广东石油化工学院本科毕业设计：年产4万吨的生物柴油
我国石油储量有限，是一个石油净进口国，大量进口石油势必对我国的能源安全造成威胁。柴油是我国石油消费的重要组成部分，随着西部大开发进程的加快及国民经济重大基础设施建设项目的相继启动，柴汽比的矛盾会比以往更为突出。同时，汽车柴油化已成为汽车工业的一个发展趋势，而世界范围内柴油的供应量严重不足，无疑给生物柴油的发展提供了广阔的发展空间。因此，促进油菜生产与生物柴油发展与目前石化行业调整油品结构，保障能源安全，提高柴汽比的方向相契合，这为生物柴油的发展描绘了美好的前景。
(2)资源十分广泛
一是可利用各种动、植物油脂的各种废料、副产物，例如加工植物油类即：大豆油、花生油、菜籽油、芝麻油、桐籽油、色拉油等；动物油类：猪油、骨头油等的油渣，酸化油、脂肪酸；二是城市下水道收集的地沟油、泔水油；三是油炸食品的残余油。利用上述原料加工的“生物柴油”颜色清亮透明，各项指标达到国标柴油要求，热值高，马力大，废气少，比柴油更清洁环保。加工生物柴油是变废为宝，利国利民的阳光产业。
(3)生物柴油具有良好的生态环境意义和社会经济价值。
①主要的原料地沟油是可再生能源，促进其能源化发展，可以减少石化能源的开采和消耗，从而减少对地球生态环境的过度破坏。②生物柴油具有的良好的环保特性，大量生产和使用生物柴油，可以减少大气中的二氧化碳的排放量，缓解温室效应，同时生物柴油不含硫，能够减少酸雨对环境的危害。③生物柴油不含致癌性的芳香化合物，不会毒害人们的身体。④资源充分利用，保护环境，实现人类的可持续发展。
1.3生物柴油的优点及与矿物柴油的差异性
1.3.1生物柴油的优点
生物柴油作为柴油替代品，被国内外重视的原因是：生物柴油属植物生物质部分，具有可再生性；生产潜力大，资源丰富；不受地域限制，可分散经营，自产自用；生产投资少，耗能低，对环境污染小；生产设备简单，加工工艺成熟；与醇类、气体燃料等相比，生物柴油更适合于柴油发动机，对现有内燃机改动小。
1.3.2生物柴油与柴油的差异性
生物柴油的燃烧特性是以矿物柴油的燃烧特性作为对照的，其评价指标包括脂肪酸组成、粘度、发热量、闪点、密度、灰分、十六烷值、碘值等。与柴油相比，生物柴油的粘度和密度大、含氧量高，具有高浊点、凝点和闪点、十六烷值低、热值低、灰分少、不含硫、腐蚀轻等优点。生物柴油和矿物柴油的化学组成和结构特征决定了两者的理化性质和燃烧性能的差异(见表1 所示)。柴油是C15~23 的液态烃类混合物，而生物柴油是多种高级脂肪酸的甘油酯的混合物。不同的生物柴油之间高级脂肪酸的组成、碳链长度、双键数目与位置也存在差异，其燃烧特性也有不同。
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第一章 绪论
表1-1生物柴油与矿物柴油的有关性质比较
项目
密度（20℃）/Kg·m-3
十六烷值品级 净燃烧值/MJ·kg- 1
净滤点/℃ 硫含量/% 闪点/C
生物柴油 876 54 37.02 -8 ＜0.02 100
矿物柴油 821 52 43.47 -15 0.26 60
1.4生物柴油的特性及应用
1.4.1生物柴油的特性
生物柴油组分的复杂性使其具有很大的利用潜力，生物柴油的典型物理特性。（见表1.2）
表1-2生物柴油的典型物理特性
物理性质 含水率/% PH 值 相对密度
典型值 15~30 2.5 1.20
物理性质
N 灰 高位热值/Mg·kg-1
C H O
56.4 6.2 37.3
(炭)% 杂质% 真空蒸馏
0~100 1 最大降解量 典型值 0.1 0.1 16~19
1.4.2生物柴油的应用
生物柴油用途广泛，主要的应用领域有：直接作为车用优质柴油使用，即100%生物柴油（B100）；与石油柴油调配使用，品种有2%、5%、10%和20% ，即B2、B5、B10、B20柴油；非车用柴油的替代品，如取暖、船用、农用、发电等 ；用作机械加工润滑剂，脱模剂；优质的溶剂，如用作脱漆剂（代替二氯甲烷）、印刷油墨、清洗剂。
1.5生物柴油的发展现状
1.5.1国内生物柴油的生产及发展现状
我国第一次对生物柴油立项是在1988年，但是生物柴油在我国发展速度较慢。我
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国第一套生物柴油生产装置是由海南正和生物能源公司于2001年9月在河北武安市建成的,采用餐饮废油、榨油废渣和林木油果为主要原料，年产1万t[5]。2004年以来，又有四川大学生命科学院宣布要利用麻疯树果实榨油建设年产万吨级生物柴油炼油厂，新疆规划建设以棉籽油为原料的1O万吨／年生物柴油炼油厂，河北石家庄炼油化工股份有限公司规划利用多种原料油建设5万吨／年的生物炼油厂。2005年，国内还出现了一个由奥地利BIO-LUX公司独资兴办的威海碧路生物能源有限公司，投资7500万欧元，在山东威海建设25万吨／年的生物炼油厂，产品全部出口到欧盟。2005年12月，英国阳光科技集团与凉山州人民政府签定了生物质能源项目合作协议，计划投资40亿元人民币，在攀西地区种植100万亩麻疯树炼生物柴油。美国贝克生物燃料公司2005年已在攀枝花种植了两万亩麻疯树，计划未来几年投资20亿美元，建成世界最大的生物能源基地——年产近40万吨生物柴油。2006年12月4日，广西柳州市明惠生物燃料有限公司生物柴油项目试产成功，首批出油15吨。首次试产的15吨生物柴油是用广西可普遍种植的麻疯树、桐树、油茶树等木本油料植物为原料，利用本公司拥有自主知识产权的“脂肪酸甲脂提纯分子蒸馏技术”生产出来的。公司还在规划建设一条10万吨生物柴油生产线，到2008年底实现年产30万吨的生产规模，项目计划总投资为1.3亿元人民币。由北京清研利华石油化学技术有限公司投资的年产10万吨生物柴油项目于2006年12月28日落户河北固安开发区，该项目投资5000万元，主要生产B100、B50、B30生物柴油。
随着我国柴油机使用生物柴油燃料技术的成熟和原油加工量的上升，汽油和煤油拥有一定数量的出口余地，而柴油的供应缺口仍然较大。我国柴油产量到2007年底达到12370万吨，缺口200多万吨。预计到2015年市场需求量将会达到1.8亿吨左右。柴油的供需平衡问题也将是我国未来较长时间石油市场发展的焦点问题。
1.5.2国外生物柴油的生产及发展现状
柴油是许多大型车辆如卡车、内燃机车及发电机等的主要动力燃料， 具有动力大、价格便宜的优点，但柴油应用存在“冒黑烟”问题，对空气污染严重。为解决燃油的尾气污染问题及日益恶化的环境压力，世界上许多国家已经认识到生物柴油的重要性，开发了柴油的代用品———生物柴油，并进行了大量的研究和试验。结果表明，生物柴油在保持性能不变的同时，还降低了发动机的磨损。以美国、欧盟及巴西等为代表的一些国家和地区，把发展生物柴油作为解决能源问题的重要途径，制定具体的发展目标，并采取了相应的政策措施， 积极推进生物柴油的产业化进程。
巴西是世界上最大的燃料乙醇生产国和出口国。2008年，巴西生产燃料乙醇24.5GL，出口5.16GL。2009年巴西的生物柴油产量达到1.1GL，比2008年增长190％，创历史新高。2009—2013年，巴西石油公司将投资19.2亿美元生产燃料乙醇，投资4.8亿美元生产生物柴油；此外，巴西石油公司还将投资4 亿美元建设乙醇输送管道等基础设施，投资5.3亿美元用于生物燃料科研。总部位于美国加州的Pure生物燃料公司于
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第一章 绪论
2008年6月初宣布，在秘鲁完成扩增生物柴油生产，使InterPacific石油公司生物柴油装置从750 万gal／a（28.39ML／a）扩增至1000万gal／a（37.85ML／a）。美国一家生物燃料技术开发企业与巴西乙醇生产商以合资企业形式， 合作生产以甘蔗为原料的生物柴油，计划在2015年前使这种生物柴油的年产量达到38.0GL。2008年欧盟生产生物柴油780万t远高于2007年的570万t。荷兰皇家航空公司2009年11月23日发出首个由生物柴油做燃料的欧洲示范客运航班，飞机的一个发动机是由50％生物柴油和50％传统柴油的混合柴油作为燃料。目前德国已成为世界最大的生物柴油生产国和消费国，主要以油菜籽为原料生产生物柴油，建立了1600多座生物柴油加油站。
1.5.3生物柴油的发展前景
生物柴油的优越性是显而易见的：一、原料易得且价廉。用油菜籽和甲醇为生产原料，可以从根本上摆脱对石油制取燃油的依赖。二、有利于土壤优化。种植油菜可与其他作物轮种，改善土壤状况，调整平衡土壤养分，挖掘土壤增产潜力。三、副产品具有价值。生产过程中产生的甘油、油酸、卵磷脂等一些副产品市场前景较好。四、环保效益显著。生物查燃烧时不排放二氧化硫，排出的有害气体比石油柴油减少70%左右，且可获得充分降解，有利于生态环境保护。生物柴油由于竞争力不断提高、政府的扶持和世界范围内汽车车型柴油化的趋势加快而前景更加广阔。
目前，国家《可再生能源中长期发展规划》提出，生物柴油的开发利用目标是：2020年，达到200万吨。“200吨只是一个初步的规划目标，国家并不限制生物柴油的发展。”国家发改委能源局可再生能源处调研员梁志鹏表示，由此可见生物柴油的国内市场潜力不言而喻。国内柴油的供需矛盾将会大大缓解，汽车燃油排放质量也会有很大改善，环境和空气质量将有很大提高，发展生物柴油的前景是十分可观的，为国民经济的发展起到有力的推动作用。
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第二章 原料及工艺的选择确定
2.1现生物柴油的生产原料
原料是生产生物柴油的关键，在制备生物柴油的过程中，原料成本占总成本的70%以上，因此，如何获得规模供应、廉价、可作为能源用途的油料资源是生物柴油产业化必须解决的核心和关键问题。根据目前国际上各个国家发展生物柴油产业的不同情况，生物柴油的生产原料主要有植物油脂、动物油脂、微生物油脂和废弃无用油脂四大类。各类原料之间的优缺点如表2.1所示。
表2-1 各类原料之间的优缺点
原料来源 植物油脂
代表举例 大豆油
优点
产地集中，利于大规模生产，技术成熟
棕榈油
动物油脂 微生物油脂 无用废弃油脂
鱼油 油藻 地沟油
含油量高，不占耕地
来源广泛 不占土地，生产周期短 成本低廉，来源广泛，废物利用，利于环保
缺点
占用耕地，造成粮食短缺，导致
成本大幅上升 产地分散 来源分散、原料易腐烂
技术要求高
油品质量不稳定，杂质多，处理
工艺繁琐
2.2现生物柴油的制备技术及催化剂的使用情况
2.2.1酸碱催化法
酸碱催化法生产生物柴油是目前研究最为成熟的技术，投产的生物柴油生产厂家大多数都选择了这种方法。其基本原理是利用酸碱催化剂催化经过处理的动植物油脂与甲醇等发生酯化或转酯化反应，从而生成低分子量的脂肪酸甲酯（生物柴油）和甘油。酸碱催化法生产生物柴油的一般工艺流程如图1所示。
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