燃料乙醇应用对环境的影响

业安全与环保006年第32卷第10期Industrial Safety and Environmental ProtectionOctober 2006环境工程燃料乙醇应用对环境的影响王艳坤1张建强1孟祥明21.西南交通大学环境科学与工程学院成都610031;2天津大学环境科学与工程学院天津300072摘要燃料乙醇作为可再生的替代能源被越来越广泛地利用。从对空气的彯响、对土堰和地下水的潜在影响、能源的有效性和能源的可持续性4个方面阐述了燃料乙醇使用对环境的影响效应,既说眀了其显著的优势汉提岀了存在的问题及相关建议,旨在更充分地发挥燃料乙醇的能源价值关键词燃料乙醇环境能源Effect of Fuel ethanol on EnvironmentWANG Yan-kun ZHANG Jian-qiang MENG Xiang-ming?(1. School of Environmental Science and Engineering Southwest Jiaotong University Chengdu 610031)Abstract As the renewable energy ethanol is used more and more widely. In order to use it effectively the influence of ethanol onenvironment is explained from several aspects such as effects on air potential effects on soil and underwater effectiveness of energy and theustainability of energy. Its obvious advantages are expounded and the existed problems and suggestions are put forward aiming at giving fullplay to energy valueKeywords ethanol fuel environment energy随着世界人口的增加和更多国家的工业化能源消费稳耗45.4亿L约占汽油总消耗量的1%3。同年,美国政府步增加而作为主要能源旳石油则日益匮乏这种能源的供提岀到α010年生物燃料在全美能源中所占比重要提高需矛盾必然影响到经济的发展和社会的安定因此世界各国倍达到20%的发展目标。与此同时,瑞典和法国亦以小麦纷纷展开新的替代能源的硏究与开发其中以燃料乙醇最为等为原料生产燃料乙醇添加到汽油和柴油中应用。欧盟也采取了相关措施促进生物燃料使用,计划到2005年生物燃20世纪30年代巴西首先开始大范围使用乙醇-汽油混料作为交通运输燃料至少占市场份额的2%到2010年末至合燃料口在汽油中掺入2%的乙醇或全部代替汽油。1999少占5.75%到2020年生物质乙醇能源在总能源结构中所年巴西乙醇产量达近130亿L除少量出口外其余全部自占比例将提高到8%4。加拿大也将这种混合燃料列入本用1。20世纪70年代,世界石油危机后10%乙醇与无铅汽国的环境保护计划 Ecologo)5。在我国用玉米生产燃料乙油混合的方法引入美国并在中西部各州占领市场。20世纪醇已受到政府和相关部门的高度重视。河南省、吉林省和黑80年代乙醇与柴油混合在技术上的可行性得到了证明。龙江省等地已开始建立推广车用乙醇汽油的试点。到1999于是美国开始以玉米生产燃料乙醇并将其应用于混合燃年全球乙醇产量已达330亿L其中有58%用作汽车燃料。料。1999年美国乙醇产量达60亿L其中仅运输部门就消可见燃料乙醇作为新的替代能源正得到越来越广泛的006006060606000000000060000006006060006000000)0000600228e·011钟秦燃煤烟气脱硫脱硝技术及工程实例,北京:化学工业出版社2楚华李爱民李润东等.湍球塔气体流动的数值模拟.中国电力200x11)753王福军,计算流体动力学分析——CFD软件原理与应用,北京清中国煤化工6.02e·0090e+00作者3.79e·00CNMHG水人教授主要从事环境工程理H5(收稿日期2006-01-10)图4矢量( vectors图四川省应用基础项重视其未来的应用前景不可估量。但是在利用这种新能源燃料的燃烧对氮氧化物排放的影响尚存在争议 Spreen and的同时也要充分考虑到它对环境的影响,做到趋利避害,合 Kass et al.6门的测试表明乙醇-柴油混合燃料使氮氧化物理利用从而最大限度地发挥其燃料优势。的减少从0到4%-5%不等。美国的监测数据证明了E10与空气的影响臭氧浓度增加有关。胡志远等ν在乙醇-汽油混合燃料的任何燃料燃烧在释放能量的同时都不可避免地向空气周期评价中得岀除E10外其他浓度的混合燃料所产生的氮中排入副产物乙醇也不例外但不同燃料燃烧产生副产物氧化物均高于纯汽油。张润铎等0的试验表明乙醇柴油混的种类、数量和浓度各不相同因此对空气质量的影响程度合燃料较纯柴油燃烧排放的氮氧化物有明显的增加。但氮自然也不同。氧化物的排放除与燃料有关外还受空气与燃料比例等因素1.1对颗粒物、一氧化碳和烃类物质排放的影响的影响所以乙醇的引入对氮氧化物的排放的影响幅度并不燃料燃烧过程中颗粒物(PMλ一氧化碳(C和烃类物明显。质(CH舶产生主要是由于燃料不完全燃烧而引起的,乙醇1.6对其他有害气体排放的影响作为一种含氧有机燃料它的掺入会促进混合燃料的燃烧其他一些气体的排放有的也会给空气造成污染,例如减少由于燃烧不充分而引起的污染物排放。这一理论在很SO2会引发硫酸烟雾乙烯、醛类的臭氧活性较高,易造成地多试验中得到了证明 Spreen and Kass et al.6的测试表明面臭氧和光化学烟雾等。 Marek and evanoff151发现在柴油中10%和15%的乙醇-柴油混合燃料分别使PM减少20%-添加乙醇减少了硫的含量有效地减少了SO,的排放量。还27%和30%-41%汤晓东8的试验表明,与汽油相比,乙醇有资料报道,E10减少了13丁二烯、苯、甲苯、二甲苯等的排汽油混合燃料的汽车尾气中CO、CH的排放量分别下降放增加了甲醇、乙烯、丙酮、甲醛、丙烯醛等的排放。30.8%和13.4%胡志远等在乙醇_汽油混合燃料的周期总之乙醇混合燃料对PM、CO、NO、SO2、CO2烃类、苯、评价中得出I∝在汽油中掺入10%体积的乙醇)替代汽油甲苯、二甲苯、甲醛、乙醛、甲醇、乙醇、乙烯、13丁二烯、丙可使PM、CO和CH的排放量分别下降44%、26%和15%冲酮等的排放都有不同程度的影响其中大多是积极的也有科院的张润铎等通过试验证明乙醇-柴油混合燃料替代部分是消极的計对那些排放量增大的气体可通过改进机纯柴油可使PM、CO和CH的排放量均有不同程度的降低车结构添加助溶剂使用接触反应转炉改建气体排放控制1.2对温室气体(GHG腓排放的影响系统等措施加以控制,以辅助乙醇混合燃料的使用生产乙醇的过程很少使用外部化石燃料主要是由生物外笔者通过对比发现针对同一物质的排放不同的质提供所需的热能和92%的电能,乙醇的燃烧过程也只是研究者得出的结论也不尽相同这主要是因为相当多的排放释放在植物生长过程中储存在植物体内的CO2,另外燃料的数据受到各种因素影响如机车燃料的测定技术、各种控制C/H越大释放单位热量的CO2就越多在燃料中掺入一定技术、测试程序、测试条件以及模型的差异等。所以建议建量的乙醇可减少C/H也就可以降低CO2的排放量,从而减立严格统一的空气质量模型规范测试技术以确保得到更缓全球变暖。胡志远等在乙醇-汽油混合燃料的周期评可靠的排放数据。另一方面,乙醇的添加比例不同对产物价中得出,E10替代汽油可使CO2的排放量下降7%。一些的排放影响也不相同所以对混合燃料的研究还有待于具体预测表明生产和使用1L乙醇来代替汽油可减少0.54细化也就是要针对不同乙醇比例的燃料进行测试对不同0.57kgCO2的排放即汽油燃烧时CO2排放量的90%1燃料给予准确的评价为燃料选择提供更详尽可靠的依据1.3对乙醇排放的影响2对土壤和地下水的影响低比例乙醇混合燃料与纯汽油相比有较高的蒸气压和在汽油中添加乙醇不仅增大了挥发性也增加了对金属较大的渗透率。这就导致大量乙醇因挥发或渗透而进入空和聚合物的渗透率。乙醇-汽油在接触水以后就会发生相气同时也相应增大了萁他气体的排放不仅造成损失也污态分离乙醇进入水相增大了燃料的体积从而增加对地下染了空气。巴西是唯一大范围应用乙醇燃料的国家,大约钢铁储藏罐的腐蚀增加泄漏到周围土壤的风险。在美国中70%-75%的机车使用E20-E25,15%-20%的机车使用纯乙央对运输的研究中建议纯乙醇或乙醇含量高的汽油燃料不醇其余的使用柴油2001年巴西圣保罗市的空气中乙醇浓应用铝、锌、锡、铅焊接装置或者黄铜装置来储存。一些非金度是洛杉矶的23-78倍12。属的材料暴露在乙醇含量高的条件下也会降解,如天然橡1.4对乙醛排放的影响胶聚亚胺酯、软木垫圈、皮革、粘合聚酯纤维丝、聚氯乙烯、聚乙醛是一种危险化合物,很可能具致癌性,它也是聚丙酰胺、甲基丙烯酸塑料等烯膩PAN肭前体,是带有剧烈毒性的呼吸刺激物,是众所LYH中国煤化工性,旦与地下水或地表周知的植物毒素。Knap等发现El0的燃烧使乙醛的排水接CNMHG解性。在周围环境中z放量变为原来的100%-200%,有时甚至达到700%。据报醇还王彻以阵,微生物和环境条件适应乙道在巴西的4个主要城市空气中乙醛的体积分数要明显高醇的降解从而抑制汽油污染物尤其是二甲苯(BTEX)的生于世界上任何一个城市凵」。这种澘在的危害应引起关注。物降解影响自然界的自我修复能力增加周围环境的负荷1.5对氮氧化物排放的影响20世纪80年代末美国环保署提出了泄漏地下储藏管计划氮氧化物会引起地面臭氧和光化学烟雾等污染。混合来解决泄漏的汽油灌从那以后20万标准罐中150万被清除只留下⑦0万1。可见储藏罐的严格标准和燃料系统的防渗漏问题说明以及监测要求都急需引入〔3)在燃料中添加乙醇会提高燃料的燃烧热效率。在生3能源的有效性命周期评价中净能量价值会随着生产技术的进步和革新发乙醇是含有羟基的含氧燃料在燃烧过程中有自供氧效生变化能源的有效性也会不断提高应该不断进行试验找应燃烧较均匀局部富氧和局部缺氧旳几率减少燃烧速度到最佳工艺路线以最大效率发挥乙醇燃料旳燃烧热效率。和火焰传播速度较高从而使燃烧旳定容性较好,燃烧持续4)燃料乙醇的使用可减少对化石燃料的依赖,有利于期较短燃烧热效率高。然而乙醇的热值较低混合燃料旳人类的可持续发展其生产使用的可持续性可通过寻找丰富燃料消耗率较高,该不足可通过改变工况条件得以改善廉价的替代原料降低成本以及配套生产技术的成熟化而实在生命周期评价期间乙醇的净能量价值(NEν)等于它现因此应加强利用各种廉价原料生产燃料乙醇的工艺优化的燃料能量减去在它生产和运输过程中所消耗的能量。由研究于在生命周期评价期间选择的评价模型不同造成结论不尽总之乙醇作为一种新型替代燃料具有环境污染小、燃相同这就要求对模型进行规范。此外通过改变乙醇的生产烧效率髙、可再生性强等优势,相信通过不断硏究趋利避原料和生产过程也会改变它的净能量价值例如使用植物纤害,一定具有更广阔的利用空间和更大的环境经济价值维和废弃物纤维作原料优化生产条件和工艺过程等都会参考文献减少生产过程中的能量消耗通过建立中转站和路线优化也1 Rosillo-Cle, Fand Heatford I· Alternatives to petrol可以减少运输过程中的能量消耗。总之随着技术的进步乙transport: Brazilian experience. Sci Public policy .1987,14 337-345醇燃料的有效性也会逐渐得到提高2李盛贤贾树彪顾立文.利用纤维素原料生产燃料酒精的研究进4能源的可持续性展.酿酒20053x2)13-16乙醇是一种可以通过发酵糖来生产的可再生能源,它的ks C, santini d effects of fuel ethanol use on fuel-使用可减少对不可再生的化石燃料的依赖缓解能源危机Cycle Energy and Greenhouse Gas Emissions. Argonne NationalLaboratory Argonne , IL. 1999有利于人类的可持续发展。4 Alan C Hansen Qin Zhang Peter W L Lyne. Ethanol-diesel fuel blends现在利用粮食来生产燃料乙醇的技术已经成熟而且这0596277-285也是燃料乙醇生产的主要手段。然而随着人口的剧增粮食5 Sheldldon J B Duff, William D Murray. Boconversion of fores的短缺该生产会受到土地、原料等方面的限制从而进一步productsiindustry waste cellulosics to fuel ethanol. a review. Bioresource提高了乙醇的成本使得该行业难于创收反而成为国家的Technology 1996 55: 1-33补贴对象。另一方面如果通过加大粮食的生产来解决原料 Spreen,K, Evaluation of oxygenated diesel fuels, Final report for Pure的问题那么会相应地减少其他种类植物的种植从而影响到Energy Corporation prepared at Southwest Research Institute, San生物的多样性。为了解决这些问题,使乙醇燃料生产可持续地进行下7 Kass M D, Thomas J F, Storey J M ret al. Emissions from a5.9ler去可以从寻找更加丰富而廉价的原料上着手。据资料表diesel engine fueled with ethanol diesel blends, SAE Technical Paper明8植物每年通过光合作用能产生高达15.5×100t纤维2001-01-2018(SP-1632)素类物质其中纤维素、半纤维素的总量为8.5×100t。而每8汤晓东乙醇汽油的安全生产及环境保护.石油化工安全技术200521(2)32-年用于工业过程或燃烧的纤维素仅占2%左右,有很大一部9胡志远戴杜涨成等木薯乙醇-汽油混合燃料生命周期评价分未被利用。还有一些废弃物包括①造纸厂的纤维渣、锯末等③林业废弃物酒④城市废弃物,如废纸、包装纸等。若内燃机学报2003215)21-8610张润铎贺泓张长斌等.乙醇柴油混合燃料的制备工艺和废气将它们加以利用不仅能降低乙醇成本有效利用资源还能的排放特性环境科学2003244)1-6减轻环境污染可谓一举多得。因此现在需要有更多有关利1 Macedo I.G, Greenhouse gas emissions and bioethanol production and用植物纤维和废弃物纤维生产燃料乙醇的技术研究,包括原utilization in Brazil. Biomass and Bioenergy料预处理的方法、适宜菌种的分离筛选、发酵条件的优化和12 Grosjean D, Grosjean E, Moreira lfr. Speciated ambient carbony ls in工艺路线的摸索等等从而推动燃料乙醇生产的技术革命Rio de janeiro, Brazil. Environ Sci Technol. 2002 36: 1389-95促进燃料经济的可持续发展。些气体的排放有所增加应采取必要措施加以控制。不同混Asc19.% wide range of temperatures. Air Waste Mgmt5结论emissions of vehicles ove(I燃料乙醇的使用会减少大多数污染物的排放但有TH中国煤化工 ormaldehyde and acetaldehyde inzil, Atmos er合比例的燃料对空气的影响不同有待进一步细化研究,区CNMHG别对待。5 Marek n, Evanoff,J. The use of ethanol blended diesel fuel in2燃料中添加乙醇增加了对容器腐蚀的风险,增大了染物的溶解度阻碍污染物的生物降解从而增加了土壤Proceedings of the Air and Waste Management Association 94th Annual和地下水污染的风险需要给予重视及时规范储藏容器提Confeand Exhibition, Orland20012006年第32卷第10期工业安全与环保October 2006Industrial Safety and Environmental Protection鄯善采油厂油田回注水水质劣化原因及对策林孟雄陈坤王兵钟升胥锋西南石油学院四川新都610500摘要鄯善采油厂4000m3d污水处理站于2000年ⅱ1月投运采用水力旋流+聚结斜管除油←两级精细过滤″的处理方式。注水水质变化表现为来水经净化处理后水质有较大改善,但从清水罐到注入井段水质又存在变坏的问题,为此提岀鄯善采油厂回注水水质稳定技术硏究。通过对处理系统和注水系统全程的水质各个指标的监测保证注水水质的稳定。分析了造成水质不稳定的因素对水质劣化的机理进行了阐述并提出相应的水质稳定措施关键词鄯善采油厂油田回注水水质劣化Analysis on the Causes of Water Quality Deterioration of Oil Field Circulated waterof One Oil Extraction Factory and Its CountermeasuresLIN Meng-xiong CHEN Kun WANG Bing ZHONG Sheng XU Feng. bstract 4 000 m'/d water disposal plant in Shansan Oil Extraction Factory was completed in Now. 2000 and the processing way was thewater power eddy agglutination slope tube eliminates the oil two levels fine filters". Pouring water quality changes show that waterquality has improved greatly when it is purified. But from the clear watering can to the injection interval water quality goes bad so waterquality stability technology research is put forward. Through monitoring every index of water quality in processing system and pouring systemhe stability of water quality is guaranteed. In this paper factors contributing instability of water quality are analyzed the mechanisms of waterKeywords sansan Oil Extraction Factory oil- field circulated water water quality deterioration油田注水即利用注水井把水注入油层以补充和保持油程为污水接收水罐→亠提升泵→水力旋流器→聚结斜管除油层压力的措施。油田投入开发后油层本身能量不断地被器→轻质滤料过滤器→双滤料过滤器→污水储罐→注水泵消耗致使油层压力不断地下降地下原油大量脱气粘度增计配站→注水井。其辅助流程包括污泥回收,作业污水加油井产量大大减少还可能造成地下残留大量死油采不回收污泥干化加药系统污油回收等。出来。为了弥补原油采出后所造成的地下亏空保持或提高思路队从油站来污水进入采出水处理站的污水接收油层压力,获得较高的采收率,必须对油田进行注水。目前罐污水在接收罐内进行油、水、渣的自然分离去除大部分各个油田大多巳进入了2次采油的中后期或3次采油的初的浮油和大颗粒的悬浮物。污水接收罐的出水进入污水提期由于目前3次采油的成本高且效果不显著所以注水开升泵加压后进入全自动污水除油水力旋流器水力旋流器发仍然是当前油气开采的主要方式而注水开发得好坏直接出水进入全自动高效斜管除油器。污水在除油器内进行聚影响着油田的采出率。在注水开发中注水水质是影响整个结分离后再经轻质滤料过滤器、双滤料过滤器过滤将水中油田开发效果的最根本因素也影响整个注水污水系统设备的细小悬浮颗粒除去,达到回注污水水质标准进入注水系管线的运行状态和使用寿命统。同时站內各构筑物分离岀来的污泥进λ污泥浓缩罐待Ⅰ鄯善釆油厂油田注水系统流程泥水初步分离后将罐内上清液排至污水回收池底部污泥油田注水系统流程以鄯善采油厂为例,它采用水力旋进入污泥脱水机形成泥饼后装车外运。流+聚结斜管除油+两级精细过滤″旳处理方式。其主要流2目前注水系统存在的主要问题00000000000000000000000000000000000016 Argonne National Laboratory. Guidebook for handling storing, and中国煤化工dispensing fuel ethanol. Chicago, IL: U.S. Department of Energy18H学及纤维素酶的研究进展江CNMHGArgonne National Laboratory :1995n1入3JU-277U.S. Government Printing Office. The effectiveness of leaking作者简介汪艳坤女,982年岀生,西南交通大学环境科学与工程underground storage tank clean up programs hearing before the学院在读研究生主要从事环境生态方面的研究DC Committee on Energy and Commerce, House of Representatives(收稿日期2006-04-30)