《生物柴油技术》PPT课件.ppt
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1、PTP课件1第一节第一节 生物柴油生产原理与生物柴油生产原理与基本方法基本方法第二节第二节 生物柴油的制备工艺生物柴油的制备工艺PTP课件2主要教学内容及要求: 了解:植物油与生物柴油特点与用途,生物柴油了解:植物油与生物柴油特点与用途,生物柴油的生产工艺类型的生产工艺类型 理解:生物柴油的生产原理理解:生物柴油的生产原理 掌握:植物油与生物柴油的概念,生物柴油的生掌握:植物油与生物柴油的概念,生物柴油的生产原料,生物柴油的生产工艺产原料,生物柴油的生产工艺 熟练掌握:酯交换法生产生物柴油的工艺流程熟练掌握:酯交换法生产生物柴油的工艺流程PTP课件3第1节 能源植物与植物油燃料PTP课件41.
2、1能源植物 能源植物:能源植物:通常包括速生薪炭林,含糖或淀粉植物,能榨油或产油的通常包括速生薪炭林,含糖或淀粉植物,能榨油或产油的植物,可供厌氧发酵用的藻类和其他植物等。植物,可供厌氧发酵用的藻类和其他植物等。 生物燃料油植物:生物燃料油植物:又称又称“石油植物石油植物”。通常是指那些具有合成较高还原性烃。通常是指那些具有合成较高还原性烃的能力,可产生接近石油成分和可替代石油使用的产品的的能力,可产生接近石油成分和可替代石油使用的产品的植物,以及富含油脂的植物。植物,以及富含油脂的植物。目前目前全世界植物生物质能源(主要是森林)每年生长量相全世界植物生物质能源(主要是森林)每年生长量相当于当
3、于600600800800亿吨石油,为目前世界开采量的亿吨石油,为目前世界开采量的20 20 2727倍。倍。PTP课件5(一)能源植物种类 能源植物包括:能源植物包括: (1)(1)富含富含类似石油成分类似石油成分的能源植物。的能源植物。石油的主要成分是烃类,如烷烃、环烷烃等,富石油的主要成分是烃类,如烷烃、环烷烃等,富含烃类的植物是植物能源的最佳来源,生产成本含烃类的植物是植物能源的最佳来源,生产成本低,利用率高,如目前已发现并受到专家赏识的低,利用率高,如目前已发现并受到专家赏识的续随子、绿玉树、橡胶树和西蒙德木等;续随子、绿玉树、橡胶树和西蒙德木等; (2)(2)富含富含碳水化合物碳水
4、化合物的能源植物。的能源植物。利用这些植物所得到的最终产品是乙醇,如木薯、利用这些植物所得到的最终产品是乙醇,如木薯、甜菜、甘蔗等;甜菜、甘蔗等;PTP课件6 (3)(3)富含富含油脂油脂的能源植物。的能源植物。 既是人类食物的重要组成部分,也是工业用途非既是人类食物的重要组成部分,也是工业用途非常广泛的原料。常广泛的原料。 世界上富含油的植物达万种以上,我国有近千种世界上富含油的植物达万种以上,我国有近千种以上。以上。其中有的含油率很高,如木姜子种子含油率达其中有的含油率很高,如木姜子种子含油率达66.466.4,黄脉钓樟种子含油率高达,黄脉钓樟种子含油率高达67.267.2,还有,还有苍耳
5、子等植物。苍耳子等植物。PTP课件7 产油植物产油植物 已经发现不少可用于生产绿色能源的植物,主要已经发现不少可用于生产绿色能源的植物,主要集中在集中在大戟科、菊科、十字花科大戟科、菊科、十字花科和和豆科豆科等,这些等,这些植物中含有天然的燃油成分。植物中含有天然的燃油成分。 有的有的产油量产油量大,所产油在大,所产油在燃料性能燃料性能方面接近普通方面接近普通柴油,如油桐、小桐子、光皮树、油楠树等;柴油,如油桐、小桐子、光皮树、油楠树等;有的有的繁殖能力繁殖能力强,强,生长周期生长周期短,生长量大,对环短,生长量大,对环境的适应性强,如续随子、藿藿巴树、蒲公英、境的适应性强,如续随子、藿藿巴树
6、、蒲公英、油莎草等。这些都是有前途的产燃料油植物。油莎草等。这些都是有前途的产燃料油植物。PTP课件8小桐子小桐子 属大戟科麻风树属大戟科麻风树原产于热带美洲,我国现在海原产于热带美洲,我国现在海南、广东、广西、四川、贵州南、广东、广西、四川、贵州和云南有栽培种或野生种。和云南有栽培种或野生种。小桐子的种子含油率为小桐子的种子含油率为34%34%38%38%,种仁含油率达,种仁含油率达55%55%62%62%,常规方法榨油,种子出油率为常规方法榨油,种子出油率为25%25%左右,如果化学法提取,左右,如果化学法提取,出油率可达出油率可达30%30%以上。以上。小桐子油含有毒素,不能食用,小桐子
7、油含有毒素,不能食用,传统应用主要用于制皂、油漆传统应用主要用于制皂、油漆和硬化油等。和硬化油等。PTP课件9 为漆树科黄连木属落叶乔木。为漆树科黄连木属落叶乔木。原产于我国,分布很广,北自河北、原产于我国,分布很广,北自河北、山东,南至广东、广西,东到台湾,山东,南至广东、广西,东到台湾,西南至四川、云南,都有野生和栽西南至四川、云南,都有野生和栽培。培。黄连木在酸性、中性和微碱性土壤黄连木在酸性、中性和微碱性土壤上均能生长,在温带、亚热带和热上均能生长,在温带、亚热带和热带地区均能够正常生长,带地区均能够正常生长,抗病力强,是重要造林树种和观赏抗病力强,是重要造林树种和观赏树种,也是优良的
8、油料及用材树种。树种,也是优良的油料及用材树种。黄连木种子含油率为黄连木种子含油率为40%40%左右,脂左右,脂肪酸组成和菜子油非常相似,可做肪酸组成和菜子油非常相似,可做食用油,也是优良的生物柴油原料食用油,也是优良的生物柴油原料。黄连木黄连木PTP课件10光皮树光皮树 属山茱萸科楝木属落叶灌木或属山茱萸科楝木属落叶灌木或乔木,乔木,分布于长江流域至西南备地的分布于长江流域至西南备地的石灰岩区,黄河及以南流域也石灰岩区,黄河及以南流域也有分布。有分布。采用嫁接苗栽植采用嫁接苗栽植2 23 3年后可开年后可开花结果,盛果期花结果,盛果期5050年以上,寿年以上,寿命可达命可达200200年以上
9、。年以上。大树每年平均产干果大树每年平均产干果50 kg50 kg,多,多者可达者可达150 kg150 kg,果肉和核仁均,果肉和核仁均含油脂,干全果含油率为含油脂,干全果含油率为33%33%36%36%,油脂主要含,油脂主要含C16C16和和C18C18系脂系脂肪酸,其中亚油酸约占肪酸,其中亚油酸约占50%50%,可,可用于生物柴油生产。用于生物柴油生产。PTP课件11 属山茶科山茶属常绿灌木或小属山茶科山茶属常绿灌木或小乔木。乔木。是我国特有的山茶属多年生木是我国特有的山茶属多年生木本油料植物,分布区的北界在本油料植物,分布区的北界在淮河一秦岭一线,南界大致在淮河一秦岭一线,南界大致在北
10、回归线附近,东界为东南海北回归线附近,东界为东南海岸和台湾,西界是云南的怒江岸和台湾,西界是云南的怒江流域和青藏高原的东缘。流域和青藏高原的东缘。油茶子含油率油茶子含油率40%40%以上,茶子油以上,茶子油脂肪酸组成和橄榄油非常相似,脂肪酸组成和橄榄油非常相似,具有独特清香。具有独特清香。我国有许多油茶优良品种,产我国有许多油茶优良品种,产油量可达油量可达0.5 t/hm0.5 t/hm2 2,个别品种,个别品种达达0.7 t/hm0.7 t/hm2 2。油油 茶茶PTP课件12乌乌 桕桕 大戟科乌桕属落叶乔木。大戟科乌桕属落叶乔木。乌桕生于旷野、塘边或疏林中,乌桕生于旷野、塘边或疏林中,喜光
11、,不耐阴,喜温暖环境,喜光,不耐阴,喜温暖环境,不甚耐寒。不甚耐寒。主要分布于黄河以南各地,北主要分布于黄河以南各地,北达陕西、甘肃。达陕西、甘肃。种子外被之蜡质称为桕蜡,可种子外被之蜡质称为桕蜡,可提制皮油,供制高级香皂、蜡提制皮油,供制高级香皂、蜡纸种蜡烛等;纸种蜡烛等;种仁榨取的油称为桕油或青油,种仁榨取的油称为桕油或青油,供制油漆和油墨等用。供制油漆和油墨等用。是我国南方重要的工业油料村是我国南方重要的工业油料村种。种。PTP课件13 属棕榈科油棕属多年生单子叶植属棕榈科油棕属多年生单子叶植物。物。主要分布在主要分布在热带亚热带地区热带亚热带地区。油棕果含油量高达油棕果含油量高达50%
12、50%以上,一株以上,一株油棕每年可产油油棕每年可产油303040 kg40 kg,每公,每公顷产油可达顷产油可达150015003 000 kg3 000 kg,采,采用优良品种,小面积产油可高达用优良品种,小面积产油可高达9 9 000 kg/hm000 kg/hm2 2以上。以上。油棕被人们誉为油棕被人们誉为“世界油王世界油王”。单位面积产油量是椰子的单位面积产油量是椰子的2 23 3倍,倍,是花生产油量的是花生产油量的7 78 8倍。倍。油油 棕棕PTP课件14 能源植物研究现状:能源植物研究现状: 目前,大多数的能源植物尚处于野生或半野生状态。目前,大多数的能源植物尚处于野生或半野生
13、状态。人类正在研究应用遗传改良、人工栽培或先进的生物技人类正在研究应用遗传改良、人工栽培或先进的生物技术等手段,通过生物质能转换技术提高利用生物能源的术等手段,通过生物质能转换技术提高利用生物能源的效率,生产出各种清洁燃料,从而替代煤炭、石油和天效率,生产出各种清洁燃料,从而替代煤炭、石油和天然气等石化燃料。然气等石化燃料。 世界上许多国家都开始开展能源植物或世界上许多国家都开始开展能源植物或“石油植物石油植物”的的栽种研究,并通过引种栽培,建立起新的能源基地,如栽种研究,并通过引种栽培,建立起新的能源基地,如“石油植物园石油植物园”、“能源农场能源农场”,以此满足对能源结构,以此满足对能源结
14、构调整和生物质能源需求的需要。调整和生物质能源需求的需要。 PTP课件15(二)全球目前开发利用的主要能源植物名称名称形态形态原产地原产地产量产量成分成分使用使用苦配巴苦配巴乔木乔木亚马孙河流亚马孙河流域域50桶桶hm-2或或1020Lh-1柴油柴油不经加工提不经加工提炼炼香槐香槐乔木乔木欧洲、美国欧洲、美国50桶桶hm-2汽油汽油稍经处理稍经处理海桐花海桐花小乔木小乔木菲律宾菲律宾50 gkg-1汽油汽油加工加工木棉木棉乔木乔木澳大利亚澳大利亚0.1 kgkg-1重油重油干木加工干木加工麻疯树麻疯树乔木乔木中国中国1.53thm-2柴油柴油稍经处理稍经处理黄鼠草黄鼠草草本草本美国美国16 t
15、hm-2石油石油加工加工桉树桉树乔木乔木澳大利亚澳大利亚5 桶桶t-1汽油汽油水蒸气蒸馏水蒸气蒸馏棕榈棕榈乔木乔木热带雨林热带雨林10 thm-2可燃油可燃油提炼提炼PTP课件161.2植物油 概念概念 植物油:植物油:是指利用野生或人工种植的含油植物的果、叶、是指利用野生或人工种植的含油植物的果、叶、茎,经过压榨、提炼、萃取和精炼等处理得到的茎,经过压榨、提炼、萃取和精炼等处理得到的油料。油料。 根据油品组分不同,有些植物油可以作为食用油,根据油品组分不同,有些植物油可以作为食用油,但有些只能用和工业原料,甚至有些可以直接用但有些只能用和工业原料,甚至有些可以直接用作液体燃料。作液体燃料。P
16、TP课件17 植物油的理化性质植物油的理化性质 植物油的化学结构植物油的化学结构 因植物种类、生长地区的不同存在着一些差别。因植物种类、生长地区的不同存在着一些差别。从总体上看,植物油的主要化学成分是脂肪酸甘油酯以及从总体上看,植物油的主要化学成分是脂肪酸甘油酯以及少量非酯物质,含有碳原子、氢原子与氧原子。脂肪酸有少量非酯物质,含有碳原子、氢原子与氧原子。脂肪酸有饱和脂肪酸与不饱和脂肪酸。饱和脂肪酸与不饱和脂肪酸。普通柴油由不同结构的烃分子构成,这些分子只含碳原子普通柴油由不同结构的烃分子构成,这些分子只含碳原子和氢原子,分子呈长链状、枝状或环状。油分子的特性直和氢原子,分子呈长链状、枝状或环
17、状。油分子的特性直接影响燃烧的方式。接影响燃烧的方式。PTP课件18 植物油的燃料特性植物油的燃料特性 热值:热值:热值较高热值较高 ( (大于大于30MJ/ kg)30MJ/ kg),是柴油的,是柴油的87%87%89%89%,从热值上看植物油可以替代柴油作燃料;从热值上看植物油可以替代柴油作燃料; 粘度:粘度:在常温下,植物油的粘度一般比柴油高在常温下,植物油的粘度一般比柴油高10102020倍,这是植倍,这是植物油直接用作燃油的一个最不利因素。物油直接用作燃油的一个最不利因素。但可以增加温度使植物油粘度迅速降低,也可采取掺入柴但可以增加温度使植物油粘度迅速降低,也可采取掺入柴油的方式来降
18、低植物油粘度;油的方式来降低植物油粘度;PTP课件19 植物油的燃料特性植物油的燃料特性 挥发性:挥发性:柴油的闪点一般为柴油的闪点一般为6060左右,而植物油闪点高达左右,而植物油闪点高达234234293293,不易挥发,不易挥发,故其着火点比柴油高故其着火点比柴油高( (除桉树油外除桉树油外) ),易出现点火困难的现,易出现点火困难的现象,象,但运输、贮存更为安全。但运输、贮存更为安全。 抗爆性:抗爆性:柴油机要求十烷值在柴油机要求十烷值在40406060之间,之间,植物油十烷值一般为植物油十烷值一般为35354040,若柴油机直接使用植物油作燃料,则往往起动困难,运转若柴油机直接使用植
19、物油作燃料,则往往起动困难,运转粗暴。粗暴。PTP课件20 植物油用作柴油机燃料的燃烧特点植物油用作柴油机燃料的燃烧特点 柴油机可以直接燃用植物油,动力性能良好,超负荷性能柴油机可以直接燃用植物油,动力性能良好,超负荷性能好,热效率高。好,热效率高。 但植物油具有粘度大、着火点高、挥发性差、浊点和混浊但植物油具有粘度大、着火点高、挥发性差、浊点和混浊度高、含磷等不利因素。度高、含磷等不利因素。直接燃用植物油时,柴油机会出现活塞环粘结、输油管或直接燃用植物油时,柴油机会出现活塞环粘结、输油管或滤清器阻塞、冷起动难、雾化不良、燃烧不完全、耗油量滤清器阻塞、冷起动难、雾化不良、燃烧不完全、耗油量大等
20、现象,长期使用将造成积碳严重等问题。大等现象,长期使用将造成积碳严重等问题。PTP课件21 植物油用作柴油机燃料的使用方式植物油用作柴油机燃料的使用方式 混合使用。混合使用。将植物油与适量柴油混合使用,着火点迅速下降,积碳量将植物油与适量柴油混合使用,着火点迅速下降,积碳量减少,能改善燃料性能减少,能改善燃料性能但替代程度不高,最高只能替代但替代程度不高,最高只能替代50%50%。 微细乳化。微细乳化。采用乳化剂,使液体油脂有效地转化为均匀分散的液相系采用乳化剂,使液体油脂有效地转化为均匀分散的液相系统,油脂成为比胶状质更微细的液体粒子,从而改善喷雾统,油脂成为比胶状质更微细的液体粒子,从而改
21、善喷雾特性和发动机的点火性能。特性和发动机的点火性能。 改性处理。改性处理。用酯化工艺把植物油转变为甲酯或乙酯类物质,其理化性用酯化工艺把植物油转变为甲酯或乙酯类物质,其理化性质与燃烧性能大为改善。质与燃烧性能大为改善。各种性能均优于直接燃用植物油,接近柴油,部分指标还各种性能均优于直接燃用植物油,接近柴油,部分指标还优于柴油,成为较为理想的柴油机代用燃料。优于柴油,成为较为理想的柴油机代用燃料。PTP课件22第2节 生物柴油PTP课件232.1 生物柴油的概念与特点 生物柴油的概念生物柴油的概念 生物柴油是以各种油脂(包括植物油、动物油脂、废餐生物柴油是以各种油脂(包括植物油、动物油脂、废餐
22、饮油等)为原料,经过一系列加工处理而生产出的一种饮油等)为原料,经过一系列加工处理而生产出的一种液体燃料,是优质的化石燃料的替代品。液体燃料,是优质的化石燃料的替代品。CH2OOCCHCH2R1OOCR2OOCR3CH2CHCH2OHOHOH三甘酯甘油+3CH3OH+CH3OOCR1CH3OOCR3CH3OOCR2甲醇脂肪酸甲酯甲甲 醇:也可以用乙醇替代,但甲醇价廉醇:也可以用乙醇替代,但甲醇价廉生物柴油:主要由生物柴油:主要由C C1616-C-C1818脂肪酸甲酯脂肪酸甲酯组成组成PTP课件24 生物柴油的燃料特性生物柴油的燃料特性 黏度:黏度:与植物油相比,生物柴油分子链变短,黏度降与植
23、物油相比,生物柴油分子链变短,黏度降低,接近柴油水平;低,接近柴油水平; 挥发性:挥发性:生物柴油比植物油的挥发性增大,闪点达到生物柴油比植物油的挥发性增大,闪点达到110110170,170,介于植物油和柴油之间。介于植物油和柴油之间。PTP课件25 生物柴油的燃烧特性生物柴油的燃烧特性生物柴油用作内燃机燃料时,具有以下优点;生物柴油用作内燃机燃料时,具有以下优点; 不需改装便可应用于各类柴油机,且不会对内燃不需改装便可应用于各类柴油机,且不会对内燃机的运转与性能造成不良影响;机的运转与性能造成不良影响; 在所有的替代燃油中热值最高;在所有的替代燃油中热值最高; 燃料燃料汽油汽油柴油柴油天然
24、天然气气沼气沼气乙醇乙醇裂解裂解气气生物生物油油生物柴生物柴油油甲醇甲醇二甲醚二甲醚热值热值(MJ/kg)43.0742.5535.5421.5226.78152137.4520.2328.42PTP课件26 生物柴油的燃烧特性生物柴油的燃烧特性 闪点高,是柴油的闪点高,是柴油的2 2倍,使用、运输和储藏都很安全;倍,使用、运输和储藏都很安全; 常温下起动性能良好,运转平稳;常温下起动性能良好,运转平稳; 燃烧状况良好,积碳减少,热效率高,高负荷时还稍高燃烧状况良好,积碳减少,热效率高,高负荷时还稍高于柴油,略增加油量就可达到额定功率;于柴油,略增加油量就可达到额定功率; 发动机零部件磨损与柴
25、油类似,排热、排烟降低。发动机零部件磨损与柴油类似,排热、排烟降低。PTP课件272.2生物柴油生产原理 油脂的水解反应油脂的水解反应 油脂是各种脂肪酸甘油酯的总称。油脂是各种脂肪酸甘油酯的总称。水解可得脂肪酸和甘油,水解可得脂肪酸和甘油,水解可用酸或碱作水解剂。水解可用酸或碱作水解剂。PTP课件28 油脂水解影响因素油脂水解影响因素 油脂水解速度取决于油脂水解速度取决于温度温度。低温时,油脂水解速度极慢,要用催化剂来加速水解反应;低温时,油脂水解速度极慢,要用催化剂来加速水解反应;随着反应温度的升高,水解反应速度加快,在高温时随着反应温度的升高,水解反应速度加快,在高温时(200(200以上
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