前日本生物柴油年生产能力达40万吨。泰国发展生物柴油计划已于2001年7月发布。韩国目前有年生产能力2O万吨的生物柴油生产厂。保加利亚、加拿大、澳大利亚等国近年来也开始推广使用生物柴油[59]。

5.4.2 国内发展现状

我国生物柴油的研究与开发虽起步较晚, 但发展速度很快, 一部分科研成果已达到国际先进水平。内容涉及到油脂植物的分布、选择、培育、遗传改良等及其加工工艺和设备。系统研究始于中国科学院的“八五”重点科研项目“燃料油植物的研究与应用技术”, “九五”期间完成了国家重点科研攻关项目“植物油能源利用技术”。近年来, 海南、四川和福建的几家公司都开发出拥有自主

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知识产权的技术, 相继建成年产超过万吨生物柴油的生产企业[60]。但是目前我国由于生物柴油的生产工艺还不成熟,价格比较高, 生物柴油的油品与柴油还有一定的差距, 另外供应生物柴油的基础设施不够完善等原因, 生物柴油的真正应用还没有实现。

我国政府对生物燃料非常重视，并制定了相关政策促进其发展。目前国内所生产的生物柴油没有统一的质量标准，一般仅可用于农用或发电机械，要想直接用于汽车和船舶并保证不会对其带来机械损害还有一定的距离，特别是用于柴油轿车，中国生物柴油生产技术仅处于初级阶段。

5.5 生物柴油在柴油机上的应用研究

目前，柴油机使用生物柴油的方法主要有两种，纯烧和掺烧，作为研究一般将两者比较进行，所以不再作分开探讨。作为可再生的天然能源, 100 多年前植物油已开始在柴油机上试验应用。德国工程师柴油机的发明人R.狄赛尔早在20世纪初就己经在柴油机中以花生油为燃料做过试验。二战期间，中国、印度、日本等国家都将桐油、松根油及可食用的植物油等进行改质后在燃机中使用。巴西、奥地利、新西兰、日本、印度和美国都在不同程度上开展了把植物油、乙醇、野生植物油及可直接生产碳氢化合物液体燃料的能源植物作为内燃机的燃料进行研究，均取得了可喜的成果。

生物柴油热值与柴油接近，从理论上讲，可直接用于柴油机，但由于其运动粘度比柴油高40多倍，不易在气缸内形成雾状，与空气进行混合，因此会产生较高的颗粒排放，并对燃烧室、喷油嘴产生严重污染，甚至使喷孔积炭堵塞。为解决这一问题，常将动、植物油进行酯化，使其变为流动性好、凝点低的酯类化合物。动、植物油酯化后，其着火性比柴油好，且挥发性有机物排放量也降低。研究表明：脂肪酯(碳链长度大于10的酯)的十六烷值随着碳链长度的增加和双键数目的减少而增大。Callahan等在定容燃烧弹中对脂肪醋、脂肪醇、甘油三酸酯的十六烷值进行了研究，所建立的十六烷值与滞燃期的关系表明：C12-C20的饱和脂肪酯以及C12-C18的饱和脂肪醇的十六烷值随着碳链长度的增加而升高；饱和甘油三酸酯的十六烷值在C12-C18范围内随着碳数的增加而

降低，对所有不饱和脂肪类物质，其十六烷值随着不饱和程度的增加而减少[61]。

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