《柴油机燃料调和用生物柴油》国家标准解读

　　由中国石油化工股份有限公司提出，石油化工科学研究院起草的我国第一项生物柴油的国家标准《柴油机燃料调和用生物柴油》进入报批程序。我国原有的生物柴油标准都是企业标准。这些标准的指标设置和具体要求，往往是企业根据各自的研发、生产和工艺水平制定的，缺乏共性的要求。有的企业还直接采用矿物柴油标准生产生物柴油，而生物柴油与矿物柴油在组成和性质上有所不同，以矿物柴油标准控制生物柴油的质量会产生很多问题。

　　生物柴油是真正的绿色能源，我国生物柴油的产业化正处于起步阶段，面临很多问题。其中，生物柴油需要满足哪些方面的要求，必须有一个最基本的答案，这正是《柴油机燃料调和用生物柴油》要回答的问题。

　　点 题

　　近年来，国际原油价格一路飙升，与油价飞涨相伴的，是我国经济快速增长，原油消耗节节攀升的现实。有资料称：保守估计，全国柴油缺口每年已达５０００万吨。在市场上，需求就是动力。早就在国际原油价格刚刚出现上涨信号的时候，国内一些企业就开始转向研究开发经济环保的原料，于是，生物柴油开始走向前台。

　　生物柴油产业由于技术成熟度高，对现有石油运输分销设施兼容性好，所以市场容易接受。虽然还不能完全替代石化柴油，但因为其种种优点，仍然得到了大力扶持。

　　不过，虽然技术路径可行，欧美等国也一直在发展并鼓励使用生物柴油，但正处于起步阶段的我国生物柴油的产业化，也面临诸多问题。国家标准《柴油机燃料调和用生物柴油》的出台正试图解决这些问题，它将对促进生物柴油的产业化产生重要意义。

　　生物柴油国标：踮起脚尖才能达到

　　据《柴油机燃料调和用生物柴油》国家标准起草人、石油化工科学研究院燃料油产品及添加剂研究室主任张永光教授介绍，我国生物柴油国家标准共包括17项技术要求的项目和限值，分别是密度：0.82～0.90kg/m3；运动黏度最小值为1.9mm2/s，最大值为6.0mm2/s；闪点130℃以上；冷滤点采用报告的方式；硫含量设定两个指标，即不大于0.05%和0.005%；10％蒸余物残炭不大于0.3%；硫酸盐灰分不大于0.02%；水含量0.05%；不允许有机械杂质；铜片腐蚀不大于1级；十六烷值不小于49；氧化安定性不小于6.0；酸值不大于0.80；游离甘油不超过0.02%；总甘油不超过0.24%；90%回收温度不超过360℃。这些要求考虑到我国生物柴油的使用主要是作为组分用燃料以5%～20%的比例与普通矿物柴油调和使用，如果使用100%的生物柴油，还需要另行制定标准或调整这项标准的指标要求。

　　从指标的数量上，我国生物柴油标准和发达国家相比有10多项差别，具体限定也有所不同。张永光解释说，主要原因是欧美生物柴油的原料来源主要是油料作物，把他们的指标简单地拿来，会使我国生物柴油的原料受限，有些指标也不符合我国的情况。我国生物柴油国家标准是一项相对比较高的标准，以我国绝大部分生物柴油生产企业的实际看，是需要踮起脚尖才能达到的标准。

　　我国企业在制定生物柴油标准时，大多参考国外生物柴油标准规定的指标和具体要求。对于我国生物柴油国家标准不予规定的一些项目，张永光解释说，高浓度的单甘酯、二甘酯、三甘酯能够产生喷射器沉积，并且可能影响低温操作性能，造成过滤器堵塞。标准制定过程中，经抽取我国企业的样品分析后发现，这3项指标都远远小于欧洲标准规定的限值。同时，作为调合用生物柴油，单甘酯、二甘酯、三甘酯在柴油中还可起润滑添加剂的作用，因此我国标准对这3项指标不予限定。残留的金属可导致发动机沉积和磨损，并造成泵和注射器失效，使柴油车排烟增大，启动困难，酯交换反应的催化剂可向反应中引入一价金属和二价金属，由于生物柴油在后处理中已经将金属元素分离出，其在生物柴油中含量一般都很少，没有必要限制金属的含量。磷能够破坏用于排放控制系统的催化转换器，一定要保持它的低含量，由于我国生物柴油的磷含量都远远小于欧美生物柴油，所以我国生物柴油标准对磷含量不作要求。碘值是在规定条件下和100克油品起反应时所消耗的碘的克数，碘值大的生物柴油不稳定，易氧化；但碘值只是对生物柴油安定性的一个粗略估计，所以我国生物柴油标准对碘值不予要求。生物柴油中的甲醇含量是生物柴油生产过程中未反应的残留物之一，生物柴油经处理后甲醇含量一般都很低，且我国目前还不具备检测生物柴油甲醇含量的设备，所以标准暂时不将甲醇含量要求列入。甲酯含量反映酯交换进行的程度，欧盟标准要求不小于96.5%，标准制定过程中抽取的我国生物柴油样品均达到这个要求，所以我国标准不予要求。

　　在人们享受汽车带来的便利的同时，也不得不忍受汽车工业发展所造成的环境污染及其所带来的能源压力。在全球气候变暖以及油价不断上涨的背景下，寻找替代能源已成为全球汽车工业发展所面临的共同课题。

　　有专家分析指出，大力发展生物质能源，用来替代日益紧缺的化石能源，是未来能源发展的方向之一。在我国，生物柴油正成为生物质能源开发的新领域。聚焦生物质能源：生物柴油产业化正在不断升温。

　　名 词

　　生物柴油是由动、植物油脂与醇（例如甲醇或乙醇）经酯交换反应制得的脂肪酸单烷基酯。生物柴油的原料来源主要有油料作物、油料林木果实、油料水生植物以及动物油脂、废餐饮油等。常用的油料作物主要有大豆和油菜籽，油料林木果实主要是油棕和黄连木，油料水生植物主要指工程微藻等。这些动物和植物油脂与甲醇或乙醇等低碳醇在酸或碱性催化剂以及230~250℃的高温下进行转酯化反应，生成脂肪酸甲酯或乙酯，再经洗涤干燥就是生物柴油。

　　生物柴油于1988年诞生于德国。2005年，欧盟15个成员国生产生物柴油已超过200万吨，占世界生物柴油总量的90%。德国是目前世界上生物柴油产量最多的国家。

　　我国从2001年开始生产生物柴油。目前全国生产生物柴油的企业已有数十家，年产量超过10万吨。我国生物柴油的原料来源十分丰富，据中国林业科学研究院副院长储富祥介绍，我国常见的木本油料植物有600多种，总面积超过666万公顷，年产种仁200万吨以上。其中，种仁含油量达到或接近50%的就有数十种，主要有麻风树、黄连木、光树皮、文冠果等。据天津大学生物能源研究中心的一项研究，我国废油脂资源中仅地沟油一项，每年就有40.1万吨。我国生物柴油的研究和生产相对较晚，但进展很快，从油脂植物的分布、选择、培育、遗传改良，到加工工艺和设备制造，都已具备产业化能力。海南、四川和福建先后有公司开发出拥有自主知识产权的生物柴油生产技术，并相继建成了规模超过万吨的生物柴油生产厂。2005年国家专项农林生物工程项目确定，我国到2010年生物柴油的年生产能力要达到200万吨，2020年生物柴油的年生产能力达到1500万吨。

　　指 标

　 世界各国生物柴油标准的主要指标包括闪点、残炭、硫含量、硫酸盐灰分、机械杂质等，这些指标对燃油特性都有很大的影响。

　　□闪点是加热油品产生的蒸气和空气组成的混合物与火焰接触发生瞬间闪火的最低温度。一般认为，闪点比使用温度高20～30℃即可安全使用，闪点对生物柴油的贮存和运输安全有着重要意义。

　　□残炭是评价油品在高温条件下生成焦炭倾向的指标，残炭值越大，在柴油发动机气缸内生成积炭的倾向越大。

　　□硫含量是清洁燃料的一个重要指标，生物柴油的一个主要优点就是硫含量低。油品中的含硫化合物对发动机的寿命影响很大，其中活性含硫化合物对金属有直接腐蚀作用。

　　□硫酸盐灰分是生物柴油使用中产生的固体磨料、可溶性金属皂或未除去的催化剂等灰分物质。固体磨料和未除去的催化剂能导致喷射器、燃油泵、活塞和活塞环磨损以及发动机沉积；可溶性金属皂对磨损影响很小，却能导致滤网堵塞和发动机沉积。

　　□机械杂质是存在于油品中不溶于油的沉淀或悬浮物，如泥沙、尘土、铁屑、纤维和某些不溶性盐类。机械杂质会堵塞油路、喷嘴，降低燃烧效率，增加燃油消耗，还会造成发动机及零部件的磨损。

　　□减压蒸馏是燃油挥发性产生潜在爆炸蒸气趋势的决定因素，在高温或高海拔地区或两种情况都具备时使用，可影响发动机的启动。

　　□冷滤点表示柴油在低温条件下的流动性能，能够判断燃油在低温情况下的实际工作性能，关系到发动机燃料供给系统在低温条件下能否正常供油。

　　□密度对喷嘴喷出的射程和油品雾化质量的影响较大，燃油密度的变化会导致发动机功率的变化以及发动机排放和燃油消耗也会发生变化。

　　□十六烷值是评价燃料油点火性能、白烟影响及燃烧强度的重要指标。十六烷值高的燃料自燃点低、燃烧发热均匀，可降低发动机机械负荷。

　　□水含量会降低生物柴油的储存稳定性，因为水解是生物柴油劣变的主要原因之一，水分还会促使部件锈蚀，也是微生物生长的一个重要条件。

　　□酸值可测定生物柴油中的生物脂肪酸和处理酸的程度，是评价油品腐蚀性和使用性能的重要依据。

　　□铜片腐蚀是评价燃料系统中铜部件腐蚀程度的指标。生物柴油中酸或含硫化合物的存在，会腐蚀燃料系统中的紫铜、黄铜和青铜部件。

　　□氧化安定性是油品的重要性质，生物柴油的主要成分是不饱和脂肪酸，易氧化。氧化安定性差就容易生成不溶性聚合物、可溶性聚合物、老化酸和过氧化物，造成发动机金属部件腐蚀，导致燃料泄漏、排烟增大、启动困难等问题。

　　□运动黏度是衡量燃料流动性和雾化性能的重要指标，运动黏度过高，油品的流动性差，会造成供油困难，燃烧不完全，燃料消耗过大；反之会使油品的流动性过高，燃烧不完全，发动机效率下降。

　　□脂肪酸甲酯是生物柴油的主要燃烧成分，生物柴油脂肪酸甲酯的含量是生物柴油纯度及杂质含量的主要体现。

　　□总甘油包括游离甘油和未反应或部分反应的油脂，较低的总甘油含量能确保油脂在转变成脂肪酸单烷基酯时的高转化率。高含量的游离甘油可产生喷射器沉积，也会阻塞供油系统和腐蚀发动机，同时还能导致储存和供油系统底部游离甘油的形成。

　　据介绍，欧洲各国及欧盟、美国的生物柴油标准有的还涉及焦化值、90%回收温度、甲醇含量、甲酯含量、碘值、单甘酯、二甘酯、三甘酯、磷含量、一价金属、二价金属等技术要求。