生物燃料成分分析

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生物燃料成分分析范文第1篇

关键词：生物质成型燃料 锅炉设计 双层炉排 动态评价 技术经济

中图分类号：TK229 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）03（b）-00-01

1 双层炉排的设计依据

我国在生物质成型燃料燃烧上进行的理论与应用研究较少，然而它的确是能有效解决生物质高效、洁净化利用的一个有效途径。目前来说，没有弄清楚生物质成型燃料理论，需要将原有燃煤锅炉进行一定程度的改造升级，但是炉膛的容积、形状、过剩空气系数等和生物质成型燃烧是不匹配的，也因此导致了锅炉燃烧效率和热效率很低，污染物排放超标。所以，根据生物质成型燃料理论科学来进行设计研究专用的锅炉是目前急需解决的重要问题。

1.1 燃烧特性

以稻草，玉米秆，高粱秆，木屑为例子，对比它们的工业分析、元素分析、以及发热量的数值，我们可以得出结论：生物质成型燃料的挥发分远远高于煤，含碳量和灰分也比煤小很多，热值比煤要小。（1）原生物质燃烧特性，原生物质尤其是秸秆类的生物质密度较小，体积大，挥发分在60%～70%之间，易燃。热分解时的温度低，一般来说，350C就能释放80%的挥发分，燃烧速度很快。需氧量也远大于外界扩散所提供的氧量，导致供养不足，从而形成CO等的有害物质。（2）生物质成型燃料特性，生物质成型燃料密度远大于原生物质，因为其经过高压才能形成，为块状物，结构和组织的特征使得其挥发分逸出速度和传热速度大幅度降低，而其点火温度升高，性能差，但比煤的性能要强。燃烧开始的时候挥发分是慢速分解的，在动力区燃烧，速度也中等，逐渐过度到扩散区和过渡区，让挥发分所发出热量能及时到达受热面，因而降低了排烟的热损失。在其挥发分燃烧后，焦炭骨架结构变得紧密，运动气流无法让其解体悬浮，因而骨架炭能够保持住它的层状燃烧，形成燃烧核心。它需要的氧气和静态渗透扩散的一样，燃烧时候很稳定并且温度很高，也因而降低排烟的热损失。

所以说，生物质成型燃烧相比之下优点更明显，燃烧速度均匀适中，需氧量和扩散的氧量能很好匹配，燃烧的波浪比较小，更稳定。

1.2 设计生物质成型燃料锅炉的主要要求

（1）结构布置，采用了双层炉排的设计结构，也就是手烧炉排，并且在一定高度加上一道水冷却的钢管式炉排。其组成包括了：上炉门、中炉门、下炉门、上炉排、下炉排、辐射受热面、风室、燃烬室、炉膛、炉墙、对流受热面、排气管、烟道和烟囱等。上炉门是常开设计的，用作投燃料和供给空气。中炉门则可以调整下炉排上燃料的燃烧，并可以清理残渣，只打开于点火和清理的时候。下炉门用来排灰，提供少量空气，在运行时微微打开，看下炉排上的燃烧情况再决定是否开度。上炉排以上的地方是风室，上下炉排间是炉膛，墙上则设计有排烟口，不能过高，不然烟气会短路。但过低也不行，否则下炉排的灰渣厚度达不到。设计的工作原理，让一定的粒径生物质成型燃料通过上炉门燃烧，上炉排产生的生物质屑和灰渣可以在下炉排继续燃烧。经过上炉排的燃烧，生成的烟气与部分可燃气体通过燃料层然后是灰渣层而进到炉膛内，继续燃烧，并且和下炉排上燃料所生成的烟气混合，然后通过出烟口通向燃烬室，再到后面的对流受热面。下炉排可以采取低、中、高这样三个活动炉排，因为燃料粒径和热负荷的大小不同。这样就达到了让生物质成型燃料分布燃烧的目的，能够缓解其燃烧的速度，还能匹配需氧量。完全燃烧率得到提升，消除烟尘也更有效化了。锅炉受热面设计，换热面以辐射换热为主的形式叫作辐射换热面，又称作水冷壁。由计算得出其受热面的大小，为保持锅炉内的炉温和生物质燃料的燃烧，要把上炉排布置成辐射的受热面。而形式是对流的换热面则是对流受热面，也叫作对流管束，其大小能由公式计算得到。引风机选型，引风机是用来克服风道阻力以及烟道的。选择风机的时候必须考虑其储备问题，否则会造成计算带来的误差。风量和风压能由计算来确定，选择型号要依据制造厂的产品目录。

2 对双层炉排生物质成型燃料锅炉的前景分析

生产与利用实际上就是一个把生产目的、手段还有投入人力物力财力之间进行合适的结合的过程。这不是简单的经济过程，是技术与经济相互结合的过程。技术因素和经济因素要协调，才能使这项技术得到更好的推广和发展。

2.1 技术分析

双层炉排生物质成型燃料锅炉设计的热负荷是87千瓦，热水温度95摄氏度，进水的温度是20摄氏度，热效率也能高达70%，其排烟温度200摄氏度。它在技术的性能上十分占优势，有很高的热效率和燃烧效率，也减少了有害气体和烟尘的排放量，符合我国的标准，对环境带来的损害小，所以可以考虑广泛应用于各种活动生产中来。

2.2 经济分析

在经济效益方面，因为该锅炉的燃烧效率较高，所以能很大程度燃烧燃料，因此制造的热能量等损失小，节省了不少燃料费用。对比燃煤锅炉，更为经济适用。另外，成本费里包括了固定资产的投入与运行费用。而固定资产投入费包含了设备与建设费，该锅炉的成本为一万元，安装和土建费则是五千元，运行费也含有电费、原料费、人工费以及设备维修费。而优点是简单的设备能节省人工费。如果对成型技术还有设备做进一步的研究，可以在原有成本上再降低，因此也是可取的，适合经济发展的。

3 结语

（1）在技术上，双层炉排是一个很大的进步，能很好的提高效率，而且控制了污染物的排放量，也达到了工质参数的设计要求，随着燃料能源的价格上涨，还有科研人员加强对生物质成型技术的深入研究，这种锅炉一定能占有不错的市场。（2）用技术经济学来分析锅炉，能得出一个大致结果就是，该锅炉投资较大，但是长期看来，是经济可行的，其效益也是符合投资要求的。只是和燃煤锅炉比较起来，燃煤的价格占有优势，但如果化石能源的价格上涨，并且环保力度加大，双层炉排生物质成型燃料锅炉会越来越占据优势的一面。

参考文献

[1] 刘雅琴.大力开发工业锅炉生物质燃烧技术前景分析[M].工业锅炉，1999.

[2] 林宗虎，徐通模.应用锅炉手册[J].化学工业出版社，1996（6）.

生物燃料成分分析范文第2篇

关键词：CFB锅炉 改造生物质实践

中图分类号：TK223文献标识码： A 文章编号：

1前言

连云港协鑫生物质发电有限公司是协鑫集团控股有限公司投资兴建的环保型热电联产企业，公司地处江苏省连云港市赣榆县经济开发区内。项目设计规模为三炉二机，一期工程为二炉二机，主要设备选型为二台15MW抽凝式汽轮发电机组，配套二台75T/H循环流化床锅炉，机组于2005年7月投产发电，同年10月实现了对热用户供热。

以煤炭为主的能源消费结构及能源利用效率低下等因素使我国环境恶化日益严重，生态遭到破坏，SO2、CO2排放量分别列世界第一、第二位 ，造成的经济损失约占GDP总量的3%—7%。然而我国生物质能资源非常丰富，椐初步统计，我国生物质能如用以代替煤炭发电，近期可相当5亿吨标煤，远期可相当10亿吨标煤以上。

连云港协鑫生物质发电有限公司从09年初开始，利用原有工厂厂区，对公司原有的2台75T/H循环流化床燃煤锅炉（CFB锅炉）进行了全燃生物质技术改造。经过8个月努力，实现了企业从燃煤到全燃生物质的根本转变，燃煤电厂成功升级为全燃生物质电厂。 目前连续运行已超过4年时间，运行情况稳定良好，达到了预期目标。

全燃技术改造的可行性

连云港协鑫发电有限公司地处连云港市赣榆县，赣榆县是一个农业生态县，生物质资源非常丰富，全县85万亩耕地面积，年产各种秸秆类生物质资源总量达到80万吨，扣除各种减量因素及农民自用量后，仍有40万吨左右的生物质资源可以供综合利用。同时连云港协鑫生物质发电有限公司前阶段，在循环流化床锅炉大比例（≥80%）掺烧生物质秸秆运行方面已摸索出较成熟经验，因此对循环硫化床燃煤锅炉进行全燃生物质改造是可能的。

生物质燃料的特性

北京国家煤炭质量监督检验中心对连云港及周边送检生物质样品的化验结果，见表1、表2所示：

表1、生物质工业分析及元素分析

表2 生物质灰成分分析

表3生物质灰熔融性分析

通过上表分析，生物质成分组成、特性、产地、气候及生产过程等变化很大，仍具有共性：

1.1 工业分析

送检样品很干水分较低，实际收购水分较大，从我们公司收购入炉情况看，水分有时会在40%左右。生物质的灰分一般较低，除稻壳和稻草在14%左右，其余都在6%以下；挥发份较高60%-80%，固定碳在10%-20%之间。

1.2元素分析

生物质应用基含碳在40%左右，氧量35%左右，氢5%左右，硫0.05%-0.2之间。生物质与煤炭对比，生物质为低炭燃料，属于清洁能源，含硫量少、含氯量小、含灰量低 ，生物质中有害物质，硫、灰份等，仅为中质烟煤的1/10左右（煤炭含硫一般高于0.8%）。同时，生物质燃烧时CO2的排放，和生物质生长时CO2的吸收，构成自然界的碳循环，因此，生物质能的利用，可有效减少SO2排放形成的大气污染，并实现温室气体CO2零排放 。.

1.3灰分分析

生物质的灰分中碱金属及氯在燃烧中会引起受热面的结渣、积灰及腐蚀。通过4年的运行锅炉的过热器、省煤器管道表面结渣积灰非常严重，2个月需要停炉清理一次。旋风分离器因积灰通流面积降低需要停炉清理。

1.4 发热量及自然堆积密度

生物质收到基地位发热量一般在13-16MJ/Kg之间，与锅炉设计煤种20.31MJ/Kg相比，发热量低很多。生物质堆积密度较小，一般在120-160kg/m3之间，平均密度仅为煤炭的1/8。生物质的单位热值密度比煤炭低的多，约为煤炭的1/10。由于生物质自身特点，生物质的入炉问题是改造的重点和难点之一。

1.5燃烧特性

生物质自身挥发份含量很高，而CFB锅炉主要是通过内部蓄热循环提高炉效。生物质在炉内燃烧时间短、循环倍率低是降低炉效的一个因素。

二、全燃生物质产生主要问题采取的对策：

2.1．结焦问题

生物质燃料的灰熔点低，玉米秆灰熔点DT 1100℃，麦秆灰熔点DT 940℃，棉花秆灰熔点DT 12200℃，树枝灰熔点DT1500℃，在燃烧时很容易引起炉膛内部结焦，解决结焦问题的关键是控制好温度。在运行中要注意在不影响锅炉效率的情况下控制好锅炉各个部分的温度加以控制：采用合理的风帽结构，确保在运行过程中床层流化均匀；控制锅炉床温800～900℃左右，炉膛出口烟温850～890℃左右，确保炉膛和布风板不结焦。

2.2．腐蚀问题

生物质燃料中的氯元素容易造成高温腐蚀和低温腐蚀。其中高温腐蚀主要发生在水冷壁和过热器处，其发生的条件有两个：一是由烟气温度和介质温度确定的工作点在腐蚀区，二是受热面管子附件是还原区。低温腐蚀主要在下级省煤器和空预器处，其发生的条件是管壁温度低于酸露点温度。针对高、低温腐蚀的情况，采取炉膛富氧燃烧、高温过热器最后两排管子采用喷涂处理、采用适当的排烟温度、空预器最后一排管组采用耐低温腐蚀的考登钢材料等解决。

2.3．高温粘结灰问题

生物质燃料中含有较多的碱金属，燃烧时容易在对流受热面形成高温粘结灰，堵塞烟道并引起积灰腐蚀，从而影响锅炉的效率和使用可靠性。针对高温粘结灰，可以采取及时补充循环物料，以加强内外循环冲刷作用、在过热器等易积灰处布置吹灰器、人工定期停炉清理冲洗等来解决。通过4年的运行锅炉的过热器、省煤器管道表面结渣积灰非常严重，2个月需要停炉清理一次。

2.4.飞灰问题

改变二次风布局，降低烟气上升速度，增加炉内循环，确保细的燃料颗粒一次燃尽，增加水冷壁的辐射热交换，减少旋风分离器中二次燃烧份额，在控制旋风分离器中烟气温度的同时，确保旋风分离器不结焦分离效率得以保障。降低飞灰热损失。

2.5 分离问题

生物质全燃改造后由于燃料品种质的改变，分离器磨损已经不存在，由于生物质的灰熔点较低，在分离器内会发生粘结，在旋风分离器四周增加吹扫风通过运行时间断扰动降低旋风分离器积灰，利用停炉进行清理可以解决此类问题。

结语

生物质全燃改造实现了锅炉改造的预期目标，系统运行正常，燃烧稳定，锅炉的热效率基本达到设计值。徐州电力试验中心试验报告认为：全燃生物质燃料时锅炉排烟温度及排烟氧量比纯燃用煤及掺烧时有所升高，因此排烟损失比较大。由于受热面没有改动，循环流化床燃煤锅炉进行全燃生物质改造后出力将有所下降，约下降为原来出力的80-85%左右。75 T/H循环流化床燃煤锅炉改燃生物质，出力约为60-65T/H左右。

09年9月完成1#、2#循环流化床燃煤锅炉全燃生物质改造并全燃生物质运行发电，至今已4年多时间，运行状况稳定良好。通过数年刻苦努力探索，系统和设备不断修改完善，运行方式不断调整优化，道路虽然曲折，但在燃煤锅炉全燃生物质改造和运行方面也积累了丰富的经验。

参考文献

1、《循环流化床鼓励理论设计与运行》 中国电力出版社 1997

生物燃料成分分析范文第3篇

关键词：生物质能秸秆

中图分类号： TB857 文献标识码： A 文章编号：

1、生物质能概述

生物质是由植物吸收地球上的太阳能后光合作用而产生的，每年经光合作用产生的生物质约1700亿吨，其能量约相当于世界主要燃料消耗的10倍，而作为能源的利用量还不到其总量的1%，即每年生物质能的利用量不到17亿吨。这些未加以利用的生物质，为完成自然界的碳循环，其绝大部分由自然腐解将能量和碳素释放，回到自然界中。通过生物质能转换技术可以高效地利用生物质能源，产生电力，替代煤炭，石油和天然气等燃料，从而减少对矿物能源的依赖。

2、秸秆发电厂

秸秆发电是响应国家节约能源、利用可再生能源发电的产业政策，充分利用能源资源，节省一次性投资，又能减少环境污染的一种发电技术。是一种高科技、新型、环保、可再生能源方式，是缓解目前能源短缺的重要途径。建立秸秆发电厂，一方面，将秸秆热能转化为电能，可以开发出新的能源利用方式，变废为宝；另一方面，秸秆充分燃烧利用，可降低有害物质的排放。秸秆发电设有烟气净化处理系统和布袋除尘器，使经布袋除尘器处理的烟气烟尘排放浓度低于25mg/Nm3

，大大低于我国燃煤发电厂的烟气排放水平，可有效降低污染，保持生态环境。

本文介绍以陕西旭彤生物能源大荔2×12MW秸秆发电工程投标为例。

3、燃料分析、消耗量及锅炉灰渣量

3.1秸秆成分分析

3.2实际燃料消耗量

3.3锅炉的灰渣量,见下表

灰渣量表

4、规划容量及装机方案

本工程计划安装两台75t/h燃用棉花秸秆的锅炉，配2×C12MW中温中压单抽汽轮发电机组。

4.1除灰系统的选择

除灰系统拟采用机械输灰方案。每台炉安装2台旋风除尘器和6台布袋除尘器。2台炉4台旋风除尘器灰斗下设一台埋刮板输送机。每台炉每3台布袋除尘器灰斗下设一台埋刮板输送机。每台炉布袋除尘器下共设2台埋刮板输送机，2台炉布袋除尘器下共设4台埋刮板输送机。布袋除尘器灰斗的飞灰由埋刮板输送机输入旋风除尘器灰斗下埋刮板输送机内，再通过斗式提升机输送至灰库储存。库底设有出力为30t/h的湿式搅拌机和出力为30t/h的干灰散装机各一台，灰库下的灰由罐车或自卸汽车运至综合利用用户或临时堆放场地。

除灰系统工艺流程框图如下：

4.2除渣系统的选择

除渣系统拟采用干式机械除渣方案。从锅炉冷渣器排出来的炉底渣进入链斗输送机，将渣输进渣仓中储存。通过卸料设备定期装入自卸汽车或罐车，运至综合利用用户或临时堆放场地。

机械除渣系统工艺流程框图如下：

5、 秸秆灰渣的综合利用

秸秆燃烧后所产生的底灰、炭灰具有丰富的钾、镁、磷和钙等营养元素，是一种优质有机肥料。所以本工程采用干灰干排，为干灰综合利用创造最佳条件。如有条件可建造复合肥料厂，作为农作物的复合肥原料，对农业增产也是一大贡献。

6、结束语

生物燃料成分分析范文第4篇

文/ 齐海云 耿世刚

当前，以全球变暖为主要特征的气候变化已成为世界各国共同面临的严重危机和挑战。政府间气候变化专门委员会（IPCC）的《气候变化2007综合报告》中，明确将消费后废弃物（postconsumerwaste）作为一个独立对象来计算其温室气体排放量。废弃物的处理方式有卫生填埋、焚烧、堆肥等多种，本文采用《省级温室气体清单编制指南（试行）》中的计算方法，对卫生填埋和焚烧两种处理方式下温室气体的排放情况进行计算并展开比较分析，以期为城市生活垃圾处理温室气体减排提供科学依据。

一、概述

城市生活垃圾处理是通过使生活垃圾中的可降解有机成分分解、可回收成分回收利用、惰性成分永久存放或埋藏等途径，使其达到无害化、减量化和资源化。

在城市生活垃圾填埋过程中，垃圾中的有机物将会发生生物分解，产生大量垃圾填埋气体，主要成分为甲烷、二氧化碳。甲烷所产生的温室效应是当量体积二氧化碳的21倍，属于《京都议定书》中规定要减排的六大温室气体之一。垃圾填埋气中含有的部分二氧化碳，最初来源为生物质，从碳平衡的角度来看，整个过程为零碳排放，不计入温室气体产生量的计算当中。

以焚烧方式处置城市生活垃圾具有占地面积小、 焚烧产物稳定、 消灭病原菌和回收热能等优点，在国内外的应用日趋广泛。生活垃圾在焚烧的过程中会产生温室气体二氧化碳。由于垃圾中动物、植物、厨余、纸等垃圾所含碳的最初来源为生物质，因此，从碳平衡的角度来看，整个过程为零碳排放，不计入温室气体产生量计算。只计算矿物碳产生的温室气体排放。

二、温室气体排放量计算方法

1、数据来源

本文所用秦皇岛相关数据来源于2011年、2013年《秦皇岛市统计年鉴》及秦皇岛市城建部门统计资料。

2、计算方法

本文采用《省级温室气体清单编制指南（试行）》中填埋处理甲烷排放量和焚烧处理二氧化碳排放量计算方法。

城市生活垃圾卫生填埋温室气体排放量计算方法如下：

ECH4=(MSWTXMSWFXL0-R)X(1-OX)式中：ECH4指甲烷排放量（万吨/年）；MSWT指总的城市固体废弃物产生量（万吨/年）；MSWF指城市固体废弃物填埋处理率；L0指各管理类型垃圾填埋场的甲烷产生潜力（万吨甲烷/万吨废弃物）；R指甲烷回收量（万吨/年）；OX指氧化因子。

其中：L0 =MCFXDOCXDOCFXFX16/12。

式中：MCF指各管理类型垃圾填埋场的甲烷修正因子（比例）；DOC指可降解有机碳（千克碳/千克废弃物）；

DOCF指可分解的DOC比例；F指垃圾填埋气体中的甲烷比例；16/12 指甲烷/碳分子量比率。

城市生活垃圾焚烧处理二氧化碳排放量计算方法如下：

ECO2=IWXCCWXFCFXEFX44/12

式中：ECO2指废弃物焚烧处理的二氧化碳排放量（万吨/年）；IW指生活垃圾的焚烧量（万吨/年）；CCW 指生活垃圾中的碳含量比例；FCF指生活垃圾中矿物碳在碳总量中比例；EF指生活垃圾焚烧炉的燃烧效率；44/12指碳转换成二氧化碳的转换系数。

3、排放因子的确定

本文排放因子多数采用《省级温室气体清单编制指南（试行）》中的推荐值，MCF、DOC、R根据秦皇岛市实际计算数值。秦皇岛市温室气体排放因子见表1、表 2。

三、计算结果

1、城市生活垃圾焚烧二氧化碳排放量2010年底以后，秦皇岛市的生活垃圾焚烧发电厂启动，所以2012年秦皇岛市区的城市生活垃圾全部转入该生活垃圾焚烧发电厂进行焚烧处理。根据前述计算方法及排放因子，计算得2012年，秦皇岛市区城市生活垃圾焚烧处理产生的二氧化碳排放量为6.77万吨。

2、城市生活垃圾填埋处理甲烷排放量2010年底之前，秦皇岛市的城市生活垃圾均送至生活垃圾卫生填埋场进行填埋处理。2012年的城市生活垃圾如果仍然采用填埋处理的方法，计算产生的甲烷排放量为0.90万吨，折算成二氧化碳当量为18.9万吨。

四、结论

生物燃料成分分析范文第5篇

关键词:生物柴油柴油清洁应用展望

柴油作为一种重要的石油连炼制产品，在各国燃料结构中占有较高的份额，以成为重要的动力燃料。随着世界范围内车辆柴油化趋势的加快，未来柴油的需求量会愈来愈大，而石油资源的日益枯竭和人们环保意识的提高，大大促进了世界各国加快柴油替代燃料的开发步伐，尤其是进入了20世纪90年代，生物柴油以其优越的环保性能受到了各国的重视。

1环境保护推动柴油标准的不断提高

目前世界每年新车产量大约5000万辆，全世界汽车保有量大约7.5亿辆（含摩托车）。随着汽车工业的快速发展，汽油和柴油的用量随汽车保有量的增加而增加，同时也带来了汽车尾气污染等问题。近20年来，虽然在改善油品燃烧过程、尾气净化等方面都取得了很大进展，但仍然不能满足要求。为了改善汽车的运行性能和降低汽车尾气中害物质的排放量，美国、欧洲和日本汽车工业协会1998年6月4日提出了汽车燃料质量国际统一标准即"世界燃油规范"Ⅲ类标准。柴油"世界燃油规范"Ⅱ类、Ⅲ类标准（见表1、表2）。由表1、表2可以看出，Ⅱ类标准在目前基础上，提出了芳烃含量的限制，对硫含量、十六烷值等提出了更高的标准，Ⅲ类标准则在各项指标上比Ⅱ类标准都有更严格的规定。

表1柴油"世界燃油规范"Ⅱ类标准

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项目质量指标

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十六烷值≥53

硫含量（质量分数），%≤0.03

总芳烃含量（质量分数），%≤25

多环芳烃含量（体积分数），%≤5

95%馏车温度/℃≤355

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表2柴油"世界燃油规范"Ⅲ类标准

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项目质量指标

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十六烷值≥55

硫含量（质量分数），%≤0.003

总芳烃含量（质量分数），%≤15

多环芳烃含量（体积分数），%≤2

95%馏车温度/℃≤340

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随着我国汽车拥有量的急剧上升，大量的燃油被消耗，汽车尾气中污染物的排放量越来越大，汽车尾气已成为我国大气污染重要的原因。为保护环境，改善大气质量，我国国家质量技术监督局最近颁布了柴油机排放控制新标准（见表3）。新标准采用了联合国欧洲经济委员会汽车排放法规体系，使我国对新柴油机车的排放要求达到欧洲20世纪90年代初期的水平。

表3我国柴油机排放新控制标准g/kW.h

实施阶段实施日期COHCNOXPA

≤85kW＞85kW

011997-10-0111.22.414.41.100.92

022000-10-014.51.18.00.610.36

032005-10-014.01.17.00.150.15

我国目前的车用无铅汽油和柴油标准介于世界燃油规范Ⅰ类油和Ⅱ类油水平之间，要满足汽车达到欧洲Ⅰ类排放标准都困难，更无法满足入世及举办奥运会的要求。为此，中国石化集团公司要求在清洁油品生产方面作出更大努力，以满足国家标准的要求。

2生物柴油的主要特性

炼油企业为了向市场提供清洁油品使燃烧柴油尾气排放达到标准要求，需要采取以下三种措施：一是要有性能优异的深度加氢脱硫催化剂，以脱除难以加氢脱硫的4，6-二甲基苯并噻吩等芳香基硫化合物；二是要有抗硫的贵金属芳烃饱和催化剂，能使芳烃加氢饱和在较低压力下进行，以节省投资；三是要有提高十六烷值的工艺。而生物柴油以其优异的环保性能可很容易达到"世界燃油规范"的柴油Ⅱ、Ⅲ类标准要求。

众所周知，柴油分子是由15个左右的碳链组成的，研究发现植物油分子则一般又14～18个碳链组成，与柴油分子中碳数相近。因此生物柴油就是一种用油彩籽等可再生植物油加工制取的新型燃料。按化学成分分析，生物柴油燃料是一种高脂酸甲烷，它是通过以不饱和油酸C18为主要成分的甘油脂分解而获得的[1]。与常规柴油相比，生物柴油下述具有无法比拟的性能。

（1）具有优良的环保特性。主要表现在由于生物柴油中硫含量低，使得二氧化硫和硫化物的排放低，可减少约30%（有催化剂时为70%）；生物柴油中不含对环境会造成污染的芳香族烷烃，因而废气对人体损害低于柴油。检测表明，与普通柴油相比，使用生物柴油可降低90%的空气毒性，降低94%的患碍率；由于生物柴油含氧量高，使其燃烧时排烟少，一氧化碳的排放与柴油相比减少约10%（有催化剂时为95%）；生物柴油的生物降解性高。

（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、使用方面的有是显而易见的。

（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加长。

（6）具有可再声性能。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，可供应量不会枯竭。

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二氧化碳远低于该植物生长过程中所吸收的二氧化碳，从而改善由于二氧化碳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。因而生物柴油是一种真正的绿色柴油。

3生物柴油的应用现状

在国际市场上，生物柴油根据等级和纯度的不同，价格在250美元/t以上。目前在美国、欧洲、亚洲的一些国家和地区已开始建立商品化生物柴油生产基地，并把生物柴油作为代用燃料广泛使用。

生物柴油使用最多的是欧洲，份额已占到成品油市场的5%。目前在欧洲用于生产生物柴油的原料主要为菜籽油，目前的生物柴油标准也主要是参照菜籽油的生物柴油标准品质作出的，表4为现阶段生物的德国标准。1999年，欧盟共生产出3.90*105m3生物柴油。2000年初德国的总生物柴油生产量已达450kt，并有逐年上升的趋势。德国凯姆瑞亚.斯凯特公司自1991年起开发研制了用植物油如菜籽油生产生物柴油的工艺和设备。目前利用该公司的工艺和设备已在德国和奥地利等欧洲国家建起了多个生物柴油生产工厂，最大产量达300t/d。表5是德国凯姆瑞亚.斯凯特公司开发生产的生物柴油与普通柴油主要性能比较，可以看出，生物柴油在冷滤点、闪点、燃烧功效、含硫量、含氧量、燃烧耗氧量、对水源的危害方面优于普通柴油，而其他指标与普通柴油相当。

在美国，生物柴油的产量由1999年的1892.5m3猛增到2000年的18925m3。目前已有纯态形式的生物柴油燃料和混合生物柴油燃料，在汽车上实际使用超过1.6*107km的实验基础。纯态形式的生物柴油又称为净生物柴油，已经被美国能源政策法正式列为一种汽车替代燃料。依据原料和生产商的不同，目前美国净生物柴油的价格不及0.515～0.793美元/L；含80%生物柴油成分的混合生物柴油的市场价格，每升比传统柴油要贵7.93～10.57美分。

日本1995年开始研究生物柴油，在1999年建立了259L/d用煎炸油为原料生产生物柴油的工业化实验装置，该装置可降低原料成本。目前日本生物柴油年产量可达400kt。

4生物柴油的生产方法

目前生物柴油主要是用化学法生产，即用动物和植物油脂和甲醇或乙醇等低碳醇在酸或者碱性催化剂和高温（230～250℃）下进行转酯化反应，生成相应的脂肪酸甲酯或乙酯，在经洗涤干燥即得生物柴油。甲醇或乙醇在生产过程中可循环使用，生产设备与一般制油设备相同，生产过程中可产生10%左右的副产品甘油。

目前生物柴油的主要问题是成本高，据统计，生物柴油制备成本的75%是原料成本。因此采用廉价原料及提高转化从而降低成本是生物柴油能否实用化的关键。美国已开始通过基因工程方法研究高油含量的植物。日本采用工业废油和废煎炸油。欧洲是在不适合种植粮食的土地上种植富油脂的农作物。

但化学法合成生物柴油有以下缺点：工艺复杂、醇必须过量，后续工艺必须有相应的醇回收装置，能耗高；色泽深，由于脂肪中不饱和脂肪酸在高温下容易变质；酯化产物难于回收，成本高；生产过程有废碱液排放。

为解决上述问题，人们开始研究用生物酶法合成生物柴油，即用动物油脂和低碳醇通过脂肪酶进行转酯化反应，制备相应的脂肪酸甲酯及乙酯。酶法合成生物柴油具有条件温和，醇用量小、无污染排放的优点。但目前主要问题有：对甲醇及乙醇的转化率低，一般仅为40%～60%，由于目前脂肪酶对长链脂肪醇的酯化或转酯化有效，而对短链脂肪醇如甲醇或乙醇等转化率低。而且短链醇对酶有一定毒性，酶的使用寿命短。副产物甘油和水难于回收，不但对产物形成抑制，而且甘油读固定化酶有毒性，使固定化酶使用寿命短。

5生物柴油的应用前景分析

生产和推广应用生物柴油的优越性是显而易见的：（1）原料易得且价廉。用油菜籽和甲醇为生产原料，可以从根本上摆脱对石油制取燃油的依赖。（2）有利于土壤优化。种植油菜可与其他作物轮种，改善土壤状况，调整平衡土壤养分，挖掘土壤增产潜力。（3）副产品具有经济价值。生产过程中产生的甘油、油酸、卵磷脂等一些副产品市场前景较好。（4）环保效益显著。生物查燃烧时不排放二氧化硫，排出的有害气体比石油柴油减少70%左右，且可获得充分降解，有利于生态环境保护。此外生物柴油由于竞争力不断提高、政府的扶持和世界范围内汽车车型柴油化的趋势加快而前景更加广阔。

5.1生物柴油的竞争力不断提高

从世界范围来看，目前世界上含硫原油（含硫量0.5%～2.0%）和高硫原油（含硫量在2.0%以上）的产量已占世界原油总产量的75%以上，其中含硫量在1%以上的原油占世界原油总产量的55%以上，含硫量在2%以上的原油也占30%以上。目前全球炼油厂加工的原油平均相对密度是0.8514，平均含硫量是0.9%；在2000年以后，平均相对密度将上升到0.8633，含硫量将上升到1.6%。炼油厂要在现有基础上，使柴油含硫量低、有良好的安定性及性、较高的十六烷值和清净性，必须在装置调整上投入大量资金，并由此带来油品生产成本的提高，在这方面，各发达国家的炼厂均投入了重金。从美国的情况看，美国从20世纪90年代初启动油品清洁化，已累计投入了300多亿美元。由此造成的油品成本提高使目前美国炼厂吨毛利仅在每桶1美元左右，维持微利状态，有的企业甚至亏损；从欧洲的情况来说，欧洲炼油厂要达到2000年欧盟燃油规格，估计需要投资200亿～300亿美元。欧洲石油工业协会估计的投资更高，该组织认为要达到2000年和2005年的柴油规格，需要投资440亿～500亿美元。

随着生物柴油生产工艺的改进，使用生物柴油的发动机即可使用普通柴油的发动机（对有些机型仅需换密封圈和滤芯），无需作任何改动，生物柴油可与普通柴油在油箱中以任何比例相混，并对驾驶动无任何影响，驾驶者根本无法区分两者的驾驶动力差别。加之柴油替代燃料所用原料随着规模种植价格日趋低廉，使柴油替代燃料的生产成本逐步下降，与常规柴油的价格正在缩小，如美国生物柴油的价格已从每升1.06美元降到0.33～0.59美元，这个价格与普通柴油的价格差不多。

5.2政府对生物柴油的扶持政策

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2008-2012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%。

5.3现代柴油机促使汽车车型柴油化的趋势加快

在欧洲，1999年新购柴油轿车比例约为30%，法国甚至达到48%。2000年，欧洲市场上柴油轿车的销售量达到440万辆，比1995年翻了一倍。现在经济型轿车主要生产厂商如大众、雷诺、欧宝和福特的顾客中，几乎有一半需要柴油车。目前，在欧洲轿车市场上，新型柴油轿车购买率达30%，专家预言：到2006年，欧洲每2辆新车中就有1辆是柴油车。在美国市场上，商用车（即我国所称的卡车、客车）的90%为柴油车；在日本，将近10%的轿车是柴油轿车，38%的商用车为柴油车。美国、日本及欧洲的重型汽车全部使用柴油机为动力。许多国家在税收、燃料供应等方面予以政策上的倾斜，敦促柴油发动机的普及和发展。我国柴油汽车生产比例已由1990年的15%上升到1998年的26%。1997年我国生产的重型载货汽车和大型客车全部采用柴油发动机；65.9%中型载货汽车采用柴油发动机，53.5%中型客车采用柴油发动机；55.4%和29.4%的轻型载货汽车、轻型客车也开始采用柴油发动机。我国1994年颁布的《汽车工业产业政策》明确提出，总重量超过5t的载客汽车载货汽车在2000年后主要采用柴油为燃料。在未来的几年，是中国汽车工业腾飞的时代。因此，我国柴油车产量的增长趋势还将继续下去，汽车柴油化是中国汽车工业的一个发展方向。

汽车车型柴油化趋势的加快主要是由于现代柴油机采用了电控发动机控制系统、高压燃油直喷式燃烧系统以及废气排放控制装置，已完全克服了传统柴油机的缺点，能够满足现行的国际排放标准，而这些装置和技术要求柴油含硫量低，有良好的安定性及性，较高的十六烷值和清净性等。随着现代柴油机使用生物柴油燃料技术的成熟，目前在世界范围内出现的这种汽车车型柴油化趋势会进一步加快。据专家预测，在2010年以前，是柴油需求年均增长3.3%，到2010年，世界柴油的需求量将从目前的38%增加到45%。而世界范围内柴油的供应量严重不足，给生物柴油留下广阔的发展空间。

6我国发展生物柴油的原料分析及发展建议

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。业内人士指出，到2005年，随着我国原由加工量的上升，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较大。我国柴油产量到2005年预计可达到80.5Mt，仍缺口600～2400kt。预计到2010年柴哟的需求量将突破100Mt，与2005年相比，将增长24%；至2015年市场需求量将会达到130Mt左右。近几年来，尽管炼化企业通过持续的技术改造，生产柴汽比不断提高，但仍不能满足消费柴汽比的要求。目前，生产柴汽比约为1.8，而市场的消费柴汽比均在2.0以上，云南、广西、贵州等省区的消费柴汽比甚至在2.5以上。随着西部开发进程的加快，随着国民经济重大基础项目的相继启动，柴汽比的矛盾比以往更为突出。因此，开发生物柴油不仅与目前石化行业调整油品结构提高柴汽比的方向相契合，而且意义深远。

国内也已研制成功利用菜籽油、大豆油、米糠油脚料、工业猪油、牛油及野生植物小桐籽油等作原料，经预酯化、再酯化射干难产生物柴油的工艺。高品质的原料是生产高品质生物柴油和取得高收率的基本保证。由于双低菜籽油生产的生物柴油含硫量低，从而使该菜籽油生物柴油具有好的排放标准，因此目前在欧洲普遍栽种双低菜籽。就目前而言，每公顷土地可生产约30t菜籽（含油量约40%）。我国有很多地区油菜籽种植面积很大，在加工传统的食用油的同时不失时机地开发生产生物柴油燃料是油菜籽利用的一个重要方向。另外，研究发现棉籽油与双低菜籽油的脂肪酸组成相似，因此在我国采用棉籽油作为生物柴油的原料还是可行的。当然，此时的棉籽油生物柴油标准需要按照中国的实际作相应的调整。

1t油菜籽可制取约160kg生物柴油，同时可副产16kg甘油。而纯度高达99.7%的特级甘油价格为2000美元/t。因此，制取生物柴油与精致甘油工艺联产，将能取得较为理想的经济效益。若能建年产100kt具有一定工业化生产规模的生物柴油装置，其经济效益更为可观。近几年来，生物柴油燃料已被越来越多的重视，在美国和欧洲已开始建立商品化生产，市场很有吸引力，原料也不会存在问题，因此，有很多大公司纷纷开拓这一业务，期望在开始时就能占领市场。南斯拉夫在五、六年前已研制成功这项技术且已生产，后因经济困难而停产，测试数据表明，南斯拉夫的技术水平同德国、意大利等国的相同，可探讨与南斯拉夫合作帮助我国发展这一技术。