乙醇汽油的生产与应用

中外能源第11卷第5期90CHINA FOREIGN ENERGY2006年10月←可替代能源p乙醇汽油的生产与应用胡建良(中国石化长岭分公司,湖南岳阳414012)摘要燃料乙醇是一种环境友好的可再生替代能源,可按一定的比例与汽油组分掺混成乙醇汽油。介绍了乙醇汽油的生产技术、应用现状和发展前景关键词乙醇汽油纤维素生物能源1前言性质产生明显的影响,这些性质的改变有可能影响我国2004年石油总消耗量为2.9×10%,进口量到汽车发动机的正常工作。乙醇为高辛烷值组分超过1.2×10,占42%左右。今后原油进口量预计加入到汽油中以后对汽油的辛烷值有比较大的影将超过总消费量的50%,这将对我国能源供应造成响。含无水乙醇10%的乙醇汽油研究法辛烷值大约定的影响。利用生物能源技术,以农作物为原增加3个单位,抗爆指数大约增加2个单位。料生产乙醇并调合到汽油中使用.可提供环境友好乙醇在40℃时的蒸汽压为18kPa,远低于汽油的可再生替代能源,缓解石油资源紧张的局势的蒸汽压,但将乙醇添加到汽油中后,乙醇汽油的乙醇汽油是在普通汽油中加入一定比例的无蒸汽压将升高。乙醇是含氧化合物,如果以10%掺水乙醇所形成的混合燃料。传统的乙醇生产以粮食合比调到汽油中,其氧含量将达到35%(质量分为原料,经过发酵蒸馏等过程得到乙醇产品。近年数,远优于国家现行车用汽油对含氧量的规定来,国内外很多科研机构进行了以农作物纤维为原无水乙醇和汽油有很好的互溶性,能够以任意料生产燃料乙醇的研究,并取得了突破性进展。比例溶解。但是,如果乙醇含水,乙醇和汽油的互溶用于生产乙醇汽油的燃料乙醇是一种高辛烷性就会降低,乙醇分子之间能够产生氢键,并以二值的汽油调合组分,加之乙醇氧含量高(35%,从而聚物的形式存在。当乙醇溶于汽油这种弱极性洛剂使乙醇汽油燃烧更完全,可以显著降低汽车尾气中时,分子之间的氢键被削弱,缔合度减小。由于水分有害物质的排放量,是一种清洁的可再生车用燃料子形成氢键的能力比乙醇强,水分子的存在促进了乙醇的相对分子质量为46,沸点为783℃,水分子和乙醇分子的氢键缔合。实验表明含水量大20℃时的密度为0.8g/cm3,氧含量35%,研究法辛烷于0.75%时,水分子和乙醇分子会形成复杂的缔合值11燃料乙醇为含水量≤0.8%(体积分数)、含体,导致汽油和乙醇分层。实验还表明,当乙醇的含1.%6%~4.76%(体积分数)变性剂的乙醇,变性剂水量大于1.25%时,会导致分层明显。因此,一般要般为无铅汽油组分。燃料乙醇和汽油一样,蒸汽密求乙醇含水量要小于0.5%。随着乙醇汽油中水含度比空气大,然而乙醇蒸汽会迅速分解。燃料乙醇量的增加,相分离温度会明显提高。及乙醇汽油比普通汽油重。燃料乙醇能与水混合乙醇掺配于汽油中可提高汽油的溶水量(10%因此,当水含量达到一定浓度后,乙醇汽油会出现乙醇时其溶水量约0.3%)。乙醇可吸收油箱和管线分层。燃料乙醇的热值比汽油小。燃料乙醇的毒性中的水,防止水在油箱中积累。然而,若乙醇吸收过比汽油和甲醇小,而且几乎不含硫汽油中添加一定量的变性燃料乙醇后,将对汽作者简介:胡建良,工程师,1981年毕业于长岭石油学校催化剂油辛烷值、氧含量、蒸汽压、蒸馏特性以及水溶性等制备专业,现主要从事情报调研工作第5期胡建良.乙醇汽油的生产与应用91多的水,达到0.4%~0.8%(质量分数)时,水和乙醇集团、安徽丰原生物化学股份有限公司和黑龙江华就会从汽油中分离出来,在油箱底部形成乙醇和水润酒精有限公司4个变性燃料乙醇生产企业,免征的混合物,给发动机的正常工作带来困难,同时还用于调配车用乙醇汽油的变性燃料乙醇5%的消费会造成腐蚀。一般来说,车用乙醇汽油允许的水含税。②上述4个生产企业生产调配车用乙醇汽油用量与温度和乙醇含量都有关系,温度越低水含量允变性燃料乙醇的増值税实行先征后返。为了扶持燃许值就越低,乙醇含量越低水含量允许值也越低。料乙醇生产,国家为4家定点生产企业提供专项补2乙醇汽油在我国的发展贴,每吨燃料乙醇的补贴在1000~2300元之间,视2,1政策和法规各地情况而定200Ⅰ年4月份我国的变性燃料乙醇国家标准2.2我国燃料乙醇的生产装置(GB18350-2001)和车用乙醇汽油国家标准我国于2000年正式启动了燃料乙醇的生产与(GB18351-2001)正式出台。2004年在我国部分地试用工作,按照新建厂与老厂改造相结合的精神区开展了车用乙醇汽油扩大试点工作。其中,车用国家制定了燃料乙醇生产试点规划。根据这一规乙醇汽油扩大试点期间的税收优惠政策如下:①对划,我国目前建成、正在建设和拟建设的燃料乙醇国家批准的吉林燃料乙醇有限责任公司、河南天冠装置见表1表1我国燃料乙醇生产装置企业规模/kta)原料投资/亿元备注吉林燃料乙醇有限责任公司玉米2001年9月新建一期300kta工程河南天冠企业集团有限公司小麦12.882002年11月开工安徽丰源生物化学股份公司320玉米、马铃著黑龙江华润金玉酒精有限公司2001年初完成改造山东东久集团(非国家试点)2002年6月建成,可根据政策和市场情况转产燃料乙醇2.3我国燃料乙醇和车用乙醇汽油主要质量指标表3变性燃料乙醇质量指标乙醇汽油和变性燃料乙醇质量指标见表2、表3。清澈透明,无肉眼可见表2车用乙醇汽油主要质量指标悬浮物和沉淀物乙醇体积含量,%≥92.1项目90号汽油93号汽油95号汽油醇体积含量,%RON≥93实际胶质mg·(100mL)1抗爆指数≥85水体积含量,%无机氯(以C计)/(mg:L-)酸度(以乙酸计川(mg·L)56程/℃pH值干点残馏量,%(体积分数)乙醇汽油生产技术诱导期/min乙醇汽油是普通汽油组分与一定比例的燃料硫含量,乙醇(无水乙醇)进行调合形成的混合燃料。根据原蒸汽09-16-03-15压/Pa03-16-09-15料的不同,燃料乙醇生产技术可分为以稻米、玉米硫醇(满足下博土试验合格小麦、木薯、甘蔗、甜菜、甜高粱等淀粉质和含糖物列要求之-)硫醇硫含量,%质为原料的粮食乙醇生产技术和以秸秆、麦秸、稻实际胶质/|mg:(100ml)草或木片等纤维质为原料的纤维乙醇生产技术2。铜片腐蚀(50℃,3h)/级3.1淀粉质燃料乙醇水含量,%(质量分数)≤0.15乙醇体积含量,%9.0-10.5我国目前的燃料乙醇生产以粮食为原料。主要其他含氧化合物体积含量生产企业有:吉林燃料乙醇有限责任公司、河南天中外能源CHINA FOREIGN ENERGY2006年第11卷冠企业集团有限公司、安徽丰源生物化学股份有限加水将酸稀释后加热以析岀糖分,产生可以与残渣公司和黑龙江华润金玉酒精有限公司。这4家公司分离的胶体。采用色谱柱将酸与糖分分离的总生产能力为1120kt/a。其中,黑龙江华润酒精稀酸和浓酸工艺都有一些缺点。纤维素稀酸水有限公司采用奥地利(奥高布殊)HNT技术,河南天解会产生大量副产物。浓酸水解生成的副产物较冠企业集团有限公司则具有酒精清洁生产工艺、工少,但废酸的循环利用使过程的成本增加,而且使业沼气、废水处理等多项自主开发的专有技术工艺更复杂。此外,硫酸的腐蚀性很强并且难以处以淀粉质为原料旳燃料乙醇生产工艺基本上理。浓硫酸和稀硫酸工艺均在较高的温度下运行大同小异,都是在传统乙醇生产工艺中增加一个脱(100℃和20℃),因而可导致糖分衰变,降低碳资源水过程。原则流程是:原料→粉碎→蒸煮→糖化→的利用率,并且最终降低了乙醇产率。发酵→蒸馏→脱水→加变性剂→燃料乙醇。其中逆流水解是一种新工艺,该工艺分两步进行加变性剂的过程是为了将无水乙醇变成不能食用在第一阶段,纤维质原料从传送带进入卧式并流反的燃料乙醇,以防止将燃料乙醇作为食用乙醇岀应器。通入蒸汽将温度升高到180℃(此处不加酸)售,因为国家对燃料乙醇的生产进行补贴。以甘蔗经过大约8min的停留时间后,60%左右的半纤维甜菜等含糖原料生产燃料乙醇时,可省去糖化过程。素得到水解。原料从反应器排出后进入第二段立式以淀粉质为原料生产燃料乙醇的工艺具有技应器操作温度为225℃。在原料中加入浓度很低术成熟、原料丰富并且可再生、副产物得到了综合的稀硫酸,根据停留时间的长短,剩余的所有半纤利用等优点。但是,这种工艺也存在多方面的不足。维素和60%到100%的纤维素得到水解。据美国国首先,原料成本较高。据报道,以玉米为原料时,每家可再生能源实验室(NREL)估计,该工艺可将葡萄3t玉米生产大约t乙醇,仅此项成本每吨就需要糖产率提高到84%,发酵温度提高到55℃,发酵过3300~3400元。其次,在生产过程中会产生大量废程的乙醇产率达到95%。水和一定量的废渣,需建设配套的治理装置。此外开发潜力最大的纤维乙醇生产工艺是酶水解该工艺的产品总成本较高,税后成本估计在4000工艺。在水解步骤中,将目前用于纺织行业的斜纹元∧左右。在原油价格低于50美元/bll时,该工艺布砂洗和清洁剂的纤维酶替代硫酸。纤维酶可以在缺乏市场竟争力。例如,尽管享受乙醇与汽油差价更低的温度(30~50℃)下使用,从而减少了糖分的衰补贴等国家优惠政策,吉林燃料乙醇有限公司在变。此外,通过对工艺的改进,现在可实现同步糖2004年6月以前仍处于亏损状态化与发酵(SSF)。在SSF工艺中,纤维素与发酵粉结3.2纤维质燃料乙醇合,在糖分生成后,通过发酵将其转化为乙醇。从长为了以更低的成本获得清洁能源,近年来国内远来看,酶技术有望成为盈利性最好的工艺η。外很多科研机构进行了以农作物纤维为原料生产纤维素水解后,必须通过发酵将其产生的糖分燃料乙醇的研究,并取得了突破性进展。发酵以生产乙醇。除了葡萄糖以外,水解过程还将纤维素生物质转化成乙醇的过程类似于谷物纤维素转化成其他六碳糖并将半纤维素转化成五转化过程。纤维素必须先通过水解转化成糖分,然碳糖,这些糖分不容易通过自然有机物发酵成乙后通过发酵生成乙醇。纤维质原料(含有纤维素和醇。它们可通过基因工程酵母转化成乙醇,但乙醇半纤维素比碳水化合物更难转化成糖。将纤维素产率不够高N转化成糖的两种常用方法是稀酸水解和浓酸水解,浓酸和稀酸工艺,由于其技术成熟,在近期将这两种方法都使用硫酸。稀酸水解利用半纤维素和被用于工业化生产。从国外情况看,BC国际公司正纤维素之间的差异分两步进行。第一阶段在较低的在路易斯安那州建设一套装置,采用稀硫酸工艺将温度下进行,有利于半纤维素的转化;第二阶段在甘蔗渣转化成乙醇,而其长远计划是将装置改造成较高的温度下进行,有利于原料中纤维素部分的水酶水解工艺装置。 Masada resource集团公司计划解。浓酸水解工艺采用稀酸预处理,将半纤维素与在纽约建设一套以多种固体废渣为原料的乙醇装纤维素分离,然后,将生物质干燥,再加入浓硫酸。置.采用浓酸水解工艺,该工艺比酶水解工艺更适第5期胡建良.乙醇汽油的生产与应用93合于多种纤维素原料。 Arkenol公司正在加利福尼基本一致,认为乙醇汽油能改善排放,并且属于可亚州的萨克拉曼多市建设一套工业化裝置,将稻草再生的清洁燃料,在技术上是成熟的。目前,世界各转化成乙醇,也采用浓酸水解工艺国都在不同程度地推广使用乙醇汽油。含乙醇5%最近,上海华东理工大学承担的列为国家86315%的乙醇汽油已在世界各国广泛使用。含乙醇重点科研项目的农林废弃物制取燃料乙醇研究课85%的乙醇汽油适合高塞地区冬季使用,是为改善题取得明显成果,开始进入工业性试验阶段。目前冷启动性能而设计的。100%的乙醇用于特殊设计国家已拨款1700万元,用于¨生物质废弃物制取燃的发动机,是用95%的乙醇和5%的水制成的。料乙醇”技术项目的工业性试验,已建成年产燃料目前,车用乙醇汽油在黑龙江、吉林、辽宁和河乙醇600t的示范工厂。在“十一五”期间,将进一步南市场覆盖率已经达到80%以上。扩大规模,达到年产燃料乙醇3000~6000t。加拿大我国目前使用的乙醇汽油是含10%乙醇的logen公司研究了玉米秸、柳枝稷(软枝草)、芒属草E10车用汽油。一般来说,新车使用乙醇汽油,油路(大象草)、燕麦/大麦秆、甘蔗渣、硬木片(软木材)等不会堵塞,但500km后要防止气门产生结焦、沉积,纤维质原料,且已在渥太华建成中型装置,利用酶避免油耗上升。旧车由于油箱和油路不洁或有积水加工40/麦秆,从It原料可生产约300L乙醇。该会影响使用,所以事先必须清洗,否则会出现油路公司拟于207年建设工业化生物乙醇燃料加工装堵塞、供油不足、熄火等问题。另外,E10车用乙醇置,目前的乙醇生产成本为1.30美元/ UKgal左右汽油对部分橡胶件有浛胀作用,需要更换耐溶胀的(约合430美元)对于l5okta燃料乙醇装置,总固橡胶件(高氟橡胶)。和普通车用无铅汽油相比,冷启定投资约2.5×l08~3.5×10美元,包括酶装置和发动性和加速性无差异。E10乙醇汽油能在其汽油调电装置。 logen公司燃料乙醇工艺的原则流程为:纤合组分的基础上提高辛烷值(RON)2-3个单位,CO维原料→预处理→酶水解→分离→丶发酵→蒸馏排放明显下降.HC排放略下降.№O排放略上升纤维乙醇。在预处理阶段,用锤式粉碎杋将原料粉油耗增加4%-5%,进气阀积炭沉积物眀显增加碎以增加酶化表面积。在酶化过程中,原料中的纤乙醇汽油对汽车油箱、化油器等部件的有色金维素被转化成糖,然后,通过发酵和蒸馏将糖制成属、橡胶材料会产生不同程度的腐蚀,只有在乙醇乙醇。在分离过程中分离岀的木质素用于焚烧产生汽油中加入相应的添加剂,才能解决问题。石油化热能并发电,而发酵后的废渣用于生产动物饲料工科学研究院成功研制出了乙醇金属腐蚀抑制剂。logen纤维乙醇工艺对原料的要求是,碳水化针对乙醇汽油的腐蚀性,可添加防腐剂来避免。此合物的含量必须大于60%。最大加工能力可达到每外还可对使用乙醇汽油的汽车的部分橡胶材料予年750k原料。与淀粉质燃料乙醇工艺相比, logen以更换,如软管需更换为丁腈橡胶,密封件更换为公司的纤维质燃料乙醇工艺具有以下优势含氟橡胶等①生产过程中不消耗化石燃料,而是使用装5综合分析置的副产物所产生的能量在考虑乙醇汽油在我国的应用时,首先考虑了②技术新颖先进,最近已经开始工业化原料问题。其中一个关键的问题,就是可以利用我③不用粮食作原料,原料丰富易得而且经济。国现有的陈化粮。因此,采用粮食为原料生产乙醇4乙醇汽油的应用要以消化我国剩余的粮食为前提,因为生产能力过车用乙醇汽油的研究和应用在世界各国已有大会影响我国的粮食安全。在我国目前的燃料乙醇较长的历史,近年来发展较快的主要原因在于:①成本中,原料成本占80%左右。燃料乙醇的价格只环保法规对汽车尾气排放的要求越来越严格;②禁有在高原油价格下才具有竟争优势。寻求非粮食原用MTBE(有的石油公司已开始用乙醇取代新配方料,降低工业乙醇的原料单一依赖性,对乙醇汽油汽油中的MTBE);③能源结构的合理调整,特别是的长远发展是非常重要的。促进非粮食作物再生能源的发展据报道,山东省滨州市以高粱为原料的醇类生世界各国政府和能源行业对乙醇燃料的认识产项目中,2004年与农户签订的合同收购价为,高中外能源94CHINA FOREIGN ENERGY2006年第11卷粱籽1.5元/g,秸秆按0.12元/g。据此,乙醇燃料资源紧张的局势,而且有利于减少温室气体排放的纤维原料价格可按照150~200元∧估算。采用加保护自然环境。目前,国际上已出现以废弃农作物拿大 logen公司的技术,每吨纤维可生产300L乙纤维为原料的燃料乙醇工业化生产技术;国内在这醇,推算的每吨乙醇产品的原料成本为600~800方面也取得突破性进展。建议采用非粮食纤维原料元。与我国目前的乙醇燃料生产工艺相比,每吨产生产燃料乙醇。乙醇汽油生产装置位置最好靠近炼品的原料成本要低2500元以上。而国内燃料乙醇油厂,不仅可以节省汽油组分原料的输送成本,而生产厂已随着石油价格的上涨而开始盈利,如吉林且可减少产品调合装置的投资和生产费用。燃料乙醇有限公司2004年实现利润1100万元。从目前在纤维乙醇技术的工业化方面存在的主另一个角度分析,2004年国内90号汽油的平均零要问题是如何进一步降低生产能耗,提高产品的市售价格为4100元左右,而2005年1月到10月的场竞争能力。在发展生物质能方面,湖南省具有得平均零售价格大约为4800元,目前已达到5000天独厚的自然资源,雄厚的科研力量,并在政策、产元A左右。 logen公司在加拿大的每吨燃料乙醇生业化方面具备一定的优势。通过工厂与院校合作攻产成本折合成人民币为3650元左右。如果在中国关的方式可解决纤维乙醇技术的成本问题,尽早在生产,各方面的成本将会更低。加上国家对该行业湖南实现纤维乙醇技术的工业化,为乙醇汽油在湖的优惠政策,该项目的经济效益将十分可观。南的推广打下良好的基础。从其他方面看,大多数农作物废纤维一般被用作肥料或焚烧,不仅没有得到适当的利用,而且经参考文献常造成环境污染。农作物纤维是一种丰富的可再生Ⅰ王林琳.从我国石油进口依存度持续上升看建立战略石油储资源,采用农作物纤维为原料生产乙醇汽油,不仅可备的必要性黑龙江对外经贸,2005(3):202张以祥等燃料乙醇与车用乙醇汽油.北京:中国石化出版社以在不占用粮食资源的同时增加农民收入.减少环境污染,而且可以缓解汽油供应紧张的局势,增强3 C Cooper, et al.A Renewed Boost for Ethanol. Chemic al Engi国家的能源安全保障,具有显著的综合效益。neering,1999,106(2):356结论与建议综上所述,发展乙醇汽油不仅能缓解我国石油(编辑谢守国Production and Application of Ethanol GasolineHu jianlian(SINOPEC Changling Company, Hunan Yueyang 414012)[Abstract] Fuel ethanol is a kind of environment-friendly renewable energy, which can be blended into gasoline in a certain proportion to form ethanol gasoline. The production technologies, application status, and devel-oping prospects of ethanol gasoline are discussed in this paperKeywords] ethanol; gasoline; cellulose; bioenergy欢迎订阅《中外能源》杂志zhongwny@163.com