生物柴油专题教育课件省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

生物柴油研究进生物柴油研究进 展与应用前景展与应用前景主讲人：爱谁谁第1页主要内容主要内容1组成结构2主要优点3研究进展4应用前景第2页生物柴油历史沿革生物柴油历史沿革发动机创造家狄色尔早在19美国密苏里工程大会汇报中就指出，用菜籽油作发动机燃料在今天看起来并没有太大意义，但未来会成为和石油及煤一样主要燃料。1983年美国科学家首先将菜籽油甲酯用于发动机，燃烧了1000个小时。并将以可再生脂肪酸单酯定义为生物柴油.。1984年美国和德国等国科学家研究了采取脂肪酸甲酯或乙酯代替柴油作燃料，即采取来自动物或植物脂肪酸单酯包含脂肪酸甲酯，脂肪酸乙酯及脂肪酸丙酯等代替柴油燃烧。第3页什么是生物柴油？什么是生物柴油？生物柴油(Biodiesel)提炼自动植物油，普遍用于拖拉机、卡车、船舶等。它是指以如大豆、油菜、棉、棕榈等油料作物，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经过酯交换或热化学工艺制成可代替石化柴油柴油燃料。生物柴油是生物质能一个，其在物理性质上与石化柴油靠近，但化学组成不一样。生物柴油是含氧量极高复杂有机成份混合物，这些混合物主要是一些分子量大有机物，几乎包含全部种类含氧有机物，如：酯、醚、醛、酮、酚、有机酸、醇等。第4页生物柴油原料起源生物柴油原料起源第5页生物柴油组成结构生物柴油组成结构石化柴油是轻质石油产品，复杂烃类(碳原子数约1022)混合物。生物柴油是指由动植物油脂（脂肪酸甘油三酯）与醇（甲醇或乙醇）经酯交换反应得到脂肪酸单烷基酯，最经典是脂肪酸甲酯。与传统石化能源相比，其硫及芳烃含量低、闪点高、十六烷值高、含有良好润滑性，可部分添加到化石柴油中。第6页生物柴油主要优点生物柴油主要优点(1)含有优良环境保护特征：生物柴油和石化柴油相比含硫量低，使用后可使二氧化硫和硫化物排放大大降低。权威数据显示，二氧化硫和硫化物排放量可降低约30%。生物柴油不含对环境造成污染芳香族化合物，燃烧尾气对人体损害低于石化柴油，同时含有良好生物降解特征。和石化柴油相比，柴油车尾气中有毒有机物排放量仅为10%,颗粒物为20%，二氧化碳和一氧化碳排放量仅为10%，排放尾气指标可到达欧洲号和号排放标准。(2)低温开启性能：和石化柴油相比，生物柴油含有良好发动机低温开启性能，冷滤点到达-20。(3)生物柴油润滑性能比柴油好：能够降低发动机供油系统和缸套摩擦损失，增加发动机使用寿命，从而间接降低发动机成本。第7页生物柴油主要优点生物柴油主要优点(4)含有可再生性：生物柴油是一个可再生能源，其资源不会像石油、煤炭那样会枯竭。(5)含有优良燃烧性能：生物柴油十六烷值比柴油高，所以燃料在使用时含有更加好燃烧抗暴性能，所以能够采取更高压缩比发动机以提升其热效率。即使生物柴油热值比柴油低，但因为生物柴油中所含氧元素能促进燃料燃烧，能够提升发动机热效率，这对功率损失会有一定填补作用。(6)含有良好安全性能：生物柴油闪点高于石化柴油，它不属于危险燃料，在运输、存放，使用等方面优点显著。第8页生物柴油主要优点生物柴油主要优点(7)含有经济性：使用生物柴油系统投资少，原用柴油引擎、加油设备、储存设备和保养设备无需改动。(8)可调和性：生物柴油可按一定百分比与石化柴油配合使用，可降低油耗，提升动力，降低尾气污染。(9)可降解性：生物柴油含有良好生物降解性，在环境中轻易被微生物分解利用。第9页生物柴油相对于普通柴油优点生物柴油相对于普通柴油优点第10页工艺流程工艺流程生物柴油是由从植物油或动物脂脂肪酸烷基单酯组成一个可替换柴油燃料。当前，大多数生物柴油是由大豆油、甲醇和一个碱性催化剂(胆碱酯酶)生产而成。然而还有大多数不易被人体消化廉价油脂能够转化为生物柴油。(1)物理精炼：首先将油脂水化或磷酸处理，除去其中磷脂，胶质等物质。再将油脂预热、脱水、脱气进入脱酸塔，维持残压，通入过量蒸汽，在蒸汽温度下，游离酸与蒸汽共同蒸出，经冷凝析出，除去游离脂肪酸以外净损失，油脂中游离酸可降到极低量，色素也能被分解，使颜色变浅。(2)甲醇预酯化：首先将油脂水化脱胶，用离心机除去磷脂和胶等水化时形成絮状物，然后将油脂脱水。原料油脂加入过量甲醇，在酸性催化剂存在下，进行预酯化，使游离酸转变成甲酯。蒸出甲醇水，经分馏后，无游离酸分出C12-16棕榈酸甲酯和C18油酸甲酯。第11页工艺流程工艺流程(3)酯交换反应：经预处理油脂与甲醇一起，加入少许NaOH做催化剂，在一定温度与常压下进行酯交换反应，即能生成甲酯，采取二步反应，经过一个特殊设计分离器连续地除去初反应中生成甘油，使酯交换反应继续进行。(4)重力沉淀、水洗与分层。(5)甘油分离与粗制甲酯取得。(6)水份脱出、甲醇释出、催化剂脱出与精制生物柴油取得。第12页工艺流程工艺流程整个工艺流程实现闭路循环，原料全部综合利用，实现清洁生产。大致描述以下：原料预处理(脱水、脱臭、净化)-反应釜(加醇+催化剂+70)-搅拌反应1小时-沉淀分离排杂-回收醇-过滤-成品第13页生物柴油制备方法生物柴油制备方法化学法生物柴油化学法生产是采取生物油脂与甲醇或乙醇等低碳醇，并使用氢氧化钠(占油脂重量1%)或醇甲钠(Sodium methoxide)做为触媒，在酸性或者碱性催化剂和高温（230250）下发生酯交换反应（transesterification），生成对应脂肪酸甲酯或乙酯，再经洗涤干燥即得生物柴油。甲醇或乙醇在生产过程中可循环使用，生产设备与普通制油设备相同，生产过程中产生10%左右副产品甘油。但化学法合成生物柴油有以下缺点：反应温度较高、工艺复杂；反应过程中使用过量甲醇，后续工艺必须有对应醇回收装置，处理过程繁复、能耗高第14页生物柴油制备方法生物柴油制备方法生物酶合成法用动物油脂和低碳醇经过脂肪酶进行转酯化反应，制备对应脂肪酸甲酯及乙酯。酶法合成生物柴油含有条件温和、醇用量小、无污染排放优点。年日本采取固定化Rhizopusoryzae细胞生产生物柴油，转化率在80%左右，微生物细胞可连续使用430小时。很有效处理了化学法中出现一些问题。脂肪酶对长链脂肪醇酯化或转酯化有效，而对短链脂肪醇(如甲醇或乙醇等)转化率低，普通仅为40%-60%；甲醇和乙醇对酶有一定毒性，轻易使酶失活；副产物甘油和水难以回收。第15页生物柴油制备方法生物柴油制备方法“工程微藻”法“工程微藻”生产柴油，为柴油生产开辟了一条新技术路径。美国国家可更新试验室(NREL)经过当代生物技术建成“工程微藻”，即硅藻类一个“工程小环藻”。在试验室条件下可使“工程微藻”中脂质含量增加到60%以上，户外生产也可增加到40%以上，而普通自然状态下微藻脂质含量为5%-20%。“工程微藻”中脂质含量提升主要因为乙酰辅酶A羧化酶(ACC)基因在微藻细胞中高效表示，在控制脂质积累水平方面起到了主要作用。当前，正在研究选择适当分子载体，使ACC基因在细菌、酵母和植物中充分表示，还深入将修饰ACC基因引入微藻中以取得更高效表示。第16页生物柴油研究进展生物柴油研究进展第一代生物柴油产品1983年美国科学家GrahamQuick首次将酯 交换反应制备亚麻油酸甲酯成功用于发动机，并将可再生油脂经酯交换反应得到脂肪酸单酯定义为生物柴油4，并逐步形成了以脂肪酸甲酯为代表组分第一代生物柴油产品；第二代生物柴油产品第一代生物柴油在生产过程会产生大量 含酸、碱、油工业废水，产品是混合脂肪酸甲酯，含氧量高，热值相对比较低，其组分化学结构与柴油存在显著不一样。于是，人们将注意力转移到改变油脂分子结构，使其转变成脂肪烃类，与石油基柴油分子结构更为靠近；第三代生物柴油产品与第二代生物柴油相比，第三代生物柴油主要是拓展了原料选择范围，使可选择原料从棕榈油、豆油和菜籽油等油脂拓展到高纤维素含量非油脂类生物质和微生物油脂。第17页世界各国生物柴油年产量世界各国生物柴油年产量20世界生物柴油总产量约2050万吨，其中欧盟占51%，南美地域（巴西为主）占24%，亚洲13%，中北美为11%，其它地域1%。美国最早硕士物柴油国家。当前总生产能力1300，000吨。对生物柴油税率为0%。美国在黄石公园进行60万公里行车试验，没有任何结焦现象，空气污染物排放降低了80%以上。日本日本1995年开始研究用饭店剩下煎炸油生产生物柴油，在1999年建立了259升/天用煎炸油为原料生产生物柴油工业化试验装置，当前日本生物柴油年产量可达400，000吨。中国与国外相比，中国在发展生物柴油方面还有相当大差距，长久徘徊在初级研究阶段，未能形成生物柴油产业化。我国生物柴油生产与示范我国年生物柴油产能约300万t/a，产量约20万t，生物柴油年利用量到年到达20万t，20到达200万t。第18页世界各国生物柴油年产量世界各国生物柴油年产量欧盟德国当前已拥有8个生物柴油工厂，德国拥有300多个生物柴油加油站，而且制订了生物柴油标准，对生物柴油不予征税，年生物柴油产量达100万吨。法国、意大利等欧洲国家都建立生物柴油企业。法国雪铁龙集团进行了生物柴油试验，经过10万公里燃烧试验，证实生物柴油是能够用于普通柴油发动机。欧盟国家年生物柴油年产能第19页应用前景现实状况分析产业前景未来展望生物柴油应用前景生物柴油应用前景 第20页现实状况分析现实状况分析从销售额角度看，年精细化工产品占到行业总体销售额70%以上，能 源 产 品 不 足30%，造成两种产品百分比悬殊主要原因在于生物柴油原材料价格高涨且销售渠道不畅，生产企业极难从能源产品上取得利润，而精细化工产品因为其附加值较高、环境保护等特点显著以及销售渠道成熟等原因，取得生产企业和市场青睐，逐步成为生物柴油行业主要细分产品。我国生物柴油产能约300万t/a，产量约20万t，主要原料为餐饮废油、榨油废渣等，产品主要用于农用动力机械及公路、水路和铁路运输动力机械方面。中国生物柴油市场规模改变趋势（亿元）第21页产业前景产业前景中国有十分丰富原料资源。中国版图辽阔，地域跨度大，水热资源分布各异，能源植物资源种类丰富多样。而且伴随改革开放不停深入，在全球经济一体化进程中，在中国加入WTO大好形势下，中国经济水平将深入提升，对能源需求会有增无减，只要把关于生物柴油研究结果转化为生产力，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应用是非常辽阔。据教授预测，到2010年，世界柴油需求量将从38%增加到45%，而柴油供给量严重不足，这都为生物柴油提供了辽阔发展空间。年国家税务总局发文要求：“以动植物油为原料，经提纯、精炼、合成等工艺生产生物柴油，不属于消费税征税范围”。206月，国家财政部与税务总局公布通知对以利用废弃动植物油生产纯生物柴油免征消费税。第22页未来展望未来展望我国现如今生物柴油产能与拟规划产能差距还很大，说明我国生物柴油生产力水平不是很高，同时也显示出生物柴油有很大发展潜力。能源问题一直是全球性问题，生物柴油相对于石化柴油种种优势，很有可能将是未来能源主要部分，所以生物柴油发展未来还是比较有希望。第23页thanks！第24页