生物柴油的特点和优点

二章生物质能转换技术1生物质：自然界中有生命的，可以生长的各种有机物质（动植物，微生物）生物质由太阳能转化而来，以化学能形式贮藏在生物质中的能量。2--高粱，玉米，甘蔗属于c4植物3生物质优点：A可再生，产量大B氮n硫s含量低几乎不产生二氧化硫之类的可形成酸雨的气体C分布广泛，来源丰富生物质的缺点：a产量巨大，但分布十分扩散b产量受季节，气候影响很大，多为季节性生长d一般生物质比容较大，能量密度低，不利于运输e有些含易腐败，储藏困难。4生物质质能转换技术=直接燃烧（固体燃料）+生物转换（乙醇，，沼气）+热化学转化（气化，，热裂解液化，，高压液化）A直接燃烧技术：燃料中的可燃成分和氧化剂（空气）进行化合的化学反应过程，过程中强烈析出热量，使燃料产物温度升高。B生物转换技术：微生物发酵将生物质转换为燃料物质C热化学转换技术：用热化学手段将生物质能转换成燃料物质的技术。（气化法，热裂解法，液化法）气化:利用空气中的氧作为气化剂，将固体中的碳氧化为可燃气热裂解：完全无氧或缺氧条件，热裂解生成生物油，木炭，可燃气体加压液化:较高压力下热化学转化，温度一般低于热裂解.5我国生物质能差距与不足A性技术开发不利，利用技术单一b由于资源分散，收集手段落后，规模很小c相对科研投入过少，研究技术含量低d现行能源价格条件下，产品缺乏市场竞争力e技术标准不规范，市场管理混乱生物柴油的特点1)含水率较高，最大可达30%-45%。水分有利于降低油的黏度、提高稳定性，但降低了油的热值；　　2)pH值低，故贮存装置最好是抗酸腐蚀的材料（制备方法不同的酸价不一样）；　　3)密度比水小，相对密度在0.8724~0.8886之间；　　4)具有“老化”倾向，加热不宜超过80℃，宜避光、避免与空气接触保存；　　5)润滑性能好。　　6）优良的环保特性：硫含量低，二氧化硫和硫化物的排放低、生物柴油的生物降解性高达98％，降解速率是普通柴油的2倍，可大大减轻意外泄漏时对环境的污染；　　7）较好的低温发动机启动性能；　　8）较好的安全性能：闪点高，运输、储存、使用方面安全；　　9)十六烷值高，燃烧性能好于柴油。　　10)无须改动柴油机，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。2生物柴油的制备方法 生物柴油的制备方法可分为两大类：物理法和化学法。物理法是通过物理机械的方法，改变原料油脂或脂肪的黏度和流动性等得到生物柴油，包括直接混合法和微乳液法；化学法是通过原料油脂或脂肪，与低碳醇在催化剂存在的情况下，进行化学反应生成相应酯的过程，分为高温裂解法和酯交换法[5]。2.1物理法2.1.1直接混合法在生物柴油研究初期，研究人员设想将天然油脂与柴油、溶剂或醇类混合以降低其粘度，提高其挥发度。Ziejewski等[6]将葵花籽油与柴油以1∶3的体积比混合,测得该混合物在40℃下的粘度为4.88×10-6m2/s,而ASTM(美国材料实验标准)规定的最高粘度应低于4.0×10-6m2/s,因此该混合料不适合在直喷柴油发动机中长时间使用。2.1.2微乳化法将动植物油与溶剂混合制成微乳状液也是解决动植物油高黏度的办法之一。2.2化学法2.2.1高温热裂解法高温热裂解是在热和催化剂的作用下,由热能引起化学键断裂而产生小分子、一种物质转变成另一种物质的过程，它包括在无空气或无氧中的加热，以及化学键的断裂产生小分子物质。1993年,Pioch等[8]对植物油经催化裂解生产生物柴油进行了研究。将椰油和棕榈油以SiO2/Al2O3为催化剂,在450℃裂解。裂解得到的产物分气液固三相,其中液相的成分为生物汽油和生物柴油。分析表明,该生物柴油与普通柴油的性质非常相近。这种方法可以产生与石油柴油化学成分相似的化学物质,但是,裂解产物中高价值的成分所占比例极低,生产过程需要消耗大量的能量。2.2.2酯交换法酯交换法，即用动物、植物油脂和甲醇或乙醇等低碳醇在酸或碱催化剂或其他新型催化剂的作用下，进行转酯化反应，生成相应的脂肪酸甲酯或乙酯，再经洗涤干燥即得生物柴油。2.2.2.1固体酸碱催化法固体酸碱催化剂催化的酯交换反应因具有反应条件温和，多相固体碱容易从产物中分离，反应后催化剂容易再生以及对设备腐蚀性小等优点而逐渐受到人们的关注。目前对碱性催化剂的研究主要集中在如何提高碱的强度和催化剂活性等方面。 2.2.2.2生物酶催化法生物酶催化法不仅可以催化精炼的动植物油,同时也可以催化酸值较高且有一定水分含量的餐饮废油,将其转化成生物柴油。酶催化法反应具有条件温和,副产品分离工艺较为简单,废水少,设备要求低等优点,日益受到人们的重视。2.2.2.3离子液体法离子液体作为一种新型的环境友好型溶剂和液体酸催化剂，具有其他有机、无机溶剂和传统催化剂不具备的优点，它同时拥有液体酸的高密度反应活性位和固体酸的不挥发性，其酸性可以超过固体超强酸，并且可以根据需要进行调节，反应后容易同产物分离，液体范围宽，热稳定性高，并且种类繁多，具有结构可调性[12]。离子液体的物理化学性质在很大程度上取决于所用的阴阳离子种类,是真正意义上的可设计的绿色溶剂和催化剂,因此它具有取代传统工业催化剂的潜力。2.2.2.4离子交换树脂法离子交换树脂具有活性高、颗粒大、机械强度高、无污染、无腐蚀和与反应物不互溶等优点，它可克服一些固体酸碱的缺点。离子交换树脂可以重复使用，降低生产成本。2.2.2.6微波辐射法2.2.2.7超声强化法超声波处理都是在较短时间内强化操作过程,超声波的空化作用有效地促进了两相的乳化,增大了相界面面积,使得反应速度明显加快。超声强化酯交换制备生物柴油不但提高了生物柴油产率，缩短反应时间，而且反应条件温和，对设备的要求也不严格。目前，超声强化酯交换制备生物柴油还停留在实验室探索阶段，超声化学反应器的设计和放大也限制了其生产上的应用。3结论前面综述了常见的制备生物柴油的方法，包括物理法和化学法两大类，经过分析比较得出以下结论：物理法虽简单易行，能降低动植物油的黏度，但其十六烷值不高，是一种分散的多相体系，一直存在稳定性问题，而且其物化性能指标难以控制和达到所要求的数值，因此物理法生产的生物柴油在生物柴油产业中所占比重很小。 目前工业上常采用化学法制备生物柴油，其中酯交换法是生物柴油研发的主要方向。在传统酸碱催化酯交换的基础上，固体酸碱催化剂及复合催化剂的研制，生物酶催化法、超临界甲醇法、离子液体法、离子交换树脂法、微波辐射和超声强化等绿色工艺是目前生物柴油合成研究的一个重要方向。在无催化剂的超临界法中,油脂进行酯交换需在高温、高压下才能进行,虽然反应时间相对缩短,但伴随着油脂的裂解和聚合等副反应的发生,而使用催化剂可大幅度降低反应温度和压力;生物酶催化法虽然反应条件相对最温和,但反应时间较长,产率不高,随着溶剂极性增大,酶活性降低,同时副产物甘油易吸附于酶表面,不但对产物形成抑制,且对酶有毒性,使酶寿命缩短;固体酸碱法、离子液体法和离子交换树脂法的反应时间都在4h左右,但离子液体法需要170℃的高温,固体酸碱法的催化剂活性较低且产物需分离由于催化剂所带入的金属元素。通过比较：离子交换树脂法是目前较佳的合成生物柴油的方法；未来的研究方向应该是以基本催化为基础、辅助微波辐射或超声强化等现代物理手段来加快转脂反应速率，提高生物柴油产率。