地沟油生产生物柴油（精选8篇）

地沟油生产生物柴油 第1篇

内容简介：

生物柴油是清洁的可再生能源，它以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以及动物油脂、废餐饮油等为原料制成的液体燃料，是优质的传统柴油替代用品。

地沟油是家庭或饭店、宾馆等洗刷餐具过程中随水流入下水道中的各种油脂、食品残渣等形成的混合物。地沟油中含有大量对人体有害的物质，已不能再食用。对地沟油进行预处理后用于制备高附加值的生物柴油，为餐饮废油的再利用开辟一条新的途径，有利于防止地沟油对生态环境造成的不利影响，也可降低生物柴油的生产成本。

地沟油制生物柴油经济效益显著。我国每年从餐饮业中产生的地沟油约有2000多万吨，全国每年废弃或闲置的动植物油总计在1亿吨左右，以1吨动植物油约提炼800千克生物柴油计算，可生成8000多万吨生物柴油。此外，地沟油制生物柴油项目可进入全球碳交易市场，出售碳减排量指标，获取额外经济收益。

节能减排已成为大势所趋，国际油价高位运行，未来生物柴油的市场需求将持续扩张。国务院办公厅在2010年发布了《加强地沟油整治和餐厨废弃物管理的意见》，要求进一步规范地沟油的回收、处理。受益于国家政策的有力扶持，兼具经济效益、环境效益、社会效益的地沟油制生物柴油项目投资潜力巨大。

中投顾问发布的《中国地沟油制生物柴油市场调研报告2011》从市场概况、产业化进展、区域发展、政策分析、重点企业等多方面多角度阐述了地沟油制生物柴油市场的总体发展状况，并在此基础上对中国地沟油制生物柴油项目的投资潜力进行分析。

报告目录：

最新风电周刊欢迎下载！>>

第一章生物柴油市场分析

1.1主要特性

1.2全球市场规模状况

1.3国内市场发展现状

1.4主要原料供应路线

第二章地沟油制生物柴油的可行性

2.1地沟油形成食品安全隐患

2.2地沟油制生物柴油的经济效益

2.3地沟油制生物柴油的环境效益

2.4地沟油制生物柴油的技术可行性

第三章地沟油制生物柴油发展概述

3.1国外发展经验借鉴

3.2中国废弃油脂制生物柴油概况

3.3废弃油脂制生物柴油主要生产方法

3.4地沟油制生物柴油项目可参与碳交易

3.5废弃油脂制备生物柴油技术有所突破

第四章地沟油制生物柴油产业化分析

4.1转化技术已能实现盈利

4.2获利难使产业化步履维艰

4.3组织开展试点推广

4.4亟需出台相关政策措施

第五章地沟油制生物柴油区域发展状况

5.1山东

5.2江苏

5.3陕西

5.4新疆

5.5重庆

5.6云南

第六章地沟油制生物柴油不同工艺比较分析

6.1试验工艺比较

6.2产率对比

6.3主要物性对比

6.4成本比较

6.5结论

第七章相关政策分析

7.1《国务院办公厅关于加强地沟油整治和餐厨废弃物管理的意见》

7.2解读《加强地沟油整治和餐厨废弃物管理的意见》

7.3国家鼓励生物柴油发展的政策措施

7.4生物柴油国家标准全面实施

第八章代表企业

8.1湖北昊林能源科技公司

8.2武汉艾瑞生物柴油有限公司

8.3浙江捷达油脂有限公司

8.4福建龙岩卓越新能源发展有限公司

8.5青岛福瑞斯生物能源科技开发有限公司

第九章投资分析

9.1投资潜力

9.2设备特点

9.3投资核算

图表目录：

图表1地沟油制生物柴油反应原理的方程式

图表2碱催化地沟油工艺流程

图表3酸催化地沟油工艺流程

图表4不同工艺制生物柴油的平均产率

图表5不同工艺制取生物柴油产品的物性对比

图表6不同工艺制生物柴油成本核算表

地沟油生产生物柴油 第2篇

如何识别地沟油?在饭店里吃饭怎样识别地沟油

据国家统计，中国每年有300万吨返回到餐桌。按照比例每年吃万吨左右，也就是说，你每吃10餐就有可能有一餐的油就地沟油!

如何鉴别地沟油成为了我们现在迫切需要知道的，下面大学网就教大家如何鉴别地沟油：

一看

看透明度，纯净的植物油呈透明状，在生产过程中由于混入了碱脂、蜡质、杂质等物，透明度会下降;看色泽，纯净的油为无色，在生产过程中由于油料中的色素溶于油中，油才会带色;看沉淀物，其主要成分是杂质。

二闻

每种油都有各自独特的气味。可以在手掌上滴一两滴油，双手合拢摩擦，发热时仔细闻其气味。有异味的油，说明质量有问题，有臭味的很可能就是地沟油;若有矿物油的气味更不能买。

三尝

用筷子取一滴油，仔细品尝其味道。口感带酸味的油是不合格产品，有焦苦味的油已发生酸败，有异味的油可能是地沟油。

四听

取油层底部的油一两滴，涂在易燃的纸片上，点燃并听其响声。燃烧正常无响声的是合格产品;燃烧不正常且发出“吱吱”声音的，水分超标，是不合格产品;燃烧时发出“噼叭”爆炸声，表明油的含水量严重超标，而且有可能是掺假产品，绝对不能购买。

五问

“地沟油”提炼生物柴油 第3篇

地沟油是生物柴油的上好原料, 提炼生物柴油的转化率由最初70%到80%, 提高到目前的98%。

在厦门卓越生物质能源公司, 以地沟油做原料的生物柴油色泽透明澄净, 略带芳香气味。据介绍, 收购一吨地沟油5500元左右, 加工成生物柴油成本为每吨7000元, 产品市场售价为每吨8000元, 比化石柴油便宜近1000元!而且生物柴油不含芳烃和重金属, 含硫数值比0号柴油低得多, 不产生污染。

生物柴油, 不但节能减排, 也给地沟油一个好出路。

古稀翁让地沟油变身“生物柴油” 第4篇

南京一位七旬退休老工人研发出一种利用地沟油做成的“生物柴油”，可以替代柴油带动发动机运转，让地沟油摇身变成清洁能源。而最令人惊奇的是：这种“生物柴油”不是在仪器齐全的实验室里制造出来的，而是集聚几位退休工人智慧心血的“土制”产品。

三年研究终成“正果”

70出头的杜进发是一名从事机械加工的技术工人，曾被评为江苏省劳动模范。从原来所在的科研企业退休后，他突发奇想，觉得像沸腾鱼等很多菜用油较多，吃完丢弃也很可惜，现在能源紧张，能不能变废为宝呢？于是他就自己钻研化学、电子方面的书籍，遇到问题就问专业老师，在几个同事的协助下，终于获得了试验的初步成功。

杜进发说，他通过三年的试验已经初步证明了这个结论。老人声称他现在能通过两种配方将下脚油提纯成柴油，通过电子助燃器使柴油机发动，排放的尾气也比普通柴油少得多。

神奇“柴油”一举三得

我们带着好奇走访了杜进发的“实验基地”。因为调配添加剂是技术秘密，所以杜进发拿出的是调配好的回收食用油。老人用的柴油机就是普通的机型，不过另外在机器上用电线接了一个自己发明的电子助燃器。

杜进发先在柴油机内灌进柴油，发动机发动了起来，他将一块白纸板放在发动机冒烟处，一段时间后，白纸上出现了一大片黑斑。然后，老人将加工后的回收食用油倒入油箱内，通过电子助燃器，发动机同样发动了起来，老人拿出另一块白纸板放在排气口，一段时间后，白纸板上仅出现了少许黑斑，颜色要比第一块白板淡得多。最后，老人又取出了用另一种配方提纯的食用油，颜色要比第一种食用油深，灌进油箱后，发动机同样也能发动，但白纸板上的黑斑和第二张相比，范围更加集中但颜色较深。

杜进发说，实验证明这种“生物柴油”尾气排放量要明显小于普通柴油。其中，电子助燃器的作用是将燃料和空气的合成气体进行高压，从而产生热量使植物油也能燃烧。因为燃烧充分，可以大大提高油的利用率，同时也减少了气体排放量。老人的朋友说，如果这项技术能真正转化为生产力，至少有三方面的好处：一是增加了一种可利用的再生资源，二是减少环境污染，三是避免饭馆多次使用回收食用油影响顾客健康。

配方仍需改进推广

有关专家说，江苏80％的能源需要依赖省外调入，寻找新的可持续能源替代品成为当务之急。生物柴油是清洁的可再生能源，它是指以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以及动物油脂、废餐饮油等为原料制成的液体燃料，是优质的石油柴油代用品，也是典型的“绿色能源”。不过从国内外生物柴油产业现状来看，目前最重要的不是怎样把原料变成生物柴油，而是要解决大量、稳定、低成本的原料供应问题。餐饮废弃油固然是一种很好的原料，但如何大量收集、与残渣分离和批量生产显然还需继续研究，可以尝试出台激励措施等。

地沟油制备生物柴油的研究进展 第5篇

关键词：地沟油,生物柴油,制备

石油是世界各国能源消费的主体,随着现代工业的发展,对石油的需求量将越来越大,而地球石化资源有限,依据《BP世界能源统计》:按目前的技术水平和2009年的开采量计算,世界石油可开采年限为45.7年[1]。另外,矿物能源的无节制使用,引起了日益严重的环境问题,如导致全球气温变暖、损害臭氧层、破坏生态圈平衡、释放有害物质、引起酸雨等自然灾害[2]。开发和寻找新的替代能源已成为人类社会在21世纪必须解决的重大课题。

生物柴油是指以大豆和油菜籽等油料作物、油棕和黄连木等野生油料植物、工程微藻等水生植物以及动物油脂、餐饮垃圾油等为原料通过酯交换工艺制成的可代替石化柴油的再生性燃料。目前世界各国所使用的生物柴油主要是将动植物油与甲醇经酯交换反应后得到的脂肪酸甲酯[3],与石化柴油相比,具有高十六烷值、低含硫量、可生物降解、优良的润滑性能和闪点高等优点,而且燃烧废气中微粒子、总碳氢化合物、SO2和CO含量低,是一种新型绿色环保燃料[4]。由于动植物油脂原料价格昂贵,使得生物柴油的成本远高于石化柴油,限制了生物柴油工业的发展[5]。利用废弃地沟油制备生物柴油成为近年来的研究热点,不但可以缓解能源危机、环境污染等社会问题,还提供了废弃食用油脂的合理化利用方式、为防止废弃食用油脂再次返回餐桌提供帮助,具有良好的发展前景。

1 地沟油的来源及特点

地沟油是一个泛指的概念,是人们在生活中对于各类劣质油的统称。地沟油可分为三类:一是狭义的地沟油,即将下水道中的油腻漂浮物或者将宾馆、酒楼的剩饭、剩菜(通称泔水)经过简单加工、提炼出的油;二是劣质猪肉、猪内脏、猪皮加工以及提炼后产出的油;三是用于油炸食品的油使用次数超过规定后,再被重复使用或往其中添加一些新油后重新使用的油[6]。

中国地沟油的产量很大,据估计,地沟油的量约占食用油总消费量的20%~30%。以中国年均消费食用油21Mt计算,每年产生废油4~8Mt,收集起来能够作为资源利用的有4Mt左右[7],目前我国的废弃食用油还没有得到合理利用。地沟油的特点主要表现在以下几个方面[8,9]:

(1)污染水体与大气。

地沟油在水体中经过复杂的生物化学反应,产生一系列组成复杂的醛、酸等具有恶臭的物质,这些恶臭物质的气味散发到空中,污染大气,恶化居住环境。地沟油还可消耗水体氧气,造成水体富营养化,滋生蚊子、苍蝇等害虫;另外地沟油若流入江河,容易导致鱼虾等由于缺氧而窒息。

(2)地沟油可被加工成劣质食用油,重回餐桌,危害人们健康。

烤鸭油、煎炸废油等被不法商贩购买或收集,经简单加工或直接作为食用油销售;餐饮业废油等被不法商贩经过脱色、脱臭、脱酸等处理后作为食用油销售。2002年中央电视台《焦点访谈》曾报道福建无业人员在京利用地沟油炸制食品的案例;河北电视台和中央电视台曾报道河北某县将地沟油加工成食用油的案例;湖北曾发生某著名快餐店将煎炸废油卖给小餐馆作为食用油的案例。类似事件尚有多起,已经严重冲击食用油安全。

(3)地沟油是一种优质资源。

地沟油不但可以作为化工原料制取脂肪酸、肥皂、甘油等化工产品,还是生物柴油的优良原料。由地沟油制得的生物柴油,理化性质可以达到德国标准,动力与排放性能与植物油得到的生物柴油相当,排放标准可以达到欧洲三号,具有很强的经济竞争性。

2 生物柴油行业发展现状

2.1 生物柴油的生产方法[10,11,12,13,14]

目前,生物柴油制备方法主要有直接混合法、微乳化法、高温裂解法和酯交换法。前两种方法属于物理方法,虽简单易行,能降低动植物油的黏度,但十六烷值不高,燃烧中积炭及润滑油污染等问题难以解决。高温裂解法过程简单,没有污染物产生,缺点是在高温下进行,需催化剂,裂解设备昂贵,反应程度难控制,且高温裂解法主要产品是生物汽油,生物柴油产量不高。工业上生产生物柴油主要方法是酯交换法,油料主要成分三甘油酯与各种短链醇在催化剂作用下发生酯交换反应得到脂肪酸甲酯和甘油,包括酸催化法、碱催化法、超临界酯交换法和酶催化法。

2.1.1 酸催化法

酸催化法用到的催化剂主要有硫酸、盐酸和磷酸等。在酸催化条件下,游离脂肪酸会发生酯化反应,且酯化反应速率要远快于酯交换速率,因此该法适用于游离脂肪酸和水分含量高的油脂制备生物柴油,其产率高,但反应温度和压力高,甲醇用量大,反应速度慢,反应设备需要不锈钢材料或搪玻璃材料,腐蚀严重,工业上酸催化法受到关注程度远小于碱催化法。

2.1.2 碱催化法

碱催化法采用的催化剂一般为NaOH、KOH、NaOMe、KOMe、有机胺等。在无水情况下,碱性催化剂酯交换活性通常比酸性催化剂高。碱催化法可在低温下获得较高产率,但它对原料中游离脂肪酸和水含量却有较高要求。在反应过程中,游离脂肪酸会与碱发生皂化反应产生乳化现象,所含水分则能引起酯水解,进而发生皂化反应,同时它也能减弱催化剂活性,结果会使甘油相和甲酯相变得难以分离,从而使反应后处理过程变得繁杂。因此,碱催化法常常要求油料酸价<2mgKOH/g,水分<0.06%。对酸值高的原料工业上一般要先进行脱水、脱酸处理,或预酯化处理,然后分别以酸和碱催化剂分两步完成反应,显然工艺复杂,增加了成本和能量消耗。

2.1.3 酶催化法

近年来,人们开始关注酶催化法制备生物柴油技术,即用动物油脂和低碳醇通过脂肪酶进行转酯化反应,制备相应的脂肪酸甲酯及乙酯。酶法合成生物柴油具有条件温和,醇用量小,无污染排放等优点。但目前主要问题有:对甲醇及乙醇的转化率低,一般仅为40%~ 60%,由于目前脂肪酶对长链脂肪醇的酯化有效,而对短链脂肪醇如甲醇或乙醇等转化率低,而且短链醇对酶有一定毒性,酶的使用寿命短;副产物甘油和水难于回收,不但对产物形成抑制,而且甘油对固定化酶有毒性,使固定化酶使用寿命短;脂肪酶的价格过于昂贵,这大大限制了酶催化合成生物柴油工业化的规模和进程。

2.1.4 超临界酯交换法

超临界酯交换法合成生物柴油由Saka和Kusdiana提出,反应在间歇反应器中进行,温度为350℃~400℃,压力为45~65MPa,油与甲醇摩尔比约为1:42。研究发现,经超临界处理甲醇在无催化剂存在下能很好与菜籽油发生酯交换反应,其产率高于普通碱催化过程。

2.2 我国生物柴油行业存在的问题

生物柴油的商业化和规模化应用是一项系统工程,原料的规模生产、收集、原料运输与加工、燃料油成品加工、运输、销售等都是重要的环节。中国要实现生物柴油产业化,需要农、林业、油脂加工业、石油化工等相互配合并实现相互技术支撑。目前我国生物柴油产业发展主要存在着以下问题:

(1)成本过高,原料资源不足[15]。

生物柴油的生产成本75%以上来自于原材料成本,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现工业化的关键。我国目前生物柴油的年生产能力超过3Mt,由于原料的供应不足,实际产量只有0.3Mt左右。我国现有生物柴油企业的主要原材料为地沟油,谁掌握了地沟油资源,谁就能够生存,但资源总量有限,并且面临着与日化行业、不法食用油加工业争抢原材料资源的问题,使得地沟油价格水涨船高,以致有些企业不得不而停产。

(2)政策支持力度不够[6]。

目前欧盟、美国、日本等许多国家都制定了发展生物柴油产业的扶持政策,在欧洲生产生物柴油可享受到政府的税收政策优惠,其零售价低于普通柴油,欧盟还将继续出台鼓励开发和使用生物柴油的新规定来稳定欧盟生物柴油市场,增加其营业额。美国农业部决定每年拿出1.5亿美元补贴生物柴油等生物燃料的使用。我国于2005年2月28日颁布了《中华人民共和国可再生能源法》促进可再生能源的开发利用,但是仍属于原则性而非操作性的法律,尚未制定促进生物柴油生产、销售、使用等相关政策,更没有正规的生物柴油销售渠道,对于原料收集处理的相关政策还没有形成一个完整的体系,这些都严重制约生物柴油产业发展。

此外,我国生物柴油产业还存在与科研结合不紧密的情况,产品质量不高,企业拥有自主知识产权的成果、新技术不多,生物柴油产业化开发应用技术单一等问题。生产仍然是常规工艺和技术,存在能耗高、工艺复杂、成本高和二次污染严重的问题,尽快开发高效、低能耗、低成本和无公害的生产技术。

3 地沟油制备生物柴油的应用

地沟油与石化柴油相比,尽管存在黏度大、挥发性差、与空气混合效果不好、易发生热聚合等问题,但是经过酯交换处理能够完全满足柴油替代品的性能。在利用地沟油制备生物柴油方面,日本走在了世界的前列,从1997年起,日本一些城市(如京都)就开始建立家庭烹饪废油收集体系。数据显示,仅2006年4月,日本的956个收集点收集餐饮废油1.5Mt,这些废油成为生物柴油的生产原料[16]。近10年来,我国建成的生物柴油加工企业2000余家,地沟油是中国生物柴油企业的主要生产原料,如海南正和生物能源公司、福建卓越新能源发展公司、四川古杉油脂化工公司、河北古杉油脂化学有限公司、无锡华宏生物燃料有限公司等企业生产的生物柴油产品性能与0#柴油相当,生产能力都在10kt/a以上[17]。地沟油中的动植物油脂经过高温烹饪煎炸,饱和脂肪酸越来越多,85%以上的成分为棕榈酸、硬脂酸、

油酸和亚麻酸,酸值较高。我国企业目前一般采用两步法生产工艺将地沟油转化为生物柴油[18],即第一步是酯化反应,大多利用酸性催化剂催化游离脂肪酸和甲醇反应;第二步是酯交换反应,一般使用碱性催化剂催化醇解将甘油酯转化为甲酯。两步法适用的原料酸值范围在10~120mgKOH/g。

4 结 语

生物科技——让地沟油价值回归 第6篇

说到地沟油，大家都不陌生，近年来，媒体时有地沟油以各种方式流向餐桌，侵害人们的健康。2010年7月国务院办公厅（国办发〔2010〕36号）下发了《关于加强地沟油整治和餐厨废弃物管理的意见》，各地方政府为保证食品安全不断加大对地沟油的综合整治力度，让地沟油早已成为中国“名油”。

多数人对地沟油的了解目前还停留在餐桌残剩油的层面。实际上，地沟油是一个较宽泛的概念，如餐厨垃圾经简单提炼的油、反复油炸的油、油温过高或油炸时间较长致使油质超标的油、因高温或存放时间过长致使油质超标的油、腐烂变质的花生（易产生黄曲霉素）菜籽等压榨的油、死猪肉及腐烂变质的残剩肉等熬制的油、抽油烟机接油盒的油、无生产资质的小作坊生产的油、有生产资质但达不到国家食品卫生标准的油等等。总之，凡是达不到国家食品卫生标准的动植物油统统是地沟油；更让人们防不胜防的是许多商贩用廉价的地沟油制造各种油制食品。在市场经济利益的驱使下，哪里有利益，哪里就有地沟油或地沟油的产物。

2011年11月，荷兰航空虽将地沟油成功应用为飞行器的替代生物燃料，但这仅仅是国外拉开地沟油再利用的一个经典。在我国，虽然政府三令五申地不断出台整治地沟油的政策以引导地沟油的无害化处理，但也仅仅停留在“处理”层面，从技术上无法实现地沟油的经济价值，难以让参与处理者从中受益，即便施行财政补贴，也很难调动起合法处理地沟油者的积极性。专业致力于地沟油产业研发的昆明红火科技有限公司董事长刘一江认为：要从根本上解决地沟油的餐桌及食品公害，首先必须突破技术难关使地沟油开发利用的产品有经济效益，同时政府对正当回收利用地沟油者要给予重视、鼓励和大力扶持。做好地沟油的“知识普及、合法回收、科学开发、有效利用、政策扶持”才是解决地沟油问题的根本途径。

社会在进步，科学在发展，人们对自身的生存空间要求越来越高。食品安全、大气及水的污染治理作为必须解决的课程已经提到国家和各级政府的日常工作上来，而地沟油作为一种特殊的食品残留物，由于缺乏强有力的开发利用技术而让其泛滥。交通的快速发展及石油的不可再生让天然资源日近枯竭，若能将地沟油开发为一种替代性的可再生资源服务于现代社会的发展，无疑是利国、利民、利发展的上好之计。但对地沟油有研究的受访人士一致认为：地沟油在收集利用技术上存在严重的短板。首先，在地沟油的收集方面，地沟油捞取、运输等现代化工具缺乏。多数就餐地点的隔油池附近的道路狭窄，不便机械清理，主要靠人工捞取。同时，缺乏全国范围内的地沟油收集系统和回收机制，许多小餐馆仍旧将大量废弃食用油脂直接排入下水道，造成严重的环境污染和资源浪费。其次，在利用技术方面，地沟油制取生物柴油的产业链短，缺少科研投入和过硬的高科技开发技术，能为生产者带来丰厚利润的下游产品少，与国外相比明显不足。我国绝大部分生物柴油企业不具备大规模再加工利用脂肪酸甲酯和甘油的技术条件，多是把脂肪酸甲酯和甘油低价销售等以弥补成本。据不完全统计，目前国内从事地沟油提炼生物柴油的生产加工企业达2000余家，都因缺乏核心技术和上下游产业链不够完善而生存困难。

据调查显示，对地沟油的加工可采用热裂制法、酸制法、碱制法、酶制法，而热裂制法的成本很高、酶制法的技术难度又极大。由于技术和成本原因我国的生物柴油质量达不到动力车用需求，作为石化柴油的添加辅料目前仅能在专业技术下添加10%—20%，生物柴油在我国还不是独立的燃油产品，市场生存力很弱。

地沟油生产生物柴油 第7篇

关键词：地沟油生物柴油,掺烧比,动力性,经济性,排放性

1 目的与意义

随着社会经济的快速发展和汽车保有量的迅猛增长, 能源日益紧缺、传统化石燃料对环境污染问题日益严重。特别是“光化学烟雾”、“酸雨”的频繁出现, 对人体健康造成极大的危害, 破坏了生物的生长, 造成生态环境的恶化。开发新的替代能源己迫在眉睫。

地沟油是餐饮废油的一种[1], 是将下水道中的油腻漂浮物或者将宾馆、酒楼的剩饭、剩菜 (通称泔水) 经过简单加工、提炼出的油。由于地沟油会产生醛、酸等具有恶臭的物质, 破坏土壤结构, 而且近年来, 地沟油制售食用油返回餐桌的恶性事件频频发生, 对环境和人都造成了极大的危害。为地沟油寻找合适出路, 可以将地沟油制备成生物柴油加以重新利用。生物柴油 (Biodiesel) 由植物油或动物脂肪通过酯化反应而得到的由长链脂肪酸甲基酯组成, 是目前公认比较合适的发动机代用燃料[2—3]。与化石柴油相比, 生物柴油较高的燃料十六烷值、不含硫和芳烃、低挥发性以及燃料中含氧等优点, 使其具有降低柴油机排放的潜能。此外, 生物柴油是典型的再生能源, 无毒, 具有高的生物降解率, 可大大减轻对环境的污染及影响, 因此开展地沟油生物柴油的合理使用, 具有重要的现实意义。

本文通过发动机台架试验, 研究在不同负荷条件下, 掺烧中国海洋石油总公司 (海南省东方市) 提供的地沟油生物柴油-柴油的不同掺烧比对发动机特性的影响, 分析了地沟油生物柴油的经济性和排放性, 为地沟油生物柴油的推广应用提供试验和理论依据。

2 材料与方法

2.1 试验材料

试验用地沟油生物柴油为中国海洋石油总公司 (海南省东方市) 提炼并提供, 其主要性能指标如表1所示。

本试验燃料由0#商品柴油 (中石化) 与地沟油生物柴油按照体积分数混合配制而成。试验使用纯柴油、纯柴油与地沟油生物柴油-柴油10%、20%、30%、40%、50%的体积分数比进行试验, 分别简记为B0、B10、B20、B30、B40和B50。

2.2 实验装置

发动机台架测试装置为ESF-300电涡流测功机及控制试验台, 尾气排放测试装置为AVL Digas4000型五气体分析仪和AVL Disomke4000型不透光烟度计, 油耗测试装置为湖南湘仪测试有限公司生产的FC2210智能油耗仪。试验发动机主要技术参数如表2所示。

2.3 实验方法

将地沟油生物柴油和纯柴油按所需的体积比混合后, 在搅拌机上均匀搅拌5 min。在发动机的结构参数不做任何调整的条件下, 使用不同配比的混合燃料以标定转速 (1 500 r/min) 按负荷特性进行动力性、经济性和排放性试验。更换不同掺烧比的混合燃料时, 排空发动机及供油管道余油, 并清洗管路, 保证燃料不混杂。

3 结果与分析

3.1 不同配比对发动机动力性的影响

在不改变发动机任何结构参数的情况下, 燃烧不同掺烧比的地沟油生物柴油-柴油混合燃料时, 发动机标定转速下最大功率值如图1所示。

结果表明, 燃用地沟油生物柴油后, 发动机标定转速下的最大功率基本随地沟油生物柴油比例的增加而降低, B10、B20、B30降低幅度较小, 分别为0.48%、0.55%、0.59%, B40和B50降低幅度较大, 分别降低了1.36%和1.68%。

由于地沟油生物柴油的低热值低于矿物柴油, 大掺烧比时导致最大输出功率下降。但生物柴油中氧元素的存在也会对燃料的燃烧过程起到一定的促进作用, 使燃料的燃烧更完全。因此在燃用30%以下低掺烧比的地沟油生物柴油后柴油机的最大输出功率虽有所降低, 但差异甚微[4]。

3.2 不同配比对发动机经济性的影响

燃油消耗率随发动机负荷的变化见图2。从图2可以看出, 燃烧地沟油生物柴油-柴油混合燃料的燃油消耗率比柴油高, 且基本上随着掺烧比的增大而增大。当发动机处于小、中负荷工况时, 燃烧地沟油生物柴油-柴油混合燃料的燃油消耗率比0#柴油明显增大, 其中B50在输出功率3.3 k W时比0#柴油高出5%;当发动机处于大负荷工作状况时, 这种增大趋势减弱, 相差不大。

分析认为, 地沟油生物柴油的低热值低于普通0#柴油, 而密度又大于普通0#柴油, 输出相同的有效功需要更多的燃料[5], 并且地沟油生物柴油的汽化潜热比普通0#柴油的汽化潜热大, 混合燃料的汽化使气缸内温度的降低将会比普通0#柴油多。当发动机处于小负荷工况时, 发动机气缸内的温度相对较低, 燃料的汽化进一步降低了气缸内的温度, 导致工质膨胀功减少, 燃烧效率下降, 造成小负荷工况时燃油消耗率要明显高于0#柴油;随着发动机负荷的增加, 燃烧过程受汽化潜热的影响将逐渐减小[6]。此外, 地沟油生物柴油的自供氧能力降低了混合气在形成过程中局部缺氧的几率[7], 使燃烧趋于完善, 从而能够提高混合燃料的燃烧效率。受以上因素综合影响, 混合燃料大负荷时的燃油消耗率将会逐渐接近于0#柴油的燃油消耗率。

3.3 不同配比对发动机排放特性的影响

3.3.1 NOx排放

不同配比混合燃料的NOx排放见图3。由图3可以看出, 燃烧同种燃料时, NOx的排放随着发动机负荷增大而明显增加;但当发动机负荷超过某一限度时, NOx的排放增长缓慢甚至出现降低。燃烧地沟油生物柴油-柴油混合燃料后, 混合燃料的NOx排放明显高于柴油, 特别是在11 k W时, B50的NOx排放比纯柴油要高34%, 并且地沟油生物柴油的掺烧比越大, 这种增加趋势越明显。

影响NOx生成率最主要的因素有三:①温度。根据扩展的Zeldovitch机理[8], NOx的生成随温度的提高呈指数函数增加。②过量空气系数。过量空气系数大, 则造成富氧环境, 有利于NOx生成。③高温中的滞留时间。燃烧同种燃料时, 随负荷增大, 可燃混合气的平均空燃比减小, 使缸内最高温度升高, NOx排放升高;但发动机负荷超过某一限度时, 燃烧室中O2缺少, 燃烧恶化, NOx排放增加变缓甚至降低。

分析认为, 燃烧地沟油生物柴油-柴油混合燃料时, 尽管由于生物柴油较高的汽化潜热以及其绝热火焰温度比石化柴油低的原因使缸内平均温度有所降低, 但生物柴油的十六烷值较高, 在发动机参数不改变的情况下, 着火落后期短, 着火时刻较石化柴油早, 能较早地达到NOx生成的触发温度[9], 而且由于地沟油生物柴油中含有的分子量较大的成分只能在燃烧的后阶段被燃烧, 造成排气温度升高[10], 高温滞留时间延长。此外, 生物柴油属于含氧燃料, 燃烧区域的氧浓度较高。这三者的贡献使得生物柴油的NOx排放高于普通柴油。

3.3.2 碳烟排放

由图4可知, 在中小负荷时, 混合燃料和纯柴油都处于较低的碳烟排放水平。大负荷时, 混合燃料和纯柴油碳烟排放显著增加。与燃烧0#柴油相比, 地沟油生物柴油-柴油混合燃料能降低发动机的碳烟排放, 且掺烧地沟油生物柴油的比例越大, 碳烟排放越低。在负荷较大时, 这种降低尤为明显:全负荷时B10、B20、B30、B40和B50的降幅分别降低了9.5%、20%、30.2%、50%和60.8%。

柴油机碳烟是在高压燃烧下局部富油区域燃烧形成的, 在碳烟形成过程中, 氢和氧起到决定性作用[11], 含氧燃料更不易形成颗粒物。地沟油生物柴油-柴油混合燃料能够降低发动机的碳烟排放, 是因为混合燃料中氧的含量增加, 使燃烧更加充分, 从而降低了碳烟排放;地沟油生物柴油的自供氧能力改善了缺氧严重的扩散燃烧, 提高了燃烧效率[12], 从而使碳烟生成减少。此外, 地沟油生物柴油的汽化潜热大, 降低了缸内最高燃烧温度, 减少了燃油的热裂反应, 抑制了碳烟的形成[9]。随着负荷的增大, 缸内温度升高, 而地沟油生物柴油的汽化吸热, 降低了缸内峰值温度和局部高温, 从而减少了碳烟。此外, 芳香烃最易生成PAH, 最易生成颗粒物。碳烟主要是在燃烧室内部过浓区高分子烃 (尤其是芳香烃) 高温缺氧裂解而产生, 而地沟油生物柴油中不含芳香烃, 所以碳烟减少。

3.3.3 CO排放

CO排放量随发动机负荷的变化如图5所示。从图中可以看出, 低负荷工况时, 发动机燃烧地沟油生物柴油混合燃料的CO排放量比0#柴油略高, 但差别不大;而在高负荷工况时, 混合燃料的CO排放量比0#柴油明显降低:全负荷时燃烧B10、B20、B30、B40和B50的CO排放量分别比0#柴油低10%、20%、40%、50%和60%。

汽车尾气中的CO主要是混合气不完全燃烧产物。导致混合燃料在大负荷大幅度降低的这种变化趋势主要是由于在低负荷工况时, 汽化潜热较大的地沟油生物柴油蒸发需要吸收大量的热量, 从而引起燃烧过程中淬冷层增厚[7], 再者, 由于地沟油生物柴油的黏度较大, 燃油喷射时撞击在燃烧室壁面的燃油增加并堆积, 致使燃油蒸发和与空气混合速度降低, 燃烧室壁面及附近空间部分燃料不能迅速形成可燃混合气, 使CO不能完全氧化[13], 造成混合燃料燃烧初期的CO排放随着地沟油生物柴油比例的增大而增大;在高负荷工况时, 由于混合燃料中含有大量的氧, 地沟油生物柴油的自供氧能力改善缺氧严重的扩散燃烧。此外, 随着负荷的增大, 缸内温度增加, 蒸发和与空气混合速度增加, 靠近壁面的淬冷层厚度减小, 因此发动机在高负荷工况时的CO排放量比燃烧0#柴油的低。

3.3.4 HC排放

HC排放量随发动机负荷的变化如图6所示。可以看出, 燃烧同种燃料时, 发动机的HC排放随负荷的增大先减少后增加。燃烧地沟油生物柴油-柴油混合燃料时, 小、中负荷的HC排放量比燃烧0#柴油的高;大负荷时, 与0#柴油相比有所降低, 并且地沟油生物柴油的掺烧比越大, 降低越明显。

汽车尾气中的HC是由燃料中的部分碳氢化合物和在燃烧过程中被部分氧化的碳氢化合物组成的混合物[14]。HC主要是由于在柴油机的燃烧过程中, 发动机燃烧室内的混合气局部过浓或过稀都会引起燃烧不充分而产生HC的排放, 而可燃混合气在靠近发动机气缸壁面时受到冷激效应的影响, 也会导致混合气燃烧不充分而产生HC排放。

小负荷时缸内温度较低, 残余废气系数大, 燃料雾化混合质量较差, 而且冷激效应比较明显, 这二者造成柴油机小负荷运转时的HC排放量比大负荷工况大;但负荷过大时, 过量空气系数减小, 燃料燃烧不充分, HC排放量反而增加。地沟油生物柴油的汽化潜热比0#柴油大, 增加了发动机燃烧过程中出现的淬熄层厚度。并且, 地沟油生物柴油的高黏度造成燃料喷射雾化不良。此外, 地沟油生物柴油中含有的分子量较大的成分不易完全燃烧, 以上因素导致小负荷时HC的排放量比燃烧0#柴油高;大负荷时燃烧过程受汽化潜热的影响减小, 并且地沟油生物柴油的自供氧能力能大大改善燃烧过程, 燃料燃烧更加完全。同时, 掺烧地沟油生物柴油使排气温度升高[15], HC在膨胀过程和排气过程中得到进一步氧化, 致使混合燃料的HC排放比燃烧0#柴油低。

4 结论

1) 在不调整柴油机的条件下, 燃烧地沟油生物柴油-柴油混合燃料引起柴油机的最大输出功率有所下降, 且地沟油生物柴油的掺烧比越大, 下降越明显。因此在实际应用中, 不易使用地沟油生物柴油混合比大于30%的混合燃料。否则有可能导致柴油机的最大输出功率下降较多, 造成发动机动力不足。

2) 在不调整柴油机及标定转速的条件下, 柴油机燃烧不同配比的地沟油生物柴油-柴油混合燃料时, 燃油消耗率在小、中负荷时明显高于柴油, 而且油耗率基本上随着地沟油生物柴油的比例增大而增大;在大负荷时逐渐与柴油接近并仍然高于柴油。虽然地沟油生物柴油的平均燃油消耗率高于普通柴油, 但生物柴油相对便宜, 而且具有较好的环保性, 应综合考虑生产成本以及环保价值。

3) 在不调整柴油机及标定转速的条件下, 地沟油生物柴油-柴油混合燃料的排放:①NOx排放与柴油相比有所增加, 并且地沟油生物柴油的掺烧比例越大, 增加幅度越大;②在发动机所有工况下, 其排气烟度都比柴油低;③CO排放量在低负荷工况时比柴油略高, 在中、高负荷工况时, 比柴油明显降低;④HC排放量在小、中负荷时比柴油高, 在大负荷时比柴油低。

地沟油生产生物柴油 第8篇

近年来, 随着世界范围内生物质能源研发的蓬勃兴起, 将回收的地沟油转化为生物柴油成为研究的热点之一, 地沟油的主要成分为脂肪酸 (FFA) 和甘油三酯 (TG) , 因为制备生物柴油的原料油酸值必需在2 (KOH) / (mg/g) 以下, 因此首先应对原料油进行预酯化, 降低酸值, 工业上制备生物柴油预酯化的方法是采用浓硫酸、固体超强酸和阳离子交换树脂作为催化剂, 将地沟油中的FFA和甲醇发生酯化反应, 已达到降低酸值的目的。催化活性较高, 但存在对设备腐蚀严重、易产生副反应以及对环境污染大等缺点。

本工作采用的是在无催化剂的条件下, 加入一定摩尔比的丙三醇, 并且在真空度为-0.095~-0.075Pa下使地沟油中的FFA和丙三醇发生酯化反应转化成TG, 蒸出产物水, 以达到降低原料油的酸值。考察了反应温度、反应时间和物料的摩尔比等因素对脂肪酸酯化反应的影响。并且研究了FFA酯化反应动力学, 在简化的动力学模型基础上, 推导出FFA与甘油酯化反应宏观动力学方程。

1 试验原料和方法

1.1 原料和试剂

地沟油, 初步净化, 长沙地沟油加工厂;磷酸, 纯度≥85%, 分析纯, 长沙有机试剂厂;丙三醇, 纯度≥99%, 分析纯, 国药集团化学试剂有限公司。

1.2 设备仪器

TDL-5-A低速离心机, 北京市医用离心机厂;RE52CS-1旋转蒸发仪, 上海亚荣生化仪器厂;SHZ-D (Ⅲ) 循环水式多用真空泵, 天津立华仪器厂;S-212电动搅拌器, 上海申胜生物技术有限公司;DF-101S油浴锅, 余姚市东方电工仪器厂。

1.3 试验方法

将地沟油与丙三醇按一定比例混合, 在真空度为-0.095~-0.075Pa, 一定转速搅拌下反应。待产物酸值稳定后, 精确称取2份0.5~1.0g试样, 每份加入体积比为1∶1的乙醇和乙醚混合液和两滴酚酞, 用KOH直接滴定其中的游离脂肪酸, 计算出平均酸值。

1.4 脂肪酸转化率的计算

式中:AV1为原料酸值, mg/g;AV2为预酯化后产物的酸值, mg/g。

式中:56.1为KOH的相对分子质量;m为样品质量;c为KOH标准溶液浓度;VKOH为所用KOH的浓度。经测定本试验样品地沟油的酸值为119.78 (KOH) / (mg/g) 。

2 结果与讨论

2.1 地沟油的精制

2.1.1 地沟油主要理化常数

表1为地沟油的主要理化常数。有数据可以看出, 地沟油是一种质量极差, 过氧化值、酸值和水分严重超标的非食用油, 其中含有的游离脂肪酸、聚合物和分解物等, 对后续工作带来很大障碍, 就必须对其预处理。

2.1.2 工艺条件对转化率的影响

为了考察各因素对预酯化反应酸值的影响, 按试验方法选用L9 (34) 正交表进行试验, 有反应温度 (A) 、醇油摩尔比 (B) 和反应时间 (C) 3个因素对地沟油预酯化酸值的影响, 试验结果见表2。

由表2可知:温度对酸值的影响最大, 反应时间次之, 醇油的摩尔影响效果最弱。正交试验表中显示了最优化的反应条件, 本试验进一步通过单因素试验, 讨论了延长时间和升高温度对原料酸值的影响。试验证明时间延长到8h后, 原料的酸值几乎没有变化, 说明8h后反应达到平衡。而继续将温度升高到190℃以上, 预酯化的酸值略有上升, 可能是因为预酯化过程是一个可逆的反应, 体系中的温度接近甘油的沸点, 使反应中甘油的浓度降低, 反应向着逆向进行。因此从节约能源的角度看, 预酯化的最优条件:醇油摩尔比4∶1、反应时间为8h和反应温度190℃。和正交试验显示的结果基本一致。

以反应条件:醇油摩尔比4∶1、反应温度为190℃和反应时间为8h, 重复作了5组平行试验, 以验证此条件对于原料油酸值降低的效果。原料油酸值从119.78 (KOH) / (mg/g) 降到平均1.42 (KOH) / (mg/g) 。

2.2 酯化反应动力学

2.2.1 酯化反应动力学模型的建立

FFA与甘油的酯化反应方程式为

根据文献报道, 酯化反应是二级反应, 本试验在没有催化剂的条件下, 生成的产物H2O随时利用反应蒸馏蒸出, 在一定的反应时间内, 反应并没有达到平衡状态, 因此该平衡可看成是不可逆反应。

式中:cA=cA0-cA0α, cB=cB0-3cA0α。

该反应甘油与脂肪酸的摩尔比为5.3∶1, 甘油是过量的, 其浓度在反应过程中可近似为常数, 逆反应可以忽略, 并且甘油的浓度在整个体系可以看成不变的, 因此

对上式积分, 若不计FFA中的杂质, 并忽略FFA与丙三醇混合后的体积变化, 且cB0/cA0=Q, 则原料的体积得到

将相应数据代入 (6) 式, 并取Q=4∶1, 求得cA0=0.8964mol/L。

利用Maple软件计算得到不同温度下酯化反应的速率常数和反应级数, 结果见表3。

由以上软件得到不同温度下的反应速率常数k, 反应常数k与绝对温度T的关系遵循Arrhenius方程式。

对上式两边取自然对数, 得

将lnk对1/T作图, 如图1所示, 可得线性关系, 斜率为由此可以求出酯化反应的反应活化能E=67.194kJ/mol, 由截距求出指数前因子A=5.67103L (Kmolh) 。

根据上面得到的各参数, 甘油和游离脂肪酸在无催化剂条件下的酯化反应动力学方程为:

式中:A为指数前因子, L/ (kmolmin) ;E为活化能, kJ/mol;AV为酸值, (KOH) / (mg/g) ;c为KOH标准溶液的浓度, mol/L;cA为游离脂肪酸t时刻的浓度, mol/L;cB为丙三醇t时刻的浓度, mol/L;cA0为游离脂肪酸的初始浓度, mol/L;cB0为丙三醇的初始浓度, mol L;k为反应速率常数, mol/ (Lmin) ;MA0为游离脂肪酸的摩尔质量, g/mol;MB0为丙三醇的摩尔质量, g/mol;nA0为游离脂肪酸物质的量, mol;nB0为丙三醇物质的量, mol;Q为物料摩尔比[n (丙三醇) ∶n (脂肪酸) ];R为理想气体常数, 8.314J/ (molK) ;T为反应温度, K;V为原料总体积, m L;VA0为游离脂肪酸的体积, mL;VB0为丙三醇的体积, mL;α为游离脂肪酸的转化率, %;ρA0为游离脂肪酸的平均密度, g/mL;ρB0为丙三醇的平均密度, g/mL。

2.2.2 动力学模型的验证

当Q=4∶1, cA0=0.8964mol/L时, 将表3的数据代入并积分, 得到α与t的关系, 代入cA0, Q, k的值, 可算出任意时刻的α。计算出T=453.5K时在不同反应时间下所对应的转化率αcal, 并与试验测得转化率αexp进行比较, 结果见表4。

由表4可知:试验所测得转化率的数据与反应动力学模型计算出的数据最大偏差仅为-3.03%, 与试验基本相符, 说明本试验条件下所获得的试验数据所确定的反应动力学模型是可靠的。

3 结论

(1) 在无催化剂的条件下, 研究了地沟油中FFA和丙三醇的酯化反应动力学, 得到了能比较准确描述酯化反应转化率随反应温度、反应时间以及物料摩尔比变化的动力学方程, 该方程在本试验条件下能较好地描述酯化反应过程, 但该方程能否适用于更广范的温度条件范围, 尚有待于进一步验证。

(2) 适宜的预酯化条件:n (丙三醇) ∶n (FFA) =4∶1、反应温度为475.5K, 在压力为-0.095~-0.075Pa下反应8h。在此条件下地沟油中的FFA酯化率可达98.1%, 为下一步制备生物柴油原料预处理打好基础。

摘要：以地沟油和丙三醇为原料, 在无催化剂的条件下, 通过脂肪酸与丙三醇的反应, 以降低原料油的酸值。探讨以地沟油制备生物柴油预酯化的动力学研究, 采用正交试验, 考察了反应温度、反应时间和物料摩尔比对原料酸值的影响。试验结果表明:适应的反应条件:反应温度190℃、反应时间8h和丙三醇与地沟油的摩尔比4:1, 在此条件下地沟油的酸值为1.4 (KOH) / (mg/g) , 游离脂肪酸转化率为98.1%。同时也提出了地沟油与甘油酯化反应的动力学模型, 并且根据试验数据得到酯化反应的动力学参数, 酯化反应的活化能为67.194kJ/mol, 指数前因子为5.67×103L/ (kmol.h) 。

关键词：地沟油,丙三醇,酯化,动力学

参考文献

[1]Mohammad I, AI-widyan.Experimental evaluation of the transes-terification of waste palm oil into biodiesel[J].Bioresource Te-chnology, 2002, 85 (3) :253-256.

[2]韩明汉, 陈和, 王金福, 等.生物柴油制备技术的研究进展[J].石油化工, 2006, 35 (12) :1119-1124.

[3]闫鹏, 郭海福, 陈志胜, 等.Zr (SO4) 2/SiO2固体酸催化合成生物柴油[J].石油化工, 2010, 39 (9) :984-988.

[4]Cao Weiliang, Han Hengwen, Zhang Jingchang, et al.Preparation of biodiesel from Soybean Oil Uing Supercritical Methanol and Cosolvent[J].Fuel, 2005, 84 (4) :347-351.

[5]Di-Serio M., Ledda M., Cozzolino M., et al.Transesterification of soybean oil to biodiesel by uing heterogeneous basic catalysts[J].Ind Eng Chem Res, 2006, 45 (9) :3009-3014.

[6]Zheng S﹒, Kates M﹒, Dube M﹒A﹒, et al.Acid-catalyzed production of biodiesel from waste frying oil[J].Biomass﹠Bioenergy, 2006, 30 (3) :267-272.

[7]AL-Widyan M.I., AL-Shyoukh A.O..Experimental evaluation of the transesterification of waste palm oil into biodiesel[J].Bioresour Techol, 2002, 85 (3) :253-256.

[8]辛秀兰, 谢文华, 舒兴田, 等.制备方法对H2SO4固体酸结构和催化性能的影响[J].催化学报, 2005, 26 (2) :127-130.

[9]Yang Hua, Lu Rong, Zhao Jingzhe, et al.Sulfated binary oxide solid superacids[J].Mater Chem Phys, 2003, 80 (1) :68-72.

[10]Wu Guoying, Lin Xiping, Wu Miaoxin, et al.Kinetics of cottonseed oil transesterification in a batch reactor[J].Journal of Chemical Engineering of Chinese Universities, 2003, 17 (3) :314-318.

[11]Morin P﹒, Hamad B﹒, Sapaly G..Transesterification of rapeseed oil with ethanol I.catalysis with homogeneous keggin heteropo-lyacids[J].Applied Catalysis A:General, 2007, 330 (10) :69-76.