生物柴油工藝技術(shù)

前言

隨著石化能源的日益枯竭和燃燒所帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題，國(guó)家迫切需要發(fā)展多元化能源體系，特別是可再生能源的開(kāi)發(fā)與利用。生物柴油是以動(dòng)植物油脂、廢棄油脂和微生物油脂等為原料制備而成的生物能源，具有可再生、閃點(diǎn)高、環(huán)境友好、使用和運(yùn)輸安全等特點(diǎn)，被公認(rèn)為是石化柴油的優(yōu)良替代品。因此，開(kāi)發(fā)生物柴油對(duì)推動(dòng)我國(guó)柴油替代能源和經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展均具有重要的戰(zhàn)略意義。目前，制備生物柴油的工藝方法主要是轉(zhuǎn)酯方法，包括化學(xué)法轉(zhuǎn)酯、生物酶法轉(zhuǎn)酯和超臨界醇法轉(zhuǎn)酯。不同轉(zhuǎn)酯工藝技術(shù)制備生物柴油都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。根據(jù)我國(guó)國(guó)情，發(fā)展生物柴油產(chǎn)業(yè)必須遵循“不與民爭(zhēng)糧、不與糧爭(zhēng)地”的原則。以非食用油脂為原料開(kāi)發(fā)生物柴油技術(shù)，以及生物柴油及其副產(chǎn)物甘油高值化技術(shù)是今后發(fā)展生物柴油產(chǎn)業(yè)的主流方向。編寫(xiě)此書(shū)的目的在于拋磚引玉，一方面全面闡述生物柴油制備的各種工藝技術(shù)中的應(yīng)用基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題，探討更加有效的現(xiàn)代研究方法與技術(shù)；另一方面，針對(duì)如何提高生物柴油產(chǎn)業(yè)的綜合經(jīng)濟(jì)效益，探索生物柴油及其副產(chǎn)物甘油的高值化技術(shù)。本書(shū)編寫(xiě)人員都是長(zhǎng)期從事生物柴油的科研與教學(xué)工作,活躍在科研第一線的高校教師，根據(jù)編寫(xiě)人員自身的科研經(jīng)歷，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)和收集大量資料，并參考了作者多年來(lái)的講稿，進(jìn)行初步總結(jié)，共同編寫(xiě)而成的。參加編寫(xiě)的有華中科技大學(xué)劉云副教授（第1、4、6章），北京化工大學(xué)鄧?yán)苯淌冢ǖ?、7章），武漢工程大學(xué)陳文副教授（第2、5、6章），四川大學(xué)張文學(xué)教授、俞凌云博士（第3章），中國(guó)林業(yè)科學(xué)院林產(chǎn)化工研究所聶小安研究員（第8章），武漢工業(yè)大學(xué)李琴博士（第7章）。最后由劉云副教授做了相關(guān)的增刪和改動(dòng)。在組稿過(guò)程中，研究生申旭光、劉濤、朱振南、彭程、陳大偉等同學(xué)也參與了書(shū)稿文字校對(duì)工作。本書(shū)編寫(xiě)獲得了國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃《生物柴油生產(chǎn)用綠色合成催化材料技術(shù)》(項(xiàng)目編號(hào)2009AA03Z232)、國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目《洋蔥伯克霍爾德菌G63交聯(lián)酶聚集體在非水相介質(zhì)中的構(gòu)效關(guān)系研究》(項(xiàng)目編號(hào)31070709)、教育部博士點(diǎn)(新教師)基金《新型非水相介質(zhì)中Pseudomonas cepacia G63固定化脂肪酶構(gòu)效關(guān)系研究》(項(xiàng)目編號(hào)20090142120090)、湖北省自然科學(xué)基金《新型反應(yīng)體系高效復(fù)合酶法制備生物柴油的研究》(項(xiàng)目編號(hào)2008CDB359)和國(guó)家支撐計(jì)劃項(xiàng)目子課題《生物質(zhì)液體燃料資源植物烏桕品種選育和豐產(chǎn)栽培技術(shù)示范》(項(xiàng)目編號(hào)NC2010MB0142)資助。在此謹(jǐn)向上述所有參與編寫(xiě)的人員和資助單位致以最衷心的感謝！由于作者知識(shí)和水平有限，以及時(shí)間限制，本書(shū)的一些觀點(diǎn)和見(jiàn)解僅供參考，若有不妥之處，敬請(qǐng)讀者批評(píng)指正。劉云2011年6月于喻家山

內(nèi)容概要

劉云主編的《生物柴油工藝技術(shù)》從生物柴油的制備工藝技術(shù)入手，對(duì)生物柴油的發(fā)展現(xiàn)狀、原料來(lái)源、化學(xué)法制備生物柴油、生物酶法制備生物柴油、超臨界法制備生物柴油、生物柴油工藝設(shè)計(jì)與實(shí)例、生物柴油及其副產(chǎn)物甘油的高值化技術(shù)、生物柴油產(chǎn)業(yè)效益分析等內(nèi)容進(jìn)行了系統(tǒng)闡述。
《生物柴油工藝技術(shù)》既可作為能源化工專(zhuān)業(yè)的教師和學(xué)生用書(shū)，也可作為可再生能源研究領(lǐng)域科技人員的參考書(shū)，還可供相關(guān)企業(yè)的生產(chǎn)管理人員和技術(shù)人員借鑒。

書(shū)籍目錄

第1章  概論
  1.1  生物柴油的基本特性
    1.1.1  生物柴油定義
    1.1.2  生物柴油的分子結(jié)構(gòu)
    1.1.3  生物柴油的比較優(yōu)勢(shì)
  1.2  生物柴油的制備方法
    1.2.1  直接混合法
    1.2.2  微乳液法
    1.2.3  高溫?zé)崃呀夥?br />    1.2.4  酯交換法
  1.3  生物柴油的品質(zhì)控制和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)
    1.3.1  生物柴油品質(zhì)控制
    1.3.2  生物柴油的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)
  1.4  生物柴油產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀與未來(lái)趨勢(shì)
    1.4.1  國(guó)外生物柴油產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀
    1.4.2  國(guó)外生物柴油產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)
    1.4.3  國(guó)內(nèi)生物柴油產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀
    1.4.4  國(guó)內(nèi)生物柴油產(chǎn)業(yè)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)
  參考文獻(xiàn)
第2章  生物柴油生產(chǎn)的原料來(lái)源
  2.1  油料作物
    2.1.1  菜籽油
    2.1.2  棉籽油
    2.1.3  大豆油
  2.2  木本油料
    2.2.1  棕櫚油
    2.2.2  黃連木
    2.2.3  麻風(fēng)樹(shù)
    2.2.4  光皮樹(shù)
    2.2.5  文冠果
    2.2.6  油茶
    2.2.7  生物柴油能源植物原料選擇原則
  2.3  動(dòng)物油脂
    2.3.1  牛羊油
    2.3.2  豬油
  2.4  微生物油脂與工程微藻
    2.4.1  微生物油脂
    2.4.2  工程微藻
  2.5  廢棄油脂
  2.6  油脂的理化性質(zhì)影響生物柴油品質(zhì)
  2.7  油脂的制取與加工
    2.7.1  油料預(yù)處理
    2.7.2  油脂的提取
    2.7.3  油脂的精煉
  2.8  高蓄能原料的開(kāi)發(fā)
  參考文獻(xiàn)
第3章  化學(xué)法制備生物柴油工藝技術(shù)
  3.1  化學(xué)法制備生物柴油的技術(shù)原理
    3.1.1  酯化反應(yīng)
    3.1.2  酯交換反應(yīng)
    3.1.3  高溫?zé)崃呀夥磻?yīng)
  3.2  化學(xué)法制備生物柴油的技術(shù)方法
    3.2.1  均相催化酯交換法
    3.2.2  非均相酸或堿催化酯交換法
    3.2.3  超臨界酯交換法
    3.2.4  高溫?zé)崃呀夥?br />  3.3  化學(xué)法制備生物柴油的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)
    3.3.1  酯化反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)研究
    3.3.2  催化酯交換的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)
    3.3.3  超臨界酯交換反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)
  3.4  化學(xué)法制備生物柴油的優(yōu)勢(shì)與不足
    3.4.1  均相催化酯交換法制備生物柴油的優(yōu)勢(shì)與不足
    3.4.2  多相酸堿催化酯交換法制備生物柴油的優(yōu)勢(shì)與不足
    3.4.3  超臨界法制備生物柴油的優(yōu)勢(shì)與不足
    3.4.4  高溫?zé)崃呀夥ㄖ苽渖锊裼蛢?yōu)勢(shì)與不足
    3.4.5  化學(xué)法制備生物柴油各類(lèi)方法的比較
  3.5  化學(xué)法制備生物柴油的發(fā)展趨勢(shì)
    3.5.1  綠色化學(xué)
    3.5.2  化學(xué)法制備生物柴油的研究方向
    3.5.3  化學(xué)法制備生物柴油的發(fā)展趨勢(shì)
    3.5.4  化學(xué)法制備生物柴油的方案設(shè)計(jì)及對(duì)策
  參考文獻(xiàn)
第4章  生物酶法制備生物柴油工藝技術(shù)
  4.1  脂肪酶的來(lái)源及表達(dá)生產(chǎn)
    4.1.1  脂肪酶的來(lái)源
    4.1.2  脂肪酶的高密度發(fā)酵生產(chǎn)
  4.2  脂肪酶的使用形式
    4.2.1  游離脂肪酶
    4.2.2  脂肪酶的固定化
    4.2.3  固定化脂肪酶的界面激活
  4.3  脂肪酶催化生產(chǎn)生物柴油機(jī)理及比較優(yōu)勢(shì)
    4.3.1  脂肪酶催化生產(chǎn)生物柴油機(jī)理
    4.3.2  酶法制備生物柴油的比較優(yōu)勢(shì)
  4.4  提高生物酶轉(zhuǎn)酯效率的策略
    4.4.1  脂肪酶的選擇
    4.4.2  反應(yīng)過(guò)程的調(diào)控
    4.4.3  底物和產(chǎn)物對(duì)酶毒性的降低
    4.4.4  反應(yīng)器的選擇
  4.5  酶法制備生物柴油的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)
  4.6  酶法制備生物柴油的分子機(jī)制
  4.7  酶法制備生物柴油的發(fā)展方向
  參考文獻(xiàn)
第5章  超臨界法制備生物柴油工藝技術(shù)
  5.1  超臨界流體技術(shù)
    5.1.1  超臨界流體技術(shù)在食品和醫(yī)藥工業(yè)中的應(yīng)用
    5.1.2  超臨界流體技術(shù)在化學(xué)工業(yè)中的應(yīng)用
    5.1.3  超臨界流體技術(shù)在材料工業(yè)中的應(yīng)用
  5.2  亞/超臨界甲醇物理學(xué)和熱力學(xué)性質(zhì)參數(shù)
    5.2.1  亞/超臨界甲醇密度
    5.2.2  超臨界甲醇的黏度
    5.2.3  超臨界甲醇的恒壓比熱容
    5.2.4  超臨界甲醇的熱導(dǎo)率
  5.3  甲醇預(yù)熱管管長(zhǎng)的設(shè)計(jì)
    5.3.1  壓縮甲醇熱物理性質(zhì)數(shù)據(jù)的計(jì)算
    5.3.2  預(yù)熱管熱負(fù)荷的計(jì)算
    5.3.3  預(yù)熱管內(nèi)壓縮甲醇流動(dòng)雷諾數(shù)的變化
    5.3.4  預(yù)熱管中壓縮甲醇普朗特?cái)?shù)的變化
    5.3.5  預(yù)熱管中壓縮甲醇的對(duì)流傳熱膜系數(shù)的變化
    5.3.6  預(yù)熱管平均總傳熱系數(shù)的計(jì)算
    5.3.7  預(yù)熱管管長(zhǎng)的計(jì)算及其影響因素
  5.4  連續(xù)超臨界法制備生物柴油的工藝技術(shù)
    5.4.1  連續(xù)超臨界法的反應(yīng)裝置
    5.4.2  連續(xù)化超臨界甲醇制備生物柴油穩(wěn)定性探討
    5.4.3  影響油脂轉(zhuǎn)化率的因素
    5.4.4  弱酸催化對(duì)亞/超臨界法的影響
  5.5  甲醇循環(huán)利用的模擬與實(shí)驗(yàn)研究
    5.5.1  甲醇閃蒸循環(huán)工藝模擬計(jì)算
    5.5.2  甲醇閃蒸循環(huán)實(shí)驗(yàn)研究
    5.5.3  實(shí)驗(yàn)研究與模擬計(jì)算的對(duì)比分析
  參考文獻(xiàn)
第6章  生物柴油生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)與實(shí)例
  6.1  間歇法生物柴油生產(chǎn)工藝
    6.1.1  間歇均相催化工藝
    6.1.2  間歇非均相催化工藝
  6.2  連續(xù)法生物柴油生產(chǎn)工藝
    6.2.1  連續(xù)均相催化工藝
    6.2.2  連續(xù)非均相催化工藝
  6.3  生物法生物柴油生產(chǎn)工藝
  6.4  新型生物柴油制備技術(shù)與工藝
    6.4.1  超臨界制備技術(shù)與工藝
    6.4.2  超聲波制備技術(shù)與工藝
    6.4.3  離子液體制備技術(shù)與工藝
    6.4.4  振蕩反應(yīng)技術(shù)與工藝
    6.4.5  微波反應(yīng)技術(shù)
    6.4.6  反應(yīng)精餾耦合技術(shù)
    6.4.7  反應(yīng)膜分離耦合
    6.4.8  鼓泡床反應(yīng)技術(shù)
  6.5  生物柴油的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)
  參考文獻(xiàn)
第7章  生物柴油及副產(chǎn)物甘油的高值化技術(shù)
  7.1  概述
  7.2  生物柴油的高值化技術(shù)
    7.2.1  從生物柴油原料出發(fā)的生物煉制
    7.2.2  生物柴油產(chǎn)品品質(zhì)改良
    7.2.3  生物柴油（脂肪酸甲酯）加工衍生產(chǎn)品
  7.3  甘油的化學(xué)結(jié)構(gòu)與特性
  7.4  甘油的精制技術(shù)
    7.4.1  離子交換法
    7.4.2  減壓蒸餾法
    7.4.3  分子蒸餾法
    7.4.4  離子交換?管道薄層蒸發(fā)法
  7.5  甘油生產(chǎn)環(huán)氧氯丙烷
    7.5.1  化學(xué)法制備環(huán)氧氯丙烷
    7.5.2  生物合成法制備環(huán)氧氯丙烷
  7.6  甘油生產(chǎn)1，3-丙二醇
  7.7  甘油生產(chǎn)乙二醇
  7.8  甘油生產(chǎn)2，3-丁二醇
  7.9  甘油生產(chǎn)其他精細(xì)化學(xué)品
  參考文獻(xiàn)
第8章  生物柴油產(chǎn)業(yè)效益分析
  8.1  生物柴油專(zhuān)利及產(chǎn)業(yè)化狀況
    8.1.1  我國(guó)生物柴油產(chǎn)業(yè)存在的主要問(wèn)題
    8.1.2  我國(guó)生物柴油產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀
    8.1.3  國(guó)外生物柴油生產(chǎn)狀況
  8.2  生物柴油產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益分析
    8.2.1  生物柴油市場(chǎng)需求分析
    8.2.2  生物柴油原料價(jià)格影響因素分析
    8.2.3  生物柴油國(guó)家政策出臺(tái)及其變化
    8.2.4  生物柴油與化工產(chǎn)品綜合利用技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析
  8.3  生物柴油產(chǎn)業(yè)社會(huì)效益分析
    8.3.1  緩解能源壓力，增強(qiáng)國(guó)家石油安全
    8.3.2  調(diào)整農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)，促進(jìn)油料林業(yè)發(fā)展
    8.3.3  轉(zhuǎn)化餐飲廢油，保障人民身體健康
    8.3.4  增加農(nóng)民收入，開(kāi)辟鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)財(cái)源
    8.3.5  促進(jìn)西部開(kāi)發(fā)，增加更多就業(yè)機(jī)會(huì)
  8.4  生物柴油產(chǎn)業(yè)環(huán)境評(píng)估
    8.4.1  生物柴油的生產(chǎn)過(guò)程環(huán)保性分析
    8.4.2  生產(chǎn)過(guò)程污染物分析
    8.4.3  無(wú)組織排放的廢氣
    8.4.4  有組織排放的廢氣
    8.4.5  廢水排放
    8.4.6  固體廢物排放
    8.4.7  噪聲
    8.4.8  污染防治措施
    8.4.9  生物柴油燃燒過(guò)程環(huán)境評(píng)價(jià)
  8.5  適合于中國(guó)國(guó)情的生物柴油產(chǎn)業(yè)的發(fā)展構(gòu)思
    8.5.1  以廢棄油脂為原料，開(kāi)發(fā)生物柴油與化工產(chǎn)品綜合利用技術(shù)
    8.5.2  發(fā)展生物柴油木本油料原料基地,建立原料資源保障供給體系
    8.5.3  建立有效的商業(yè)模型
    8.5.4  建立可行的產(chǎn)業(yè)實(shí)體的資本化運(yùn)作與資金籌措方法
    8.5.5  建立可持續(xù)的稅收補(bǔ)貼優(yōu)惠政策法規(guī)
  參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁(yè)：插圖：生物柴油生產(chǎn)的原料來(lái)源在生物柴油生產(chǎn)過(guò)程中，原料成本占總成本的709／6左右，是決定生物柴油價(jià)格的主要因素，已成為生物柴油生產(chǎn)企業(yè)的利潤(rùn)制約點(diǎn)。目前，生物柴油的原料來(lái)源主要是天然的動(dòng)、植物油脂。天然油脂的分子結(jié)構(gòu)大部分都是含雙鍵或不含雙鍵的直鏈脂肪酸甘油三酯，碳鏈長(zhǎng)度在12～26個(gè)碳，一般為偶數(shù)碳鏈。不同國(guó)家和地區(qū)采用的原料也不同，美國(guó)主要利用高產(chǎn)轉(zhuǎn)基因大豆，發(fā)展以大豆油為原料生產(chǎn)生物柴油；東南亞地區(qū)適合種植油棕，當(dāng)?shù)馗鲊?guó)利用棕櫚油作為生物柴油生產(chǎn)原料；日本主要采用餐飲廢油來(lái)生產(chǎn)生物柴油；巴西以蓖麻油，南非以葵花子油為主要原料生產(chǎn)生物柴油。國(guó)內(nèi)生物柴油的生產(chǎn)處于起步發(fā)展階段，不同地區(qū)原料變化較大，菜籽油、棉籽油、大豆油、椰子油、麻風(fēng)果油、葵花子油等均可作為生物柴油的原料。但我國(guó)油脂產(chǎn)量尚不能滿足食用油市場(chǎng)需求，每年從國(guó)外進(jìn)口的比例相當(dāng)大。因此我國(guó)不宜將食用油脂用于大規(guī)模生產(chǎn)生物柴油。根據(jù)我國(guó)國(guó)情，未來(lái)發(fā)展能源植物，遵循“不與人爭(zhēng)糧、不與糧爭(zhēng)地、協(xié)調(diào)發(fā)展”的原則。因此篩選、評(píng)價(jià)出適合我國(guó)國(guó)情及不同生態(tài)區(qū)域發(fā)展的能源植物物種，并對(duì)適合發(fā)展生物柴油的原料資源進(jìn)行合理開(kāi)發(fā)和利用，是推動(dòng)我國(guó)生物柴油產(chǎn)業(yè)發(fā)展所必須解決的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和重要課題。目前，注意力更多地集中在野生植物油，如麻風(fēng)果油、烏桕油、黃連木果油等和一些不能食用的副產(chǎn)油料上，如花椒油、煙籽油、蓖麻油、棉籽油等。生物柴油的生產(chǎn)原料大致可分為以下幾類(lèi)。①植物油脂：油料作物，如油菜、棉花、大豆、芝麻等；木本油料，如烏桕樹(shù)、蓖麻、棕櫚樹(shù)、椰子樹(shù)、油桐樹(shù)、亞麻樹(shù)、野蘇樹(shù)、桉樹(shù)、油樹(shù)、麻風(fēng)樹(shù)、光皮樹(shù)等含油質(zhì)植物。②動(dòng)物油脂：如豬、牛、羊等加工的各種油脂。③微生物油脂與工程微藻。④廢棄油脂：如餐館的地溝油，各種油脂加工廠的下腳料、酸化油、廢機(jī)油、廢汽油、廢柴油等回收利用，廢塑料、廢橡膠提煉的柴油。原料種類(lèi)對(duì)生物柴油質(zhì)量有一定的影響，油脂中所含脂肪酸碳鏈的長(zhǎng)短、不飽和鍵的多少直接影響生物柴油的閃點(diǎn)、十六烷值、凝點(diǎn)等性質(zhì)。不同產(chǎn)地、不同品種的油脂化學(xué)成分有較大的差別。植物油一般含有大量的不飽和脂肪酸，這些不飽和脂肪酸容易被空氣氧化，會(huì)給生物柴油帶來(lái)穩(wěn)定性問(wèn)題。

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劉云主編的《生物柴油工藝技術(shù)》首先對(duì)生物柴油進(jìn)行了概述，包括特性、制備方法、品質(zhì)、發(fā)展與趨勢(shì)等；在初步了解生物柴油后，即直接深入到生物柴油生產(chǎn)企業(yè)的利潤(rùn)制約點(diǎn)——原料，介紹了多種典型油料品種的獨(dú)特加工處理?xiàng)l件和過(guò)程，提出改進(jìn)現(xiàn)有工藝過(guò)程，尋求廉價(jià)易得原料資源等建議；接著，對(duì)化學(xué)法、生物酶法、超臨界法制備生物柴油的工藝技術(shù)細(xì)致地分三個(gè)章節(jié)闡述，有助于讀者在比較中更深入了解生物柴油工藝技術(shù)，之后提出各種工藝亟待解決的問(wèn)題和優(yōu)化策略，有助于讀者快速上手，找到突破口；然后，介紹了決定生物柴油產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)成本的生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)，提出生產(chǎn)工藝的“連續(xù)化與規(guī)模化”、生產(chǎn)裝置的“大型化與高效化”、多種技術(shù)的“耦合與集成化”等獨(dú)到見(jiàn)解；還結(jié)合大量國(guó)內(nèi)外實(shí)例，提到生物柴油高值化的問(wèn)題；最后，在對(duì)整個(gè)生物柴油產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益、環(huán)境影響做出全面透徹分析判斷后，提出了適合中國(guó)國(guó)情的生物柴油產(chǎn)業(yè)的發(fā)展構(gòu)思。

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