燃料乙醇的发展及应用研究

第44卷第10期当代化工o.44,No.102015年10月Contemporary Chemical IndustryOctober, 2015燃料乙醇的发展及应用研究赵婷婷1,胡亚楠2,孙玉兰2(1.辽宁石油化工大学机械工程学院,辽宁抚顺113001;2.辽宁石油化工大学矿业工程学院,辽宁抚顺113001)摘要:由于汽车保有量的持续增加所带来的能源与环境污染双重压力使得汽车替代能源的硏究显得越发迫切。主要阐述了燃料乙醇硏发的必要性介绍燃料乙醇的国内外发展概况,指出我国在燃料乙醇的发展过程中存在的主要问题,并提出我国未来燃料乙醇的发展方向关键词:乙醇汽油;替代能源;前景中图分类号:TE624文献标识码:A文章编号:1671-0460(2015)10-2374-03Study on development and application of ethanol fuelZHAO Ting-ting, HU Ya-nan, SUN Yu-lan(1. School of Mechanical Engineering, Liaoning Shihua University, Liaoning Fushun 113001, ChinaAbstract: The research of automotive alternative energy is becoming more and more urgent because of the doublepressure of energy and environment pollution which is caused by the increasing of car ownership. In this paper, thenecessity of research and development of fuel ethanol was expounded, the development overview of fuel ethanol athome and abroad was introduced, the main problems existing in the development of fuel ethanol in China were pointedout, and the future development direction of China,'s fuel ethanol was put forwardKey words: Ethanol-gasoline; Alternative energy; Prospect随着汽车保有量的增加,环境冋题和能源安全料乙醇在环境保护、缓解能源危机、促进国民经济问题日益凸显,减少化石能源消耗、发展替代能源发展等方面具有重大意义。是实现汽车产业可持续发展的必由之路。我国是个表1汽油和乙醇的主要理化特性石油对外依存度很高的国家,研发替代能源更显紧 Table 1 Main physical and chemical properties of gasolineand ethanol迫。乙醇汽油已成功地用于汽油机上,在缓解石油乙醇能源消耗的同时,能显著地降低有害气体的排放。化学分子式CHO然而,任何事物都存在多面性,随着清洁替代能源理论空燃比的发展,乙醇汽油现有工艺生产成本高、利润低及低热值/(MJ·k与民争粮等弊端日益凸显,又面对种种困难值1乙醇汽油的主要理化特性氧质量分数%34.80~0.1乙醇汽油( Ethanol gasolin)是变性燃料乙醇与2燃料乙醇的国外发展概况无铅汽油以体积比1:9的比例组成的混合物"。表能源基金会中国2014年5月发布的题为《世1为乙醇的主要理化特性。界主要国家生物液体燃料产业政策》的研究报告指乙醇的研究法辛烷值为108,在汽油中加入乙出,燃料乙醇的生产国主要分布在北美、中美、南醇后可提高汽油的辛烷值,可以替代甲基叔丁基醚美以及欧洲和亚洲。2013年美国燃料乙醇以390(MTBE),消除甲基叔丁基醚带来的环境污染问题。万t的产量占世界总产量的56.7%,位居第一位,另外,由于加入乙醇后燃料的辛烷值提高,可以通其次是巴西,其产量占世界总产量的26.75%。2013过提高压缩比的方式来提高发动机的热效率。乙醇年世界各国燃料乙醇的产量分布如图1所示。的含氧量为34.8%,汽油中加入乙醇后可以提高混2.1美国燃料乙醇的发展概况合燃料中的含氧量,使燃料燃烧更加充分,从而使为了缓解中国煤化工:问题,1978汽车尾气中的CO和HC含量减少。因此,发展燃年,美国开始CNMHG0年代美国收稿日期:2015-04-02作者简介:赵婷婷(1992-),女,辽宁朝阳人。通讯作者:胡亚楠(1980-),女,讲师,碩士,研究方向:从事发动机性能及车用燃料方面的研究。E-mail: yananhu1980@163.c0m第44卷第10期赵婷婷,等:燃料乙醇的发展及应用研究实现燃料乙醇的商业化生产开始,其乙醇产量一直醚直接调和而成。013年,欧盟以约4113万t的处于平稳増长状态。自2006年生物燃料ξ醇产量超乙醇产量,占世界乙醇总产量的5.85%。国的位置。201年美国乙醇产量达到410万元,这3我国燃料乙醇的发展问题使美国减少了4.8亿桶石油的进口。正因如此,3.1我国燃料乙醇发展概况2012年4月,美国环保署(EPA)通过了一项计生物燃料乙醇在巴西、美国应用多年,技术上划,汽油中乙醇调合比例由先前的10%提高到15%,已十分成熟,而我国在燃料乙醇发展方面起步却比以供2001年及以后生产的汽车和卡车使用。这意较晚。2004年2月,经国务院同意,国家发改委等8味着美国将近三分之二的车辆都可以使用含有15%部门联合制定颁布了《车用乙醇汽油扩大试点工作乙醇的乙醇汽油混合燃料,足以证明乙醇汽油在节实施细则》和《车用乙醇汽油扩大试点方案》,车用能减排方面所具有的优势。乙醇汽油试点工作全面启动。从2004年4月起,在黑龙江、吉林、辽宁、河南、安徽五省全部地区,以■美国及河北、山东、江苏、湖北四省部分地市全面推广26.75西盟国度使用车用乙醇汽油“。到2006年底,车用乙醇汽油在上述各省辖区基本实现了普及,中国成为世界上第三大生物燃料乙醇生产国。图2为2002-2013年间m加拿大中国燃料乙醇产量变化情况。近年来,越来越多的人把粮食价格上涨归结于乙图12013年世界燃料乙醇产量分布醇产业的发展,叫停玉米制乙醇项目的呼声越来越高Fig 1 Yield distribution of the world fuel ethanol in 2013。在这种形式下,国家优惠政策逐渐收拢。自20062.2巴西燃料乙醇的发展概况年开始,国家先后出台调整政策,明确要求暂停玉米巴西不仅是世界上最早使用生物燃料的国家乙醇加工项目的核准,全面清理在建和拟建的乙醇项也是世界上最早通过强制手段推广使用乙醇汽油混目,提出“因地制宜,非粮为主”的发展原则,大力合燃料的国家。早在1931年,巴西政府就通过法令,鼓励发展非粮生物燃料。207年6月,国务院召开可要求全国所有地区必须销售含有2%5%无水乙醇再生能源会议,正式叫停玉米燃料乙醇项目,要求产的汽油业在“不得占用耕地,不得消耗粮食、不得破坏生态为了缓解石油危机所带来的能源压力,巴西政环境”的原则下坚持发展非粮燃料乙醇。中国现存府在1973年决定给予财政补贴以增加燃料乙醇的的非粮食生物质原料十分丰富,主要有木质纤维类能使用量。巴西的乙醇工业直到1975年才真正开始源植物、农林废弃物和非粮的能源作物等巴西政府充分利用本国的土地资源,以甘蔗为主要原料生产乙醇燃料。目前,巴西乙醇汽油混合燃料中乙醇所占比重是世界上最高的,巴西也是世界上唯一不供应纯汽油作为汽车燃料的国家。而且巴西燃料乙醇生产成本是世界上最低的,其成本仅为中国以玉米为原料的1/2,为欧洲以小麦为原料的1/3。至2008年3月,巴西国内有50%的汽油为生物乙醇所取代,全国共有33000个加油站供应100%乙醇燃料,使用纯生物乙醇作为汽车燃料的车辆达88,§400万辆,其他车辆使用的燃料中乙醇所占比例为年份25%。2013年,巴西以约180.1万t的乙醇产量图22002-2013年中国燃料乙醇产量变化Fig. 2 Production changes of fuel ethanol in China between占世界乙醇总产量的26.75%。2002and20132.3欧盟燃料乙醇的发展概况目前,我国生产燃料乙醇的原料正朝着多元化在欧盟的交通运输中,燃料消耗总量中约有方向发展,并中国煤化工育和开发能20%是生物乙醇,其原料主要是甜菜和小麦。欧盟源作物原料,CNMHG但这些技术使用的生物燃料主要是通过乙醇与合成乙基叔丁基在我国还处于起加阶段,与国外相比还有很大距离。2376当代化2015年10月可以说,我国生物燃料乙醇产业要想达到国际先进33我国燃料乙醇的发展方向水平,尚要面临诸多困难和问题33.1大力发展纤维素乙醇技术3.2我国发展燃料乙醇面临的问题纤维素乙醇是非粮燃料乙醇最为理想的选择,3.2.1乙醇汽油应用的技术问题能从根本上解决燃料乙醇原料成本高、原料有限的乙醇的亲水性大于亲油性,容易因吸水而造成问题。纤维素乙醇的主要原料是农作物秸秆、皮分层现象,因此,要严格控制乙醇汽油使用的各个壳,它们不仅价格低廉,而且我国资源风富。据国环节中的游离水,以保证乙醇汽油的正常使用;乙家农业部和林业部提供的数据显示,中国秸秆资源醇的汽化潜热大,会影响掺醇燃料的蒸发,不利于量和林业废弃物资源量储量丰富,亟待开发。汽车加速,且低温条件下会使发动机启动性能变差;纤维素乙醇技术,是一种高端的清洁能源技术,乙醇汽油的稳定性差,因此必须对乙醇汽油的储运然而由于纤维素乙醇的技术瓶颈尚未解决,较高的等相关设施进行改造、建设;燃料乙醇的生产技术技术门槛使其无法实现产业化和商业化。在作为二还比较落后,无论是生产工艺、环境保护,还是能代燃料乙醇的纤维素乙醇还没有实现产业化的今源消耗、原材料转化效率等都落后于美国和巴西天,我们只能利用非粮食作物作为二代生物燃料乙3.22乙醇汽油生产的经济问题醇的替代原料。虽然如此,很多企业和研究机构都目前,生产成本过高是制约我国生物燃料乙醇在进行相关研究,希望纤维素乙醇的技术瓶颈能够早日被攻破,为我国可再生能源的发展开辟更多的产业发展的主要因素。例如,吉林燃料乙醇厂是目途径。或许这个过程充满艰辛,或许会很漫长,但前国内以玉米为原料制备乙醇水平较高的,采用的我们有理由相信这一天一定会到来全部是国外的先进技术设备,就是这样的一家企业,332进口乙醇或成未来发展方向生产1吨生物燃料乙醇要消耗的玉米量为3.It,要与我国燃料乙醇产业起步较晚、技术落后、成消耗的标准煤为0506t,要消耗水8t左右,这个本较高的现状相比,巴西、美国的燃料乙醇产业起耗能远远高于美国,如美国生产1吨生物燃料乙醇步较早,技术成熟,具有年产量超过1000的生只消耗标准煤04P。对于我国四家生产燃料乙醇产能力,并且对中国进口其生产的燃料乙醇持欢迎的基地,生产1t燃料乙醇的综合成本在7000元以的态度。上,这要比美国高出17%。随着煤、电及原料价格自2010年1月1日起,我国将乙醇进口关税降的上涨,燃料乙醇的成本还会上升。因此,要加快至5%,而原本是30%。2012年3月,中国石化开燃料乙醇产业的发展,必须发展其生产工艺"。始寻求与国际燃料乙醇企业合作,并将推广生物燃3.2.3政府扶持力度减小料乙醇作为绿色低碳战略的重要组成部分2。欧美等发达国家的生物能源产业发展较快,他2013年年末,1.05万t燃料乙醇的装卸工作在们的成功经验表明,发展生物能源产业离不开政府中国江苏镇江码头顺利完成接卸工作,这是中国首的支持。而在我国燃料乙醇产业发展的初期,国家船进口燃料乙醇,标志着燃料乙醇上游资源国际贸通过财政补贴等优惠政策促进其发展,但是到了易环节彻底被中国石化打通,为中国后续进口燃料2007年,燃料乙醇项目审批权被收回,以玉米为原乙醇奠定了基础。在非粮乙醇生产技术瓶颈与成本料的项目被正式叫停,燃料乙醇生产企业所得到的问题解决之前,进口乙醇或成为一段时间内国内乙财政补贴逐渐“缩水”。燃料乙醇生产企业在2012醇的主要来源年得到的财政补贴比2010年减少了一半。4结论2013~2015年,以粮食为原料的生物燃料乙醇财政补贴标准分别为:2013年300元t、2014年200元燃料乙醇用于发动机不仅能够缓解能源危机t、2015年100元/,2016年以后不再补贴且能够显著降低有害气体排放,是目前最为现实可另外,201年,对特定生产变性燃料乙醇的企行的生物能源形式。乙醇燃料在其发展的过程中虽然也存在一些这样或那样的问题,但是不可再生能业免除消费税的政策被取消,逐年恢复其征收比例,源必将被可再生能源所替代这一发展趋势是不可扭自2015年,恢复征收其5%的消费税。与此同时,变转的。我们相信,燃料乙醇的发展是符合时代发展性燃料乙醇定点生产企业增值税先征后退的政策被需求的,我们取消。这些优惠政策被取消以后,无疑使生产企业H中国煤化工挥其优势为人类服务,而成本压力越来越大。CNMHG潜在的负面影响(下转第2380页当代化工2015年10月约100倍关系,与细混合沙堆相同的是700μm沙型防风网的堆前存在降尘区域,扬尘多发生于迎风粒起尘量远远多于其他粒径区间的分布量。图9为面的下半部分,网板与垛堆之间颗粒回流严重,扬细混合沙堆和粗混合沙堆表面沙粒起尘数量比随位尘多降落于堆前;无防风网和设圆孔平板防风网的置变化曲线图。细混合沙堆和粗混合沙堆,在相同情况下,料堆迎风面的上半部分为主要扬尘区。密度下,颗粒数量比与质量比分布变化规律则是完(2焜混合粗糙沙堆的颗粒起尘总量较细混合沙全相反的。堆的起尘量少很多,约100倍关系,且与细混合沙堆相同的是900~450μm之间的沙粒起尘量远远多于其他粒径区间的分布量。实验所用沙堆中<185um900-450μm粒径沙的扬尘质量比最大,随沙粒直0.3280-185um10010m/s um径的降低其对应的质量比也逐次降低,而数量比的规律与质量比的完全相反。450-280um参考文献900-450umporous fences(J). Environmental Modelling& Software, 2004. 19(2)XIHa)细混合沙2]段振亚石文梅郑文娟宗润宽防风网抑尘机理研究及工程应用进展石油化工设备,[3]Rain JK. Stevenson DCJ. Wind<185um[4]宣捷俞学曾风障减少尘埃飞起的风洞模拟研究[环境科学研究280-185um10m/s um1997,10(2:14-18.5] Dong Z B, Luo W.Y., Qian G.Q., et al. A wind tunnel simulation of the450-280umnean velocity fields behind upright porous fences[J]. Agricultural and-4Forest Meteorology, 2007, 146( 1-2): 82-930≥900um6]辛庚华露天堆场起尘与防风网遮蔽效果机理研究及现场实测分析D大连:大连理工大学,20107]张宁陈延国Sang- -joon Lee防风网对煤堆遮风效果的风洞实验研究门实验流体力学,201125(4:50-54图9不同粒径的沙粒起尘数量比随位置变化Fig 9 Change of dusting quantity of different particle size[8]陈延国,辛庚华防风网防风抑尘效果现场实测研究中国新技术新产品,2010.,28sand with location[9]陈光辉李建隆王伟文.露天散状料堆放场的防风抑尘方法及其防3结论风抑尘网和用途:CN,200810249627.5P]200907-22[10]范军领王伟文张攀防风抑尘网CN,0820232839P1200-12-16利用风洞实验,通过对不同防风网的遮蔽效果I]董继鹏强风流过散堆料场的流场模拟与抑尘研究[J青岛:青岛科进行实验对比,得到以下结论技大学2009(1)防风网能够明显的降低沙堆扬尘量,导流(上接第2376页)参考文献7]张晓君.我国燃料乙醇行业负重前行[N]中国石油[1]邢展.乙醇汽油的应用现状河北化工,2011,34(3):71-722012-11-204).[2]仉磊,李继红,李十中,燃料乙醇产业发展现状门.化工进展8]李萌.我国生物燃料乙醇产业发展政府规制研究⑩哈尔滨:东北农业大学,20122013,32(7):1721-1723[3]宋涛,郑义,郭津.我国替代燃料乙醇汽油发展现状J小型内[9]翁天杭,燃料乙醇产业竞争力的国际比较及发展前景预测[D杭州:浙江大学,2013.燃机与摩托车,2013,426):92-96[4]宋涛.乙醇汽油对摩托车排放的影响D.天津:天津大学,2012[10]孙清.燃料乙醇的应用J]可再生能源,2010,286:151-15411]吴永民,葛建平.生物燃料乙醇产业研究综述与展望J安徽农[5]陈卫国.车用替代燃料的发展趋势{国际石油经济,2007,(2)业科学,4131-366]史广宝.甲醇燃料对捷达FV7l60IX轿车的适应性研究[Dl长春[12]南森.首开燃YH中国煤化工01403-195CNMHG吉林大学,2009