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1生物柴油的生产工艺和原理简介
酯交换技术作为油脂改性的一种方法早已为人所熟知油脂的酯交换可采用的催化工艺和催化剂各种各样，但是要开发一种能满足工业化生产规模和效益的生产工艺还存在许多困难。经过对ld～5t／d规模的中试实验装置的深入研究．我公司目前采用所述工艺已在德国和奥地利等欧洲国家建起了多个最大产量达300t／d的生物柴油生产工厂。其工艺流程见图1和图2。表1中给出了流程图中各代号的设备和功能名称。
本生物柴油(fmE)是在一特殊设计的专利工艺中加以生产的，该技术受专利保护。
1.1各反应原料的准备
在13311至B381储罐中按照要求准备好各反应原料，或将生产过程中的产物收集以便再利用。
1.2酯交换反应
植物油的酯交换(醇解)是通过有催化剂氢氧化钾(KOH)存在下与甲醇的下述反应来达到的：
首先将预热后的菜籽油，甲醇以及反应中作为催化剂的氢氧化钾在反应器中混合反应为保证酯交换反应的完全，初次酯交换的反应产物在第二反应器中再次反应。该反应产物在采用一特殊设计可连续工作的分离器中被分为生物柴油和甘油相。甘油相人储罐B361，而完全反应的酯交换混合物(RME)在下一反应器中水洗，以除去RME中残留的催化剂、溶解皂和甘油，并在随后的分离塔中将其加以分离。分出的水相人甘油相储罐B361。而RME则再次以稀酸洗涤，以使残留的皂由生物柴油中分离出来，并在随后的分离塔中作为酸水分出。经上述步骤纯化后的RME通过第一和第二薄膜蒸发器将其中所含的甲醇和溶解水蒸发，回收，并重新导回工艺过程中。同时使所生产的生物柴油达到标准所要求的闪点和水份含量(<300me,／)。该绝对纯的成品生物柴油通过两个保险过滤器过滤后人RME—储罐储存即为成品。
1．3回收粗甘油的中和
将回收的甘油在一搅拌反应器中通过加入来自甘油酯化工序回收的甲醇一硫酸混合液进行中和不够部分通过随后定量加入96％的硫酸，对回收甘油混合物的pH值进行准确调节，以使其中的KOH被完全中和为硫酸钾。该混合物在一中间罐中不断搅拌下储存中和后的甘油混合物通过一加压过滤器使其与其中中和后的产物硫酸钾(肥料)分离。滤液(液相)通过一保险过滤器人分离罐ASO1。在此分离罐中滤液将被分离为较轻的油相(主要为脂肪酸)和较重的粗甘油相在过滤器上留下的滤饼可通过用来自B371的甘油一甲醇液冲洗。在随后的干燥器(H501)中，洗净的硫酸钾与甲醇经干燥分离，回收甲醇，而硫酸钾可作为副产品。
1．4粗甘油中油相的酯化
粗甘油中的油相在随后的混合反应器RS11中通过加入甲醇和浓硫酸进行连续酯化。反应混合物在随后的分离塔中被分为生物柴油和甲醇一硫酸液。该生物柴油回收原料中，经工艺过程被最终回收为RME。而甲醇一硫酸液混合物将重新回人甘油相的中和工序中加以回收使用。
1．5粗甘油申甲醇的回收
粗甘油经加热，并通过两级降膜蒸发器分离为粗甘油和甲醇及含水甲醇，所生成的技术级甘油是基本不含甲醇的(<0．1％)，甘油含量至少80％。分离出的甲醇一水混合物可通过一甲醇精馏塔K531被提纯分离为纯甲醇和工艺水。回收的甲醇重新人甲醇一储罐，生成的水人工艺水储罐，均可重新在酯交换过程中被重新使用。
2原料和产品的品质指标
2．1对原料——菜籽油的要求
表2中给出了对原料菜籽油的品质要求。高品质的原料是高品质产品和工艺高得率的基本保证。
2．2回收的甘油水(粗甘油)
表4给出了所回收的粗甘油的品质指标。该粗甘油可经蒸馏成为含量达99．5％以上的药用级甘油。
给出的是生产辅料消耗指标，它是以每生产1t生物柴油RME的消耗。该值是在设备稳定连续运行，并按照所要求的规格和最低品质连续提供原料和辅料的情况下测得的平均消耗值。
3生物柴油的应用状况和品质标准
目前，由于欧盟的有关规定，为保证农产品价格，对用于农产品生产的土地进行种值限制。如在计划下，欧盟农民每放弃1公顷的菜籽种植农田，仅使其绿化即可由欧盟获得1000德国马克的补贴。此政策虽然保证了欧盟的农产品价格稳定，但却造成了许多欧盟农民无所事事，并减少收人的问题。而生物柴油的兴起，使得欧盟农民在获得补贴的同时通过生产仅严格被限制为用于工业目的菜籽，不仅可增加个人收入，同时又为社会生产出了有利于环境保护的专用于生物柴油生产的菜籽原料。
就目前而言，每公顷土地(1万m2)可生产约3t菜籽(含油量约40％)。1999年在欧盟3．5万公顷土地上生产的约100万t菜籽中，有33．2万t被用于生产生物柴油，约占菜籽产量的1／3。共生产出3．9亿升生物柴油。2000年初德国的总生物柴油生产量已达45万t．并有逐年上升的趋势在德国，奔驰、宝马、大众和奥迪汽车生产厂家生产的汽车均允许使用生物柴油，而无需对发动机加以改装。由于对生物柴油在德国实行免税政策，其在加油站的零售价格目前为约1．45马克／l，而柴油为1．60马克／l，可见其竞争力大于普通柴油。表5和表6分别给出了生物柴油和柴油的性能比较和德国生物柴油的标准。
由表5的数据比较可以看出，生物柴油在冷滤点、闪点、燃烧功效、含硫量、含氧量、燃烧耗氧量，对水源的危害以及生物可降解性方面优于普通柴油，而其他指标与普通柴油相当。表6为现阶段生物柴油的德国标准，可以看出采用本方法生产的生物柴油完全满足该标准。表7给出的是生物柴油与普通菜籽油的性质比较。虽然目前已开发有直接以菜籽油作为燃料的发动机，但由于菜籽油本身的性质，其在十六烷值、粘度、残炭以及冷滤点指标上均差于生物柴油。因此，无论是在燃烧动力，排放指标和使用的方便性上，菜籽油均无法与生物柴油相比。
值得一提的是，使用该生物柴油的发动机即是使用普通柴油的发动机(对有些机型仅需换密封圈和滤芯)，元需作任何改动，生物柴油可与普通柴油在油箱中以任何比例掘混，并对驾驶无任何影响。驾驶者根本无法区分两者的驾驶动力差别目前，该种生物柴油在德国的各加油站均可加注
4结果与讨论
由上述结果可以看出，经本方法所得的生物柴油具有较高的品质特征。在欧洲的实验表明，其动力性能与普通柴油无任何区别。由于得自于植物，生物柴油在下述方面具有普通柴油无法比拟的性能：
.具有较好的低温发动机启动性能，无添加剂冷滤点达一20℃。
.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。
.由于闪点高，生物柴油不属于危险品。因此，在运输、储存、使用方面的优点是显而易见的。
.十六烷值高使其燃烧性好于柴油，燃烧残留物呈徽酸性使催化剂和发动机机油的使用寿命加长。
.由于硫含量低，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％)。
.燃烧残炭低，即废气中微小颗粒物含量低。
.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9o％的空气毒性，降低94％的患癌率J
.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％)。
.生物柴油的生物分解性高，有利于环境保护。
.由于生物柴油燃烧所排放的二氧化碳远低于该植物生长过程中所吸收的二氧化碳因此，与使用普通柴油不同，理论上其用量的增加不仅不会增加、反而会降低由于二氧化碳的排放而导致的全环变暖这一有害于人类的重大环境问题。
.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，检测结果表明，采用生物柴油的发动机废气排放指标不仅满足目前的欧洲2号标准，甚至满足随后即将在欧洲颁布实施的更加严格的欧洲3号排放标准由于生物柴油的优良环保特性，目前在欧洲生产该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。除用作燃料柴油外，脂肪酸甲酯(生物柴油)在化学工业领域同样具有广泛的应用价值。
如上所述，将三合一电厂中的发电机用燃料改成菜油甲酯，即生物柴油。那么就解决了该电厂操作上的全环保定义问题使得即便在无阳光、无风条件下，该环保电厂照样可以采用绿色燃料为电网提供电力。
菜籽是欧洲传统栽种的油料作物．目前在欧洲用于生物柴油生产的原料主要是菜籽油，而目前的生物柴油标准也主要是参照菜籽油的生物柴油品质作出的这里需要指出的是，与中国国内的情况不同，目前在欧洲已普遍栽种双低菜籽．采用双低菜籽油生产的生物柴油由于含硫量低。因此，该菜籽油生物柴油具有好的排放标准。而若使用双高菜籽油，其结果会有不同。但由于双低菜籽油的脂肪酸组成与棉籽油相似，因此在中国采用棉籽油作为生物柴油的原料还是可行的。当然，此时的棉籽油生物柴油标准需要按照中国的实际情况作相应的调整。
就目前而言，生物柴油在中国的广泛应用由于价格以及数量的原因还无法如欧洲那样被普及使用。但综上所述，由生物柴油的诸项优点可以看出，作为一种环保型的，可再生的，纯绿色的能源和工业原料，生物柴油的开发和应用前景是无比广阔的。
