生物油配方
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2023年2月26日发(作者：lsp文件)生物柴油生产工艺
-kInformationTechnologyCompany.2020YEAR
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学院：化学与环境保护学院
专业：化学工程与工艺
姓名：朱慧芳
学号：2
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新型藻类制生物柴油生产工艺
摘要：我国石油资源紧缺,研究开发生物柴油是当务之急。结合我国
情况介绍了几种可用于生产生物柴油的原料,并针对不同的原料,提
出了几种可供使用的生产工艺。用泔水油、地沟油和油厂下脚料等
原料生产生物柴油工艺成熟、经济合算,值得推广。为适应我国生
物柴油的研究与生产,建议加快制定我国生物柴油的相关标准。
关键词：生物柴油；酯化；醇解；酯交换；脂肪酸；脂肪酸甲酯
一生物柴油概述
生物柴油(Biodiesel)，又称脂肪酸甲酯(FattyAcidEster)是以
植物果实、种子、植物导管乳汁或动物脂肪油、废弃的食用油等作
原料，与醇类(甲醇、乙醇)经交酯化反应(Transesterification
reaction)获得。生物柴油这一概念最早由德国工程师
Diesel(1858-1913)于1895年提出，是指利用各类动植物油脂为原
料，与甲醇或乙醇等醇类物质经过交脂化反应改性，使其最终变成
可供内燃机使用的一种燃料。在1900年巴黎博览会上Dr．Rudolf
Diesel展示了使用花生油作燃料的发动机。生物柴油具有一些明显
优势，其含硫量低，可减少约30%的二氧化硫和硫化物的排放；生
物柴油具有较好的润滑性能，可以降低喷油泵、发动机缸体和连杆
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的磨损，延长其使用寿命；生物柴油具有良好的燃料性能，而且在
运输、储存、使用等方面的安全性均好于普通柴油。此外生物柴油
是一种可再生能源，也是一种降解性较高的能源。
二生产生物柴油背景技术市场分析
1生物柴油原料
由于各国的资源差异，生物柴油的原料差异较大，欧盟主要是
菜籽油为主，美国主要是以大豆油为主。我国主要生物柴油主要以
废弃油脂以及木本原料为主，并在价格合适的情况下考虑进口棕榈
油。
2生物柴油的优缺点
（1）生物柴油优势
与常规柴油相比，生物柴油下述具有无法比拟的性能。
1)具有优良的环保特性。主要表现在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，可减少约30%（有催化剂时为
70%）；生物柴油中不含对环境会造成污染的芳香族烷烃，因而
废气对人体损害低于柴油。检测表明，与普通柴油相比，使用生
物柴油可降低90%的空气毒性，降低94%的患碍率；由于生物柴
油含氧量高，使其燃烧时排烟少，一氧化碳的排放与柴油相比减
少约10%（有催化剂时为95%）；生物柴油的生物降解性高。
2)具有较好的低温发动机启动性能。无添加剂冷滤点达-20℃。
3)具有较好的润滑性能。使喷油泵、发动机缸体和连杆的磨损率
低，使用寿命长。
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4)具有较好的安全性能。由于闪点高，生物柴油不属于危险品。因
此，在运输、储存、使用方面的有是显而易见的。
5)具有良好的燃料性能。十六烷值高，使其燃烧性好于柴油，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。
6)具有可再生性能。作为可再生能源，与石油储量不同其通过农业
和生物科学家的努力，可供应量不会枯竭。
7)生物柴油在我国的双重环保作用
在我国生物柴油的发展除上述优点外，还有下面双重环保作用。
①减少垃圾油的排放，减轻污水处理的压力和成本。据保守估计，
北京市目前垃圾油量已经超过５万吨／年，如果若不进行处理，
流向江河则会造成水体过度肥化。
②转化餐饮废油，保障人民身体健康，我国每年消耗植物油1200万
吨，直接产生下脚酸化油250万吨，大中城市餐饮业产生地沟油
可达400万吨。许多不法商人从下水道和泔水中提取垃圾油并当
作食用油销售。这种垃圾油很不卫生，过氧化值、酸价、水分、
细菌严重超标，属非食用油，一旦食用，将会破坏白血球和肠道
黏膜，引起事物中毒，甚至致癌。北京、天津、乌鲁木齐、呼和
浩特、沈阳、郑州、西安、南宁等地都先后发生过垃圾油进入餐
桌的事件。进入餐桌的垃圾油将对广大人民的身体健康造成严重
危害。鉴于此，我国不少大中城市已积极开展工作，研究利用垃
圾油生产生物柴油的技术。
（2）生物柴油的缺点和局限
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1)生物柴油粘度大(菜籽油为4.2；豆油4.0：石化柴油1.2～3.5单位
mm2/s,40℃)，冬季来临时变浓变厚，流动性变差。在冬季，目
前还不能使用B100纯生物柴油，只能使用B20生化柴油。
2)动力降低8%-10%.生物柴油热值与石化柴油热值相比为：32.8：
35.7=92%，在相同质量下，即动力约为石化柴油的92％。
3)对发动机橡胶部件有腐蚀作用(1996年之前柴油车).但B20不会
对橡胶部件腐蚀。
4)因生物柴油的分子较大，粘度较高，因而影响喷射时程，导致喷
射效果不佳。
5)应用范围小。目前生物柴油在全球的市场尚不及石化柴油，应用
范围有限。在美国，其生化柴油仅在为了环保规则、环保友善时
而以某些特殊价格出售，其主要使用(B20生化柴油)，范围包括
联邦或州政府车队，都市公车、卡车、海运公园、矿区等。
6)生物柴油价格高，目前国外生物柴油行业严重依赖政府的政策支
持和价格补贴。
二、实验室研究情况
本实验所采用的的实验装置如图3-1所示，包括反应装置和恒温两
部分。其中反应装置包括:三口烧瓶，搅拌器，回流冷凝器和温度
器等组成;恒温装置有恒温槽和
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三、生物柴油的生产工艺(初步建立方案)
生物柴油的生产方法分为物理法、化学法、物理化学法和生物
法等多种，但目前真正用于工业生产并有实用价值的主要是化学
法，本文只介绍化学法生产工艺。
化学法生产生物柴油的过程主要包括:①酯交换，即油脂的醇
解或脂肪酸的酯化；②甲醇的精馏回收；③粗品脂肪酸甲酯的精馏
提纯；④副产品甘油的提纯等。其核心工序是酯交换。
（一）生产生物柴油的原料
1动植物油脂
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考虑到原料成本，目前用于生产生物柴油的动植物油脂主要是
废油或劣变油，如地沟油、泔水油、酸败油等，另外还有一些不能
食用的野生植物油，如麻疯籽油等。
2脂肪酸
脂肪酸主要来源于动植物油生产过程中产生的下脚料，如物理
脱酸过程中得到的粗脂肪酸，用水化油脚或碱炼皂脚生产的酸化油
等。
（二）生物柴油的生产原理和工艺
1生产原理
由于生产生物柴油的原料不同，其生产原理也不同。动植物油
脂为原料生产生物柴油的原理是甘三酯与甲醇发生醇解反应；而用
脂肪酸为原料时，则是脂肪酸与甲醇发生酯化反应。
2生产工艺
（1）低酸值油脂生产生物柴油的工艺
①工艺流程当原料酸值低于4(一般以不高于2为宜)的油脂，可采用
以下工艺：
②工艺条件主要介绍醇解和粗脂肪酸甲酯精馏的工艺条件。
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A醇解工艺条件。催化剂：碱性催化剂，也可用酸性催化剂。以碱
性催化剂为好，可以在较低的温度和较短的时间内醇解完全，以避
免低级脂肪酸在高温下挥发及不饱和脂肪酸氧化等不良结果。常用
的碱性催化剂有：甲醇钠，效果最好，用量为油重量的0.1%~
1%；氢氧化钠；氢氧化钾。醇油摩尔比为7:1比较合理，继续增大
甲醇用量，效果不明显，反应压力为常压。理论上讲，加压有利于
反应的进行，但增加了设备投资和工艺难度，建议使用常压。反应
温度在无甲醇回流系统时为64℃(不能高于甲醇的沸点，64.5℃)；
有甲醇回流系统时为65℃，建议设甲醇回流系统。搅拌要求充分，
以保证脂肪酸、甲醇、催化剂充分接触，甲酯转化率可达95%。
B粗脂肪酸甲酯提纯工艺条件。工艺方法：真空精馏；操作残压：3
kPa；精馏温度：分别在248、262℃获得两个不同馏分，前者即为
生物柴油，其甲酯含量达99%以上。后者为未反应的脂肪酸，可重
复甲酯化。
（2）高酸值油脂生产生物柴油的工艺
高酸值油脂若不预先脱酸，原则上也可以用上述工艺生产生物
柴油，但因其含有较多的脂肪酸，不适宜用碱性催化剂，应改用酸
性催化剂。因为脂肪酸遇碱成为稳定的羧酸离子，使反应变慢，且
甲酯化不完全。用酸性催化剂生产生物柴油，反应速度慢，需较高
的温度和较长的时间，且含环氧酸、共轭酸、羟基丙烯酸时不宜用
酸性催化剂。为此可用以下工艺：
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在醇解、预酯化后均产生甲醇混合液，醇解后还会产生粗品甘
油。甲醇的回收、粗品甘油和脂肪酸甲酯的提纯与低酸值油脂生产
生物柴油的工艺相同，以下不再赘述。
以10个酸值左右的油脂为例，通过甲醇萃取后，绝大部分脂肪
酸进入溶剂相，油相酸值可降到2以下，脱水后可用碱性催化剂催化
醇解，获得脂肪酸甲酯。捕集了大量脂肪酸的甲醇相，蒸发脱溶
后，可得到酸值高达60以上的油脂，可通过酸催化预酯化，将其中
的脂肪酸先酯化为甲酯，再将剩下的油脂通过碱催化醇解为脂肪酸
甲酯。由于在酸催化预酯化过程中会产生水，预酯化后应进行干燥
脱水，以免影响醇解效果。
（3）粗脂肪酸生产生物柴油的工艺
酯化工艺条件：催化剂为酸性催化剂。常用的有：浓硫酸(视原
料与反应情况，用量为1%~20%不等)；HCl气体的甲醇饱和溶液
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(用量5%左右)；BF3的甲醇溶液(用量12%~14%)。由于碱性催化
剂可与脂肪酸反应，所以甲酯化不能用碱性催化剂。醇酸体积重量
比(1~1.2)：1。甲醇用量越大，反应越完全，但反应后回收成本也
越大。实践表明，当醇酸体积重量比超过1.2:1时，继续增大甲醇用
量，效果不明显，一般以(1~1.2):1比较合理。反应压力、温度及搅
等工艺条件都与油脂醇解相同。
另外，由于酯化反应过程中有水生成，反应系统应设置除水装
置。无除水装置时，可在系统中添加吸水干燥剂。只有保证甲醇浓
度始终保持95%以上，反应才能充分有效地进行。
3生物柴油生产的经济可行性
随着石油价格持续高涨,目前市场柴油价格已高达5000元/t以
上。而泔水油及劣质牛羊油市场价格都在2000元/t左右,用其生
产生物柴油的综合成本在3500元/t以内。若用油厂下脚料生产生
物柴油,则综合成本更低。可见用这些原料生产生物柴油在经济上
是
合算的。
4.生物柴油对环境影响评价
车辆废气对环境影响主要决定于排气管尾气的有害成份排放量。但
是从更广义的角度来衡量，则应包括从原料生产的最初到使用的最
终全过程所产生的影响。例如，柴油应从原油开采和提炼到最终用
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于公共汽车，而生物柴油则从大豆种植，生产，化合处理到应用。
以整个生命周期为基础进行分析对比，包括整个生产工程中使用的
所有资源和消耗的能源，如原油中消耗的电力，和种植大豆时拖拉
机消耗的燃料，及整个生产过程中所有排放的，污染物质，固体废
弃物，及对水源的污染。
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不同的原料生产生物柴油要采用不同的工艺。低酸值油脂为原料
时，以碱性催化剂为好，可以在较低的温度和较短的时间内醇解完
全，以避免低级脂肪酸在高温下挥发及不饱和脂肪酸氧化等不良结
果；高酸值油脂和粗脂肪酸为原料时，应改用酸性催化剂，避免脂
肪酸遇碱成为稳定的羧酸离子，并且需较高的温度和较长的时间，
酯化过程还要注意干燥除水。
生物柴油产业是新兴的高新科技产业。在“十一五”期间也将大
力发展生物液体燃料等可再生能源和新能源。中国国家发改委能源
研究所副所长李俊峰表示：“中国加快发展生物柴油势在必行，为此
加快我国生物柴油的研发和应用是新的发展机遇。”我国有着丰富的
油脂资源和巨大的开发潜力，随着国家的重视和投入、企业的参与
以及科研开发的深入等，我国生物柴油产业必将有长足的进步。
参考文献
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