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燃料乙醇

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燃料乙醇

文章作者:二甲苯发布时间:2018-12-08 00:50浏览次数:


燃料乙醇,一般是指体积浓度达到99.5%以上的无水乙醇。燃料乙醇是燃烧清洁的高辛烷值燃料,是可再生能源。 乙醇不仅是优良的燃料,它还是优良的燃油品改善剂。
其优良特性表现为:乙醇是燃油的增氧剂,使汽油增加内氧,充分燃烧,达到节能和环保的目的;乙醇还可以经济有效的降低芳烃、烯烃含量,即降低炼油厂的改造费用,达到新汽油标准。
燃料乙醇指以生物物质为原料通过生物发酵等途径获得的可作为燃料用的乙醇。燃料乙醇经变性后与汽油按一定比例混合可制车用乙醇汽油。
燃料乙醇生产技术主要有第一代和第二代两种。第一代燃料乙醇技术是以糖质和淀粉质作物为原料生产乙醇。其工艺流程一般分为五个阶段,即液化、糖化、发酵、蒸馏、脱水。第二代燃料乙醇技术是以木质纤维素质为原料生产乙醇。与第一代技术相比,第二代燃料乙醇技术首先要进行预处理,即脱去木质素,增加原料的疏松性以增加各种酶与纤维素的接触,提高酶效率。待原料分解为可发酵糖类后,再进入发酵、蒸馏和脱水。
我国燃料乙醇的主要原料是陈化粮和木薯、甜高粱,地瓜等淀粉质或糖质非粮作物,今后研发的重点主要集中在以木质纤维素为原料的第二代燃料乙醇技术 。国家发改委已核准了广西的木薯燃料乙醇、内蒙的甜高粱燃料乙醇和山东的木糖渣燃料乙醇等非粮试点等项目,以农林废弃物等木质纤维素原料制取乙醇燃料技术也己进入年产万吨级规模的中试阶段。
主要原料
燃料乙醇的主要原料有雅津甜高粱、玉米、木薯、海藻、雅津糖芋、苦配巴树等。
发展前景
最近几年,由于石油价格的波动,燃料乙醇的消费增长也在提速。中国燃料乙醇产业起步较晚,但发展迅速,燃料乙醇在中国具有广阔前景。随着国内石油需求的进一步提高,以乙醇等替代能源为代表的能源供应多元化战略已成为中国能源政策的一个方向。中国已成为世界上继巴西、美国之后第三大生物燃料乙醇生产国和应用国。国家发改委出台《关于促进玉米深加工业健康发展的指导意见》,要求不再建设新的以玉米为主要原料的燃料乙醇项目,并大力鼓励发展以非粮作物为原料开发燃料乙醇。燃料乙醇走向了非粮乙醇发展的道路,并得到了快速发展。
燃料乙醇拥有清洁、可再生等特点,可以降低汽车尾气中一氧化碳和碳氢化合物的排放。未来我国燃料乙醇行业的重点是降低生产成本、减少政府补贴,为此,制定生物燃料乙醇生产过程的消耗控制规范,及产品质量技术标准,统一燃料乙醇生产消耗定额标准,包括物耗、水耗、能耗等,是降本增效的有力手段。
特点
作为新燃料替代品
可作为新的燃料替代品,减少对石油的消耗。乙醇作为可再生能源,可直接作为液体燃料
可用于生产生物燃料乙醇的主要原料来源
可用于生产生物燃料乙醇的主要原料来源
或者同汽油混合使用,可减少对不可再生能源-石油的依赖,保障该国能源的安全。
作为汽油添加剂
作为汽油添加剂,可提高汽油的辛烷值。通常车用汽油的辛烷值一般要求为90或93,乙醇的辛烷值可达到111,所以向汽油中加入燃料乙醇可大大提高汽油的辛烷值,且乙醇对烷烃类汽油组分(烷基化油、轻石脑油)辛烷值调合效应好于烯烃类汽油组分(催化裂化汽油)和芳烃类汽油组分(催化重整汽油),添加乙醇还可以较为有效地提高汽油的抗爆性。
乙醇的氧含量高达34.7%,乙醇可以按较甲基叔丁基醚(MTBE)更少的添加量加入汽油中。汽油中添加7.7%乙醇,氧含量达到2.7%;如添加10%乙醇,氧含量可以达到3.5%,所以加入乙醇可帮助汽油完全燃烧,以减少对大气的污染。使用燃料乙醇取代四乙基铅作为汽油添加剂,可消除空气中铅的污染;取代MTBE,可避免对地下水和空气的污染。另外,除了提高汽油的辛烷值和含氧量,乙醇还能改善汽车尾气的质量,减轻污染。一般当汽油中的乙醇的添加量不超过15%时,对车辆的行驶性没有明显影响,但尾气中碳氢化合物、NOx和CO的含量明显降低。美国汽车/油料(AQIRP)的研究报告表明:使用含6%乙醇的加州新配方汽油,与常规汽油相比,HC排放可降低5%,CO排放减少21-28%,NOx 排放减少7-16%,有毒气体排放降低9-32%。
可再生能源
若采用雅津甜高粱、小麦、玉米、稻谷壳、薯类、甘蔗、糖蜜等生物质发酵生产乙醇,其燃烧所排放的CO2和作为原料的生物源生长所消耗的CO2,在数量上基本持平,这对减少大气污染及抑制温室效应意义重大。
优点
燃料乙醇是油品的优良品质改良剂,燃料乙醇不是“油”。
乙醇具有许多优良的物理和化学特性。燃料乙醇按一定比例加入汽油中,不是简单做为替代油品使用,这种认识和宣传是大错而特错的。燃料乙醇是优良的油品质量改良剂,或者说是增氧剂。它还是汽油的高辛烷值调合组分。它是和中国石油行业在九十年代后期为提高油品质量才开始发展的MTBE起同样的作用。乙醇的增氧效果比MTBE要好一倍。美国法定的汽油改良剂有三种:MTBE(甲基叔丁基醚)、乙醇和ETBE(乙基叔丁基醚),2002年,美国能源部在给中国介绍燃料乙醇使用经验时,还庆幸中国MTBE刚刚起步,就选择了用燃料乙醇来替代的路子。美国走了20年MTBE的弯路之后,又回过头来再走乙醇代替MTBE的路子。美国的经验教训,可帮助我们更正确的认识燃料乙醇。乙醇汽油之所以可以改善尾气污染,改善动力,根本的原理就是乙醇里所含的内氧,部分地补充了汽油在油缸内燃烧外界供氧不足的问题,另外又较好地解决了汽油的高辛烷值组分问题,“两好合一好”,使乙醇的物理化学特性得以充分的发挥。知道了这些,燃料乙醇的定位就自然正确了,把乙醇单单做为“油”的概念,会使我们进入误区,大大地折扣了燃料乙醇的功能和价值。
生产工艺
发酵法
发酵法采用各种含糖(双糖)、淀粉(多糖)、纤维素(多缩己糖)的农产品,农林业副产物及野生植物为原料,经过水解(即糖化)、发酵使双糖、多糖转化为单糖并进一步转化为乙醇。淀粉质在微生物作用下,水解为葡萄糖,再进一步发酵生成乙醇。发酵法制酒精生产过程包括原料预处理、蒸煮、糖化、发酵、蒸馏、废醪处理等。
成熟的发酵醪内,乙醇质量浓度一般为8-10%(w)。由于原料不同,水解产物中乙醇含量高低相异,如谷物发酵醪液中乙醇的质量分数不高于12%,纤维素可用酶或酸水解,如亚硫酸法造纸浆水解液中仅含乙醇约1.5%。除含乙醇和大量水外,还有固体物质和许多杂质,需通过蒸馏把发酵醪液中的乙醇蒸出,得到高浓度乙醇,同时副产杂醇油及大量酒糟。
脱水技术
脱水技术是燃料乙醇生产关键技术之一。从普通蒸馏工段出来的乙醇,其最高质量浓度只能达到95%,要进一步的浓缩,继续用普通蒸馏的方法是无法完成的,因为此时,酒精和水形成了恒沸物(对应的恒沸温度为78.15℃),难以用普通蒸馏的方法分离开来。为了提高乙醇浓度,去除多余的水分,就需采用特殊的脱水方法。
制备燃料乙醇的方法主要有化学反应脱水法、恒沸精馏、萃取精馏、吸附、膜分离、真空蒸馏法、离子交换树脂法等。
应用现状
国外现状
世界酒精的66%用于燃料,14%用于食用,11%用于工业溶剂,9%用于其它化学工业。发酵酒精作车用燃料有两种方式: 其一是配制汽油和无水酒精的混合物——汽油醇,酒精在混合物中的比例最高可达25%。用汽油醇作汽车燃料时,可以利用原有的汽车发动机;其二是直接利用酒精作为汽车燃料, 这时必需使用专门设计的,具有更高压缩比的发动机。在这方面, 巴西走在最前面。早在1989 年,巴西以甘蔗、糖蜜、木薯、玉米为原料年产发酵酒精12Mt以上,几乎全部用来代替汽油, 大部分采用第二种方式作为汽车的燃料。从那时起, 巴西已经不再进口原油, 少量国产原油还可出口, 率先实现了汽车燃料的酒精化。巴西的乙醇产品中普通乙醇占2/3,无水乙醇占1/3。也是世界上最大的燃料乙醇生产和消费国,也是唯一不使用纯汽油作为汽车燃料的国家。
1908年,美国人设计并制造了世界上第一台纯乙醇的汽车,1930年乙醇/汽油混合燃料在美国内布拉斯加州首次面市,1978年含10%乙醇的混合汽油在内布拉斯加州大规模使用。1990年11月,美国国会通过空气清净法修正案,要求从1992年冬季开始,美国39个CO排放超标地区必须使用含氧量质量分数达2.7%的含氧汽油(相当于添加体积分数为7.7%乙醇)。美国乙醇生产能力70.78亿L/a,58个乙醇生产厂分布在美国19个州,其主要原料为玉米约占90%,高粱等其他原料占10%。
欧盟每年约生产176万t酒精。1997年只有5。6%用于燃料。1994年欧盟通过决议,给予生物燃料的中试工厂以免税。并在2010年使燃料酒精的比例达到12%。因此一些后续的国家如荷兰、瑞典和西班牙也出台了生物能源计划。
泰国是亚洲第一个由政府开展全国生物燃料项目的国家。在短短的两年时间内,泰国成功地开展了乙醇和燃料酒精项目, 这些项目提供了利用过剩的食用农产品的途径,对提高泰国农村几百万农民的生活水平起到了积极作用。
印度是仅次于中国的亚洲第二大酒精生产国。设计的生产能力约为200万t,实际开工率为50 %左右。主要原料糖蜜每年用量为500万t。印度的酒精50%用于著名的印度香料和各种有机合成。政府对不同用途的酒精收以不同的税率。一度政府暂时停止食用酒精的生产,导致了酒精产量的下滑。尽管印度的糖蜜资源不够,但是印度政府还是准备效法巴西推出“酒精汽油计划”。
国内用现状
中国在吉林年产60万吨和河南年产30万吨燃料乙醇项目分别于2001年9月于2004年开工建设,另外,河南天冠年产30万吨与黑龙江华润金玉年产10万吨燃料乙醇的改扩建项目已分别于2000年和2001年完成,并在当地开始了乙醇汽油的试用工作。从2001年开始,中国先后在河南、黑龙江开始试用车用乙醇汽油,采取地方立法的手段在试点城市封闭运行。河南先在南阳、洛阳、郑州三市使用车用乙醇汽油,现已全省使用。2001年消耗了147吨燃料乙醇,2002年消耗了约5000吨燃料乙醇。黑龙江先在肇东和哈尔滨使用车用乙醇汽油,2001年消耗了127吨燃料乙醇,2002年消耗了约500吨燃料乙醇,目燃料乙醇需求逐年增加,供需状况良好。经过5年的试点和推广使用,中国生物乙醇汽油在生产、混配、储运及销售等方面已拥有较成熟的技术。截至2006年6月,中国已形成燃料乙醇102万吨年生产能力、年混配1020万吨生物乙醇汽油的能力,生物乙醇汽油的消费量已占到全国汽油消费总量的20%。2006年,中国燃料乙醇的生产达到130万吨。
2006年中国全年粮食产量超过4.9亿吨,实现三年的连续增产,但粮食总的供求关系还是处在一个紧平衡的状态。玉米这几年的加工能力扩张得比较快,2005年,全国玉米深加工能力已经达到了1000亿斤,实际加工消耗是500多亿斤,2006年加工能力达到了1400亿斤,实际加工也接近700亿斤。深加工对于玉米的消耗也造成了玉米供求状况的变化,带动了价格的上涨。据预测,2007年粮食价格将上涨6%左右,涨幅高于2006年,粮、油等食品价格上涨将成为推动CPI上涨的主要因素。此前,国家发改 委要求各地不得以加工玉米为名,违规建设生物燃料乙醇项目,盲目扩大玉米加工能力。在这种大背景下,发展燃料乙醇产业是否会影响中国的粮食安全,成了一个热议话题。
2006年中国玉米产量1.385亿吨,其中饲料用量是9600万吨,3020万吨是工业用量,燃料乙醇所用的玉米量只占工业用量的1/10,玉米总产量的2%多一点。所以不存在争粮的嫌疑。
中国发展非粮乙醇的可行之路,在于发展用甜高粱、甘薯、木薯等原料来替代粮食。纤维法 生产乙醇技术还不成熟,美国计划用6年时间攻克这一技术难关。国内有企业已经实现了用纤维原料生产乙醇,但吨成本比粮食法要高1000多元。
根据《生物燃料乙醇以及车用乙醇汽油“十一五”发展专项规划》,到2010年,中国将以薯类、甜高粱等非粮原料为主生产522万吨燃料乙醇,届时乙醇汽油使用量将占全国汽油用量的75%。
到2020年,中国燃料乙醇年产量可达1000万吨。
其实,可再生能源会议作出的停止在建的乙醇燃料项目,这只是阶段性的选择,之前,国家出发改委也多次通知,要求新上燃料乙醇项目“刹车”,然而,效果不尽人意。如何破解隐藏在问题背后的“发展”与“资源”之间矛盾,却需要国家有关部门用更长的时间来求解。按理说,食品和能源经 济并不相关,但是目前正在趋于紧密关联。当石油价格上涨时,食品价格也会上涨。据大连商品交易所公布信息称,国内玉米价格在过去9个月里上涨了近30%,其原因是人们把玉米用于生产燃料乙醇所致。
使用方法
乙醇汽油的保质期只有一个月。过了保质期的乙醇汽油容易出现的分层现象,在油罐油箱中容易变浑浊,打不着火。
乙醇汽油对环境要求非常高,非常怕水,保质期短,因此销售乙醇汽油要比普通汽油在调配、储存、运输、销售各环节要严格得多。一般小油站不出售乙醇汽油。
市场方向
乙醇既是一种化工基本原料,又是一种新能源。
尽管已有着广泛的用途,但仍是传统观念的市场范围。未来乙醇作为基础产业的市场方向将主要体现在三个方面:
一是车用燃料,主要是乙醇汽油和乙醇柴油。这就是我们传统所说的燃料乙醇市场,也是10年内容量相对于以后较小的市场(在中国约1000万吨/年)。美国政府已制定了一个大力发展燃料乙醇的计划,计划到2011年,将汽油中(不包括柴油)的燃料乙醇用量由每年15亿加仑(约450万吨)至少提高到44亿加仑(约1360万吨);
二是作为燃料电池的燃料。在低温燃料电池诸如手机、笔记本电脑以及新一代燃料电池汽车等可移动电源领域具有非常广阔的应用前景,这是乙醇的中期市场(10-20年内)。乙醇现已被确定为安全、方便、较为实用理想的燃料电池燃料。乙醇将拥有新型电池燃料30—40%的市场。市场容量至少是市场的5倍以上(主要是纤维原料乙醇);
三是乙醇将成为支撑现代以乙烯为原料的石化工业的基础原料。在未来二十年左右的时间内,由于石油资源的日趋紧张,再加上纤维质原料乙醇生产的大规模工业化,成本相对于石油原料已具可竞争性,乙醇将顺理成章地进入石化基础原料领域。在中国的市场容量至少也在2000万吨/年以上。乙醇生产乙烯的技术就是成熟的,随着石油资源的日趋短缺和价格的上涨,乙醇将会逐步进入乙烯原料市场,很可能将最终取而代之。如果要做一个形象而夸张的比喻的话,二十世纪后半叶国际石油大亨的形象将在二十一世纪中叶为“酒精考验”的乙醇大亨所替代。
 
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