(1)對(duì)現(xiàn)有工藝及設(shè)備的改進(jìn),以降低設(shè)備先期投資和降低能耗。操作工藝傾向于連續(xù)操作,這尤其適用于較大規(guī)模(4000噸/年)的生產(chǎn)。同時(shí)多種型式的反應(yīng)器也在不斷開發(fā)中。如利用固相催化劑的固定床反應(yīng)器進(jìn)行酯交換反應(yīng)。這種工藝的應(yīng)用主要依賴于所需催化劑的開發(fā),目前仍僅處于實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)階段[8]。另一種較為新穎的裝置是將酯交換反應(yīng)與甲醇精餾過(guò)程集中于一塔內(nèi)同時(shí)進(jìn)行的反應(yīng)型精餾塔[9]。研究表明利用這種反應(yīng)型精餾塔可以將甲醇的過(guò)量值減小至33%,因?yàn)榇蠖鄶?shù)的酯交換反應(yīng)過(guò)程中加入的甲醇量都是理論值的兩倍,即過(guò)量100%。同時(shí),應(yīng)用計(jì)算機(jī)模擬程序?qū)φ坠に囘^(guò)程進(jìn)行測(cè)算和分析以優(yōu)化工程設(shè)計(jì)的研究也受到關(guān)注[10]。
(2)新型高效、環(huán)保型催化劑的研究與開發(fā)。酸和堿都可以作為該酯交換反應(yīng)的催化劑,且大多數(shù)情況下都以液態(tài)加入。這種均相催化劑固然有利于混合,但卻給反應(yīng)產(chǎn)物的后續(xù)處理和分離帶來(lái)較大的壓力。因此,固相催化劑的開發(fā)一直是一個(gè)重要的研究領(lǐng)域,以提高轉(zhuǎn)化率、減少排污和降低后續(xù)分離工序壓力。最近的研究報(bào)告顯示,日本的一個(gè)研究小組利用普通的食用蔗糖制備出用于酯交換反應(yīng)的固相催化劑[11]。結(jié)果表明其具有良好的催化活性,且易再生。由于其較低的造價(jià)以及生態(tài)友好性,受到了很大關(guān)注。
(3)酶催化反應(yīng)工藝包括有關(guān)生物酶的研究。這種合成法主要是采用生物脂肪酶作為反應(yīng)催化劑,使反應(yīng)在較溫和的條件下和醇用量較少的情況下進(jìn)行,且反應(yīng)通常在常壓下進(jìn)行。通常采用的方法是將酶固載化以形成“固相”催化劑,其優(yōu)點(diǎn)是可循環(huán)使用,催化劑內(nèi)的傳質(zhì)速率較大,且易于裝備生物反應(yīng)器,造價(jià)降低。但由于酶催化劑的生物特性,使得反應(yīng)時(shí)的工藝和參數(shù)控制變得至關(guān)重要,因?yàn)椴僮鳁l件的變化極易造成生物酶的中毒或失活[12]。
4 影響生物柴油應(yīng)用和發(fā)展的主要因素
一項(xiàng)技術(shù)或其產(chǎn)品的生命力主要取決于其技術(shù)的先進(jìn)性、經(jīng)濟(jì)的效益性、市場(chǎng)需求的迫切性以及政府有關(guān)政策的干預(yù)性,且在大多數(shù)情況下,這些條件缺一非可。對(duì)于生物柴油來(lái)說(shuō),同樣如此。
技術(shù)方面:如前所述,生物柴油的生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)過(guò)了大半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展,并已形成了較為成熟的傳統(tǒng)工藝路線。目前正在運(yùn)轉(zhuǎn)的生物柴油生產(chǎn)線也大都基于這些工藝。但在如何簡(jiǎn)化流程、降低能耗、減少排污等方面,仍面臨著巨大挑戰(zhàn)。
經(jīng)濟(jì)效益方面:由于生物柴油的生產(chǎn)成本中原料油所占的比重很大,(如以植物油為原料,其油料費(fèi)用可占到生產(chǎn)成本的80%左右,)因此所用植物油的市場(chǎng)價(jià)格直接決定著生物柴油的生產(chǎn)成本。以目前植物油料的市場(chǎng)價(jià)格,用植物油為原料生產(chǎn)生物柴油在經(jīng)濟(jì)效益方面難以具有競(jìng)爭(zhēng)力。這可能是歐美等國(guó)對(duì)生物柴油的生產(chǎn)、銷售給予免稅、甚至給予補(bǔ)貼的(除了環(huán)保考量外的)另一個(gè)重要因素。當(dāng)然,尋求其它較廉價(jià)的原料來(lái)源不失為一種選擇,如利用食品與餐飲業(yè)的廢棄油,利用動(dòng)植物油廠的下腳料以及其他回收油。這樣固然可大幅度降低生產(chǎn)生物柴油的原料成本,但在同時(shí),由于這些原料來(lái)源及成份的復(fù)雜性,卻會(huì)導(dǎo)致操作費(fèi)用的明顯提高。更為重要的是,這些原料來(lái)源的分散性和不穩(wěn)定性,使其僅可適用于較小規(guī)模的生產(chǎn)。
市場(chǎng)需求方面:世界范圍內(nèi)對(duì)能源供應(yīng)的需求越來(lái)越大以及與此同時(shí)化石類能源儲(chǔ)量的快速減少似乎是一個(gè)難以逆轉(zhuǎn)的大趨勢(shì)。同樣在中國(guó),隨著經(jīng)濟(jì)的持續(xù)高速增長(zhǎng),石油能源消耗巨大,并有越來(lái)越依賴于進(jìn)口的趨勢(shì),因此生物柴油必將有其廣闊的市場(chǎng)空間。但作為一種新型替代產(chǎn)品,要真正進(jìn)入這一市場(chǎng)的前提條件仍是產(chǎn)品的可靠質(zhì)量和有競(jìng)爭(zhēng)力的價(jià)格。
政府政策方面:在生物柴油生產(chǎn)極其產(chǎn)品的質(zhì)量監(jiān)測(cè)、監(jiān)督和標(biāo)準(zhǔn)化方面,則需要政府有關(guān)職能部門的干預(yù)和協(xié)調(diào)工作。這樣才能保證使真正符合生物柴油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的的產(chǎn)品進(jìn)入油品供銷渠道。進(jìn)一步,如果政府能夠從政策(如稅收)上對(duì)生物柴油的生產(chǎn)、銷售給予支持,將定會(huì)對(duì)這一新興的綠色產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起到極大的推動(dòng)作用。
5 結(jié)語(yǔ)
生物柴油作為一種可再生的替代化石燃料的清潔燃料,越來(lái)越引起世界范圍的關(guān)注。在其生產(chǎn)技術(shù)和作為普通化石柴油替代品的性能方面,其可行性都已具有相當(dāng)可靠的基礎(chǔ)。雖然在較近的未來(lái),無(wú)論在生產(chǎn)規(guī)模還是在經(jīng)濟(jì)效益的競(jìng)爭(zhēng)力方面,生物柴油還難以與普通化石柴油形成競(jìng)爭(zhēng)局面,但由于其在可再生和環(huán)保方面的特有優(yōu)勢(shì),已經(jīng)或?qū)?huì)得到許多國(guó)家政府的支持和推動(dòng),并將具有廣闊的市場(chǎng)前景。
與多數(shù)工業(yè)化的國(guó)家相比,中國(guó)的生物柴油產(chǎn)業(yè)的發(fā)展仍僅處于起步階段。中國(guó)是一個(gè)柴油需求大國(guó),同時(shí)又是一個(gè)擁有豐富油脂資源的農(nóng)業(yè)大國(guó),從國(guó)家能源發(fā)展及農(nóng)業(yè)發(fā)展的雙重戰(zhàn)略高度來(lái)推動(dòng)生物柴油產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,意義重大。
參考文獻(xiàn)
[1]G. Knothe,Historical perspectives on vegetable oil-based diesel fuels,inform,2001,12(11):1103-1107.
[2]United States Environmental Protection Agency, EPA420-F00-032, March 2002.
[3]http://www.energy.gov/news2009/7722.htm
[4]C. Baudouin,Biodiesel: 2nd Generation Technology, WRA 2005 - 6th European Fuels Conference, Institut Francais Du Petrole,2005.
[5]United States Environmental Protection Agency,A Comprehensive Analysis of Biodiesel Impacts on Exhaust Emission,Draft Technical Report,EPA420-P-02-001,2002.
[6]M. Canakci and J.H. Van Gerpen,Comparison of Engine Performance and Emissions for Petroleum Diesel Fuel, Yellow Grease Biodiesel, and Soybean Oil Biodiesel,2001 ASAE Annual International Meeting,Sacramento,California, USA,July 30-August 1,2001.
[7]C. Hamilton, Biofuels Made Easy, www.lurgi.com
[8]J. Van Gerpen, B. Shanks, R. Pruszko,D. Clements and G. Knothe,Biodiesel Production Technology,National Renewable Energy Laboratory,Internal Report,NREL/SR-510-36244,July 2004
[9]B.He, A. P. Singh and J. C.Thompson,A Novel Continuous-flow Reactor using Reactive Distillation Technique for Biodiesel Production,ASAE Annual Meeting,Michigan,2004.
[10]Y. Zhang, M.A. Dub, D.D. McLean and M. Kates,Biodiesel production from waste cooking oil: 1. Process design and technological assessment,Bioresource Technology. 2003,89:1–16.
[11]M. Toda, A. Takagaki, M. Okamura, J.N. Kondo, S. Hayashi, K. Domen and M. Hara,Nature 2005,438:178.
[12]曹龍奎,張學(xué)娟,包鴻慧,黃威.生物柴油制備技術(shù)及應(yīng)用前景[J] .農(nóng)產(chǎn)品加工學(xué)刊,2005,(3):68-70.
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