生质柴油制造工程与品管

1「生質柴油製造工程與品管」主講人：蔡文田教授服務機關：國立屏東科技大學生物資源研究所日期：Sep.,2007NationalPingtungUniversityofScienceandTechnology主題：國內生質能源研發應用現況CurrentstatusofbiomassenergyanditsapplicationresearchcasesinTaiwan2演講大綱生質能源介紹台灣能源供給與消費統計分析台灣生質能源生產現況及推動目標國內於生質能源研究現況國內於生質能源應用案例未來發展與展望NationalPingtungUniversityofScienceandTechnology3生質能源介紹屬於一種再生能源(RenewableEnergy)「再生能源」定義(「再生能源發展條例」草案)：指太陽能、生質能、地熱能、海洋能、風力、非抽蓄式水力或其他經中央主管機關認定可永續利用之能源「生質能」定義(「再生能源發展條例」草案)：農林植物、沼氣、一般廢棄物與一般事業廢棄物等直接利用或經處理所產生之能源為何需要生質能源‧能源價格升高‧清淨空氣品質‧保護全球氣候‧不受限制供應‧提供工作經濟NationalPingtungUniversityofScienceandTechnology4台灣能源供給與消費統計分析我國自有能源貧乏，超過98%依賴進口；2006年自產能源佔1.78%，主要為水力，其次為天然氣。我國能源供給快速成長，平均年成長率約6%，但近年來已趨緩。住商與運輸部門之能源消費均大幅成長，前者為電力需求殷切，後者為柴汽油需求增加。2005年能源供給量為13,535萬公秉油當量‧石油51.3％‧煤及產品31.9％‧核能發電7.3％‧水力發電1.5％‧天然氣（含液化天然氣）8.0％。註：2006年能源供給量為13,842萬公秉油當量NationalPingtungUniversityofScienceandTechnology5NationalPingtungUniversityofScienceandTechnology6NationalPingtungUniversityofScienceandTechnology7NationalPingtungUniversityofScienceandTechnology8台灣生質能源生產現況及推動目標NationalPingtungUniversityofScienceandTechnology9國內於生質能源研究現況生質柴油(biodieselfuel)工研院(ITRI)、中國石油公司、台灣海洋大學、台灣科技大學、屏東科技大學、成功大學……沼氣(biogas)/生物產氫農委會畜產(養豬)研究所、屏東科技大學、ITRI、高雄第一科技大學、逢甲大學、成功大學、中興大學.…垃圾衍生燃料(RDF)ITRI、屏東科技大學(稻穀)氣化發電台灣大學、ITRI………NationalPingtungUniversityofScienceandTechnology10國內於生質能源研究現況-1廢棄物熱裂解產油台灣大學、ITRI、大葉大學、屏東科技大學、中華技術學院………生質酒精台糖公司、嘉義大學、核能研究所、台灣大學、中興大學………NationalPingtungUniversityofScienceandTechnology11能源作物農委會農業試驗所、農委會畜產研究所、中研院分生所、屏東科技大學、嘉義大學………註：國內教學學術研究機構已設”綠色”能源中心台灣大學：生物能源研究中心中興大學：生物能源研究中心屏東科技大學：綠色能源研究發展中心中華技術學院：再生能源中心清雲科技大學：綠色能源研究中心..…：能源（科技）（與資源）（與環境）研究中心國內於生質能源研究現況-2NationalPingtungUniversityofScienceandTechnology12生質能源生產鏈與技術鏈關聯圖Lignocelluloses&WastesStarch/SugarCropsAlgaeOilplantsGasificationAnaerobicdigestionPretreatmentFastPyrolysisHydrothermalliquefactionHydrolysisMillingandhydrolysisPressingorExtractionResiduesSyngasSolidfuel(RDF)BiogasBiooilSugarVegetableoilCatalyzedsynthesisPurificationCombustionHydrotreatingandrefiningDe-oxygenationFermentationEsterificationMethanol(CH3OH)Heat&Power(byCHP)DME(CH3OCH3)FTdiesel(CXHy)SNG/H2(CH4/H2)Biodiesel(CXHy)BiolerOil(CXHy)Alcohols(CXHyOH)Biodiesel(alkylesters)Biooil(vegetableOil)Ref.:EnergyPolicy34(2006)3268-3283.NationalPingtungUniversityofScienceandTechnology13高週波感應加熱裂解轉化實驗系統NationalPingtungUniversityofScienceandTechnology(蔡文田教授實驗室提供)14主要程序參數農業廢料種類(ricestraw,ricehusk,bagasseandcoconutshell)農業廢料粒徑(0.125~0.420mm)熱裂解溫度(400~800℃)升溫速率(100~-500℃/min)停留時間(1-8min)N2流量(500~1500cm3/min)冷凝循環水槽溫度(-20~0℃)NationalPingtungUniversityofScienceandTechnology15高週波感應加熱裂解農業廢料研究發表‧Tsai,W.T.*,Mi,H.H,Chang,Y.M.,Yang,S.Y.,Chang,J.H.(2007),Polycyclicaromatichydrocarbons(PAHs)inbio-crudesfrominduction-heatingpyrolysisofbiomasswastes,BioresourceTechnology,98(5),1133-1137.‧Tsai,W.T.*,Lee,M.K.,Chang,Y.M.(2007),Fastpyrolysisofricehusk:productyieldsandcompositions,BioresourceTechnology,98(1),22-28.‧Tsai,W.T.*,Lee,M.K.,Chang,Y.M.(2006),Fastpyrolysisofricestraw,sugarcanebagasseandcoconutshellinaninduction-heatingreactor,J.ofAnalyticalandAppliedPyrolysis,76(1-2),230-237.NationalPingtungUniversityofScienceandTechnology161718國內生質能源生產及應用案例垃圾(MSW)焚化發電生質柴油(biodieselfuel)沼氣(biogas)生質酒精(公賣局屏東酒廠)垃圾衍生燃料(RDF)(花蓮縣豐濱鄉)稻穀氣化發電(雲林縣農會)廢輪胎熱裂解產油(屏東縣屏南工業區)廢塑膠熱裂解產油(南投縣南崗工業區)NationalPingtungUniversityofScienceandTechnology192006年台灣地區垃圾焚化廠營運統計20Fig.ChangesofMSWclearanceanditsclearancerateinTaiwansince1986NationalPingtungUniversityofScienceandTechnology21何謂生質柴油(biodieselfuel)？利用動植物油脂，於鹼性觸媒(KOH或NaOH)存在下，與醇類(通常為甲醇)行轉酯化反應(transesterification)生成甘油(glycerol)及生質柴油(甲基酯類,methylesters；或稱脂肪酸甲酯)NationalPingtungUniversityofScienceandTechnologyCH2OCOR’’’CH2OHR’’’COORCH2OCOR’’+3ROHCH2OH+R’’COORCH2OCOR’CH2OHR’COOR三酸甘油脂醇類甘油甲基酯類(油或脂肪)(通常為甲醇)(生質柴油)100kg10kg10kg100literCatalystKOH/NaOH22生質柴油鹼化學製造程序主要參數反應溫度(25-120℃)醇與植物油比值(1:1–6:1)醇種類(methanol/ethanol)植物油種類(corn,canola,sunflower,soybean)觸媒種類(NaOH/KOH)觸媒使用量(0.005%-0.35%)混合程度(RPM)NationalPingtungUniversityofScienceandTechnology23生質柴油的優點可直接替代石化柴油或混合石化柴油使用再生能源的一種可被生物分解排氣污染性低(B100硫含量低於0.002wt%，幾無PAHs排放)註：經濟部已於2007年3月2日公佈「生質柴油-脂肪酸甲酯」CNS國家標準(K5155)NationalPingtungUniversityofScienceandTechnology24Fig.Generationsourcesofwasteedibleoil.25*Thefeedstockmustbetestedforitsacidvalue,iodinevalueandwatercontentpriortothetransesterification.Fig.ProcessdiagramofbiodieselproductionbytransesterificationprocessNationalPingtungUniversityofScienceandTechnology26沼氣(biogas)能源都市垃圾衛生掩埋場工業(食品/化學製造)廢水厭氣處理場生物污泥厭氣處理場養豬廢水厭氣處理場有機廚餘厭氣發酵處理有機廢水發酵生物產氫NationalPingtungUniversityofScienceandTechnology27ThecategoriesandenergyutilizationstatusofbiogasinTaiwanNationalPingtungUniversityofScienceandTechnology28StatusofbiogasforelectricitygenerationinTaiwanaNationalPingtungUniversityofScienceandTechnology29Flowdiagramofbiogasextractionandpowergenerationprocessinthelandfill.NationalPingtungUniversityofScienceandTechnology30未來發展與展望隨著資源回收四合一制度之大幅推動，若2020年時之回收率達75%，則垃圾(MSW)焚化發電所佔生質能源生產比率將下降，故藉時MSW焚化場可考慮大量使用固態生質燃料、農林廢料。隨著國際油價長期上升趨勢，生質柴油及生質酒精將為我國未來生質能源生產之重心，始可達到2020年生質能目標；然而預期未來國內生質燃油生產成本不低