生物能源技术详解

生物能源技术详解演示文稿当前1页，总共93页。优选生物能源技术当前2页，总共93页。酯交换原理及反应机理制备生物柴油的酯交换，是指油脂中的脂肪酸与醇发生的酯基交换反应。酯交换反应是可逆反应，过量的醇可使平衡向生成产物的方向移动，所以醇的实际用量远大于其化学计量比（醇:油=3:1)。甘油三酸酯分步转变成甘油二酯、甘油一酯，最后转变成甘油。催化剂加快反应速率，提高产率。当前3页，总共93页。制备生物柴油催化剂的选择酸性催化剂活性很小，或者强烈地破坏油脂（无机酸）碱性催化剂碱金属、醇钠以及NaOH和KOH等碱。生物酶生物酶在甲醇中容易变性失活。当前4页，总共93页。生物柴油生产工艺的发展方向生产装置的大型化；生产工艺的连续化、自动化、数字化、规模化；产品及“三废”处理绿色化。当前5页，总共93页。酯交换生产生物柴油工艺流程大部分工厂的酯交换工艺为传统的两步法：反应和提纯。反应中最主要的影响因素是甲醇和催化剂的用量。两步法投资不大，但该工艺存在生产连续性和安全性等问题。此外，设备投资和能耗都很大。当前6页，总共93页。间歇式酯交换工艺酯交换/分离/甲醇回收/甘油回收当前7页，总共93页。连续酯交换制备生物柴油工艺酯交换制取生物柴油工序（车间）和再酯化甲醇回收与甘油精制工序（车间）当前8页，总共93页。连续酯交换工艺当前9页，总共93页。生物柴油制备工艺条件确定甲醇浓度比对产率的影响反应时间的影响当前10页，总共93页。温度的影响催化剂浓度的影响搅拌强度的影响主要影响因素的极差分析当前11页，总共93页。生物技术制取生物柴油当前12页，总共93页。生物技术法制取的主要影响因素底物抑制作用底物摩尔比对反应的影响当前13页，总共93页。不同脂肪酶对反应的影响当前14页，总共93页。固定化酶的寿命底物摩尔比对反应的影响当前15页，总共93页。副产品的回收甲醇的回收甘油的回收当前16页，总共93页。甲醇的回收将各工段中收集到的甘油-水-甲醇溶液在加热器中加热到甲醇的沸点温度，在甘油-甲醇汽提塔中用过热蒸汽将甲醇从混合物中汽提出来，饱和甲醇蒸汽和部分液体进入甲醇蒸馏塔中提纯。当前17页，总共93页。光皮树油酯化处理工艺当前18页，总共93页。甘油（I）甘油有甜味、无毒，在食品工业上可作为甜味添加剂。甘油具有很强的吸水性，烟草、皮革用甘油处理后可防霉、不变硬、使皮革柔软，在许多软膏加入甘油后可防止干结。甘油水溶液的冰点很低，如66.7%的甘油溶液的冰点为-46.5℃，甘油可作防冻剂和致冷剂。甘油还作为润湿剂、润滑剂。当前19页，总共93页。甘油（II）甘油的重要用途是制取三硝酸甘油酯。它是非常容易爆炸的物质，现在一般是把三硝酸甘油酯吸收在木屑、硅藻土等多孔性物质里，以及跟一定量的硝化棉、硝酸铵等物质混合，制成甘油炸药。硝酸甘油酯在生理上有扩张血管的作用，用作心脏病急救药。硝酸甘油酯是治疗心绞痛的首选药物，研究证明，硝酸甘油酯舌下含服1-2分钟见效，能迅速中止心绞痛，作用持续10-45分钟，增加心肌缺血区供血而能缩小梗塞范围。当前20页，总共93页。甘油(III)碘甘油是由碘、碘化钾及甘油配制而成,具有消毒防腐作用,其中碘对真菌、病毒、阿米巴原虫及芽胞均有较强的杀灭作用。甘油的另一重要用途是制备醇酸树酯，而醇酸树脂是醇酸瓷漆的原料。当前21页，总共93页。甘油回收原料废水收集废水净化稀甘油水溶液的浓缩粗甘油精制成品甘油当前22页，总共93页。粗甘油精制粗甘油的蒸馏脱色精制法粗甘油的精馏、脱色精制法粗甘油的离子交换与排斥精制法当前23页，总共93页。甘油蒸馏与脱色当前24页，总共93页。甘油质量标准当前25页，总共93页。生物柴油生产过程中的消耗预处理工段原料经精炼脱去原料油中的水分/游离脂肪酸和磷脂等杂质，而这些精炼过程不要避免要消耗辅料和能量

1.脱酸/脱胶和干燥设备2.蒸馏脱酸设备3.真空设备（蒸汽喷射泵）当前26页，总共93页。酯交换反应过程中的消耗酯交换装置、甲醇回收装置、甘油水浓缩装置和甘油蒸馏装置的生产线消耗的总和。工艺保证所需的基本消耗最多1.025kg预处理植物油可生产1kg脂肪酸甲酯--生物甘油。甘油残渣中的甘油：<10%；蒸馏甘油的浓度>99%当前27页，总共93页。小结酯交换原理催化剂选择生产工艺生物技术制取生物柴油副产品回收生产过程中的消耗当前28页，总共93页。思考题通过本节学习，同学们试着设计一条基于生物技术方法生产生物柴油的工艺流程，并介绍其优缺点。当前29页，总共93页。第五节生物柴油理化性质及质量标准生物柴油的物理性质及其分析方法生物柴油化学成分的分析生物柴油产品质量标准当前30页，总共93页。当前31页，总共93页。各种各样的生物柴油：色泽淡黄清澈如水的，透明暗红类似可乐饮料的，甚至漆黑粘稠有如浓浆的。

究竟哪个才是真正的生物柴油？

答案很模糊：与色拉油、可乐相似的都算生物柴油，有如浓浆的可以说是生物燃料，但加工提炼一下也可以变成生物柴油。２１３当前32页，总共93页。当前33页，总共93页。生物柴油的理化性质KevinJ.Harrington的研究认为柴油替代品的理想物质应当有如下的分子结构：较长的碳直链；双键的数目尽可能要少；含有一定的O元素；分子结构尽可能没有或只有很少碳支链；分子中不含有芳香烃结构。当前34页，总共93页。评价指标发火性蒸发性能黏度低温流动性安全性对发动机没有腐蚀良好的可燃性当前35页，总共93页。当前36页，总共93页。燃烧性能与十六烷值所谓燃烧性能就是指燃料具有的热值及在内燃机工作状况下能否充分燃烧，能否提供更多的有效功率。十六烷值是衡量燃料在压燃式发动机中燃烧性能好坏的质量指标。柴油机是压燃式发动机，要求柴油喷入汽缸与压缩空气相混合，在高温高压条件下自燃，并在汽缸中燃烧成功。当前37页，总共93页。柴油的十六烷值低，则燃料发火困难，滞燃期长，发动机工作时容易爆震；十六烷值高时，可以保证柴油的均匀燃烧，热功率高，耗油量少，汽缸中压力均匀地增加，发动机工作平稳，启动性能好，不会引起过早的磨损。十六烷值过高，会因滞燃值太短，燃料来不及与空气完全混合即着火自燃，以致燃烧不完全，部分烃类热分解而产生游离炭粒，并随烟气排走，造成发动机冒黑烟及油耗增大，功率下降。当前38页，总共93页。一般认为，适宜的柴油的十六烷值应为45-60左右；油酸甲酯、亚麻酸甲酯、亚油酸甲酯、蓖麻油甲酯、花生酸甲酯等植物油中常见的长链脂肪酸酯的十六烷值都在40-60之间。碳链长度的增加有助于十六烷值的提升，而不饱和双键数目的增加则会使十六烷值有所下降。当前39页，总共93页。构成生物柴油的脂肪酸甲酯的碳链长度多为14-20个碳之间，不饱和双链数多为2，因此，生物柴油的十六烷值与石化柴油的十六烷值相近或者略高一些，多为50-60之间，说明生物柴油具有良好的发火性能。十六烷值的测定的方法有：临界压缩比法、延滞点火法和同期闪火法。当前40页，总共93页。馏程生物柴油是混合物，没有固定的沸点，通常所说的生物柴油的沸点是指其平均沸点。生物柴油的沸点以某一温度范围来表示，这一温度范围称沸程或馏程。生物柴油的沸点范围因所用的原料油不同而不同，馏程可以鉴别发动机燃料的蒸发性，从而判断油品的使用性能。当前41页，总共93页。经过酯交换所制取的生物柴油主要碳链长C14-C20的甲酯所构成，馏（沸）程一般在100-200℃。当前42页，总共93页。运动黏度运动黏度是衡量燃料流动性能及雾化性能的重要指标。运动黏度太高，流动性就差，燃烧不完全，燃料消耗量过大。黏度过低，流动性会过高，会使燃料从柱塞和泵筒之间的空隙流出，致使喷气缸燃料减少，发动机效率下降。当前43页，总共93页。一般黏度在1.9-6mm2/s之间的物质都适合作为燃料使用。生物柴油的碳链长度大都在14-20个碳原子，而石化柴油的碳链长度大都在8-10个碳原子，因而生物柴油的黏度比矿物柴油的黏度高一些，表现为其冷凝点比矿物柴油有所升高。当前44页，总共93页。酸度及酸值中和100mL生物柴油所需要的KOH的毫克数称为酸度；中和1g生物柴油所需要的KOH的毫克数称为酸值；柴油的酸度对发动机工作状况影响很大，酸度（值）大的柴油会使发动机内积炭增加，造成活塞磨损，使喷嘴结焦，影响雾化性能和燃烧性能；当前45页，总共93页。酸度（值）过大还会引起柴油的乳化现象。酸度及酸值是衡量油品腐蚀性和使用性能的重要依据。通过酯交换制备的生物柴油，不含有脂肪酸、环烷酸等有机酸，因此酸值一般在0.5mgKOH/g以下，远低于优质柴油的酸度（0.5mgKOH/g）。当前46页，总共93页。闪点及燃点试油产品在规定条件下加热到它的蒸气与火焰接触发生闪火时的最低温度，称为开口杯法闪点。试油产品在规定条件下加热到能被接触到的火焰点着并燃烧不少于5s时的最低温度，称为开口杯法燃点。当前47页，总共93页。测定闪点及燃点的意义从油品的闪点可判断其馏分组成的轻重。一般规律：油品蒸气压愈高，馏分组成愈轻，则油品的闪点愈低。从闪点可以鉴定油品发生火灾的危险性，因为闪点是火灾危险出现的最低温度。闪点越低，燃料越易燃，火灾危险性也越大。当前48页，总共93页。易燃易爆液体也根据闪点进行分类，闪点在45℃以下的液体称为易燃易爆液体，闪点在45℃以上的液体称为可燃液体。生物柴油的闪点最小值为110℃，所以其在运输、使用过程中比普通柴油更加安全，不属于危险品。当前49页，总共93页。密度密度是单位体积内所含物质的质量。油品密度的大小对燃料喷嘴吐出的射程和雾化质量的影响很大。当前50页，总共93页。碘值生物柴油的碘值为每100g生物柴油吸收碘的克数。碘值的高低反映了生物柴油的不饱和程度，生物柴油的碘值超高，其不饱和程度越大。通过碘值的测定，可以计算出生物柴油中混合脂肪酸的平均双键数。不饱和键的多少又与生物柴油的燃烧性能（影响十六烷值）、运动黏度、冷凝点等有关。当前51页，总共93页。残炭油料在隔绝空气的情况下加热时会蒸发、裂解和缩合，生成一种具有光泽鳞片的焦炭状残留物。用残留物占油品的质量分数表示。残炭主要由油品中胶质、沥青质、多环芳烃及灰分形成。以多环芳烃的残炭值最高，环烷烃残炭值居中。当前52页，总共93页。残炭测定意义残炭是油品中胶状物质和不稳定化合物的间接指标。残炭值过高，油品中不稳定的烃类和胶状物质就多。柴油的馏分越轻和精制深度越好，其残炭值越小；残炭值大的柴油在使用中会在汽缸内形成积炭，导致散热不良，机件磨损加剧或烧干部件。当前53页，总共93页。水分水分的存在对生物柴油的燃烧性能有很大的影响，并且还会对柴油机有腐蚀作用。水会提高生物柴油的化学活性，使其容易变质。当前54页，总共93页。生物柴油化学成分分析气相色谱法(GC)GC是一种快速、高选择性、高分离效能的分析方法，在400下能气化的有机化合物几乎都可以用GC进行分析。在操作中可根据不同的分析样品，可选用不同的载气、色谱柱、及检测器。样品中的各个部分分离的好坏，决定于色谱柱的选择性和柱效率当前55页，总共93页。当前56页，总共93页。高效液相色谱法（HPLC）与GC相比，HPLC一般不需将样品制备成衍生物，主要适用于高分子化合物和热敏性化合物的分析。HPLC主要由输液泵、分离柱、检测器组成，高压输液泵是流动相输送的心脏，分离柱的填充剂和洗脱液组成的选择是HPLC分析的重要因素。根据填充剂的不同，可分为分配吸附色谱、离子交换色谱、和凝胶渗透色谱。当前57页，总共93页。当前58页，总共93页。薄层层析薄层层析法是在平滑的玻璃片（或聚酯薄膜片）上，把吸附剂铺成薄层作为固定相，在吸附剂上面放上样品，用溶剂（移动相）把样品展开的方法。由于样品各组分在固定相和移动相之间的分配吸附因素不同，随着移动相的移动，各组分得以分离，通过显色得到各组分的斑点。薄层层析法的特点：装置简单，操作方便，展开时间短，分离效率高，斑点扩散小，因此常用作一些化合物的分离分析。当前59页，总共93页。当前60页，总共93页。中国生物柴油质量标准当前61页，总共93页。生物柴油的质量标准生物柴油技术标准的研究与建设，成为当前生物质能产业界的热点问题；制定中国生物柴油生产工艺、质量标准，推动中国生物柴油产业的健康发展具有重大意义。当前62页，总共93页。生物柴油的技术标准制定同样牵涉到：产品安全、产品生产质量、储运和使用中的安全问题；环境保护的污染物排放问题，生物柴油通用的技术术语、符号、代号（含代码）等通用技术标准制定；生物柴油的加工工艺技术标准、台架运行试验、原料油及产品通用检验方法。当前63页，总共93页。生物柴油技术标准或产品质量标准研究、制定始于20世纪90年代。由于原材料不同、生产工艺不一致，目前国际上还没有统一的生物柴油生产标准。发达国家为了保护生物柴油消费者的利益和规范市场，积极制定生产标准生物柴油标准又是不断进步的。当前64页，总共93页。当前65页，总共93页。当前66页，总共93页。小结生物柴油理化性质及其分析方法生物柴油化学成分的分析方法生物柴油产品的质量标准当前67页，总共93页。思考题试对我国的石化柴油和生物柴油质量标准进行比较，分析相同理化指标的标准差异及其成因。当前68页，总共93页。第六节生物柴油的商业化应用生物柴油商业化、规模化应用是一项系统工程，牵涉到：原料规模生产、收集、原料运输与加工；生物柴油制取、运输、销售；产品生产质量和使用中的安全问题；污染物排放。当前69页，总共93页。生物柴油的规模化生产应用可以推动农林结构调整，优化能源结构，提高能源质量，并带动相关产业的发展。发展生物柴油是一项重大的战略举措，我们要在战略层面上对生物柴油进行研究；并对生物柴油在保障国家的能源安全，控制环境污染，恢复生态系统，促进国民经济可持续发展，解决“三农”问题等方面进行全面评价。当前70页，总共93页。生物柴油与生态环境当前71页，总共93页。能源短缺危机>发展可再生能源替代矿物能源

环境保护压力>发展环保能源减低污染排放当前72页，总共93页。环境保护当前73页，总共93页。生物柴油与生态环境有利于缓解温室效应；当前74页，总共93页。有利于酸雨的控制；酸雨的形成与SOx和NOx的排放密切相关有助于TPM的控制；生物柴油形成的TPM浓度约为2#柴油的30%-34%生物可降解性；在水中，生物柴油在23天可降解90%，矿物柴油仅有23%有助于光化学烟雾的控制。

光化学烟雾的形成主要与机动车尾气的排放有关。尾气中所排出的CO、HC、NOx是形成光化学烟雾的主要物质当前75页，总共93页。当前76页，总共93页。当前77页，总共93页。当前78页，总共93页。当前79页，总共93页。当前80页，总共93页。生物柴油的储运当前81页，总共93页。生物柴油商业化应用经济评价原料油/建厂投入/酯交换/副产品收益/生产规模与生产成本当前82页，总共93页。生物柴油与石化柴油混合使用优点：大大改进了燃油的润滑性；缺点：对天然橡胶有降解作用；氧化稳定性；当前83页，总共93页。生物柴油应用存在的问题具有自主知识产权的项目少；原料油规模利用的资源量少；未得到企业界的广泛响应；生物柴油自身局限：分子量大、黏度较高；低挥发性，不易雾化；生产成本较高；其他（政策、生产工艺、技术标准、推广和宣传）。当前84页，总共93页。生物柴油发展的前景展望『东方之子Cross当前85页，总共93页。中国经济快速增长(10亿人民币)资料来源：2005年中国统计年鉴。(10亿人民币)资料来源：2005年中国统计年鉴。复合年增长率:

10.4%复合年增长率:

11.3%过去10年，中国的GDP和可支配收入均以双位数的年增长率增长中国名义GDP人均可支配收入当前86页，总共93页。中国的卡车和车辆(百万辆)(百万辆)资料来源：2005年中国统计年鉴。资料来源：2005年中国统计年鉴。复合年增长率:

13.8%中国的卡车中国的车辆中国车辆数量的增长使市场对传统和替代性能源的需求量日益增加复合年增长率:

7.2%当前87页，总共93页。中国能源消费量的增长(百万吨)(百万吨)资料来源：2006年6月英国石油世界能源统计概览中2005年数据。资料来源：2006年6月英国石油世界能源统计概览中2005年数据。中国目前是世界第二大原油消费国和第五大原油进口国五大原油消费国五大原油进口国当前88页，总共93页。1980年美国开始研究用豆油代替柴油；狭义定义1983年CrahamQ