上海交通大学通识教育立项核心课程 课程名称：生物技术与人类课程号：BI913班级号：F1602010 姓名：匡逊学号：516020910010专业：机械工程钱学森班 课程小论文 题目 生物柴油的现状 得分
上海交通大学通识教育立项核心课程 课程名称：生物技术与人类 课程号： BI913 班级号： F1602010 姓名： 匡逊 学号： 516020910010 专业： 机械工程钱学森班 课程小论文 题目 生物柴油的现状 得分
生物柴油的现状 匡逊 (上海交通大学机械与动力工程学院，上海200240) 摘要：当前，资源问题和环境问题逐渐成为制约科技和社会发展的主要问题。西方国家己经 给出了在汽车的能源供给方面逐步用电池替代汽油的解决方案，但柴油由于其能源种类的特 殊性，短期内无法被完全替代。目前，在降低柴油发动机污染方面有两个思路，一是通过尾 气的后处理降低污染：二是对燃料进行净化，降低其造成污染的可能性。本文将从发展和应 用两方面分析柴油的一种替代品一一生物柴油的性能。 关键词：生物柴油：柴油：排放 The status of biodiesel Kuang X. (School of Mechanical and Engineering,Shanghai Jiao Tong University,Shanghai 200240,China) Abstract:At present,the problem ofresource and environment has gradually become the main problem that restricts the development of science and technology and society.The western countries have already given the solution of replacing gasoline with batteries instead of gasoline in the aspect ofenergy supply,but because of the particularity of their energy sources.diesel cannot be completely replaced in the short term.At present,there are two ways to reduce the pollution of diesel engine.One is to reduce pollution through the post-processing of exhaust gas.The two is to purify fuel and reduce the possibility ofpollution.The performance ofa substitute of diesel will be analyzed from two aspects of the development and application of biodiesel. Key words:Biodiesel:Diesel:Emission 1生物柴油的发展 生物柴油是指植物油（如菜籽油、大豆油、花生油、玉米油、棉籽油等）、动物油（如鱼 油、猪油、牛油、羊油等)、废弃油脂或微生物油脂与甲醇或乙醇经酯转化而形成的脂肪酸甲 酯或乙酯。具有某种结构符号的脂肪酸甘油酯（即甘油三酸酯）的植物油和动物脂肪通常被 作为生物柴油的原料。其燃料性能相对于传统的石油基柴油有很多相似之处，并且具有很多 石油基柴油无法比拟的功能。 从时间的角度分析，在2004年之前，世界生物柴油年均绝对增长速度相对较慢：近年来
生物柴油的现状 匡逊 （上海交通大学机械与动力工程学院，上海 200240） 摘要：当前，资源问题和环境问题逐渐成为制约科技和社会发展的主要问题。西方国家已经 给出了在汽车的能源供给方面逐步用电池替代汽油的解决方案，但柴油由于其能源种类的特 殊性，短期内无法被完全替代。目前，在降低柴油发动机污染方面有两个思路，一是通过尾 气的后处理降低污染；二是对燃料进行净化，降低其造成污染的可能性。本文将从发展和应 用两方面分析柴油的一种替代品——生物柴油的性能。 关键词：生物柴油；柴油；排放 The status of biodiesel Kuang X. (School of Mechanical and Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China) Abstract: At present, the problem of resource and environment has gradually become the main problem that restricts the development of science and technology and society. The western countries have already given the solution of replacing gasoline with batteries instead of gasoline in the aspect of energy supply, but because of the particularity of their energy sources, diesel cannot be completely replaced in the short term. At present, there are two ways to reduce the pollution of diesel engine. One is to reduce pollution through the post-processing of exhaust gas. The two is to purify fuel and reduce the possibility of pollution. The performance of a substitute of diesel will be analyzed from two aspects of the development and application of biodiesel. Key words: Biodiesel; Diesel; Emission 1 生物柴油的发展 生物柴油是指植物油（如菜籽油、大豆油、花生油、玉米油、棉籽油等）、动物油（如鱼 油、猪油、牛油、羊油等）、废弃油脂或微生物油脂与甲醇或乙醇经酯转化而形成的脂肪酸甲 酯或乙酯。具有某种结构符号的脂肪酸甘油酯（即甘油三酸酯）的植物油和动物脂肪通常被 作为生物柴油的原料。其燃料性能相对于传统的石油基柴油有很多相似之处，并且具有很多 石油基柴油无法比拟的功能。 从时间的角度分析，在 2004 年之前，世界生物柴油年均绝对增长速度相对较慢；近年来
由于国际石油价格持续攀升，各国纷纷出台各种鼓励生物柴油发展的政策措施，加之生物柴 油生产技术不断提高，生物柴油产业发展步伐明显加快。生物柴油产量从2004的21.96亿L 猛增到2007年的98.41亿L,年均增长量达25.48亿L。 从地区分布来看，欧盟是生物柴油生产最为集中的地区。2005年欧盟生物柴油产量约占 世界总量的85%，其中，德国、法国和意大利分别占世界总量的50%、14%和6%。美国占8%， 巴西和澳大利亚约各占2%，其他国家合计仅占3%。值得注意的是，近年来印度、马来西亚、 印度尼西亚和中国等许多发展中国家，均己制定了生物柴油发展规划，并出台了相应的扶持 政策，预计未来几年中，这些国家的发展规模将会迅速扩大。 2生物柴油的应用 2.1汽车燃料方面的应用 生物柴油及其生产技术的研究始于20世纪50年代末60年代初。20世纪80年代中后期， 美国、德国、法国、意大利等国相继成立了专门的生物柴油研究机构，投入大量的人力、物 力进行生物柴油的研究：政府也通过各种优惠政策鼓励生物柴油的研究、生产和应用，使得 生物柴油迅速成为石化柴油替代燃料的亮点。 (1)欧洲。欧洲是全球最大的生物柴油生产地，总产量约占世界的80%，且产量以年均 33%的幅度增长。2004年生物柴油产量德国为108.8万t,法国为50.2万t,意大利为41.9 万t,欧洲总产量约为220万t:2006年生物柴油总产量约为400万t:2010年总产量约为830 万t:2011、2012年总产量稳定在900万t左右。由于一系列促进市场营销的措施（如要求成 员国降低生物柴油税率、制定并完善了相关质量标准等)，欧洲生物柴油产业始终保持着较好 的发展势头。在应用方面，2006年德国已拥有生物柴油加油站300多个。法国己经在雷诺汽 车中进行了生物柴油实验，10万公里的燃烧证明生物柴油可用于普通发动机。意大利是目前 欧洲使用生物柴油最为广泛的国家，其生物柴油已用于城市公交车及学校、医院等公共场所 的供热燃料。欧共体计划到2020年使生物柴油市场占有率达到12%。 (2)美国。20世纪80年代初美国开始对利用油脂转化为脂肪酸甲酯生产生物柴油进行 研究。从20世纪90年代开始，美国可再生能源国家实验室对生物柴油的生产、燃烧特性、 行车实验、产业化情况及经济与环境因素进行了深入调查。2007年美国生物柴油年产量约为 45万t:2011年年产量增加至280万t。预计到2016年美国生物柴油年产量将达到330万t。 生物柴油在美国的商业应用始于20世纪90年代，1999年只有3个主要的汽车运输公司使用， 到2000年3月就己超过40个：但是直到2005年左右才形成规模，成为该国产量增长最快的 石化柴油替代燃料，主要用于拥有集中加油站的大巴和卡车运输公司。2012年10月起，除应
由于国际石油价格持续攀升，各国纷纷出台各种鼓励生物柴油发展的政策措施，加之生物柴 油生产技术不断提高，生物柴油产业发展步伐明显加快。生物柴油产量从 2004 的 21.96 亿 L 猛增到 2007 年的 98.41 亿 L，年均增长量达 25.48 亿 L。 从地区分布来看，欧盟是生物柴油生产最为集中的地区。2005 年欧盟生物柴油产量约占 世界总量的 85%，其中，德国、法国和意大利分别占世界总量的 50%、14% 和 6%。美国占 8%， 巴西和澳大利亚约各占 2%，其他国家合计仅占 3%。值得注意的是，近年来印度、马来西亚、 印度尼西亚和中国等许多发展中国家，均已制定了生物柴油发展规划，并出台了相应的扶持 政策，预计未来几年中，这些国家的发展规模将会迅速扩大。 2 生物柴油的应用 2.1 汽车燃料方面的应用 生物柴油及其生产技术的研究始于 20 世纪 50 年代末 60 年代初。20 世纪 80 年代中后期， 美国、德国、法国、意大利等国相继成立了专门的生物柴油研究机构，投入大量的人力、物 力进行生物柴油的研究；政府也通过各种优惠政策鼓励生物柴油的研究、生产和应用，使得 生物柴油迅速成为石化柴油替代燃料的亮点。 （1）欧洲。欧洲是全球最大的生物柴油生产地，总产量约占世界的 80%，且产量以年均 33%的幅度增长。2004 年生物柴油产量德国为 108．8 万 t，法国为 50．2 万 t，意大利为 41．9 万 t，欧洲总产量约为 220 万 t；2006 年生物柴油总产量约为 400 万 t；2010 年总产量约为 830 万 t；2011、2012 年总产量稳定在 900 万 t 左右。由于一系列促进市场营销的措施（如要求成 员国降低生物柴油税率、制定并完善了相关质量标准等），欧洲生物柴油产业始终保持着较好 的发展势头。在应用方面，2006 年德国已拥有生物柴油加油站 300 多个。法国已经在雷诺汽 车中进行了生物柴油实验，10 万公里的燃烧证明生物柴油可用于普通发动机。意大利是目前 欧洲使用生物柴油最为广泛的国家，其生物柴油已用于城市公交车及学校、医院等公共场所 的供热燃料。欧共体计划到 2020 年使生物柴油市场占有率达到 12%。 （2）美国。20 世纪 80 年代初美国开始对利用油脂转化为脂肪酸甲酯生产生物柴油进行 研究。从 20 世纪 90 年代开始，美国可再生能源国家实验室对生物柴油的生产、燃烧特性、 行车实验、产业化情况及经济与环境因素进行了深入调查。2007 年美国生物柴油年产量约为 45 万 t；2011 年年产量增加至 280 万 t。预计到 2016 年美国生物柴油年产量将达到 330 万 t。 生物柴油在美国的商业应用始于 20 世纪 90 年代，1999 年只有 3 个主要的汽车运输公司使用， 到 2000 年 3 月就已超过 40 个；但是直到 2005 年左右才形成规模，成为该国产量增长最快的 石化柴油替代燃料，主要用于拥有集中加油站的大巴和卡车运输公司。2012 年 10 月起，除应
用于交通运输业之外，美国一些城市如纽约市规定取暖用油必须包含至少2%的生物柴油，以 改善空气质量。 2.2与传统石油基柴油的对比 (1)生物柴油的理化性质与国V柴油基本相似，其密度、粘度、闪点、十六烷值略有升高， 低热值有所下降，硫含量明显高于国V柴油。 (2)生物柴油的高含氧量使柴油机NOx比排放有所升高，但整体升幅不大。 (3)随着生物柴油混合比例升高，THC和CcO排放降幅增大，这与生物柴油含氧量相关。对 每种燃料，THC和cO都与燃烧持续期高度相关。 (4)与纯柴油相比，柴油机燃用生物柴油后总颗粒数浓度和核态颗粒数浓度有所升高，而聚 集态颗粒数浓度有所下降。核态颗粒数上升与生物柴油粘度高以及硫含量高相关，聚集态颗 粒数下降与生物柴油的高含氧量相关。 3生物柴油存在的问题 3.1本身特性原因 (1)NOx排量高。众所周知，富氧是NOx生成的条件之一。而生物柴油氧含量较高，燃用 时会使柴油机的NOx排放量明显增加，这也是生物柴油排放特性中唯一差于石化柴油的指标。 (2)黏度大、安定性差。生物柴油黏度较大且分子中含有不稳定的双键，长期使用会在油路 中发生聚合反应，生成大分子胶状物质，引起燃料系统结胶，滤清器和喷油嘴堵塞。这两个 问题极大地限制了生物柴油的实际应用。 (3)对器件的腐蚀性强。若生物柴油质量不达标，残留的微量甲醇与甘油容易腐蚀金属材料 和密封圈、燃油管等橡胶零件。另外生物柴油对合成橡胶和天然橡胶有软化和降解作用，使 其与汽车油路、油箱和油泵系统密封件的相容性差。 3.2原料和成本的问题 生物柴油制备成本有75%为原料成本，推广生物柴油的产业化的关键就是降低成本，可采 用来源丰富、稳定、价格低廉的原料，因此可以考虑选择一些含油率高的植物（如蓖麻树、 黑皂树、油桐树等)作为原料来源。 参考文献： [1]李耀鹏.甲醇/柴油活性控制压燃式发动机的数值研究及热力学分析D].大连理工大学，2017. [2]李莉，王建昕，肖建华，王志，杨文明.车用柴油机燃用棕榈生物柴油的颗粒物排放特性研究 中国环境科学，2014,34(10)：2458-2465
用于交通运输业之外，美国一些城市如纽约市规定取暖用油必须包含至少 2%的生物柴油，以 改善空气质量。 2.2 与传统石油基柴油的对比 （1）生物柴油的理化性质与国 V 柴油基本相似，其密度、粘度、闪点、十六烷值略有升高， 低热值有所下降，硫含量明显高于国 V 柴油。 （2）生物柴油的高含氧量使柴油机 NOx 比排放有所升高，但整体升幅不大。 （3）随着生物柴油混合比例升高，THC 和 CO 排放降幅增大，这与生物柴油含氧量相关。对 每种燃料，THC 和 CO 都与燃烧持续期高度相关。 （4）与纯柴油相比，柴油机燃用生物柴油后总颗粒数浓度和核态颗粒数浓度有所升高，而聚 集态颗粒数浓度有所下降。核态颗粒数上升与生物柴油粘度高以及硫含量高相关，聚集态颗 粒数下降与生物柴油的高含氧量相关。 3 生物柴油存在的问题 3.1 本身特性原因 （1） NOx 排量高。众所周知，富氧是 NOx 生成的条件之一。而生物柴油氧含量较高，燃用 时会使柴油机的 NOx 排放量明显增加，这也是生物柴油排放特性中唯一差于石化柴油的指标。 （2）黏度大、安定性差。生物柴油黏度较大且分子中含有不稳定的双键，长期使用会在油路 中发生聚合反应，生成大分子胶状物质，引起燃料系统结胶，滤清器和喷油嘴堵塞。这两个 问题极大地限制了生物柴油的实际应用。 （3）对器件的腐蚀性强。若生物柴油质量不达标，残留的微量甲醇与甘油容易腐蚀金属材料 和密封圈、燃油管等橡胶零件。另外生物柴油对合成橡胶和天然橡胶有软化和降解作用，使 其与汽车油路、油箱和油泵系统密封件的相容性差。 3.2 原料和成本的问题 生物柴油制备成本有 75%为原料成本，推广生物柴油的产业化的关键就是降低成本，可采 用来源丰富、稳定、价格低廉的原料，因此可以考虑选择一些含油率高的植物（如蓖麻树、 黑皂树、油桐树等）作为原料来源。 参考文献: [1]李耀鹏. 甲醇/柴油活性控制压燃式发动机的数值研究及热力学分析[D].大连理工大学,2017. [2]李莉,王建昕,肖建华,王志,杨文明. 车用柴油机燃用棕榈生物柴油的颗粒物排放特性研究[J]. 中国环境科学,2014,34(10):2458-2465
[3]方巍.消费者对生物柴油的购买意愿、行为及其影响因素研究[D1.福建农林大学，2014. [4]王常文，崔方方，宋字.生物柴油的研究现状及发展前景U).中国油脂，2014,39(05)：44-48. [5]楼狄明，孔德立，强蔷，胡志远，谭丕强，周毅.国V柴油机燃用柴油/生物柴油排放性能试验 农业机械学报，2014,45(09)：25-30. [6]尧命发，庞阔，谷静波，郑尊清，王鑫.正丁醇/生物柴油高预混压燃燃烧及排放特性的试验] 内燃机学报，2013,31(03)：193-199. [7]吴伟光，仇焕广，徐志刚.生物柴油发展现状、影响与展望.农业工程学 报，2009,25(03：298-302
[3]方巍. 消费者对生物柴油的购买意愿、行为及其影响因素研究[D].福建农林大学,2014. [4]王常文,崔方方,宋宇. 生物柴油的研究现状及发展前景[J]. 中国油脂,2014,39(05):44-48. [5]楼狄明,孔德立,强蔷,胡志远,谭丕强,周毅. 国 V 柴油机燃用柴油/生物柴油排放性能试验[J]. 农业机械学报,2014,45(09):25-30. [6]尧命发,庞阔,谷静波,郑尊清,王鑫. 正丁醇/生物柴油高预混压燃燃烧及排放特性的试验[J]. 内燃机学报,2013,31(03):193-199. [7]吴伟光,仇焕广,徐志刚. 生物柴油发展现状、影响与展望[J]. 农业工程学 报,2009,25(03):298-302
