生物柴油與棕櫚油(編輯修改稿)
2025-05-01 23:42 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 慮到甲醇較為便宜，選擇甲醇過量來提高脂肪酸甲酯的轉化率和得率。在酯化反應中，甲醇的通入量是一個非常關鍵的參數(shù)，甲醇的通入量直接影響反應的速度及反應是否完全。采用不同的醇油配比，控制催化劑用量為原料油重量的3%，反應溫度為80℃，反應時間為8h，醇油比對轉化率和得率的影響如圖1所示。隨著甲醇與棕櫚硬脂重量比的增加，產(chǎn)品的轉化率和得率呈緩慢上升的趨勢。在實際生產(chǎn)過程中，甲醇過量不利于最終產(chǎn)品的分離提純，:1進行。圖1 醇油比對轉化率和得率的影響在進行酯化反應時，選擇濃硫酸作為催化劑，催化劑用量對轉化率和得率的影響如圖2所示。隨著催化劑用量的增加，轉化率和得率明顯增加。但到3%后，轉化率和得率達到最高。另外，催化劑用量過多會導致反應產(chǎn)生較多副反應，產(chǎn)品顏色較深，所以本實驗催化劑用量以原料油重量的3%為優(yōu)。 圖2 催化劑用量對轉化率和得率的影響反應溫度對轉化率和得率的影響如圖3所示。產(chǎn)品的轉化率和得率隨著溫度的升高而增加，到了75℃以后，增加的幅度較小，升溫能提高反應速率，但繼續(xù)升溫會影響產(chǎn)品顏色，且能耗過大，影響實際應用。所以本實驗反應應控制在75℃為宜。圖3 反應溫度對轉化率和得率的影響反應時間對轉化率和得率的影響如圖4所示。從反應過程中水的生成速率可以判斷反應分為兩個階段，6h以內(nèi)的出水速率較快，6h后出水變慢，產(chǎn)品轉化率和得率的增長也不明顯。從產(chǎn)品質(zhì)量、能源消耗兩個方面綜合考慮，反應6h可以達到目的。圖4 反應時間對轉化率和得率的影響[16]車輛廢氣對環(huán)境的影響主要決定于排氣管尾氣的有害成份排放量。但是從更廣義的角度來衡量，則應包括從原料生產(chǎn)的最初到使用的最終的全過程所產(chǎn)生的影響。例如，柴油應從原油開采和提煉到最終用于公共汽車，而生物柴油則從植物種子種植、生長、化合處理到應用。以整個生命周期為基礎進行分析對比，包括整個生產(chǎn)過程中使用的所有資源和消耗的能源，如原油開采中消耗的電力，和種植時拖拉機消耗的燃料，以及整個生產(chǎn)過程中所有排放的污染物質(zhì)、固體廢棄物，以及對水源的影響。NREL的研究內(nèi)容重點對柴油與生物柴油進行對比分析。使用B100的公共汽車與使用柴油的公共汽車相比較，整個生命周期的石油消耗可降低95%，因為在生產(chǎn)和輸送B100的過程中仍要消耗一些石油。使用B20的公共汽車，其整個生命周期的石油消耗可降低19%。B100與柴油相比較，尾氣的CO2排放量約高5%，但大豆生產(chǎn)過程中通過光合作用，CO2又重新轉變?yōu)樘蓟衔铩⒁虼擞绊懎h(huán)境的CO2總量將大大降低，CO2，凈排放量可以減少78%以上。使用B20則可減少約16%．這是生物柴油的最大優(yōu)點，對改善地球的溫室效應有很大的貢獻。PM、CO、SOx的排放，無論是尾氣的排放量和整個生命周期的排放量，B100都比柴油低，B20的減少程度約為B100減少程度的20%,見表3。表3 PM、CO、SOx的排放量的降低百分比B100尾氣排放量生命周期排放量PM(10μ)68%32%CO46%35%SOx不排放8%B100的NO2排放量比柴油有所增加，因為該項目研究使用未經(jīng)改進的發(fā)動機和燃料。如果改進發(fā)動機和燃料配方，則NOx增加的問題可以得到解決。B20的生命周期NOx排放量約增加3% B100的HC尾氣排放量比柴油降低，但生命周期排放量增加，主要原因是大豆生產(chǎn)過程中造成的，可以通過改進農(nóng)業(yè)技術來解決。排放量的對比見表4。表4 NOx和HC排放量的增減百分比B100尾氣排放量生命周期排放量NOx+9%+13%HC37%+35%對其他代燃料的生命周期分析缺乏資料，尾氣排放量與柴油相比較的增減見表5。表5 幾種代燃料尾氣排放量的增減百分比發(fā)動機L10260GDDC6V92燃料CNG甲醇乙醇PM（98～99）%85%13%NOx（45～54）%75%47%HC+（747～546）%+1686%+230%CO（93～94）%+57%+395%生物柴油的另一個優(yōu)點是可以直接用于傳統(tǒng)的柴油機而不需要改裝，并且可以利用原有的設施來貯存和加油。使用其他代燃料則需要增加基本投資，包括購買代燃料公共汽車的增加費用，燃料貯存和加注設施的改造、維護等所需增加的費用。[17][18][19]酯交換法是采用油脂（脂肪酸甘油酯）與甲醇在堿性催化劑存在下進行酯交換反應（又稱醇解反應），生成脂肪酸甲酯(即生物柴油)和甘油，其反應原理如下：CH2OOCR1 CH2OH R1COOCH3| 催化劑 |CHOOCR2 + 3CH3OH CH OH + R2COOCH3| |CH2OOCR3 CH2OH R3COOCH3 酯交換法按工藝過程可分為一步法和兩步法。一步法是在反應罐中只進行一次酯交換反應，然后進行分離提純；兩步法是在一步法的基礎上，進一步進行酯交換反應。其工藝流程如下：催化劑、甲醇 ↓ 原料 → 酯交換 → 蒸餾 → 靜置分離 → 洗滌 → 干燥 → 生物柴油↓ ↓甲醇（回收） 中和 → 分離 → 蒸餾 → 甘油。甲醇與催化劑混合，在攪拌罐中先被預熱，并通過定量裝置被加入到反應中，然后由油脂、甲醇和催化劑組成的反應混合物被泵入反應塔中。反應后的甲醇混合物由塔上部排出，并進入離心機被分為重相（甘油和甲醇）和輕相（甲酯生物柴油）。分出的生物柴油進入下一個酯交換塔中與KOH甲醇進一步反應，使第一步中的殘余油脂進一步反應，提高產(chǎn)品的轉化率。反應后再進入離心機分離，得到重相為水、甘油、甲醇等；輕相為生物柴油和少量水。濃縮、分離和回收。將輕相再入干燥塔進行干燥得到成品生物柴油。重相通過蒸發(fā)濃縮、蒸餾等工序，分離得到甘油，回收剩余的甲醇。酯交換法適用于大
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