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(zhuǎn)化率和得率。在酯化反應(yīng)中，甲醇的通入量是一個(gè)非常關(guān)鍵的參數(shù)，甲醇的通入量直接影響反應(yīng)的速度及反應(yīng)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(yīng)溫度為80℃，反應(yīng)時(shí)間為8h，醇油比對轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化率和得率呈緩慢上升的趨勢。在實(shí)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(jìn)行。圖1 醇油比對轉(zhuǎn)化率和得率的影響在進(jìn)行酯化反應(yīng)時(shí)，選擇濃硫酸作為催化劑，催化劑用量對轉(zhuǎn)化率和得率的影響如圖2所示。隨著催化劑用量的增加，轉(zhuǎn)化率和得率明顯增加。但到3%后，轉(zhuǎn)化率和得率達(dá)到最高。另外，催化劑用量過多會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)產(chǎn)生較多副反應(yīng)，產(chǎn)品顏色較深，所以本實(shí)驗(yàn)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(zhuǎn)化率和得率的影響反應(yīng)溫度對轉(zhuǎn)化率和得率的影響如圖3所示。產(chǎn)品的轉(zhuǎn)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(yīng)速率，但繼續(xù)升溫會(huì)影響產(chǎn)品顏色，且能耗過大，影響實(shí)際應(yīng)用。所以本實(shí)驗(yàn)反應(yīng)應(yīng)控制在75℃為宜。圖3 反應(yīng)溫度對轉(zhuǎn)化率和得率的影響反應(yīng)時(shí)間對轉(zhuǎn)化率和得率的影響如圖4所示。從反應(yīng)過程中水的生成速率可以判斷反應(yīng)分為兩個(gè)階段，6h以內(nèi)的出水速率較快，6h后出水變慢，產(chǎn)品轉(zhuǎn)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(gè)方面綜合考慮，反應(yīng)6h可以達(dá)到目的。圖4 反應(yīng)時(shí)間對轉(zhuǎn)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(yīng)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(yīng)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(yīng)用。以整個(gè)生命周期為基礎(chǔ)進(jìn)行分析對比，包括整個(gè)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(shí)拖拉機(jī)消耗的燃料，以及整個(gè)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(diǎn)對柴油與生物柴油進(jìn)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(gè)生命周期的石油消耗可降低95%，因?yàn)樵谏a(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(gè)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(zhuǎn)變?yōu)樘蓟衔?、因此影響環(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(diǎn)，對改善地球的溫室效應(yīng)有很大的貢獻(xiàn)。PM、CO、SOx的排放，無論是尾氣的排放量和整個(gè)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?yàn)樵擁?xiàng)目研究使用未經(jīng)改進(jìn)的發(fā)動(dòng)機(jī)和燃料。如果改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)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(jìn)農(nóng)業(yè)技術(shù)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(dòng)機(jī)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(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以直接用于傳統(tǒng)的柴油機(jī)而不需要改裝，并且可以利用原有的設(shè)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(fèi)用，燃料貯存和加注設(shè)施的改造、維護(hù)等所需增加的費(fèi)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(jìn)行酯交換反應(yīng)（又稱醇解反應(yīng)），生成脂肪酸甲酯(即生物柴油)和甘油，其反應(yīng)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(yīng)罐中只進(jìn)行一次酯交換反應(yīng)，然后進(jìn)行分離提純；兩步法是在一步法的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步進(jìn)行酯交換反應(yīng)。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(yù)熱，并通過定量裝置被加入到反應(yīng)中，然后由油脂、甲醇和催化劑組成的反應(yīng)混合物被泵入反應(yīng)塔中。反應(yīng)后的甲醇混合物由塔上部排出，并進(jìn)入離心機(jī)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(jìn)入下一個(gè)酯交換塔中與KOH甲醇進(jìn)一步反應(yīng)，使第一步中的殘余油脂進(jìn)一步反應(yīng)，提高產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化率。反應(yīng)后再進(jìn)入離心機(jī)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(jìn)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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