全球燃料乙醇应用发展趋势

摘 要

摘要：由于国际石油价格不断飚升，世界各国积极开发应用生物燃料乙醇，将其作为一种石油替代能源制定应用计划，扩大应用比例，制定政府优惠政策。我国对开发应用生物燃料乙醇正在积极
摘要：由于国际石油价格不断飚升，世界各国积极开发应用生物燃料乙醇，将其作为一种石油替代能源制定应用计划，扩大应用比例，制定政府优惠政策。我国对开发应用生物燃料乙醇正在积极推进并制定了燃料乙醇国家标准。
关键词：燃料乙醇；甲醇汽油；乙醇汽油
Trend of Global Application of Biofuel Ethanol
GAO Jian-ye，SUN Ming，CAO You-bao，ZHAO Xiao-liang
Abstract：Due to the soaring of international petroleum price，world countries are actively developing and using biofuel ethanol.Using it as an energy substitute for petroleum，the application plan is established，the application proportion is enlarged，and the government preferential polices are formulated. The development and application of biotuel ethanol are actively promoting，and the national standard for biofuel ethanol is established in China.
Key words：biofuel ethanol；methanol gasoline；ethanol gasoline
1 概述
    国际石油价格的不断飚升，将直接影响全球的经济发展及人们的生活。在2005年3月国际油价还在每桶47美元时，美国高盛公司国际能源分析师穆尔蒂和辛格就语出惊人地预测说：“油价将从每桶50美元飚升至每桶100美元，这个价格水平能够维持5～10年。”2008年5月的国际石油价格已超过每桶100美元，看来那时这种预测并不为过。目前受美国次贷危机的影响，2008年10月石油价格有所回落。世界各国为增强能源安全，对石油替代能源的开发除加紧开发煤液化燃料外，对生物燃料乙醇的开发应用十分关注和重视[1～3]。美国主要利用玉米生产燃料乙醇，巴西主要利用甘蔗生产燃料乙醇，欧洲则利用油菜籽生产生物柴油，用小麦等生产燃料乙醇。乙醇的制取也可以甲醇(CH3OH)为原料与合成气(CO+H2)加压反应生成。对于甲醇的制取，在我国以焦炉煤气为原料生产甲醇的工艺技术已成功实现，并用于多家企业生产。
    生物燃料乙醇的开发应用，可追溯到约100年前。在第一次世界大战时，由于汽油短缺，欧洲军队就用乙醇掺入汽油中作为燃料，后来甲醇取代乙醇作为汽油的替代品。后来由于石油价格低廉等原因，燃料乙醇及甲醇应用发展停滞不前。现在石油价格的飚升又把它推到前沿阵地，成为当今最具潜力和竞争力的一种石油替代能源，它既能缓解石油资源的短缺，又有利于大气环境的改善。
2 全球燃料乙醇应用趋势
    美国是石油消费大国，预计日均消耗原油量为2080×104桶/d。美国加州2002年通过了在汽车汽油中禁止使用甲基叔丁基醚(MTBE)的Davis法案，并在全国逐步加大停止使用MTBE高辛烷值添加剂的范围和力度，因而更加剧了石油资源的紧张局势，取而代之的是燃料乙醇添加剂。2006年2月美国国会通过了一项可再生燃料能源标准(RFS)。该标准提出：美国消费汽油总量的50%都要按体积掺入10%的燃料乙醇，而禁止添加MTBE。计划2006年掺入汽油中的燃料乙醇量为1514×104m3/a，并逐年提高掺入量，到2012年增加到2839×104m3/a。目前，美国一些大企业的资本开始大量涌入燃料乙醇产业，如微软及杜邦公司都注入资本于燃料乙醇企业。
    美国不但推广汽车使用乙醇燃料，而且据2006年5月14日《纽约时报》报道，美国空军把传统的汽油燃料与一种从天然气和煤炭中提炼的合成液体燃料相混合使用。美国2006年初启动了首套大型煤制油项目，作为今后石油短缺的资源补充。美国WMPIPTY公司在Gilberton附近建造美国首套以无烟煤为原料，生产5000桶/d的超清洁液体燃料，计划于2009年初投产，第二阶段建设1×104桶/d的超清洁液体燃料，第三阶段达到4×104桶/d的规模。煤制油装置技术采用壳牌公司的煤炭气化工艺，由德国乌德公司承担建设。据新华社报道，2008年6月7日，由美国能源部长和日本经济产业大臣甘利明签署一项合作研究开发可燃冰协议。可见美国对国际石油价格的不断飚升，显示出严重担忧。可燃冰也称天然气水合物，经科学推算认为，天然气水合物在地球上的推测储存量达10×1012t以上，相当于目前人类消费的石油、天然气和煤炭合计总储量的2倍，是目前已探明的天然气储量的25倍。天然气水合物埋藏在深海底下或浅海大陆架下，其生成原因是甲烷在深海底或浅海大陆架下的低温和高压作用下自然形成固态。
   加拿大政府相关法令要求，今后10年每年在汽油中掺入燃料乙醇37.85×104m3/a，生产使用燃料乙醇享受免税政策。
    巴西把在汽油中掺入燃料乙醇作为基本国策，其掺入的体积分数高达22%～25%，是目前世界上在汽油中掺入乙醇比例最高的国家。计划今后10年内50%的车辆将使用乙醇汽油，燃料乙醇的年消耗量增加到2271×104m3/a。巴西政府要求本国生产的汽车和进口的汽车都要符合使用乙醇汽油的标准。
   欧洲生物燃料指令要求，今后10年生物燃料乙醇消费量要超过454.6×104m3/a。欧洲使用的生物燃料主要是通过乙基叔丁基醚与少量乙醇调合而成。目前欧盟6%的能源来自于可再生能源和风能，计划到2010年可再生能源占12%，2020年可再生能源达到20%。
    印度为了加快生物燃料(乙醇和生物柴油)的发展，在2002年专门成立了国家生物燃料领导小组，目前已有12个州和地区指令按体积调合5%的燃料乙醇于汽油中。日本也在推行燃料乙醇计划。
    全球生物燃料的产量由2000年1817×104m3/a上升到2007年6057×104m3/a，生物燃料产量分布情况为：美国占43%，巴西占32%。欧盟占15%，其余为中国、印度、泰国等。
3 我国生物燃料的应用
    据有关报道，2005年我国消费燃料乙醇量达75.7×104m3/a，产能和应用范围正在不断扩大，预计潜在市场需求将超过379×104m3。
    国家发展和改革委员会、财政部等7部委曾下文要求，从2005年4月1日起，在安徽省、河南省和东北三省封闭推广使用乙醇汽油，禁止销售普通汽油。2005年12月至2006年1月我国就有27个城市强制推广使用乙醇汽油，其中有湖北9地市、江苏5地市、河北6地市、山东7地市。据预测，河北6地市乙醇汽油年需求量为120×104t/a，年需变性燃料乙醇约12×104t/a。目前，全国生产燃料乙醇量约120×104t/a。今后几年国家燃料乙醇总需求量约(500～700)×104t/a。我国乙醇柴油的使用也正在积极试验和推进。
    目前，正在山西进行甲醇汽油燃料示范运行和技术测定工作。山西省提出“把山西建成国家级甲醇汽车示范基地和甲醇燃料生产基地”，并计划到2010年把甲醇燃料推广到京、津、鲁、豫、内蒙古等环渤海经济圈。山西晋城煤层气作汽车燃料也在进行示范运行。
    我国生产燃料乙醇的大型企业有：吉林燃料乙醇公司，以玉米为原料生产燃料乙醇，年产30×104t/a。河南天冠集团燃料乙醇公司年产30×104t/a燃料乙醇，计划到2010年扩大到年产100×104t/a燃料乙醇及30×104t/a生物柴油等。生产装置采用以小麦、玉米、薯类为原料的丁艺路线，以后逐步采用以红薯、木薯、秸秆和植物的茎叶等为原料来生产燃料乙醇。
    安徽丰原集团公司生产燃料乙醇，采用以玉米秸秆、麦草秸秆等为原料的生产工艺。经试验，每4t玉米秸秆、麦草秸秆等可生产1t燃料乙醇。我国秸秆资源丰富，每年总产量为10×108t/a干物质，若转换成乙醇，相当于3×108t/a石油当量，其工业化中试装置于2006年投入运行。
    我国拥有完全自主知识产权煤制油技术的间接液化示范厂，在山西省长治市由山西潞安环能集团公司于2006年启动建设。在内蒙古自治区鄂尔多斯市，神华集团公司煤制油直接液化项目第1条生产线计划于2008年底投产，将使我国替代能源结构多元化及生物燃料乙醇的应用范围扩大，将会逐步缓解我国石油供需的紧张局面。
4 乙醇汽油燃料使用效果
    乙醇按一定比例掺入汽油中称之为乙醇汽油燃料，通常以乙醇的体积分数标记，例如掺入乙醇的体积分数分别为3%、5%、15%的汽油分别标记为M3、M5、M15。乙醇(C2H5OH)是由碳、氢、氧元素组成，具有燃烧速度快、放热快、热效率高等特点。乙醇掺入汽油中(乙醇汽油燃料)可提高汽油的辛烷值，增加汽油的含氧量，可减少汽车尾气中一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化物等污染物的排放量。
    据吉林省环保局资料，吉林省环保局抽检使用乙醇汽油的轻型汽车5 620辆，主要污染物一氧化碳、碳氢化合物平均浓度比使用普通汽油的汽车分别下降10.0%和8.6%。使用乙醇汽油期间，主要城市空气中的二氧化氮含量下降6.25%。乙醇汽油辛烷值可提高3%，含氧量增加3.5%，汽车尾气污染物排放总量减少33%以上。
    目前我国汽车拥有量达2000×104辆，并且还在以每年10%的涨幅递增。城市空气中大量的汽车有害尾气占大气污染源的70%，已成为主要污染源，威胁着人们健康。从使用乙醇汽油效果看，燃料乙醇是一种绿色、可再生能源，是一种良好的汽油改良剂，可提高城市环境质量。
5 燃料乙醇标准
    巴西燃料乙醇pH值为6～8，基本呈中性，腐蚀性很小。巴西规定乙醇的体积分数为20%的乙醇汽油的含水量(体积分数)不能超过1%。
    美国规定乙醇的体积分数为10%的乙醇汽油含水量(体积分数)不能超过0.4%。
    中国规定乙醇的体积分数为10%的乙醇汽油含水量(体积分数)不能超过0.15%。2002年4月1日前，燃料乙醇pH值按5.7～9.0执行。燃料乙醇在20℃时密度为0.7893～0.7918g/cm3。加入燃料乙醇的变性剂，应符合GB 17930—1999《车用无铅汽油》的要求，但不得加入含氧化合物；燃料乙醇与变性剂的体积比应为(5：1)～(20：1)。GB18350—2001《变性燃料乙醇》给出的主要指标见表1。
表1 变性燃料乙醇主要指标
乙醇体积分数/%
≥92.1
甲醇体积分数/%
≤0.5
每100mL中含胶质的质量/mg
≤5.0
水体积分数/%
≤0.8
无机氯(以Cl计)质量浓度/(mg·L-1)
≤32
酸(以乙醇计)质量浓度/(mg·L-1)
≤56
铜质量浓度/(mg·L-1)
≤0.08
pH值
6.5～9.0
参考文献：
[1] 高建业.煤化工纵横谈[M].香港：长城书社出版公司，1993.
[2] 高建业.煤液化燃料替代石油能源的开发应用[J].煤气与热力，2007，27(1)：37-43.
[3] 谢克昌，李忠.甲醇及其衍生物[M].北京：化学工业出版社，2004.
 
(本文作者：高建业 孙明 曹友宝 赵晓亮 宁波钢铁有限公司 浙江宁波 315800)