车用生物柴油的应用现状与展望

摘要介绍了生物柴油在国内外的应用和发展现状,对其理化特性的分析表明生物柴油的性质和普通柴油非常相似,不仅可以直接应用到柴油机上,而且具有一定的优势。国内外研究表明,使用生物柴油的动力性能与普通石化柴油相近,并具有良好的排放性能。最后探讨了生物柴油在我国目前发展过程中遇到的关键问题和前景展望。

关键词生物柴油;应用现状;特性;前景

中图分类号TQ517.2文献标识码A文章编号 1007-5739(2010)09-0263-02

汽车保有量在我国日益增加,汽油、柴油的消耗量也呈大幅上升趋势,而国内石油产量增长缓慢,已经远远不能满足国内的需求。我国目前已经是石油进口大国,石油的供应不足已成为我国国民经济发展的重要障碍。发展代用燃料,对我国来说不仅是必需的,而且也是十分迫切的。柴油机因其具有较好的经济性、动力性及耐久性等特点,在汽车保有量中所占的比例与日俱增,据专家预测,2010年世界柴油需求量将从38%增加到45%[1],柴油的供应量将出现严重不足。

生物柴油就是以生物质资源作为原料为基础加工而成的一种柴油(液体燃料),具体地说,它利用植物油脂如蓖麻油、菜籽油、大豆油、花生油、玉米油、棉籽油等;动物油脂如鱼油、猪油、牛油、羊油等;或者是上述油脂精炼后的下脚料——皂脚或称油渣、油泥;汽车修理厂的废机油、脏柴油等;或者是城市潲水油(地沟油);或者是各种油炸食品后的废油和各种其他废油在进行改性处理后,与有关化工原料复合而成。其颜色与柴油一样清亮透明。生物柴油含碳量18-22,与柴油(16-18)基本一致,在酯化后,分子量大约280,与柴油220接近,根据相似相溶的原理,它与柴油相溶性极佳,而且能够与国标柴油一样混合或者单独用于汽车及机械。生物柴油可用作锅炉、涡轮机、柴油机等的燃料,工业上应用的主要是脂肪酸甲酯。生物柴油因其良好的环保性能与使用性能,逐渐成为石化柴油的一种高品质的代用燃料。大力发展生物柴油对经济可持续发展,推进能源替代从而缓解对传统石油能源的依赖,以及对减轻环境压力,控制城市大气污染具有特别重要的战略意义。

1生物柴油在世界各国的应用现状

目前生物柴油技术发展最为成熟的是美国与欧盟国家,世界各国的应用现状见表1。

美国从20世纪90年代初投入商业性使用,是最早研究应用生物柴油的国家,目前已真正形成规模,生物柴油已成为其产量增长最快的代用燃油。2006年美国生物柴油年产量在130万t以上,预计到2016年达到330万t。美国还明确提出,到2020年,生物燃油要占交通燃油总比例的20%。

欧盟是全世界生物柴油发展最快的地区,2004年生产能力达225万t,2008年欧盟27国生物柴油产能增至1 240万t,规划2010年产量占柴油市场份额的5.75%,并计划在2020年将这一比例提高到20%。

巴西不仅燃料乙醇的推广应用最为成功,同时也是最早掌握生物柴油技术的国家之一,目前生物柴油正在推广试验中,主要生产原料为蓖麻油。

亚洲各国也在积极发展发生物柴油,日本也是较早研究生物柴油技术的国家,2005年生物柴油使用达到当年柴油总消耗量的1%。此外,泰国、菲律宾、韩国、新加坡等亚洲各国也在积极发展生物柴油的项目。

中国生物柴油的研究开发起步相对较晚,但已引起了政府和众多相关企业与科研单位的重视。“十五发展纲要”已明确提出发展各种石油替代品,并将发展生物液体燃料确定为新兴产业发展方向。2006年1月1日正式实施的《中华人民共和国可再生能源法》鼓励发展以能源作物为主要原料的生物质液体燃料,到2020年达到年替代石油1 000万t的能力。近年来,国内一些研究单位已先后研制成功利用菜籽油、大豆油、米糠及野生植物小桐籽油、黄连木籽油等原料生产生物柴油的工艺。海南正和生物能源公司、四川古杉油脂化工公司和福建卓越新能源发展公司都已开发出拥有自主知识产权的技术,相继建成了规模超过1万t的生产厂。

2生物柴油的理化特性

评价一种物质是否可以作为柴油的替代燃料,应当看其是否具有同矿物柴油相近或者更优异的性质。笔者选择2种生物柴油作为研究对象,对生物柴油和普通石化柴油进行了理化特性对比(表2)。

根据对比与分析,可以归纳出生物柴油具有以下主要优点[2-3]。一是生物柴油较高的十六烷值,对改善发动机的冷启动性,降低燃烧噪声,延长发动机寿命起相当重要的作用。同时较低的冷凝点使其具有更好的低温启动性。二是生物柴油中的含氧量高,芳香族化合物和硫含量较低,具有良好的燃烧性和排放环保性。三是生物柴油闪点高,易于存储、运输和使用,具有良好的安全性。四是生物柴油较低的含硫量与酸值,使其对柴油机的腐蚀性低。五是生物柴油的动力粘度较低,具有更好的润滑性,从而可以减少磨损。六是生物柴油几乎不会增加大气中CO2的总量,并具有可再生性。

国外对生物柴油在柴油机上的应用进行了广泛地研究。Staat等[4]研究了用菜籽油生产的甲酯生物柴油在柴油机上的动力性和排放性能,他们对同一柴油机使用了3年的生物柴油并跟踪其性能状况。研究结果表明,使用生物柴油可以减少HC和颗粒排放,但NOx有略微的升高。生物柴油相对石化柴油的略低热值对动力性的影响很小。使用生物柴油的柴油机不用改变其原来构造的情况下,能够达到使用柴油时的功率。Mustafa Canakci[5]研究了用餐饮废油生产生物柴油并进行了排放试验,研究的结果表明生物柴油和普通柴油具有几乎相同的热效率;在HC、CO和烟度排放方面比普通2#柴油(美国标准)分别降低了46.27%、17.77%、64.21%。Tsolakis等[6]研究了EGR 措施对生物柴油调和油的燃烧和排放性能的影响,指出在发动机各工况及各种调和比例情况下,生物柴油的NOx排放高于柴油,采用EGR可以降低NOx。

近10年来国内许多高校与科研机构也对生物柴油在柴油机上的应用进行了大量深入的研究与试验。研究普遍认为生物柴油不仅具有与普通石化柴油相近的动力性,而且具有对环境友好的排放性能[7]。同时因为生物柴油与石化柴油可以任意比例调和使用,如既要充分利用生物柴油的良好特性,又要使柴油机的经济性能与排放性能令人满意,需要选择合适比例的纯生物柴油与石化柴油掺混起来加以使用,目前普遍认为加入生物柴油20%(B20)的调和油具有较高的性价比[3]。

综上所述,生物柴油具有可再生、清洁环保与安全三大优势,可以在基本不改动柴油机原结构的情况下,直接用在柴油发动机上,是优质的石化柴油代用品。

3我国发展生物柴油产业的前景

我国有丰富的植物油脂及动物油脂资源,但是人口众多,油脂食用消费巨大,每年仍需进口超过1 000万t的植物油来满足国内需求,生物柴油原料油供应短缺与原料油成本过高问题是当前制约我国生物柴油产业化发展的瓶颈。

气候和土壤的多样性,使我国拥有十分丰富的燃料油植物资源。据《中国油脂植物》记载,我国有108科、397属、814种油脂植物[8]。目前大量种植的主要有油菜、花生、大豆、向日葵、芝麻、棉花等草本植物,还有油茶、油棕、乌桕、麻疯树、小桐子、油楠树和黄连木等木本植物都是生物柴油的主要原料。许多能源植物都可以种植在自然条件较差的边际性土地上,据统计我国目前有盐碱地1 000万hm2、荒地5 000万hm2以及低质土地1 800万hm2,总量甚至多于现有耕地,具有广阔的耕种能力;同时可以结合我国全面实施退耕还林生态工程,在占国土总面积69%的山地、高原和丘陵等地域,大面积营造生物柴油原料林,变劣势为优势,培育出高产、适应性强的优良燃料油植物,开展优良燃料油植物的规模繁殖研究和原料油植物种植示范,建立发展成为能源农场或林场。《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006—2020年)》将生物柴油等可再生能源低成本规模化开发利用列为重点领域及优先主题;国家林业局十一五“规划”能源植物基地和生物质能源产业章节中明确重点发展生物柴油及其原料林,确保利用荒山荒地和丘陵山地资源生产生物柴油原料。同时,选择植物原料油应避免“与口争油”和“与粮争地”,应以开发规模化、规范化、低成本、优质的原料资源非食用油料植物,从长远来看开发非食用植物油作为生物柴油的原料是我国生物柴油原料油的主流方向。

另外,除了需要加快生物柴油生产技术开发与应用研究外,在应用推广、优惠和补贴上,国家应出台相应的政策和措施积极的扶持和引导生物柴油这种优质的代用燃料。像美国和大部分欧盟国家一样,国家可针对生物柴油出台相应政策,除了有计划地增加提供生物柴油的加油站以外,还对生产生物柴油的企业实施财税优惠政策;同时逐步提高生物柴油在机动车上的使用份额,促进我国生物柴油产业的发展,使保证能源与粮食安全、提高环境质量、调整农业与林业结构以及促进经济发展等多个方面齐头并进,一举数得。

4参考文献

[1] 孙剑萍.生物柴油的发展及其在发动机中的应用[J].小型内燃机与摩托车,2009(2):91-96.

[2] 胡志远.生物柴油-柴油混合燃料的理化特性研究[J].内燃机,2006(6):39-42.

[3] 董尧清.车用生物柴油的现状与发展前景[J].现代车用动力,2007(11):1-4.

[4] STAAT F,GATEAU P.The Effects of Rapeseed Oil Methyl Ester on Diesel Engine Performance,Exhaust Emissions and Long-Term Beh-avior-A Summary ofThree Years of Experimentation[J].Translation of the ASAE,1995,26(4):164-169.

[5] MUSTAFA CANAKEI.Production of Biodiesel from Feed-Stocks with High Free Acids and Its Effect on Diesel Engine Performance and Emissions[D].Iowa:Iowa State University,2001.

[6] TSOLAKIS A,MEGARITIS A,WYSZYNSKI M L,et al. Engine perfor-mance and emissions of a diesel engine operating on diesel-RME(rapeseed methyl ester)blends with EGR(exhaust gas recirculation)[J].Energy,2007(32):2072-2080.

[7] 谭丕强,胡志远,楼狄明,等.非直喷式增压柴油机燃用生物柴油的性能与排放特性[J].内燃机学报,2006,24(2):110-115.

[8] 赵晨,付玉杰,祖元刚,等.研究开发燃料油植物生产生物柴油的几个策略[J].植物学通报,2006,23(3):312-319.

推荐访问:柴油 车用 展望 现状 生物