生物柴油(Biodiesel)是指以油料作物、野生油料植物和工程微藻等水生植物油脂以及动物油脂、餐饮垃圾油等为原料油通过酯交换工艺制成的可代替石化柴油的再生性柴油燃料。生物柴油是生物质能的一种,它是生物质利用热裂解等技术得到的一种长链脂肪酸的单烷基酯。生物柴油是含氧量极高的复杂有机成分的混合物,这些混合物主要是一些分子量大的有机物,几乎包括所有种类的含氧有机物,如:醚、酯、醛、酮、酚、有机酸、醇等。
特点
1)能达到欧洲2号排放(GB252-2000)标准;
2)密度比水小,相对密度在0.7424~0.8886之间;
3)稳定性好,长期保存不会变质;
4)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;
5)生物柴油中不含对环境会造成污染的芳香族烷烃,因而废气对人体损害低于柴油;
6)较好的低温发动机启动性能,无需添加剂冷滤点媃中达到-13℃;
7) 十六烷值高,燃烧性能好于柴油,燃烧残留物呈中性使发动机机油的使用寿命加长;
8) 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。
9)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;
10)pH值低,故贮存装置最好是抗酸腐蚀的材料;
11)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;
12)较好的安全性能:闪点高,运输、储存、使用方面安全;
优点
(1)具有优良的环保特性:生物柴油和化石柴油相比含硫量低,使用后可使二氧化硫和硫化物排放大大减少。权威数据显示,二氧化硫和硫化物的排放量可降低约30%。生物柴油不含对环境造成污染的芳香族化合物,燃烧尾气对人体的损害低于化石柴油,同时具有良好的生物降解特性。和化石柴油相比,柴油车尾气中有毒有机物排放量仅为1 /1 0,颗粒物为20%,二氧化碳和一氧化碳的排放量仅为10%,排放尾气指标可达到欧洲Ⅱ号和Ⅲ号排放标准。
(2)低温启动性能:和化石柴油相比,生物柴油具有良好的发动机低温启动性能,冷滤点达到-20℃。
(3)生物柴油的润滑性能比柴油好:可以降低发动机供油系统和缸套的摩擦损失,增加发动机的使用寿命,从而间接降低发动机的成本。
(4)具有良好的安全性能:生物柴油的闪点高于化石柴油,它不属于危险燃料,在运输、储存、使用等方面的优点明显。
(5)具有优良的燃烧性能:生物柴油的十六烷值比柴油高,因此燃料在使用时具有更好的燃烧抗暴性能,因此可以采用更高压缩比的发动机以提高其热效率。虽然生物柴油的热值比柴油低,但由于生物柴油中所含的氧元素能促进燃料的燃烧,可以提高发动机的热效率,这对功率的损失会有一定的弥补作用。
(6)具有可再生性:生物柴油是一种可再生能源,其资源不会像石油、煤炭那样会枯竭。
(7)具有经济性:使用生物柴油的系统投资少,原用柴油的引擎、加油设备、储存设备和保养设备无需改动。
(8)可调和性:生物柴油可按一定的比例与化石柴油配合使用,可降低油耗,提高动力,降低尾气污染。
(9)可降解性:生物柴油具有良好的生物降解性,在环境中容易被微生物分解利用。
生物柴油的优良性能使得采用生物柴油的发动机废气排放指标不仅满足目前的欧洲II号标准,甚至满足随后即将在欧洲颁布实施的更加严格的欧洲Ⅲ号排放标准。而且由于生物柴油燃烧时排放的二氧化碳远低于该植物生长过程中所吸收的二氧化碳,从而改善由于二氧化碳的排放而导致的全球变暖这一有害于人类的重大环境问题。因而生物柴油是一种真正的绿色柴油。
缺点
生物柴油做为石化柴油的替代品,本身没有什么缺点,只是在生产过程中有一些缺点:生物柴油行业现状
一、在国家“不能与粮争地”、“不能与人争粮”、“不能与人争油”、“不能污染环境”的“四不”政策下,提炼生物柴油的原料只能用油料作物或者地沟油,而地沟油的收集是一个难题。据统计,生物柴油制备成本的75%是原料成本。因此采用廉价原料及提高转化从而降低成本是生物柴油能否实用化的关键。
二、用酯交换方法合成生物柴油有以下缺点:
(1)工艺复杂、醇必须过量,后续工艺必须有相应的醇回收装置,能耗高,设备投入大;
(2)色泽深,由于脂肪中不饱和脂肪酸在高温下容易变质;
(3)酯化产物难于回收,回收成本高;生产过程有废碱液排放。
在这个问题上,直接裂解法不存在上述问题,可参考“动植物油料生产生物柴油的催化裂化方法”(专利号:CN2006 1 0054327.2)。
生物柴油是清洁的可再生能源,它以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、废餐饮油等为原料制成的液体燃料,是优质的石油柴油代用品。生物柴油是典型“绿色能源”,大力发展生物柴油对经济可持续发展,推进能源替代,减轻环境压力,控制城市大气污染具有重要的战略意义。
综观国际上的发达国家如美国、德国、日本;到次发达的南非、巴西、韩国;再到发展中的印度、泰国等,均在发展石油替代产业的国际政策制度、技术完善、装置建设和车辆制造等方面提供了良好的借鉴,为我国走中国特色石油替代之路铺平了道路。特别是巴西经验更具实际意义。
生物柴油在中国是一个新兴的行业,表现出新兴行业在产业化初期所共有的许多市场特征。许多企业被绿色能源和支农产业双重“概念”凸现的商机所吸引,纷纷进入该行业,有人以“雨后春笋”形容生物柴油目前的状态。截止2007年,中国有大小生物柴油生产厂2000多家,而且,各地相同项目的立项、审批还在继续。还有更大的威胁来自于国外。一些外国公司资金实力雄厚,生产技术成熟,产业化程度高,可以借规模经济效应获取成本优势,抢占原料基地和市场份额的综合能力更强
从未来的发展看,生物柴油的购买商主要有石油的炼油厂、发电厂、轮船航运公司以及流通领域的中间商。生物柴油的需求量在不断增加,预计到2010年,中国生物柴油的需求量将达到2000万吨/年,按国家再生能源中长期规划,那时的产能是20万吨/年。需求与产量的反差,将会是形成产品供不应求的局面。当人们更多地了解生物柴油优良的性能,接受的程度会更大,市场需求也会不断提高。强大的市场需求与有限的生产能力,使购买者的议价能力降低。同时,也对生物柴油生产企业提出了更高的要求,应加大对技术创新的投入,不断提高油品的质量,以保持生物柴油良好的品质形象。
随着改革开放的不断深入,在全球经济一体化的进程中,中国的经济水平将进一步提高,对能源的需求会有增无减,只要把关于生物柴油的研究成果转化为生产力,形成产业化,则其在柴油引擎、柴油发电厂、空调设备和农村燃料等方面的应用前景是非常广阔的。