上海交通大学通识教育立项核心课程 LO TONG UN 课程小论文 课程名称：生物技术与人类 课程号：BI913 班级号：F1341301 姓名：钱梦成学号：5134139012专业：航空航天工程 新能源的希望生物柴油 摘要：在石油资源日益紧缺的今天，生物柴油以其环保、可再生的优点使得它受到世界各国的关注。本文 将从生物柴油的特性，制备方法，中国发展生物柴油的关键问题并与国外研究情况进行了对比，最后对未 来生物柴油的发展进行展望。 关键词：生物柴油能源 Abstract:Nowadays,oil resources is increasingly scarced,Biodiesel,which is environment-friendly and renewable,get attention from all over the world.This paper discuss about the characteristics of biodiesel,preparation methods,the key problems during the development of biodiesel in China. Meanwhile,this paper makes a contrast between China and the foreign research situation.Finally,it prospects for the future of biodiesel Key words:Biodiesel Energy 0前言 生物柴油(Biodiesel)又称为阳光燃料(Sunfuel),据文献(Bryant,l976)记载， 生物柴油最早在1895年由德国工程师Rudolf Diesel(1858~1913)提出，并在 1988年由德国聂尔公司发明，它是指油脂与醇类物质（通常为甲醇、乙醇）经酯化 反应(Transesterificationreaction)而获得的脂肪酸甲酯(Quick,1989)(图1)。生物 柴油和石化燃料（煤炭天然气）虽然都是由生物有机质形成的，从最源头上说都是 光合作用的产物。石化燃料是生物物质在地壳深层经过几亿年的变化而最后形成， 生物物质成分复杂，除碳、氢外，还含氮、硫、卤素和矿物质等：生物柴油是用光合 作用转化形成的油脂（甘油三酯），在人为条件下进行酯化反应而加工得来。另外， 生物柴油本身含有大量氧元素，与石化柴油相比，其组成中碳元素比例大大降低。 因此生物柴油燃烧耗氧量低，燃烧充分，温室气体二氧化碳(CO2)排放量小
上海交通大学通识教育立项核心课程 课程小论文 课程名称：生物技术与人类 课程号：BI913 班级号：F1341301 姓名：钱梦成 学号：5134139012 专业：航空航天工程 新能源的希望-生物柴油 摘要：在石油资源日益紧缺的今天，生物柴油以其环保、可再生的优点使得它受到世界各国的关注。本文 将从生物柴油的特性，制备方法，中国发展生物柴油的关键问题并与国外研究情况进行了对比，最后对未 来生物柴油的发展进行展望。 关键词：生物柴油 能源 Abstract：Nowadays，oil resources is increasingly scarced，Biodiesel，which is environment-friendly and renewable, get attention from all over the world.This paper discuss about the characteristics of biodiesel,preparation methods,the key problems during the development of biodiesel in China. Meanwhile,this paper makes a contrast between China and the foreign research situation. Finally,it prospects for the future of biodiesel. Key words：Biodiesel Energy 0 前言 生物柴油(Biodiesel) 又称为阳光燃料(Sunfuel) ,据文献(Bryant ,1976) 记载, 生物柴油最早在1895 年由德国工程师Rudolf Diesel (1858～1913) 提出,并在 1988 年由德国聂尔公司发明,它是指油脂与醇类物质(通常为甲醇、乙醇) 经酯化 反应(Transesterificationreaction) 而获得的脂肪酸甲酯(Quick ,1989) (图1) 。生物 柴油和石化燃料(煤炭天然气) 虽然都是由生物有机质形成的,从最源头上说都是 光合作用的产物。石化燃料是生物物质在地壳深层经过几亿年的变化而最后形成, 生物物质成分复杂,除碳、氢外,还含氮、硫、卤素和矿物质等;生物柴油是用光合 作用转化形成的油脂(甘油三酯) ,在人为条件下进行酯化反应而加工得来。另外, 生物柴油本身含有大量氧元素,与石化柴油相比,其组成中碳元素比例大大降低。 因此生物柴油燃烧耗氧量低,燃烧充分,温室气体二氧化碳(CO2) 排放量小
1生物柴油的特点 表1生物柴袖和石化柴袖的性能比较 Table 1 Conparison between biodiesel and petroleumn diesel used as fuels 特性P如pr中es 生物柴油Biodiesel石化柴油Deel2l 冷滤点(cFpp)夏季产品Cold filter pluggng point(Sunmer）(O -10 0 冷滤点(CFpp)冬季产品oldfiterplo(Mita）(O -20 -20 20C的密度Density at20C(gm 0.88 0.83 40C动力粘度inematic viscosity at40C(mm2s) 46 24 闭口闪点Fash poin(cdo实dcp)(O >100 60 十六烷点Cetane No 56 49 热值Calorific value(ML-与 32 燃烧功效（柴油=100%）Combustion efficacy1(diesel fuel=100%)(%) 104 100 硫含量（质量分数0 Sulfur content(Ms5 fsactin)(%) <0.001 <0.2 氧含量（体积分数Oxygen content(Volume fraction)(%) 10 0 燃烧1g燃料按化学计算法的最小空气耗量iniml oxygen consuption of1 g fuel(g) 12.5 14.5 水危害等级Water ha2 ard class 1 1.1生物柴油的主要优点 生物柴油最大的优点是它的环保性和各再生性。和石化柴油相比二氧化硫和 硫化物排放量小，且不含对环境造成污染的芳香族化合物，燃烧尾气对人体的损 害低于石化柴油，同时具有良好的生物降解特性，排放尾气指标可达到欧洲Ⅱ号 和号排放标准。生物柴油是一种可再生能源，它不会像石油、煤炭那样会枯竭。 同时，生物柴油也有良好的生物降解性，在环境中容易被微生物分解，生物 柴油的闪点高于石化柴油，它不属于危险燃料，在运输、储存、使用等方面的优 点明显。生物柴油的十六烷值比柴油高，因此燃料在使用时具有更好的燃烧抗暴 性能，因此可以采用更高压缩比的发动机以提高其热效率。虽然生物柴油的热值 比柴油低，但由于生物柴油中所含的氧元素能促进燃料的燃烧，可以提高发动机 的热效率，这对功率的损失会有一定的弥补作用。 生物柴油具有经济性，使用生物柴油的系统投资少，原用柴油的引擎、加油 设备、储存设备和保养设备都无需改动。它也具有可调和性，生物柴油可按一定 的比例与石化柴油配合使用，可降低油耗，提高动力，降低尾气污染 1.2生物柴油的缺点 用酯交换方法合成生物柴油有以下缺点：(1)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，设备投入大：(2)色泽深，由于脂肪中 不饱和脂肪酸在高温下容易变质：(3)酯化产物难于回收，回收成本高；生产过 程有废碱液排放。在这些问题上，直接裂解法不存在上述问题，可以参考“动植 物油料生产生物柴油的催化裂化方法
1 生物柴油的特点 1.1生物柴油的主要优点 生物柴油最大的优点是它的环保性和各再生性。和石化柴油相比二氧化硫和 硫化物排放量小，且不含对环境造成污染的芳香族化合物，燃烧尾气对人体的损 害低于石化柴油，同时具有良好的生物降解特性，排放尾气指标可达到欧洲Ⅱ号 和Ⅲ号排放标准。生物柴油是一种可再生能源，它不会像石油、煤炭那样会枯竭。 同时，生物柴油也有良好的生物降解性，在环境中容易被微生物分解，生物 柴油的闪点高于石化柴油，它不属于危险燃料，在运输、储存、使用等方面的优 点明显。生物柴油的十六烷值比柴油高，因此燃料在使用时具有更好的燃烧抗暴 性能，因此可以采用更高压缩比的发动机以提高其热效率。虽然生物柴油的热值 比柴油低，但由于生物柴油中所含的氧元素能促进燃料的燃烧，可以提高发动机 的热效率，这对功率的损失会有一定的弥补作用。 生物柴油具有经济性，使用生物柴油的系统投资少，原用柴油的引擎、加油 设备、储存设备和保养设备都无需改动。它也具有可调和性，生物柴油可按一定 的比例与石化柴油配合使用，可降低油耗，提高动力，降低尾气污染 1.2 生物柴油的缺点 用酯交换方法合成生物柴油有以下缺点：（1）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，设备投入大；（2）色泽深，由于脂肪中 不饱和脂肪酸在高温下容易变质；（3）酯化产物难于回收，回收成本高；生产过 程有废碱液排放。在这些问题上，直接裂解法不存在上述问题，可以参考“动植 物油料生产生物柴油的催化裂化方法
2制备方法 利用油脂原料合成生物柴油的方法；用动物油制取的生物柴油及制取方法； 生物柴油和生物燃料油的添加剂；废动植物油脂生产的轻柴油乳化剂及其应用： 低成本无污染的生物质液化工艺及装置：低能耗生物质热裂解的工艺及装置：利 用微藻快速热解制备生物柴油的方法：用废塑料、废油、废植物油脚提取汽、柴 油用的解聚釜，生物质气化制备燃料气的方法及气化反应装置；以植物油脚中提 取石油制品的工艺方法：用等离子体热解气化生物质制取合成气的方法，用淀粉 酶解培养异养藻制备生物柴油的方法：用生物质生产液体燃料的方法：用植物油 下脚料生产燃油的工艺方法，由生物质水解残渣制备生物油的方法，植物油脚提 取汽油柴油的生产方法：废油再生燃料油的装置和方法：脱除催化裂化柴油中胶 质的方法：废橡胶（废塑料、废机油）提炼燃料油的环保型新工艺，脱除柴油中氧 化总不溶物及胶质的化学精制方法：阻止柴油、汽油变色和胶凝的助剂；废润滑 油的絮凝分离处理方法。 3中国发展生物柴油的关键问题 生物柴油经过多年的研究和发展，其生产技术和使用技术已比较成熟（王一平 等，2003)。早期的高温裂解法最为简单，普通家庭就可以进行小作坊生产 (Kinast,2003)。现在生物柴油生产技术主要可以归结为两个方面：物理法和化学 法。以物理法为例，它是利用了生物油脂高能量密度和可燃烧的特性，不改变生 物油脂的组成和性质，直接把生物油脂与石化柴油混合使用，或把生物油脂制成微 乳液而作为燃料使用（亿affroni et al.,1987)。生物柴油化学生产技术经过多年发展， 已经形成比较完备的技术体系和方法，涵盖了化学催化剂法、生物酶催化剂法、 无催化剂法（在高温高压下进行）、常压法和加压法等多个方面。化学法中的常压 连续转酯化和加压连续转酯化生产技术，已在欧美等发达国家形成大规模工业化 生产，代表了当今主流生物柴油技术，而且技术仍在不断发展。我国生物柴油生产 技术并不落后于欧美等发达国家，例如，脂肪酸烷基酯的生产方法、棉籽油皂脚料 合成脂肪酸甲酯的专利技术、高酸值动植物油脂共沸蒸馏酯化-甲酯化技术、短 链脂肪酸酯作为酰基受体的酶法生物柴油技术等（孟凡清等，2003；雷猛等，2004； 宋玉春，2004)。清华大学化工系再生资源与生物能源试验室的一条全新生产工艺
2 制备方法 利用油脂原料合成生物柴油的方法；用动物油制取的生物柴油及制取方法； 生物柴油和生物燃料油的添加剂；废动植物油脂生产的轻柴油乳化剂及其应用； 低成本无污染的生物质液化工艺及装置；低能耗生物质热裂解的工艺及装置；利 用微藻快速热解制备生物柴油的方法；用废塑料、废油、废植物油脚提取汽、柴 油用的解聚釜，生物质气化制备燃料气的方法及气化反应装置；以植物油脚中提 取石油制品的工艺方法；用等离子体热解气化生物质制取合成气的方法，用淀粉 酶解培养异养藻制备生物柴油的方法；用生物质生产液体燃料的方法；用植物油 下脚料生产燃油的工艺方法，由生物质水解残渣制备生物油的方法，植物油脚提 取汽油柴油的生产方法；废油再生燃料油的装置和方法；脱除催化裂化柴油中胶 质的方法；废橡胶(废塑料、废机油)提炼燃料油的环保型新工艺，脱除柴油中氧 化总不溶物及胶质的化学精制方法；阻止柴油、汽油变色和胶凝的助剂；废润滑 油的絮凝分离处理方法。 3 中国发展生物柴油的关键问题 生物柴油经过多年的研究和发展,其生产技术和使用技术已比较成熟(王一平 等,2003) 。早期的高温裂解法最为简单,普通家庭就可以进行小作坊生产 (Kinast ,2003) 。现在生物柴油生产技术主要可以归结为两个方面:物理法和化学 法。以物理法为例，它是利用了生物油脂高能量密度和可燃烧的特性,不改变生 物油脂的组成和性质,直接把生物油脂与石化柴油混合使用,或把生物油脂制成微 乳液而作为燃料使用(Zaffroni et al . ,1987)。生物柴油化学生产技术经过多年发展, 已经形成比较完备的技术体系和方法,涵盖了化学催化剂法、生物酶催化剂法、 无催化剂法(在高温高压下进行)、常压法和加压法等多个方面。化学法中的常压 连续转酯化和加压连续转酯化生产技术,已在欧美等发达国家形成大规模工业化 生产,代表了当今主流生物柴油技术,而且技术仍在不断发展。我国生物柴油生产 技术并不落后于欧美等发达国家,例如,脂肪酸烷基酯的生产方法、棉籽油皂脚料 合成脂肪酸甲酯的专利技术、高酸值动植物油脂共沸蒸馏酯化-甲酯化技术、短 链脂肪酸酯作为酰基受体的酶法生物柴油技术等(孟凡清等,2003 ;雷猛等,2004 ; 宋玉春,2004)。清华大学化工系再生资源与生物能源试验室的一条全新生产工艺
路线的生化酶催化剂生产生物柴油工艺问世，并在湖南海纳百川生物工程有限公 司生物柴油中试装置上得到成功应用（孙可华，2004）。可见，技术与设备条件不是 限制我国发展生物柴油的主要问题，而真正的限制因素是原料，如何获得充足量的 生物油脂才是我国生物柴油产业的瓶颈。 世界生物柴油发达国家都是以植物油为主要生产原料。我国是一个以种植业 为支柱的发展中农业国家，全国畜牧和养殖业的比例很小，所以动物油脂不可能成 为我国发展生物柴油的主要原料。另外，我国植物油脂生产不足（郭洪彬，2004）。 中国虽然是全球最大的油菜籽、棉籽以及花生生产国，以及全球第四大豆生产大 国，但油料生产不能满足人们食用需求。近几年来，生活水平的提高，我国人均植物 油消耗量增长较快，2002年达到15.9kg,但远低于亚洲其它国家和地区，如香港 (40.8kg)和台湾(34.9kg)(王俊籽，2004)。据统计2004年我国人均植物 油消耗量17.6kg,则13亿人口食用植物油总需求为2.3×1010kg,而国内油脂 生产量仅1.4×1010kg。为此，2004年全年进口食用油脂6.76×109kg,其中进 口豆油2.52×109kg,菜籽油3.5×108kg,棕榈油进口2.4×109kg,进口大豆 2×1010kg,油菜籽4.7×108kg(浅析我国豆油进口与大豆进口的相关 性，2005)。油料生产能力不足将是限制我国生物柴油发展的主要因素。油料是人 们食用必需品，在农产品中价格地位本身就较高，这抬高了其加工的生物柴油价格， 其中75%就是成本，即油料本身的价格（宋玉春，2004）。 在国外生物柴油发达的国家，政府对生物柴油产业给予免税或其它优惠政 策。因此，我国要发展生物柴油，除了解决原料这一根本问题外，还需要政府对该产 业进行引导与扶持。 4国内外生物柴油生产情况 近几年，生物柴油产业在世界各国发展很快，2002年欧盟生物柴油产量达到 了200万t,比1996年增加了4倍。欧盟制定了一系列促进机制和激励政策，鼓励 生物柴油等生物质燃料的产业发展。 美国能源部设立了生物柴油的研究开发项目，发布和通过了一系列政令和法 案，推动生物柴油的生产和消费。此外加拿大、巴西、日本、印度和澳大利亚等 其它一些国家也在发展生物柴油技术和产业方面取得了不同程度的进展。美国国 家生物柴油委员会是从事生物柴油产业研究与开发的联合体，是美国全国性的商
路线的生化酶催化剂生产生物柴油工艺问世,并在湖南海纳百川生物工程有限公 司生物柴油中试装置上得到成功应用(孙可华,2004)。可见,技术与设备条件不是 限制我国发展生物柴油的主要问题,而真正的限制因素是原料,如何获得充足量的 生物油脂才是我国生物柴油产业的瓶颈。 世界生物柴油发达国家都是以植物油为主要生产原料。我国是一个以种植业 为支柱的发展中农业国家,全国畜牧和养殖业的比例很小,所以动物油脂不可能成 为我国发展生物柴油的主要原料。另外,我国植物油脂生产不足(郭洪彬,2004) 。 中国虽然是全球最大的油菜籽、棉籽以及花生生产国,以及全球第四大豆生产大 国,但油料生产不能满足人们食用需求。近几年来,生活水平的提高,我国人均植物 油消耗量增长较快,2002 年达到15. 9 kg ,但远低于亚洲其它国家和地区,如香港 (40. 8 kg) 和台湾(34. 9kg) (王俊籽,2004) 。据统计2004 年我国人均植物 油消耗量17. 6 kg ,则13 亿人口食用植物油总需求为2. 3 ×1010 kg ,而国内油脂 生产量仅1. 4 ×1010 kg。为此,2004 年全年进口食用油脂6. 76 ×109 kg ,其中进 口豆油2. 52 ×109 kg ,菜籽油3. 5 ×108 kg ,棕榈油进口2. 4 ×109 kg ,进口大豆 2 ×1010 kg ,油菜籽4. 7 ×108 kg (浅析我国豆油进口与大豆进口的相关 性,2005) 。油料生产能力不足将是限制我国生物柴油发展的主要因素。油料是人 们食用必需品,在农产品中价格地位本身就较高,这抬高了其加工的生物柴油价格, 其中75 %就是成本,即油料本身的价格(宋玉春,2004)。 在国外生物柴油发达的国家,政府对生物柴油产业给予免税或其它优惠政 策。因此,我国要发展生物柴油,除了解决原料这一根本问题外,还需要政府对该产 业进行引导与扶持。 4 国内外生物柴油生产情况 近几年，生物柴油产业在世界各国发展很快，2002年欧盟生物柴油产量达到 了200万t，比1996年增加了4倍。欧盟制定了一系列促进机制和激励政策，鼓励 生物柴油等生物质燃料的产业发展。 美国能源部设立了生物柴油的研究开发项目，发布和通过了一系列政令和法 案，推动生物柴油的生产和消费。此外加拿大、巴西、日本、印度和澳大利亚等 其它一些国家也在发展生物柴油技术和产业方面取得了不同程度的进展。美国国 家生物柴油委员会是从事生物柴油产业研究与开发的联合体，是美国全国性的商
会，专门推动美国生物柴油产业发展。 5生物柴油的未来展望 在国家“四不”原则下，中国要发展生物柴油不可能向耕地要原料，而植物 的生长却又离不开土壤，因此，要获得发展生物柴油的植物油脂原料就只能向非耕 土地索取。利用荒漠化（盐碱化）土地，发展中国生物柴油原料，在退耕还林中种 植木本油料植物来发展生物柴油原料。 发展生物柴油也有诸多困难，例如2006年以来，国际和国内植物油价飘升。 如24度棕榈油进口价格已从3600-4000元/吨涨至5700)6000元/吨，进口豆油已 涨至7150-7380元/吨；内菜籽油价格也从5500-6000元/吨涨至7650-8250元/ 吨，棉籽油从3600-4000元/吨涨至5900-6400元/吨。可以看出：原料油的价格比 生物柴油的价格还高，这就是目前生物柴油产业的困境。虽然能靠国家政策来短 期支持，但最终要按市场经济规律来办事，自力更生的对策在哪里？要从生物 柴油产业链来分析。从植物育种、栽培开始，到收割、储存、榨油加工的每一步 都要降低成本，力求取得低成本的原料油。然后就是采用投资少、成本低的清洁 生物柴油生产工艺。要大幅度提高利润的关键是要从生物柴油（脂肪酸甲酯）和甘 油来生产高附加值的化工产品。 从全球能源形势与发展趋势来看，生物柴油是大力开发的一种重要绿色能 源。原料是我国发展生物柴油需要解决的主要问题。我国人口多，耕地少，国内不 只是油料作物生产不能满足人们的食用消费，而且粮食也不能完全自给自足。扩 大油料作物生产势必造成与粮食对有限耕地的竞争，这种状况决定了我国不具备 象欧美等国家那样专门种植大豆、油菜等油料作物来发展生物柴油的条件。为维 持和促进资源、环境、社会经济的协调发展，充分开发和利用大面积的荒漠与盐 碱化土地，以及退耕还林地，针对性地选种特种油料植物可能是我国获取大量生物 柴油原料的重要思路。 参考文献 贾虎森许亦农《生物柴油利用概况及其在中国的发展思路》 Biodiesel in China and its prospect(我国生物柴油及产业化前景分析)(2O05) 张希良(ZhangX L),岳立(YueL),柴麒敏(Chai LM),张成龙(Zhang C L).农业工程学报 Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering),2006,22(S1):4)7
会，专门推动美国生物柴油产业发展。 5 生物柴油的未来展望 在国家“四不”原则下，中国要发展生物柴油不可能向耕地要原料,而植物 的生长却又离不开土壤,因此,要获得发展生物柴油的植物油脂原料就只能向非耕 土地索取。利用荒漠化(盐碱化) 土地,发展中国生物柴油原料，在退耕还林中种 植木本油料植物来发展生物柴油原料。 发展生物柴油也有诸多困难，例如2006 年以来, 国际和国内植物油价飙升。 如24度棕榈油进口价格已从3600-4000元/吨涨至5700) 6000元/吨,进口豆油已 涨至7150-7 380元/吨; 内菜籽油价格也从5500-6 000元/吨涨至7650-8250元/ 吨, 棉籽油从3600-4000元/吨涨至5 900-6400元/吨。可以看出:原料油的价格比 生物柴油的价格还高, 这就是目前生物柴油产业的困境。虽然能靠国家政策来短 期支持, 但最终要按市场经济规律来办事, 自力更生的对策在哪里? 要从生物 柴油产业链来分析。从植物育种、栽培开始, 到收割、储存、榨油加工的每一步 都要降低成本, 力求取得低成本的原料油。然后就是采用投资少、成本低的清洁 生物柴油生产工艺。要大幅度提高利润的关键是要从生物柴油(脂肪酸甲酯)和甘 油来生产高附加值的化工产品。 从全球能源形势与发展趋势来看,生物柴油是大力开发的一种重要绿色能 源。原料是我国发展生物柴油需要解决的主要问题。我国人口多,耕地少,国内不 只是油料作物生产不能满足人们的食用消费,而且粮食也不能完全自给自足。扩 大油料作物生产势必造成与粮食对有限耕地的竞争,这种状况决定了我国不具备 象欧美等国家那样专门种植大豆、油菜等油料作物来发展生物柴油的条件。为维 持和促进资源、环境、社会经济的协调发展,充分开发和利用大面积的荒漠与盐 碱化土地,以及退耕还林地,针对性地选种特种油料植物可能是我国获取大量生物 柴油原料的重要思路。 参 考 文 献 贾虎森 许亦农《生物柴油利用概况及其在中国的发展思路》 Biodiesel in China and its prospect (我国生物柴油及产业化前景分析) (2005) . 张希良( ZhangX L) , 岳立( Yue L) , 柴麒敏( Chai LM) , 张成龙( Zhang C L) . 农业工程学报 ( Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering) , 2006, 22 (S1) : 4 ) 7
闵恩泽姚志龙《近年生物柴油产业的发展特色、困境和对策》 刘军锋《第三代生物柴油的开发研究》 闵恩泽(Min E Z).化工学报(Journal of Chemical Industry and Engineering),2006,57(8): 1739)1745 梁斌《生物柴油的生产技术》 周良虹黄亚晶《国外生物柴油产业与应用状况》
闵恩泽 姚志龙《近年生物柴油产业的发展特色、困境和对策》 刘军锋《第三代生物柴油的开发研究》 闵恩泽(Min E Z) . 化工学报( Journal of Chemical Industry and Engineering) , 2006, 57( 8) : 1739 ) 1745 梁斌《生物柴油的生产技术》 周良虹 黄亚晶《国外生物柴油产业与应用状况》