40000吨生物柴油产业化示范项目可行性研究报告.docx
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40000吨生物柴油产业化示范项目可行性研究报告
40000吨生物柴油产业化示范
项目可行性研究报告
一项目概述
1.1项目背景
21世纪以来,为了满足经济发展和生活水平提高对能源的需求,石油开采量增长接近8倍,在能源消费结构中已占35%左右,居各种能源之首。
然而,全球石油资源有限,按2000年的1400亿吨石油探明储量和33亿吨年产量计,全球石油资源仅可开采50年。
中国是能源消费大国,随着经济发展和社会进步,矿物能源,尤其是石油能源的消费迅速增长,能源已成为经济迅速发展的制约瓶颈。
1995年,中国已由石油出口国转变为石油进口国,2003年中国已成为仅次于美国的世界第二大能源消耗国。
中国2001年加工原油1.6亿吨,其中进口原油5300万吨,进口量已占中国石油能源的24%;2003年进口原油已达9000万吨。
原油进口已成为中国能源安全的重大隐患。
中国目前已探明的石油储量只够30年开采,预计2010年石油进口量将达到总需求量的50%以上。
能源安全已成为影响中国国家安全的重要因素,因此,必须实现能源多元化和大力发展可再生能源。
生物质能以其产量大、能储存、碳循环等优点而引人注目,特别是生物质可以转换成生物燃料油,是部分替代石油燃料的重要途径之一。
而且,生物质能属于清洁能源,燃用生物燃料油要比石油对保护环境有利得多。
更重要的是,生物质二氧化碳的排放量和吸收构成自然界碳循环,其能源利用可实现二氧化碳零排放,扩大生物质能利用也是二氧化碳减排的重要途径之一。
目前,许多国家都制定了相应的开发研究计划,如日本的阳光计划、印度的绿色能源工程、美国的能源农场和巴西的酒精能源计划等,主要是开发生物柴油和生物乙醇汽油。
就中国而言,系统性地发展生物燃料油,对保障国家的能源安全,控制环境污染,恢复生态系统,促进农村经济发展,解决“三农”问题等方面均有重大战略意义。
脂肪酸甲酯是一种同柴油物理、化学性质相近的绿色的、可再生、不含硫的清洁能源,国际上称之为生物柴油。
脂肪酸甲酯是目前全球解决能源危机的方向之一,检测表明,使用生物柴油可降低90%的空气毒性。
一些发达国家如日本、德国等已将脂肪酸甲酯作为新型替代能源投入市场使用。
在美国和欧洲各国,生物柴油已被核准为可替代型燃油,并有了较大范围的应用实践。
1998年,世界生物柴油总产量达到150万吨,其中欧洲为100万吨,美国为35万吨。
2002年世界上生物柴油的产量已达到300万吨。
与国外相比,我国在发展生物柴油方面还有相当大的差距,长期徘徊在初级起步阶段,未能形成生物柴油的产业化。
虽然国内许多科研机构和企业也在积极研究和开发生物柴油,已有多篇专利和论文发表,并且已有几家企业进行了试生产,但是,制约我国生物柴油产业化最大的障碍是成本过高,一方面,目前已实现产业化的生物柴油生产工艺主要是化学催化转酯法。
但化学法制备生物柴油存在一些不可避免的缺点,如反应过程中使用过量的甲醇,后续处理过程较繁琐,油脂原料中的水和游离脂肪酸会严重影响生物柴油得率及品质,废碱(酸)液排放容易对环境造成二次污染等。
而利用生物酶法合成生物柴油由于具有反应条件温和、醇用量小、无污染物排放等优点,日益受到人们的重视。
但利用生物酶法制备生物柴油目前存在着一些亟待解决的问题,如反应物甲醇容易导致酶失活、副产物甘油影响酶反应活性及稳定性、酶的使用寿命过短等,因此,无论采用常规酯化,生物酶法或超临界法,都存在不少问题,有的生产周期长,反应转化率低,有的投资过大,生产成本太高,因而无法迅速形成产业化,实现生物柴油的大规模低成本生产。
另一方面,原料的来源和价格问题也是制约生物柴油产业化的主要瓶颈之一。
国外技术及生产设备主要是利用高品质、高价格的植物油进行深加工生产生物柴油。
如美国主要釆用优质的大豆油、欧洲及德国主要釆用优质的菜仔油、葵花油等。
这样虽然对技术及生产设备要求低很多,但是成本显然过高,国内目前对生物柴油的生产和应用也进行了开发,已研制成功利用菜籽油、光皮树油、麻疯树油、大豆油、米糠油脚料、工业猪油、牛油等作为原料,经过甲醇预酯化再酯化,生产出的生物柴油,不仅可以作为代用燃料直接使用,而且还可以作为柴油清洁燃料的添加剂,但有待进一步产业化。
而且,就我国粮食和食用油生产现状而言,这些油料作物与我国主要的粮食作物如水稻、玉米等争地,扩产潜力有限。
1.2项目概况
1.2.1项目简介
(1)项目名称:
40000吨生物柴油产业化示范项目
(2)项目建设单位:
某精细化工有限公司
(3)技术依托单位:
某农业大学
(4)项目负责人:
技术总监,科学技术委员会主任。
理学博士、轻工技术博士后、生物化学专业教授、博士研究生导师、中国可再生能源学会生物质能源专委会委员。
(5)项目地点
项目建设地点为某市三水区西南街道南岸村委会资源岗正合精细化工有限公司内,原有面积为12000平方米,其中生产区面积为10000平方米,仓库区面积为1000平方米。
厂区侧面租赁有150亩工业用地,供本项目产品仓储及项目单位人员活动场所。
(6)建设规模与目标
①建设规模
项目建设规模为:
年产生物柴油40000吨。
②建设目标
本项目产品为绿色环保方法生产的生物柴油。
项目实施后,建成一条具有自主知识产权、日加工生物柴油130吨的示范生产线,年产40000吨生物柴油。
年生产40000吨生物柴油相当于替代37720吨石化柴油,即折合标准煤54961.81吨;扣除项目产品生产能耗948.54吨标煤,项目为社会节约能源量54013.27吨标煤。
1.2.2主要建设条件
(1)基础设施条件
本项目的建设使用公司原有场地,增建油罐库及相应的配套水电设施,并对项目单位原有配套设施进行改造。
(2)装备条件
购置生产设备,对原有设备改造,使之达到年产40000吨生物柴油生产装置的要求。
具体需要购置安装的设备有:
酯交换反应釜、原料贮罐、离心分离机、蒸汽锅炉、导热油炉、蒸馏塔、真空系统、冷却循环系统、消防系统、废水处理循环利用系统、成品贮罐。
购置实验室分析仪器一批,提高生物柴油各项性能指标的测试精确度。
具体需要购置的仪器有:
十六烷值测定仪、气相色谱仪、高效液相色谱仪、石油产品凝点测定仪、全自动石油产品闪点和燃点测定仪、实际胶质测定仪、石油产品残炭测定仪、防锈性能测定仪、半自动氧化安全性测定仪、石油产品和添加剂机械杂质测定仪、石油产品减压馏程测定仪。
(3)研究开发条件
为加强产学研结合,实现优势互补,促进科技成果转化,加快生物能源产业发展。
2005年公司与某农业大学签订了技术合作合同,双方就生物能源非粮原料开发,以及利用废弃油脂、林木果实油脂和微生物油脂为原料转化生物柴油,确立“生物能源非粮原料开发与转化”的合作,由某农业大学与公司共同组建生物能源课题组,围绕相关的应用技术和前沿技术所涉及的领域开展深入的研究和开发工作,建立研发基地,打造科技创新的长效平台。
目前,在某农业大学的实验室面积2000多平米,其中实验场地1000多平米,1000多平米精密仪器室。
配备有微生物、生物化学、基因工程等生命科学相关学科的基础实验仪器设备及荧光光谱仪、液相色谱-质谱联用仪、发酵罐等精密仪器。
各个精密仪器配有独立的房间,以及支持这些设备的辅助设施,包括不间断电源、空调器等,并有专职人员负责管理。
现有液相与质谱联用仪、气相与质谱联用仪、原子吸收光谱仪、高效毛细管电泳仪、激光扫描共聚焦显微镜等大型仪器,运行状况良好。
实验室现有人员36,其中正高职称13人,博士生导师11人,副高职称13人;具有博士学位者24人。
专业覆盖农业机械化工程、生态环境学、土壤学、遗传育种、植物栽培、微生物学、生物化学、农学、发酵工程、化学工程等学科。
近五年承担省部级以上科研项目41项,获得项目经费1310万元。
获省部级及以上奖励1项。
发表学术论文121篇,其中SCI、EI收录50篇,出版教材及学术专著2部,获发明专利授权3项。
已取得的主要成果有,已经初步建立了耐受重金属能源作物引种、栽培和优良品种选育的技术平台,通过化学改良和修复结合能源甘蔗的种植,在韶关市大宝山矿区周边重金属污染土壤上,已建立300亩的联合修复示范工程;筛选和引种了某5号、某6号、某6号、某8号、GR891、GR911等优良能源木薯品种,并在海南建立了良种繁育基地;开展了优良生物质能源树种小桐子的种质资源收集与试验工作,已收集来自云南、四川、贵州、广西、广东、海南6省区的小桐子种源37个,以及部分国外种源,家系近195个,是目前国内对小桐子遗传资源收集范围最广,数量最多的单位之一,并且已经在海南省、广东湛江、韶关市和广州市,建立了面积达600亩的边际土地能源林木品种选育基地;在木质纤维素降解酶高产菌株的选育、耐重金属乙醇发酵酵母菌株选育、生物丁醇发酵菌种的选育、木质纤维素基产油微生物的选育、脂肪酶高产菌株的选育,以及生物燃料乙醇联产生物质基化学品和生物柴油的生物合成技术的研究,已取得重要成果。
(4)市场条件
国际市场:
2006年美国石油宣布,地球上尚未开采的原油储量已不足20,000亿桶,世界每年消费石油为240亿桶,可采80年。
2050年后,世界经济发展依赖煤炭。
世界各国都陆续制定以生物能源替代石油的战略计划。
美国的目标是到2025年替代75%的中东石油进口。
2006年2月7日,身为“环保急先锋”的瑞典在全世界第一个提出“到2020年告别石油”。
巴西总统卢拉2002年上任伊始,启动生物柴油计划。
我国市场:
我国对石油进口的依存度逐年提高。
随着世界能源危机的进一步加剧和我国石油对外依存度的逐年攀升,能源问题已成为制约经济发展、影响社会和国家安全的重要因素。
国家发改委《高新技术产业发展“十一五”规划》、《可再生能源中长期发展规划》都把生物能源产业作为重点扶持产业,大力发展生物液体燃料,已经成为我国有效应对能源危机问题的重要战略决策。
“十一五”期间,我国将生产600万吨生物液体燃料,其中燃料乙醇500万吨,生物柴油100万吨,到2020年,生产2000万吨生物液体燃料,其中燃料乙醇1500万吨,生物柴油500万吨。
广东市场:
广东省是石油消费大省,2006年消耗成品油2000万吨,预计2008年将达到2200吨,占全国的12%,并且每年至少以5%以上的速度递增。
根据广东的需求,至少形成200万吨以上的生物液体燃料市场。
因此,广东生物能源燃料的发展市场空间巨大。
1.2.3项目投入总资金、进度及效益情况
(1)项目总投资与资金使用情况
项目新增总投资3410万元,其中新增建设投资2600万元,铺底流动资金810万元。
项目新增总投资3410万元,全部为企业自有资金。
新增建设投资2600万于2009年投入完成;810万元铺底流动资金于建设期末投入。
(2)项目实施进度计划
项目计算期10年9个月,其中改造期9个月,经营期10年。
改造期从2008年10月开始计算,2009年6月建设完成,2009年正式投产,预计2011年达产。
(3)项目经济效益指标如表1-1
表1-1主要经济技术指标一览表
序号
指标和数据名称
单位
指标和数据
备注
1
项目总投资(按全部流动资金口径)
万元
5300
项目总投资(按铺底流动资金口径)
万元
3410
1.1
建设投资
万元
2600
1.2
建设期利息
万元
0
1.3
铺底流动资金
万元
810
2
建设规模
万吨
4
达产年
3
销售收入(不含税)
万元
26000
达产年
4
增值税
万元
1085.45
达产年
5
销售税金及附加
万元
86.84
达产年
6
总成本费用
万元
21951.41
达产年
7
利润总额
万元
3961.76
达产年
8
所得税
万元
594.26
达产年
9
税后利润
万元
3367.49
达产年
10
税收总额(4+5+8)
万元
1766.55
达产年
11
财务盈利能力分析
11.1
财务内部收益率
全部投资所得税前
%
87.80156
全部投资所得税后
%
74.97751
11.2
财务净现值
全部投资所得税前
%
14986.29
IC=13%
全部投资所得税后
%
12382.32
IC=13%
11.3
静态投资回收期
不含建设期
全部投资所得税前
年
1.595
全部投资所得税后
年
1.859
11.4
动态投资回收期
不含建设期
全部投资所得税前
年
1.801
全部投资所得税后
年
2.104
11.5
总投资收益率
%
116.18
11.6
资本金净利润率
%
98.75
11.7
销售净利润率
%
12.95
12
资产负债率
%
25.4171
13
盈亏平衡点
%
37.093
14
项目新增劳动定员
人
27
15
能耗使用
15.1
电
万千瓦时
231.38
15.2
水
万吨
16
16
单位产品综合能耗
吨标煤/吨生物柴油
0.024
17
每万元产值平均综合能耗
吨标煤/万元产值
0.036
1.2.4主要结论
本项目产品《中华人民共和国节约能源法》第一章第四条指出:
国家鼓励开发、利用新能源和可再生能源。
本项目是目前国家重点鼓励的开发、利用新能源产业化项目。
本项目符合《当前优先发展的高技术产业化重点领域指南(2007年度)》中第五款“能源”第72条的“生物质能”中“绿色生物柴油炼油化工生产技术”的投资项目类别,同时,本项目符合国家发改委第40号令《产业结构调整指导目录(2005年本)》第二十六款“环境保护与资源节约综合利用”第34条的“节能、节水、环保及资源综合利用等技术开发、应用及设备制造”的政策条款范畴。
本项目符合《“十一五”十大重点节能工程实施意见》(发改环资[2006]1457号)中燃煤工业锅炉(窑炉)改造、余热余压利用、节约和替代石油、电机系统节能和能量系统优化等节能技术改造项目。
该项目的实施,将有效提高燃料的再生性、清洁性和安全性,对石油替代技术的发展作出积极的贡献,而且,利用可再生能源达到改善能源结构,保护生态环境的目的,具有较好的经济效益和社会效益,在产业技术升级中起到引领和示范作用,并对相关行业企业也会产生非常积极的影响和推广意义。
广东省是石油消费大省,2006年消耗成品油2000万吨,预计2008年将达到2200吨,占全国的12%,并且每年至少以5%以上的速度递增。
根据广东的需求,至少形成200万吨以上的生物液体燃料市场。
因此,广东生物能源燃料的发展市场空间巨大。
本项目投产后,将是目前中国较具规模的生物柴油产业化项目之一,也是广东省目前最大的生物柴油项目,且该项目在广东实施,比国内其它省份更具优势,第一是原料来源更有保障。
这一工艺的原料是小桐子油,清远市的50万亩的小桐子种植基地为本项目提供有力的原料保证。
第二是广东省是柴油耗用大省,无论是动力用油还是燃料用油都具有很大的市场。
本项目所采用的新工艺有效克服了生物柴油成本高的难点,使用原料为小桐子油,价格低且原料丰富,而且所生产的生物柴油可实现高收率,低成本,所得产品较石化柴油既有价格优势,又具环保优势。
本项目的顺利实施,将有利于我国发展生物燃料油战略的实施、推动生物燃料油产业化。
2申请单位基本情况
Ø单位法人代表:
Ø单位负责人:
Ø单位联系人:
Ø单位电话:
Ø单位传真:
Ø电子邮箱:
Ø地址:
某市三水区西南街南岸村委会资源岗
(1)企业简介
某精细化工有限公司(以下简称正合公司或项目公司)成立于2004年,位于某市三水区西南街道南岸村委会资源岗。
2006年,公司通过了ISO9001:
2000质量管理体系国际认证。
2007年,公司被广东省科学技术厅评定为“广东省民营科技企业”、“广东省高新技术企业”,并被全国生物柴油行业协会核准为“国家生物柴油行业协作组副理事长单位”,是国内生物柴油生产行业的龙头企业,长期以来一直致力于生物能源及相关产业的研发和生产,2007年“生物柴油”产品获得国家重点新产品称号。
目前,已逐步形成生物能源与生物化工的系列产品研发、生产、销售的能力,成为生物能源和生物化工行业知名的企业。
(2)经济实力
正合公司为广东省民营科技企业,广东省高新技术企业,注册资本300万元人民币,企业现有总资产5598万元,2008年底,公司资产负债率为38.79%。
正合公司于2005年初开始筹建广东省第一套年产10000吨的生物柴油生产装置,2006年初正式投入运行。
产品目前的技术性能指标已达到或优于美国生物柴油标准,最终产品各项性能指标均符合我国国家标准(详见附件检测报告)。
(3)管理水平
正合公司建立了一套完善的技术研发、企业管理、产品销售的制度体系。
公司的“致力循环经济,献身生物能源”的经营理念,汇聚了一批具有投资和管理经验、按现代化企业和国际惯例操作的专业精英,以确保公司快速、良性发展。
公司产品经多家国家级权威机构检测,符合生物柴油BD100国标GB/T-20828-2007,达到美标和欧标。
公司的生物柴油产品,已实现连续3年规模化的稳定生产,并取得良好的经济效益。
(4)技术水平
正合公司现有职工总人数69人,拥有工程技术人员27人,其中高级职称6人,初中级职称13人。
公司专门从事生物柴油应用技术研究和关键技术攻关,及前瞻性技术研究和开发,是研究开发、生产、销售生物柴油产品的生产商。
技术力量雄厚,拥有自主知识产权的生物柴油生产技术专利,具有以生产技术管理水平和产品研发能力有机结合的核心竞争力,并同国内著名高校——某农业大学、某理工大学、四川大学建立密切的技术合作关系。
本公司致力生物质能的深入研究和替代能源的产业化生产。
公司成立伊始,便组建了替代石化柴油的生物柴油研发小组,在无任何样板工程可参照的情况下,联合某农业大学、四川大学、某理工大学、广州能源所进行横向产、学、研合作,进行了近一年时间的项目技术攻关,成功研究出采用氧化安定剂及复合催化剂技术生产生物柴油的技术,使得以低质油料为原料的生产变得可行,且收率高,生产成本低,无三废排放,完全清洁化生产,无二次污染。
氧化安定剂的研制和应用使公司产品质量达到了全国领先水平——经中国石化科学院的样品检测,成为国内极少数能在氧化安定性能方面达标的生物柴油生产厂家企业。
2007年7月“采用氧化安定剂及复合催化剂技术生产生物柴油”项目通过某市科学技术成果鉴定(佛科建字[2007]49号)。
项目核心技术已申请三项国家发明专利,其中已获授权一项,分别为:
“生物柴油安定性添加剂及其制备使用方法”(CN200710027292.8)、“一种用生物柴油制取的塑料环保增塑剂”(CN200610103427.X)、“一种利用高酸值动植物油下脚料生产生物柴油的方法”(ZL200510100139.4)。
目前,原料是制约生物柴油发展的瓶颈,我公司广泛开发原料,现已建立了原料多元化的生物柴油产业化技术体系;第一是以餐饮业、工业等高酸值废油脂为原料生产生物柴油;第二是以林木果实为原料生产生物柴油。
主要技术特色,是以常规的酸碱催化法为基础,解决工艺中原料的适应性问题,即针对不同品种、不同品质的原料,采用相应的清洁化技术工艺,生产出相同规格的生物柴油。
3项目主要内容及基础
3.1项目主要内容
本项目产品为绿色环保方法生产的生物柴油。
项目实施后,建成一条具有自主知识产权、日加工生物柴油130吨的示范生产线,年产40000吨生物柴油。
年生产40000吨生物柴油相当于替代37720吨石化柴油,即折合标准煤54961.81吨;扣除项目产品生产能耗948.54吨标煤,项目为社会节约能源量54013.27吨标煤。
3.2项目基础
正合公司于2005年初开始筹建广东省第一套年产10000吨的生物柴油生产装置,2006年初正式投入运行。
产品目前的技术性能指标已达到或优于美国生物柴油标准,最终产品各项性能指标均符合我国国家BD100标准。
项目组已在清远市范围内的连州市、连南县、阳山县、清新县、英德市等建立小桐子种植基地,其规模为:
600亩的小桐子育苗基地、2万亩小桐子种植示范基地、50万亩小桐子种植基地,每年可生产小桐子油料约10万t,为生物柴油原料提供有力的保证。
4项目总体方案(插入设备照片)
4.1项目技术方案介绍
4.1.1国内外技术现状与现有基础比较
目前国内生产生物柴油大多采用的是以液体酸或液体碱为催化剂的均相催化酯交换工艺。
但对于小桐子油脂直接利用碱作催化剂对其直接进行醇解并不能得到满意的结果。
国内外生产生物柴油最常用的方法是转酯反应,即高温下通过催化剂的作用促使动植物油脂和甲醇或乙醇等低碳醇进行转酯化反应,生成相应的脂肪酸酯(生物柴油)和甘油,再经洗涤干燥获得。
在工艺技术路线上,目前国内外已经建立的生产装置均采用化学法生产生物柴油,以植物油脂或回收的废弃动植物油脂为原料,一般使用碱法催化剂,如NaOH或KOH等,与甲醇或乙醇等低碳醇进行催化转酯反应。
制备生物柴油的酯交换过程大致分为均相催化、多相催化、酶催化和超临界酯交换过程。
其中均相过程主要包括酸催化酯交换过程和碱催化酯交换过程。
由于酶催化反应相对于前两种化学催化来说反应时间过长、成本贵、难再生,到现在为止还只是局限于实验室规模。
酸催化酯交换一般使用布朗斯特酸,较常用的有浓硫酸、苯磺酸和磷酸等,浓硫酸价格便宜,资源丰富,是最常用的酯化催化剂。
酸催化酯交换过程产率高,但反应速率慢,分离难易产生三废。
研究表明,在95℃,甲醇与棕榈油物质的量同条件下,要得到同样产率需24h。
Freedman等研究大豆油酯交换反应动力学发现,在117℃、丁醇与大豆油物质的量比为30:
1、1%H2SO4条件下,脂肪酸甲酯产率达到99%需50h。
用硫酸作为催化剂回收利用果皮中的油脂(游离脂肪酸酯产率97%左右。
酸催化酯交换(醇解)通过对甘油三酸酯的羰基质子化形成碳正离子,与醇发生亲核反应生成新的脂肪酸酯;因此,反应体系中水的存在对脂肪酸酯的产率有很大的影响。
常用无机碱催化剂有甲醇钠、氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠和碳酸钾等。
Freedman等和Noureddini等分别研究了大豆油和其他植物油与醇的转酯化反应,考察了醇的类型、醇油的摩尔比、催化剂的种类和催化剂量、反应温度等对反应速率常数和反应级数的影响,提出了相应的反应机理和动力学模型。
研究指出:
动、植物油在碱催化剂作用下,与醇的转酯化反应是由一系列串联的、可逆反应组成的,其反应速率比酸催化要快得多。
但是,传统的酸、碱催化酯交换过程由于油脂中水和游离脂肪酸易产生大量副产物,分离比较难。
含氮类的有机碱作为催化剂进行酯交换,分离简单清洁,不易产生皂物和乳状液。
Schuchardt等对1,5,7-三氮杂二环[4.4.0]-5-癸烯(TBD)、1,3-二环己基-2-n-辛基胍(PCOG)、1,1,2,3,3-五甲基胍(PMG)、2-n-辛-1,1,3,3-四甲基胍(TMOG)、1,1,3,3-四甲基胍(TMG)和胍(G)等一系列胍类有机碱催化油菜籽油与甲醇酯交换进行了研究。
结果表明70℃、1%(物质的量分数)的TBD存在下反应3h后产物产率能达到90%。
Schuchardt等将TBD和NaOH以及K2CO3催化活性进行了对比。
结果发现:
TBD活性比NaOH稍差,但优于K2CO3,反应过程中无皂化物生成。
传统的均相酸、碱催化酯交换过程中,催化剂分离比较难。
因此,多相催化酯交换过程逐渐受到人们的关注。
Peterson等首先将多相催化引入菜籽油的酯交换
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