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1、地沟油制造生物柴油的技术可行性报告一、背景 我国不仅是世界上餐饮业最发达的国家之一，而且中国料理也是用油最多的料理之一，餐饮业每天都会产生大量的含有动植物油脂的废水。为了使进入城市污水管道的油脂减量，各地环保部门对餐饮业的油脂排放做出了各种规定，这些规定的共同之处是所有的厨房排水口必须安装油脂截流装置，使用最为普遍的就是油水分离槽，大部分的油脂便被截留在该槽中，这种废油脂被称为“地沟油”。仅上海这样的废油脂年产量约1.53万吨。从这些油脂是一种可再利用的资源被人们认识以后，它便成了抢手货，一支捞油回收队伍便应运而生。仅在上海无证捞油人员达1000人之多，无固定场所、无营业执照、无管理的“三无”
2、废油脂处理加工点上百个，这其中有相当一部分加工点把这些废油经简单处理后，作为精制食用油又重新回到了市场，对居民健康构成了潜在的严重威胁。这种现象已经发展成全国性的问题，中央电视台及各省市媒体对这种现象都作了跟踪报道，引起了各地政府的高度重视。近年来，我国部分城市相继出台了“禁止地沟油非法加工”等相关管理条例。因此地沟油的再利用技术也成为一个新的研究项目，引起了科研工作者的极大关注。目前国内对“地沟油”的处置再利用途径比较单一，主要是通过初加工或简单的深加工，制成的产品有： 硬脂酸原料； 饲料添加剂，替代进口三级牛油； 肥皂原料； 机械加工用油； 脱模油；所有的这些方法都存在着技术落后，设备简陋
3、，污染严重，卫生状况恶劣等相同的问题。研究发现以植物油为主的“地沟油”一般由14-18个碳链组成，而柴油分子是由15个左右的碳链组成，因此将“地沟油”再生为生物柴油的研发便成了国内外专家的主攻方向。二、生物柴油研发状况 生物柴油最早诞生于1988年，由德国聂尔公司发明，当时它是以菜籽油为原料，提炼而成的洁净燃油。由于生物柴油具有突出的环保性和可再生性，引起了世界发达国家，尤其是资源贫乏国家的高度重视。西方国家的研究结果已证明生物柴油的原料不仅仅局限于菜籽油，它可以是大豆等油料作物、油棕和黄连木等油料林木果实、工程微藻等油料水生植物以及动物油脂，甚至于“地沟油”等。 我国生物柴油的研究与开发虽起
4、步较晚，但发展速度很快。我国著名学者闵泽恩院士在绿色化学与化工一书中首先明确提出发展清洁燃料生物柴油的课题。原机械工业部和原中国石化总公司在上世纪80年代就拨出专款立项，由上海内燃机研究所和贵州山地农机所承担课题，联合研究长达10年之久，并邀请中国石化科学院的专家詹永厚做了大量基础试验探索；中国农业工程研究设计院的施德路先生也曾于1985年进行了生物柴油的试验工作；辽宁省能源研究所承担的中国欧共体合作研究项目也涉及到生物柴油；中国科技大学、河南科学陆军化学所等单位也都对生物柴油作了不同程度的研究。 系统研究始于中国科学院的“八五”重点科研项目：“燃料油植物的研究与应用技术”，完成了金沙江流域燃
5、料油植物资源的调查及栽培技术研究，建立了30公顷的小桐子栽培示范片。自20世纪90年代初开始，“八五”期间完成了光皮树油制取甲脂燃料油的工艺及其燃烧特性的研究；“九五”期间完成了国家重点科研攻关项目“植物油能源利用技术”。 1999-2002年，湖南省林业科学院承担并主持了国家林业局引进国外先进林业技术（948项目）能源树种绿王树及其利用技术的引进，从南非、美国和巴西引进了能源树种绿玉树（Euphorbia tim-calli）优良无性系；研制完成了绿玉树乳汁榨取设备；进行了绿玉树乳汁成份和燃料特性的研究：绿玉树乳汁催化裂解研究有阶段性成果。在这些研究当中，也有以“地沟油”为原料再生生物柴油的
6、，比如专利号：03114294.X 02138523.8 200310111696.7但是，与国外相比，我国在发展生物柴油方面还有相当大的差距，长期徘徊在初级研究阶段，未能形成生物柴油的实用化产业化。也正因为没有完善的产业技术，政府也尚未针对生物柴油提出一套扶植、优惠和鼓励的政策办法，更没有制定生物柴油统一的标准和实施产业化发展战略。因此，我国进入了WTO之后，在如何面对经济高速发展和环境保护和双重压力这种背景下，加快高效清洁的生物柴油产业化进程就显得更为迫切了。三、生物柴油前景 与石油柴油相比，生物柴油具有可再生性、环保清洁性和安全性三大优势。可再性：生物柴油可以经过多种途径再生制造，因此供
7、应量永不枯竭；环保性：生物柴油中不含有对环境造成污染的芳香族烷烃和含量极低的硫化物，因此大大减少了有害物质的排放（见表一） 表一：生物柴油与石油柴油相比较的尾气排放量有害物质生物柴油一氧化碳-43.2%碳氮化合物-56.3%浮游粒子-55.4%空气毒物-60% -90%二氧化碳-78.3%安全性：由于生物柴油的闪点明显高于石油柴油，它不属于危险品，因此，在运输、 储存、使用等方面显得更为安全。 除上述三大优势之外，生物柴油的更好润滑性能和良好的燃料性能等优点也附于了它的实际使用价值。 为了便于推广使用，美、德、意等国家都制定了生物柴油的技术标准。如美国权威机构ASTM相继在1996年和2000
8、年发布了标准，完善了生物柴油的产业化条件。 西方国家生物柴油产业发展迅速。近年来，西方国家加大生物柴油商业化投资力度，使生物柴油的投资规模增大，开工项目增多。美国、加拿大、巴西、日本、澳大利亚、印度等国都在积极发展这项产业。目前，美国有4家生物柴油生产厂，总能力为30万吨/年。欧盟国家主要以油菜为原料，2001年生物柴油产量已超过100万吨。2000年德国的生物柴油已达45万吨，德国还于2001年11月在海德地区投资5000万马克，兴建年产10万吨的生物柴油装置。法国有7家生物柴油生产厂，总能力为40万吨/年，使用标准是在普通柴油中掺加5%生物柴油，对生物柴油的税率为零。意大利有9个生物柴油生
9、产厂，总能力为33万吨/年，对生物柴油的税率为零。奥地利有3个生物柴油生产厂，总能力5.5万吨/年，税率为石油柴油的4.6%。比利时有2个生物柴油生产厂，总能力24万吨/年。日本生物柴油生产能力也达到40万吨/年。 在政策上，目前许多国家如美国、德国、法国、丹麦、意大利、爱尔兰和西班牙等对生物柴油采取了相应的扶持政策。为了进一步鼓励使用生物柴油，美国农业部决定今后两年每年拿出1.5亿美元补贴生物柴油等生物燃料的使用，目前美国至少有5个州正在考虑制订税收鼓励政策。目前在欧洲生产生物柴油可享受到政府的税收政策优惠，其零售价低于普通柴油（如在德国加油站生物柴油的零售价格目前为约1.45马克/L，而柴
10、油为1.60马克/L）。据Frost & Sullivan企业咨询公司最新发表的“欧盟生物柴油市场”报告，为实现“京都协议”规定的目标（在20082012年，欧盟将减少二氧化碳排放量8%），欧盟即将出台鼓励开发和使用生物柴油的新规定，如对生物柴油免征增值税，规定机动车使用生物动力燃料占动力燃料营业总额的最低份额。新规定的出台不仅有助于欧盟生物柴油市场的稳定，而且生物柴油营业额将从2000年的5.035亿美元猛增至24亿美元，平均年增25%。 可见，被视为“绿色能源”的生物柴油正以一种新的能源受到了各国的高度重视，它的推广已经开始在全世界启动。 我国是一个石油净进口国，石油储量又很有限，大量进口
11、石油对我国的能源安全造成威胁。因此，研发各种石油替代产品对中国来说就更有现实意义。专家认为，生物柴油对我国结构调整、能源安全和生态环境综合治理有十分重大的战略意义。目前，汽车柴油化已成为汽车工业的一个发展方向，据专家预测，到2010年，世界柴油需求量将从38%增加到45%，而柴油的供应量严重不足，这都为制造生物柴油提供了广阔的发展空间。 柴油的供需平衡问题也将是我国未来较长时间石油市场发展的焦点问题。业内人事指出，到2005年，随着我国原油加工量的上升，汽油和煤油拥有一定数量的出口余地，而柴油的供应缺口仍然很大。预计到2010年柴油的需求量将突破1亿吨，与2005年相比将增长24%；至2015
12、年市场需求量将会达到1.3亿吨左右。四、“地沟油”制生物柴油工艺简介 将“地沟油”再生为生物柴油，在这个领域中日本大器株式会社的技术达到了世界领先水平。在日本松山已成功运行的平均日处量20吨废油的工厂，就是一个见证。更为可取的是，该公司看好中国市场，在自己的原有技术上，以中国“地沟油”作为原料进行了研究改进，可以这样说目前世界上也只有该公司的技术能直接将中国“地沟油”直接加工成生物柴油。 工艺流程原理如下：工艺流程原理废油 前处理分去水和不纯固体杂质预酯化反应25-120 甲醇将废油脂中游离脂肪酸转化成脂肪酸甲酯酸催化剂酯交换反应.50-120 甲醇利用碱催化剂将中性油脂即脂肪酸甘油酯转氢氧化
13、钾化成脂肪酸甲酯蒸馏分离 甲醇 酯交换反应后得到一个粗产品过量甲醇和副 甘油产物甘油的混合物，蒸馏方法将甲醇和甘油从产品中分离出去精 制 处理剂 残渣在特殊的处理剂作用下，可将残留在产品中的催化剂、游离甘油、脂肪酸肥皂、有色物质等杂质转化成不溶或难溶于产品的残渣，从而可非常容易地从产品中分离出去，中和碱催化剂分解脂肪酸肥皂，破坏乳化、脱色、凝絮沉淀调 和 防寒剂 调和上述工序得到的精制产品，其流动点通常在-3-5左右，比石油柴油的流动点高。为了保证在低温下不至于发生燃料系统的堵精密过滤塞，而添加降凝剂以降低流动点产品在整个生产过程中有废水、废渣和过量原料及副产物产生，处理方法简述如下：废水废水
14、 沉降 过滤 脱色、絮凝、中和 过滤 废渣 （另外处理） 排放 生化处理 爆气废渣 废渣 发酵 混合 有机复合肥副产品 反应混合物 分离 副产物 蒸馏、分离 生物柴油 甲醇 （回收再利用）再分离粗甲酯（重油替代品） 粗甘油（纯度90%） 硫酸钾 五、生物柴油质量 采用日本大器公司的酸、碱催化的两段工艺技术，以“地沟油”为原料，制得的生物柴油，产品质量远远优于石油柴油，并达到了国际生物柴油标准。 表二：生物柴油各参数与国际标准的比较石油柴油欧洲联盟德国美国D.OIL标准编号EN 590：1999EN 14214：2003DIN V 51606ASTM 675103密度 15G/cm30.82-0
15、.8450.86-0.900.875-0.900.860.89动力粘度 40Mm2/s2.0-4.53.5-5.03.5-5.01.9-6.055120110130110硫含量Mg/kg3501010150.001100%残炭%mass0.050.050.05硫酸盐灰分%mass/0.020.030.020.01氧化物灰分%mass0.01/0.01水分Mg/kg2005003005004551494746酸价MgKOH/g/0.50.50.80.4甲醇含量%mass/0.20.3/96.5/游离甘油含量%mass/0.020.020.020.02总甘油含量%mass/0.250.250.24
16、0.01磷含量Mg/kg/10101010碱金属含量（Na，K）Mg/kg/5/4碱土金属含量（Ca，Mg）Mg/kg/5/99%（国产）氢氧化钾95%（国产）硫酸70%和95%（国产）处理剂日本公司提供配方（国产）降温剂日本公司指定（国产货）以日处理40吨地沟油（含水及杂质率38.43%）为计算点，列出的进出物料平衡情况见表四:表四：物料平衡表进 料出 料名 称重量（吨）名 称重量（吨）废油40产品24.1甲醇12.06粗甘油2.45硫酸（70%）0.14粗甲酯3硫酸（70%）0.24过量甲醇9.71氢氧化钾0.48硫酸钾废液0.28防寒剂0.022废水10.65处理剂0.52废固体物4.7
17、2洗涤水1.45总 计54.912总 计54.912 该物料衡算是以质量最差的地沟油（酸价100mg-KOH/g）为计算依据，质量越差生产原料成本就越高。七、经济效益估算以日处理地沟油40吨，产品得量24.1吨作为基准，生产成本测算如下表五（每吨生物柴油的生产成本）：表五：生产成本预测值费用科目计算式（单价每天所需量）吨成本（元）备 注1.原材料费用地沟油900元40吨=36000元1493.8甲醇2500元/吨（12.06-9.71）吨=5875元243.8氢氧化钾5000元/吨0.48吨=2400元99.5895%硫酸300元/吨0.24吨=72元2.9870%硫酸250元/吨0.14吨=
18、35元1.45处理剂1500元/吨0.52吨=780元32.36防寒剂11800元/吨0.022吨=259.6元10.772.水电煤费蒸汽产生用水2.38元/吨36吨=85.68元3.55洗涤用水2.38元/吨1.45吨=3.451元0.14电0.75元/度120度=90元3.73锅炉重油燃料2300元/吨0.208吨=478.4元19.853.人件费车间工人工资20000元/年7人300天=466.7元19.364.租金及设备工厂租金0.4元/天M26000 M2=2400元99.58设备折旧费 10年2000万元10年300天=6666元276.6固定资产税 年率1.4%2000万元1.4%300天=933元38.71合 计2346.26生物柴油年产量： 7230吨年收入： 2530万元（7230吨*3500元/吨）年生产成本： 1696万元（7230吨*2346.26元/吨）年毛利： 834万元投资回报期： 2.5年
