燃料乙醇的發(fā)展及應用研究

第44卷第10期 Vol.44, No.10015年10月當代化 Contemporary Chemical Industry October,2015燃料乙醇的發(fā)展及應用研究趙婷婷1,胡亞楠2,孫玉蘭2(1.遼寧石油化工大學(xué)機械工程學(xué)院,遼寧撫順1130012.遼寧石油化工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院,遼寧順113001摘要:由于汽車(chē)保有量的持續增加所帶來(lái)的能源與環(huán)境污染雙重壓力使得汽車(chē)替代能源的研究顯得越發(fā)迫切。主要闡述了燃料乙醇研發(fā)的必要性介紹燃料乙醇的國內外發(fā)展概況,指出我國在燃料乙醇的發(fā)展過(guò)程中存在的主要問(wèn)題,并提出我國未來(lái)燃料乙醇的發(fā)展方向。關(guān)鍵詞:乙醇汽油;替代能源;前景中圖分類(lèi)號:TE624文獻標識碼:A文章編號:1671-460(2015)10-2374-03 Study on Development and Application of Ethanol Fuel ZHAO Ting-ting', HU Ya-nan2, SUN Yu-lan 2 (1. School of Mechanical Engineering, Liaoning Shihua University, Liaoning Fushun 113001, China; 2. School of Mining Engineering, Liaoning Shihua University Liaoning Fushun 113001, China) Abstract: The research of automotive alternative energy is becoming more and more urgent because of the double pressure of energy and environment pollution wh nt s caused by the increasing of car ownership. In this paper, the necessity of research and development of fuel ethan hom s expounded, the development overview of fuel ethanol at ome and abroad was introduced, the main problems existing in the development of fuel ethanol in China were pointed out, and the future development direction of China's fuel ethanol was put forward. Key words: Ethanol-gasoline; Alternativ隨著(zhù)汽車(chē)保有量的增加,環(huán)境問(wèn)題和能源安全料乙醇在環(huán)境保護、緩解能源危機、促進(jìn)國民經(jīng)濟問(wèn)題日益凸顯,減少化石能源消耗、發(fā)展替代能源發(fā)展等方面具有重大意義。是實(shí)現汽車(chē)產(chǎn)業(yè)可持續發(fā)展的必由之路。我國是個(gè)表1汽油和乙醇的主要理化特性 of gasoline石油對外依存度很高的國家,研發(fā)替代能源更顯緊 Table Main physical and cethaioal properties ical and chen迫。乙醇汽油已成功地用于汽油機上,在緩解石油項目乙醇汽油能源消耗的同時(shí),能顯著(zhù)地降低有害氣體的排放?；瘜W(xué)分子式 C2HSOH C-Ci2然而,任何事物都存在多面性,隨著(zhù)清潔替代能源理論空燃比914.8的發(fā)展,乙醇汽油現有工藝生產(chǎn)成本高、利潤低及低熱值/(MJ·kg)27.243.5與民爭糧等弊端日益凸顯,又面對種種困難。研究法辛烷值108709734.80-0.11乙醇汽油的主要理化特性氧質(zhì)量分數%乙醇汽油(Ethanol gasoline)是變性燃料乙醇與2燃料乙醇的國外發(fā)展概況無(wú)鉛汽油以體積比1:9的比例組成的混合物。表能源基金會(huì )中國2014年5月發(fā)布的題為《世1為乙醇的主要理化特性。界主要國家生物液體燃料產(chǎn)業(yè)政策》的研究報告指乙醇的研究法辛烷值為108,在汽油中加入乙出,燃料乙醇的生產(chǎn)國主要分布在北美、中美、南醇后可提高汽油的辛烷值,可以替代甲基叔丁基醚美以及歐洲和亞洲。2013年美國燃料乙醇以3990(MTBE),消除甲基叔丁基醚帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題。萬(wàn)t的產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的56.77%,位居第一位,另外,由于加入乙醇后燃料的辛烷值提高,可以通其次是巴西,其產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的26.75%。2013過(guò)提高壓縮比的方式來(lái)提高發(fā)動(dòng)機的熱效率。乙醇年世界各國燃料乙醇的產(chǎn)量分布如圖1所示。的含氧量為34.8%,汽油中加入乙醇后可以提高混2.1美國燃料乙醇的發(fā)展概況合燃料中的含氧量,使燃料燃燒更加充分,從而使為了緩解能源危機和解決環(huán)境污染問(wèn)題,1978汽車(chē)尾氣中的CO和HC含量減少因此,發(fā)展燃年,美國開(kāi)始發(fā)展生物乙醇。從上世紀90年代美國收稿日期:2015-04-02作者簡(jiǎn)介:趙婷婷(1992-),女,遼寧朝陽(yáng)人通訊作者:胡亞楠(1980-),女,講師,碩士,研究方向:從事發(fā)動(dòng)機性能及車(chē)用燃料方面的研究。-mail: :(1980-),, e-mail: yananhul980@163.coma980163.com第44卷第10期趙婷婷,等:燃料乙醇的發(fā)展及應用研究2375實(shí)現燃料乙醇的商業(yè)化生產(chǎn)開(kāi)始,其乙醇產(chǎn)量一直醚直接調和而成。2013年,歐盟以約411.3萬(wàn)t的處于平穩增長(cháng)狀態(tài)。自2006年生物燃料乙醇產(chǎn)量超乙醇產(chǎn)量,占世界乙醇總產(chǎn)量的5.85%過(guò)巴西以后,美國一直穩居世界最大燃料乙醇生產(chǎn)國的位置。2011年美國乙醇產(chǎn)量達到4170萬(wàn),這3我國燃料乙醇的發(fā)展問(wèn)題2012年4月,美國環(huán)保署(EPA)通過(guò)了一3使美國減少了4.8億桶石油的進(jìn)口。正因如此1我國燃料乙醇發(fā)展概況生物燃料乙醇在巴西、美國應用多年,技術(shù)上劃,汽油中乙醇調合比例由先前的10%提高到15,已十分成熟,而我國在燃料乙醇發(fā)展方面起步卻比以供2001年及以后生產(chǎn)的汽車(chē)和卡車(chē)使用。這意較晚。2004年2月,經(jīng)國務(wù)院同意,國家發(fā)改委等8味著(zhù)美國將近三分之二的車(chē)輛都可以使用含有1%部門(mén)聯(lián)合制定頒布了《車(chē)用乙醇汽油擴大試點(diǎn)工作乙醇的乙醇汽油混合燃料,足以證明乙醇汽油在節實(shí)施細則》和《車(chē)用乙醇汽油擴大試點(diǎn)方案》,車(chē)用能減排方面所具有的優(yōu)勢。乙醇汽油試點(diǎn)工作全面啟動(dòng)。從2004年4月起,在黑龍江、吉林、遼寧、河南、安徽五省全部地區,以2.972.3322331■美國及河北、山東、江蘇、湖北四省部分地市全面推廣5.8■巴西使用車(chē)用乙醇汽油。到2006年底,車(chē)用乙醇汽油56.77歐盟在上述各省轄區基本實(shí)現了普及,中國成為世界上26.75中國■印度第三大生物燃料乙醇生產(chǎn)國。圖2為2002-2013年間加拿大中國燃料乙醇產(chǎn)量變化情況?！銎渌陙?lái),越來(lái)越多的人把糧食價(jià)格上漲歸結于乙醇產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,叫停玉米制乙醇項目的呼聲越來(lái)越高圖12013年世界燃料乙醇產(chǎn)量分布 Fig. Yield distribution of the world fuel ethanol in 2013。在這種形式下,國家優(yōu)惠政策逐漸收攏。自20062.2巴西燃料乙醇的發(fā)展概況年開(kāi)始,國家先后出臺調整政策,明確要求暫停玉米巴西不僅是世界上最早使用生物燃料的國家,乙醇加工項目的核準,全面清理在建和擬建的乙醇項也是世界上最早通過(guò)強制手段推廣使用乙醇汽油混目提出“因地制宜,非糧為主”的發(fā)展原則,大力合燃料的國家。早在1931年,巴西政府就通過(guò)法令,鼓勵發(fā)展非糧生物燃料。2007年6月,國務(wù)院召開(kāi)可要求全國所有地區必須銷(xiāo)售含有2%~5%無(wú)水乙醇再生能源會(huì )議,正式叫停玉米燃料乙醇項目,要求產(chǎn)的汽油。業(yè)在“不得占用耕地,不得消耗糧食、不得破壞生態(tài)為了緩解石油危機所帶來(lái)的能源壓力,巴西政環(huán)境的原則下堅持發(fā)展非糧燃料乙醇中國現存府在1973年決定給予財政補貼以增加燃料乙醇的的非糧食生物質(zhì)原料十分豐富,主要有木質(zhì)纖維類(lèi)能使用量。巴西的乙醇工業(yè)直到1975年才真正開(kāi)始,源植物、農林廢棄物和非糧的能源作物等巴西政府充分利用本國的土地資源,以甘蔗為主要800原料生產(chǎn)乙醇燃料。目前,巴西乙醇汽油混合燃料700中乙醇所占比重是世界上最高的,巴西也是世界上600500唯一不供應純汽油作為汽車(chē)燃料的國家。而且巴西400燃料乙醇生產(chǎn)成本是世界上最低的,其成本僅為中300國以玉米為原料的1/2,為歐洲以小麥為原料的1/3。200至2008年3月,巴西國內有50%的汽油為生100物乙醇所取代,全國共有33000個(gè)加油站供應100%乙醇燃料,使用純生物乙醇作為汽車(chē)燃料的車(chē)輛達400萬(wàn)輛,其他車(chē)輛使用的燃料中乙醇所占比例為年份圖22002-2013年中國燃料乙醇產(chǎn)量變化25%。2013年,巴西以約1880.1萬(wàn)t的乙醇產(chǎn)量,Fig. Production cha2002and2013 ges of fuel ethanol in China between占世界乙醇總產(chǎn)量的26.75%2.3歐盟燃料乙醇的發(fā)展概況目前,我國生產(chǎn)燃料乙醇的原料正朝著(zhù)多元化在歐盟的交通運輸中,燃料消耗總量中約有方向發(fā)展,并且積極應用轉基因技術(shù)選育和開(kāi)發(fā)能20%是生物乙醇,其原料主要是甜菜和小麥。歐盟源作物原料,雖然已經(jīng)取得一定成果,但這些技術(shù)使用的生物燃料主要是通過(guò)乙醇與合成乙基叔丁基在我國還處于起步階段,與國外相比還有很大距離。2376當代化工2015年10月可以說(shuō),我國生物燃料乙醇產(chǎn)業(yè)要想達到國際先進(jìn)3.3我國燃料乙醇的發(fā)展方向水平,尚要面臨諸多困難和問(wèn)題。3.3.1大力發(fā)展纖維素乙醇技術(shù)3.2我國發(fā)展燃料乙醇面臨的問(wèn)題纖維素乙醇是非糧燃料乙醇最為理想的選擇,3.2.1乙醇汽油應用的技術(shù)問(wèn)題能從根本上解決燃料乙醇原料成本高、原料有限的乙醇的親水性大于親油性,容易因吸水而造成問(wèn)題纖維素乙醇的主要原料是農作物秸稈、皮分層現象,因此,要嚴格控制乙醇汽油使用的各個(gè)殼,它們不僅價(jià)格低廉,而且我國資源風(fēng)富據國環(huán)節中的游離水,以保證乙醇汽油的正常使用;乙家農業(yè)部和林業(yè)部提供的數據顯示,中國秸稈資源醇的汽化潛熱大,會(huì )影響摻醇燃料的蒸發(fā),不利于量和林業(yè)廢棄物資源量?jì)α控S富,亟待開(kāi)發(fā)汽車(chē)加速,且低溫條件下會(huì )使發(fā)動(dòng)機啟動(dòng)性能變差;纖維素乙醇技術(shù),是一種高端的清潔能源技術(shù)乙醇汽油的穩定性差,因此必須對乙醇汽油的儲然而由于纖維素乙醇的技術(shù)瓶頸尚未解決,較高的等相關(guān)設施進(jìn)行改造、建設;燃料乙醇的生產(chǎn)技術(shù)技術(shù)門(mén)檻使其無(wú)法實(shí)現產(chǎn)業(yè)化和商業(yè)化。在作為二還比較落后,無(wú)論是生產(chǎn)工藝、環(huán)境保護,還是能代燃料乙醇的纖維素乙醇還沒(méi)有實(shí)現產(chǎn)業(yè)化的今源消耗、原材料轉化效率等都落后于美國和巴西。天,我們只能利用非糧食作物作為二代生物燃料乙醇的替代原料。雖然如此,很多企業(yè)和研究機構都3.2.2乙醇汽油生產(chǎn)的經(jīng)濟問(wèn)題目前,生產(chǎn)成本過(guò)高是制約我國生物燃料乙醇在進(jìn)行相關(guān)研究,希望纖維素乙醇的技術(shù)瓶頸能夠早日被攻破,為我國可再生能源的發(fā)展開(kāi)辟更多的產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要因素。例如,吉林燃料乙醇廠(chǎng)是目途徑?；蛟S這個(gè)過(guò)程充滿(mǎn)艱辛,或許會(huì )很漫長(cháng),但前國內以玉米為原料制備乙醇水平較高的,采用的我們有理由相信這一天一定會(huì )到來(lái)。全部是國外的先進(jìn)技術(shù)設備,就是這樣的一家企業(yè),3.32進(jìn)口乙醇或成未來(lái)發(fā)展方向生產(chǎn)1噸生物燃料乙醇要消耗的玉米量為3.1t,要與我國燃料乙醇產(chǎn)業(yè)起步較晚、技術(shù)落后、成消耗的標準煤為05~0.6t,要消耗水8t左右,這個(gè)本較高的現狀相比,巴西、美國的燃料乙醇產(chǎn)業(yè)起耗能遠遠高于美國,如美國生產(chǎn)1噸生物燃料乙醇步較早,技術(shù)成熟,具有年產(chǎn)量超過(guò)1000萬(wàn)t的生只消耗標準煤0.4。對于我國四家生產(chǎn)燃料乙醇產(chǎn)能力,并且對中國進(jìn)口其生產(chǎn)的燃料乙醇持歡迎的基地,生產(chǎn)1t燃料乙醇的綜合成本在7000元以的態(tài)度。上,這要比美國高出17%。隨著(zhù)煤、電及原料價(jià)格自2010年1月1日起,我國將乙醇進(jìn)口關(guān)稅降的上漲,燃料乙醇的成本還會(huì )上升。因此,要加快至5%,而原本是30%。2012年3月,中國石化開(kāi)燃料乙醇產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,必須發(fā)展其生產(chǎn)工藝。始尋求與國際燃料乙醇企業(yè)合作,并將推廣生物燃3.2.3政府扶持力度減小料乙醇作為綠色低碳戰略的重要組成部分。歐美等發(fā)達國家的生物能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展較快,他2013年年末,1.05萬(wàn)t燃料乙醇的裝卸工作在們的成功經(jīng)驗表明,發(fā)展生物能源產(chǎn)業(yè)離不開(kāi)政府中國江蘇鎮江碼頭順利完成接卸工作,這是中國首的支持。而在我國燃料乙醇產(chǎn)業(yè)發(fā)展的初期,國家船進(jìn)口燃料乙醇,標志著(zhù)燃料乙醇上游資源國際貿通過(guò)財政補貼等優(yōu)惠政策促進(jìn)其發(fā)展,但是到了易環(huán)節徹底被中國石化打通,為中國后續進(jìn)口燃料2007年,燃料乙醇項目審批權被收回,以玉米為原乙醇奠定了基礎在非糧乙醇生產(chǎn)技術(shù)瓶頸與成本料的項目被正式叫停,燃料乙醇生產(chǎn)企業(yè)所得到的問(wèn)題解決之前,進(jìn)口乙醇或成為一段時(shí)間內國內乙財政補貼逐漸“縮水”。燃料乙醇生產(chǎn)企業(yè)在2012醇的主要來(lái)源。年得到的財政補貼比2010年減少了一半。4結論2013~2015年,以糧食為原料的生物燃料乙醇財政補貼標準分別為:2013年300元/t、2014年200元燃料乙醇用于發(fā)動(dòng)機不僅能夠緩解能源危機,且能夠顯著(zhù)降低有害氣體排放,是目前最為現實(shí)可t、2015年100元/t,2016年以后不再補貼。另外,2011年,對特定生產(chǎn)變性燃料乙醇的企行的生物能源形式。乙醇燃料在其發(fā)展的過(guò)程中雖然也存在一些這樣或那樣的問(wèn)題,但是不可再生能業(yè)免除消費稅的政策被取消,逐年恢復其征收比例源必將被可再生能源所替代這一發(fā)展趨勢是不可扭自2015年,恢復征收其5%的消費稅。與此同時(shí),變轉的。我們相信,燃料乙醇的發(fā)展是符合時(shí)代發(fā)展性燃料乙醇定點(diǎn)生產(chǎn)企業(yè)增值稅先征后退的政策被需求的,我們要做的就是最大程度的發(fā)揮其優(yōu)勢為取消。這些優(yōu)惠政策被取消以后,無(wú)疑使生產(chǎn)企業(yè)人類(lèi)服務(wù),而努力減小其在發(fā)展過(guò)程中潛在的負面成本壓力越來(lái)越大。影響。(下轉第2380頁(yè))2380當代化工2015年10月約100倍關(guān)系,與細混合沙堆相同的是700μm沙型防風(fēng)網(wǎng)的堆前存在降塵區域,揚塵多發(fā)生于迎風(fēng)粒起塵量遠遠多于其他粒徑區間的分布量圖9為面的下半部分,網(wǎng)板與垛堆之間顆?；亓鲊乐?揚細混合沙堆和粗混合沙堆表面沙粒起塵數量比隨位塵多降落于堆前;無(wú)防風(fēng)網(wǎng)和設圓孔平板防風(fēng)網(wǎng)的置變化曲線(xiàn)圖。細混合沙堆和粗混合沙堆,在相同情況下,料堆迎風(fēng)面的上半部分為主要揚塵區。密度下,顆粒數量比與質(zhì)量比分布變化規律則是完(2)混合粗糙沙堆的顆粒起塵總量較細混合沙全相反的。堆的起塵量少很多,約100倍關(guān)系,且與細混合沙0.6堆相同的是900~450μm之間的沙粒起塵量遠遠多0.5于其他粒徑區間的分布量。實(shí)驗所用沙堆中<185um7000.4400900~450m粒徑沙的揚塵質(zhì)量比最大,隨沙粒直2400.3280-185um100 .10m/sum徑的降低其對應的質(zhì)量比也逐次降低,而數量比的規律與質(zhì)量比的完全相反。0.2450-280um0.1參考文獻:0900-450um]SAlhajraf. 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