生物质基柴油制备在线视频

大家好

今天我们来学习本章第三节内容

生物质制取生物柴油

本节我们将重点介绍生物柴油的定义

生物柴油的性质

制备生物柴油的原料

以及生物柴油的制备方法

首先来看生物柴油的定义

根据1992年美国生物柴油协会的定义

生物柴油是指以植物

动物油脂等可再生生物资源

生产的

可用于压燃式发动机的清洁替代燃料

生物柴油作为石化燃料的良好替代品

正在快速地产业化

其主要成分是

长链脂肪酸

所形成的甲酯或乙酯类物质

通过甲醇与天然植物油

或动物脂肪中主要成分甘油三酸酯

发生酯交换反应

得到脂肪酸甲酯或生物柴油

1896年德国工程师鲁道夫·狄赛尔

研制出世界上第一台柴油机

在当时的年代还没有石化柴油

他就是以植物油作燃料的

1983年美国科学家Graham Quick

利用亚麻籽油与甲醇发生酯交换反应

首次制备出一种脂肪酸甲酯

将其应用于柴油机

持续燃烧了近1000h

后来他正式将这种可再生的

脂肪酸甲酯命名为“Biodiesel”。

那么生物柴油与传统柴油相比

具有什么特性呢

首先从物理化学性质来看

生物柴油十六烷值高

润滑性好 闪点高

基本不含杂原子和芳烃

并且生物柴油可被生物降解

无毒 环境友好是一种可再生能源

其次从尾气排放角度来看

生物柴油汽车的尾气中有毒有机物排放量

仅为普通柴油汽车的10~30%

颗粒物仅为45%二氧化硫排放量为46%

一氧化碳排放量为57%

纯生物柴油二氧化碳排放量

比普通柴油减少78%以上

可有效减小“温室效应”

从生产生物柴油的能耗来看

每消耗一个单位的矿物能量

就能获得3.2个单位的能量

远低于传统柴油

若植物油酯交换过程采用可再生的乙醇时

则能耗还可下降

下面我们来学习制备生物柴油的原料

动植物油脂都是生产生物柴油的主要原料

天然油脂的分子结构是含双键

或不含双键的直链脂肪酸三甘油酯

碳链长度在 12~26之间

一般为偶数碳链

习惯运用热值 密度

运动黏度 十六烷值

闪点等指标

来评价制备生物柴油原料的优劣

原料对生物柴油的质量有较大的影响

油脂中所含的脂肪酸的碳链长短

不饱和键的多少

直接影响生物柴油的闪点

十六烷值 倾点等性质

例如以豌豆油 大豆油和地沟油

制备的生物柴油闪点较高

以地沟油制备的生物柴油

十六烷值较高

废动植物油为原料生产的生物柴油

碘值高

归纳起来

制备生物柴油的原料主要有以下四类

第一类为废弃动植物油脂

第二类为冬闲田油菜

第三类为木本油料植物

例如黄连木光皮树

最后一类为产油微藻

例如绿藻 硅藻 红藻等

下面我们来学习生物柴油的制备方法

生物柴油的生产技术并不复杂

但由于植物油价格高于石化柴油

因此简化生产工艺

尽可能地回收副产甘油

以降低生物柴油的成本

成为生物柴油制备的关键

目前生物柴油的制备方法主要分为

直接混合法 微乳化法 高温裂解法

和转酯化法四种

此外以工程微藻法等

新型技术制备生物柴油

也逐渐引起人们的关注

使用直接混合法

和微乳化法生产的生物柴油

能够降低原料油的黏度

但积炭和污染等问题难以解决

高温裂解法的主要产品是生物汽油

生物柴油只是副产品

相比之下

转酯化法更优

应用最广泛

接下来我们一一了解每种制备方法的内涵

直接混合法是指

将植物油和石油柴油

按不同的比例直接混合后得到的生物柴油

微乳化法是利用乳化剂

将植物油分散到溶剂中

从而降低它的黏度

提高流动性

来达到在柴油机内的使用要求

这种方法受环境的影响较大

容易出现破乳现象

使燃料的性质不稳定

且依然没有解决混合法固有的积炭

活塞环粘连 润滑油变稠等问题

不能达到普遍使用的目的

高温裂解法是在热和催化剂的作用下

使动植物油迅速断裂为短链分子

尽量减少碳化和氧化

从而获得更多的燃料油

使用该方法可有效保证产品质量

并且适合长期使用

但是高温热裂解法的工艺复杂

设备庞大

成本较高

不能达到工业化生产和使用的目的

应用最广泛的转酯化法

是以长链脂肪酸单酯作为目的产物

用动植物油脂与甲醇或乙醇等低碳醇

在催化剂和高温下进行转酯化反应

生成相应的脂肪酸甲酯（或乙酯）

同时副产甘油

根据使用催化剂的不同

通常把酯交换法分为化学法和生物酶法

工业上制备生物柴油的主要方法是

酸碱催化的酯交换法

在酸碱催化剂作用下

经预处理后的动植物油脂

与甲醇发生酯交换反应产物

经蒸馏 过滤 分离等步骤后

即可得到生物柴油

常见的碱性催化剂为NaOH

KOH 碳酸盐

甲醇钠等

而酸性催化剂有硫酸 磷酸 盐酸

磺酸 硼酸和有机磺酸等

为了解决酸碱催化剂存在的腐蚀

和环境污染问题

近些年来

科研人员将离子液体应用于

催化转酯化反应生产生物柴油

离子液体是指在室温

或接近室温下呈现液态的

完全由阴阳离子所组成的盐

也称为低温熔融盐

离子液体作为一种新型的环境

友好型液体酸碱催化剂

在生物柴油的制备研究中受到广泛关注

离子液体具有液体酸碱的高反应活性位

和固体酸碱的不挥发性

且易于与产物分离

可重复使用 热稳定性高

生物酶法是指采用生物酶

催化油脂发生酯交换反应

来生产生物柴油

生物酶法所用的催化剂有脂肪酶

和微生物细胞酶两大类

生物酶法生产生物柴油的反应条件温和

常温常压进行

过程无污染物排放

环境友好 对原料的品质要求不高

原料来源广泛

产品的分离和回收比较方便

但也存在促酶反应时间长

酶的使用寿命短等问题

工程微藻法生产生物柴油时

先通过基因工程技术构建微藻生产油脂

再进行酯交换反应

工程微藻法的优越性在于微藻生产能力高

比陆生植物产油脂量高几十倍

用海水作为天然培养基

节省了农业资源

因此发展富含油脂的工程微藻

是发展生物柴油的一大趋势

是制备生物柴油新的技术途径

当前关于生物柴油的研究热点

多集中在转酯化反应的催化剂开发

由于使用均相酸碱催化剂

催化酯胶化反应

在分离单元会损失产品脂肪酸甲酯

并会产生大量废水

使整个工艺过程的生产成本增加

研究者们正在积极开发非均相催化剂

以及纳米非均相催化剂

例如有学者一步法合成了β-锆酸钾

非均相催化剂

用来催化废弃煎炸油制备生物柴油

结果显示反应转化率高达96.8%

在重复使用五次后

催化剂依然很稳定

活性没有降低

好本节内容到此结束

谢谢大家