生物柴油的制备方法及其发展前景.doc

PAGE1

生物柴油的制备方法及其发展前景

摘要：综述了生物柴油的特性，重点介绍了生物柴油的制备方法，并讨论了生物柴油国内外的研究进展，最后展望了生物柴油在我国发展的前景。

柴油作为一种重要的石油产品，在各国燃料结构中占有较高的份额，已成为重要的动力燃料。随着世界范围内车辆柴油化趋势的加快，未来柴油的需求量会愈来愈大。而石油资源的日益枯竭和人们环保意识的提高，大大促进了世界各国加快柴油替代燃料的开发步伐，尤其是20世纪90年代，生物柴油以其优越的环保性能受到各国的重视。

生物柴油是清洁的可再生能源，是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。生物柴油是典型“绿色能源”，大力发展生物柴油对经济可持续发展、推进能源替代减轻环境压力，控制城市大气污染具有重要的战略意义。

1生物柴油的主要特性

（1）优良的环保特性。生物柴油中硫含量低，二氧化硫和硫化物的排放低，可减少约30％（有催化剂时为70％）；生物柴油中不含对环境造成污染的芳香族烷烃，因而废气对人体损害低于柴油。

（2）较好的润滑性。使喷油泵、发动机缸体和连杆的磨损率低，使用寿命长。

（3）较好的安全性。生物柴油闪点高，不属于危险品，运输、储存、使用安全。

（4）良好的燃料性。十六烷值高使生物柴油的燃烧性好于柴油。燃烧残留物呈微酸性，使催化剂和发动机机油的使用寿命加长。

（5）可再生。作为可再生能源，与石油一定的储量不同，供应量不会枯竭。

（6）无须改造柴油机，可直接添加使用，同时无需另添设加油设备、储存设备及人员的特殊技术训练。

（7）生物柴油以一定比例与石化柴油调和使用，可以降低油耗、提高动力性，并降低尾气污染。

2生物柴油的制备方法

2．1催化合成法制备生物柴油

目前生物柴油主要是用化学法生产，即用动物和植物油脂与甲醇或乙醇等低碳醇在酸或者碱性催化剂和高温（230～250℃）下进行转酯化反应，生成相应的脂肪酸甲酯或乙酯，再经洗涤干燥即得生物柴油。甲醇或乙醇在生产过程中可循环使用，生产设备与一般制油设备相同，生产过程中可产生约10％的副产品甘油。

化学法合成生物柴油的缺点有：工艺复杂，醇必须过量，后续工艺必须有相应的醇回收装置，能耗高；由于脂肪中不饱和脂肪酸在高温下容易变质，色泽深；酯化产物难回收，成本高；生产过程有废碱液排放。

2．2生物酶法制备生物柴油

为解决催化合成法的一些问题，人们开始研究用生物酶法合成生物柴油，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。相对于化学法制备生物柴油，酶法具有很多优点，酶法酯交换反应条件温和，能耗较低，受游离脂肪酸和水的影响较小，且脂肪酶也可以将废弃油脂中的脂肪酸转化合成生物柴油，无污染排放。目前用于催化合成生物柴油的脂肪酶主要有酵母脂肪酶、根霉脂肪酶、毛霉脂肪酶、猪胰脂肪酶等。

国内有很多大学用生物酶制备生物柴油取得了较好的效果，清华大学采用全新工艺生物酶法在常温常压下可将动植物油脂有效转化生成生物柴油，取得中试成功。由该校再生资源与生物能源实验室开发的生物酶法生物柴油新工艺，为生物柴油的工业化生产提供了理想的途径，采用新工艺在中试装置上生物柴油产率达90％以上。

目前主要问题是对甲醇及乙醇的转化率低，一般仅为40％～60％。目前脂肪酶对长链脂肪醇的酯化或转酯化有效，而对短链脂肪醇（如甲醇或乙醇等）转化率低，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。

2．3工程微藻法制备生物柴油

“工程微藻”生产柴油，为柴油生产开辟了一条新的技术途径。美国国家可更新实验室（ＮＲＥＬ）通过现代生物技术建成“工程微藻”，即硅藻类的一种“工程小环藻”。在实验室条件下可使“工程微藻”中脂质含量增加到60％以上，户外生产也可增加到40％以上。而一般自然状态下微藻的脂质含量为5％～20％。“工程微藻”中脂质含量的提高主要由于乙酰辅酶Ａ羧化酶（ＡＣＣ）基因在微藻细胞中的高效表达，在控制脂质积

累水平方面起到了重要作用。目前，正在研究选择合适的分子载体，使ＡＣＣ基因在细菌、酵母和植物中充

分表达，还进一步将修饰的ＡＣＣ基因引入微藻中以获得更高效表达。利用“工程微藻”生产柴油具有重要经济意义和生态意义，其优越性在于：微藻生产能力高、用海水作为天然培养基可节约农业资源；比陆生植物单产油脂高出几十倍；生产的生物柴油不含硫，燃烧时不排放有毒害气体，排入环境中也可被微生物降解，不污染环境。发展富含油质的微藻或者“工程微藻”是生产生物柴油的趋势之一。

2．4超临