废食用油脂作生物柴油原料的可行性分析

我国近年连续报道的“地沟油”事件，亦引发了相应禁令的推行，如《食品生产经营单位废弃食用油脂管理的规定》（卫法监发[2002]99号），《大连市人民政府关于加强废动植物油脂管理的通告》（大政发[1999]164号）、《上海市餐厨垃圾处理管理办法》（上海市人民政府令[2005]45号）、《南京市废弃食用油脂管理办法》（南京市政府令[2001]198号）和《广州市食品安全监督管理办法》（广州市人民政府令[2004]1号）等。这些规范规定了废食用油脂的回收、加工要求，控制其去向，防止进入食用领域。
法制和政策的完善规范了废食用油脂的管理，但同时也阻断了废食用油脂的传统利用途径，使得废食用油脂市场收购价格下降[4]，降低了收集单位运营的动力，可能导致非法收集和处置的比例上升，因此废食用油脂的资源化利用急需找到新的出路。
2废食用油脂作生物柴油原料的前景
2.1生物柴油发展前景
生物柴油是指利用生物油脂生产的生物（质）燃料，主要成分为长链脂肪酸的单烷基酯，可以替代化石柴油用于运输或作为燃料。生物柴油与传统的化石柴油相比有很多的优越性，如可增加发动机的润滑性，降低喷油泵、发动机缸体和连杆的磨损率；生物柴油的闪点约为150℃，远高于化石柴油的52℃，亦即具有较高的安全性能；生物柴油十六烷值高，具有良好的燃烧性能，燃烧残留物呈微酸性，可延长催化剂和发动机机油的使用寿命。最重要的是，作为生物可降解的可再生能源，生物柴油的使用将大幅度减少CO2的排放，减缓温室效应；生物柴油的硫和芳香烷烃含量较少，燃烧尾气毒性小；即便在燃料泄漏的情况下，其对环境的影响也远小于化石燃料[9～11]。世界各国也积极推动生物柴油的发展[12]，如欧盟颁发《生物燃料促进指令》（Directive 2003/30/EC）推动生物柴油在交通运输领域的应用，日本先后颁发的《循环经济社会基本法》和《食物回收利用法》提倡废食用油脂回用作为生物燃料返回社会。我国《中华人民共和国国民经济和社会发展第十个五年计划纲要》也提出将发展生物液体燃料确定为国家产业发展方向。
2.2废食用油脂作生物柴油原料的意义
生物柴油原料主要为大豆油、菜籽油等纯植物油，由于植物油价格昂贵（如2004年9月大豆油价格为US＄0.60/kg），使得生物柴油的成本（US＄0.875/kg）远高于化石柴油（US＄0.59/kg），限制了生物柴油工业的长期发展。若能拓宽原料的种类和采用低价格的原料，则生物柴油有望进一步得到广泛应用。因此，利用废食用油脂制造生物柴油，对废食用油脂的合理资源化利用，防止废食用油脂再次进入食物链和促进生物柴油的发展都十分有利。
3利用废食用油脂制造生物柴油工艺进展
3.1反应原理
酯基转移作用或酯交换反应是动植物油脂制造生物柴油的主要方法。动植物油脂（甘油三酸酯，包括3mol酯和1mol丙三醇）与甲醇或乙醇等低碳醇以一定摩尔比混合，通过碱性催化剂或酸性催化剂分解甘油三酸酯释放酯，使其能附着到醇上，在一定的温度和压力下进行酯交换反应，形成以脂肪酸甲酯或脂肪酸乙酯为主要成分的生物柴油（反应原理见图1）[9，10]。碱性催化剂包括NaOH、KOH、碳酸盐和烷基氧化物，酸性催化剂主要为硫酸、磷酸、盐酸和有机磺酸[13]。

图1酯交换反应原理图
3.2工艺流程
利用废食用油脂制造生物柴油的整体工艺流程见图2，主要包括预处理、反应和后处理三大环节。

图2利用废食用油制造生物柴油的碱催化工艺流程
由于废食用油脂含有较多杂质，会影响催化剂的效率，因此在进入反应器前需根据工艺要求去除水分、杂质、游离脂肪酸等：通过离心或重力分离去除固体杂质，加热去除水分，游离脂肪酸预处理单元则包括酯化反应器、丙三醇淋洗装置和醇回收装置。预处理后的油与甲醇-催化剂混合物混合反应，生成生物柴油和丙三醇-催化剂沉淀，以及过量的醇。反应器上层为生物柴油和醇，重力分离后在适当的高温下加热，可回收过量的醇和生物柴油产品。以水溶液洗涤丙三醇-催化剂沉淀可回收丙三醇。分离的丙三醇副产品（甘油）是生物柴油生产过程中的副产品，可作为溶剂、增塑剂和软化剂等，广泛应用于化妆品工业、制革和印染工业、食品加工业和炸药制造等。废食用油脂的转化效率一般不小于85%，醇的用量平均为原油的9%～15%，催化剂投加率为0.5%，平均每生产1L的生物柴油可回收80mL的甘油[4，6，14]。