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燃料乙醇

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燃料乙醇

文章作者:二甲苯發布時間:2018-12-08 00:50浏覽次數:


燃料乙醇,一般是指體積濃度達到99.5%以上的無水乙醇。燃料乙醇是燃燒清潔的高辛烷值燃料,是可再生能源。 乙醇不僅是優良的燃料,它還是優良的燃油品改善劑。
其優良特性表現為:乙醇是燃油的增氧劑,使汽油增加内氧,充分燃燒,達到節能和環保的目的;乙醇還可以經濟有效的降低芳烴、烯烴含量,即降低煉油廠的改造費用,達到新汽油标準。
燃料乙醇指以生物物質為原料通過生物發酵等途徑獲得的可作為燃料用的乙醇。燃料乙醇經變性後與汽油按一定比例混合可制車用乙醇汽油。
燃料乙醇生産技術主要有第一代和第二代兩種。第一代燃料乙醇技術是以糖質和澱粉質作物為原料生産乙醇。其工藝流程一般分為五個階段,即液化、糖化、發酵、蒸餾、脫水。第二代燃料乙醇技術是以木質纖維素質為原料生産乙醇。與第一代技術相比,第二代燃料乙醇技術首先要進行預處理,即脫去木質素,增加原料的疏松性以增加各種酶與纖維素的接觸,提高酶效率。待原料分解為可發酵糖類後,再進入發酵、蒸餾和脫水。
我國燃料乙醇的主要原料是陳化糧和木薯、甜高粱,地瓜等澱粉質或糖質非糧作物,今後研發的重點主要集中在以木質纖維素為原料的第二代燃料乙醇技術 。國家發改委已核準了廣西的木薯燃料乙醇、内蒙的甜高粱燃料乙醇和山東的木糖渣燃料乙醇等非糧試點等項目,以農林廢棄物等木質纖維素原料制取乙醇燃料技術也己進入年産萬噸級規模的中試階段。
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、苦配巴樹等。
發展前景
最近幾年,由于石油價格的波動,燃料乙醇的消費增長也在提速。中國燃料乙醇産業起步較晚,但發展迅速,燃料乙醇在中國具有廣闊前景。随着國内石油需求的進一步提高,以乙醇等替代能源為代表的能源供應多元化戰略已成為中國能源政策的一個方向。中國已成為世界上繼巴西、美國之後第三大生物燃料乙醇生産國和應用國。國家發改委出台《關于促進玉米深加工業健康發展的指導意見》,要求不再建設新的以玉米為主要原料的燃料乙醇項目,并大力鼓勵發展以非糧作物為原料開發燃料乙醇。燃料乙醇走向了非糧乙醇發展的道路,并得到了快速發展。
燃料乙醇擁有清潔、可再生等特點,可以降低汽車尾氣中一氧化碳和碳氫化合物的排放。未來我國燃料乙醇行業的重點是降低生産成本、減少政府補貼,為此,制定生物燃料乙醇生産過程的消耗控制規範,及産品質量技術标準,統一燃料乙醇生産消耗定額标準,包括物耗、水耗、能耗等,是降本增效的有力手段。
特點
作為新燃料替代品
可作為新的燃料替代品,減少對石油的消耗。乙醇作為可再生能源,可直接作為液體燃料
可用于生産生物燃料乙醇的主要原料來源
可用于生産生物燃料乙醇的主要原料來源
或者同汽油混合使用,可減少對不可再生能源-石油的依賴,保障該國能源的安全。
作為汽油添加劑
作為汽油添加劑,可提高汽油的辛烷值。通常車用汽油的辛烷值一般要求為90或93,乙醇的辛烷值可達到111,所以向汽油中加入燃料乙醇可大大提高汽油的辛烷值,且乙醇對烷烴類汽油組分(烷基化油、輕石腦油)辛烷值調合效應好于烯烴類汽油組分(催化裂化汽油)和芳烴類汽油組分(催化重整汽油),添加乙醇還可以較為有效地提高汽油的抗爆性。
乙醇的氧含量高達34.7%,乙醇可以按較甲基叔丁基醚(MTBE)更少的添加量加入汽油中。汽油中添加7.7%乙醇,氧含量達到2.7%;如添加10%乙醇,氧含量可以達到3.5%,所以加入乙醇可幫助汽油完全燃燒,以減少對大氣的污染。使用燃料乙醇取代四乙基鉛作為汽油添加劑,可消除空氣中鉛的污染;取代MTBE,可避免對地下水和空氣的污染。另外,除了提高汽油的辛烷值和含氧量,乙醇還能改善汽車尾氣的質量,減輕污染。一般當汽油中的乙醇的添加量不超過15%時,對車輛的行駛性沒有明顯影響,但尾氣中碳氫化合物、NOx和CO的含量明顯降低。美國汽車/油料(AQIRP)的研究報告表明:使用含6%乙醇的加州新配方汽油,與常規汽油相比,HC排放可降低5%,CO排放減少21-28%,NOx 排放減少7-16%,有毒氣體排放降低9-32%。
可再生能源
若采用雅津甜高粱、小麥、玉米、稻谷殼、薯類、甘蔗、糖蜜等生物質發酵生産乙醇,其燃燒所排放的CO2和作為原料的生物源生長所消耗的CO2,在數量上基本持平,這對減少大氣污染及抑制溫室效應意義重大。
優點
燃料乙醇是油品的優良品質改良劑,燃料乙醇不是“油”。
乙醇具有許多優良的物理和化學特性。燃料乙醇按一定比例加入汽油中,不是簡單做為替代油品使用,這種認識和宣傳是大錯而特錯的。燃料乙醇是優良的油品質量改良劑,或者說是增氧劑。它還是汽油的高辛烷值調合組分。它是和中國石油行業在九十年代後期為提高油品質量才開始發展的MTBE起同樣的作用。乙醇的增氧效果比MTBE要好一倍。美國法定的汽油改良劑有三種:MTBE(甲基叔丁基醚)、乙醇和ETBE(乙基叔丁基醚),2002年,美國能源部在給中國介紹燃料乙醇使用經驗時,還慶幸中國MTBE剛剛起步,就選擇了用燃料乙醇來替代的路子。美國走了20年MTBE的彎路之後,又回過頭來再走乙醇代替MTBE的路子。美國的經驗教訓,可幫助我們更正确的認識燃料乙醇。乙醇汽油之所以可以改善尾氣污染,改善動力,根本的原理就是乙醇裡所含的内氧,部分地補充了汽油在油缸内燃燒外界供氧不足的問題,另外又較好地解決了汽油的高辛烷值組分問題,“兩好合一好”,使乙醇的物理化學特性得以充分的發揮。知道了這些,燃料乙醇的定位就自然正确了,把乙醇單單做為“油”的概念,會使我們進入誤區,大大地折扣了燃料乙醇的功能和價值。
生産工藝
發酵法
發酵法采用各種含糖(雙糖)、澱粉(多糖)、纖維素(多縮己糖)的農産品,農林業副産物及野生植物為原料,經過水解(即糖化)、發酵使雙糖、多糖轉化為單糖并進一步轉化為乙醇。澱粉質在微生物作用下,水解為葡萄糖,再進一步發酵生成乙醇。發酵法制酒精生産過程包括原料預處理、蒸煮、糖化、發酵、蒸餾、廢醪處理等。
成熟的發酵醪内,乙醇質量濃度一般為8-10%(w)。由于原料不同,水解産物中乙醇含量高低相異,如谷物發酵醪液中乙醇的質量分數不高于12%,纖維素可用酶或酸水解,如亞硫酸法造紙漿水解液中僅含乙醇約1.5%。除含乙醇和大量水外,還有固體物質和許多雜質,需通過蒸餾把發酵醪液中的乙醇蒸出,得到高濃度乙醇,同時副産雜醇油及大量酒糟。
脫水技術
脫水技術是燃料乙醇生産關鍵技術之一。從普通蒸餾工段出來的乙醇,其最高質量濃度隻能達到95%,要進一步的濃縮,繼續用普通蒸餾的方法是無法完成的,因為此時,酒精和水形成了恒沸物(對應的恒沸溫度為78.15℃),難以用普通蒸餾的方法分離開來。為了提高乙醇濃度,去除多餘的水分,就需采用特殊的脫水方法。
制備燃料乙醇的方法主要有化學反應脫水法、恒沸精餾、萃取精餾、吸附、膜分離、真空蒸餾法、離子交換樹脂法等。
應用現狀
國外現狀
世界酒精的66%用于燃料,14%用于食用,11%用于工業溶劑,9%用于其它化學工業。發酵酒精作車用燃料有兩種方式: 其一是配制汽油和無水酒精的混合物——汽油醇,酒精在混合物中的比例最高可達25%。用汽油醇作汽車燃料時,可以利用原有的汽車發動機;其二是直接利用酒精作為汽車燃料, 這時必需使用專門設計的,具有更高壓縮比的發動機。在這方面, 巴西走在最前面。早在1989 年,巴西以甘蔗、糖蜜、木薯、玉米為原料年産發酵酒精12Mt以上,幾乎全部用來代替汽油, 大部分采用第二種方式作為汽車的燃料。從那時起, 巴西已經不再進口原油, 少量國産原油還可出口, 率先實現了汽車燃料的酒精化。巴西的乙醇産品中普通乙醇占2/3,無水乙醇占1/3。也是世界上最大的燃料乙醇生産和消費國,也是唯一不使用純汽油作為汽車燃料的國家。
1908年,美國人設計并制造了世界上第一台純乙醇的汽車,1930年乙醇/汽油混合燃料在美國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規模使用。1990年11月,美國國會通過空氣清淨法修正案,要求從1992年冬季開始,美國39個CO排放超标地區必須使用含氧量質量分數達2.7%的含氧汽油(相當于添加體積分數為7.7%乙醇)。美國乙醇生産能力70.78億L/a,58個乙醇生産廠分布在美國19個州,其主要原料為玉米約占90%,高粱等其他原料占10%。
歐盟每年約生産176萬t酒精。1997年隻有5.6%用于燃料。1994年歐盟通過決議,給予生物燃料的中試工廠以免稅。并在2010年使燃料酒精的比例達到12%。因此一些後續的國家如荷蘭、瑞典和西班牙也出台了生物能源計劃。
泰國是亞洲第一個由政府開展全國生物燃料項目的國家。在短短的兩年時間内,泰國成功地開展了乙醇和燃料酒精項目, 這些項目提供了利用過剩的食用農産品的途徑,對提高泰國農村幾百萬農民的生活水平起到了積極作用。
印度是僅次于中國的亞洲第二大酒精生産國。設計的生産能力約為200萬t,實際開工率為50 %左右。主要原料糖蜜每年用量為500萬t。印度的酒精50%用于著名的印度香料和各種有機合成。政府對不同用途的酒精收以不同的稅率。一度政府暫時停止食用酒精的生産,導緻了酒精産量的下滑。盡管印度的糖蜜資源不夠,但是印度政府還是準備效法巴西推出“酒精汽油計劃”。
國内用現狀
中國在吉林年産60萬噸和河南年産30萬噸燃料乙醇項目分别于2001年9月于2004年開工建設,另外,河南天冠年産30萬噸與黑龍江華潤金玉年産10萬噸燃料乙醇的改擴建項目已分别于2000年和2001年完成,并在當地開始了乙醇汽油的試用工作。從2001年開始,中國先後在河南、黑龍江開始試用車用乙醇汽油,采取地方立法的手段在試點城市封閉運行。河南先在南陽、洛陽、鄭州三市使用車用乙醇汽油,現已全省使用。2001年消耗了147噸燃料乙醇,2002年消耗了約5000噸燃料乙醇。黑龍江先在肇東和哈爾濱使用車用乙醇汽油,2001年消耗了127噸燃料乙醇,2002年消耗了約500噸燃料乙醇,目燃料乙醇需求逐年增加,供需狀況良好。經過5年的試點和推廣使用,中國生物乙醇汽油在生産、混配、儲運及銷售等方面已擁有較成熟的技術。截至2006年6月,中國已形成燃料乙醇102萬噸年生産能力、年混配1020萬噸生物乙醇汽油的能力,生物乙醇汽油的消費量已占到全國汽油消費總量的20%。2006年,中國燃料乙醇的生産達到130萬噸。
2006年中國全年糧食産量超過4.9億噸,實現三年的連續增産,但糧食總的供求關系還是處在一個緊平衡的狀态。玉米這幾年的加工能力擴張得比較快,2005年,全國玉米深加工能力已經達到了1000億斤,實際加工消耗是500多億斤,2006年加工能力達到了1400億斤,實際加工也接近700億斤。深加工對于玉米的消耗也造成了玉米供求狀況的變化,帶動了價格的上漲。據預測,2007年糧食價格将上漲6%左右,漲幅高于2006年,糧、油等食品價格上漲将成為推動CPI上漲的主要因素。此前,國家發改 委要求各地不得以加工玉米為名,違規建設生物燃料乙醇項目,盲目擴大玉米加工能力。在這種大背景下,發展燃料乙醇産業是否會影響中國的糧食安全,成了一個熱議話題。
2006年中國玉米産量1.385億噸,其中飼料用量是9600萬噸,3020萬噸是工業用量,燃料乙醇所用的玉米量隻占工業用量的1/10,玉米總産量的2%多一點。所以不存在争糧的嫌疑。
中國發展非糧乙醇的可行之路,在于發展用甜高粱、甘薯、木薯等原料來替代糧食。纖維法 生産乙醇技術還不成熟,美國計劃用6年時間攻克這一技術難關。國内有企業已經實現了用纖維原料生産乙醇,但噸成本比糧食法要高1000多元。
根據《生物燃料乙醇以及車用乙醇汽油“十一五”發展專項規劃》,到2010年,中國将以薯類、甜高粱等非糧原料為主生産522萬噸燃料乙醇,屆時乙醇汽油使用量将占全國汽油用量的75%。
到2020年,中國燃料乙醇年産量可達1000萬噸。
其實,可再生能源會議作出的停止在建的乙醇燃料項目,這隻是階段性的選擇,之前,國家出發改委也多次通知,要求新上燃料乙醇項目“刹車”,然而,效果不盡人意。如何破解隐藏在問題背後的“發展”與“資源”之間矛盾,卻需要國家有關部門用更長的時間來求解。按理說,食品和能源經 濟并不相關,但是目前正在趨于緊密關聯。當石油價格上漲時,食品價格也會上漲。據大連商品交易所公布信息稱,國内玉米價格在過去9個月裡上漲了近30%,其原因是人們把玉米用于生産燃料乙醇所緻。
使用方法
乙醇汽油的保質期隻有一個月。過了保質期的乙醇汽油容易出現的分層現象,在油罐油箱中容易變渾濁,打不着火。
乙醇汽油對環境要求非常高,非常怕水,保質期短,因此銷售乙醇汽油要比普通汽油在調配、儲存、運輸、銷售各環節要嚴格得多。一般小油站不出售乙醇汽油。
市場方向
乙醇既是一種化工基本原料,又是一種新能源。
盡管已有着廣泛的用途,但仍是傳統觀念的市場範圍。未來乙醇作為基礎産業的市場方向将主要體現在三個方面:
一是車用燃料,主要是乙醇汽油和乙醇柴油。這就是我們傳統所說的燃料乙醇市場,也是10年内容量相對于以後較小的市場(在中國約1000萬噸/年)。美國政府已制定了一個大力發展燃料乙醇的計劃,計劃到2011年,将汽油中(不包括柴油)的燃料乙醇用量由每年15億加侖(約450萬噸)至少提高到44億加侖(約1360萬噸);
二是作為燃料電池的燃料。在低溫燃料電池諸如手機、筆記本電腦以及新一代燃料電池汽車等可移動電源領域具有非常廣闊的應用前景,這是乙醇的中期市場(10-20年内)。乙醇現已被确定為安全、方便、較為實用理想的燃料電池燃料。乙醇将擁有新型電池燃料30—40%的市場。市場容量至少是市場的5倍以上(主要是纖維原料乙醇);
三是乙醇将成為支撐現代以乙烯為原料的石化工業的基礎原料。在未來二十年左右的時間内,由于石油資源的日趨緊張,再加上纖維質原料乙醇生産的大規模工業化,成本相對于石油原料已具可競争性,乙醇将順理成章地進入石化基礎原料領域。在中國的市場容量至少也在2000萬噸/年以上。乙醇生産乙烯的技術就是成熟的,随着石油資源的日趨短缺和價格的上漲,乙醇将會逐步進入乙烯原料市場,很可能将最終取而代之。如果要做一個形象而誇張的比喻的話,二十世紀後半葉國際石油大亨的形象将在二十一世紀中葉為“酒精考驗”的乙醇大亨所替代。