纖維素乙醇產(chǎn)業(yè)進(jìn)展

第44卷第8期當代化工Vo1.44,No.82015年8月Contemporary Chemical Industryugust, 2015纖維素乙醇產(chǎn)業(yè)進(jìn)展林鑫,武國慶1.國家能源生物液體燃料研發(fā)(實(shí)驗)中心,北京100020;2.中糧營(yíng)養健康硏究院,北京102209)摘要:燃料乙醇已發(fā)展成為世界可再生能源產(chǎn)業(yè)之一,在經(jīng)濟、環(huán)境、能源等領(lǐng)域發(fā)揮著(zhù)重要作用。利用能量及環(huán)境效益更佳的木質(zhì)纖維素作為原料生產(chǎn)燃料乙醇,已是這一產(chǎn)業(yè)可持續發(fā)展的基石。自2014年下半年開(kāi)始劇烈下跌的原油價(jià)格雖然帶來(lái)了一些不確定因素,但在政策性因素引導下,世界燃料乙醇產(chǎn)業(yè)有序發(fā)展,在年產(chǎn)量創(chuàng )出新高的同時(shí),纖維素乙醇示范裝置也在加速建設。2017年纖維素乙醇生產(chǎn)能力有望突破100萬(wàn)噸。本文在綜述世界燃料乙醇產(chǎn)業(yè)發(fā)展現狀基礎上,詳細介紹了纖維素乙醇的產(chǎn)業(yè)進(jìn)展,并對纖維素乙醇的發(fā)展趨勢作了展望。關(guān)鍵詞:燃料乙醇;纖維素乙醇;產(chǎn)業(yè)化中圖分類(lèi)號:TQ21文獻標識碼:A文章編號:1671-0460(2015)08-2028-04Industry progress of Cellulosic ethanolLIN Xin", WU Guo-qing(l National Energy Research(Experimental)Center of Liquid-Biofuels, Beijing 100020, China2. COFCO Nutrition Health Research Institute, Beijing 102209, China)Abstract: Fuel ethanol has become one of the world s renewable energy industries, and plays an important role in areasIch as economy, environment and energy. To use lignocellulose with good energy efficient and environment benefit asraw material to produce fuel ethanol has become a footstone for the sustainable development of the fuel ethanolindustry. Although sharp decrease of crude oil price has brought some uncertainties in the second half of 2014, theworld ethanol industry continued development with positive policies. Not only the annual production set a new record,but also the construction of cellulosic ethanol commercial facilities accelerated. It is expected that the cellulosicethanol production capacity will exceed I million tons in 2017. In this paper, current status of the fuel ethanol industryas introduced, progress of the cellulosic ethanol industry was reviewed, and development trend of the cellulosiethanol industry is also discussedKey words: Fuel ethanol; Cellulosic ethanol; Industry progress燃料乙醇作為優(yōu)質(zhì)的液體運輸燃料,在促進(jìn)農以來(lái)一路下行,美國西德克薩斯輕質(zhì)原油WT和北村發(fā)展"、改善大氣環(huán)境、減少溫室氣體排放、海布倫特原油價(jià)格至2014年12月已下跌近50%。部分替代化石能源等方面都有許多貢獻。在美國許多人擔心會(huì )波及燃料乙醇的產(chǎn)量和利潤,實(shí)際情和巴西的帶動(dòng)下,世界已有50多個(gè)國家或地區制定況如何呢?以美國為例,燃料乙醇的價(jià)格跟隨石油了生物燃料配套政策,包括規定摻混指標或指令、價(jià)格大幅下跌,利潤縮減。然而第3、4季度美國燃給予稅收激勵。據RFA統計,2014年世界燃料乙料乙醇的產(chǎn)量卻仍維持在93-94萬(wàn)桶/的高位,RIN醇產(chǎn)量將達到創(chuàng )紀錄的7382萬(wàn)t,較上年增長(cháng)5%。(每個(gè)RN代表1加侖對應生物燃料)的價(jià)格也燃料乙醇已發(fā)展為一個(gè)世界性的新興可再生能源產(chǎn)在不斷上升。石油價(jià)格大幅下降后,美國汽油的業(yè)。纖維素乙醇較1代乙醇在凈能量、溫室氣體排消費量在達到飽和后開(kāi)始復蘇,燃料乙醇的需求量放方面有較大的優(yōu)勢,作為二代燃料乙醇在美國、隨之增加,這不僅緩解了懸而未決的“添加上限”問(wèn)巴西、歐洲、中國等國已建成上百套中試裝置,題,也促進(jìn)了低價(jià)燃料乙醇產(chǎn)量的穩定。據美國能業(yè)化裝置也已陸續投產(chǎn)源信息署(EIA)統計,2014年美國燃料乙醇產(chǎn)量當前原油價(jià)格的急劇下降是否會(huì )影響燃料乙較2013年增長(cháng)8%,達到歷史新高4271萬(wàn)t,預計醇、特別是二代纖維素乙醇的繼續發(fā)展已成為關(guān)注全年混配的燃料乙醇會(huì )占到汽油消費量的9.9‰%。纖的焦點(diǎn)。國際市場(chǎng)原油價(jià)格自2014年6月達到高點(diǎn)維素乙醇也未中國煤化工第5套纖維高技術(shù)研究發(fā)展計劃(“863”計劃),項目號:2012AA022304;國家高技術(shù)研CNMHG14AA021906。林鑫(1984-),男,湖北十堰人,碩士,2011年畢業(yè)于德國亞琛工業(yè)大學(xué)生物技術(shù)專(zhuān)業(yè),研究方向:生物質(zhì)能源與化工、工業(yè)酶制劑的應用。E-mail:linxin@cofco.com第44卷第8期林鑫,等:纖維素乙醇產(chǎn)業(yè)進(jìn)展2029素乙醇裝置投入運行后,美國總的2代乙醇產(chǎn)能將后,宣布了新的《可再生燃料標準》(RFSⅡ),要超過(guò)25萬(wàn)ta求到2020年可再生燃料消費量達到360億加侖。截另一方面,燃料乙醇的生產(chǎn)成本受到玉米等原止2015年1月,美國在其29個(gè)州建有213家燃料料價(jià)格、副產(chǎn)品價(jià)格以及消耗的化石能源價(jià)格等諸乙醇工廠(chǎng),數量接近20070年的兩倍,在建及擴建工多方面的影響,這些因素的疊加在一定程度上會(huì )減3家,預計將增加產(chǎn)能30萬(wàn)t。據RFA統計,2014輕石油價(jià)格波動(dòng)所帶來(lái)的行業(yè)沖擊。雖然美國燃料年美國燃料乙醇行業(yè)共生產(chǎn)了4271萬(wàn)t燃料乙醇乙醇價(jià)格在2014年總體下降10%,但玉米價(jià)格在及副產(chǎn)品飼料3900萬(wàn)t,創(chuàng )造就業(yè)約38萬(wàn)個(gè)(直2014年較上年下降約13。根據愛(ài)荷華州立大學(xué)的接就業(yè)84000個(gè)),貢獻530億美元GDP,帶來(lái)270研究,對于一個(gè)典型的愛(ài)荷華州干法玉米乙醇廠(chǎng)億美元家庭收人和103億美元稅收。燃料乙醇在美基于可變成本的凈回報率在2014年增加了54%。因帶動(dòng)了眾多相關(guān)行業(yè)的發(fā)展,包括農作物種植、目前的原油價(jià)格對于許多北美新油井來(lái)說(shuō)已低于成農業(yè)機械生產(chǎn)、谷物加工及儲存、酶制劑和酵母產(chǎn)本價(jià)格。在未來(lái)石油行業(yè)調整生產(chǎn),供需水平重業(yè)、法律及會(huì )計等服務(wù)行業(yè)。燃料乙醇除了對經(jīng)濟新達到平衡后,原油價(jià)格可能會(huì )走出新一輪的高價(jià)發(fā)展有重要貢獻外,對美國的能源安全也起到了周期,屆時(shí),燃料乙醇將徹底擺脫當下的困境。定的作用。美國的原油對外依存度已由2005年60%的峰值下降到2014年的28%,其中燃料乙醇貢獻在我國,燃料乙醇的價(jià)格與汽油價(jià)格掛鉤,為了7%。2014年美國生產(chǎn)的燃料乙醇相當于替代了93#汽油調撥價(jià)的9111,受?chē)鴥仍蛢r(jià)格波動(dòng)影5,12億桶用于汽油煉制的原油,這些原油比美國每響。截止2014年12月29日,國內油價(jià)已出現11l年進(jìn)口沙特阿拉伯的原油量還多,而所替代的原油連跌,對燃料乙醇企業(yè)帶來(lái)一定影響。但與此同時(shí)價(jià)值近490億美元。而中國原油對外依存度已由國家一如既往地堅持自2006年就已明確提出的非2005年的42.9%上升到2014年的596%。糧生物燃料發(fā)展方向,在“十二五”期間制訂了相應在玉米乙醇工業(yè)發(fā)展成熟后,美國政府及相關(guān)的發(fā)展規劃(如《可再生能源發(fā)展“十二五”規劃》機構看到2代燃料乙醇的趨勢,從200年開(kāi)始大力《能源發(fā)展“十二五”規劃》《國家能源科技“十二推動(dòng)纖維素乙醇的研發(fā)。2012年1月1日,美國五”規劃》《生物質(zhì)能發(fā)展“十二五”規劃》),并在取消了對糧食燃料乙醇的補貼,而1.01美元的二代2014年5月調整了燃料乙醇財政政策,決心逐步取生物燃料生產(chǎn)商稅收減免政策自2000年頒布之日消1代和1.5代燃料乙醇的補貼,轉而支持纖維素起一直延續。2012年,美國國家實(shí)驗室和工業(yè)合為原料的2代燃料乙醇在燃料乙醇企業(yè)利潤收窄、作伙伴共同完成了使用纖維素原料生產(chǎn)乙醇中試規燃料乙醇跨入能源項目、審批權限下放、試點(diǎn)規模模的技術(shù)驗證,表明其不僅在技術(shù)上可行,而且能擴大、纖維素乙醇補貼政策發(fā)布、大氣污染防治方做到成本有競爭力215美元/加侖。2013年-201案實(shí)施等機遇下,纖維素燃料乙醇在國內也有望實(shí)年兩年間,美國已建成4套纖維素乙醇示范裝置,現產(chǎn)業(yè)化發(fā)展,這對國家能源安全、社會(huì )安定均具產(chǎn)能達到18萬(wàn)ta有重要戰略意義。巴西燃料乙醇行業(yè)在2000年至2013年經(jīng)歷了重重危機。2008年金融危機后巴西經(jīng)濟不景氣、天氣1世界燃料乙醇的發(fā)展現狀因素導致甘蔗減產(chǎn)、國際糖價(jià)持續高企,此外,巴西燃料乙醇在本世紀的頭10年快速增長(cháng),年產(chǎn)政府為控制通貨膨脹實(shí)施了控制燃油價(jià)格的措施,使國內燃料價(jià)格一直低于國際價(jià)格。2011年,巴西甘量從2000年的1350萬(wàn)t增加到2010年的6984萬(wàn)蔗乙醇受此影響產(chǎn)量?jì)H為161萬(wàn)t,較2010年產(chǎn)量t。之后的兩年由于氣候條件、原料及產(chǎn)品價(jià)格等原下跌19.5%,也導致全球生物液體燃料產(chǎn)量10年來(lái)因,巴西和美國連續減產(chǎn),2013-2014年全球燃料首次下跌。2012年的產(chǎn)量與2011年持平,較2008乙醇產(chǎn)量回暖,2014年產(chǎn)量達到7382萬(wàn)t。表年降低13.8%。2012年巴西擁有的約400座燃料乙醇列出了2014年世界燃料乙醇估計產(chǎn)量及分布狀況。廠(chǎng)有41座停產(chǎn),甘蔗單產(chǎn)由208年的115公頃降表12014年世界燃料乙醇估計產(chǎn)量分布低到2012年的69公頃,2011年巴西首次進(jìn)口美國Table 1 Estimating world fuel ethanol production in2014玉米燃料乙醇。由于燃料乙醇供應量短缺,價(jià)格喪失美國巴西歐洲中國加拿大泰國印度阿根廷其他優(yōu)勢,2010-2012年,巴西政府多次降低了乙醇汽油4271184943223315293摻混比例,從中國煤化工擊價(jià)格穩定。2013年,國CNMHG月上調乙摩美國2007年通過(guò)能源獨立與安全法(ESA)汽油摻混比例出2%提同到23%,開(kāi)且兩次上調20302015年8月汽油銷(xiāo)售價(jià)格,并于5月份岀臺法案減免含水乙醇消萬(wàn)ta規模的纖維素乙醇示范裝置投λ試運行,累計費稅。據USDA-FAS統計,2013年巴西燃料乙醇產(chǎn)產(chǎn)能超過(guò)40萬(wàn)ta表2和表3列出了世界2我量預計1872萬(wàn)t,接近2008年生產(chǎn)水平(1933萬(wàn)國主要纖維素乙醇示范裝置,預計到2017年t),204年的產(chǎn)量與此持平為1849萬(wàn)t。全球至少有25個(gè)項目投產(chǎn),纖維素乙醇年生產(chǎn)能力巴西蔗渣原料豐富,其國內企業(yè)積極聯(lián)合國際超過(guò)100萬(wàn)t知名能源及生物技術(shù)企業(yè)開(kāi)發(fā)以蔗渣為原料的二代目前,在建最大的纖維素乙醇商業(yè)化裝置為杜纖維素乙醇技術(shù)。由巴西國家開(kāi)發(fā)銀行( BNDES)邦公司位于美國 Nevada的9萬(wàn)ta裝置,正處于項提供3億雷亞爾(約合77億元)貸款, Granbio公目收尾階段,將于2015年初投產(chǎn)。2014年9月和司建設的巴西首套裝置已經(jīng)投產(chǎn),項目采用Beta10月 Abengoa公司位于美國雨果頓( Hugoton)以及Renewable的Poes技術(shù),康泰斯公司提供關(guān)鍵設POET-DSM先進(jìn)生物燃料公司位于美國埃米茨堡備,DSM公司提供工業(yè)酵母,諾維信公司提供酶制( Emmetsburg)的75萬(wàn)ta裝置分別運行投產(chǎn)。巴劑。 grannie公司的目標是到2020年在巴西投產(chǎn)累西的 Granbio公司采用 Beta renewables公司預處理計近79萬(wàn)t的二代燃料乙醇工廠(chǎng)技術(shù)于2014年9月建成65萬(wàn)ta裝置,該裝置以我國在2000-2001年,為消化陳化糧批準了4稻草和蔗渣為原料,采用 Beta renewables公司個(gè)燃料乙醇項目。此后,在黑龍江、吉林、河南、 Presa(R技術(shù),整個(gè)工廠(chǎng)分為兩個(gè)部分,纖維素乙醇安徽等省陸續封閉推廣使用加入10%比例燃料乙醇廠(chǎng)投資1.9億美元,蒸汽及電廠(chǎng)投資0.75億美元的乙醇汽油。2007年,陳化糧消化結束,非糧原料電廠(chǎng)除保障2個(gè)工廠(chǎng)的全部電力、蒸汽外,可年外燃料乙醇得到發(fā)展。自2007年首套非糧燃料乙醇裝供電力135GW·h。同樣在巴西的 Raizen公司,在置——廣西中糧生物質(zhì)能源有限公司20萬(wàn)ta木薯現有甘蔗乙醇工廠(chǎng)的基礎上擴建,采用 logen公司乙醇項目竣工投產(chǎn)以來(lái),非糧燃料乙醇產(chǎn)能已達90預處理技術(shù),在2014年底建成3.2萬(wàn)ta纖維素乙萬(wàn)噸/,年節省糧食約280萬(wàn)t。其中,2011年,醇示范裝置。河南天冠企業(yè)集團有限公司建成了以木薯為原料總表2世界主要纖維范裝置"6能力30萬(wàn)ta燃料乙醇生產(chǎn)裝置,同年完成萬(wàn)噸級Table 2 Main pilot-scale cellulosic ethanol projects in the纖維乙醇項目的建設;2012年,中糧生物化學(xué)(安原料及技術(shù)方案徽)股份有限公司對原有裝置進(jìn)行改造,形成15資方及規模及投資產(chǎn)品方案萬(wàn)ta木薯乙醇產(chǎn)能;2012年5月,山東龍力生物Ineos biM$植物及木材廢熱化學(xué)氣化和細科技有限公司5.15萬(wàn)ta纖維燃料乙醇項目獲得國美國(OEO.5菌發(fā)酵技術(shù)生產(chǎn)2013.081,USDA0.75乙醇+6MW電力家發(fā)展改革委批復,當年投產(chǎn)。1中性汽為促進(jìn)非糧燃料乙醇的發(fā)展,2013年10月至大60:20竹,乙醇電力條酶銜2013102014年2月,廣東中能酒精有限公司年產(chǎn)15萬(wàn)t糖共發(fā)酵木薯燃料乙醇項日、中國石化東鄉10萬(wàn)ta木薯燃稀酸汽爆預處OET-DSM75kua,250玉米秸稈、玉米理,纖維素酶解料乙醇項目、浙江燃料乙醇有限公司年產(chǎn)30萬(wàn)tM8芯,乙醇+沼氣戊糖尼糖共發(fā)201409木薯燃料乙醇項目、海南椰島(集團)股份有限公司年產(chǎn)10萬(wàn)t木薯燃料乙醇項目獲得國家發(fā)展改革Cmbi190M8+75醇+1356w∴h技術(shù),諾維信公201409公司共發(fā)酵菌株委批準,產(chǎn)能共計65萬(wàn)ta。2014年,我國燃料乙稀酸汽爆預處醇年產(chǎn)量約233萬(wàn)t,其中纖維素乙醇3.2萬(wàn)t,批5kta,350玉米秸稈、麥秸,理,纖維素酶乙醇+21MW電復產(chǎn)能上升至310萬(wàn)ta。目前,已經(jīng)封閉運行、實(shí)DOE 134現乙醇汽油試點(diǎn)使用的省市包括黑龍江、吉林、遼稀酸寧、河南、安徽、廣西6省、區及河北、山東、湖logen& Raizen3l.6ka,100蔗渣、秸稈,乙izen公2014.12北、江蘇、內蒙古5省、區的30個(gè)地市,全國E10甘蔗乙醇乙醇汽油的使用量約占汽油表觀(guān)消費量的24%。近90kta,276玉米秸稈、玉米素酶解,戊糖/2015年2年,浙江、江西、廣東、海南等省有望陸續加入己糖共發(fā)霹初封閉區域,開(kāi)展乙醇汽油試點(diǎn)中性汽爆預處Beta- Renewables60kha10芒草和柳枝稷,理,纖維素酶解2纖維素乙醇產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展(USDA 0.99)戊糖尼糖共發(fā)①DOE0.5和中國煤化工擔保的免息貸款至2012年底,世界已建成上百套纖維素乙醇額度(單位:百萬(wàn)(USDA)提供擔CNMHG9指美國農業(yè)部中試裝置2013~2014年,國內外先后有7套3-7.5醇廠(chǎng)投資19億美元,蒸汽及電廠(chǎng)投資075億差公);③纖維素乙第44卷第8期林鑫,等:纖維素乙醇產(chǎn)業(yè)進(jìn)展我國已建成的纖維素乙醇裝置有山東龍力以物質(zhì)熱電聯(lián)產(chǎn)、醇一電聯(lián)產(chǎn)綜合利用,繼續推動(dòng)非玉米芯廢渣為原料的515萬(wàn)ta裝置和河南天冠的糧燃料乙醇試點(diǎn),2017年生物液體燃料產(chǎn)能要達到沼氣(主要來(lái)自戊糖乙醇(來(lái)自葡萄糖)聯(lián)500萬(wàn)t。隨著(zhù)產(chǎn)業(yè)化環(huán)境的改善,以及各項支持政產(chǎn)裝置。在建及規劃的項目包括、吉林燃料乙醇引策的落實(shí),纖維素乙醇示范裝置的建設逐步加速。進(jìn)杜邦工藝的8萬(wàn)噸/年裝置以及安徽國禎和意大我國燃料乙醇的發(fā)展已步入轉換期,近期纖維素乙利M&G的合資項目、河南天冠的4套3萬(wàn)ta纖維醇商業(yè)化裝置的正常運行,更預示著(zhù)燃料乙醇新的素乙醇規劃項目發(fā)展機遇已經(jīng)來(lái)臨。表3我國纖維素乙醇主要示范裝置參考文獻Table 3 Main pilot-scale cellulosic ethanol projects in[I Renewable Fuels Association. 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A review of cellulosic biofuel commereial國家環(huán)境保護部聯(lián)合發(fā)布了《能源行業(yè)加強大氣污"nI- Bioprod Bioref, 2染防治工作方案》。方案指出,為有效利用可再生能中國煤化工源,將積極推進(jìn)生物質(zhì)能的開(kāi)發(fā)利用,重點(diǎn)推動(dòng)生CNMHG第2035頁(yè))第44卷第8期王超,等:原油破乳研究進(jìn)展2035易造成環(huán)境污染。因此低污染的破乳劑,還有待于[9葛衛學(xué)電脫法污油脫水室內實(shí)驗研究D中國石油大學(xué)20165進(jìn)一步研制。另外,化學(xué)破乳劑往往對環(huán)境pH值10]Rodionova G.S., Kelesoglu J. Sjoblom. AC field induced destabilizationoil emulsions hased on North Sea acidic crude oil溫度、含水量有要求,因此普適性強的化學(xué)破乳劑Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects有待開(kāi)發(fā)。2014.48:60-66生物破乳法具有成本低、能耗小、工藝簡(jiǎn)單等Il] Wang J, et al. Synthesis of dendritic polyether surfactants for demulsification[J]. Separation and Purification Technology, 2010, 73優(yōu)勢。然而菌株采集和篩選過(guò)程周期長(cháng)。而且生物破乳也存在著(zhù)破乳效率低、適應性弱等缺點(diǎn)。因此,12] Abdel Azim, A.A., et al. Demulsifier systems applied to breakdown培養高效、適應性強的破乳菌株已經(jīng)成為一個(gè)重要petroleum sludge[J]. Journal of Petroleum Science and Engineering2011.78(2:364-370.熱點(diǎn)研究方向。[13]侯志峰等.超支化聚酰胺一胺的合成及破乳效果J.油氣田地面綜上所述,今后破乳方法主要方向為無(wú)污染化工程,2013(10:27-28普適化、低能耗、低成本。[14] Hezave A.Z., et al. Investigating the effect of ionic liquid(1-dode1-3-methylimidazolium chloride (C12 mim] ICID) on the water/參考文獻oil interfacial tension as a novel surfactant(J). Colloids and Surfac1]李明遠等.原油乳狀液穩定性硏究Ⅵ界面膜特性與原油乳狀液穩es A: Physicochemical and Engineering Aspects, 2013, 421: 63定性J石油學(xué)報石油加工,1998(03:4-8[2]Binner E R, et al. Investigation into the mechanisms by which microwaveal. Stability mechanism of w/Oheating enhances separation of water-in-oil emulsions. Fuel, 2014, 116tabilized by polymer and surfactant[J]. Colloids and Surfaces A16-521Physicochemical and Engineering Aspects, 2011, 384(1-3): 555-560[3 Evdokimov, I.N., A.P. Losev. Microwave treatment of crude oil emulsion[16]竇建芝,含羧酸鹽表面活性劑的原油采出液破乳劑[油氣田地Effects of water content([J]. 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