乙醇汽油生产发展及政策分析

1、2010年10月2010年湖南科技论坛低碳绿色化工技术论文集19乙醇汽油生产发展与政策分析文志成（中石化长岭分公司）摘要：开发燃料乙醇等石油替代品，减缓石油消耗增长，改善环境污染，已成为我国能源发展的一项重要战略决策。“十一五”前后，我国将在20个省市区全面推广乙醇汽油，并有一系列配套的政策措施。燃料乙醇是一种环境友好的可再生替代能源，可按一定的比例与汽油组分掺混成乙醇汽油。为减少乙醇汽油的周转次数、保证质量，乙醇汽油的调和通常是在油库或调和中心进行，且宜采用管道调和工艺进行调和。利用农作物秸秆等生产燃料乙醇，不仅可缓解石油资源紧张局势，而且可减少环境污染并增加农民收入。关键词：乙醇 汽油 纤

2、维 生物能源 环保 政策1 概述我国自1993年成为石油净进口国以来，石油资源日趋紧张。2009年我国原油总加工量为3.75亿吨，进口量达到2.04亿吨，占54.4%左右。今后的原油进口量将会更多，这对我国的能源供应安全造成一定的负面影响。而且，国际石油价格不断攀升，而且给人民的生活带来很大影响。燃料乙醇属可再生资源，是以玉米、小麦、薯类、甘蔗、甜菜等为原料，经发酵、蒸馏、脱水等工序制成的体积分数为99.2以上的无水乙醇。车用乙醇汽油(以下简称乙醇汽油)，是在汽油中加入一定比例的燃料乙醇而形成的一种新型车用燃料。按照我国GB 18351-2004车用乙醇汽油，车用乙醇汽油是用体积分数为90的普

3、通汽油与体积分数10的燃料乙醇调和而成。汽油中添加乙醇后，可提高汽油辛烷值，增加氧含量，使汽油燃烧更完全，降低汽车有害尾气的排放。是一种清洁的可再生车用燃料。乙醇汽油的开发应用，有利于促进农业发展，改善大气质量，缓解能源压力，具有较好的社会及环境效益，对国民经济的可持续发展具有重要的战略意义。近年来，国内外很多科研机构进行了以农作物纤维为原料生产燃料乙醇的研究，并取得了突破性进展。1.1 燃料乙醇的性能乙醇的分子量为46，沸点为78.3, 20时的密度为0.8 g/cm3，氧含量35% ,研究法辛烷值111。燃料乙醇和汽油一样，蒸汽密度比空气大，然而，乙醇蒸汽会迅速分解。燃料乙醇及乙醇汽油比普

4、通汽油重。燃料乙醇能与水混合，因此，当水含量达到一定浓度后，乙醇汽油会出现分层。燃料乙醇的热值比汽油小。燃料乙醇的毒性比汽油和甲醇小，而且几乎不含硫。1.2 燃料乙醇对汽油性质的影响汽油中添加一定量的变性燃料乙醇后，将对汽油的辛烷值、氧含量、蒸气压、蒸馏特性以及水溶性等性质产生明显的影响，这些性质的改变有可能影响到汽车发动机的正常工作。1.2.1 增加辛烷值乙醇体积分数不同的乙醇汽油，其辛烷值增加的具体情况见图1。乙醇为高辛烷值组分加入到汽油中以后对汽油的辛烷值有比较大的影响。含无水乙醇10%的乙醇汽油研究法辛烷值大约增加3 个单位，抗爆指数大约增加2 个单位。 图1 加醇汽油辛烷值值乙醇加入

5、量的变化1.2.2 增加蒸气压和氧含量乙醇在40:时的蒸气压为18kPa，远低于汽油的蒸气压，但将乙醇添加到汽油中后，乙醇汽油的蒸气压将升高。乙醇含量对乙醇汽油蒸气压的影响见图2。乙醇是含氧化合物，分子中富含质量分数35%的氧。如果以10%掺合比调到汽油中其氧含量将达到3.5%(/)。远优于国家现行车用汽油对含氧量的规定。乙醇含量，%（/）图2 乙醇含量对乙醇汽油蒸气压的影响1.2.3 水溶性无水乙醇和汽油有很好的互溶性能够以任意的比例溶解。但是，如果乙醇含水，乙醇和汽油的互溶性就会降低，乙醇分子之间能够产生氢键，并以二聚物的形式存在。当乙醇溶于汽油这种弱极性溶剂时，分子之间的氢键被削弱，缔合

6、度减小。由于水分子形成氢键的能力比乙醇强，水分子的存在促进了水分子和乙醇分子的氢键缔合，实验表明含水量大于0.75%时，水分子和乙醇分子会形成复杂的缔和体，导致汽油和乙醇分层。实验还表明当乙醇的含水量大于1.25%时，会导致分层明显。因此，一般要求乙醇含水量要小于0.5% 。随着乙醇汽油中水含量的增加，相分离温度会明显提高。乙醇掺配于汽油中可提高汽油的溶水量（10%乙醇时其溶水量约0.3%）。乙醇可以吸收油箱和管线中的水，防止水在油箱中积累。然而，若乙醇吸收过多的水，达到0.4%-0.8%（质量分数）时，水和乙醇就会从汽油中分离出来，在油箱底部形成乙醇和水的混合物，就会给发动机的正常工作带来一

7、定的困难，同时还会造成腐蚀。一般来说，车用乙醇汽油允许的水含量，与温度和乙醇含量有关，温度越低水含量允许值越低，乙醇含量越低水含量允许值也越低。车用乙醇汽油相分离温度与乙醇含量关系见图3。 图3 乙醇汽油水含量与相分离温度的关系2 乙醇汽油在我国的发展2.1 初步研发1985年，云南省科委和云南交通科学研究所进行了60%乙醇汽油的发动机台架及行车试验。1986-1990 年，福建省交通科学技术研究所开展了含醇混合汽油的应用研究；交通部公路科学研究所先后进行了不同比例乙醇汽油的应用研究。1987年，中国石化销售公司下属的中南销售公司、湖北省石油公司、广西石油公司等单位也列项对18%-22%乙醇汽

8、油、5%乙醇柴油等进行营运应用试验。但因石油产品在产量和价格上具有较大优势而没有得到推广应用。2001年4月份我国的变性燃料乙醇国家标准（GB18350-2001）和车用乙醇汽油国家标准（GB18351-2001）正式出台。2001年7月开始，河南天冠集团的小车、货车共105辆，全部改用车用乙醇汽油，历时7个月，行程130公里，乙醇汽油消耗量达380多吨，各类小车、货车行驶正常。2.2 政策和法规2001 年4 月份我国的变性燃料乙醇国家标准（GB18350-2001） 和车用乙醇汽油国家标准（GB18351-2001） 正式出台。2001年8月初，国家经贸委布置了开展乙醇汽油研究任务。200

9、1年，国家计委已把搞好车用乙醇汽油推广使用试点作为调整和优化产业结构的重点工作来抓，争取在“十五”期间在全国重点城市形成推广使用的局面。2004年，为进一步调整能源消费结构，开发石油替代资源，改善汽车尾气排放和大气环境质量，促进农业生产、消费的良性循环和可持续发展，经国务院同意，近日，国家发展和改革委员会、公安部、财政部、商务部、国家税务总局、国家环境保护总局、国家工商行政管理总局、国家质量监督检验检疫总局等8部委联合发出通知，决定在我国部分地区开展车用乙醇汽油扩大试点工作。其中，车用乙醇汽油扩大试点期间的税收优惠政策如下：（1）对国家批准的吉林燃料乙醇有限责任公司、河南天冠集团、安徽丰原生物

10、化学股份有限公司和黑龙江华润酒精有限公司四个变性燃料乙醇生产企业，免征用于调配车用乙醇汽油的变性燃料乙醇5%的消费税。（2）上述四个生产企业生产调配车用乙醇汽油用变性燃料乙醇的增值税实行先征后返。为了扶持燃料乙醇生产，国家为四家定点生产企业提供的专项补贴为，每吨燃料乙醇的补贴在1000-2300元之间，视各地情况而定。据河南天冠燃料乙醇公司副总经理郭凯介绍，获得补贴后，企业燃料乙醇的利润率约为5%，处于保本微利状态。2.3 我国燃料乙醇的生产装置 在国家原计委的统一安排下，在中国石油、中国石化两大集团的参与下，我国于2000年正式启动了燃料乙醇的生产与试用工作，按照新建厂与老厂改造相结合的精神

11、，国家制定了燃料乙醇生产试点规划。根据这一规划，我国目前建成、正在建设和拟建设的燃料乙醇装置如下表所示。表1 我国燃料乙醇生产装置企 业规模/万t.a-1原 料投资/亿元产品方案/万t.a-1备 注吉林燃料乙醇有限责任公司60玉米28.9燃料乙醇：60；DDGS：31；玉米油：4.52001年9月新建一期30万t/a工程河南天冠企业集团有限公司30小麦12.88燃料乙醇：30；DDGS：182002年11月开工安徽丰源生物化学股份公司32玉米，马铃薯黑龙江华润金玉酒精有限公司10玉米2001年初完成改造山东东久集团（非国家试点）50玉米21乙醇：50；DDGS：31；玉米毛油：4.5；玉米胚芽

12、粕：112002年6月建成，可根据政策和市场情况转产燃料乙醇2.4 我国燃料乙醇和车用乙醇汽油的主要质量指标表2 变性燃料乙醇质量指标外观清澈透明，无肉眼可见悬浮物和沉淀物乙醇体积含量，%92.1甲醇体积含量，%0.5实际胶质/mg.(100mL)-15.0水体积含量，%0.8无机氯（以Cl-计）/mg.L-132酸度（以乙酸计）/mg.L-156铜/mg.L-10.08pH值6.59.0表3 车用乙醇汽油主要质量指标项目90号汽油93号汽油95号汽油RON909395抗爆指数858890铅/g.L-10.005馏程/10%50%90%干点70120190205残馏量，（体积）%2蒸汽压/kP

13、a9月16日至3月15日3月16日至9月15日8874实际胶质/mg.(100mL)-15诱导期/min480硫含量，%0.10硫醇（满足下列要求之一）博士试验硫醇硫含量，%通过0.001铜片腐蚀（50，3h），级1水含量，（质量分数）%0.15乙醇体积含量，%9.010.5其他含氧化合物体积含量，%未检出3 乙醇汽油生产技术乙醇汽油是普通汽油组分与一定比例的燃料乙醇（无水乙醇）进行调和所形成的一种混合燃料。根据原料的不同，燃料乙醇生产技术可分为以稻米、玉米、小麦、木薯、甘蔗、甜菜、甜高粱等淀粉质和含糖物质为原料的粮食乙醇生产技术和以秸秆、麦秸、稻草或木片等纤维质为原料的纤维乙醇生产技术。3.

14、1 淀粉质燃料乙醇我国目前的燃料乙醇生产以粮食为原料。主要生产企业有：吉林燃料乙醇有限责任公司、河南天冠企业集团有限公司、安徽丰源生物化学股份有限公司和黑龙江华润金玉酒精有限公司。这四家公司的总生产能力目前为112万t/a。其中，有些公司采用引进的先进技术和设备，如：黑龙江华润酒精有限公司采用奥地利HNT技术。而有的公司，如：河南天冠企业集团有限公司，则具有酒精清洁生产工艺、工业沼气、废水处理等多项自主开发的专有技术。以淀粉质为原料的燃料乙醇生产工艺基本上是大同小异，都是在传统乙醇生产工艺中增加一个脱水过程。原则流程是：原料粉碎蒸煮糖化发酵蒸馏脱水加变性剂燃料乙醇。其中，加变性剂的过程是为了将

15、无水乙醇变成不能食用的燃料乙醇，以防止将燃料乙醇作为食用乙醇出售，因为国家对燃料乙醇的生产进行补贴。以甘蔗、甜菜等含糖原料生产燃料乙醇时，可省去糖化过程。3.2 纤维质燃料乙醇为了以更低的成本获得清洁能源，近年来国内外很多科研机构进行了以农作物纤维为原料生产燃料乙醇的研究并取得了突破性进展。纤维素生物质转化成乙醇的过程类似于谷物转化过程。纤维素必须先通过水解转化成糖份，然后通过发酵生成乙醇。纤维质原料（含有纤维素和半纤维素）比碳水化合物更难转化成糖。将纤维素转化成糖的两种常用方法是稀酸水解和浓酸水解，这两种方法都使用硫酸。稀酸水解利用半纤维素和纤维素之间的差异分两步进行。第一阶段在较低的温度下

16、进行，有利于半纤维素的转化；第二阶段在较高的温度下进行，有利于原料中纤维素部分的水解。浓酸水解工艺采用稀酸预处理，将半纤维素与纤维素分离。然后，将生物质干燥，再加入浓硫酸。加水将酸稀释后加热以析出糖份，产生可以与残渣分离的胶体。采用色谱柱将酸与糖份分离。稀酸和浓酸工艺都有一些缺点。纤维素稀酸水解会产生大量副产物。浓酸水解生成的副产物较少，但废酸的循环利用使过程的成本增加，而且使工艺更复杂。此外，硫酸的腐蚀性很强并且难以处理。浓硫酸和稀硫酸工艺均在较高的温度下运行（100和220），因而可导致糖份衰变，降低碳资源的利用率，并且最终降低了乙醇产率。逆流水解是一种新工艺，该工艺分两步进行。在第一阶段

17、，纤维质原料从传送带进入卧式并流反应器。通入蒸汽将温度升高到180（此处不加酸）。经过大约8分钟的停留时间后，60%左右的半纤维素得到水解。原料从反应器排出后进入第二段立式反应器，操作温度为225。在原料中加入浓度很低的稀硫酸，根据停留时间的长短，剩余的所有半纤维素和60%到100%的纤维素得到水解。据美国国家可再生能源实验室（NREL）估计，该工艺可将葡萄糖产率提高到84%，发酵温度提高到55，发酵过程的乙醇产率达到95%。开发潜力最大的纤维乙醇生产工艺是酶水解工艺。在水解步骤中，将目前用于纺织行业的斜纹布砂洗和清洁剂的纤维酶替代硫酸。纤维酶可在更低的温度（3050）下使用，从而减少了糖份的

18、衰变。此外，通过对工艺的改进，现在可实现同步糖化与发酵（SSF）。在SSF工艺中，纤维素与发酵粉结合，在糖份生成后，通过发酵同时将其转化为乙醇。从长远来看，酶技术有望成为盈利性最好的工艺7。纤维素水解后，必须通过发酵将其产生的糖份发酵以生产乙醇。除了葡萄糖以外，水解过程还将纤维素转化成其它六碳糖并将半纤维素转化成五碳糖，这些糖份不容易通过自然有机物发酵成乙醇。它们可通过基因工程酵母转化成乙醇，但乙醇产率不够高。上海华东理工大学能源化工系承担的列为国家863重点科研项目的农林废弃物制取燃料乙醇研究课题已取得明显成果，开始进入工业性试验阶段。目前，国家已拨款1700万元，用于“生物质废弃物制取燃料

19、乙醇”技术项目的工业性试验，已建成年产燃料乙醇600t的示范工厂。在“十一五”期间，将进一步扩大规模，达到年产燃料乙醇3000t6000t。加拿大Iogen公司研究了玉米秸、柳枝稷（软枝草）、芒属草（大象草）、燕麦/大麦秆、甘蔗渣、硬木片（软木材）等纤维质原料，并且已在渥太华建成中型装置，利用酶加工40t/d麦秆，从1t原料可生产约300L乙醇。2005年的乙醇生产成本为1.30美元/加仑左右（约合430美元/吨）。对于15万t/a燃料乙醇装置，总固定投资约2.53.5亿美元，包括酶装置和发电装置。Iogen公司燃料乙醇工艺的原则流程为：纤维原料预处理酶水解分离发酵蒸馏纤维乙醇。在预处理阶段，

20、用锤式粉碎机将原料粉碎以增加酶化表面积。在酶化过程中，原料中的纤维素被转化成糖。然后，通过发酵和蒸馏将糖制成乙醇。在分离过程中分离出的木质素用于焚烧产生热能并发电；而发酵后的废渣用于生产动物饲料。Iogen纤维乙醇工艺对原料的要求是，碳水化合物的含量必须大于60%。最大加工能力可达到每年75万吨原料。与淀粉质燃料乙醇工艺相比，Iogen公司的纤维质燃料乙醇工艺具有以下优势：（1）生产过程中不消耗化石燃料，而是使用装置的副产物所产生的能量；（2）技术新颖并且先进，而且最近已经开始工业化；（3）不用粮食作原料，原料丰富易得而且经济。3.3 乙醇汽油乙醇汽油是将燃料乙醇与普通汽油按一定比例混配而形成

21、的一种车用燃料。我国目前的车用乙醇汽油国家标准规定其中的乙醇含量体积分数为10%±0.5%。乙醇调入汽油后能改变汽油的辛烷值、氧含量、蒸气压、蒸馏特性以及水溶性等性质，但和催化裂化汽油、重整汽油、烷基化汽油等不同汽油组分的调和，性质改变的程度不同，因此应研究乙醇和各类汽油组分的调和性能。为减少乙醇汽油的周转次数、保证质量，乙醇汽油的调和通常是在油库或调和中心进行，且宜采用管道调和工艺进行调和，不推荐使用调和罐调和方式。车用乙醇汽油采用管道调和工艺时，具体应根据生产操作的实际状况，通过经济分析来决定是采用双泵多鹤管还是采用双泵单鹤管流程，变性燃料乙醇和组分汽油通过一组多段数字式电动流量

22、比值调节阀，通过计算机在线控制以及单组分定量功能实现车用乙醇汽油的在线调和，调和后的成品汽油通过鹤管装入汽车罐车运至加油站，油库或调和中心内不应设置车用乙醇汽油储罐。由于乙醇与汽油的比例在30%以下时互溶性较好。因此，采用管道调和时不需要静态混合器。在调和的工艺制定中，必须遵守尽量简化过程，减少调和成品周转次数的原则，以保证油品质量。在车用乙醇汽油的调和及储运过程中，应注意如下几点：（1） 严格监测变性燃料乙醇和组分汽油的质量指标，尤其是水含量；（2） 尽量减少车用乙醇汽油调和、输转的中间环节，以避免油品水含量增加，产生相分离；（3） 针对乙醇汽油的蒸气压高以及怕水的特性，建议乙醇汽油加油站采

23、用密闭加油工艺，以减少油品损失和空气中水分进入油品中。（4） 变性燃料乙醇和车用乙醇汽油的管道、容器、机泵和运输车辆，按专用的原则考虑。乙醇汽油对汽车油箱、化油器等部件的有色金属、橡胶材料会产生不同程度的腐蚀。我国在用的汽车型号复杂，出厂年代跨度大，使用乙醇汽油带来的问题更为突出，只有在乙醇汽油中加入相应的添加剂，才能解决问题。以研究石油产品添加剂著称的石油化工科学研究院，成功地研制出了乙醇金属腐蚀抑制剂。一般来说，车用乙醇汽油对汽车油箱及化油器等处的有色金属部件等有轻微的腐蚀作用，可能对汽车相应的部件产生不良影响。针对乙醇汽油的腐蚀性，可添加防腐剂来避免。此外还可对使用乙醇汽油的汽车的部分橡

24、胶材料与以更换，如软管需更换为丁腈橡胶，密封件更换为含氟橡胶等。4 生物乙醇的发展根据统计，2007年全球生物乙醇产量已达4500万t，预计2020年前后将发展到2亿t，相当于现在世界石油生产量的5%。我国已有吉林燃料乙醇有限责任公司、河南天冠集团、安徽丰原生物化学股份有限公司、黑龙江华润酒精有限公司4家燃料生物乙醇生产企业，基础产能132万t/a。根据国家“可再生能源中长期发展规划”，我国非粮燃料生物乙醇产量在2010年将达200万t/a，在2020年将达1000万t/a。4.1 粮制生物乙醇我国已建成的四家燃料生物乙醇企业主要以玉米为原料，其玉米耗量占全国玉米总产量2.43%（2006年数

25、据：玉米产量1.47亿t/a，生物乙醇玉米单耗3.5 t/t，乙醇产量102万t/a）。美国燃料生物乙醇玉米耗量占玉米总产量6%。近年我国玉米价格走高，20062007年黑龙江玉米价格由1 300元/t增至1540元/t，同期吉林玉米价格由1270元/t增至1460元/t。美国是世界玉米出口大国，2006年期货玉米价格涨幅为50%，2007年3月又比上年同期增长58%。为缓解玉米价格增长势头，巴西大量采用甘蔗为生物乙醇原料，美国也在2007年增加玉米种植面积15%，但这些仍未能抑制住玉米价格的涨势。作为粮食净进口国，我国刚推行燃料乙醇时主要用于消化陈化玉米、小麦等粮食。粮食安全决定了发展生物乙

26、醇应遵循“不与人争粮、不与粮争地”原则，因而从2006年起，国家停止新批玉米燃料乙醇企业，并大力鼓励发展非粮作物为原料开发燃料乙醇。4.2 非粮生物乙醇据悉，我国可用于石油替代的非粮生物质原料有两类，一类是现即可用的薯类、甜高粱、甘蔗、木本作物和畜禽粪便及农产品加工产生的有机废水、废渣、废糖蜜；另一类是尚待技术突破后方能进入商业化生产的作物秸秆、林业剩余物和能源植物的纤维素原料。据测算，这两类原料的年产燃料乙醇潜力分别为1.52亿t和2.08亿t，二者可替代石油2.7亿t，比现在进口量还要多。我国目前有关甜高梁与薯类原料制取燃料生物乙醇的研发工作幅度较大。4.2.1 甜高梁秸杆原料制生物乙醇以

27、木质纤维素为原料制造燃料生物乙醇是我国当前技术开发的焦点。2005年，中国石油与山东省合作，在山东滨州市阳信县建成3000 t/a燃料乙醇中试工厂，原料为甜高梁茎杆。2006年6月山东省科技厅认定“甜高梁茎杆生物水解发酵蒸馏一步法制取燃料乙醇系统”技术在国内领先。阳信乙醇中试厂新建300m3连续固体粗蒸馏系统使固体发酵、渣料直接利用成为可能。固体发酵甜高梁茎杆含糖量14%。2006年，滨州市阳信县高梁种植面积已达2.96万亩。2006年8月，“秸杆酶解发酵乙醇新技术及其产业化示范工程”在山东省东平县通过中科院组织的专家鉴定。该示范工程产能为燃料乙醇3000 t/a，由山东泽生生物科技有限公司与

28、中科院过程工程研究所共同开发，项目首创秸杆无污染汽爆技术，并建成110 m3固态菌种发酵反应器，形成了工业生产工艺体系。2006年8月28日，河南天冠集团3000 t/a纤维乙醇项目在河南省镇平开发区奠基。该项采用新型酒精发酵设备，使原料转化率大于18%，乙醇的秸杆单耗6 t/t，项目投资5100万元。2007年9月28日，中国石油吉林燃料乙醇有限公司，在江苏省盐城地区东台市启动3000t/a甜高梁茎杆制乙醇示范项目，投资6500万元。中粮生化能源肇东有限公司在500 t/a秸杆乙醇装置的基础上，拟建10000 t/a装置，采用干燥液化制糖发酵工艺，催化剂进口，单耗6.5 t秸杆/t乙醇。20

29、08年5月8日，河南天冠集团靠自主知识产权建成的1万t纤维乙醇一期产业化示范项目，已顺利产出第一批合格产品，成为目前全国最大的纤维乙醇生产线。4.2.2 薯类原料制生物乙醇木薯、甘薯等薯类原料提炼生物乙醇是较为成熟的技术，可以成为发展非粮生物乙醇的首选途径。2007年末，广西20万t/a木薯燃料乙醇投产，2008年4月15日向全区境内封闭销售、使用10%燃料乙醇汽油，燃料乙醇均以非粮原料木薯制造，广西成为我国第一个使用非粮乙醇汽油的省区。2008年4月，国家发改委透露，湖北、江西、河北、江苏、重庆5省市生物燃料乙醇专项规划已完成评估，提交了专题报告。评估认为，利用薯类作为原料生产燃料乙醇具经济

30、性，建议在5省市优先推进燃料乙醇产业发展。2008年末，中石化荆门分公司与湖北金龙泉集团公司合股投资1.5亿元（前期），新建年产10万t燃料乙醇项目环境影响评价报告书获国家环保部批准。该项目采用鲜红薯和薯干为主要原料，年产燃料乙醇10万t、肥料7.2万t和液体二氧化碳5万t。4.2.3 果皮下脚料制生物乙醇据1/8-2007中国化工报载，美国FPL能源公司利用柑桔皮制乙醇，产量1.2万t/a（400万加仑/a）。4.2.4 合成气酶催化制乙醇2000年美国化学工程师年会发表成果表明，美国俄克拉何马州立大学研究利用厌氧菌种（新棱菌）将合成气（CO、CO2、H2）转化成液体乙醇、丁醇和醋酸酯，由C

31、O生产乙醇的产量是生产丁醇和醋酸酯的9倍，随着在CO/CO2原料中添加H2，还可提高乙醇的收率。众所周知，除石油氧化、煤气化可制取合成气之外，植物秸杆废弃物发酵也是合成气的重要来源之一。2000年谢弗隆研究和技术公司与Maxygen公司开展了甲烷生物转化为甲醇的研究工作，也取得了成果。甲烷也可作为车用燃料组份得到应用。表4 非粮生物乙醇的原料单耗对比原料玉米（对比）甘薯蜜糖木薯甘蔗玉米秸秆高粱秸秆单耗/t·t-13.32.23717656以木质纤维素为原料生产生物乙醇成为当前技术开发的焦点。木质纤维素是地球上最丰富的可再生资源，可以来源于农业废弃物（如麦草、玉米秸秆和玉米芯等）、工业

32、废弃物（如制浆和造纸厂的纤维渣）、林业废弃物和城市废弃物（如废纸、包装纸等），由木质纤维素生物转化成的燃料乙醇越来越引起世界各国的广泛关注。美国2007年能源法案要求到2020年乙醇产量达到360亿加仑。而由于原料的限制，玉米乙醇的产量最多为150亿加仑。至少有210亿加仑为其他原料乙醇，其中将有160亿来自纤维素。2007年2月，美国能源部宣布在今后4年内为6座生物炼油厂项目投资3.85亿美元，并将投资3380万美元支持开发商业化可行的酶，用于生产纤维素乙醇。不仅在美国，在欧洲、加拿大等发达国家，纤维素乙醇的产业化研究工作也正在进行。截至2008年8月，全球有超过40个纤维素乙醇示范项目，第

33、二代生物燃料技术迈向商业化步伐加速。按照可再生能源中长期发展规划，到2010年，中国将增加非粮原料燃料乙醇年利用量200万t，总利用量为300万t。到2020年，生物燃料乙醇年利用量将达到1000万t。5 乙醇汽油使用现状车用乙醇汽油的研究和应用在世界各国已有较长的历史，近年来发展较快的主要原因在于：（1）环保法规对汽车尾气排放的要求越来越严格；（2）禁用MTBE（有的石油公司已开始用乙醇取代新配方汽油中的MTBE）；（3）能源结构的合理调整，特别是促进非粮食作物再生能源的发展。世界各国政府和能源行业对乙醇燃料的认识基本一致，认为乙醇汽油能改善排放，并且属于可再生的清洁燃料，在技术上是成熟的。

34、随着国民经济的快速发展，我国正在成为汽车的生产、消费大国，汽车产量和保有量逐年增长，汽油消耗量随之猛增。受资源紧缺等因素的影响，从1993年开始，我国从中东等地大量进口石油，为此国家每年需要花费巨额外汇。近年来，随着国际原油价格的不断飙升和资源的日渐趋紧，石油供求矛盾日益突出。因此，开发燃料乙醇等石油替代品，减缓石油消耗增长，改善环境污染，已成为我国能源发展的一项重要战略决策。5.1 乙醇汽油在国外的使用现状美国在1876年时就开始设计使用乙醇的引擎，随后在1908年又有福特厂的Model T引擎，使用乙醇或乙醇混合汽油为燃料。20世纪30年代，乙醇在美国第一次和汽油混合用作汽车燃料。乙醇大规

35、模用于车用燃料是在70年代第二次世界石油危机后，1978年，含10乙醇的混合汽油在内布拉斯加州大规模使用。1979年，美国国会为减少对进口原油的依赖，从寻找替代能源的角度出发，建立了联邦政府的“乙醇发展计划（使用E10，减免联邦税）”，开始大力推广使用含10乙醇的混合燃料，联邦计划的实施使美国的乙醇工业得到迅速发展，乙醇产量从1979年的1000万加仑迅速增加到1990年的8.7亿加仑。90年代，清洁空气法的实施，要求使用新配方汽油，汽油中要添加含氧量2,7%（质量分数）的含氧化合物，减少CO和挥发性有机化合物（VOCs）的排放，改善城市空气污染的困扰。这是推动美国乙醇工业发展主要动力。巴西是

36、石油资源贫乏国家之一，早在二十年代巴西就开始在汽车中应用乙醇与汽油混合燃料。第二次世界大战之后，随着石油供应的缓和，巴西乙醇与汽油混合燃料的应用停滞不前，直到1974年第一次世界石油危机才促使巴西政府下决心推行乙醇汽油计划，1975年，巴西制定并开始实施了乙醇汽油全国计划，第一批汽车使用的混合燃料是22乙醇和78汽油。1979年，当第二次石油危机来临时，巴西政府采取了一系列政策鼓励生产、使用乙醇汽油混合燃料。巴西生产燃料乙醇主要原料是甘蔗，目前生产能力:年产乙醇约1100万t。现在巴西的运输业有1/4 的汽车用酒精作燃料，其车用乙醇消费量约占汽油总量的一半。目前，世界各国都在不同程度地推广使用

37、乙醇汽油。含乙醇5%15%的乙醇汽油已在世界各国广泛使用。含乙醇85%的乙醇汽油适合高寒地区冬季使用，是为改善冷启动性能而设计的。100%的乙醇用于特殊设计的发动机，是用95%的依存和5%的水制成的。乙醇汽油在国外推广已有多年，生产和使用技术都已十分成熟。自巴西、美国率先于20世纪70年代实施乙醇发展计划，大力推广乙醇汽油以来，目前世界上已有近20个国家在推广使用乙醇汽油。美国和巴西是当今世界上最大的燃料乙醇生产和消费国，2006年美国和巴西的燃料乙醇产量分别达到1673万t、1 380万t。目前，美国已经有41个州在推广使用乙醇汽油，有乙醇加油站1000座左右，乙醇汽油占全美汽油消费的5左右

38、。巴西是世界上推广乙醇汽油力度最大和最为成功的国家，也是迄今世界上唯一不供应纯汽油的国家，汽油发动机车辆均使用乙醇汽油。巴西目前每年消耗燃料乙醇约867万t，占全部车用汽油的40%。为了减少对石油资源的依赖，加拿大、法国、瑞典、西班牙、澳大利亚、印度等国均已制定了燃料乙醇发展规划，积极推广乙醇汽油，并已形成了一定规模的生产和应用市场。2005年，欧盟燃料乙醇消费量为115万t，预计到2010年，其乙醇汽油用量可达到215257万t。预计在未来10年内，全球燃料乙醇年消费量将达到605.6681.3亿L，虽然其产量占全球汽油需求总量的比例小于5%，但燃料乙醇产量的增长将减轻汽油供应的压力，并对汽

39、油市场产生重要影响。5.2 乙醇汽油在中国的规范及使用现状我国推广乙醇汽油始于1998年，当时由于粮食库存积压，储藏这些陈化粮使国家财政不堪重负，于是政府开始考虑用玉米和小麦等陈化粮生产燃料乙醇，这样既消化了陈化粮，又解决了能源紧缺问题。2001年4月，我国颁布了变性燃料乙醇和车用乙醇汽油标准。从2002年3月起，国家开始在河南省郑州、洛阳、南阳和黑龙江省哈尔滨、肇东等5个城市进行乙醇汽油推广使用工作。2004年2月，国家发改委、财政部等8部委联合下发车用乙醇汽油扩大试点方案和车用乙醇汽油扩大试点工作实施细则，将推广试点范围扩大到黑龙江、吉林、辽宁、河南、安徽等5省及湖北、河北、山东、江苏部分

40、地区总计27个地市。目前，大部分试点地区已建立起较为完善的乙醇汽油供销网络，乙醇汽油逐步被广大消费者认同和接受。到2005年底，我国乙醇汽油的年消费量已占国内汽油消费量的20%。“十一五”期间，我国将在20个省市区全面推广乙醇汽油，并有一系列配套的政策措施。在中石化所开展的一系列科研工作的基础上，国家质量技术监督局制定了GB183502001变性燃料乙醇、GB 183512004车用乙醇汽油以及燃料乙醇、车用乙醇汽油储存运输、生产等操作规范及作业标准，燃料乙醇、车用乙醇汽油储存设施、乙醇汽油配送中心和加油站建设与改造的设计规范等一系列规范标准。在2000年以前，国内开展乙醇燃料研究及应用工作的

41、并不多。2000年9月，根据国务院领导指示，国家经贸委要求中国石化集团公司组织有关科研单位开始对乙醇作为车用燃料的可行性进行了系统研究。已经完成的的研究工作包括：燃料乙醇作为车用燃料的可行性试验研究、乙醇汽油的行车试验、燃料乙醇作为车用燃料的经济性分析、变性燃料乙醇及车用乙醇汽油国家标准的制定、燃料乙醇金属腐蚀抑制剂研究、车用乙醇汽油应用技术研究等。2002年3月，国家八部委联合颁布了车用乙醇汽油使用试点方案和实施细则，组织实施了车用乙醇汽油的使用试点工作。其中，河南省南阳、郑州、洛阳三市车用乙醇汽油使用试点工作分别于2002年3月8日、6月8日、6月18日陆续启动，中国石化集团公司分别在三个

42、试点城市完成设计规模45万吨年的车用乙醇汽油配送中心的建设，河南南阳天冠集团完成20万吨变性燃料乙醇生产装置的改造。三市试点封闭区域内的249座加油站经过改造销售车用乙醇汽油。2003年6月，车用乙醇汽油的使用试点工作在河南、黑龙江两省五市圆满结束，在车用乙醇汽油使用试点期间，约有20余万辆汽车和5万余辆摩托车使用了近20万吨车用乙醇汽油。目前，车用乙醇汽油已在全国的部分产粮大省得到广泛应用，在黑龙江、吉林、辽宁和河南，车用乙醇汽油的市场覆盖率已经达到80%以上。据介绍，在车用乙醇汽油应用最广泛的吉林省，其市场覆盖率已接近90%，去年销售乙醇汽油接近80万吨。我国目前使用的乙醇汽油是含10%乙

43、醇的E10车用汽油。一般来说，新车使用乙醇汽油，油路不会堵塞，但5000km以后要防止气门产生结焦、沉积，避免油耗上升。旧车由于油箱和油路不洁或有积水会影响使用，所以事先必须清洗，否则会出现油路堵塞、供油不足、熄火等问题。另外，E10车用乙醇汽油对部分橡胶件有溶胀作用，需要更换耐溶胀的橡胶件（高氟橡胶）。和普通车用无铅汽油相比，冷启动性和加速性无差异；E10乙醇汽油能在其汽油调和组分的基础上提高辛烷值（RON）23个单位；E10乙醇汽油能使CO排放明显下降，HC排放略下降，NOX排放略上升；油耗增加4%5%；进气阀积炭沉积物明显增加。目前，国内10个省使用乙醇汽油，其中包括：黑龙江、吉林、辽宁

44、、河南、安徽、广西等5省；江苏省徐州、连云港、淮安、盐城、宿迁等5市；山东省济南、枣庄、济宁、泰安、临沂、聊城、菏泽等7市；湖北省的武汉、襄樊、荆门、随州、孝感、十堰、宜昌、黄石、鄂州等9市；河北省的石家庄、保定、邢台、邯郸、沧州、衡水6个地区。5.3 使用乙醇汽油的环保性比较按照北部、中部、东部、南部的覆盖原则，选取黑龙江、辽宁、山东、湖北、河南、广西6省调研，所包含的城市为黑龙江哈尔滨；辽宁沈阳；山东济南；湖北武汉、宜昌；广西南宁；河南郑州。所采用之数据均来源自选择在每城市市区交通密集主干道旁设立采样点,采集了其使用乙醇汽油前后的空气数据（以CO，HC，NOx为主要指标，取监测值平均而得）

45、进行对比分析。见表5。表5 使用不同燃料前后的各类污染物监测结果比较省份CO/g·km-1CH/g·km-1NOx/g·km-1普通乙醇汽油比率/%普通乙醇汽油比率/%普通乙醇汽油比率/%黑龙江2.631.88-28.50.2170.186-14.30.1510.154+1.98辽宁2.451.74-28.90.1950.171-12.30.1360.140+2.94山东2.711.91-29.50.2140.179-16.30.1470.142-3.40湖北2.481.68-32.20.2070.182-12.10.1380.141+2.17广西2.561.73

46、-32.40.2160.191-11.60.1410.138-2.17河南2.611.84-29.50.1940.174-10.30.1390.140+0.72平均2.5731.796-30.20.2070.181-12.80.1420.143+0.373注：表中“普通”指采用乙醇汽油之前的上年同期监测城市的排放数据；“E10”指采用乙醇汽油之后的本次监测排放数据；“比率”指采用乙醇汽油前后的排放数据变化，负值代表降低比率。在黑龙江、辽宁、山东、湖北、河南、广西告示6个省份调查报告中，使用乙醇汽油期间，城市空气中的NOx，CO季均值与使用普通汽油比较有明显的下降，CO平均值由2.573 g/k

47、m下降至1.796 g/km，下降比例约30%；HC平均值由0.207 g/km下降为0.181 g/km，下降比例约12.8%。至于NOx的数据两者并无明显的增加或降低，大致维持在同一水平。使用乙醇汽油对机动车尾气排放量的优化，以上通过数据搜集汇总也已对此给出了证明。资料表明，燃料乙醇的生产原料为生物源，所以它是一种可再生的能源。此外，燃料乙醇燃烧过程中所排放的CO2和含硫气体均低于汽油燃烧所产生的对应排放物，又由于它的燃烧比普通汽油更完全，使用体积分数为10的乙醇汽油，可使汽车尾气中CO，HC排放量分别下降30和12.8，CO2的排放也微量减少。同时，作为增氧剂，燃料乙醇还可替代甲基叔丁基

48、醚（MTBE）、乙基叔丁基醚，避免对地下水的致命污染。而且，燃料乙醇燃烧所排放的CO2和作为原料的生物源生长所消耗的CO2在数量上基本持平，这对减少大气污染及抑制“温室效应”意义重大。因而，燃料乙醇被誉为“绿色能源”和“清洁燃料”。5,4 乙醇汽油缺点分析2006年国家发改委报道，我国使用乙醇汽油的试点省已实现阶段性目标，总体认为乙醇汽油在我国完全适用。在这些省份中，只有黑龙江、辽宁、吉林属于寒冷地区。乙醇汽油在其他省份的推广使用过程中，只是认为在排放方面与普通汽油有上述差别，但从北方各省使用乙醇汽油的情况来看，由于冬季气温低，乙醇汽油燃烧状况差，汽车排气管中有水分随尾气一起排出，遇低温结成薄

49、冰，覆盖在路面上，使车辆的制动距离增加，给行车带来不便。特别是在坡路地段和交叉路口极易引发交通事故，不仅影响正常的道路交通，还会造成一定的经济损失。目前，乙醇所含水分会随着汽车尾气排出的问题还没有引起国内其他地区专家学者的足够重视，而由于我国黄河以北的广大地区冬季都有结冰的问题，如果不从理论上解决这些问题，将严重影响我国乙醇汽油的普及。为了降低汽油在燃烧时产生的水蒸汽，建议可以尽量提高乙醇汽油的纯度，使排气中的含水量减少，进而避免排气管向地面滴水。乙醇汽油目前仍存在着一些需要解决的技术问题，这些问题的解决，将更有利于乙醇汽油在我国的大范围推广：（1）由于乙醇的热值比汽油低得多，因此会导致当发动

50、机供油系不变时，汽油机的功率和扭矩要下降，重量比油耗要增加；排气温度低，催化器预热时间长。（2）乙醇的气化潜热高，因而会带来不利于燃料的蒸发，使混合气形成及冷起动的困难。在发动机结构不作变动的情况下，点燃式发动机使用掺醇燃料后，汽车的驱动性能变差，动态响应不好，表现在变速及行驶中产生迟钝及蹒跚现象。特别是在发动机减速时，由于进气管压力很低，会使充气效率降低，残余废气增多，从而可能使发动机失火，HC急剧升高，使压缩终了时缸内温度降低，因而延长了混合气着火前的滞燃期。（3）乙醇的导电力、溶解力和腐蚀力比汽油强，故有可能发生乙醇吸水，与水及发动机润滑油形成乳化液，妨碍润滑油的润滑作用，使活塞头部，与活塞头道环相接触过的缸套上部、气门座处磨损加剧。并可能导致滤清器阻塞，降低其过滤能力。（4）乙醇本身的蒸气压比汽油低，蒸气压过低不利于车辆的启动和加速。但低比例乙醇与汽油的混合燃料的蒸气压却比汽油高，蒸气压过高，可能引起气阻。（5）乙醇汽油的蒸发排放比纯汽油高。乙醛排放高，乙醛还会与NO在大气中发生光化学反