原创 生物能源油脂 生物能源油脂
2024年08月19日 15:47 安徽
生物柴油是一种清洁的可再生资源，有“绿色柴油”之称，经过两代技术的发展，其质量得到保障，性能优越，已经在欧美国家得到广泛推广和应用。目前我国生物柴油行业的产能利用率较低，2021年产量仅为150万吨，其中有120万吨出口欧盟国家。相对于欧盟和美国，我国生物柴油行业仍有较大发展空间。在“双碳”战略和石化石油新一轮周期价格上涨背景下，大力发展生物柴油具有紧迫性和现实性。
为应对气候变化和促进经济高质量发展，我国提出“双碳”战略，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。生物柴油凭借其环保、再生能力强、含氧量较高、燃烧充分等优良性能，越来越受到国内外政府和厂商的重视。在我国“双碳”战略积极推进和国际原油供求格局剧变等大背景下，深入研究生物柴油发展态势及趋势，采取措施大力发展生物柴油，具有较强的紧迫性和重大现实意义。
一、生物柴油技术及成熟程度
生物柴油是以大豆、油菜、棉花、棕榈等油料作物，野生油料植物和工程微藻等水生植物油脂以及动物油脂、餐饮垃圾油等为原料油，通过酯交换或热化学工艺制成的可代替石化柴油的再生性柴油燃料。生物柴油技术不是新兴技术，已有上百年历史，技术成熟稳定，产品质量有保证，性能优越，在欧美等发达国家已得到广泛应用和推广。
生物柴油最先由德国工程师Dr.Rudolf Diesel提出。他于1892年研制开发出一种新型压缩点火式内燃机，用煤油、花生油等作燃料。经过进一步研究，于1893 年提出生物柴油这一概念。1895年，他开始以动物或植物的油脂作为原料，通过醇类化合物进行酯化反应生产供内燃机使用的燃料。经过一系列理论研究与实践，1900年以花生油为燃料的发动机正式出现。
如今，生物柴油的生产技术已历经两代发展。第一代生物柴油是用天然油脂，包括植物油、动物油和微生物油脂等通过酯交换法生产的一类脂肪酸酯类化合物，一般为脂肪酸甲酯。根据反应特点，可分为酸或碱催化法、生物酶法和超临界法等，目前普遍采用的是酸或碱催化法。第一代生物柴油存在一定缺陷，如长期储存稳定性差；与发动机兼容性差，沸程窄，与石化柴油的体积混合比不能超过20%—30%；凝固点高，在温度低的地域无法使用等，这限制了它的使用前景。
为改进第一代生物柴油，人们将研究重点转移到改变油脂的羧基官能团分子结构上，使其脱除含氧基团，转变成相对应的烷烃，并通过异构化降低凝点，改善其流动性，逐渐形成了以催化加氢为主要技术的第二代生物柴油制备技术，包括加氢催化剂和异构化催化剂两种。
目前的加氢脱氧催化剂大多是以加氢脱硫催化剂为基础发展起来的。常见的催化剂活性组分为Mo、Ni、Co、W、Pt、Pb、Rh、Ir、Ru以及组合活性金属等，常见的催化剂载体为-Al2O3、分子筛、活性炭、SiO2、ZrO2、TiO2等。不同催化剂的加氢活性不同，反应选择性不同，原料适应性也不同。例如以菜籽油为原料，通过Al2O3负载的Ni、Mo、0.3NiMo（n(Ni):n(Mo) = 3:7），在固定床反应器上，用反应温度为260℃-280℃，氢气压力为3.5 MPa，质量空速（WHSV）为0.25-4.00h-1的条件下，实验结果表明，加氢脱氧的反应活性顺序为0.3NiMo/Al2O3 ＞ Mo/Al2O3 ＞ Ni/Al2O3。目前通过加氢脱氧催化的国内外代表性企业技术工艺如下表1所示。异构化催化剂主要是贵金属催化剂，比如Neste OiL公司采用SAPO-11-Al2O3、ZSM-22-Al2O3、ZSM-23-Al2O3 等分子筛负载Pt制得的催化剂；UOP公司与意大利Eni公司采用SAPO-11、SAPO-31、ZSM-12等分子筛负载Pt制得的催化剂；Topsoe公司采用酸性载体负载Ni-W制得的催化剂
第二代生物柴油生产技术现已发展成熟，大部分采用固定床加氢工艺，少数采用悬浮床加氢工艺。国外代表性商业化生产工艺有芬兰Neste Oil公司的NExBTL（Next generation biomass to liquid）工艺、UOP公司与埃尼公司的Ecofining工艺、巴西石油公司的H-BIO工艺和Topsoe 公司的 Haldor Topsoe工艺等；国内代表性商业化生产工艺有三聚环保公司的MCT-B工艺、扬州建元公司的FHDO工艺、易高生物科技公司的双重脱氧工艺以及青岛能源所和常佑生物能源公司的ZKBH工艺等。第二代生物柴油结构和性能更接近石化柴油，以废弃油脂为原料，利用悬浮床加氢技术，通过加氢脱氧、裂化和异构化等处理得到的先进生物燃料，可以实现更高的碳减排目标、获得更优异的油品品质。
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