国内外生物柴油的应用摘 要生物柴油作为一种优质和环境友好的可再生生物质新能源, 已经在世界范围内形成了可再生能源领域的研究开发热潮。虽然生物柴油在欧美等发达国家已经是市场普遍接受的实用产品, 但在我国还没形成固定的区域市场, 在产业方面比较落后。本文从生物柴油的概念入手，介绍了生物柴油的性能特点和生产原料；进一步分析了国内外生物柴油的应用现状、应用领域和应用技术水平；然后对我国发展生物柴油过程中生产成本高、资金投入不足、市场准入限制等问题进行了深入分析和探讨，最后提出了几点促进我过生物柴油发展的建议，以期能对我过生物柴油的发展提供借鉴。关键词：生物柴油；制备方法；制备原料i 中国石油大学（北京）现代远程教育毕业设计（论文）第三章 我国发展生物柴油过程中存在的问题3.1 生产成本较高制备生物柴油的原料成本占生产成本约 75%, 我国虽有丰富的动植物油脂资源,但人均占有及消费的动植物油脂却很低,仅能满足食用,而且价格比较高；另一个原因,根据我国政府规定,用于发展生物柴油的油料作物不能占用进行粮食生产的土地，这些原因直接导致了原料价格的高居不下,缺乏廉价和来源稳定的原料将会直接制约我国生物柴油的生产。因此,采用廉价原料及提高转化率从而降低成本是生物柴油能否实用化的关键。美国已开始通过基因工程方法研究高油含量的植物；日本采用工业废油和废煎炸油；欧洲是在不适合种植粮食的土地上种植富含油脂的农作物，开发有中国特色的价廉的植物油脂资源是我们面临的首要问题。3.2 资金投入不足目前,我国生产生物柴油的企业以民营为主,资金投入不足是一个非常重要的一个问题。没有充足的资金就没有一个良好的平台,生产生物柴油的质量和数量也难以控制,无法实现生物柴油的研究及生产的可持续性,生产过程若不达标就会对环境造成二次污染。3.3 市场准入受限在我国,生物柴油目前尚未进入加油站渠道销售。生物柴油可以替代柴油用于交通运输,但我国各地的加油站,至今还没有支持生物柴油加油的先例,这极大地限制了生物柴油的应用范围,不利于其推广和应用。3.4 缺乏统一的技术规范我国生物柴油厂的生产设计和运行缺乏技术规范,限制了其规模化生产和7 中国石油大学（北京）现代远程教育毕业设计（论文）应用的进程，生物柴油做为一种新生事物，在我国的生产和利用中都缺乏统一的技术规范，需要我们进一步研究、制定和施行全新的适合我国国情的生物柴油生产和操作利用的技术规范。3.5 国家政策支持力度不够目前,国家对生产生物柴油的企业和单位有一定的优惠政策,无偿资助和贷款贴息（贴息年限为 1～3a,年贴息率最高不超过 3%）,但对税收和补帖等方面没有任何政策和措施出台,对种植生物柴油原料作物的企业和农民也没有任何补贴和减税的措施,这不仅降低了生物柴油原料生产的积极性,而且对生物柴油生产企业没有给予足够的支持。8 中国石油大学（北京）现代远程教育毕业设计（论文）第四章 促进我国生物柴油发展的建议4.1 大力发展低成本的原料欧美的很多国家用动植物油来发展生物柴油,此模式不适合我国生物柴油的发展,应在注重本国国情的基础上发展生物柴油。我国有占国土总面积69%的山地、高原和丘陵等地域,结合我国的全面实施退耕还林生态工程,大力发展木本油料植物资源,包括油桐、麻疯树、黄连木、绿玉树、光皮树、乌桕等,它们具有野生性、耐寒、耐贫瘠,而且产生的原料油脂价格低廉,所以大面积营造生物柴油原料林,可变荒山劣势为优势,这样既可以为生物柴油生产提供价格低廉的原料油脂,又可以改变农村的产业结构,增加农民收入。国家9 中国石油大学（北京）现代远程教育毕业设计（论文）对种植木本油料植物的农民或企业给予适当补贴,并采取一定的减税或补贴政策,以提高农民及企业种植油料植物的积极性,还可以通过建设固定植物原料基地的方法以保证生产原料的稳定和持续供应。建立各地的废油收购及管理机构,加强对廉价的食品和餐饮企业的生产废油以及地沟油、泔水油等进行收集和集中处理,用于生产生物柴油。4.2 扶持生物柴油生产加工企业的建设新能源和可再生能源行业是一个新兴产业, 资金短缺和缺乏有效的融资机制是产业化发展的重要障碍,需要政府的扶持政策,对生产生物柴油的企业给与一定的资金补助和技术支持,鼓励发展环保型方法生产生物柴油；此外,还需开拓确保整个规划资金需求的融资渠道及其融资方式,因此要大力招商引资,以保证生物柴油的生产及运行过程顺畅。4.3 加强科研,并建立相应的技术规范国家应不断加强对生物柴油的生产和应用的科研开发力度,建立统一的技术操作规范。近年的研究发现,生物酶法生产生物柴油的方法具有催化效率高、经济性好、条件温和、醇用量小、生成物与催化剂易分离、能耗低、无污染物排放等优点,日益受到人们的重视。但利用生物酶法制备生物柴油目前存在着一些亟待解决的问题,如反应物甲醇容易导致酶失活、副产物甘油影响酶反应活性及稳定性、酶的使用寿命过短等,这些问题成为生物酶法工业化生产生物柴油的主要瓶颈。针对生物酶法工艺瓶颈问题,我们要加强科研攻关,并及时进行成果转化,采用全新工艺生物酶法制生物柴油，一些最新的研究成果,如清华大学的“生物酶法转化可再生油脂原料制备生物柴油新工艺”等新工艺和新方法,符合我们高效无公害地生产生物柴油的要求,值得推广和转化，在今后的生物柴油生产和应用中,还应尽快制定出符合我国国情的技术规范,10 中国石油大学（北京）现代远程教育毕业设计（论文）全面推进其产业化进程。4.4 国家加强政策扶持力度，大力推广我国“十五”计划发展纲要提出发展各种石油替代品,将发展生物液体燃料确定为国家产业发展方向。2005 年 2 月 28 日国务院颁布《中华人民共和国可再生能源法》（2006 年 1 月 1 日实施）,“十一五”计划更是把发展替代能源放在首位,并且公布了我国生物柴油标准,这充分说明国家鼓励利用可再生能源改善中国目前的能源结构,但目前对税收和补帖等方面还缺乏相应政策和措施,因此还应加大政策支持力度。同时，要不断开发生物柴油的应用空间，可以与中石油、中石化、中海油等大型企业联系,建立生物柴油加油站系统的全国范围销售网络,有效推进生物柴油在交通运输和工业生产中的应用,有效地减少环境的污染.11 中国石油大学（北京）现代远程教育毕业论文（论文）参考文献[1] 万祯.复合固体酸催化餐饮废油合成生物柴油的研究.河北化工，2008.[2] 邓利.假丝酵母 99-125 脂肪酶促酯化合成生物柴油的研究.中国化学工程学报.[3] 邓志军.麻疯树种子的研究进展.云南植物研究， 2005.[4] 朱建良.国内外生物柴油研究生产现状及发展趋势.化工时刊,2004.[5] 刘玉环.生物柴油规模化生产原料开发研究.可再生能源，2007.[6] 李元广.微藻生物柴油产业化技术中的若干科学问题及其分析.中国基础科学，2009.[7] 李永红.广谱碳源产油酵母菌的筛选.中国生物工程杂志，2005.[8] 李迅.制备生物柴油用脂肪酶产生菌的诱变和筛选.林产化学与工业，2007.[9] 张骥.日本生物柴油的发展.可再生能源，2009.[10] 姚亚光.地沟油制取生物柴油的试验研究.能源技术，2005. [11] 曾炜.我国生物柴油发展状况及对策.华中农业大学学报，2009.[12] 张亚男.生物柴油在节能环保应用中的展望.节能技术,2007.12 中国石油大学（北京）现代远程教育毕业论文（论文）13 中国石油大学（北京）现代远程教育毕业设计（论文）目 录第一章 生物柴油概述..................................................11.1 生物柴油概念..........................................................................................11.2 生物柴油的性能特点..............................................................................11.3 生物柴油的生产原料..............................................................................2第二章 国内生物柴油应用现状.......................................32.1 生物柴油应用现状..................................................................................32.2 生物柴油的应用领城..............................................................................42.3 物柴油的应用技术水平..........................................................................4第三章 我国发展生物柴油过程中存在的问题........................53.1 生产成本较高..........................................................................................53.2 资金投入不足..........................................................................................53.3 市场准入受限..........................................................................................53.4 缺乏统一的技术规范..............................................................................53.5 国家政策支持力度不够..........................................................................5第四章 促进我国生物柴油发展的建议................................74.1 大力发展低成本的原料..........................................................................74.2 扶持生物柴油生产加工企业的建设......................................................74.3 加强科研,并建立相应的技术规范.........................................................7ii 中国石油大学（北京）现代远程教育毕业设计（论文）4.4 国家加强政策扶持力度，大力推广......................................................8参考文献................................................................9 iii 第一章 生物柴油概述1.1 生物柴油概念生物柴油是一种生物质能, 含碳 77%、氢 12%和氧 11%,以及微量硫和氮,主要燃烧成分脂肪酸甲醋。生物柴油可以用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、动物油脂、废餐饮油等为原料制成。研究表明,生物柴油的性能近于石化柴油, 是替代石化柴油的理想燃料之一。柴油机不作任何改动, 生物柴油与石化柴油按一定比例调和使用, 可降低油耗、减少排放物。生物柴油的生产价格高于石化柴油。这是制约生物柴油大规模生产和应用的主要因素之一。例如, 欧美等国以油菜籽生产的生物柴油,根据等级和纯度不同,价格 250-750 美元/吨,均价约为 500 美元/吨；我国食用油废渣提炼的生物柴油价格约为 230-250 元/吨；欧洲生产的生物柴油目前均可享受政府税收政策优惠, 其零售价低于普通柴油。但是,生物柴油的价格,不能只计算生产成本,而是应以系统的观点来考虑其综合价格,例如生物柴油的可再生性、良好的环保特性(无毒、发动机尾气排放低)、发动机性能得到改善从而降低其维修成本等。综合比较，生物柴油具有较大的商业竞争力。1.2 生物柴油的性能特点生物柴油在冷凝点、闪点、含硫量、含氧量、可再生性等方面优于普通柴油,而其他指标与普通柴油相当。生物柴油无添加剂冷凝点达-20℃,具有较好的低温起动性能；闪点高, 便于安全地运输和储存；十六烷值比较高,着火性能好；含硫量极低,且不含对环境造成污染的芳香族烷烃；含氧量高，并具1 中国石油大学（北京）现代远程教育毕业设计（论文）有良好的自润滑性能。但生物柴油也有其自身的缺点,使用中会带来如下的一些问题:（1）粘度大:生物柴油的粘度约为柴油的 3 倍,给生物柴油在柴油机上的应用带来很多问题,如影响燃料的雾化质量、堵塞供油管路等。（2）易被氧化:生物柴油容易被氧化形成胶状物,堵塞供油管路,影响发动机的正常供油和生物柴油的储存。（3）倾点高:倾点高影响发动机低温状况下的运转,可能造成发动机转速波动较大,甚至熄火。（4）腐蚀性大:生物柴油中含有微量甲醇与甘油,并且自身也含有氧元素,会使与之接触的橡胶零件如橡胶垫、密封圈、燃油管道等逐渐降解。（5）含水率高:因含有微量甲醇,甲醇具有很强吸水性,导致生物柴油含水率较高,水分有利于降低油的粘度、提高稳定性,但降低了油的热值,使发动机达不到规定的功率要求。（6）生物柴油燃烧后 NOx 排放增加,会对环境产生有害影响。1.3 生物柴油的生产原料各种油料作物是发展生物柴油产业的原料，如美国的大豆、欧洲的菜籽、巴西的蓖麻籽、东南亚的棕榈，但是大量种植油料作物会破坏农业产业结构。所以人们都开始寻找新的原料，主要集中在以下几个方面：（1）利用廉价的餐饮废油、工业废弃的油脂等制取生物柴油。不仅可以缓解废油脂所带来的环境负担，还能减少废油重新进入食用油系统，最重要的是能降低生产生物柴油的成本。万祯等人采用自制复合固体酸催化剂对火锅店餐饮废油和甲醇的酯交换反应制取生物柴油。应用餐饮废油制取生物柴油存在废油脂供应数量有限，成分复杂，转化成生物柴油前期处理环节多、转化成生物柴油工艺要求较高等缺点。2 中国石油大学（北京）现代远程教育毕业设计（论文）（2）大面积种植油料林木果实，如麻疯树，乌桕、黄连木。我国的云南， 四川，贵州等地建立了全国重点生物柴油原料林基地。研究表明，麻疯树种仁含油量达到 50%，且产量很高。乌桕是我国特有的木本油料树种，种子的出油率高达 40％以上，且产量很高。用它们制备的生物柴油具有燃烧性能好，闪点好，污染小等优点。李宜海等人以麻疯树油为原料，根据小试中确定的工艺参数进行中试试验，研究中试过程中的酯交换反应特性和工艺条件，为实现麻疯树生物柴油的工业化提供了参考。（3）通过微生物发酵生产微生物油脂。目前能够用来生产微生物油脂的微生物主要有酵母菌、霉菌和细菌，其中以酵母菌和霉菌类的真核微生物居多。希腊学者报道利用深黄被孢霉在限定氮源的情况下进行高浓度糖发酵（初始糖浓度达 100g/L），油脂产量达 18.1g/L，显示出很好的应用前景。在国内，中科院大连化物所试验室对 10 株酵母菌利用不同单糖为碳源条件下菌体内积累油脂的能力进行了初步考察，有 4 株产油酵母表现出对碳源利用的广谱性，能转化五碳糖木糖和阿拉伯糖并在菌体内积累油脂。第二章 国内生物柴油应用现状2.1 生物柴油应用现状(l) 美洲美国、巴西、加拿大等美洲国家是最早研究和应用生物柴油的地区。美国, 1980 年制定的国家能源政策要求降低柴油燃料硫含量和废气排放量, 从而促进了生物柴油的商业应用；美国国会目前已通过修改现有税收法规和管理办法,从政策上支持生物柴油的发展；美国食品药物管理局(FDA)和美国环保署(EPA)已认可生物柴油为清洁环保新替代燃料或燃料添加剂；能源部门宣布生物柴油为一种可选择的汽车燃料, 并对使用生物柴油的汽车给予一定3 中国石油大学（北京）现代远程教育毕业设计（论文）的优惠。巴西是最早掌握生物柴油技术的国家,1980 年就研究成功, 随后巴西政府推出生物柴油计划,年产量曾一度达到 50 吨。加拿大目前生物柴油技术已非常成熟。（2）欧洲欧洲是目前世界上生物柴油生产及使用的主要地区,世界生物柴油总产量一半以上集中在欧洲, 其中又以德国、法国、意大利和捷克为主, 分别占到欧洲总产量的 50%、22 %、18 %和 5%。欧盟把生物燃料作为主要替代能源,并制定了《欧盟生物燃料战略》,规划 2030 年交通运输使用生物燃料的比例将达到 25%；要求欧盟各国降低生物柴油税率；从 2009 年开始强制车用燃料掺人至少 l% 的生物燃料；计划 2020 年燃料市场中生物柴油占有率达到12%，这些措施有力促进了生物柴油的商业化进程。(3) 亚洲日本是发展生物柴油最早的国家,也是目前亚洲生物柴油生产第一大国,东京和长野有 4 家生物柴油工厂,年产生物柴油 40 万吨；印度正处于发展生物柴油的起步阶段,其政府在德国戴姆勒一克莱斯勒公司援助下, 正在实施“印度清洁空气计划”；泰国正在与日本联手开发生物柴油产业；韩国、菲律宾和印度尼西亚, 都在积极开发生物柴油产业。(4) 我国一些学者和专家早已致力于生物柴油的研发和倡导工作,20 世纪 80 年代开始研究和开发,起步较晚, 总体水平较低。2005 年,我国颁布《中华人民共和国可再生能源法》,明确提出国家鼓励开发利用清洁、高效生物质燃料, 鼓励发展能源作物。国家中长期科技发展规划(2005-2020 )中,“农林生物质工程”被列人重大专项,并作为国家能源战略的重要组成部分。近年来, 在国家政策和资金支持下, 生物柴油产业逐渐进人推广阶段。4 中国石油大学（北京）现代远程教育毕业设计（论文）2.2 生物柴油的应用领城美国生物柴油主要使用在环保敏感的地区和领域,并以特殊价格出售, 主要使用范围包括联邦或州政府车队、都市公车、卡车、水上交通、公园和矿区等；欧盟, 2003 年颁布《欧盟交通部门替代汽车燃料使用指导政策》,要求生物液体燃料包括生物柴油和乙醇在汽车燃料消费中的比例,2005 年达到2% ，2010 年达到 5.57%、2015 年达到 8%；韩国生物柴油已生产并已试验使用于城市清洁车和垃圾运输车；我国 前几年生物柴油主要应用于农用动力机械和化学产品等方面；2010 年底国家质检总局、国家标准化委员会发布生物柴油和燃料(B5)标准并于 2011 年 2 月 1 日正式实施, 标志着生物能源作为汽车的合法燃料正式进入成品油销售系统。2.3 物柴油的应用技术水平生物柴油经过多年的研究和发展,其制备技术和使用技术已经比较成熟。(l)制备生物柴油制备方法有直接混合法、微乳化法、高温热裂解法、醋交换法等。目前主要使用液体酸/碱催化醋交换法,得到的生物柴油具有与石化柴油完全相同的流动性和粘度范围,且可与石化柴油完全互溶为提高生物柴油性能,一些新的生产技术例如生物酶合成法、无催化剂制备法、化学固体催化法等,也都在逐步开发和应用。(2)使用国内外对小型中高速柴油机燃用生物柴油进行了大量研究，对比生物柴油与石化柴油不同比例混合物性能, 得出基本一致的结论柴油机燃用生物柴油与燃用石化柴油的经济性和动力性,差别都不大,SOx、HC、碳烟等排放总体上改善显著,但 NOx 排放略有升高。因此,普遍认为传统柴油机对生物5 中国石油大学（北京）现代远程教育毕业设计（论文）柴油适应性较好,不作任何机械变动即可直接燃用生物柴油。当前大多数研究生物柴油应用,以发动机不作任何改动为前提,掺混一定比例生物柴油,研究发动机燃烧排放及动力性能,且主要在陆用小型柴油机,至今未见研究生物柴油用于船舶动力装置的报道。6