淺談生物柴油的制備

榮俊鋒，劉銘，李伏虎，戴偉，朱凱勛，李泰廣，姚帥

(安徽理工大學化學工程學院，安徽 淮南 232001)

1 生物柴油的性能及發(fā)展生物柴油的意義

生物柴油(Biodiesel)，即脂肪酸甲酯(FAME)，是指以可再生資源如玉米油、大豆油、地溝油[2-4]等為原料油，通過酯交換反應制得的可代替石化柴油的再生性燃料[1]。

與傳統(tǒng)柴油相比生物柴油具有下述優(yōu)良性能：(1)生物柴油中硫含量低；(2)燃燒過程中顆粒物排放量少；(3)CO和碳氫化合物的排放量少；(4)生物降解性好；(5)無毒；(6)發(fā)動機低溫發(fā)動性能；(7)潤滑性能好；(8)安全性高；(9)十六烷值高，燃燒性能強；(10)燃燒排放物環(huán)境友好。

目前制備生物柴油的方法包括直接使用法，混合法，微乳液法，高溫熱裂解法，酯交換法，酸或堿催化法，生物酶法，工程微藻法，超臨界法。

生物柴油作為一種新型的可再生能源，在緩解石油危機方面能有很大的貢獻，甚至有望取代石化柴油。另外，從環(huán)境保護方面來說，生物柴油從來源到燃燒后的尾氣排放與石化柴油相比都存在較大優(yōu)越性?？傊?，開發(fā)利用生物柴油是一項遠有前景、近有實效的事業(yè)，它能使我們減少對化石能源(如石油、天然氣、煤炭等)的依賴性，在環(huán)境保護、經濟增長、社會穩(wěn)定、自然資源利用的可持續(xù)發(fā)展中起著重要的作用[1-4]。

生物柴油作為一種有機的混合物，C、H、O三種元素是主要成分。評價生物柴油重要指標[5]：①良好的燃燒性能-十六烷值；②良好的蒸發(fā)性能-餾程及餾出溫度；③良好的常溫和低溫流動性能-黏度、密度及冷濾點；④良好的安全性-閃點、燃點；⑤對發(fā)動機無腐蝕-酸度及酸值；⑥良好的動力性能-熱值。其次，受生產原料和工藝影響的生物柴油特有指標，如甲醇含量、甘油含量、游離脂肪酸、磷含量等。

2 生物柴油制備常規(guī)實驗操作

實驗目的：了解生物柴油的優(yōu)良性能及發(fā)展生物柴油的意義；掌握目前制備生物柴油的方法；以大豆油為原料通過酯交換反應制備生物柴油。

實驗原理：用油脂與醇在堿作催化劑條件下發(fā)生酯交換反應。

實驗儀器及藥品：電動攪拌器、水浴鍋、三口燒瓶(250ml)、球形冷凝管、分液漏斗(250ml)、溫度計(0-100℃)、燒杯(250ml)、量筒、滴液漏斗(60ml)、分析天平等。甲醇、氫氧化鉀、鹽酸、無水硫酸鎂、大豆油。

實驗步驟：(1)將44克大豆油和12.8克甲醇加入250ml三口燒瓶中，并加入0.88克氫氧化鉀催化劑，在60℃下攪拌反應，回流冷凝，經2小時后停止反應。(2)加常溫的蒸餾水100ml，再用稀鹽酸小心中和至pH為7.0-8.5，緊接著把產物轉移到分液漏斗中，然后再靜置使其上下分層，這樣，上層即為粗產品-生物柴油，下層則是粗甘油。(3)將(2)中所得產物用熱水(約70℃)洗滌2-3次，并蒸出(水浴)多余甲醇、干燥，便能得到淡黃色生物柴油。粗甘油提純后為制備生物柴油的副產品。(4)用氣相色譜分析生物柴油中脂肪酸甲酯的含量。

思考題：(1)與傳統(tǒng)柴油相比生物柴油具有哪些優(yōu)良性能？(2)用堿催化法(氫氧化鉀)作催化劑制備生物柴油有哪些優(yōu)缺點？(3)試簡述測定生物柴油碘值，酸值的原理和意義。

3 國內生物柴油發(fā)展面臨的問題[1,6-7]

(1)資金投入不足；(2)生產成本過高，主要是原料成本過高，占到生產成本的75%左右；(3)生產技術較為復雜，化學法制備生物柴油工藝復雜且容易產生二次污染；(4)生物柴油市場準入受限較大；(5)生物柴油生產缺乏統(tǒng)一的技術規(guī)范。

4 我國生物柴油的發(fā)展方向[6-7]

(1)鼓勵企業(yè)應用低成本原料；(2)大力宣傳，進一步加強招商引資，大力扶持生物柴油企業(yè)；(3)加強企業(yè)和科研機構、高校之間的合作，探索并應用新工藝，同時對生物柴油相關技術規(guī)范進一步完善；(4)加大國家政策支持力度；(5)不遺余力地推廣生物柴油，與石化企業(yè)如中石油、中石化、中海油等加強聯(lián)系。