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生物柴油项目可行性分析(2007年8月18日)-奥门国际金沙

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一、 总论


  生物柴油的定义是从可再生脂质资源,如植物油或动物脂中得到的长链脂肪酸烷基单酯,因其的性质和石化柴油接近,所以叫做生物柴油。


1.1生产生物柴油的背景


  1.1.1石油作为一种天然矿物资源的出现,极大的推动了现代文明,为丰富人类的生活做出了极大的贡献。然而,由于世界各国对石油需求量的增加及国际地缘政治格局变化的影响等,最近几年国际石油价格飚升,一度突破75美元/桶大关,随着石油储量的日益减少,资源逐渐枯竭以及欧、美等国对产油区控制力度的加强,全世界正面临着能源短缺,价格上涨的危机。


  1.1.2随着人们生活水平的提高和环保意识的增强,人们逐渐认识到石油作为燃料对空气造成污染的严重性。目前,城市空气中的一氧化碳(CO)大部分来自汽车尾气,主要是汽油、柴油不完全燃烧产生的,容易造成人体缺氧、胸闷、头痛等不良反应。碳氢化合物尽管在汽车尾气中含量很少,但其中含有强致癌物质。汽车尾气中二氧化硫具有强烈的刺激性气味,达到一定浓度时易导致酸雨的发生,造成土壤和水源酸化,影响农作物和森林的生长。因此,国际能源机构认为开发一种新的能源替代石油原料已迫在眉睫,生物柴油是最重要的清洁环保燃料之一


1.2生物柴油与矿物柴油相比有其无法比拟的性能特点,其表现在以下几方面:


1.2.1具有较好的润滑特性,使喷油泵、发动机缸体和连杆的磨损率低。


1.2.2由于其闪点高于矿物柴油,通常在100以上,所以生物柴油不属于危险品。因此,在运输、储存、使用方面的优点是显而易见的。


1.2.3由于含硫量低,使得二氧化硫和硫化物的排放量低,可减少30%的排放量,有添加剂时可减少排放量70%以上。


1.2.4生物柴油中不含对环境造成污染的芳香族烷烃,因而废气对人体损害低于矿物柴油。检测表明,与矿物柴油相比,使用生物柴油可降低90%的空气毒性,致癌物排放量降低94%。


1.2.5生物柴油的生物分解率高(三星期后分解率:生物柴油98%,矿物柴油70%),有利于环境保护。


1.2.6由于生物柴油分子中含有氧原子,燃烧较为完全,废气中没有CO、NOX(各种氮氧化合物)。苯并芘及二噁英等毒素,故为绿色燃料。


1.2.7由于生物柴油燃烧所排放的二氧化碳远低于植物生长过程中所吸收的二氧化碳。因此,与使用矿物柴油不同,理论上其用量的增加不仅不会增加,反而会降低因二氧化碳的排放,从而能缓解全球变暖这个影响人类生存的重大环境问题。


1.2.8作为可再生能源,与石油不同,其可以通过农业和生物科学家的努力,使其可供应量不会枯竭。原料供应有保证,价格较稳定。油料作物增产空间大,加之转基因技术可使油料含油达70%左右,有一定降价空间。


1.2.9燃料油供应不受欧佩克(石油输出国组织)的控制,更有利于国际燃油市场的稳定和发展。


二、前景分析


2.1国外的生物柴油的发展前景


  世界各国,尤其是发达国家对发展生物柴油非常重视,纷纷制订激励政策。如欧共体对生物柴油采取原料(菜子油)种植补贴、生物柴油差别税收刺激等政策,还要求各国降低生物柴油税率,并将从2009年开始强制性地将生物燃料调入车用燃料中,调和量最少1%。2002年,美国参议院提出了包括生物柴油在内的能源减税计划,生物柴油享受与乙醇燃料同样的减税政策;2004年10月美国总统签署了对生物柴油的税收鼓励法案,大力支持生物柴油在美国的发展。其他国家如巴西、菲律宾、韩国、日本、加拿大等国都已经或正在制定相应的措施。


  从欧洲生物柴油委员会获得的数据显示,2002年欧共体共生产生物柴油106.5万吨,2003年产量提高到143.4万吨,同比增加35%;2003年的生产能力为204.8万吨/年,2004年提高到224.6万吨/年,同比增加10%;欧共体计划于2010年生物柴油产量达到800——1000万吨。从美国国家生物柴油委员会获得的数据显示,2002年美国生物柴油销售量为5万吨,2005年提高到25万吨;美国规划2011年生产生物柴油115万吨,2016年增加到330万吨。日本目前利用废弃食用油生产生物柴油的能力已达到40万吨/年。韩国从德国引进了生产技术,2002年生物柴油的生产能力为10万吨/年,正扩建至年产20万吨。其他一些国家的生物柴油产量也在逐年增加。


2.2我国生物柴油产业的发展


  我国生物柴油产业起步不久,且率先在民营企业实现,四川、海南、福建等地都分别建成了2万吨/年以上的生产装置。主要以餐饮业废油为原料,除生产生物柴油外,还生产一些高附加值的产品。发展生物柴油对我国有很重要的意义。2004年,我国石油净进口量为1.436亿吨,预计2020年的净进口量将达到2.3-2.7亿吨。我国是柴油消费大国,我国柴油消耗量每年约7000万吨左右,其中,三分之一靠进口来平衡市场的供需矛盾,同时也花费了大量外汇。而且每年以10.4%的速度递增。根据国际能源署IEA的评估,中国己经是仅次于美国的全球第二大石油消费国,对海外石油的依赖程度越来越大。国家统计局预计,到2020年,中国对进口石油的依赖程度将超过50%,甚至达到60%,超过美国目前58%的水平。权威人士分析,2050年之后,进口额将会达到90%以上。
最近两年,我国政府和一些企业对生物柴油已越来越重视。2004年科技部高新技术和产业化司启动了十五国家科技攻关计划生物燃料油技术开发项目,包括生物柴油的内容。2005年由石元春院士主持的国家专项农林生物质工程开始启动,规划生物柴油在2010年的产量为200万吨/年,2020年的产量为1200万吨/年。2005年由侯祥湖院士主持的替代燃料发展战略研究开始进行,替代燃料中包括了生物柴油。2005年4月,国家发展改革委员会工业司主办了生物能源和生物化工产品科技与产业发展战略研讨会,也包括生物柴油。2005年5月,国家863计划生物和现代农业技术领域决定提前启动生物能源技术开发与产业化项目,已发布了指南,其中设有生物柴油生产关键技术研究与产业化课题。2005年2月 28日国务院颁布《中华人民共和国可再生能源法》(2006年1月1日以实施),这充分说明国家鼓励利用可再生能源改善中国目前的能源结构,发展生物柴油代替部分燃料以减少石油的进口。生物柴油是清洁易运输燃料,发展生物柴油有利于保护环境;发展生物柴油将增加就业机会,能增加农民的收入,是贯彻我国以人为本、全面协调可持续发展的科学发展观的一条途径。所以在中国推行生物柴油是势在必行的!


三、 工艺分析


3.1工艺原理


  目前制造生物柴油的方法主要有:直接使用和混合,微乳法,热解法和酯交换法。这几种方法的比较见下表:
































原料


生产方法


优缺点对比


植物油


直接使用或与常规柴油混合


优点:液态、轻便、可再生、热值高


缺点:高粘度、易变质、不完全燃烧


植物油与动物脂肪


微乳法


有助于充分燃烧,可与其他方法结合使用


植物油与动物脂肪


热解法


高温带压下进行,需要常规的化学催化剂,反应产物难以控制,设备造价昂贵。


植物油与动物脂肪


碱催化的酯交换反应


高附加值产物甘油,反应速率比酸催化快,但剩于碱时有皂生成,乳化,堵塞管道,后处理麻烦


植物油与动物脂肪


酸催化的酯交换反应


油脂中游离脂肪酸和水的含量高时,催化效果比碱好,但速度较慢


植物油与动物脂肪


脂肪酶催化的酯交换反应


游离脂肪酸和水的含量对反应无影响,相当清洁,但酶价格偏高,且易失活,反应时间较长


  生产过程中,目前普遍采用的方法是利用植物油或者动物脂肪的酯交换反应来生产生物柴油,反应化学方程式如下:
主反应:


CH2OCOR1 CH2OH R1COOR


︱ 催化剂 ︱


CHOCOR2 + 3ROH———→ CHOH + R2COOR


︱ ︱


CH2OCOR3 CH2OH R3COOR


催化剂


R1-COOH+ 3ROH———→H2O + R1COOR


副反应:


催化剂


RCOOCH3 + H2O———→R-COOH + ROH



CH2OCOR1 CH2OH R1COOM


︱ 催化剂 ︱


CHOCOR2 + 3MOH———→ CHOH + R2COOM


︱ ︱


CH2OCOR3 CH2OH R3COOM


(皂)


催化剂


RCOOCH3 + MOH———→R-COOM + ROH


3.2工艺流程


  在生物柴油生产过程中,酸性催化剂对于甘三酯转化为生物柴油的作用是很慢的。醇和油的摩尔比是30:1,在65的情况下大约69个小时才能能够达到90%的转化率。酸性催化剂酯化反应的优点是油或者脂肪中的游离脂肪酸在酸性催化剂作用下也可以直接一次转化成生物柴油,但是由于甲醇要求非常高,必须较大的反应器和分离单元。然而,酸性催化剂对于游离脂肪酸转化为酯的作用表现非常明显。事实上,仅仅使用单一的酸性催化剂不能够达到生物柴油生产的最优化的目的的。


  碱性催化剂酯交换反应采用NaOH或者KOH作为催化剂来催化生产生物柴油。对于新鲜纯油脂来说,甲醇和油脂的摩尔比为6:1,在65下,一个小时内有93-98%的转化率。与酸性催化剂相比,拥有高产出率和较短反应时间。但是,采用废弃油脂作为原料时,废弃油脂中含有较高的游离脂肪酸,在使用碱性催化剂催化废弃油脂时易形成皂类物质而不能直接转化为生物柴油。在生产过程中生成的皂粒能阻止生物柴油从甘油中的分离。


  在我国目前的国情和当前的油价下,使用食品级油脂作为原料来生产生物柴油还不太现实,餐饮废油和部分工业用油脂相对于食品级油脂来说成本是非常低的。但是,这些废弃油脂通常含有较高的游离脂肪酸,所以对于这些废弃油脂要先用酸性催化剂预处理工艺使FFA转化为酯,然后通过碱性催化剂进行酯交换反应。


  我公司研发的生物柴油集成生产线主要采用目前国际上成熟、稳定的两步法工艺,即先进行酸性催化酯化反应,再进行碱性催化酯交换反应。在配合我公司研制的预酯化助剂,可以适应包括纯油脂和废弃油脂再内的多种不同品质的原料油。该集成生产线操作简单,工艺先进,反应时间短,产品质量高,转化率可达95%以上(以甘油计),得率可得95%以上(以油计),可接近并符合美国ASTM D6751标准。


四、 经济分析(以我公司3000型生物柴油集成生产线为例)


4.1生产成本分析(按中酸价油脂计算):


4.1.1生产单位成本(所有原料单价按2006年6月市场综合价格计算)














































































序号


项目名称


价格


用量


每吨油成本(元)


备注说明


1


原料油


3000.00元/吨


1000㎏


3000.00



2


辅料


2700.00元/吨


150㎏


405.00



3


酸性催化剂


600.00元/吨


10㎏


6.00



4


酸性助剂


6800.00元/吨


10㎏


68.00



5


碱性催化剂


2300.00元/吨


10㎏


23.00



6


PH调节剂


600.00元/吨


30㎏


18.00



7


磷酸


4000.00元/吨


2㎏


8.00


脱胶工段


8


标准煤


550.00元/吨


50㎏


27.50



9


电费


0.80元/ kw·h


26 kw·h


20.8



生产单位成本合计(元/吨)


3576.3



4.1.2年生产成本


年生产成本=生产单位成本(万元)×处理油脂量(吨)
=0.35763×3000
=1072.89万元


4.2销售额分析(按中酸价油脂计算):


4.2.1销售单价
成品生物柴油单价 4900.00元/吨
粗甘油单价 2300.00元/吨


4.2.2年销售总额
每年可处理油脂3000吨,可生产生物柴油(按95%计)2850吨,粗甘油(按6%计)180吨。
生物柴油年销售额=成品生物柴油单价(万元)×年产量(吨)
=0.49×2850
=1396.50万元
粗甘油年销售额=粗甘油单价(万元)×年产量(吨)
=0.23×180
=41.4万元
年销售总额=生物柴油年销售额+粗干油年销售额
=1396.5+41.4
=1437.9万元


4.3经营成本分析(按中酸价油脂计算):


4.3.1年纳税额
按小规模纳税人计
年纳税额=年销售总额(万元)×征收率(%)
    =1437.9×6%
    =86.274万元


4.3.2教育附加费
教育附加费=实缴增值税(万元)×征收率(%)
=86.274×3%
=2.588万元


4.3.3城市维护建设税
城市维护建设税=实缴增值税(万元)×征收率(%)
=86.274×5%
=4.314万元


4.3.4人员费用



















































序号


项目名称


人数


月工资(元)


备注


1


管理人员


3


6000.00



2


财务人员


2


2000.00



3


车间人员


8


7000.00



4


销售人员


2


1600.00


可浮动


5-奥门国际金沙


化验人员


2


1600.00



6


其他人员


3


2400.00



合计


20


20600



年工资支出=月工资支出(万元)×月数(个)
=2.06×12
=24.72万元
福利=年工资支出(万元)×10%
=24.72×10%
=2.472万元
年人员费用=年工资支出(万元)+福利(万元)
=24.72+2.472
=27.192万元


4.3.5办公费用(按10.00万元/年计)


4.3.6年经营成本
年经营成本=年纳税额(万元)+教育附加费(万元)+城市维护建设税(万元)+年人员费用(万元)+办公费用(万元)
=86.274+2.588+4.314+27.192+10.00
=130.368万元


4.4效益分析
4.4.1毛利润
毛利润=年销售总额(万元)-年生产成本(万元)
=1437.9-1072.89
=365.01万元
4.4.2净利润


净利润=年销售总额(万元)-年生产成本(万元)-年经营成本(万元)
=1437.9-1072.89-130.368
=234.642万元


4.4.3投资回报率
投资回报率=净利润(万元)÷投资总额(万元)×100%
=234.642÷104.60×100%
=224.32%


4.4.4投资回收年限
投资回收年限=1÷投资回报率
=1÷224.32%
≈0.45年


五、 社会影响与环境影响


5.1社会影响


5.1.1缓解能源压力、增强国家石油安全


  由于面临能源危机,生物柴油作为一种来源稳定的可再生清洁能源,在世界各国迅猛发展起来。欧盟国家、美国、日本、加拿大、澳大利亚、巴西、印度等国都在积极发展生物柴油产业。而能源更为短缺的我国更应大力发展这一新兴产业。生物柴油生产在我国刚刚起步,就得到了国务院领导和国家发改委、国家计委、国家经贸委、科技部等政府部门的支持,并已列入有关国家计划。“十五”计划发展纲要提出发展各种石油替代品,并将发展生物液体燃料确定为国家产业发展方向。


  近两年来,有关专家指出,我国目前可以利用的餐饮废油、库存过期大豆和林木油果等价格合理的原料,可以支持500万吨/年左右的产业规模,若在将来能建立更多稳定的原料来源,产业规模将会不断扩大。相信生物柴油必将成为我国能源的一个有益补充之一,缓解我国能源压力,增强我国石油安全。


5.1.2调整农业结构,刺激油料、林业发展


  我国粮食生产能力过剩,而将粮食转化成生物能源的效率和经济效益较低,故出现有些地方种田不赚钱,土地荒芜现象。所以完全可以通过调整农业产业结构,将这些地方发展成为生物柴油的原料基地,发挥生物柴油的环境效益与社会经济效益。


另外,发展生物柴油必将刺激油料林业的发展。中国地域辽阔,油料林木资源丰富,但现有的资源没有充分开发利用,像云南的橡胶籽、麻风树等。我国南方几千年来一直种植油桐、油茶,产量很高,但由于原有的市场大幅萎缩。现在衰落了,北方的黄连木也是这样。国家目前大力推进退耕还林,建立长江大自然屏障,实施天然林保护工程,所以完全可以结合这些工程种植油料林木,既为生物柴油产业发展提供原料,又保护生态环境,有利于可持续发展。


总之,发展油料植物生产生物柴油,可以走出一条农林产品向工业产品转化的富农、强农之路。


5.1.3转化餐饮废油,保障人民身体健康


  我国每年消耗植物油1200万吨,直接产生下脚酸化油250万吨,大中城市餐饮业产生地沟油可达400万吨。许多不法商人从下水道和泔水中提取垃圾油并当作食用油销售。这种垃圾油很不卫生,过氧化值、酸价、水分、细菌严重超标,属非食用油,一旦食用,将会破坏白血球和肠道黏膜,引起事物中毒,甚至致癌。北京、天津、乌鲁木齐、呼和浩特、沈阳、郑州、西安、南宁等地都先后发生过垃圾油进入餐桌的事件。据保守估计,北京目前垃圾油量以达到5万吨/年,如果流入市场进人餐桌将对广大人民的身体健康造成严重危害。


鉴于此,我国不少大中城市已积极开展工作,研究利用垃圾油生产生物柴油的技术,据福建省经贸委报导,福建省已开始利用垃圾油生产生物柴油,现已生产生物柴油多批,福州、厦门两城市的地沟油已经得到有效利用。


5.1.4促进西部开发,增加更多就业机会


  我国目前有近6700万公顷待造林面积,很大部分集中在西部地区,如果其中10%用来种植油料林木,平均每公顷出油1500 kg,2010年我国生物柴油产业可望到 1000万吨,按目前生物柴油价格约5000元/吨计算,将形成500多亿元的产业,如果在西部地区建设大量小型分布生物柴油工厂,必将促进西部地区经济的发展,也带给西部地区更多的就业机会。


5.2 环境影响


5.2.1使用生物柴油可降低二氧化碳排放


  生物柴油的使用能减少温室气体二氧化碳的排放,可以这样来理解:燃烧生物柴油所产生的二氧化碳与其原料生长过程中吸收的二氧化碳基本平衡,所以不会增加大气中二氧化碳的含量.而燃烧矿物燃料所释放的二氧化碳需要几百万年才能再转变为石化能,故使用生物柴油能大大减少石化燃料的消耗,相当于降低了二氧化碳的排放。美国能源部研究得出的结论是:使用B20(生物柴油和普通柴油按1:4混合)和B100(纯生物柴油)较之使用柴油,从燃料生命循环的角度考虑,能分别降低二氧化碳排放的15.6%和78.4%。


5.2.2生物柴油降低空气污染物的排放


  空气污染物的排放包括发动机排气管的排放和生产燃料时的排放。由于生物柴油生产过程的污染物主要为废弃油脂收集处理过程产生的废物,本身不属于生产生物柴油产生的。而且这中废物较为集中,便于处理,且污染区域可以不在城市,故在此不作考虑。


  生物柴油由于本身含氧10%左右,十六烷值较高,且不含芳香烃和硫,所以它能够降低CO、HC、微粒、NOx和芳香烃等污染物的发动机排气管排放,尤其是微粒中PM10的排放,而它正是导致人类呼吸系统疾病根源的污染物。


  1995年,法国生物柴油产业化初期,由法国官方实验室、运输公司、油料作物联合会,和ONMOL实验室做了一项长达三年的试验,共12个城市的133辆公交巴士、136辆载重卡车参加了此次试验,下表是试验得出的部分综合数据。





































主 要 污 染 物 的 排 放


污染物


13工况


/(g·(kWh)-1


AQA城市工况


/(g·(kWh)-1


柴油


纯生物柴油


柴油


纯生物柴油


CO


2.5


1.9


5.9


5.3


HC


0.6


0.5


2.2


1.9


NOx


17.9


19.6


21.8


20.4


微粒


0.8


0.5


1.2


1.1


  综上,不难看出,使用生物柴油只有NOx的排放是上升的,而在燃料技术和柴油机技术领域,已经有多种技术措施能够不牺牲生物柴油的优点,减少NOX排放,故生物柴油的使用对降低发动机排气管有害物的排放相当有利。


5.2.3生物柴油减少对水体和土壤的污染


  生物柴油从两方面减少对水体和土壤的污染。首先,生物柴油的原料包括:餐饮业废油,如煎炸后氧化裂变的废煎炸油;餐饮后废弃物中的回收油;植物油下脚料制成的酸化油;其它行业回收油,如制革时皮革脱脂油;木本植物油副产品如橡胶籽油,小桐子油,麻风树籽油等;造纸行业木浆制作过程妥尔油;经过适当处理后生活垃圾的无危害回收油。而这些废油若不进行处理,直接排向江河则会造成水体过度肥化,引发“赤潮”等现象。所以生物柴油的生产能处理大量的生活和工业废油,是对水体和土壤的保护。


  其次,生物柴油与石化燃料相比,更易生物降解。所以,如果发生泄露事故,生物柴油对水体、土壤的污染比石化燃料小得多。故生物柴油运用于农业、林业、船舶机械上的柴油机,对环境更为有利。


六、 结束语


  在能源日益紧缺的今天,生物柴油产业的发展前景十分广阔,作为可再生能源的一种,生物柴油有着无可替代的优势,它既充满挑战,也充满希望,我们应及时抓住可再生能源发展的大好时机,努力发展生物柴油产业,为把我国建设成资源节约型、环境友好型社会,为把我国建设成能源大国而努力。

 
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