【正文】 在的 30％遞增到 50％ 以上 [3]?？傊?，生物柴油的這些優(yōu)點(diǎn)使得它成為一種石化柴油的 良 好替代品，并且已經(jīng)在很多國(guó)家使用，尤其是對(duì)環(huán)境比較重視的國(guó)家和地區(qū)。 表 11 生物柴油的物化性能 由表 11， 由各種植物油制備的生物柴油黏度與石油柴油接近，容積熱值略低，燃料 密度（ 15℃ ）/g 1992 年奧地利制定了世界上第一個(gè)以菜籽油甲酯為基準(zhǔn)的生物柴油標(biāo)準(zhǔn)。 無(wú)添加劑冷濾點(diǎn)達(dá) 20℃ ； （ 3）具有較好的潤(rùn)滑性能 ， 使噴油泵、發(fā)動(dòng)機(jī)缸體和連桿的磨損率低，使用壽命長(zhǎng) ； （ 4）具有較好的安全性能 ， 由于閃點(diǎn)高，生物柴油不屬于危險(xiǎn)品。 研究表明菜籽油甲酯和乙酯應(yīng)存儲(chǔ)在密閉不銹鋼容器里，溫度低于 30℃ ，加入抗氧化劑 TBHQ[8] 以提高抗氧化性能。據(jù)了解，歐洲在不適合種植糧食的土地上種植富油脂的農(nóng)作物，用于生產(chǎn)生物柴油的原料主要為雙低菜籽油（低硫甙、低芥酸）；美國(guó) 、巴西 選用了大豆和玉米；日本采用的是工業(yè)廢油和廢煎炸油；東南亞一些地區(qū)則是棕櫚油。 烏桕概述 烏桕，又稱木梓，俗稱油梓，是我國(guó)特有的木本油料植物，大悟縣則是烏桕之鄉(xiāng) ，縣內(nèi)烏桕品種繁多，主要品種有葡萄桕、雞爪桕、銅錘桕、豬油粑、燈籠罩等，分布面廣，各鄉(xiāng)鎮(zhèn)均有。 表 13：烏桕油的組成和特點(diǎn) 烏桕油制備生物柴油的意義 [11] （ 1） 發(fā)展烏桕油為原料生產(chǎn)第二代生物柴油技術(shù)和生物化工 產(chǎn)品是落實(shí)中國(guó)工程院“可再生能源發(fā)展戰(zhàn)略研究”重大咨詢項(xiàng)目的具體舉措，是發(fā)展生物質(zhì)液體燃料的組成部分，符合國(guó)家中長(zhǎng)期發(fā)展戰(zhàn)略。此項(xiàng)目具有良好的發(fā)展前景和吸引力。目前，烏桕油主要消費(fèi)國(guó)有中國(guó)、印度、印度尼西亞、馬來(lái)西亞，這 些國(guó)家占到消費(fèi)總量的 60%。以疏水性 MCA 大孔樹(shù)脂為載體，固定洋蔥假單胞菌分泌的脂肪酶。區(qū)域優(yōu)勢(shì)獨(dú)特，交通便捷，氣候宜人，基礎(chǔ)設(shè)施齊全，開(kāi)發(fā)條件優(yōu)越。板栗是大悟縣內(nèi)主要特產(chǎn)之一，主要產(chǎn)地為宣化、豐店、三里、芳畈等山鄉(xiāng)，年產(chǎn) 量達(dá) 500萬(wàn)公斤以上。建設(shè)一條現(xiàn)代化的自動(dòng)控制的年生產(chǎn) 20xx0 噸生物柴油的生產(chǎn)工藝。 d、搞好環(huán)境綠化和美化，改善和創(chuàng)造人工空間環(huán)境。本項(xiàng)目的建設(shè)能夠適應(yīng)能源發(fā)展趨勢(shì)，以可再生生物能源替代礦物能源，緩解原油短缺的壓力，減少對(duì)進(jìn)口石油的依賴性，同時(shí)本項(xiàng)目的建設(shè)對(duì)當(dāng)?shù)氐呢?cái)政收入 、緩解就業(yè)壓力具有一定的好處，因此本項(xiàng)目社會(huì)效益較好。 14 第 3章 生物柴油生產(chǎn)工藝流程論述 生物柴油的生產(chǎn)工藝主要包括烏桕油的采購(gòu)，酯交換，分離生物柴油，回收甲醇和甘油。同時(shí)希望爭(zhēng)取到政府的補(bǔ)貼或政策扶持，使之推廣使用。反應(yīng)結(jié)束 離心 、靜置，下層為甘油水溶液，上層為甲酯層。故本項(xiàng)目采取的工藝條件為：甲醇 /油的摩爾比率為 4:1，脂肪 酶用量為 %（體積分?jǐn)?shù)），溫度 41℃ ，轉(zhuǎn)速 200rpm，轉(zhuǎn)化率為 96%。但事實(shí)上發(fā)生的反應(yīng)并不是這樣，我們通常添加過(guò)量的甲醇來(lái)保證反應(yīng)完全。 固定化脂肪酶占原料的 %，脂肪酶用量 %=?！?)，汽化潛熱 2253kJ／ kg，沸點(diǎn) 100℃ ；堿性膨潤(rùn)土的熱容為 ／ (kg 取井水為冷卻介質(zhì)， 設(shè)冷卻水初始溫度為 ℃ ，升溫后溫度變?yōu)?30℃ ，其即每千克 水 可吸熱 Q= 即需冷凝水量為 M2=Q4/Q=103/=2215kg/h 表 4— 4 20xx0t/a 生物柴油工廠總熱量衡算表（耗蒸汽量） 名稱 壓力 /MPa 每 h 用量/(kg/h) 每噸產(chǎn)品消 耗定額 /kg 每晝夜消耗量 /(kg/d) 年消耗量 /(kg/a) 蒸汽 （表壓） 225 81 5400 1620xx0 24 第 5章 生物反應(yīng)釜 設(shè)計(jì)及選型 設(shè)計(jì)目的及參數(shù)確定 說(shuō)明：由于本項(xiàng)目工藝的自身特點(diǎn)，整個(gè)工藝流程都未采用精餾塔進(jìn)行工藝操作。脂肪酸甲酯的粘度為 也可設(shè)定單個(gè)設(shè)備容量由總?cè)莘e求算設(shè)備數(shù)量N： N=V 有效 / υVˊ 式中 V 有效 ______設(shè)備有效總?cè)莘e（ 。 確定操作參數(shù) 壓力為常壓，反應(yīng)溫度為 41℃ ， 處理 量為 ，連續(xù)操作。綜合以上本設(shè)計(jì)最終考慮以反應(yīng)釜的工藝設(shè)計(jì)代替精餾塔的工藝設(shè)計(jì)，特此說(shuō)明?！?)。 反應(yīng)體系中需水量為 7%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），則水量為（ +） =除甲醇中夾帶的水外，還需水量為 － =。 年產(chǎn) 20xx0 噸生物柴油，每小時(shí)生物柴油的產(chǎn)量為： 2 0 0 0 0 1 0 0 0= 2 7 7 7 .8 g3 0 0 2 4 K?? 因?yàn)?甘油三油酸酯 轉(zhuǎn)化率為 96%，則每小時(shí)需要 甘油三油酸酯 的質(zhì)量為： 8 8 08 8 9 6 7 7 7 ???? 原料油預(yù)處理工段 原料油 中除烏桕油外，還含有 %的水分，原料經(jīng)預(yù)處理脫酸、脫色后回收率為 98%，按照計(jì)算基準(zhǔn)，每 h 需要的原料油 M= 884247。 工藝流程示意圖 參照第三章的圖 31。 甲醇的回收 由于甲醇、甲酯之間的沸點(diǎn)差太大，在精餾過(guò)程中導(dǎo)致再沸器能耗太大，且加熱蒸汽溫度太高難于達(dá)到要求，綜合這些因素，本工藝采用降膜式蒸發(fā)器，控制蒸發(fā)器加熱溫度 150℃，蒸發(fā)壓力 ,可以達(dá)到要求。燃油稅若首先將在煉油廠的原油上征收，這將促使煉油廠把生物柴油以一定的比例加 入到 0柴油中，再進(jìn)行出售，這樣來(lái)獲得更大的利潤(rùn)。生物酶法制備生物柴油具有反應(yīng)條件溫和、醇用量小、產(chǎn)物易分離、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，因而被認(rèn)為是取代化學(xué)法生產(chǎn)生物柴油的綠色工藝。 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(shí)為 70%）；生物柴油中不含對(duì)環(huán)境會(huì)造成污染的芳香族烷烴，因而廢氣對(duì)人體損害低于柴油。 其內(nèi)部主要布置為： 由于為了擴(kuò)大一定的影響力，使大門正對(duì)大路，同時(shí)廠區(qū)主路由大門口直貫穿 12 整個(gè)廠區(qū)同時(shí)將生產(chǎn)區(qū)與生活區(qū)分開(kāi)。生物柴油合成工段；原料存放倉(cāng)庫(kù)和成品油倉(cāng)庫(kù)。 氣象條件 （ 1） 風(fēng)況： 大悟縣屬北亞熱帶季風(fēng)氣候，冬季受西北冷氣團(tuán)的影響，夏季受東南、西南季風(fēng)控制 。距 京廣鐵路 7 公里， 107 國(guó)道 5 公里， 京港澳高速公路 過(guò)城區(qū)直貫縣境。 由于市場(chǎng)上目前尚未有公司正式生產(chǎn)該產(chǎn)品，而本項(xiàng)目的需求量不大，本項(xiàng)目采取委托特定廠商為我們制造固定化脂肪酶，保證催化劑的充足供應(yīng)。 烏桕油原料路線確定 烏桕油 容易分離精制， 以 烏桕油為原料的生物柴油因凝點(diǎn)為 10℃ ，不容易凝結(jié)。烏桕油和生物柴油的生產(chǎn)規(guī)模，并最終走向以全部生物質(zhì)為原料生產(chǎn)生物柴油，包括生物質(zhì)廢棄和產(chǎn)品綜合利用的全生物產(chǎn)業(yè)鏈和實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的理念。作為生產(chǎn)生物柴油和生物化工產(chǎn)品的原料，有利于國(guó)家石油能源的替代，有利于科技支農(nóng)和區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展，對(duì)促進(jìn)湖北省等革命老區(qū)脫貧致富，科技轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)資源產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)具有重要意義。所產(chǎn)桕籽，油脂豐富，皮、籽出油率總計(jì)達(dá) 50％以上。 專家建議，應(yīng)在利用現(xiàn)有原料進(jìn)行生產(chǎn)的同時(shí)，積極和植物、農(nóng)業(yè)和林業(yè)科研部門聯(lián)合研究油料作物的育苗、優(yōu)選、種植和合理套種。 研究發(fā)現(xiàn)溫度和容器對(duì)生物柴油的穩(wěn)定性影響最大。 生物柴油的優(yōu)良性能使得采用生物柴油的發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣排放指標(biāo)不僅滿足目前的歐洲 Ⅱ 號(hào)標(biāo)準(zhǔn)，甚至滿足隨后即將在歐洲頒布實(shí)施的更加嚴(yán)格的歐洲 Ⅲ 號(hào)排放標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)列于表 12。s 1 閃點(diǎn) /℃ 灰分 /% 水 分/mg 所謂酯交換反應(yīng)是指 甘油三酯與醇反應(yīng)生成脂肪酸單酯（也稱生物柴油）和甘油的一個(gè)反應(yīng) 過(guò)程 。同時(shí)，隨著國(guó)際石油價(jià)格的高漲，不僅增加了購(gòu)買石油的外匯消耗，而且給我國(guó)經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定發(fā)展造成不容忽視的負(fù)面影響。當(dāng)然，傳統(tǒng)化石能源的開(kāi)發(fā)利用，也給人類的可持續(xù)發(fā)展帶來(lái)了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。近年來(lái)隨著 微 水相酶學(xué)及技術(shù)的迅速發(fā)展 ， 應(yīng)用 固定化 脂肪酶催化制備生物柴油技術(shù)正成為生物能源領(lǐng)域新的戰(zhàn)略，由于脂肪酶的高價(jià)格和油脂原料的缺乏，我國(guó)酶法生產(chǎn)生物柴油的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程受到一定程度的制約 。 附錄 .................................................................................................................................42 1 摘 要 生物柴油作為一種環(huán)保和可再生的替代燃料 ， 已受到越來(lái)越廣泛的關(guān)注。人類對(duì)能源的利用，從薪柴時(shí)代到煤炭時(shí)代，再到油氣時(shí)代，每一次變遷都伴隨著生產(chǎn)力的巨大飛躍。這樣高的石油進(jìn)口依存度，給我國(guó)的能源安全帶來(lái)巨大的隱患。 3 生物柴油的基礎(chǔ)知識(shí) [5] 生物柴油最常用 的生產(chǎn)方法是采用酯交換反應(yīng) 。cm3 運(yùn)動(dòng)黏度（ 40℃ ）/mm2生物柴油可以由不同的植物油制成，這些植物油種類不同，產(chǎn)地氣候各異，甘三酯組成有較大差別，因而各國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)存在著一些差異。因此，在運(yùn)輸、儲(chǔ)存、使用方面有著很好的安全性 ； （ 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(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油的使用壽命延長(zhǎng) ； （ 6）具有可再生性能 ， 作為可再生能源，與石油儲(chǔ)量不同其通過(guò)農(nóng)業(yè)和生物科學(xué)家的努力，供應(yīng)量不會(huì)枯竭 ； （ 7） 具有經(jīng)濟(jì)性 ， 使用生物柴油的系統(tǒng)投資少，原用柴油的 引擎、加油設(shè)備、儲(chǔ)存設(shè)備和保養(yǎng)設(shè)備無(wú)需改動(dòng) ； （ 8） 可調(diào)和性 ， 生物柴油可按一定的比例與化石柴油配合使用，可降低油耗，提高動(dòng)力，降低尾氣污染 ； （ 9） 可降解性 ， 生物柴油具有良好的生物降解性，在環(huán)境中容易被微生物分解利用 。研究還發(fā)現(xiàn)甲酯比乙酯稍微穩(wěn)定，較高溫度時(shí)光照會(huì)略微加快氧化速度。利用酸化油、地溝油等廉價(jià)原料生產(chǎn)生物柴油是成本最少、還可以變廢為寶的好辦法，而 且煉出的柴油質(zhì)量仍可達(dá)到國(guó)際上最為苛刻的生物柴油標(biāo)準(zhǔn) [10]。現(xiàn)全縣大約有新老烏桕樹(shù) 400 余萬(wàn)株，年產(chǎn)桕籽 500 余萬(wàn)公斤，居全國(guó)縣級(jí)之首。 （ 2） 發(fā)展烏桕樹(shù)種植，具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。 （ 6） 要從先行工業(yè)試點(diǎn)示范、可持續(xù)發(fā)展和經(jīng)濟(jì)實(shí)效出發(fā)，把當(dāng)前和長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展結(jié)合起來(lái)考慮，逐步擴(kuò)大烏桕樹(shù)種植。近幾年，我國(guó)烏桕油消費(fèi)增幅最為明顯， 20xx年我國(guó)國(guó)內(nèi)烏桕油消費(fèi)量剛剛超過(guò) 800 萬(wàn)噸 1。實(shí)驗(yàn)研究表明 [12] ，使用烏桕油，加入 ％的固定化脂肪酶，在醇：油＝ 4： 1 及 41℃ 下反應(yīng) 12h， 反應(yīng)轉(zhuǎn)化率大于 96％ ，是一種性能優(yōu)良的催化劑，具有催化效率高、無(wú)副反應(yīng)、無(wú)廢水、易于分離、對(duì)設(shè)備無(wú)腐蝕及可以回收再生重復(fù)使用等一系列特點(diǎn)。 大悟 地靈人杰 ，流芳百世這里是全國(guó)著名的革命老區(qū)之一。 烏桕分布在 海拔高度 100 米及 250 米之間的低丘區(qū) 。 （ 2）設(shè)立的公段和倉(cāng)庫(kù)。 總平面布置方案 根據(jù)總平面布置原則，各生產(chǎn)工段盡可能考慮與原有設(shè)施集中或同一界區(qū)布置，以利于生產(chǎn)操作和生產(chǎn)管理，節(jié)省外管、線等投資，房屋盡可能南北走向布置，以利自然通風(fēng)和采光，并與原有建構(gòu)筑物布置相協(xié)調(diào)， 使整個(gè)工程建成后仍保持原料主要生產(chǎn)區(qū)、成品庫(kù)區(qū)、動(dòng)力區(qū)、廠前區(qū)及辦公區(qū)等各自的功能分區(qū)，利于公司內(nèi)交通，減少人、物流交叉。 環(huán)境效益分析 首先，生物柴油環(huán)保效益明顯。目前國(guó)內(nèi)外生物柴油的生產(chǎn)主要使用酸催化法或堿催化法，但存在能耗高、工藝復(fù)雜、醇消耗量大、環(huán)境污染等缺點(diǎn)。尤其是近來(lái)議論的較多的燃油稅，一旦正式在我國(guó)實(shí)施，將大大有利于本項(xiàng)目產(chǎn)品的推廣。 分離 生物柴油 由于甲酯、甘油與甲醇之間存在一定的密度差，其分離方法主要是自然沉降或離心分離，由于自然沉降所需時(shí)間長(zhǎng)，一般采用間歇操作，即同時(shí)采用幾個(gè)自然沉降槽進(jìn)行并聯(lián)間歇操作，其操作復(fù)雜，效率低，現(xiàn)在工業(yè)上逐漸采用離心分離機(jī)進(jìn)行分離，其效率高并可連續(xù)化，兩者的共同前提都必須是前面的酯交換反應(yīng)進(jìn)行徹底，副產(chǎn)物少，由于工廠采用固定化酶催化反應(yīng)，其產(chǎn)率高，幾乎沒(méi)有副反應(yīng)產(chǎn)生，所以采用離心分離機(jī)進(jìn)行分離不會(huì)存在什么問(wèn)題。 現(xiàn)以年產(chǎn) 20xx0 噸生物柴油為 項(xiàng)目 ，進(jìn)行物料衡算 。 甘油三油酸酯 +4 甲醇 3 油酸甲酯 +甘油 +1 甲醇 884g 4 32g 3 296g 92g 32g 根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，甲酯得率為 96%，因此， 按照 100kg 的油，使用 % 過(guò)量甲醇的物料平衡如下： 100 kg 油 + 甲醇 → 生物柴油 + 甘油 + 表 41 生物柴油物料的密度（ kg/l） 物料 密度（ kg/l） 甘油三油酸 甲醇 油酸甲酯 甘油 根據(jù)表 41 中的密度，反應(yīng)式可以轉(zhuǎn)化成： 100 L 油 + L 甲醇 → L 生物柴油 + L 甘油 + L 過(guò)量甲醇 計(jì)算基準(zhǔn) 該工藝屬連續(xù)性操作 ， 每年的工作時(shí)間是 300 天 ， 每天 24 小時(shí) ，以每 小時(shí)生物柴油 產(chǎn)量為基準(zhǔn) 計(jì) 算。 甲醇含水量為 1%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）， 故 需要 99%的甲醇質(zhì)量 ?！?)，白土熱容為／ (kg又由于生物柴油反應(yīng) 生物反應(yīng)釜 中進(jìn)行，其具有連續(xù)化、反 應(yīng)效率高等特點(diǎn)，對(duì)于它的研究現(xiàn)在也逐漸廣泛起來(lái)，但真正應(yīng)用的不是很廣泛，原因在于其沒(méi)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，必須根據(jù)各自的反應(yīng)特點(diǎn)設(shè)計(jì)才能達(dá)到要求目的，所以在此對(duì)串聯(lián)反應(yīng)釜進(jìn)行設(shè)計(jì)顯得尤為重