第24卷第2期學(xué)報(bào)2004F6 H JOURNAL, OF LIAONING UNIVERSITY OF PETROLEUM CHEMICAL TECHNOLOGY Jun 2004文章編號:1672-695(0010203-04燃料乙醇的性能及生產(chǎn)工藝高德忠,王昌東,李麗華,張金生(遼寧石油化工大學(xué)石油化工學(xué)院遼寧撫順113001)摘要:乙醇與汽油相比,其中氬的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、密度、辛坑值等性質(zhì)都非常接近。分析表明然料乙醇作為化石燃料的替代產(chǎn)品具有氧的含量高、辛烷值高、燃燒性能和燃燒排放污染物少等優(yōu)良特性。催化裂化汽油中添加體積分?jǐn)?shù)為10%的乙醇后,其辛烷值(RON)提高3.4個(gè)單位,辛烷值(MON)增加1.4個(gè)單位。乙酵調(diào)和汽油可有效降低汽車尾氣排放,其碳?xì)浠衔?、CO、氮氧化合物等有毒氣體排放都有所降低。燃料乙醇與食用乙醇的生產(chǎn)工藝基本相同,所不同的是需要增加濃編脫水后處理工藝,使水的體積分?jǐn)?shù)降到1%以下。生產(chǎn)燃料乙醇的方法有合成法和生物法兩種,由于近年來乙烯價(jià)格的上漲,合成法為生物法所取代,在生物法中以吸附蒸餾法和加鹽萃取蒸餾法為技術(shù)發(fā)展方向。關(guān)鍵詞:燃料乙醇;辛烷值;抗暴性中圖分類號:TE6248文獻(xiàn)標(biāo)識碼:APerformance and Producing Technique of Fuel EthanolGAO De-zhong, WANG Chang-dong, LI Li-hua, ZHANG Jin-sher( School of Petrochemical Technology, Liaoning University of Petroleum Chemical TechnologyFushun Liaoning 113001, ChinaAbstract: Ethanol has the approximate characters with gasoline in mass value, density, octane number etc. It's analyzed that fuelethanol enjoys lots of superiority such as higher oxygen content, higher octane number, good combustibility, lower let contaminationat burning, accordingly it takes the floor instead of fossil fuel. When adding ethanol with 10 percent in volume, the catalytic crackinggasoline would increase in 3. 4 with RON, and 1. 4 with MON. Gasoline blending with ethanol can not only decrease the dischargevolume of automobiles, but also decline the poisonous gases, for instance, hydrocarbon compound, monoxide and nitrogen oxide. Fuelethanol has the similar processing with edible ethanol, the unique dissimilitude between them is that the former needs another dewaterconcentrating process, which can turn down volume fraction of water beneath 1%. There are synthetic and biologic sorts oftechniques of fuel ethanol production in the world. Because the price of base oil source and ethylene has been rising for recent yearssynthetic technique has been replaced by biologic technique. In biologic techniques, absorb- distillation and salt adding-extractionKey words: Fuel ethanol; Octane number: Anti-knock propertyw To wham correspondence should be addressed隨著當(dāng)今世界能源主體化石燃料的過度消耗和。燃料乙醇是替代燃料之一,與普通汽油相對環(huán)境保護(hù)意識的不斷增強(qiáng),研究與尋找環(huán)境友好比,以其燃燒更完全、CO排放量較低、燃燒性能與的石油能源的替代品成為世界技術(shù)開發(fā)的方向之汽油相似等優(yōu)良特性被稱為21世紀(jì)“綠色能源”。目前,世界各國都加快了燃料乙醇推廣應(yīng)用的步伐收稿日期:2003-08-31在美國,隨著車用汽油禁止添加MTBE法規(guī)的實(shí)作者簡介:高德忠(1969-),男,遼寧撫順市,經(jīng)濟(jì)師,在讀施,車用乙醇汽油中添加燃料乙醇的最高體積分?jǐn)?shù)碩士為10%,乙醇汽油的消耗量已占全國汽油用量的通訊聯(lián)系人70%。巴西車用乙醇汽油中添加燃料乙醇的體積分遼寧石油化工大學(xué)學(xué)報(bào)第24卷數(shù)為20%。歐盟于1993年要求車用乙醇汽油中添油相分離(上層為含乙醇的油相,下層為富含乙醇的加燃料乙醇的體積分?jǐn)?shù)為5%。美國燃料乙醇生產(chǎn)水相),導(dǎo)致汽車運(yùn)轉(zhuǎn)故障。同時(shí),乙醇有較強(qiáng)的吸能力約6.0×10°t/a,巴西乙醇生產(chǎn)能力約為1.0×濕性,必須對水分嚴(yán)加控制,以避免出現(xiàn)油水相分離107t/a,我國乙醇產(chǎn)量約2.0×10ta2)。燃料乙醇的問題,所以水的體積分?jǐn)?shù)對于車用乙醇汽油是一作為21世紀(jì)車用燃料的替代產(chǎn)品,可使我國的車用個(gè)非常重要的指標(biāo)。文獻(xiàn)[5]中還規(guī)定了甲醇、實(shí)際燃料結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)多元化的特征,其使用將對節(jié)約石油膠質(zhì)、無機(jī)氯、酸度、銅的限量指標(biāo),目的是防止車用資源、減少環(huán)境污染、農(nóng)業(yè)和其他相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具乙醇汽油在發(fā)動機(jī)燃燒過程中腐蝕金屬部件及堵塞有重大意義3。管路系統(tǒng)。表2變性燃料乙醇國家標(biāo)準(zhǔn)41燃料乙醇的各項(xiàng)指標(biāo)質(zhì)量指標(biāo)1.1乙醇MTBE和汽油性質(zhì)的比較g(乙醇),%乙醇熱值較低、汽化潛熱較高、抗爆性能好、氧g(甲醇),%≤0.5含量高,在少量水存在的情況下還容易產(chǎn)生相分離g(水),%≤0.8表1是乙醇與MTBE、汽油的性質(zhì)比較。由表1可見乙醇與汽油中氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、密度、辛烷值等性實(shí)際膠質(zhì)/(ng:(100))≤5.0質(zhì)非常接近。p(無機(jī)氯)/(mgL-1)表1乙醇、MIBE和汽油性質(zhì)比較p(乙酸)/(mgL性質(zhì)MTBE汽油p(鋼)/(mgL1)≤0.08化學(xué)分子式C2H5OHCH2OC(CH)3C5-C0烴類p(改性劑),%1.96-4.76相對分子質(zhì)量46pH值6.5-9.0(碳),%86~88外觀清激透明,無懸浮物和沉淀13.613~14改性劑的質(zhì)量應(yīng)符合GB17930-1999的要求。1.3車用乙醇汽油w(氧),%34.7車用乙醇汽油是指在不添加含氧化合物的液體密度(25℃)/(kg·L-1)0.780.740.70~0.78烴類(汽油)中加入一定量變性燃料乙醇和改善性能理論空燃比9.011714.2-151的添加劑用于點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)汽車的燃料。由于汽雷德蒸汽壓/kPa1850~70油中g(shù)(水)與相分離溫度直接相關(guān),當(dāng)g(水)達(dá)到沸點(diǎn)t78.30.3%時(shí),-24℃時(shí)就會產(chǎn)生相分離現(xiàn)象?？紤]到閃點(diǎn)乙醇汽油的運(yùn)輸、儲存及加入汽車油箱后的時(shí)間等自然點(diǎn)220-260因素,所以規(guī)定g(水)不大于0.15%,文獻(xiàn)[5]規(guī)定加入汽油中的變性燃料乙醇的體積分?jǐn)?shù)為10%±汽化潛熱/(J·g1)904低熱值/(kg1)26.7735,1143.50辛統(tǒng)值(R0Ny11688892燃料乙醇主要特點(diǎn)辛統(tǒng)值MON%1018)-862.1辛烷值及抗爆性乙醇的辛烷值(RON)達(dá)到111￥烷值(MON)1.2變性燃料乙醇為916。添加乙醇可以較有效地提高汽油的抗爆變性燃料乙醇是以淀粉質(zhì)(玉米、小麥等)糖質(zhì)性,有關(guān)研究結(jié)果顯示,國內(nèi)典型催化裂化汽油中添(薯類)為原料,經(jīng)發(fā)酵、蒸餾制得乙醇脫水后再添加體積分?jǐn)?shù)為10%的乙醇后,其辛烷值(RON)提高加變性劑(車用無鉛汽油)變性的乙醇。表2為變性3.4個(gè)單位,辛烷值(MON)增加1.4個(gè)單位。乙醇燃料乙醇國家標(biāo)準(zhǔn)。由表2可見,乙醇中改性劑的對烷烴類汽油族組成(烷基化油輕石腦油)辛烷值體積分?jǐn)?shù)為1.96%-4.76%,g(水)不大于0.8%調(diào)合效果好于烯烴類汽油族組成(催化裂化汽油)和都與文獻(xiàn)[4]相近。由于水分的增加易造成乙醇汽芳烴類汽油族組成?？梢娨掖夹镣橹刁{,抗爆性能第2期髙德忠等燃料乙醇的性能及生產(chǎn)工藝降16.2%和30%,CO排放分別減少30%和2.2乙醇的體積分?jǐn)?shù)對調(diào)合蒸汽壓的影響乙醇的體積分?jǐn)?shù)最高可達(dá)34.7%,與MIBE相比乙醇在汽油中的添加量較少(美國含氧汽油中通3燃料乙醇生產(chǎn)技術(shù)常需添加乙醇的體積分?jǐn)?shù)為7.7%,新配方汽油通目前,世界上燃料乙醇的生產(chǎn)方法有合成法(即常添加乙醇的體積分?jǐn)?shù)為5.7%)。添加體積分?jǐn)?shù)乙烯水合法)和生物法兩種。由于近年來受原油資為77%乙醇的汽油,氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到2.7%,如源問題及乙烯價(jià)格上漲的制約,合成法被生物法所果汽油添加體積分?jǐn)?shù)為10%的乙醇氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)取代?？梢赃_(dá)到3.5%。但乙醇調(diào)入汽油后會產(chǎn)生蒸汽壓生物法生產(chǎn)燃料乙醇大部分是以甘蔗、玉米、薯調(diào)合效應(yīng),乙醇汽油的調(diào)合蒸汽壓隨乙醇的體積分?jǐn)?shù)的增加而提高。干和植物秸稈等農(nóng)產(chǎn)品或農(nóng)林廢棄物為原料酶解糖2.3乙醇調(diào)合汽油對汽車尾氣排放的影響化發(fā)酵制造的。其生產(chǎn)工藝有酶解法、酸水解法及一步酶工藝法等。這段工藝與食用乙醇的生產(chǎn)工藝通過添加乙醇或其它含氧化合物改變汽油組基本相同,所不同的是需要增加濃縮脫水后處理工成美國新配方汽油可以有效降低汽車尾氣排放,使藝,使其水的體積分?jǐn)?shù)降到1%以下。由于乙醇生用乙醇的體積分?jǐn)?shù)為6%的加州新配方汽油,與常產(chǎn)過程中水的存在,使得乙醇與水形成二元共沸規(guī)汽油相比,碳?xì)浠衔锱欧沤档?0%~27%,CO物,而采用普通精餾方法所得乙醇中水的體積分?jǐn)?shù)排放減少21%~28%,氮氧化合物排放減少7%約5%,要想控制燃料乙醇水的體積分?jǐn)?shù)達(dá)到1%以16%,有毒氣體排放降低9%~32%。使用乙醇體下,就必須采用較新的脫水工藝。目前開發(fā)的脫水積分?jǐn)?shù)為85%與汽油體積分?jǐn)?shù)為15%的混合燃料新工藝主要有滲透汽化吸附蒸餾、特殊蒸餾、加鹽(E15),而不改變其他條件,與常規(guī)汽油相比7,碳萃取蒸餾、變壓吸附和超臨界萃取分離等。燃料乙氫化合物排放降低5%,氮氧化合物排放減少40%,醇的生產(chǎn)工藝對比見表3。脫水后制成的燃料乙醇O增加約7%。我國研究結(jié)果表明燃用E15和再加入少量的變性劑就成為變性燃料乙醇和汽油E25(乙醇體積分?jǐn)?shù)為25%與汽油體積分?jǐn)?shù)為75%按一定比例調(diào)合就成為車用乙醇汽油。的混合燃料)時(shí),碳?xì)浠衔锖勘热加闷头謩e下表3各種燃料乙醇生產(chǎn)工藝的比較藝原理流程乙醇收率,g(乙醇)能耗投資φ(乙醇)為6%發(fā)酵液經(jīng)過普通精餾濃縮至φ滲透汽化法膜分離(乙醇)為80%~92%,然后再用滲透汽化濃編>99.599.9高小成無水乙醇吸附蒸餾法吸附和精餾兩個(gè)過程結(jié)合分子篩吸附與精餾相結(jié)合,流程與精餾相似低較小特殊蒸緬法ME作夾帶荊共沸先共沛精餾,再萃取蒸餾>92精餾后,草取蒸餾以加鹽液作萃取劑進(jìn)加鹽萃取行萃取蒸餾,消除體系與萃取蒸餾的工藝流程基本相同99.5較低較小的恒沸點(diǎn)變壓吸附升壓吸附降壓解吸交發(fā)酵液先經(jīng)提餾塔分出國體殘液,提餾液進(jìn)入替使用脫水精餾塔精餾,精餾液經(jīng)變壓吸附塔制得乙醇99.9較高較大超臨界液體超臨界液體萃取與以高壓超臨界的液體為溶劑萃取所需組分,采萃取法附相結(jié)合用恒壓升溫、恒溫降壓和吸附等手段將溶劑與>9599.8高大所革取的組分分離遼寧石油化工大學(xué)學(xué)報(bào)第24卷4我國燃料乙醇現(xiàn)狀及展望江、吉林和河南3省。從2002年開始,國家經(jīng)貿(mào)委、乙醇的資源豐富,生產(chǎn)技術(shù)成熟,以一定的比例計(jì)委等有關(guān)部委(局)決定在鄭州、洛陽、南陽、哈爾摻混到車用燃料中,能夠充分利用現(xiàn)有的燃料儲運(yùn)、濱、肇東等5座城市率先使用車用乙醇汽油。試點(diǎn)分配和銷售系統(tǒng)。當(dāng)乙醇摻混的體積分?jǐn)?shù)小于期為12個(gè)月,2003年6月30日前完成試點(diǎn)工作。10%時(shí),無須對汽車做大的改動。美國、巴西等并根據(jù)燃料乙醇生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)能力和發(fā)展趨勢車用乙醇汽油應(yīng)用已趨于成熟,經(jīng)驗(yàn)表明乙醇燃料進(jìn)一步確定北京、上海、天津、廣東等大城市為推廣在技術(shù)上是可行的。目前,我國已將燃料乙醇項(xiàng)目使用乙醇汽油的試點(diǎn)城市。國家將逐步擴(kuò)大車用乙列人國家“十五”示范工程重大項(xiàng)目,計(jì)劃全面推廣醉汽油的推廣范使用車用乙醇汽油,預(yù)計(jì)2~3年內(nèi)將占領(lǐng)市場份額推廣使用燃料乙醇是一個(gè)系統(tǒng)工程,國家應(yīng)建的25%-30%。據(jù)專家預(yù)測如在汽油中按標(biāo)準(zhǔn)添立從調(diào)配、運(yùn)輸、銷售和售后服務(wù)的全過程質(zhì)量保證加體積分?jǐn)?shù)為10%的變性燃料乙醇按市場份額體系并制定相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)稅收政策、法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)25%~30%計(jì),那么每年可以替代4.0×105t汽油范和管理辦法,確保乙醇汽油的推廣應(yīng)用。另外,為估計(jì)消化陳糧1.2×107t。隨著乙醇汽油的逐步推丁擴(kuò)大原料來源合理利用土地資源,減少對糧食市廣使用煉油加工工業(yè)的工藝流程也將做必要的調(diào)場的沖擊,從長遠(yuǎn)看要研究以木薯和含有大量纖維素的秸稈等農(nóng)林業(yè)廢棄物替代玉米生產(chǎn)燃料乙醇新國家定點(diǎn)的燃料乙醇生產(chǎn)基地主要集中在黑龍工藝,以進(jìn)一步提高副產(chǎn)品的綜合利用率,降低燃料乙醇的生產(chǎn)成本,提高競爭力?？嘉墨I(xiàn)[] FENG Cui-lan(馮翠蘭), CAO Zu-bn(曹祖賓),ⅪUXin-lun(徐賢倫),等. 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