全球燃料乙醇應用發(fā)展趨勢

摘 要

摘要：由于國際石油價格不斷飚升，世界各國積極開發(fā)應用生物燃料乙醇，將其作為一種石油替代能源制定應用計劃，擴大應用比例，制定政府優(yōu)惠政策。我國對開發(fā)應用生物燃料乙醇正在積極
摘要：由于國際石油價格不斷飚升，世界各國積極開發(fā)應用生物燃料乙醇，將其作為一種石油替代能源制定應用計劃，擴大應用比例，制定政府優(yōu)惠政策。我國對開發(fā)應用生物燃料乙醇正在積極推進并制定了燃料乙醇國家標準。
關鍵詞：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
    國際石油價格的不斷飚升，將直接影響全球的經(jīng)濟發(fā)展及人們的生活。在2005年3月國際油價還在每桶47美元時，美國高盛公司國際能源分析師穆爾蒂和辛格就語出驚人地預測說：“油價將從每桶50美元飚升至每桶100美元，這個價格水平能夠維持5～10年。”2008年5月的國際石油價格已超過每桶100美元，看來那時這種預測并不為過。目前受美國次貸危機的影響，2008年10月石油價格有所回落。世界各國為增強能源安全，對石油替代能源的開發(fā)除加緊開發(fā)煤液化燃料外，對生物燃料乙醇的開發(fā)應用十分關注和重視[1～3]。美國主要利用玉米生產(chǎn)燃料乙醇，巴西主要利用甘蔗生產(chǎn)燃料乙醇，歐洲則利用油菜籽生產(chǎn)生物柴油，用小麥等生產(chǎn)燃料乙醇。乙醇的制取也可以甲醇(CH3OH)為原料與合成氣(CO+H2)加壓反應生成。對于甲醇的制取，在我國以焦爐煤氣為原料生產(chǎn)甲醇的工藝技術已成功實現(xiàn)，并用于多家企業(yè)生產(chǎn)。
    生物燃料乙醇的開發(fā)應用，可追溯到約100年前。在第一次世界大戰(zhàn)時，由于汽油短缺，歐洲軍隊就用乙醇摻入汽油中作為燃料，后來甲醇取代乙醇作為汽油的替代品。后來由于石油價格低廉等原因，燃料乙醇及甲醇應用發(fā)展停滯不前?，F(xiàn)在石油價格的飚升又把它推到前沿陣地，成為當今最具潛力和競爭力的一種石油替代能源，它既能緩解石油資源的短缺，又有利于大氣環(huán)境的改善。
2 全球燃料乙醇應用趨勢
    美國是石油消費大國，預計日均消耗原油量為2080×104桶/d。美國加州2002年通過了在汽車汽油中禁止使用甲基叔丁基醚(MTBE)的Davis法案，并在全國逐步加大停止使用MTBE高辛烷值添加劑的范圍和力度，因而更加劇了石油資源的緊張局勢，取而代之的是燃料乙醇添加劑。2006年2月美國國會通過了一項可再生燃料能源標準(RFS)。該標準提出：美國消費汽油總量的50%都要按體積摻入10%的燃料乙醇，而禁止添加MTBE。計劃2006年摻入汽油中的燃料乙醇量為1514×104m3/a，并逐年提高摻入量，到2012年增加到2839×104m3/a。目前，美國一些大企業(yè)的資本開始大量涌入燃料乙醇產(chǎn)業(yè)，如微軟及杜邦公司都注入資本于燃料乙醇企業(yè)。
    美國不但推廣汽車使用乙醇燃料，而且據(jù)2006年5月14日《紐約時報》報道，美國空軍把傳統(tǒng)的汽油燃料與一種從天然氣和煤炭中提煉的合成液體燃料相混合使用。美國2006年初啟動了首套大型煤制油項目，作為今后石油短缺的資源補充。美國WMPIPTY公司在Gilberton附近建造美國首套以無煙煤為原料，生產(chǎn)5000桶/d的超清潔液體燃料，計劃于2009年初投產(chǎn)，第二階段建設1×104桶/d的超清潔液體燃料，第三階段達到4×104桶/d的規(guī)模。煤制油裝置技術采用殼牌公司的煤炭氣化工藝，由德國烏德公司承擔建設。據(jù)新華社報道，2008年6月7日，由美國能源部長和日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)大臣甘利明簽署一項合作研究開發(fā)可燃冰協(xié)議。可見美國對國際石油價格的不斷飚升，顯示出嚴重擔憂?？扇急卜Q天然氣水合物，經(jīng)科學推算認為，天然氣水合物在地球上的推測儲存量達10×1012t以上，相當于目前人類消費的石油、天然氣和煤炭合計總儲量的2倍，是目前已探明的天然氣儲量的25倍。天然氣水合物埋藏在深海底下或淺海大陸架下，其生成原因是甲烷在深海底或淺海大陸架下的低溫和高壓作用下自然形成固態(tài)。
   加拿大政府相關法令要求，今后10年每年在汽油中摻入燃料乙醇37.85×104m3/a，生產(chǎn)使用燃料乙醇享受免稅政策。
    巴西把在汽油中摻入燃料乙醇作為基本國策，其摻入的體積分數(shù)高達22%～25%，是目前世界上在汽油中摻入乙醇比例最高的國家。計劃今后10年內(nèi)50%的車輛將使用乙醇汽油，燃料乙醇的年消耗量增加到2271×104m3/a。巴西政府要求本國生產(chǎn)的汽車和進口的汽車都要符合使用乙醇汽油的標準。
   歐洲生物燃料指令要求，今后10年生物燃料乙醇消費量要超過454.6×104m3/a。歐洲使用的生物燃料主要是通過乙基叔丁基醚與少量乙醇調合而成。目前歐盟6%的能源來自于可再生能源和風能，計劃到2010年可再生能源占12%，2020年可再生能源達到20%。
    印度為了加快生物燃料(乙醇和生物柴油)的發(fā)展，在2002年專門成立了國家生物燃料領導小組，目前已有12個州和地區(qū)指令按體積調合5%的燃料乙醇于汽油中。日本也在推行燃料乙醇計劃。
    全球生物燃料的產(chǎn)量由2000年1817×104m3/a上升到2007年6057×104m3/a，生物燃料產(chǎn)量分布情況為：美國占43%，巴西占32%。歐盟占15%，其余為中國、印度、泰國等。
3 我國生物燃料的應用
    據(jù)有關報道，2005年我國消費燃料乙醇量達75.7×104m3/a，產(chǎn)能和應用范圍正在不斷擴大，預計潛在市場需求將超過379×104m3。
    國家發(fā)展和改革委員會、財政部等7部委曾下文要求，從2005年4月1日起，在安徽省、河南省和東北三省封閉推廣使用乙醇汽油，禁止銷售普通汽油。2005年12月至2006年1月我國就有27個城市強制推廣使用乙醇汽油，其中有湖北9地市、江蘇5地市、河北6地市、山東7地市。據(jù)預測，河北6地市乙醇汽油年需求量為120×104t/a，年需變性燃料乙醇約12×104t/a。目前，全國生產(chǎn)燃料乙醇量約120×104t/a。今后幾年國家燃料乙醇總需求量約(500～700)×104t/a。我國乙醇柴油的使用也正在積極試驗和推進。
    目前，正在山西進行甲醇汽油燃料示范運行和技術測定工作。山西省提出“把山西建成國家級甲醇汽車示范基地和甲醇燃料生產(chǎn)基地”，并計劃到2010年把甲醇燃料推廣到京、津、魯、豫、內(nèi)蒙古等環(huán)渤海經(jīng)濟圈。山西晉城煤層氣作汽車燃料也在進行示范運行。
    我國生產(chǎn)燃料乙醇的大型企業(yè)有：吉林燃料乙醇公司，以玉米為原料生產(chǎn)燃料乙醇，年產(chǎn)30×104t/a。河南天冠集團燃料乙醇公司年產(chǎn)30×104t/a燃料乙醇，計劃到2010年擴大到年產(chǎn)100×104t/a燃料乙醇及30×104t/a生物柴油等。生產(chǎn)裝置采用以小麥、玉米、薯類為原料的丁藝路線，以后逐步采用以紅薯、木薯、秸稈和植物的莖葉等為原料來生產(chǎn)燃料乙醇。
    安徽豐原集團公司生產(chǎn)燃料乙醇，采用以玉米秸稈、麥草秸稈等為原料的生產(chǎn)工藝。經(jīng)試驗，每4t玉米秸稈、麥草秸稈等可生產(chǎn)1t燃料乙醇。我國秸稈資源豐富，每年總產(chǎn)量為10×108t/a干物質，若轉換成乙醇，相當于3×108t/a石油當量，其工業(yè)化中試裝置于2006年投入運行。
    我國擁有完全自主知識產(chǎn)權煤制油技術的間接液化示范廠，在山西省長治市由山西潞安環(huán)能集團公司于2006年啟動建設。在內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市，神華集團公司煤制油直接液化項目第1條生產(chǎn)線計劃于2008年底投產(chǎn)，將使我國替代能源結構多元化及生物燃料乙醇的應用范圍擴大，將會逐步緩解我國石油供需的緊張局面。
4 乙醇汽油燃料使用效果
    乙醇按一定比例摻入汽油中稱之為乙醇汽油燃料，通常以乙醇的體積分數(shù)標記，例如摻入乙醇的體積分數(shù)分別為3%、5%、15%的汽油分別標記為M3、M5、M15。乙醇(C2H5OH)是由碳、氫、氧元素組成，具有燃燒速度快、放熱快、熱效率高等特點。乙醇摻入汽油中(乙醇汽油燃料)可提高汽油的辛烷值，增加汽油的含氧量，可減少汽車尾氣中一氧化碳、碳氫化合物、氮氧化物等污染物的排放量。
    據(jù)吉林省環(huán)保局資料，吉林省環(huán)保局抽檢使用乙醇汽油的輕型汽車5 620輛，主要污染物一氧化碳、碳氫化合物平均濃度比使用普通汽油的汽車分別下降10.0%和8.6%。使用乙醇汽油期間，主要城市空氣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%，汽車尾氣污染物排放總量減少33%以上。
    目前我國汽車擁有量達2000×104輛，并且還在以每年10%的漲幅遞增。城市空氣中大量的汽車有害尾氣占大氣污染源的70%，已成為主要污染源，威脅著人們健康。從使用乙醇汽油效果看，燃料乙醇是一種綠色、可再生能源，是一種良好的汽油改良劑，可提高城市環(huán)境質量。
5 燃料乙醇標準
    巴西燃料乙醇pH值為6～8，基本呈中性，腐蝕性很小。巴西規(guī)定乙醇的體積分數(shù)為20%的乙醇汽油的含水量(體積分數(shù))不能超過1%。
    美國規(guī)定乙醇的體積分數(shù)為10%的乙醇汽油含水量(體積分數(shù))不能超過0.4%。
    中國規(guī)定乙醇的體積分數(shù)為10%的乙醇汽油含水量(體積分數(shù))不能超過0.15%。2002年4月1日前，燃料乙醇pH值按5.7～9.0執(zhí)行。燃料乙醇在20℃時密度為0.7893～0.7918g/cm3。加入燃料乙醇的變性劑，應符合GB 17930—1999《車用無鉛汽油》的要求，但不得加入含氧化合物；燃料乙醇與變性劑的體積比應為(5：1)～(20：1)。GB18350—2001《變性燃料乙醇》給出的主要指標見表1。
表1 變性燃料乙醇主要指標
乙醇體積分數(shù)/%
≥92.1
甲醇體積分數(shù)/%
≤0.5
每100mL中含膠質的質量/mg
≤5.0
水體積分數(shù)/%
≤0.8
無機氯(以Cl計)質量濃度/(mg·L-1)
≤32
酸(以乙醇計)質量濃度/(mg·L-1)
≤56
銅質量濃度/(mg·L-1)
≤0.08
pH值
6.5～9.0
參考文獻：
[1] 高建業(yè).煤化工縱橫談[M].香港：長城書社出版公司，1993.
[2] 高建業(yè).煤液化燃料替代石油能源的開發(fā)應用[J].煤氣與熱力，2007，27(1)：37-43.
[3] 謝克昌，李忠.甲醇及其衍生物[M].北京：化學工業(yè)出版社，2004.
 
(本文作者：高建業(yè) 孫明 曹友寶 趙曉亮 寧波鋼鐵有限公司 浙江寧波 315800)