含磷量 (mg/ kg)
—
ISO/ DIS 12937 : 1996 300
oder DIN 51777 - 1
—
20 DIN 51419
—
1 DIN EN ISO 2160
有待制定 IP 306
— 0. 5 DIN 51 558 - 1
— 0. 3 E DIN 51608
— 0. 8 — 0. 4 — 0. 4 E DIN 51609 — 0. 02 — 0. 25
为了达到降低黏度、促进燃烧的目的 , 使植物油用于 柴油发动机燃料 , 可用稀释、热分解、微乳化以及交酯化 等方法对植物油进行改性 , 其中以交酯化制造脂肪酸甲酯 的方法为首选 , 甲酯的使用性质和使用方法与石油柴油基 本相同 。
1 生物柴油的工作特性、规格化和质量标准
生物柴油工作特性如下 : ①十六烷值 (Cetane Number) 较高 , 在 50 以上 , 而 # 2 石油柴油为 42。 ②无毒性 , 可再 生且易生物降解 , 在 21d 内可降解约 98 % , 避免污染。 ③ 闪火点较高 , 为 118 ℃, 而石油柴油仅为 52 ℃, 安全性佳。
( ℃)
冬季产品 —
5. 0 DIN EN ISO 3104
— DIN EN ISO 22719
- 10 DIN EN 116
- 20
含硫量( %) 残碳量( %)
—
DIN EN 24260 oder DIN 0. 01
EN ISO 14596
— 0. 05 DIN EN ISO 10370
十六烷值 灰分( %)
植物油本身不宜直接作为替代燃料 , 因为油脂分子较 大 , 约为石油柴油的 4 倍 , 其黏度为柴油的 11～17 倍 , 以 致影响喷射效果 , 且与空气的混合效果不佳而造成燃烧不 完全。另外 , 植物油挥发性比石油柴油低 , 易使油脂黏在 喷油嘴或蓄积在发动机气缸内而影响其运转效率 。植物油 的氧化稳定性较低而易产生热聚合作用 , 使油嘴结焦、碳 化而影响燃烧 , 并降低润滑性 , 引起冷车不易起动和点火 迟延等 。
④尾气中不含硫氧化物 。使用低含硫量的石油柴油是世界 趋势 , 2005 年要求降至 50mg/ kg , 但低含硫量石油柴油的润 滑性也随之下降 , 须在其中添加润滑剂。生物柴油不含硫 但具有很好的润滑性 , 可作为添加剂加入石油柴油中使用。 ⑤与石油柴油相比 , 其尾气中烟雾减少 50 % , 微粒减少 30 % , 黑烟雾减少 80 % , 氧化硫减少 100 % , 一氧化碳减少 50 % , 醛类减少 30 % , 碳氢化合物减少 95 % , 多环芳烃减 少 90 %以上。⑥生物柴油的氧化氮 (NOX) 排放量稍偏高 , 但经适当调整发动机喷射时程或添加催化剂即可改善。 ⑦ 与石油柴油的混合性良好。 ⑧热值 32MJ/ L , 比 # 2 石油柴 油的 35MJ/ L 稍低 , 但其燃料消耗量和运转效率与石油柴油 类同。⑨不需修改柴油发动机 , 可直接添加使用 , 也无需 另添设加油、储存、保养设备 , 无需进行人员的特殊技术 训练。⑩脂肪酸甲酯含氧 11 % , 可促进燃烧点火效果 , 既 可作为添加剂促进燃烧效果 , 本身又为燃料 , 具有双重效 果。λϖ 生物柴油所产生的 CO2 经回归生态圈 , 供植物吸收 成长 , 并无 CO2 净值增加 , 形成密闭型的碳循环。
德国生物柴油标准中规定碘价为 115 以下 , 但大豆油 生物柴油不受此限 , 美国也有这方面的考虑 。但碘价低 者 , 十六烷值虽较高 , 耐寒性则较差 , 在冬季易冻结 。低
温流动性是生物柴油另一个重要考察指标 , 德国有冷滤温 度 (Cold filter plugging point) 指标 , 防止生物柴油在冬季 结晶 , 阻塞发动机过滤器而使发动机异常 , 北美洲用更严 格的低温流动试验 (Low Temperature Flow Test) 来测试低 温流动性 。
然而 , 销售数据表明 , 德国生物柴油的销售量并没有 随生产能力的提高而显著增加 。据统计 , 2002 年德国生 物柴油销售量为 55 万 t , 实际上只占石油柴油的 2 %左右 , 说明德国生物柴油行业的发展存在瓶颈 。
德国和奥地利采用 100 %生物柴油 , 主要使用在环保
● 58 《粮油加工与食品机械》2006 年第 1 期
在生物柴油的销售方面 , 欧盟成员国间存在一定的差 异和争论 , 有些国家将生物柴油以一定的比例添加到传统 石油柴油中进行销售 , 而德国和奥地利则提倡直接销售纯 的生物柴油 , 这种差异化和多样性的好处是 , 在欧盟生物 柴油已作为一种普通产品被大多消费者所熟悉 。2003 年 , 德国已有 1 700 多家加油站提供生物柴油 , 约占公共加油 站总数的 1/ 10 , 而奥地利超过 100 家 。对那些自助加油站 来说 , 生物柴油目前正成为与普通加油站竞争的一个重要 辅助产品 。统计表明 , 约 30 %的生物柴油通过公共加油 站渠道进行销售 , 70 %的生物柴油通过集团消费包括公共 游船 、公交车公司渠道进行销售 。
生物柴油必须符合柴油发动机对燃料特性的品质规格 要求 。提高生物柴油品质的关键是交酯化反应必须完全且 彻底去除产物甘油 , 否则杂质残留超标 , 发动机工作就会 不正常且排气成分不良。另外 , 生物柴油的氧化稳定性也 是确保生物柴油品质的关键之一 , 若甲酯被氧化 , 燃料性 质改变 , 油渣可能阻塞过滤器 , 富含不饱和脂肪酸的大豆 油或双低菜籽油合成的甲酯尤须注意这点 。
表 1 德国生物柴油标准的主要指标和检测方法
(根据 E DIN 51606)
性能指标
范围 最小值 最大值
检测方法
密度(15 ℃) (g/ mL)
0. 875 0. 900 DIN EN ISO 3675
运动黏度(40 ℃) (mm2/ s)
3. 5
闪点(闭口) ( ℃)
110
冷滤值 ( CFPP) 夏季产品 —
德国生物柴油产能在世界范围内处于领先地位 , 2003 年已建和在建的万吨级生物柴油工厂就有十七八家 , 其中 10 万 t/ 年的生物柴油工厂有七八家 , 全德国年生产能力 约为 110 万 t/ 年 。德 国 制 定 了 生 物 柴 油 的 质 量 标 准 E DIN51606 , 同时政府对生物柴油采取免税政策 。2003 年德 国颁布法规 , 准许自 2004 年起 , 无需标明即可在石油柴 油中最多加入 5 %的生物柴油 。
·油脂工程 · 粮油加工与食品机械 MACHINERY FOR CEREALS OIL AND FOOD PROCESSING
敏感的地区 , 诸如湖泊和河川的休闲游艇 、滑雪设施 、森 林区 、矿区 、灌溉设施以及野生公园等 , 以及政府公车 、 卡车 , 以保证空气清洁 。奥地利虽然年产只有近 5 万 t , 但奥地利的 Styria 是生物柴油的诞生地 , 闻名欧洲 。欧洲 的柴油税率较高 , 高额燃油税一般要占柴油零售价格的 50 % , 每吨平均为 400 美元 , 以意大利为最 , 因此欧洲多 国对生物柴油予以减 、免税的措施 , 而与石油柴油相同价 格销售 。意大利对使用生物柴油予以免税 , 从 1991 年起 在 19 个都市的公车使用生物柴油 , 但意大利的主要用途 在于空调设备方面 , 目前年生产能力 35 万 t 。
2 生物柴油在欧盟 、美国和中国的发展
211 欧盟 欧洲正在领导全球的生物柴油生产 。1994 年欧盟只
生产 22 万 t 菜籽油生物柴油 , 其中意大利 1215 万 t , 法国 5 万 t 、德国 015 万 t 。此后欧盟尤其是德国的生物柴油有 了显著的发展 , 1997 年全球的生物柴油生产量约为 70 万 t , 其中 58 万 t 由欧盟所生产 , 占 85 % ; 2003 年 , 欧盟八 国的生产能力已经达到 210 多万 t 。
49
— ISO/ DIS 5165 : 1996
oder DIN 51773
— 0. 03 DIN 51575
水分(mg/ kg)
杂质总含量(mg/ kg)
铜腐蚀性 (50 ℃下 3h) (腐蚀度)
氧化稳定性(诱导时间) (h)
酸值〔( KOH) / mg/ g〕
甲醇含量 ( %) 单甘酯含量 ( %) 二甘酯含量 ( %) 三甘酯含量 ( %) 游离甘油含量 ( %) 甘油总含量 ( %) 碘价 (g/ 100g)
— 115 DIN 53241 - 1
—
10 DIN 51440 - 1
碱含量 (Na + K) (mg/ kg)
Following DIN 51979 -
—
5 3 , completed with Potas2
sium
美国 ASTM 规定石油柴油十六烷值为 40 以上 , 通常 纯植物油的十六烷值均低于 40 , 但甲酯化后生物柴油的 十六烷值均比石油柴油高 , 规定为 44～45 。
欧洲成立了专门的生物柴油委员会 , 由其九成会员厂 组成 , 提供资金给欧盟以促进生物柴油规格标准化及有关
● 《粮油加工与食品机械》2006 年第 1 期 57
粮油加工与食品机械 MACHINERY FOR CEREALS OIL AND FOOD PROCESSING
中图分类号 : TS229 文献标识码 : A 文章编号 : 1009 - 1807 ( 2006) 01 - 0057 - 04
生物柴油在美国被定义为以动植物油脂为原料制造的 可再生能源 , 即脂肪酸甲酯 , 可作为石油柴油的替代燃料。 生物柴油的原料通常是各种植物油 , 如大豆油、玉米油、 葵花籽油、米糠油、棕榈油等 , 或废食用油 , 配合甲醇或 乙醇经交酯化反应而得 , 副产品为甘油。在美国 , 一般是 将大豆油与甲醇交酯化反应 , 甲醇与大豆油的摩尔比为 3∶ 1～6∶1 , 以油脂质量 1 %的氢氧化钠或甲醇钠为催化剂 , 在 63 ℃混合搅拌反应 2h ; 在欧洲采用菜籽油为原料。