第38卷第7期應(yīng)用化工Vol 38 No. 72009年7月pplied Chemical IndustryJu.2009專論與綜述燃料乙醇和車用乙醇汽油的發(fā)展動態(tài)研究吳瑕',顧麗莉1,申立中2,顏文勝2,劉佳(1.昆明理工大學(xué)化工學(xué)院,云南昆明650224;2昆明理工大學(xué)交通學(xué)院,云南昆明650224)摘要:介紹了燃料乙醇和車用乙醇汽油的發(fā)展與應(yīng)用。對國內(nèi)外相關(guān)研究報道進行分析,總結(jié)出當前乙醇燃料推廣使用存在的問題及應(yīng)對策略。在此基礎(chǔ)上,通過與巴西美國乙醇燃料的發(fā)展情況進行對比指出我國目前存在的差距及發(fā)展方向。關(guān)鍵詞:燃料乙醇;車用乙醇汽油;發(fā)展動態(tài)中圖分類號:TK4189文獻標識碼:A文章編號:1671-3206(200907-1059-05Study on the developing trend of fuel ethanol and ethanol gasolinefor motor vehiclesWU Xia, GU Li-li, SHEN Li-zhong, YAN Wen-sheng, LIU Jia(1. The Faculty of Chemical Engineering Kunming University of Science and Technology, Kunming 650224,China2. Department of Transportation, Kunming University of Science and Technology, Kunming 650224, China)Abstract: The development and application of fuel ethanol and ethanol gasoline for motor vehicles wereintroduced Current problems and coping strategies in the use of ethanol fuel were concluded. On the development situations of ethanol fuel, by comparing with Brazil and America, present existing gaps and de-veloping directions in China were pointed outKey words: fuel ethanol; ethanol gasoline for motor; development trend車用乙醇汽油是指在不含氧化合物的專用汽油推廣應(yīng)用乙醇汽油以后,一些歐共體國家及印度、泰組分中,按體積比加人一定比例的變性燃料乙醇,由國津巴布韋、南非等國家于90年代也開始實施乙車用乙醇汽油定點調(diào)配中心按國家標準GB醇汽油計劃。從此對燃料乙醇和車用乙醇汽油的研18351-2004,通過特定工藝混配而成的點燃式內(nèi)燃究應(yīng)用便迅速發(fā)展起來,并成為各大國際能源研討機車用燃料。變性燃料乙醇是按國標GB18350—會的熱點2。2001,將992%(體積)以上的無水乙醇,經(jīng)過變性國際上日益重視燃料乙醇的開發(fā)及應(yīng)用,綜合處理后得到的僅供混配車用乙醇汽油的燃料乙醇。起來有以下幾方面的原因:①減少對進口石油的依早在20世紀初就有人將純乙醇作為汽車燃料賴保障本國能源安全。石油資源是保障經(jīng)濟發(fā)展使用,到了50~60年代隨著石油工業(yè)的迅猛發(fā)展,及國家安全的命脈但石油資源是不可再生能源,且廉價石油大量供應(yīng)燃料乙醇的生產(chǎn)及消費受其影其分布極不平衡。70年代的石油危機和日益上漲響而一度停滯。70年代初的石油危機又使很多國的油價極大地推動了綠色可再生能源的復(fù)興。而將家開始積極尋找代用燃料。醇燃料是液體燃料,可乙醇用于交通運輸業(yè)則是該方面的一個成功實例;以利用原有的儲存、運輸及分配的基礎(chǔ)設(shè)施,不需要②改善汽油的燃燒及排放性能降低有害物排放量,更多投資,于是受到重視。其中乙醇由于其生產(chǎn)工提高環(huán)境質(zhì)量。由于乙醇本身含氧,與石油燃料相藝相對成熟,理化性質(zhì)較接近于汽油,可與汽油按任比,燃燒更加完全,有研究表明,汽油中加入一定量意比混溶等優(yōu)點成為許多國家重點發(fā)展的石油替代的乙醇后排放物性能明顯改善NO2、CO和未燃燒燃料。乙醇汽油也被認為是目前乃至短期內(nèi)交通運完全的烴的含量本大降低此外,乙醇的辛烷值輸燃料的首選。繼巴西和美國分別在70年代初高中國煤化工巨高的壓縮比提收稿日期:2000507修改稿日期:20090610CNMHG基金項目:國家自然科學(xué)基金資助項目(5076600F0607)作者簡介:吳瑕(1984-),女(滿族),遼寧建平人,昆明理工大學(xué)在讀碩士師從顧麗莉教授,主要從事精細化工、表面活性劑研究。電話:15887214209E-mal: wuXiA_13@126.cm10應(yīng)用化工38高熱效率和動力性;③有利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)大得多。這主要是由于后兩者在生產(chǎn)燃料過程中充化。谷物、甘蔗、甜菜、薯類、秸稈、稻谷等許多農(nóng)產(chǎn)分利用了生物質(zhì)(木質(zhì)素和甘蔗渣)的緣故。目前品及殘余物都可生產(chǎn)乙醇,因此擴大乙醇產(chǎn)量,可以巴西甘蔗乙醇的凈能量比NER約為8.0(NER=可穩(wěn)定及促進農(nóng)業(yè)生產(chǎn),增加農(nóng)民收入,同時有利于農(nóng)再生能源釋放的能量/生產(chǎn)可再生能源消耗的能業(yè)產(chǎn)業(yè)化;④增加職業(yè)崗位,解決失業(yè)問題。用農(nóng)量)。此值還將隨著燃料乙醇生產(chǎn)工藝的改進業(yè)、林業(yè)等生物質(zhì)生產(chǎn)乙醇是高新技術(shù)與密集型勞甘蔗產(chǎn)量的增加而進一步提高。美國阿貢國家實驗動相結(jié)合的產(chǎn)業(yè)。據(jù)巴西有關(guān)部門對燃料乙醇產(chǎn)業(yè)室研究得出,纖維素乙醇的NER值約為77。與石油燃料產(chǎn)業(yè)每當量能源單位就業(yè)人數(shù)對比分1.2轉(zhuǎn)移農(nóng)業(yè)資源,引起用糧危機析,其比例在152:1左右。而我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率較目前燃料乙醇的原料主要為糧食作物,但世界低,工業(yè)化整體水平與巴西相當,以此為基點判斷分上幾乎沒有哪個國家可以大量種植能源作物而不損析,兩者的比例不應(yīng)低于巴兩;⑤以乙醇代替甲害糧食產(chǎn)量的。如果盲目增加乙醇產(chǎn)量,則有可能基叔丁基醚(MTBE)3。過去世界上很多國家為了引起用糧危機,出現(xiàn)人車爭糧的問題。例如美國主提高汽油抗爆性能,改善燃燒,在汽油中摻入少量的要以玉米為原料生產(chǎn)燃料乙醇,近幾年隨著燃料乙MTBE。但美國研究發(fā)現(xiàn),MTBE會污染水資源,因醇產(chǎn)量的飛速增長,玉米價格也上漲許多。2006年此美國決定要逐步禁止向汽油中添加MTBE,而以以前,美國每千克玉米的價格不到0.12美元,而到乙醇代替。了2008年每千克玉米的價格平均在0.22美元左1乙醇燃料推廣使用當前存在的問題及應(yīng)對右。因此近幾年全球范圍內(nèi)反對燃料乙醇的呼策略聲不斷高漲。自20世紀70年代起,全球燃料乙醇的產(chǎn)量但我們應(yīng)該清醒認識到這只是技術(shù)上的問題直保持增漲態(tài)勢。由1975年的160萬t增長到并不是燃料乙酵本身的問題。原料多元化是緩解糧2005年的2440萬t,其中美國和巴西燃料乙醇的產(chǎn)食危機的有效方法。20世紀80年代起各國便開量之和約占全球產(chǎn)量的69%。但與此同時也不可始積極探索使用植物纖維素生產(chǎn)燃料乙醇的新技避免的帶來了一些負面影響和質(zhì)疑的聲音術(shù)。秸桿、稻殼、樹枝、落葉等均屬于植物纖維。這11能量消耗大,經(jīng)濟性差一技術(shù)一旦應(yīng)用不但會解決人車爭糧的問題,還會直以來,燃料乙醇較高的生產(chǎn)成本是限制其繼續(xù)降低燃料乙醇生產(chǎn)成本推動其新一輪的發(fā)展發(fā)展的主要原因。雖然生產(chǎn)燃料乙醇的成本在不斷巴西最大的甘蔗乙醇生產(chǎn)集團德蒂尼宣布將從降低,但目前除巴西以外,其價格較普通汽油都不具2012年起正式用植物纖維素生產(chǎn)乙醇,并計劃在有競爭優(yōu)勢,經(jīng)濟性較差。5年后能夠具備日產(chǎn)5萬升纖維素乙醇的能力6。要從根本上降低燃料乙醇的生產(chǎn)成本主要有以美國為了促進纖維素乙醇的發(fā)展,2005年頒布的美下方法:改進燃料乙醇生產(chǎn)工藝;降低能量消耗;搞國能源政策法案( EPACT)制定了一系列優(yōu)惠政好副產(chǎn)品綜合利用。策。與此同時,日本也在積極研發(fā)纖維素乙醇的其中在能量消耗方面一直存在著爭議。 Pimen-生產(chǎn)方法。2008年有媒體報道,日本東京工業(yè)大學(xué)tel等發(fā)表了一系列文章論述:由玉米每生產(chǎn)已經(jīng)研發(fā)出一種能夠使用稻桿和其它廢料生產(chǎn)生物1加侖乙醇所消耗的化石能源的能量是乙醇所含乙醇的方法,可使生物乙醇成本降低30%。能量的1.7倍。與 Pimentel等人研究形成對比的2006年我國也明確提出發(fā)展燃料乙醇“因地制是,有研究發(fā)現(xiàn)由各種作物生產(chǎn)乙醇的凈能量產(chǎn)出宜,非糧為主”的原則。在保證現(xiàn)有的糧食乙醇生值均為正值。產(chǎn)生對立結(jié)果,主要是由于所做產(chǎn)的基礎(chǔ)上,燃料乙醇生產(chǎn)企業(yè)的發(fā)展主要是2個假設(shè)條件和副產(chǎn)物的綜合利用方式不同。2004年,方向:一是木薯乙醇;二是纖維素乙醇。加拿大的 logen公司與加拿大石油公司合作投產(chǎn)了1.3與水的互溶度問題世界上最大的纖維素廢料生產(chǎn)乙醇裝置。它以稻草研究表明,在汽車上使用低比例乙醇燃料時,發(fā)和木屑為原料生產(chǎn),這使它在汽車中燃燒時產(chǎn)生的動機可以不做變動(變性燃料乙醇含量不得大于能量遠遠高于生產(chǎn)時耗費的能量在能量的凈產(chǎn)出20%)。但因乙壁是一種極性物質(zhì)在與非極性的方面令人不容置疑。并且, logen公司已使該生產(chǎn)技烴類中國煤化工,就可能由于羥基術(shù)的成本降到了035美元/升(13和水CNMHG離,從而對汽車發(fā)由各種研究和生產(chǎn)實例得到的較一致的結(jié)論動機造成腐蝕損壞。這種現(xiàn)象在低比例乙醇汽油中是:以玉米生產(chǎn)燃料乙醇的凈能量產(chǎn)出為正值,但是容易出現(xiàn),這可由水乙醇汽油體系三元相圖看很小;以植物纖維和甘蔗生產(chǎn)乙醇的凈能量產(chǎn)出則出5。為此各國均在變性燃料乙醇和車用乙醇汽第7期吳瑕等:燃料乙醇和車用乙醇汽油的發(fā)展動態(tài)研究1061油標準中對水含量做了嚴格規(guī)定1。并在乙醇乙醇汽油試驗工作,已基本摸清了乙醇汽油在使用汽油生產(chǎn)、調(diào)和、貯運、銷售、使用過程中采取相應(yīng)措過程中的問題和解決辦法,并在河南、安徽、黑龍江施防止水分的混入。雖然生產(chǎn)無水乙醇的脫水方吉林、遼寧五省全境和山東、江蘇、河北湖北四省的法在不斷改進,但脫水過程在醇類生產(chǎn)過程中仍是部分地區(qū)使用乙醇汽油。成本較高的一步2021,這無疑不利于車用乙醇汽油2000年以來,我國燃料乙醇產(chǎn)量大幅上漲。由的推廣。為此自20世紀80年代初各國研究人員2002年的不足3萬t,到00年的160余萬t,成為嘗試以含水乙醇(乙醇含量不大于9557%)替代無世界第三大燃料乙醇生產(chǎn)國。但我國在燃料乙醇生水乙醇調(diào)配車用乙醇汽油產(chǎn)方面仍存在一些問題有待解決。含水乙醇汽油對水的容忍度主要取決于以下幾2.1原料價格方面:①混合物中乙醇的濃度。乙醇汽油中乙醇的我國生產(chǎn)燃料乙醇的原料成本占總成本的絕大含量越高其能增溶的水也越多;②環(huán)境溫度。環(huán)境部分。根據(jù)科爾尼公司2007年7月提供的中國燃溫度越高,乙醇汽油對水的容忍度越大;③汽油調(diào)合組分油的化學(xué)組成,特別是其中的芳烴含量。芳烴料乙醇產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀與展望—產(chǎn)業(yè)研究白皮書》,分含量越高,調(diào)合成的乙醇汽油對水的容忍度越大。析表明:中國玉米成本高于美國近80%左右,且我起初為了不增加含水乙醇汽油的成本,只是單國每生產(chǎn)1t乙醇需要3.3t玉米,而美國僅需要的研究水乙醇汽油體系的三元相圖,尋找合適2.8t玉米此外我國還缺乏對適合生產(chǎn)乙醇的非的單相配比。1982年美國的 Rajan S和 Santee F農(nóng)作物的培育。F2研究了含水乙醇與汽油的混溶性并在未作硬22能源消耗件調(diào)整的四缸火花點燃式發(fā)動機上進行試驗,考察燃料乙醇生產(chǎn)要消耗大量的能量和水。能量消含水乙醇汽油的工作性能及排放性能。結(jié)果表明,耗一直是爭論的焦點。但隨著生產(chǎn)工藝的不斷改將水、乙醇汽油按一定比例混合作為車用燃料是可進,國際先進水平已經(jīng)縮減到少于每加侖產(chǎn)品行的。為了在更廣的乙醇汽油配比及溫度范圍內(nèi)使400008u(B=0.25千卡),而乙醇的總熱值是用車用含水乙醇汽油有了向含水乙醇汽油中加入每加侖8400B如。種或幾種表面活性劑的研究,23水資源的消耗各國相差較大?，F(xiàn)有技術(shù)由玉米2燃料乙醇和車用乙醇汽油在我國的發(fā)展每生產(chǎn)1L乙醉需水3-4;巴兩用甘蔗生產(chǎn)乙醇動態(tài)耗水量大,每生產(chǎn)1L乙醇至少需水12L;我國我國開展車用乙醇汽油的研究及應(yīng)用始于20生產(chǎn)1L乙醇需要消耗95L水;而美國這一數(shù)字世紀80年代。2002003年,原國家經(jīng)貿(mào)委組織是14L國內(nèi)有關(guān)科研單位對乙醇作為車用燃料的可行性及2.3生產(chǎn)工藝其應(yīng)用技術(shù)進行了系統(tǒng)研究。研究得出:我國推廣我國現(xiàn)有4家燃料乙醇生產(chǎn)企業(yè)(如表1所使用車用乙醇汽油在技術(shù)上是完全可行的,在現(xiàn)有示),目前每生產(chǎn)1t燃料乙醇約虧損800元,因此汽車發(fā)動機不作改動的情況下建議車用乙醇汽油國內(nèi)4家糧食燃料乙醇生產(chǎn)廠都要依靠國家財政補中的燃料乙醇含量不大于10%。經(jīng)過幾年的車用貼支持。表1我國燃料乙醇生產(chǎn)企業(yè)概況Table 1 Chinas fuel ethanol production profile原料供應(yīng)區(qū)域生產(chǎn)工藝吉林燃料乙醇有限公司玉米吉林、遼寧采用奧地利奧高市殊公司的工藝技術(shù)黑龍江華潤酒精有限公司玉米黑龍江采用國際先進水平的HNT技術(shù)和CMS工程自動化控制進行燃料乙醇生產(chǎn)河南天冠燃料乙醇有限公司小麥河南湖北河北等13個地市呆用小麥制粉分離麩皮、谷朊粉工藝與13雜糧(玉米、薯類)相結(jié)合的工藝路線安徽豐原燃料酒精有限公司玉米安徽、山東、江蘇、河北等14個地市濕磨粉碎工藝2.4汽車發(fā)動機的改進加入人刺血據(jù)4明顯增大,使發(fā)動由于乙醇與汽油的理化性質(zhì)有一定差別,在汽機容中國煤化的變化會加重乙油中加入燃料乙醇后,會引起油品理化性質(zhì)及使用醇燃CNMHG外,有研究認為,性能的一系列變化。如餾程、pH值、電導(dǎo)率、熱值、乙醇汽油遇水易分相的現(xiàn)象也會加重對發(fā)動機金屬冷起動性能、動力性能發(fā)動機材料兼容性等。乙醇材料的腐蝕(。因此,以無鉛汽油為燃料的普通汽1062應(yīng)用化工第38卷車已經(jīng)不能完全適應(yīng)新型燃料的特性,特別是燃料技術(shù)改進是必行的一步。中含大比例乙醇的情況。表2將我國乙醇燃料的發(fā)展情況與巴西、美國我國目前使用乙醇燃料的汽車發(fā)動機并未做調(diào)進行了簡要對比,以期尋找差距,確定發(fā)展方向。整,但要順應(yīng)乙醇燃料的發(fā)展,則將汽車發(fā)動機進行表2巴西、美國、中國乙醇燃料發(fā)展情況對比Table 2 The comparison of ethanol fuel development situation in Brazil, America and Chin國家原料生產(chǎn)成本推廣使用范圍使用車型目前使用的乙醇燃料甘蔗0.15-全國,并成功將乙醇燃料使用含水乙醇發(fā)動機含水乙醇、乙醇汽油(乙醇0.20美元/升應(yīng)用于航空領(lǐng)域驅(qū)動的汽車;普通汽車;靈活含量20%-25%)燃料汽車MEC燃料,乙醇柴油美國約90%為玉米0.27中北部,西部各州實行普通汽車;靈活燃料汽車乙醇含量10%以下的乙醇高粱、其他10%0.33美元/升區(qū)域封閉銷售汽油,及E85乙醇汽油中國玉米50.30%,暮類2289%,0.27部分省市封閉推廣普通汽車E10乙醇汽油高粱13.35%,小麥2.11%,0.46美元/升①糖蜜11.35%注:①本數(shù)據(jù)由2006年國家發(fā)布的燃料乙醇成本數(shù)據(jù)及當年匯率折算得到3結(jié)束語&Fuls,1996,10:816-820.綜上所述燃料乙醇的生產(chǎn)及車用乙醇汽油的[2]Rins, Santee F F. Water-ethanol-gasolinespark ignition engine fuels[ J]. Fuel, 1983, 62: 117-121使用推廣經(jīng)過30余年的發(fā)展,在一些國家已經(jīng)日趨[3] Gary J G, Tsoung YY. Water tolerance of gasoline-meth-成熟,并且取得了良好的經(jīng)濟和社會效益,這在實踐anol blends[J]. Ind Eng Chem Res, 1990, 29: 1630上對燃料乙醇予以了肯定。雖然目前在燃料乙醇的推廣使用方面還存在一些爭議和問題,但目前看來[4]張以祥,曹湘洪,史濟春燃料乙醇與車用乙醇汽油并不是不可解決的。不可否認乙醇燃料是目前技術(shù)[M].北京:中國石化出版社,2004最成熟,也是最可行的石油替代燃料。[5 Balabin R M, Syunyaev R Z, Karpov S A. Quantitative發(fā)展燃料乙醇只是部分替代石油燃料的方式之measurement of ethanol distribution over fractions of eth-。必須認識到對于當今世界范圍的能源危機和環(huán)anol-gasoline fuel[ J]. Energy Fuels, 2007, 21: 2460境問題,不是某一燃料或某種技術(shù)就可以完全解決的。這需要我們努力建立起一個以可再生資源為原6] Pimentel D. thanol fuels: energy balance, economic,nd料的替代能源體系,與燃料乙醇一起為人類的能源negative [J]. Naturalsources Research, 2003. 12: 127-134需求服務(wù)。[7] Patzek T W, Pimentel D. Thermodynamics of energy pro-在我國,為使乙醇燃料走上健康發(fā)展的道路,應(yīng)duction from biomass[J]. Critical Reviews in Plant Sci-處理好以下問題:①立足國情,合理規(guī)劃燃料乙醇產(chǎn)ence8,2005,24:327-364.業(yè)布局。制定和完善產(chǎn)業(yè)政策,并在稅收政策及法[8] Pimentel D. Ethanol fuels:cnew, economics and evi規(guī)上給予支持;②改進燃料乙醇生產(chǎn)工藝,搞好副產(chǎn)ronmental impact[J]. Intemational Sugar Joumal, 2001物的綜合利用,降低生產(chǎn)成本;③加強國際合作,縮短與國外的技術(shù)差距,并解決好原料多元化問題;④[9] iampietro M, Ulgiati S, Pimentel D. Feasibility of large開發(fā)和利用靈活燃料車,拓展燃料乙醇產(chǎn)業(yè)的發(fā)展scale biofuel production[ J]. Bio Science, 1997, 47: 587空間總之,在發(fā)展乙醇燃料的過程中一定會有兩面10 Graboski M S. Ethanol productio: net energy winner性存在,但可以確信的是,不可再生能源必定將被可[db/ol].http://www.ncga.com/ethanol-energy,2009.03-28再生能源所取代。而乙醇燃料的發(fā)展是順應(yīng)這一趨勢的我們要做的是最大程度的減小在發(fā)展燃料乙[1 Shapouri H, McAloon A.The2001 Net Energy Balanceof Corm-Ethanol[M]. Washington DC: US Department of醇及車用乙醇汽油過程中潛在的負面影響,發(fā)揮其最大優(yōu)勢為人類服務(wù)。中國煤化工[12GREET 1. 6 fuel-cycle參考文獻:CNMH Gd vehicle technologies[R]. Ilinois: Argonne National Laboratory Center for[1] Karaosmanoglu F, Isuigigur A, Aksoy H A. 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