化学法催化病死猪油制取生物柴油及其生命周期分析

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生物柴油是一种绿色清洁能源。在当前世界石油危机的情况下,大力发展可替代石化柴油的生物柴油是一项尤为重要的工作。目前,制约生物柴油发展的一个因素为原料油成本过高,由于植物油脂容易出现与人争粮的局面,而利用废弃油脂生产生物柴油成为解决原料油瓶颈、实现生物柴油工业化生产的一大举措。通常,废弃动物油脂来源于肉类加工厂剩余物,能够用来制取得到合格的生物柴油,但是还有一类废弃动物油脂,即病死牲畜的油脂也可以作为原料进行生物柴油的生产。对于畜禽养殖业来说,每年都会有大量数量的畜禽死亡,每年会产生数百万吨左右的病死牲畜。这些病死牲畜的油脂如果能加以利用生产生物柴油无疑会开拓生物柴油的原料量,同时有利于废弃物的资源化利用。我国居民主要以猪肉为食用肉类,2014年全年肉总产量达8540万吨,比上年增长2.0%。其中猪肉产量为5671万吨,经折算,猪肉的产量占我国肉类总产量的66.4%。但据调查显示,我国畜禽传染病有200多种,每年因各类疾病引起的猪的死亡率在8%12%。如果能利用病死猪肉所熬出的原料油来制备生物柴油,相较于传统的病死猪处理方法,能够使资源合理利用,不但能使废弃的病死猪肉变废为宝,且能大幅度降低制备生物柴油的生产成本。本文利用病死猪熬制出的猪油为原料,采用化学催化法,首先进行了猪油预处理,去除杂质、水分等,然后利用KOH作为催化剂催化病死猪油制取生物柴油,考查了反应温度、催化剂用量、醇油摩尔比、反应时间等因素对病死猪油制取生物柴油的影响,最后利用响应面法进行了工艺条件的优化。在试验结果和参考文献的基础上,对利用病死猪油化学催化法制取生物柴油过程生命周期内的能量、排放进行了分析和评价,结果发现:1.参与酯化反应前的原料油先需经过预处理试验得到,具体操作如下:使原料油在80℃水浴1h后静置过滤除杂;过滤后的液体加入磷酸和定量热水并持续搅拌20min左右,将反应液离心分离,弃其胶质沉淀。脱胶、脱色、脱水的条件下对原料油进行了处理,预处理的得率可达到80%;然后根据单因素试验结果进行响应面试验,试验结果发现,在反应温度80℃,醇油摩尔比6.6:1,催化剂用量1.0%(占油脂质量的百分数),反应时间100min时,酯化率最高,达到32.5%。2.对生命周期化学法催化病死猪油制取生物柴油能量分析,以1kg生物柴油为功能单位,结果发现,生产每kg生物柴油消耗的能量为38.6MJ,产出的能量为39.5MJ,能量产出与投入比为1.02。其中,耗能最多的是甲醇及催化剂生产过程阶段,占总能耗的72.4%;其次是原料的预处理过程,占总能耗的14.1%。3.化学法催化病死猪油制取生物柴油生命周期内主要为气体污染物和固态废弃物排放,其中气体污染物为最主要的排放方式。气体污染物中CO2的排放质量最大,每制取1kg生物柴油,排放CO2的质量为6770.6g,其中甲醇及催化剂生产过程阶段排放量最大,占总CO2排放量的43.3%;固态废弃物排放质量为42.9 kg,主要为产生后所剩余的料渣,来自原料预处理过程,占固态废弃物总排放比例的96.2%。4.对化学法催化病死猪油生命周期能耗和排放分析结果研究发现,若实现能量的有效利用,应该降低甲醇及催化剂生产过程阶段能耗;减少甲醇及催化剂生产过程阶段的气体和固体排放。
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