李 洋， 張愛華， 肖志紅， 汪紅梅, 李昌珠*

(1.湖南省林業(yè)科學(xué)院， 湖南 長沙 410004； 2.湖南省生物富烴燃料工程技術(shù)研究中心， 湖南 長沙 410004； 3. 長沙理工大學(xué)， 湖南 長沙 410004)

非食用植物油作為生物富烴燃料原料的研究進(jìn)展

李 洋1，2，3， 張愛華1,2， 肖志紅1,2， 汪紅梅3, 李昌珠1,2*

(1.湖南省林業(yè)科學(xué)院， 湖南 長沙 410004； 2.湖南省生物富烴燃料工程技術(shù)研究中心， 湖南 長沙 410004； 3. 長沙理工大學(xué)， 湖南 長沙 410004)

隨著世界化石能源漸趨枯竭、環(huán)境問題日益突出、能源需求的不斷擴大，促使人們積極尋找新的替代能源燃料。在這些新型能源中，具有高生物降解性的、無毒的生物富烴燃料作為替代燃料更具吸引力。選用非食用植物油作為主要的原料制備生物富烴燃料可以緩解食用油的壓力和減少原料的成本。本文闡述非食用植物油作為未來生物富烴燃料的主要原料的必要性和潛力，介紹目前國內(nèi)外非食用植物油研究現(xiàn)狀及幾種常用的非食用植物油作為生產(chǎn)生物富烴燃料的發(fā)展?fàn)顩r。

非食用植物油； 生物富烴燃料； 食用植物油； 潛在能源

目前，由于不可再生資源價格不斷上升以及由它帶來的環(huán)境問題，促使世界各國積極尋找新的能源來代替不可再生能源[1]。根據(jù)當(dāng)前的能源形勢，大多數(shù)研究者將目光轉(zhuǎn)向以非石油為基礎(chǔ)的可再生能源和無污染能源上[2]。生物富烴燃料因為其來源的穩(wěn)定性及廣闊的產(chǎn)業(yè)化前景已成為世界范圍內(nèi)能源領(lǐng)域的研究熱點，生物富烴燃料則是其中最受關(guān)注之一[3]。調(diào)查表明[4]，到2020年，歐洲、巴西、中國和印度的生物富烴燃料使用量將達(dá)到20%～22%，我國石油的需求量將會高達(dá)4.1億～5.5億t，中國石油進(jìn)口將占60%。巨大的市場前景為生物富烴燃料產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供了廣闊的發(fā)展空間。

根據(jù)IEA和SRI咨詢公司的有關(guān)調(diào)查[5]得知：世界大部分地區(qū)生產(chǎn)生物富烴燃料所用的原料主要是油菜籽(占84%左右)，其次是葵花籽(占13%左右)。然而，即使所有的食用油都被用于生物富烴燃料的生產(chǎn)，還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足燃料市場的需求[6]?，F(xiàn)在我國食用油還需每年從國外進(jìn)口，不可能完全依賴以農(nóng)產(chǎn)品為原料生產(chǎn)生物富烴燃料[7]。所以幵發(fā)相對較多的非食用性林木種子油替代傳統(tǒng)的食用性植物油成為一種必然趨勢[8]。目前世界各地分布有大量的非食用油原料，因其不與糧食爭地、更環(huán)保、生產(chǎn)的副產(chǎn)物能利用，相比食用油更具有明顯的經(jīng)濟優(yōu)勢等而備受關(guān)注。非食用植物如麻瘋樹[9]，蓖麻[10]，水黃皮[11]，亞麻[12]和海芒果[13]等都可被當(dāng)作第二代生物富烴燃料原料[6]。

1 國外非食用原料制備生物富烴燃料

全球生物富烴燃料煉制因為不同地域差異[14]，選用的主要原料存在較大差異。歐洲國家煉制生物富烴燃料的主要原料是油菜籽、大豆、棕櫚油和葵花籽等油料作物，現(xiàn)在餐飲用油、動物板油等其他原料也已經(jīng)開始應(yīng)用，但歐盟各國生產(chǎn)生物富烴燃料的大部分原料仍需進(jìn)口；美國生產(chǎn)生物富烴燃料所選用的主要原料來自高產(chǎn)轉(zhuǎn)基因大豆，且占88.5%，還有黃脂膏和牛油脂等；巴西生物富烴燃料原料中使用大豆油的生物富烴燃料占60%，蓖麻油占20%，其他植物油占20%；亞洲各國的生物富烴燃料原料各具特色，日本主要利用餐飲廢油和農(nóng)林廢棄物、印度用棉籽、韓國用米糠和回收食物油、馬來西亞和印度尼西亞作為主要的棕櫚油生產(chǎn)國，其主要原料為棕櫚油[9]。

目前，世界各地已經(jīng)對多種非食用油進(jìn)行實驗研究，將其作為生產(chǎn)生物富烴燃料的主要原料，并且將部分非食用油原料用于發(fā)動機試驗測試和理化實驗[15-16]。Azam MM等[17]研究發(fā)現(xiàn)75種植物種子油含有30%的脂肪酸，在這些植物中，包括麻瘋樹、水黃皮、印楝樹和胡桐等26種被認(rèn)為是最適合制備生物富烴燃料，因為他們基本符合美國、德國和歐洲標(biāo)準(zhǔn)組織的生物富烴燃料標(biāo)準(zhǔn)。Agarwal AK[18]研究麻瘋樹、水黃皮、胡桐和橡膠種子油這4種不可食用的植物油的特性，發(fā)現(xiàn)它們可以作為生物富烴燃料生產(chǎn)的主要來源，替代石油燃料。因為使用非食用植物油可以緩解食用油的壓力和減小原料的成本。Gui MM等[19]建議采用麻瘋樹、加倫賈、蓖麻、橡膠籽作為原料油。其研究調(diào)查得知：在對全球糧食經(jīng)濟無顯著影響情況下，發(fā)展生物富烴燃料作為替代化石柴油可持續(xù)的資源，作為低成本的原料，廢食用油應(yīng)當(dāng)作為生物富烴燃料原料主要來源，而當(dāng)廢棄食用油脂短缺時非食用植物油可作為補充。Pinzi S等[21]選擇的13種廉價、具有潛力的非食用植物油作為原料制備生物富烴燃料，分析得到其中由麻瘋樹、加倫賈、紫荊木、印楝樹油制備出的生物富烴燃料比較符合當(dāng)前生物富烴燃料的標(biāo)準(zhǔn)，即歐洲EN 14214和美國ASTMD 6751 — 02，同時還發(fā)現(xiàn)在寒冷氣候下，麻瘋樹和水黃皮樹油與其他非食用植物油相比更合適使用。

根據(jù)調(diào)查，多種非食用植物油有希望取代現(xiàn)行的礦物柴油，可作為生產(chǎn)生物富烴燃料的可行原料[21-22]。表1是種子和核仁的油的含量以及所含游離脂肪酸的數(shù)據(jù)。從表1可知，非食用植物油的種子和核仁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)差異很大，所以只給出含油率最小和最大的范圍。

表1 多種非食用植物的油和游離脂肪酸含量Tab.1 Variousinediblevegetableoilswithoilandfreefat-tyacidcontents非食用油植物含油率種子(%)核仁(%)游離脂肪酸(%)麻瘋樹20～6040～6013.5～14.5水黃皮25～5030～50 8.3～20 紫荊木35～505020亞麻籽35～45橡膠40～6040～5017棉籽17～25印楝樹20～3025～45

從表1發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)非食用植物油含有較高的游離脂肪酸(FFA)。如果油中的FFA的含量大于3.0%以上，酯交換反應(yīng)是不可行的。當(dāng)油樣FFA值低于2.0%時，堿性酯交換與酸性酯交換相比，后者快約4000倍[21]。因此，在表1中大多數(shù)非食用植物油需要兩步酯交換反應(yīng)獲得生物富烴燃料[23]。

從表2中可知，5種非食用植物油的燃料特性有很大的差異，可能是由于氣候、土壤、品種等原因所致。相比柴油，它們有更高的密度和運動粘度、低十六烷值和熱值。由于非食用植物油的低十六烷值和高運動粘度，長時間使用可能會在柴油引擎出現(xiàn)問題，如引擎熄火，噴油停止，形成膠質(zhì)等[24]。

表2 5種非食用植物和柴油的燃料特性Tab.2 Fuelpropertiesoffiveinediblevegetableoilsanddiesel非食用植物油密度(kg/m3,40℃)運動粘度(mm2/s,40℃)閃點(℃)傾點(℃)濁點(℃)十六烷值熱值(MJ/kg)麻瘋樹油901～94024.5～52.76180～280 3～5 8～1033.7～5138.2～42.15水黃皮樹油870～92827.8～56 198～263 3～5 13～15 45～67 34～38.8 紫荊木油891～95024.6～37.6 212～26012～1512 43.535.6～38.9 橡膠油910～93034.0～76.4 144～198114 37 37.5印楝樹籽油912～96520.5～48.2 34～285—— 51 33.7～39.5 柴油— 2.0～2.7 45(最小)20～5 —45(最小)—

表3是5種非食用植物油甲基酯燃料的特性以及相應(yīng)的美國標(biāo)準(zhǔn)。生物富烴燃料的物理性質(zhì)是由其脂肪酸酯的結(jié)構(gòu)和類型決定的[25]，生物富烴燃料的性能則是由用作酯交換反應(yīng)過程的植物油的類型來決定，生物富烴燃料能與石化柴油完全混溶并且能以任何比例摻雜到柴油燃料中。從表3可知，大多數(shù)的生物富烴燃料特性都在標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)。所以某些生物富烴燃料，特別是甲酯化麻瘋果油，可以直接應(yīng)用于CI發(fā)動機，由于高分子量(約880)，因此其植物油具有低揮發(fā)性。在任何情況下，純植物油和純生物富烴燃料的粘度都比常見的柴油燃料高。植物油和生物富烴燃料的高粘度導(dǎo)致燃油噴霧的霧化不良，進(jìn)而形成大尺寸液滴，因而易發(fā)生高噴霧射流穿透。所以植物油雖可應(yīng)用在CI發(fā)動機，但還需對燃油改性和發(fā)動機改造。燃油改性包括植物油和石油柴油或其他燃料的混合，采用熱裂解、微乳法、酯交換反應(yīng)和加氫脫氧來降低粘度和減少聚合物。發(fā)動機改裝包括預(yù)熱或加熱燃料管道、雙加油、噴射系統(tǒng)修改等。

表3 5種非食用植物油甲基酯燃料的特性以及相應(yīng)的美國標(biāo)準(zhǔn)Tab.3 FuelpropertiesoffivebiodieselsandAmericanstandards非食用植物油密度(kg/m3,40℃)運動粘度(mm2/s,40℃)閃點(℃)傾點(℃)濁點(℃)十六烷值熱值(MJ/kg)甲酯化麻瘋果油862～8863.0～5.65180～280 2～6 4～1043～5937.2～43 甲酯化水黃皮籽油865～8983.8～9.6 110～187 6～142～2436～61 36～42.1甲酯化紫荊木籽油828～8652.7～6.2 56～208 1～6 3～5 47～5136.8～43 甲酯化橡膠油858～9001.9～6.0 130～17410～153～1249～5736.5～42 甲酯化印楝樹籽油820～9423.2～10.7———51～5339.6～40.2美國標(biāo)準(zhǔn)柴油870～9001.9～6.0 >13010～15—47(最小)—

選取國外常用的水黃皮、紫荊木和印楝樹這3種非食用植物油，介紹其研究現(xiàn)狀，包括其相關(guān)燃料特性、應(yīng)用方法、以及發(fā)動機性能。

1.1 水黃皮樹生物富烴燃料油

生物富烴燃料油雖然在技術(shù)上具有可行性，經(jīng)濟上有競爭力，符合環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，但是生物富烴燃料油的成本有時要比石油、柴油更高。因此，需要選用低成本的原料，如非食用油和廢棄油脂，例如：水黃皮樹油相比高品質(zhì)的可食用油，在價格上就更具優(yōu)勢[26]。研究表明水黃皮樹油用于兩缸柴油發(fā)動機里測試及其它的混合柴油。其水黃皮生物富烴燃料油相比礦物柴油的熱效率低，但混合柴油的熱效率比礦物柴油更高[27]。另外，與常規(guī)柴油相比，甲酯化后水黃皮樹油的碳?xì)浠衔镏蠧O和氮氧化合物(NOX)排放量略高。礦物柴油的碳?xì)浠衔镒畲笈欧帕繛?5×10-6，而生物富烴燃料油由于混入少量空氣其排放量達(dá)到120×10-6。據(jù)報道，柴油機的CO最大排放是0.18%，而生物富烴燃料則達(dá)到了0.21%?；旌喜裼拖啾人S皮生物富烴燃料油CO排放量還是要低一些。當(dāng)混合柴油的混合比為5%、10%、15%和20%時，相應(yīng)的排放量是0.15%、0.16%、0.15%和0.18%，在水黃皮生物富烴燃料的NOX最大排放比混合柴油要高些。據(jù)相關(guān)報道，在生物富烴燃料油的NOX排放約12%，比礦物柴油高，這可能是由于生物富烴燃料燃燒室的溫度較高。在混合比為20%的時候，脫膠水黃皮樹油與礦物柴油混合比例能得到最佳的性能和低排放[28]。

1.2 紫荊木籽生物富烴燃料油

紫荊木生物富烴燃料油作為礦物柴油的替代能源之一，其燃料特性滿足ASTMD 6751 — 2和IS 1448標(biāo)準(zhǔn)，在柴油中混入部分紫荊木生物富烴燃料能顯著地降低一氧化碳(CO)、碳?xì)浠衔?HC)和煙的排放量[29]。 Raheman H等[30]提出將紫荊木生物富烴燃料油及它的混合柴油應(yīng)用在E6高速噴射柴油發(fā)動機，得到生物富烴燃料的性能。其研究結(jié)果表明其燃料特性幾乎與礦物柴油一樣，通過測定發(fā)動機性能(制動油耗比，制動熱效率和排氣溫度)和排放物(CO，NOX和煙密度)，用來評估和計算生物富烴燃料在柴油發(fā)動機運行狀況。由于混合紫荊木生物富烴燃料(B20)能夠有效減少廢氣排放、燃油消耗、增加制動功率和制動熱效率，因此可以替代柴油燃料，而且能有效控制空氣污染。

Agarwal D等[31]使用紫荊木混合柴油將其應(yīng)用在一個四沖程柴油發(fā)動機中，研究其混合柴油性能和廢氣排放物，并將它與柴油相比較。通過試驗得知，所有紫荊木混合柴油(10%，20%和30%)具有與柴油非常接近的熱效率。其中以30%的紫荊木混合柴油的熱效率最高，并且紫荊木混合柴油比礦物柴油煙密度更高。

1.3 印楝樹籽生物富烴燃料油

印楝樹籽含油量高達(dá)40%，被視為很有開發(fā)潛力的生物燃料。印楝樹籽油主要由甘油三酯和大量的三萜類化合物組成。它包含四個飽和脂肪酸，其中兩個是棕櫚酸，兩個是硬脂酸。它也含有多不飽和脂肪酸，如油酸和亞油酸。Azam MM等[17]調(diào)查得知75種植物種子油含有30%的脂肪酸，他們一致認(rèn)為印楝油是最適合用作生物富烴燃料之一。

Md. Hasan Alia等[32]研究用印楝籽油和甲醇酯交換制備生物富烴燃料。研究在不同溫度和不同的醇油比來實現(xiàn)生物富烴燃料的最大產(chǎn)率。通過實驗結(jié)果可知，生物富烴燃料的特性包括密度、運動粘度和熱值都能滿足生物富烴燃料標(biāo)準(zhǔn)(ASTM6751 — 02)，特別是運動粘度標(biāo)準(zhǔn)在1.90～6.0之間。他們認(rèn)為生物富烴燃料將會在未來做出重要貢獻(xiàn)，且當(dāng)它的產(chǎn)量達(dá)到石油的百分之幾時，可以大大提高燃料特性，大幅度減少未燃燒烴、一氧化碳和氮氧化物的排放。Rao GLN等[33]通過對比純印楝籽油和印楝籽油與2號礦物柴油的混合柴油(25%)的性能和排放特性，發(fā)現(xiàn)純印楝籽油排放的NOX較低；混合柴油比普通的礦物柴油顯示稍高的排煙強度；混合柴油的CO和HC排放量相比純印楝油和礦物柴油較低。純印楝油和混合柴油的制動熱效率則與礦物柴油一樣。

2 國內(nèi)非食用原料制備生物富烴燃料

我國基于人多地少、耕地資源有限這一國情，不能像歐盟、美國、東南亞等國家以菜籽油、大豆油、棕櫚油作為生產(chǎn)生物富烴燃料的原料。目前國內(nèi)生物富烴燃料油主要是以菜籽油、地溝油和廢棄動植物油為原料，但現(xiàn)在面臨的難題是廢棄動植物油和地溝油難以回收，菜籽油作為主要原料成本太高，并且可能會威脅到糧食安全[34]。雖然說大豆、花生等草本油料可以作為生物富烴燃料油的原料，但作為我國主要的食用油脂，在國內(nèi)油脂產(chǎn)量尚不能滿足食用油市場需求的情況下，還不能作為主要原料來生產(chǎn)生物富烴燃料，而且它們與糧食作物如水稻、玉米等爭地，擴產(chǎn)潛力也有限，所以有必要發(fā)展非食用植物油來滿足生物富烴燃料的生產(chǎn)。

我國有豐富的植物油資源，其中木本油料樹種有400多種，有多達(dá)200多種木本油料的含油量在15%～60%，有50多種木本油料的含油量在50%～60%。其中含油率都達(dá)到了40%以上的油料植物有麻瘋樹、黃連木、油茶、光皮樹、文冠樹等，并且油中還含有較高的脂肪酸組分C16、C18，是優(yōu)秀的木本油料植物資源[35]。雖然麻瘋樹、黃連木等木本油脂植物目前還處于試點培育階段，但在未來當(dāng)其技術(shù)成熟時，利用非農(nóng)業(yè)和林業(yè)規(guī)劃用地的無林地和退耕還林地(約6700萬hm2)種植油料植物，可生產(chǎn)生物富烴燃料近億噸(按種植黃連木或麻瘋樹計算，以每公頃油料林出油1.5 t計)。今后幾十年內(nèi)我國可利用非食用性木本油料樹種作為最主要的生物富烴燃料植物原料[36]。

選取國內(nèi)3種常用的非食用原料：麻瘋樹、光皮樹以及蓖麻，介紹其分布、理化特性以及現(xiàn)階段研究現(xiàn)狀。

2.1 麻瘋樹生物富烴燃料油

麻瘋樹，又稱黃腫樹(廣東)、假花生(廣西)、南洋油桐、Jatropha (英文)。麻瘋樹原產(chǎn)于巴西，在我國主要分布于廣東、廣西、海南、四川、云南等省區(qū)，可用于荒山造林。麻瘋樹種子有毒，一般忌食[37]。泰國工業(yè)財團(1979)是最早試驗用麻瘋樹油代替農(nóng)用柴油機燃料油，研究結(jié)果認(rèn)為麻瘋樹是一種適宜的生物資源。由麻瘋樹油制備得到的生物富烴燃料油，有較高閃點、熱值、十六烷值，能夠滿足國際相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。其熱值近似于柴油、十六烷值高于柴油、閃點則遠(yuǎn)高于柴油，使用安全、硫含量較低、有利于環(huán)保[38]。大體上它的物理化學(xué)性能十分接近于柴油，可以直接用于柴油發(fā)動機中。另外麻瘋樹油由于流動性好，與汽油、柴油、酒精混摻性很好，摻和后，可保持長時間內(nèi)不分離。2006年9月，中海油基地公司與攀枝花市人民政府簽訂了“攀西地區(qū)麻瘋樹生物富烴燃料產(chǎn)業(yè)發(fā)展項目”。英國陽光集團擬投資40億人民幣，在攀西地區(qū)種植6.67萬hm2麻瘋樹，并設(shè)立研發(fā)基地和建立煉油廠[39]。

從種植麻瘋果到生產(chǎn)制備生物富烴燃料這整個產(chǎn)業(yè)鏈上看，其具有更低的原料成本和更高的經(jīng)濟效益，這充分體現(xiàn)了其不與糧爭地的優(yōu)勢。但現(xiàn)階段要實現(xiàn)麻瘋樹籽生物富烴燃料的規(guī)?；a(chǎn)，還需降低成本和時間去推廣[5]。目前，國內(nèi)對其還處于探究階段，如林璟等[40]在甲醇、麻瘋果油物質(zhì)的量比為6∶1、反應(yīng)溫度為60℃，催化劑氫氧化鈉、氫氧化鉀、甲醇鈉用量為1.2%，反應(yīng)時間為80min，攪拌強度為600r/min時，采用酯交換法來制備生物富烴燃料，其酯交換轉(zhuǎn)化率達(dá)到97%以上，并且得到的生物富烴燃料各項理化指標(biāo)達(dá)到美國和德國測試標(biāo)準(zhǔn)。李彪等[41]以麻瘋樹籽為原料采用超臨界CO2法一步酯化合成生物富烴燃料。當(dāng)醇油摩爾比為30∶1、反應(yīng)壓力為15MPa、反應(yīng)時間為150min、反應(yīng)溫度為 373K、麻瘋樹種仁粒徑為40目、含水量在2.11%左右，甲酯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為95%，籽粕中殘留的佛波酯含量是 0.06mg/g，達(dá)到無毒標(biāo)準(zhǔn)。其制得的生物富烴燃料的主要性能指標(biāo)(密度、熱值、酸值、運動粘度、閃點和十六烷值)符合美國現(xiàn)行的 ASTM 6751 — 03以及我國生物柴油標(biāo)準(zhǔn)GB/T 20828 — 2007的要求。

2.2 光皮樹生物富烴燃料油

光皮樹是山茱萸科木屬落葉灌木或喬木，果肉和核仁均含油脂，干全果含油率33%～36%，出油率25%～30%，每株大樹平均產(chǎn)油量約為15kg。光皮樹果精煉制得的油含有77.68%的不飽和脂肪酸，其中油酸占38.13%、亞油酸占38.85%。目前，國內(nèi)光皮樹主要分布在長江流域到西南各地的石灰?guī)r區(qū)，黃河及以南流域也有種植。據(jù)江西、廣東、湖南、廣西的不完全統(tǒng)計可知：石灰?guī)r山地總面積到達(dá)了2200萬hm2，如果將其10%面積上種植光皮樹，則光皮樹籽油可以達(dá)到3000萬t/年。因此，光皮樹籽油制備生物富烴燃料具有很大的社會效益和經(jīng)濟效益[42]。

李昌珠等[43]以光皮樹籽、甲醇為原料，通過油酯交換反應(yīng)的方法制備生物富烴燃料油，當(dāng)醇油物質(zhì)的量比為5∶1、催化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.1%、反應(yīng)溫度為60℃、反應(yīng)時間為2h，制得的生物富烴燃料油的燃燒性能與0#柴油相似，得到一種潔凈(灰分<0.1003)和安全可靠(閃點>105℃)的生物質(zhì)燃料油。丁榮等[44]研究在飽和氯化鎂溶液反應(yīng)體系中，固定化酶LipozymeTLIM用量為光皮樹油質(zhì)量的20%，醇油摩爾比為3∶1，搖床轉(zhuǎn)速為150r/min，生物富烴燃料油轉(zhuǎn)化率最高到達(dá)了86.5%。相比三步甲醇醇解或在有機溶劑反應(yīng)體系，在飽和氯化鎂溶液體系下酶穩(wěn)定性更好，有效解決了酶在甲醇中失活的問題，反應(yīng)效率更高，降低了生產(chǎn)成本，成為一種生產(chǎn)生物富烴燃料油的新工藝。

2.3 蓖麻油生物富烴燃料油

蓖麻油屬于世界十大油料和四大不可食用的油料之一，是具有獨特性能的植物油。蓖麻油作為制備生物富烴燃料油原料具有較多的優(yōu)勢。我國蓖麻產(chǎn)量較多，其產(chǎn)地主要分布在內(nèi)蒙古、陜西、河北、山東、河南、四川等地，種植面積達(dá)到6.93萬hm2，我國2011年蓖麻籽產(chǎn)量達(dá)到10.45萬t/年，居世界第二[45]。蓖麻籽的產(chǎn)油率高，含油率48.1%～52.4%；蓖麻油粘度大、密度大(0.958～0.968g/cm3)、酸值低、凝點低(-18℃以下) 、閃點高(322℃以上)，是唯一一種具有雙鍵的十八碳羥基脂肪酸的植物油。是極具開發(fā)潛力的“綠色石油”。近年來，我國蓖麻油消耗量為9萬t/年左右，而其生產(chǎn)量約為3萬t/年，有較大的市場空間。因此，蓖麻籽油制備生物富烴燃料油產(chǎn)業(yè)化將有較好的發(fā)展前景。

谷孝東[46]研究以蓖麻籽油、甲醇物質(zhì)的量比為6∶1、反應(yīng)時間為55～60min、反應(yīng)溫度為62～64℃、1.0%的催化劑KOH用量(油重)進(jìn)行酯交換來制備生物富烴燃料，其產(chǎn)率達(dá)到 94%?？疾炱浔吐樯锔粺N燃料的物理化學(xué)特性及其與柴油混合后的排放特性，可知其閃點高于礦物柴油達(dá)143℃，酸值是0.3077mg KOH/g。在發(fā)動機臺架試驗，進(jìn)行部分負(fù)荷特性、煙度和尾氣成分測試，隨著蓖麻生物富烴燃料摻入比例增加，柴油機的動力性能逐漸下降，耗油量漸漸上升；煙度值也隨之降低；尾氣成分除NOX外都有下降。綜合動力性及經(jīng)濟方面，蓖麻生物富烴燃料的最佳摻入比為20%。

3 討論

生物富烴燃料是一種柴油最佳替代品，是環(huán)境友好型綠色燃料，具有深遠(yuǎn)的社會效益和經(jīng)濟效益。隨著全球能源需求量與日俱增，生物富烴燃料需求量也隨之增加，我們有必要尋找廉價生產(chǎn)原料來降低生物富烴燃料的生產(chǎn)成本。相比食用油，非食用油因為分布廣泛、不與糧食形成競爭、更環(huán)保、生產(chǎn)可利用的副產(chǎn)物以及明顯的經(jīng)濟優(yōu)勢等而備受關(guān)注。目前，國外致力于尋找多種非食用、廉價、具有潛力的植物油作為原料制備生物富烴燃料，分析它們在燃料方面性質(zhì)以及它們是否適合用作柴油替代燃料，已開發(fā)出水黃皮樹、紫荊木和印楝樹籽等多種非食用油原料生產(chǎn)生物富烴燃料，并且將部分非食用油原料用于發(fā)動機試驗測試和理化實驗室。相比之下，我國雖有豐富的植物油資源，但是麻瘋樹、黃連木、光皮樹等木本油脂植物還處于試點培育階段，還有大量的非食用植物油未被開發(fā)利用，所以國內(nèi)大部分的研究還處于挖掘非食用林木油料進(jìn)行基本的實驗性能研究。目前國內(nèi)研究較多的非食用植物油是麻瘋樹、光皮樹以及蓖麻，根據(jù)現(xiàn)階段研究現(xiàn)狀，它們的性能大體能滿足柴油標(biāo)準(zhǔn)，是極具開發(fā)潛力的生產(chǎn)生物富烴燃料的原料。

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Advancesofinediblevegetableoilasrickhydrocarbonbio-fuel

LI Yang1,2,3, ZHANG Aihua1,2, XIAO Zhihong1,2, WANG Hongmei3， LI Changzhu1,2*

(1.Hunan Academy of Forestry, Changsha 410004， China;2.Hunan Engineering Research Center of Biodiesel, Changsha 410004， China;3.Changsha University of Science & Technology, Changsha 410004， China)

People search for new alternative energy with energy crisis due to depletion of resources, increased environmental problems, and growing energy demand. Because of biodegradability and nontoxicity biodiesel has become more attractive as alternative fuel. It can be reducing cvst feedstaks and dependeng on edible oil to make bio-fuel for inedible vegetable oil.Therefore, the aim of this paper is to review the necessity and potentiality of the in edible oils and to identify the emerging technologies to produce biodiesel. The current domestic and foreign research of development and several in edible vegetable oil as biodiesel production was introduced.

inedible vegetable oils; rich hydrocarbon bio-fuel; edible oil; alternative fuel

2014-08-20

國家林業(yè)局公益項目(201204801)高品質(zhì)生物基燃料油定向催化合成產(chǎn)業(yè)化技術(shù)。

李 洋(1991-)女，湖南省長沙縣人，碩士，研究方向為生物質(zhì)能。

*為通訊作者。

TQ 645

A

1003 — 5710(2014)05 — 0086 — 07

10. 3969/j. issn. 1003 — 5710. 2014. 05. 023

(文字編校：龔玉子)