车用石油燃料的替代产品-----乙醇.doc

车用石油燃料的替代产品-乙醇09化工1班 洪强 09206040106能源和环境是世界经济和社会发展面临的两大主要问题。如何有效的解决由于全球经济迅猛发展带来的能源危机和环境污染，不但是全世界关注的课题，也是我国实施长期可持续发展的主要屏障。为了解决能源问题，我国在石油替代燃料方面做了大量工作，取得了一定成效如：推广应用天然气、石油液化气；甲醇、乙醇汽车等，使车用燃料向多元化方向发展。但是，从我国缺油、富煤的能源结构特点看，作为替代燃料，乙醇的发展前景广阔。燃料乙醇的原料从玉米、水稻、小麦等粮食逐步转向经济作物已成为业界的共识。专家们认为，国家适当控制以粮食为原料的燃料乙醇企业发展，从长远看是正确的，但对于粮食主产区，应该给予特殊考虑。吉林省农业委员会主任王守臣说，吉林省的燃料乙醇项目是在玉米积压严重的社会背景下启动建设的，在消化陈化粮、促进粮食转化等方面做出了重要贡献。现在玉米价格上涨，陈化粮减少，这个项目应该在生产原料上进行调整，但是应该有一个过渡期和一些相应的扶持政策，如帮助企业引进玉米秸秆转化技术，帮助企业发展甜高粱生产基地等，在技术、资金等方面给予适当支持。2 工艺流程概述2.1粉碎工段 来料先进入原料粉碎车间，经过粉碎，通过管道升温后进入液化罐，里面加有淀粉酶，然后闪蒸，继续液化，冷却，进入糖化罐，再散热降温后进入发酵罐，此工段采用连续发酵，发酵采用全封闭方式。发酵产生的CO2去液体二氧化碳车间，淡酒等发酵后进入蒸馏塔，蒸馏经过初馏、精馏、吸附、变性后酒精脱水后得到产品。2.2液化、糖化、发酵工段由小麦制粉车间来的麦浆进入初液化罐，加热至90液化，然后经喷射蒸煮器加热到120左右，进入闪蒸罐，使醪液温度降至90左右，然后进入末液化罐中，并添加余下的液化酶液化，液化完毕调PH，进一步冷却至60左右进入糖化罐，在液体曲作用下糖化，糖化醪冷却器冷却至30进预发酵罐，同时添加一定量的活性干酵母，然后进入发酵罐进行发酵。该工段采用连续发酵，温度控制在35左右，发酵周期为50小时左右，发酵采用全密闭方式，产生的CO2去液体二氧化碳车间，淡酒和发酵醪同时送去蒸馏。液化、糖化、发酵工艺流程及污染物产出流程见图2.3蒸馏工段发酵成熟醪由泵经预热器进入初馏塔，初馏塔在负压下工作，酒糟水溶液由初馏塔底排出，泵送至DDGS车间分离工段，分离清液进入初馏塔再沸器，经精馏塔顶酒汽加热，同时再沸器中的酒汽得到冷凝，未冷凝酒汽再经醪液预热器，回流至精馏塔，离心清液得以浓缩去DDGS车间蒸发工段。粗馏塔塔顶排出的酒精气体进入醪液预热器、冷凝器，由冷凝器排出的废气经洗气塔洗涤后，淡酒进入淡酒贮罐，废气通过真空泵排入大气，整个系统处于负压状态。精馏塔采用生蒸汽加热，塔内保持一定压力。塔顶酒汽部分经醪塔再沸器、醪液预热器回流到精馏塔，部分酒汽直接进入吸附工段的吸附塔。部分酒糟分离清液、高温冷却水混合为拌料混合水进入小麦制粉车间拌料系统，加热蒸汽经精馏塔再沸器冷却后回锅炉房，杂醇油由精馏塔中下部液相取出，经杂醇油分离器、冷却器，泵送入贮罐。酒精蒸馏工艺流程及污染物产出流程见图2.4吸附、变性工段精馏塔酒气进入吸附塔，经吸附塔后酒精脱水，然后进入冷凝器，冷凝后进入均质器，变性后由泵送至成品贮罐。再生时将吸附塔酒精出完，用压缩空气经换热器加热至一定温度后将吸附剂水分置换出来，吸附剂恢复后，置换尾气进回收塔回收，使酒度达到819%，泵入发酵罐。吸附、变性工艺流程及污染物产出流程见图1发酵法 发酵法制乙醇是在酿酒的基础上发展起来的，在相当长的历史时期内，曾是生产乙醇的唯一工业方法。发酵法的原料可以是含淀粉的农产品，如谷类、薯类或野生植物果实等；也可用制糖厂的废糖蜜；或者用含纤维素的木屑、植物茎秆等。这些物质经一定的预处理后，经水解（用废蜜糖作原料不经这一步）、发酵，即可制得乙醇。 发酵液中的质量分数约为6%10%，并含有其他一些有机杂质，经精馏可得95%的工业乙醇。 2乙烯水化法 乙烯直接水化法，就是在加热、加压和有催化剂存在的条件下，是乙烯与水直接反应，生产乙醇： CH2CH2 + HOHC2H5OH（该反应分两步进行，第一步是与醋酸汞等汞盐在水-四氢呋喃溶液中生成有机汞化合物，而后用硼氢化钠还原） 此法中的原料乙烯可大量取自石油裂解气，成本低，产量大，这样能节约大量粮食，因此发展很快。 3. 煤化工 目前工业制乙醇还主要是通过乙烯氢化制得，而适合我国国情的技术就是利用煤化工技术，将煤转化为合成气，直接或者间接的合成乙醇。 目前煤化工路线国内有两条，且都是自主技术为主： 3.1. 合成气直接制乙醇（我国自主中科院技术） 中科院大连化物所于2006 年宣布开发了合成气催化转化制乙醇等碳二含氧化合物的工艺过程。研制成功了铑含量小于1%的低贵金属催化剂。中试结果表明，催化剂连续运转1000小时性能稳定，乙醇选择性达90%，并且通过调整催化剂组份和操作条件，能高选择性地生产乙醇和乙酸乙酯等乙醇和汽油（以下以辛烷C8H18进行讨论）都是优质燃料，其燃烧的热化学方程式分别为：C8H18（l）+ O2（g）8CO2（g）+9H2O（g） H-5454.14kJ/molC2H5OH（l）+ 3O2（g）2CO2（g）+3H2O（g） H-1367.74kJ/mol按辛烷和乙醇的质量计，分别燃烧二者所产生的热量、耗O2量、产生的CO2和H2O的关系可得表一：表一乙醇和辛烷燃烧的质量关系量（25）单位质量燃料产生的热量耗O2量产生CO2量产生H2O量1g乙醇29.73kJ0.06522molmolmol1g辛烷47.84kJ0.1097molmolmol燃料在实际使用过程中大多是以体积单位（升）计量的，那么将表一中的数据按体积关系进行转换，则得到表二中的关系量（乙醇和辛烷在25时的密度分别为0.7893Kg/L、0.7025Kg/L）：表二乙醇和辛烷燃烧的体积关系量（25）单位体积燃料产生的热量耗O2量产生CO2量产生H2O量1L乙醇23468kJ51.47mol34.32mol51.48mol1L辛烷33610kJ77.02mol49.30mol55.46mol下面我们以四冲程单缸内燃机为例讨论以汽油（C8H18）或乙醇作燃料时内燃机的工作情况。假设该内燃机的其它工作过程完全相同，只是改变加入不同的燃料使其正常工作，欲使其工作状态完全相同，从燃料燃烧产生能量使其做功的角度看，只要使进入汽缸的乙醇或者汽油（C8H18）完全燃烧后产生的能量使其所做的有效功（机车动力）一样，便能保持其正常的工作而不产生差别。在乙醇燃料应用领域，巴西处于绝对领先的地位，它的广泛应用不仅使巴西不再需要进口石油，甚至改变了巴西的经济结构。巴西的经验给很多国家带来了众多启示，特别是美国的一些风险投资开始深入研究乙醇燃料的未来真正价值，他们通过论证多种模型试图否定乙醇燃料，并将乙醇燃料同多种绿色能源进行比较，但其结果却令专家大吃一惊。他们研究发现，乙醇燃料将会最终取代汽油成为未来燃料。 或许很多人还不知道，乙醇可以替代汽油成为汽车的燃料。实际上，世界上已经有超过500万辆汽车使用乙醇作为燃料，这些乙醇燃料汽车不仅比使用汽油作燃料的汽车更经济，而且几乎不会向环境排放有害的温室气体。随着国际原油价格扶摇直上和氢能经济的遥遥无期，经济学家预测未来只有乙醇才会真正替代汽油成为人类赖以生存的绿色燃料。木质纤维素是地球上最丰富、最廉价的可再生资源,被认为是最重要的乙醇生产的后续资源物质。但在以木质纤维素为原料进行乙醇制备方面仍存在原料预处理技术难、纤维素酶水解成本高和木糖尚无法被利用产酒精等问题,纤维素乙醇的价格尚无法与粮食乙醇竞争,解决纤维素乙醇制备过程中的关键技术已成为全世界共识。美国政府要求到2013年纤维素乙醇燃料的年使用量要达到2.5亿加仑。除此之外，专家们还建议美国政府消除高达54%的从巴西进口乙醇汽油的关税，由于甘蔗更适合制造乙醇，因此巴西生产的乙醇燃料更便宜。降低关税将使更多的人能够使用乙醇燃料，同时会促使更多的加油站进行改造，以供应乙醇燃料，进一步促进乙醇燃料的大量应用。很多专家还认为，一些石油公司巨头还应加大绿色能源的投资力度，壳牌公司仅在俄罗斯的投入就高达200亿美元，而绿色能源的投入与之相比就