年产20000吨生物柴油工厂的工艺设计毕业论文(编辑修改稿)

年产20000吨生物柴油工厂的工艺设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

生物柴油所具有的润滑特性可以减少发动机的磨损，从而延长发动机的使用寿命。 总之，生物柴油的这些优点使得它成为一种石化柴油的 良 好替代品，并且已经在很多国家使用，尤其是对环境比较重视的国家和地区。 3 生物柴油的基础知识 [5] 生物柴油最常用 的生产方法是采用酯交换反应。 所谓酯交换反应是指 甘油三酯与醇反应生成脂肪酸单酯（也称生物柴油）和甘油的一个反应 过程。 甘三酯作为油脂的主要组分，是由三个长链脂肪酸与一个甘油 分子 经酯化形成的。 当甘三酯与醇（如甲醇）反应时，三个脂肪酸链与甘油 骨架 断开，与醇结合生成脂肪酸烷基酯（如脂肪酸甲酯 或乙酯 ）， 并 生成副产 物 甘油。 甲醇因其成本比较低廉，所以比较常用。 通常情况下，使用大量的过量甲醇可以使反应平衡向正方向进行 ，但大量的甲醇在造成成本浪费之外，也带来环境污染。 制备 生物柴油 的 化学反应方程式如 图 11 所示： 图 11 酯交换反应方程式 这里 R1， R2 和 R 3 是碳氢长链，有时也被称为脂肪酸链。 表 11 生物柴油的物化性能 由表 11， 由各种植物油制备的生物柴油黏度与石油柴油接近，容积热值略低，燃料 密度（ 15℃ ）/gcm3 运动黏度（ 40℃ ）/mm2s 1 闪点 /℃ 灰分 /% 水 分/mgkg1 热值 /kJg 1 餐饮废油生物柴油 无 菜籽油生物柴油 无 大豆油生物柴油 无 乌桕 油生物柴油 无 ASTM 标准 100 0柴油（实测值） 60 痕量 4 但闪点较高。 因生物柴油的特性普遍类似于矿物柴油，故前者作为后者的替代燃料具有很强的竞争力。 生物柴油的质量标准 [6] 生物柴油的生产应该有标准，同时产品标准也是市场准入的一个重要条件，生物柴油的发展刺激着生物 柴油标准的建立。 除去经济、健康和环境方面的好处外，标准的建立增强了生物柴油使用者、发动机生产商和其他团体的信心，成为其商业化应用的一个里程碑。 1992 年奥地利制定了世界上第一个以菜籽油甲酯为基准的生物柴油标准。 生物柴油可以由不同的植物油制成，这些植物油种类不同，产地气候各异，甘三酯组成有较大差别，因而各国的标准存在着一些差异。 标准列于表 12。 德国推广生物柴油最早，也是最普及的国家，德国的生物柴油标准比美国标准更加严格和细致。 中国的生物柴油生产和使用才刚刚起步，到目前为止还没有生物柴油的国家标准和行业标准 ，少数企业根据国外标准制定了企业标准。 表 12 生物柴油样品的理化性质与各国生 物柴油标准对比 [7] 注 ：柴油： GB25220xx ASTMD 6751：美国生物柴油标准 （ 适用于脂肪酸甲酯） EN14214： 欧盟 生物柴油标准（ 适用于植物油甲酯） DINE51606： 德国 生物柴油标准（ 适用于脂肪酸甲酯） Journal official： 法国 生物柴油标准（ 适用于植物油甲酯） 理化性质 乌桕油 生物柴油 柴油 ASTMD 6751 EN 14214 DINE 51606 Journal official SS 155436 GB/T 20828 密度 （ 15℃ ） () 黏度 (40℃ )(mm2s1) 闪点 (℃ ) 131 68 130 120 110 100 100 130 凝固点 (℃ ) 20 10％碳残留 (%) 硫含量 (%) 水分 () 灰分 (%) 机械杂志 (%) 0 馏程 （ 360℃ ） 90% — 90% 90% 95% 90% 冷滤点 (℃ ) 0 ≤10 ≤5 十六烷值 51 42 47 51 49 49 48 49 酸值 (mg ) 5 SS155436：瑞典生物柴油标准（ 适用于植物油甲酯） GB/T20828：中国生物柴油标准（ 适用于植物油甲酯） 生物柴油的 品质性能 生物柴油的质量指标可以分成两类，第一类是密度、粘度、闪点、残碳量、灰分和十六烷值 （ CN） 等，石化柴油也有这些指标；另一类如甲醇含量、甘油酯、游离脂肪酸和含磷量等衡量生物柴油的杂质成分，与原料和工艺过程有关，石化柴油没有这些成分。 质量指标还可以按影响因素分类，一类主要受原料的影响如密度、十六烷值、含硫量和冷滤点，另一类则与生产方法和提纯步骤有关，如闪点受甲醇影响，粘度则与甘油酯含量有很大关系。 与常规柴油相比，生物柴油具有无法比拟的性能 ： （ 1） 具有优良的环保特性 ； （ 2） 具 有较好的低温发动机启动性能。 无添加剂冷滤点达 20℃ ； （ 3）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，使用寿命长 ； （ 4）具有较好的安全性能 ， 由于闪点高，生物柴油不属于危险品。 因此，在运输、储存、使用方面有着很好的安全性 ； （ 5）具有良好的燃料性能 ， 十六烷值高，使其燃烧性好于柴油，燃烧残留物呈微酸性使催化剂和发动机机油的使用寿命延长 ； （ 6）具有可再生性能 ， 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，供应量不会枯竭 ； （ 7） 具有经济性 ， 使用生物柴油的系统投资少，原用柴油的 引擎、加油设备、储存设备和保养设备无需改动 ； （ 8） 可调和性 ， 生物柴油可按一定的比例与化石柴油配合使用，可降低油耗，提高动力，降低尾气污染 ； （ 9） 可降解性 ， 生物柴油具有良好的生物降解性，在环境中容易被微生物分解利用。 生物柴油的优良性能使得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 Ⅱ 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 Ⅲ 号排放标准。 而且由于生物柴油燃烧时排放的 CO2 远低于该植物生长过程中所吸收的 CO2，从而改善由于 CO2 的排放而导致的全球变暖这一有害于人类的重大环境问题。 6 生物柴油的稳定性 生物柴油的稳定性包括在热和冷的环境下的稳定性，抵制氧化、聚合、微生物作用和抵制水分影响的能力。 它在存储过程中会受到空气、热、金属、过氧化物、光的影响。 生物柴油不稳定主要在于它含有的双键，双键不稳定，多个双键共轭还会有协同作用，使之更容易氧化降解。 金属与人造橡胶会影响生物柴油稳定性，加快生物柴油氧化产生过氧化物。 研究表明菜籽油甲酯和乙酯应存储在密闭不锈钢容器里，温度低于 30℃ ，加入抗氧化剂 TBHQ[8] 以提高抗氧化性能。 研究还发现甲酯比乙酯稍微稳定，较高温度时光照会略微加快氧化速度。 研究发现温度和容器对生物柴油的稳定性影响最大。 生物柴油中总是存在水分 (溶解的、乳化的、甚至存在于容器底部，微量 单甘 、甘二酯还能增强生物柴油的吸水能力 )，水解是生物柴油劣变的原因之一，残留的酸会使生物柴油酸败 ，水分还会促使锈生成。 水分还是微生物生长的一个必要条件，微生物存在于水相和柴油的界面处。 水分在 2柴油中的溶解度 为 60ppm(25℃ )，而在生物柴油中的溶解度高 1500ppm ，用处理石化柴油的方式处理生物柴油常会导致生物柴油水分含量较高，为微生物的生长提供场所，当与石化柴油混合时，高含量的水分还可能从 中析出 [9]。 原料路线 生物柴油的原料主要分为两类，一种是含油脂农作物，包括亚麻、大豆、橡胶籽、蓖麻、棉籽、油菜、麻风树、小油桐等；另一种就是餐厨废油，包括地沟油、植物油泥等。 生物柴油原料的选用根据各国的实际情况而有所区别。 据了解，欧洲在不适合种植粮食的土地上种植富油脂的农作物，用于生产生物柴油的原料主要为双低菜籽油（低硫甙、低芥酸）；美国 、巴西 选用了大豆和玉米；日本采用的是工业废油和废煎炸油；东南亚一些地区则是棕榈油。 利用酸化油、地沟油等廉价原料生产生物柴油是成本最少、还可以变废为宝的好办法，而 且炼出的柴油质量仍可达到国际上最为苛刻的生物柴油标准 [10]。 专家建议，应在利用现有原料进行生产的同时，积极和植物、农业和林业科研部门联合研究油料作物的育苗、优选、种植和合理套种。 同时，基因工程会是未来生物质能利用的一个重要研究方向。 在我国利用废弃动植物油、泔水油以及植物油下脚料加工生物柴油的研究不断有成果报导，利用菜籽油加工生物柴油的研究成果已经得到肯定，但因为原料数量有限、收集困难，使得采用废弃动植物油、泔水油以及植物油下脚料作为原料加工生物柴油无法大量生产。 菜籽油和大豆油虽然在我国有一定产量，但它们 是我国主要食用油品种之一。 而我国东南部极其丰富的天然资源之一就是乌桕油。 所以，本 7 项目利用精炼乌桕油加工生产生物柴油。 乌桕概述 乌桕，又称木梓，俗称油梓，是我国特有的木本油料植物，大悟县则是乌桕之乡 ，县内乌桕品种繁多，主要品种有葡萄桕、鸡爪桕、铜锤桕、猪油粑、灯笼罩等，分布面广，各乡镇均有。 现全县大约有新老乌桕树 400 余万株，年产桕籽 500 余万公斤，居全国县级之首。 所产桕籽，油脂丰富，皮、籽出油率总计达 50％以上。 在科技高度发展的今天，桕籽的用途更加广泛，是国防、化工、纺织、机械、医药等工业生产不 可缺少的原料。 日本专家称赞中国乌桕为 “绿色原子弹 ”。 乌桕油各项指标 乌桕油作为催化底物，它的种子含油量高达 45%，而且其含有的不饱和脂肪酸达到 90%(见表 13)。 因而，它非常适合制备生物柴油。 在中国，乌桕油籽每年的产量都很大，政府作出了决定以乌桕油为原料大规模发展生物柴油的发展战略。 表 13：乌桕油的组成和特点 乌桕油制备生物柴油的意义 [11] （ 1） 发展乌桕油为原料生产第二代生物柴油技术和生物化工 产品是落实中国工程院“可再生能源发展战略研究”重大咨询项目的具体举措，是发展生物质液体燃料的组成部分，符合国家中长期发展战略。 （ 2） 发展乌桕树种植，具有独特的优势。 作为生产生物柴油和生物化工产品的原料，有利于国家石油能源的替代，有利于科技支农和区域经济发展，对促进湖北省等革命老区脱贫致富，科技转化为生产力，实现农业资源产业化开发具有重要意义。 脂肪酸成分 数值（ %） 特征 数值 十二酸甲酯 (C12:0) 密度 (g/cm3) 十六酸甲酯 (C16:0) 皂化值 (mg KOH/g) 十八酸甲酯 (C18:0) 酸值 (mg KOH/g) 油酸甲酯 (C18:1) 总脂肪酸 (%) 亚油酸甲酯 (C18:2) 分子质量 亚麻酸酸甲酯 (C18:3) 碘值 (g/100g) 含水量 (%) 运动粘度 (25℃ ,) 过氧化值 (meq/kg) 8 （ 3） 生产不含氧的碳氢化合物作为第二代生物柴油是当前国际上新的发展趋势，而以乌桕油为原料又有其独特的优势。 我国生产第二代生物柴油和产品综合利用的技术，包括乌桕油 加氢制备生物柴油组分、水力空化反应生产第一代生物柴油和产品的深度梯级加工、部分高附加值产品开发、工艺技术已趋成熟，但必须保证原料的稳定供应和合理定价，乌桕树的育种，矮化、密植、高产、采收以及储存等技术需要进一步改进和提高。 （ 4） 发展乌桕油为原料生产第二代生物柴油和其他化工产业，包括精细化工产品，形成由农业种植到工业生产直到进入市场的产销链，应该依托已有科研单位和企业的支撑，也需要政府的政策扶持和多渠道的资金支持。 （ 5） 产业发展与市场开拓，包括考虑扩大乌桕树种植、乌桕油的生产、生物柴油及深度加工产品生 产，需要资金投入。 在油料、原油价格与国际价格接轨的前提下，原料价格与产品要有市场竞争力，需要有关各方共同努力应对，合理定价。 此项目具有良好的发展前景和吸引力。 （ 6） 要从先行工业试点示范、可持续发展和经济实效出发，把当前和长远发展结合起来考虑，逐步扩大乌桕树种植。 乌桕油和生物柴油的生产规模，并最终走向以全部生物质为原料生产生物柴油，包括生物质废弃和产品综合利用的全生物产业链和实现循环经济的理念。 乌桕油消费状况 近些年来，动物油脂消耗量在全球油脂中的比重大幅下降，植物油脂的消耗却以每年 34%的速度增长。 地域性的油脂消耗比例是向发达国家倾斜的，世界上75%人口聚集在亚洲和非洲地区，但占世界人口少数的欧洲和美洲却消耗掉 40%的油脂总量。 随着经济发展，发展中国家的油脂增长潜力要高于发达国家。 20xx 年，全球 乌桕 油消费量为 2400 万吨，自 1995 年以来， 以乌桕 油 制备生物柴油的 消费出现急剧增长，到了 20xx 年，全球 乌桕 油的消费量达到了 3300 多万吨，5 年的消费增幅达到 38%。 总体上，乌桕油的消费主要集中在亚洲国家，欧盟也提高了乌桕油进口量。 目前，乌桕油主要消费国有中国、印度、印度尼西亚、马来西亚，这 些国家占到消费总量的 60%。 近几年，我国乌桕油消费增幅最为明显， 20xx年我国国内乌桕油消费量刚刚超过 800 万吨 1。 乌桕油原料路线确定 乌桕油 容易分离精制， 以 乌桕油为原料的生物柴油因凝点为 10℃ ，不容易凝结。 原。