生物柴油現狀分析論文

導語：生物柴油現狀分析論文一文來源于網友上傳，不代表本站觀點，若需要原創文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

概述了清潔柴油標準的演變，介紹了生物柴油的主要特性、開發和應用情況，從生物顫悠的競爭力不斷提高、政府對生物柴油的扶持政策和汽車車型柴油化趨勢三個方面分析了生物柴油的發展前景，并對我國生產生物柴油的原料及發展進行了討論。

關鍵詞:生物柴油柴油清潔應用展望

柴油作為一種重要的石油連煉制產品，在各國燃料結構中占有較高的份額，以成為重要的動力燃料。隨著世界范圍內車輛柴油化趨勢的加快，未來柴油的需求量會愈來愈大，而石油資源的日益枯竭和人們環保意識的提高，大大促進了世界各國加快柴油替代燃料的開發步伐，尤其是進入了20世紀90年代，生物柴油以其優越的環保性能受到了各國的重視。

1環境保護推動柴油標準的不斷提高

目前世界每年新車產量大約5000萬輛，全世界汽車保有量大約7.5億輛（含摩托車）。隨著汽車工業的快速發展，汽油和柴油的用量隨汽車保有量的增加而增加，同時也帶來了汽車尾氣污染等問題。近20年來，雖然在改善油品燃燒過程、尾氣凈化等方面都取得了很大進展，但仍然不能滿足要求。為了改善汽車的運行性能和降低汽車尾氣中害物質的排放量，美國、歐洲和日本汽車工業協會1998年6月4日提出了汽車燃料質量國際統一標準即"世界燃油規范"Ⅲ類標準。柴油"世界燃油規范"Ⅱ類、Ⅲ類標準（見表1、表2）。由表1、表2可以看出，Ⅱ類標準在目前基礎上，提出了芳烴含量的限制，對硫含量、十六烷值等提出了更高的標準，Ⅲ類標準則在各項指標上比Ⅱ類標準都有更嚴格的規定。

表1柴油"世界燃油規范"Ⅱ類標準

--------------------------------------------------------------------------------

項目質量指標

--------------------------------------------------------------------------------

十六烷值≥53

硫含量（質量分數），%≤0.03

總芳烴含量（質量分數），%≤25

多環芳烴含量（體積分數），%≤5

95%餾車溫度/℃≤355

--------------------------------------------------------------------------------

表2柴油"世界燃油規范"Ⅲ類標準

--------------------------------------------------------------------------------

項目質量指標

--------------------------------------------------------------------------------

十六烷值≥55

硫含量（質量分數），%≤0.003

總芳烴含量（質量分數），%≤15

多環芳烴含量（體積分數），%≤2

95%餾車溫度/℃≤340

--------------------------------------------------------------------------------

隨著我國汽車擁有量的急劇上升，大量的燃油被消耗，汽車尾氣中污染物的排放量越來越大，汽車尾氣已成為我國大氣污染重要的原因。為保護環境，改善大氣質量，我國國家質量技術監督局最近頒布了柴油機排放控制新標準（見表3）。新標準采用了聯合國歐洲經濟委員會汽車排放法規體系，使我國對新柴油機車的排放要求達到歐洲20世紀90年代初期的水平。

表3我國柴油機排放新控制標準g/kW.h

實施階段實施日期COHCNOXPA

≤85kW＞85kW

011997-10-0111.22.414.41.100.92

022000-10-014.51.18.00.610.36

032005-10-014.01.17.00.150.15

我國目前的車用無鉛汽油和柴油標準介于世界燃油規范Ⅰ類油和Ⅱ類油水平之間，要滿足汽車達到歐洲Ⅰ類排放標準都困難，更無法滿足入世及舉辦奧運會的要求。為此，中國石化集團公司要求在清潔油品生產方面作出更大努力，以滿足國家標準的要求。

2生物柴油的主要特性

煉油企業為了向市場提供清潔油品使燃燒柴油尾氣排放達到標準要求，需要采取以下三種措施：一是要有性能優異的深度加氫脫硫催化劑，以脫除難以加氫脫硫的4，6-二甲基苯并噻吩等芳香基硫化合物；二是要有抗硫的貴金屬芳烴飽和催化劑，能使芳烴加氫飽和在較低壓力下進行，以節省投資；三是要有提高十六烷值的工藝。而生物柴油以其優異的環保性能可很容易達到"世界燃油規范"的柴油Ⅱ、Ⅲ類標準要求。

眾所周知，柴油分子是由15個左右的碳鏈組成的，研究發現植物油分子則一般又14～18個碳鏈組成，與柴油分子中碳數相近。因此生物柴油就是一種用油彩籽等可再生植物油加工制取的新型燃料。按化學成分分析，生物柴油燃料是一種高脂酸甲烷，它是通過以不飽和油酸C18為主要成分的甘油脂分解而獲得的[1]。與常規柴油相比，生物柴油下述具有無法比擬的性能。

（1）具有優良的環保特性。主要表現在由于生物柴油中硫含量低，使得二氧化硫和硫化物的排放低，可減少約30%（有催化劑時為70%）；生物柴油中不含對環境會造成污染的芳香族烷烴，因而廢氣對人體損害低于柴油。檢測表明，與普通柴油相比，使用生物柴油可降低90%的空氣毒性，降低94%的患礙率；由于生物柴油含氧量高，使其燃燒時排煙少，一氧化碳的排放與柴油相比減少約10%（有催化劑時為95%）；生物柴油的生物降解性高。

（2）具有較好的低溫發動機啟動性能。無添加劑冷濾點達-20℃。

（3）具有較好的潤滑性能。使噴油泵、發動機缸體和連桿的磨損率低，使用壽命長。

（4）具有較好的安全性能。由于閃點高，生物柴油不屬于危險品。因此，在運輸、儲存、使用方面的有是顯而易見的。

（5）具有良好的燃料性能。十六烷值高，使其燃燒性好于柴油，燃燒殘留物呈微酸性使催化劑和發動機機油的使用壽命加長。

（6）具有可再聲性能。作為可再生能源，與石油儲量不同其通過農業和生物科學家的努力，可供應量不會枯竭。

生物柴油的優良性能使得采用生物柴油的發動機廢氣排放指標不僅滿足目前的歐洲Ⅱ號標準，甚至滿足隨后即將在歐洲頒布實施的更加嚴格的歐洲Ⅲ號排放標準。而且由于生物柴油燃燒時排放的二氧化碳遠低于該植物生長過程中所吸收的二氧化碳，從而改善由于二氧化碳的排放而導致的全球變暖這一有害于人類的重大環境問題。因而生物柴油是一種真正的綠色柴油。

3生物柴油的應用現狀

在國際市場上，生物柴油根據等級和純度的不同，價格在250美元/t以上。目前在美國、歐洲、亞洲的一些國家和地區已開始建立商品化生物柴油生產基地，并把生物柴油作為代用燃料廣泛使用。

生物柴油使用最多的是歐洲，份額已占到成品油市場的5%。目前在歐洲用于生產生物柴油的原料主要為菜籽油，目前的生物柴油標準也主要是參照菜籽油的生物柴油標準品質作出的，表4為現階段生物的德國標準。1999年，歐盟共生產出3.90*105m3生物柴油。2000年初德國的總生物柴油生產量已達450kt，并有逐年上升的趨勢。德國凱姆瑞亞.斯凱特公司自1991年起開發研制了用植物油如菜籽油生產生物柴油的工藝和設備。目前利用該公司的工藝和設備已在德國和奧地利等歐洲國家建起了多個生物柴油生產工廠，最大產量達300t/d。表5是德國凱姆瑞亞.斯凱特公司開發生產的生物柴油與普通柴油主要性能比較，可以看出，生物柴油在冷濾點、閃點、燃燒功效、含硫量、含氧量、燃燒耗氧量、對水源的危害方面優于普通柴油，而其他指標與普通柴油相當。

在美國，生物柴油的產量由1999年的1892.5m3猛增到2000年的18925m3。目前已有純態形式的生物柴油燃料和混合生物柴油燃料，在汽車上實際使用超過1.6*107km的實驗基礎。純態形式的生物柴油又稱為凈生物柴油，已經被美國能源政策法正式列為一種汽車替代燃料。依據原料和生產商的不同，目前美國凈生物柴油的價格不及0.515～0.793美元/L；含80%生物柴油成分的混合生物柴油的市場價格，每升比傳統柴油要貴7.93～10.57美分。

日本1995年開始研究生物柴油，在1999年建立了259L/d用煎炸油為原料生產生物柴油的工業化實驗裝置，該裝置可降低原料成本。目前日本生物柴油年產量可達400kt。

4生物柴油的生產方法

目前生物柴油主要是用化學法生產，即用動物和植物油脂和甲醇或乙醇等低碳醇在酸或者堿性催化劑和高溫（230～250℃）下進行轉酯化反應，生成相應的脂肪酸甲酯或乙酯，在經洗滌干燥即得生物柴油。甲醇或乙醇在生產過程中可循環使用，生產設備與一般制油設備相同，生產過程中可產生10%左右的副產品甘油。

目前生物柴油的主要問題是成本高，據統計，生物柴油制備成本的75%是原料成本。因此采用廉價原料及提高轉化從而降低成本是生物柴油能否實用化的關鍵。美國已開始通過基因工程方法研究高油含量的植物。日本采用工業廢油和廢煎炸油。歐洲是在不適合種植糧食的土地上種植富油脂的農作物。

但化學法合成生物柴油有以下缺點：工藝復雜、醇必須過量，后續工藝必須有相應的醇回收裝置，能耗高；色澤深，由于脂肪中不飽和脂肪酸在高溫下容易變質；酯化產物難于回收，成本高；生產過程有廢堿液排放。

為解決上述問題，人們開始研究用生物酶法合成生物柴油，即用動物油脂和低碳醇通過脂肪酶進行轉酯化反應，制備相應的脂肪酸甲酯及乙酯。酶法合成生物柴油具有條件溫和，醇用量小、無污染排放的優點。但目前主要問題有：對甲醇及乙醇的轉化率低，一般僅為40%～60%，由于目前脂肪酶對長鏈脂肪醇的酯化或轉酯化有效，而對短鏈脂肪醇如甲醇或乙醇等轉化率低。而且短鏈醇對酶有一定毒性，酶的使用壽命短。副產物甘油和水難于回收，不但對產物形成抑制，而且甘油讀固定化酶有毒性，使固定化酶使用壽命短。

5生物柴油的應用前景分析

生產和推廣應用生物柴油的優越性是顯而易見的：（1）原料易得且價廉。用油菜籽和甲醇為生產原料，可以從根本上擺脫對石油制取燃油的依賴。（2）有利于土壤優化。種植油菜可與其他作物輪種，改善土壤狀況，調整平衡土壤養分，挖掘土壤增產潛力。（3）副產品具有經濟價值。生產過程中產生的甘油、油酸、卵磷脂等一些副產品市場前景較好。（4）環保效益顯著。生物查燃燒時不排放二氧化硫，排出的有害氣體比石油柴油減少70%左右，且可獲得充分降解，有利于生態環境保護。此外生物柴油由于競爭力不斷提高、政府的扶持和世界范圍內汽車車型柴油化的趨勢加快而前景更加廣闊。

5.1生物柴油的競爭力不斷提高

從世界范圍來看，目前世界上含硫原油（含硫量0.5%～2.0%）和高硫原油（含硫量在2.0%以上）的產量已占世界原油總產量的75%以上，其中含硫量在1%以上的原油占世界原油總產量的55%以上，含硫量在2%以上的原油也占30%以上。目前全球煉油廠加工的原油平均相對密度是0.8514，平均含硫量是0.9%；在2000年以后，平均相對密度將上升到0.8633，含硫量將上升到1.6%。煉油廠要在現有基礎上，使柴油含硫量低、有良好的安定性及潤滑性、較高的十六烷值和清凈性，必須在裝置調整上投入大量資金，并由此帶來油品生產成本的提高，在這方面，各發達國家的煉廠均投入了重金。從美國的情況看，美國從20世紀90年代初啟動油品清潔化，已累計投入了300多億美元。由此造成的油品成本提高使目前美國煉廠噸毛利僅在每桶1美元左右，維持微利狀態，有的企業甚至虧損；從歐洲的情況來說，歐洲煉油廠要達到2000年歐盟燃油規格，估計需要投資200億～300億美元。歐洲石油工業協會估計的投資更高，該組織認為要達到2000年和2005年的柴油規格，需要投資440億～500億美元。

隨著生物柴油生產工藝的改進，使用生物柴油的發動機即可使用普通柴油的發動機（對有些機型僅需換密封圈和濾芯），無需作任何改動，生物柴油可與普通柴油在油箱中以任何比例相混，并對駕駛動無任何影響，駕駛者根本無法區分兩者的駕駛動力差別。加之柴油替代燃料所用原料隨著規模種植價格日趨低廉，使柴油替代燃料的生產成本逐步下降，與常規柴油的價格正在縮小，如美國生物柴油的價格已從每升1.06美元降到0.33～0.59美元，這個價格與普通柴油的價格差不多。

5.2政府對生物柴油的扶持政策

目前許多國家如美國、德國、法國、丹麥、意大利、愛爾蘭和西班牙等對生物柴油采取了相應的扶持政策。為了進一步鼓勵使用生物柴油，美國農業部決定今后兩年每年拿出1.5億美元補貼生物柴油等生物燃料的使用，目前美國至少有5個州正在考慮制訂稅收鼓勵政策。目前在歐洲生產生物柴油可享受到政府的稅收政策優惠，其零售價低于普通柴油（如在德國加油站生物柴油的零售價格目前為約1.45馬克/L，而柴油為1.60馬克/L）。據Frost&Sullivan企業咨詢公司最新發表的"歐盟生物柴油市場"報告，為實現"京都協議"規定的目標（在2008-2012年，歐盟將減少二氧化碳排放量8%），歐盟即將出臺鼓勵開發和使用生物柴油的新規定，如對生物柴油免征增值稅，規定機動車使用生物動力燃料占動力燃料營業總額的最低份額。新規定的出臺不僅有助于歐盟生物柴油市場的穩定，而且生物柴油營業額將從2000年的5.035億美元猛增至24億美元，平均年增25%。

5.3現代柴油機促使汽車車型柴油化的趨勢加快

在歐洲，1999年新購柴油轎車比例約為30%，法國甚至達到48%。2000年，歐洲市場上柴油轎車的銷售量達到440萬輛，比1995年翻了一倍?，F在經濟型轎車主要生產廠商如大眾、雷諾、歐寶和福特的顧客中，幾乎有一半需要柴油車。目前，在歐洲轎車市場上，新型柴油轎車購買率達30%，專家預言：到2006年，歐洲每2輛新車中就有1輛是柴油車。在美國市場上，商用車（即我國所稱的卡車、客車）的90%為柴油車；在日本，將近10%的轎車是柴油轎車，38%的商用車為柴油車。美國、日本及歐洲的重型汽車全部使用柴油機為動力。許多國家在稅收、燃料供應等方面予以政策上的傾斜，敦促柴油發動機的普及和發展。我國柴油汽車生產比例已由1990年的15%上升到1998年的26%。1997年我國生產的重型載貨汽車和大型客車全部采用柴油發動機；65.9%中型載貨汽車采用柴油發動機，53.5%中型客車采用柴油發動機；55.4%和29.4%的輕型載貨汽車、輕型客車也開始采用柴油發動機。我國1994年頒布的《汽車工業產業政策》明確提出，總重量超過5t的載客汽車載貨汽車在2000年后主要采用柴油為燃料。在未來的幾年，是中國汽車工業騰飛的時代。因此，我國柴油車產量的增長趨勢還將繼續下去，汽車柴油化是中國汽車工業的一個發展方向。

汽車車型柴油化趨勢的加快主要是由于現代柴油機采用了電控發動機控制系統、高壓燃油直噴式燃燒系統以及廢氣排放控制裝置，已完全克服了傳統柴油機的缺點，能夠滿足現行的國際排放標準，而這些裝置和技術要求柴油含硫量低，有良好的安定性及潤滑性，較高的十六烷值和清凈性等。隨著現代柴油機使用生物柴油燃料技術的成熟，目前在世界范圍內出現的這種汽車車型柴油化趨勢會進一步加快。據專家預測，在2010年以前，是柴油需求年均增長3.3%，到2010年，世界柴油的需求量將從目前的38%增加到45%。而世界范圍內柴油的供應量嚴重不足，給生物柴油留下廣闊的發展空間。

6我國發展生物柴油的原料分析及發展建議

柴油的供需平衡問題也將是我國未來較長時間石油市場發展的焦點問題。業內人士指出，到2005年，隨著我國原由加工量的上升，汽油和煤油擁有一定數量的出口余地，而柴油的供應缺口仍然較大。我國柴油產量到2005年預計可達到80.5Mt，仍缺口600～2400kt。預計到2010年柴喲的需求量將突破100Mt，與2005年相比，將增長24%；至2015年市場需求量將會達到130Mt左右。近幾年來，盡管煉化企業通過持續的技術改造，生產柴汽比不斷提高，但仍不能滿足消費柴汽比的要求。目前，生產柴汽比約為1.8，而市場的消費柴汽比均在2.0以上，云南、廣西、貴州等省區的消費柴汽比甚至在2.5以上。隨著西部開發進程的加快，隨著國民經濟重大基礎項目的相繼啟動，柴汽比的矛盾比以往更為突出。因此，開發生物柴油不僅與目前石化行業調整油品結構提高柴汽比的方向相契合，而且意義深遠。

國內也已研制成功利用菜籽油、大豆油、米糠油腳料、工業豬油、牛油及野生植物小桐籽油等作原料，經預酯化、再酯化射干難產生物柴油的工藝。高品質的原料是生產高品質生物柴油和取得高收率的基本保證。由于雙低菜籽油生產的生物柴油含硫量低，從而使該菜籽油生物柴油具有好的排放標準，因此目前在歐洲普遍栽種雙低菜籽。就目前而言，每公頃土地可生產約30t菜籽（含油量約40%）。我國有很多地區油菜籽種植面積很大，在加工傳統的食用油的同時不失時機地開發生產生物柴油燃料是油菜籽利用的一個重要方向。另外，研究發現棉籽油與雙低菜籽油的脂肪酸組成相似，因此在我國采用棉籽油作為生物柴油的原料還是可行的。當然，此時的棉籽油生物柴油標準需要按照中國的實際作相應的調整。

1t油菜籽可制取約160kg生物柴油，同時可副產16kg甘油。而純度高達99.7%的特級甘油價格為2000美元/t。因此，制取生物柴油與精致甘油工藝聯產，將能取得較為理想的經濟效益。若能建年產100kt具有一定工業化生產規模的生物柴油裝置，其經濟效益更為可觀。近幾年來，生物柴油燃料已被越來越多的重視，在美國和歐洲已開始建立商品化生產，市場很有吸引力，原料也不會存在問題，因此，有很多大公司紛紛開拓這一業務，期望在開始時就能占領市場。南斯拉夫在五、六年前已研制成功這項技術且已生產，后因經濟困難而停產，測試數據表明，南斯拉夫的技術水平同德國、意大利等國的相同，可探討與南斯拉夫合作幫助我國發展這一技術。

參考文獻

1忻耀年.生物柴油的生產和應用.中國油脂，2001，26（5）：73～74