燃料乙醇

發(fā)酵法采用各種含糖(雙糖)、淀粉(多糖)、纖維素(多縮己糖)的農(nóng)產(chǎn)品， 農(nóng)林業(yè)副產(chǎn)物及野生植物為原料，經(jīng)過水解(即糖化)、發(fā)酵使雙糖、多糖轉(zhuǎn)化為單糖并進一步轉(zhuǎn)化為乙醇。淀粉質(zhì)在微生物作用下，水解為葡萄糖，再進一步發(fā)酵生成乙醇。發(fā)酵法制酒精生產(chǎn)過程包括原料預(yù)處理、蒸煮、糖化、發(fā)酵、蒸餾、廢醪處理等。

成熟的發(fā)酵醪內(nèi)，乙醇質(zhì)量濃度一般為8-10%(w)。由于原料不同，水解產(chǎn)物中乙醇含量高低相異，如谷物發(fā)酵醪液中乙醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不高于12%,纖維素可用酶或酸水解，如亞硫酸法造紙漿水解液中僅含乙醇約1.5%。除含乙醇和大量水外，還有固體物質(zhì)和許多雜質(zhì)，需通過蒸餾把發(fā)酵醪液中的乙醇蒸出，得到高濃度乙醇，同時副產(chǎn)雜醇油及大量酒糟。

脫水技術(shù)是燃料乙醇生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)之一。從普通蒸餾工段出來的乙醇，其最高質(zhì)量濃度只能達到95%，要進一步的濃縮，繼續(xù)用普通蒸餾的方法是無法完成的，因為此時，酒精和水形成了恒沸物(對應(yīng)的恒沸溫度為78.15℃)，難以用普通蒸餾的方法分離開來。為了提高乙醇濃度，去除多余的水分，就需采用特殊的脫水方法。

制備燃料乙醇的方法主要有化學(xué)反應(yīng)脫水法、恒沸精餾、萃取精餾、吸附、膜分離、真空蒸餾法、離子交換樹脂法等。

世界酒精的66%用于燃料，14%用于食用，11%用于工業(yè)溶劑，9%用于其它化學(xué)工業(yè)。發(fā)酵酒精作車用燃料有兩種方式: 其一是配制汽油和無水酒精的混合物--汽油醇，酒精在混合物中的比例最高可達25%。用汽油醇作汽車燃料時，可以利用原有的汽車發(fā)動機;其二是直接利用酒精作為汽車燃料， 這時必需使用專門設(shè)計的，具有更高壓縮比的發(fā)動機。在這方面， 巴西走在最前面。早在1989 年，巴西以甘蔗、糖蜜、木薯、玉米為原料年產(chǎn)發(fā)酵酒精12Mt以上，幾乎全部用來代替汽油， 大部分采用第二種方式作為汽車的燃料。從那時起， 巴西已經(jīng)不再進口原油， 少量國產(chǎn)原油還可出口， 率先實現(xiàn)了汽車燃料的酒精化。巴西的乙醇產(chǎn)品中普通乙醇占2/3，無水乙醇占1/3。也是世界上最大的燃料乙醇生產(chǎn)和消費國，也是唯一不使用純汽油作為汽車燃料的國家。

1908年，美國人設(shè)計并制造了世界上第一臺純乙醇的汽車，1930年乙醇/汽油混合燃料在美國內(nèi)布拉斯加州首次面市，1978年含10%乙醇的混合汽油在內(nèi)布拉斯加州大規(guī)模使用。1990年11月，美國國會通過空氣清凈法修正案，要求從1992年冬季開始，美國39個CO排放超標(biāo)地區(qū)必須使用含氧量質(zhì)量分?jǐn)?shù)達2.7%的含氧汽油(相當(dāng)于添加體積分?jǐn)?shù)為7.7%乙醇)。美國乙醇生產(chǎn)能力70.78億L/a，58個乙醇生產(chǎn)廠分布在美國19個州，其主要原料為玉米約占90%，高粱等其他原料占10%。

歐盟每年約生產(chǎn)176萬t酒精。1997年只有5.6%用于燃料。1994年歐盟通過決議，給予生物燃料的中試工廠以免稅。并在2010年使燃料酒精的比例達到12%。因此一些后續(xù)的國家如荷蘭、瑞典和西班牙也出臺了生物能源計劃。

泰國是亞洲第一個由政府開展全國生物燃料項目的國家。在短短的兩年時間內(nèi)，泰國成功地開展了乙醇和燃料酒精項目， 這些項目提供了利用過剩的食用農(nóng)產(chǎn)品的途徑，對提高泰國農(nóng)村幾百萬農(nóng)民的生活水平起到了積極作用。

印度是僅次于中國的亞洲第二大酒精生產(chǎn)國。設(shè)計的生產(chǎn)能力約為200萬t，實際開工率為50 %左右。主要原料糖蜜每年用量為500萬t。印度的酒精50%用于著名的印度香料和各種有機合成。政府對不同用途的酒精收以不同的稅率。一度政府暫時停止食用酒精的生產(chǎn)，導(dǎo)致了酒精產(chǎn)量的下滑。盡管印度的糖蜜資源不夠，但是印度政府還是準(zhǔn)備效法巴西推出"酒精汽油計劃"。

中國在吉林年產(chǎn)60萬噸和河南年產(chǎn)30萬噸燃料乙醇項目分別于2001年9月于2004年開工建設(shè)，另外，河南天冠年產(chǎn)30萬噸與黑龍江華潤金玉年產(chǎn)10萬噸燃料乙醇的改擴建項目已分別于2000年和2001年完成，并在當(dāng)?shù)亻_始了乙醇汽油的試用工作。從2001年開始，中國先后在河南、黑龍江開始試用車用乙醇汽油，采取地方立法的手段在試點城市封閉運行。河南先在南陽、洛陽、鄭州三市使用車用乙醇汽油，現(xiàn)已全省使用。2001年消耗了147噸燃料乙醇，2002年消耗了約5000噸燃料乙醇。黑龍江先在肇東和哈爾濱使用車用乙醇汽油，2001年消耗了127噸燃料乙醇，2002年消耗了約500噸燃料乙醇，目燃料乙醇需求逐年增加，供需狀況良好。經(jīng)過5年的試點和推廣使用，中國生物乙醇汽油在生產(chǎn)、混配、儲運及銷售等方面已擁有較成熟的技術(shù)。截至2006年6月，中國已形成燃料乙醇102萬噸年生產(chǎn)能力、年混配1020萬噸生物乙醇汽油的能力，生物乙醇汽油的消費量已占到全國汽油消費總量的20%。2006年，中國燃料乙醇的生產(chǎn)達到130萬噸。

2006年中國全年糧食產(chǎn)量超過4.9億噸，實現(xiàn)三年的連續(xù)增產(chǎn)，但糧食總的供求關(guān)系還是處在一個緊平衡的狀態(tài)。玉米這幾年的加工能力擴張得比較快，2005年，全國玉米深加工能力已經(jīng)達到了1000億斤，實際加工消耗是500多億斤，2006年加工能力達到了1400億斤，實際加工也接近700億斤。深加工對于玉米的消耗也造成了玉米供求狀況的變化，帶動了價格的上漲。據(jù)預(yù)測，2007年糧食價格將上漲6%左右，漲幅高于2006年，糧、油等食品價格上漲將成為推動CPI上漲的主要因素。此前，國家發(fā)改 委要求各地不得以加工玉米為名，違規(guī)建設(shè)生物燃料乙醇項目，盲目擴大玉米加工能力。在這種大背景下，發(fā)展燃料乙醇產(chǎn)業(yè)是否會影響中國的糧食安全，成了一個熱議話題。

2006年中國玉米產(chǎn)量1.385億噸，其中飼料用量是9600萬噸，3020萬噸是工業(yè)用量，燃料乙醇所用的玉米量只占工業(yè)用量的1/10，玉米總產(chǎn)量的2%多一點。所以不存在爭糧的嫌疑。

中國發(fā)展非糧乙醇的可行之路，在于發(fā)展用甜高粱、甘薯、木薯等原料來替代糧食。纖維法 生產(chǎn)乙醇技術(shù)還不成熟，美國計劃用6年時間攻克這一技術(shù)難關(guān)。國內(nèi)有企業(yè)已經(jīng)實現(xiàn)了用纖維原料生產(chǎn)乙醇，但噸成本比糧食法要高1000多元。

根據(jù)《生物燃料乙醇以及車用乙醇汽油"十一五"發(fā)展專項規(guī)劃》，到2010年，中國將以薯類、甜高粱等非糧原料為主生產(chǎn)522萬噸燃料乙醇，屆時乙醇汽油使用量將占全國汽油用量的75%。

到2020年，中國燃料乙醇年產(chǎn)量可達1000萬噸。

其實，可再生能源會議作出的停止在建的乙醇燃料項目，這只是階段性的選擇，之前，國家出發(fā)改委也多次通知，要求新上燃料乙醇項目"剎車"，然而，效果不盡人意。如何破解隱藏在問題背后的"發(fā)展"與"資源"之間矛盾，卻需要國家有關(guān)部門用更長的時間來求解。按理說，食品和能源經(jīng) 濟并不相關(guān)，但是目前正在趨于緊密關(guān)聯(lián)。當(dāng)石油價格上漲時，食品價格也會上漲。據(jù)大連商品交易所公布信息稱，國內(nèi)玉米價格在過去9個月里上漲了近30%，其原因是人們把玉米用于生產(chǎn)燃料乙醇所致。

燃料乙醇指以生物物質(zhì)為原料通過生物發(fā)酵等途徑獲得的可作為燃料用的乙醇。燃料乙醇經(jīng)變性后與汽油按一定比例混合可制車用乙醇汽油。

燃料乙醇生產(chǎn)技術(shù)主要有第一代和第二代兩種。第一代燃料乙醇技術(shù)是以糖質(zhì)和淀粉質(zhì)作物為原料生產(chǎn)乙 醇。其工藝流程一般分為五個階段，即液化、糖化、發(fā)酵、蒸餾、脫水。第二代燃料乙醇技術(shù)是以木質(zhì)纖維素質(zhì)為原料生產(chǎn)乙醇。與第一代技術(shù)相比，第二代燃料乙醇技術(shù)首先要進行預(yù)處理，即脫去木質(zhì)素，增加原料的疏松性以增加各種酶與纖維素的接觸，提高酶效率。待原料分解為可發(fā)酵糖類后，再進入發(fā)酵、蒸餾和脫水。

我國燃料乙醇的主要原料是陳化糧和木薯、甜高粱,地瓜等淀粉質(zhì)或糖質(zhì)非糧作物，今后研發(fā)的重點主要集中在以木質(zhì)纖維素為原料的第二代燃料乙醇技術(shù) 。國家發(fā)改委已核準(zhǔn)了廣西的木薯燃料乙醇、內(nèi)蒙的甜高粱燃料乙醇和山東的木糖渣燃料乙醇等非糧試點等項目，以農(nóng)林廢棄物等木質(zhì)纖維素原料制取乙醇燃料技術(shù)也己進入年產(chǎn)萬噸級規(guī)模的中試階段。

燃料乙醇的主要原料有雅津甜高粱、玉米、木薯、海藻、雅津糖芋、苦配巴樹等。

最近幾年，由于石油價格的波動，燃料乙醇的消費增長也在提速。中國燃料乙醇產(chǎn)業(yè)起步較晚，但發(fā)展迅速，燃料乙醇在中國具有廣闊前景。隨著國內(nèi)石油需求的進一步提高，以乙醇等替代能源為代表的能源供應(yīng)多元化戰(zhàn)略已成為中國能源政策的一個方向。中國已成為世界上繼巴西、美國之后第三大生物燃料乙醇生產(chǎn)國和應(yīng)用國。國家發(fā)改委出臺《關(guān)于促進玉米深加工業(yè)健康發(fā)展的指導(dǎo)意見》，要求不再建設(shè)新的以玉米為主要原料的燃料乙醇項目，并大力鼓勵發(fā)展以非糧作物為原料開發(fā)燃料乙醇。燃料乙醇走向了非糧乙醇發(fā)展的道路，并得到了快速發(fā)展。

燃料乙醇擁有清潔、可再生等特點，可以降低汽車尾氣中一氧化碳和碳?xì)浠衔锏呐欧?。未來我國燃料乙醇行業(yè)的重點是降低生產(chǎn)成本、減少政府補貼，為此，制定生物燃料乙醇生產(chǎn)過程的消耗控制規(guī)范，及產(chǎn)品質(zhì)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)一燃料乙醇生產(chǎn)消耗定額標(biāo)準(zhǔn)，包括物耗、水耗、能耗等，是降本增效的有力手段。

可作為新的燃料替代品，減少對石油的消耗。乙醇作為可再生能源，可直接作為液體燃料 或者同汽油混合使用，可減少對不可再生能源-石油的依賴，保障該國能源的安全。

作為汽油添加劑，可提高汽油的辛烷值。通常車用汽油的辛烷值一般要求為90或93，乙醇的辛烷值可達到111，所以向汽油中加入燃料乙醇可大大提高汽油的辛烷值，且乙醇對烷烴類汽油組分(烷基化油、輕石腦油)辛烷值調(diào)合效應(yīng)好于烯烴類汽油組分(催化裂化汽油)和芳烴類汽油組分(催化重整汽油)，添加乙醇還可以較為有效地提高汽油的抗爆性。

乙醇的氧含量高達34.7%，乙醇可以按較甲基叔丁基醚(MTBE)更少的添加量加入汽油中。汽油中添加7.7%乙醇，氧含量達到2.7%;如添加10%乙醇，氧含量可以達到3.5%，所以加入乙醇可幫助汽油完全燃燒，以減少對大氣的污染。使用燃料乙醇取代四乙基鉛作為汽油添加劑，可消除空氣中鉛的污染;取代MTBE，可避免對地下水和空氣的污染。另外，除了提高汽油的辛烷值和含氧量，乙醇還能改善汽車尾氣的質(zhì)量，減輕污染。一般當(dāng)汽油中的乙醇的添加量不超過15%時，對車輛的行駛性沒有明顯影響，但尾氣中碳?xì)浠衔?、NOx和CO的含量明顯降低。美國汽車/油料(AQIRP)的研究報告表明:使用含6%乙醇的加州新配方汽油，與常規(guī)汽油相比，HC排放可降低5%，CO排放減少21-28%，NOx 排放減少7-16%，有毒氣體排放降低9-32%。

若采用雅津甜高粱、小麥、玉米、稻谷殼、薯類、甘蔗、糖蜜等生物質(zhì)發(fā)酵生產(chǎn)乙醇，其燃燒所排放的CO2和作為原料的生物源生長所消耗的CO2，在數(shù)量上基本持平，這對減少大氣污染及抑制溫室效應(yīng)意義重大。

燃料乙醇是油品的優(yōu)良品質(zhì)改良劑，燃料乙醇不是"油"。

乙醇具有許多優(yōu)良的物理和化學(xué)特性。燃料乙醇按一定比例加入汽油中，不是簡單做為替代油品使用，這種認(rèn)識和宣傳是大錯而特錯的。燃料乙醇是優(yōu)良的油品質(zhì)量改良劑，或者說是增氧劑。它還是汽油的高辛烷值調(diào)合組分。它是和中國石油行業(yè)在九十年代后期為提高油品質(zhì)量才開始發(fā)展的MTBE起同樣的作用。乙醇的增氧效果比MTBE要好一倍。美國法定的汽油改良劑有三種:MTBE(甲基叔丁基醚)、乙醇和ETBE(乙基叔丁基醚)，2002年，美國能源部在給中國介紹燃料乙醇使用經(jīng)驗時，還慶幸中國MTBE剛剛起步，就選擇了用燃料乙醇來替代的路子。美國走了20年MTBE的彎路之后，又回過頭來再走乙醇代替MTBE的路子。美國的經(jīng)驗教訓(xùn)，可幫助我們更正確的認(rèn)識燃料乙醇。乙醇汽油之所以可以改善尾氣污染，改善動力，根本的原理就是乙醇里所含的內(nèi)氧，部分地補充了汽油在油缸內(nèi)燃燒外界供氧不足的問題，另外又較好地解決了汽油的高辛烷值組分問題，"兩好合一好"，使乙醇的物理化學(xué)特性得以充分的發(fā)揮。知道了這些，燃料乙醇的定位就自然正確了，把乙醇單單做為"油"的概念，會使我們進入誤區(qū)，大大地折扣了燃料乙醇的功能和價值。

乙醇汽油的保質(zhì)期只有一個月。過了保質(zhì)期的乙醇汽油容易出現(xiàn)的分層現(xiàn)象，在油罐油箱中容易變渾濁，打不著火。

乙醇汽油對環(huán)境要求非常高，非常怕水，保質(zhì)期短，因此銷售乙醇汽油要比普通汽油在調(diào)配、儲存、運輸、銷售各環(huán)節(jié)要嚴(yán)格得多。一般小油站不出售乙醇汽油。