车用燃料乙醇的应用与发展

2002.4综述车科技车用燃料乙醇的应用与发展胡志远,浦耿强,王成焘上海交通大学机械动力学院上海200030摘要冾介绍了美国、巴西、欧共体、加拿大、泰国等世界主要燃料乙醇应用国家及中国的燃料乙醇使用情况,包括燃料乙醇的生产原料、生产规模、使用方式、推行燃料乙醇的鼓励政策和应用收益等,并展望了燃料乙醇的未来应用前景关键词燃料乙醇应用鼓励政策中图分类号:461文献标识码∶文章编号:1005-25502002)4-0009-03Application and development condition of fuel ethanol in vehicleHu Zhiyuan, Pu Gengqiang, Wang Chengtao( Mechanical and Dynamic Engineering Institute, Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200030 China)Abstract: The application condition of fuel ethanol in many countries such as America, Brazil, EU, Canada, Thailand andChina, includes its feedstock, production scale, application mode, incentive policy and application benefit are introduced. Theoredictation of its future prospects is givenev从全球角度来说,新发现的石油储量跟不上石平均增长率13%的速度增长。因此,汽车是导致油开采量按目前的开采速度到2050年世界石油的城市污染和全球变暖的主要污染源之一。鉴于环境产量将会缩减至1960年的水平。193年中国已成污染和石油资源逐渐枯竭的状况,汽车代用清洁燃为石油净进口国预测到2010年中国石油总需求的料成为目前的研究热点之47%将进口,2050年后中国石油总需求的绝大部分燃料乙醇是一种很好的代用清洁燃料。它可以将依赖进口面临着石油供应严重不足的局面。增加汽油的含氧量,使其燃烧更充分,降低排放;提美国温室气体排放〔CO、CH和NO2)占全球温髙汽油的辛烷值有效提高汽油的抗爆指数洏且它室气体排放的23%,其运输部门排放占全美温室气还是可持续的绿色能源之一。体排放的29%,随着车辆数量的增加,这个比例还在直线上升。日本科学技术厅地球尖端研究所通1各国燃料乙醇使用状况过一系列数据分析和电脑模拟实验得出结论:以目前地球上CO2的增长速度来计算,21世纪后半段20世纪初就有了燃料乙醇,后因石油的大规CO2的浓度将是目前的3倍,地球的平均气温将上模、低成本开发其经济性较差而被淘汰。随着-一些升2~3℃。先进农业国劳动生产率的大幅度提高,70年代中期在我国北京CO2的63%、HC的73%和NO,的以来4次较大的石油危机”,和可持续发展观念的22%均来自汽车排放,而且我国汽车拥有量正以年深入燃料乙醇又在世界许多国家得以迅速发展。收稿日期2002-03-20目前世界上燃料乙醇的使用方式主要有3大基金项自国家自然科学基金资助项目(50175070)类:①汽油发动杋汽车,乙醇添加量为5%~22%;作者简介:胡志远(1970-),男,河北安国市人,博士研究生主要研究方向绿色设计、全生命周期分析。②灵活燃料汽车(FFV),乙醇与汽油的混合比可以YH中国煤化工CNMHG综述2002.4,车科技在0~85%之间仼意改变;③乙醇发动机汽车,使汽油的辛烷值增加剂,混合比例为22%;②作为纯用纯乙醇燃料,包括乙醇汽车和乙醇燃料电池燃料使用(含水4%)1996年巴西甘蔗的产量为车2.73亿t其中65%用于生产乙釀(139亿L)4。现1.1美国在,巴西年产乙醇约130亿L,约300万辆汽车使用美国是世界上燃料乙醇的主要生产国之—,70纯乙醇燃料,1200万辆汽车使用22%乙醇混合燃年代的世界石油危机和1990年11月美国国会通过料成为世界上惟一不供应纯汽油的国家。空气清净法修正案( Clean Air Act Amendments)后,1.3加拿大是美国燃料乙醇的两个主要发展时期。1978年,含加拿大的乙醇工业是相对较新的工业,生产原10%无水乙醇的乙醇—汽油混合燃料(E1oy在内料主要为玉米、小麦等富含淀粉的农作物。在安大略布拉斯加州大规模使用。1979年,美国国会为减少省、魁北克省等6个省已有约1000个燃料乙醇供对进口原油的依赖从寻找替代能源的角度岀发建应站。主要作为汽油辛烷值增加剂使用大多是5%立了联邦政府乙醇发展计划(使用E10,减免联邦10%的混合比例消费税y开始大力推广E10。计划的实施使美国乙加拿大年产乙醇约2.2亿部分出口到美醇工业得到迅速发展,乙醇产量从1979年的4550国)未来几年内加拿大将建立新的乙醇工厂使乙万L迅速增加到1990年的39.6亿L醇年产量增加到7.5亿L。美国的空气清净法修正案要求从1992年冬季1.4欧共体开始3,在美国39个CO排放超标的地区必须使用现在欧共体中法国、西班牙和瑞典已生产和含氧量2.7%的含氧汽相当于添加7.7%的无水使用乙醇一汽油混合燃料。其他成员国如荷兰、英乙醇除此之外法案还要求从195年开始在美国、德国、奥地利等国家的农业部也已向政府提出国9个臭氧超标地区使用新配方汽油〔 Reformulated规划要求发展燃料乙醇工业。目前其乙醇一汽油Gasoline目前美国新配方汽油的消耗量约占全美混合燃料的使用量大约在12.5亿L以上。汽油总消耗量的1/3。其中约有8%的新配方汽油1.5泰国使用无水乙醇添加剂。泰国是推行燃料乙醇较积极的国家之一。现在,除添加7.7%、10%无水乙醇外,1993年,美国泰国日消耗石油74.1万桶其中本国生产7.2万加州开始实施灵活燃油车辆〔 Flexible fuel vehicle)桶进口66.9万桶。政府计划通过乙醇来降低石计划,制定了用于轻型车的E85(85%乙醇+15%油的消耗和MTBE的进口,并于2000年11月和巴油)和用于重型载货汽车和公共汽车的E95、E100西政府签署了乙醇生产合作协议,从2000年12月95%、100%乙醇)等燃料规格。19η7年夏天福特开始执行税收鼓励政策,促进燃料乙醇的应用。和克莱斯勒分别宣布他们每年将生产250000辆灵1.6中国活燃料汽车并且与汽油车的售价相同。为节约石油资源、减少进口石油和改善环境质目前,美国乙醇年生产能力约为81.9亿L,58量《变性燃料乙醇》GB18350-2001和《车用乙醇个乙醇生产厂分布在19个州。主要生产原料为玉汽油》(GB18351—2001)两项强制性国家标准于米,产地和使用地主要集中在中北部和西部地区。2001年4月2日颁布,并于15日开始实施。在吉除玉米外,农业和森林废物、城市固体垃圾、工业废林、河南和黑龙江开始进行使用燃料乙醇的试点河物和能量作物等也将被用来生产燃料乙醇南和黑龙江老厂变性燃料乙醇改扩建项目已相继投1.2巴西产,年产量分别为2.5亿L和1.25亿L,吉林省年巴西燃料乙醇的应用始于20世纪初,到1930产7.5亿L燃料乙醇项目将在2002年建成投产年乙醇—汽油混合燃料的使用就达到一定的规模。。广西政府正与上海交通大学合作进行利用当地70年代,巴西政府设立了 Proalcool计划(用生物质丰富的木薯资源生产燃料乙醇的可行性研究。国家原料制备乙醇代替汽油)和 Prooleo计划〔用植物油计委已立项进行中国生物♂醇燃料发展硏究。代替柴油川划。以防止国内能源的消耗尽快利用囯内资源代替石油进口,保持经济的发展。出于多2推行燃料乙醇的收益种原因,甘蔗几乎成为巴西燃料乙醇的惟一生产原推行燃料乙醇可以给国家带来刺激农业、完善在巴西燃料乙醇主要以两种方式应用作为能源安全体系、减少对石油的依赖程度、节约外汇、YH中国煤化工CNMHG2002.4综述车科技增加就业、增加财政收λ、改善燃油品质等巨大的综加仑乙醇补贴54美分)。不同燃料的联邦发动机燃合收益。使用乙醇作为汽车燃料,可以明显降低汽油特许权税如表2车废气的排放有效改善大气环境质量。研究表明,表2乙醇一汽油混合燃料联邦发动机燃料特许权税乙醇生产和乙醇燃烧中的C循环封闭,排放的CO2重新被乙醇生产原料吸收明显减缓全球变暖。燃料种类联邦发动机每升燃料免除率换算为每升乙料税率/%(与汽油比较)%醇的免除率/%wrench, Richard d做了汽油发动机和汽油醇汽油( gasohol E10发动机的对比实验。结果表明与汽油汽油醇013.01.19发动机相比,汽油醇发动机排放的HC降低了9%,汽油醇771.24ll.88C降低了35%,NO增加了7%。美国能源部A汽油醇A7153206818goe国家实验室的wang, Michael Quant1直E8及b85以上12951.2014XE85)-1.E100)从事玉米乙醇用做汽车燃料对温室气体排放、减少石油使用和减少化石燃料使用的影响研究见表1。3.2巴西表1玉米乙醇燃料对温室气体排放Jose R. Moreira和 Jose Goldenberg19901)对石油和化石燃料使用的影响%巴西的燃料乙醇计划进行了描述。首先巴西政府规目前玉米和乙醇生产技术远期玉米和乙醇生产技术定汽油中必须添加一定比例的乙醇(体积比为项目石油《HG化石燃料项目石油《HG化石燃料24%或使用纯乙醇燃料。其次巴西实行对乙醇相EO613E0o623关农业和工业企业提供经济鼓励的政策。从1980年E8513-7514-1934-35E8574-7624-2641-43到1985年共提供20亿美元的低利率贷款(占当前E585-81925142-4E95868303249-51乙醇生产能力所需总投资额的29%)同时政府确中国环境科学研究院1999年4月对乙醇—汽定汽油的价格使燃料乙醇具有吸引力。1999年乙油混合燃料(7.7%,10%和15%混合比例〕与汽油醇的售价是汽油售价的80%~85%。燃料进行了排放污染物对比行车实验。包括4辆夏3.3中国利车、4辆富康车和3辆桑塔纳车。实验结果基本与目前,我国正处于乙醇一汽油混合燃料的试验国外相同。阶段。乙醇生产商按国家定价出售无水乙醇给石油使用燃料乙醇不仅能降低环境污染,并且给国公司,由石油公司负责无水乙醇与汽油的混合及乙家带来综合收益。美国政府推行燃料乙醇政策以醇汽油的销售。国家给予乙醇生产商相应的补贴使来浞进了美国农业的发展明显降低汽车废气的排乙醇汽油与汽油的售价相同。放,有害物质排放总量减少30%以上(CO降低约20%~30%,VOC降低12%左右)1997年为社会4燃料乙醇应用展望提供了近20万个工作机会,并使联邦政府增收约36亿美元①由于推行燃料乙醇政策可以给国家带来巨大巴西推行燃料乙醇政策后,形成了独立的经济的综合收益,所以推行燃料乙醇政策的国家将越来能源运行系统刺激了农业、乙醇相关行业的大发展越多燃料乙醇的应用范围将越来越广,(乙醇出产率由0.24L/m2增加到0.5L/m2;大气②随着乙醇生产技术的进步(如酶技术、发酵技和生态环境显著改善,汽车CO排放由50g/km下术、废水处理技术等)及乙醇生产成本的降低,燃料降到58g/km)节约外汇约287亿美元乙醇的价格将越来越具有竞争性。③随着汽油含氧添加剂MTBE的禁止使用及灵3政府鼓励燃料乙醇使用政策活燃料汽车〔FFV)产量的增加,燃料乙醇的消耗量将大量增加。3.1美国④随着利用纤维素生产乙醇技术的成熟,乙醇David Andres<1998年细讨论了美国生物质的生产原料将极易荻得产量将大大增加。燃料乙醇的税收鼓励政策。美国最重要的鼓励政策总之,燃料乙醇是未来最有希望的、清洁的、可包括部分免除汽油醇联邦发动杋燃油特许权税和乙持续发展旳绿色能源之一,是一种很好的汽车代用醇用做车辆发动机燃料所得税抵免两种,两种鼓励燃料。政策名义上都相当于每升乙醇补贴11.88美分(每(下转第19页)YH中国煤化工CNMHG设计与研究车科技发动机运转的辅助装置占有的引脚,其原始状态是满足E.C.C.S单元中CPU初始化要求的。3结束语(7)电子控制发动机比化油器式发动机用电量大得多,动态测量台架供电电源电压降是否满足发表1为EQ486-004897电喷发动机在东风汽动机的正常工作要求,特别要保证控制单元和燃油车监督检验所发动机3号台架试验室功率试验结泵供电电压果结果与该机的技术指标相吻合表明台架电子控制系统的改制效果良好表1EQ486-004897发动机台架功率试验结果转速/rminl80020002200240026002800扭矩/N33.4145,9146,3154.3功率/kW27.430.638.747.1转速/rmin3200340038004000420044004600扭矩/Nm159.360.3163.3169.0170.0176.2182.0功率/kW53,356.660,464.970.881,2注」方提供的E.C.C.S中电脑为试验专用,软件限速不高于5000r/min因而表中试验数据仅达到4600r/min借用车用线束改制电喷发动机台架控制系统,完全能满足台架试验要求。而且时间短几乎不需增参考文献加额外费用,也不需要对试验室测功机的电控系统[杨妙梁,汽车发动机与环境保护[M.北京:中国物资进行改动。这种方法适用于不同电喷发动机台架电出版社2001.1控系统的改制具有一定的推广价值2]株式会社. NISSAN BLUEBIRDIM].日本199(上接第11页)Future Production and Utilisation of Biomass in Sweden: Petentials and CO2 Mitigation[ JI. Biomass and Bioenergy, 1997,参考文献[1 M Wang, C Saricks, and D Santhi. Effects of Fuel Ethanol [7] S Putthacharoen, R H Howeler, s Jantawat, V vichukit Nut-Use on Fuel-Cycle Energy and Greenhouse Gas Emissionsrient uptake and soil erosion losses in cassava and six other[J]. Argonne National Laboratory, 1999, (1)crops in a Psamment in eastern Thailand [J ]. Field Crops Re-[2]韩圣慧等.我国汽车污染现状及控制措施研究[J.自然rch,1998,(57):113~126辩证法通讯J999(2):6~518]刘铁男王伟.蓄势待发的中国燃料乙醇产业[C.北[3 Kevin N Rask. Clean air and renewable fuels ]the market京国际燃料酒精技术交流会议2001for fuel ethanol in the US from 1984 to 1993 [J]. Energy Eco-[9 Lawrence, Richard D Emissions from Gasohol Fueled VehnomIcs,1998,(20):325~345cles[J]. AIAA 3 International Symposium on Alcohol, Asi[4 Frank Rosnlo Calle and lun A B Cortezt. Towards Proalcool Illomar. 1979.A review of the Brazilian bioethanol programme[J]. 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