第6章生物燃料乙醇技术

2010-06Page16.1燃料乙醇简介燃料乙醇：乙醇又称酒精，是由C、H、O三种元素组成的有机化合物，乙醇分子式C2H5OH，相对分子质量为46.07。常温常压下，乙醇是无色透明的液体，具有特殊的芳香味和刺激味，吸湿性很强，可与水以任何比例混合并产生热量。乙醇易挥发、易燃烧。工业乙醇含乙醇约95%，含乙醇达99.5%以上的酒精称为无水乙醇。2010-06Page26.1燃料乙醇简介燃料乙醇应用状况燃料乙醇的生产工艺已经比较成熟，目前巴西、美国等国家的燃料乙醇生产已经实现规模化、产业化；在燃料乙醇主要生产国家，其应用也已经达到初步普及。2010-06Page36.1燃料乙醇简介淀粉质原料:主要有甘薯、木薯、玉米、马铃薯、大麦、大米、高粱等。燃料乙醇主要原料其它原料:如造纸厂的硫酸盐纸浆废液、淀粉厂的甘薯淀粉渣和马铃薯淀粉渣、奶酪工业的副产品等。糖质原料:主要是甘蔗、甜菜、糖蜜。纤维素原料:纤维素原料是地球上最有潜力的乙醇生产原料，主要有农作物秸秆、森林采伐和木材加工剩余物、柴草、造纸厂和造糖厂含有纤维素的下脚料、生活垃圾的一部分等。2010-06Page46.1.2燃料乙醇主要特点燃料乙醇的缺点乙醇汽油的保质期只有一个月。过了保质期的乙醇汽油容易出现的分层现象，在油罐油箱中容易变浑浊，打不着火。乙醇汽油对环境要求非常高，非常怕水，保质期短，因此销售乙醇汽油要比普通汽油在调配、储存、运输、销售各环节要严格得多。燃料乙醇的优点可作为新的燃料,减少对石油的消耗。燃料乙醇作为可再生能源，可直接作为液体燃料或者同汽油混合使用,可减少对石油的依赖,保障本国能源的安全。2010-06Page56.1.2燃料乙醇主要特点燃料乙醇的缺点乙醇汽油的保质期只有一个月。过了保质期的乙醇汽油容易出现的分层现象，在油罐油箱中容易变浑浊，打不着火。乙醇汽油对环境要求非常高，非常怕水，保质期短，因此销售乙醇汽油要比普通汽油在调配、储存、运输、销售各环节要严格得多。燃料乙醇的优点可直接作为液体燃料或者同汽油混合使用，而不用更换发动机。汽油中加入燃料乙醇可大大提高汽油的辛烷值,有效地提高汽油的抗爆性。2010-06Page66.1.2燃料乙醇主要特点燃料乙醇的缺点乙醇汽油的保质期只有一个月。过了保质期的乙醇汽油容易出现的分层现象，在油罐油箱中容易变浑浊，打不着火。乙醇汽油对环境要求非常高，非常怕水，保质期短，因此销售乙醇汽油要比普通汽油在调配、储存、运输、销售各环节要严格得多。燃料乙醇的优点作为汽油添加剂,可减少汽油消耗量，增加燃烧的含氧量，使汽油更充分燃烧。乙醇是可再生能源,若采用甜高粱、小麦、玉米、稻谷壳、薯类、甘蔗、糖蜜等生物质发酵生产乙醇,其燃烧所排放的CO2和作为原料的生物源生长所消耗的CO2在数量上基本持平,这对减少大气污染及抑制温室效应意义重大。2010-06Page76.1..2燃料乙醇主要特点燃料乙醇的缺点乙醇汽油的保质期只有一个月。过了保质期的乙醇汽油容易出现的分层现象，在油罐油箱中容易变浑浊，打不着火。乙醇汽油对环境要求非常高，非常怕水，保质期短，因此销售乙醇汽油要比普通汽油在调配、储存、运输、销售各环节要严格得多。燃料乙醇的优点可作为新的燃料,减少对石油的消耗。燃料乙醇作为可再生能源，可直接作为液体燃料或者同汽油混合使用,可减少对石油的依赖,保障本国能源的安全。可直接作为液体燃料或者同汽油混合使用，而不用更换发动机。汽油中加入燃料乙醇可大大提高汽油的辛烷值,有效地提高汽油的抗爆性。作为汽油添加剂,可减少汽油消耗量，增加燃烧的含氧量，使汽油更充分燃烧。乙醇是可再生能源,若采用甜高粱、小麦、玉米、稻谷壳、薯类、甘蔗、糖蜜等生物质发酵生产乙醇,其燃烧所排放的CO2和作为原料的生物源生长所消耗的CO2在数量上基本持平,这对减少大气污染及抑制温室效应意义重大。2010-06Page8发酵法生产乙醇发酵法采用各种含糖（双糖）、淀粉（多糖）、纤维素（多缩己糖）的农产品，农林业副产物及野生植物为原料,经过水解（即糖化）、发酵使双糖、多糖转化为单糖并进一步转化为乙醇。淀粉质在微生物作用下,水解为葡萄糖,再进一步发酵生成乙醇。发酵法制酒精生产过程包括原料预处理、蒸煮、糖化、发酵、蒸馏、废醪处理等。6.2燃料乙醇主要生产方法2010-06Page9发酵法生产乙醇成熟的发酵醪(lao,发酵后产物)内,乙醇质量浓度一般为8-10％。由于原料不同,水解产物中乙醇含量高低相异,如谷物发酵醪液中乙醇的质量分数不高于12％,亚硫酸法造纸浆水解液中仅含乙醇约1.5％。发酵醪中除含乙醇和大量水外，还有固体物质和许多杂质,需通过蒸馏把发酵醪液中的乙醇蒸出,得到高浓度乙醇,同时副产杂醇油及大量酒糟。6.2燃料乙醇主要生产方法2010-06Page10乙醇脱水制得燃料乙醇脱水技术是燃料乙醇生产关键技术之一。从普通蒸馏工段出来的乙醇,其最高质量浓度只能达到95%,要进一步的浓缩,继续用普通蒸馏的方法是无法完成的,因为此时,酒精和水形成了恒沸物（对应的恒沸温度为78.15℃）,难以用普通蒸馏的方法分离开来。为了提高乙醇浓度,去除多余的水分,就需采用特殊的脱水方法。目前制备燃料乙醇的方法主要有化学反应脱水法、恒沸精馏、萃取精馏、吸附、膜分离、真空蒸馏法、离子交换树脂法等。6.2燃料乙醇主要生产方法2010-06Page116.3纤维质原料制备生物燃料乙醇技术2010-06Page126.4.1美国燃料乙醇发展状况图.美国燃料乙醇产量增长20042005200620072008美国燃料乙醇产量年均递增率35.7%燃料乙醇产量2005年，美国替代巴西跃升为世界头号生物燃料乙醇生产国。该年度美国燃料乙醇总产量比2001年翻了一番。2006年，美国生物燃料乙醇总产量达到1680万吨，比2001年增加了144.5%。从2004年到2008年，美国燃料乙醇的产量年均增长率达35.7%，2008年燃料乙醇的产量是2004年的3.39倍，约占全球产量的53%。燃料乙醇原料美国的生物燃料乙醇工业，主要以玉米为原料，约占全国燃料乙醇的95%。2010-06Page136.4.1美国燃料乙醇发展状况图.美国燃料乙醇产量增长20042005200620072008美国燃料乙醇产量年均递增率35.7%生产工厂截止2006年，在美国的21个州共有101座乙醇厂,总产能为48亿加仑。美国比较著名的燃料乙醇制造商有：鹰眼控股(HawkeyeHoldings)、Aventine再生能源公司、Valero能源公司等。发展规划按照美国能源部发布的《2008年度能源展望》的数据，到2030年，美国生物能源规划中来自玉米的燃料乙醇将猛增到150亿加仑，至少需要玉米12701万吨。2010-06Page146.4.1巴西燃料乙醇发展状况燃料乙醇发展历史巴西20世纪70年代即进行燃料乙醇生产与推广。1977年开始使用E20汽油（含乙醇20%），1980年研制出使用含水乙醇的汽车发动机，所用燃料乙醇含水量达7.8%。巴西于2007年6月中旬宣布，将使车用汽油中乙醇掺入量最大值从23%增加到25%。目前，巴西有超过250万辆汽车是由使用含水乙醇发动机驱动的，另有1550万辆车使用含乙醇22%的E22乙醇汽油。巴西的目标是年生产10万辆以乙醇为动力的汽车，预计2011年巴西燃料乙醇的产量将达到2150万吨。2010-06Page156.4.1巴西燃料乙醇发展状况燃料乙醇原料巴西燃料乙醇的生产是以甘蔗为原料，目前全国甘蔗年产量约有一半用于生产乙醇，预计2010年前后将有60%产量用于乙醇生产。其生产方法是直接将榨取的甘蔗汁进行发酵。前处理工艺比较简单，投资较少，生产成本较低。2010-06Page166.4.1巴西燃料乙醇发展状况生产状况截止2009年10月，巴西共建有320家乙醇生产厂，5年内还将增加50多家。为满足市场需求，巴西有关公司计划今后5年内投入约60亿美元建设新甘蔗种植园和乙醇工厂。巴西可再生能源公司（Brenco）旨在成为世界上最大的乙醇生产商，SantaElisa公司，Petrobras公司也是巴西比较知名的燃料乙醇生产企业。2009年巴西燃料乙醇产量1900万吨。2010-06Page176.4.2中国燃料乙醇国家标准根据中华人民共和国国家标准“变性燃料乙醇”（GB18350-2001）和“车用乙醇汽油”（GB18351-2001）的规定，燃料乙醇是未加变性剂的、可作为燃料用的无水乙醇。变性燃料乙醇是以淀粉、糖质为原料，经发酵、蒸馏制取的乙醇，脱水后再添加变性剂改性而得。加变性剂后，水分应小于0.8%，不可食用。车用乙醇汽油，就是把变性燃料乙醇和汽油以一定比例混配形成的一种汽车燃料，是替代和节约汽油的最佳燃料，具有价廉、清洁、环保、安全、可再生等优点。2010-06Page186.4.2中国燃料乙醇国家标准我国变性燃料乙醇国家标准（GB18350-2001）项目单位指标项目单位指标外观乙醇甲醇胶质%（体积分数）%（体积分数）mg/100mL清澈透明，无肉眼可见悬浮物和沉淀物≥92.1≤0.5≤5.0水分无机氧（以Cl-计）酸度（以乙酸计）铜pH值%（体积分数）mg/Lmg/Lmg/Lmg/L≤0.8≤32≤55≤0.086.5~9.02010-06Page19在21世纪初我国就开始进行生物燃料的科学研究与开发利用工作。2000年开始进行推广乙醇汽油准备工作，2001年，我国启动了“十五酒精能源计划”并要求在汽车运输行业中推广使用燃料乙醇。国家有关部门制定并颁布了《变性燃料乙醇》（GB18350-2001）、《车用乙醇汽油》（GB18351-2001）等一系列国家标准。2002年6月在河南省的郑州、洛阳、南阳和黑龙江省的哈尔滨、肇东等5个城市进行车用乙醇汽油使用试点。2004年，车用乙醇汽油的试点进一步扩大到河南、安徽、黑龙江、吉林、辽宁5省全省范围。2005年又在湖北9个地市、山东7个地市、河北6个地市、江苏5个地市进行扩大试点。到2005年底，我国9省上百个地市基本上实现使用车用乙醇汽油。为了支持乙醇汽油推广，我国政府还推出了“定点生产、定向流通、定额补贴”的配套政策。6.4.2中国燃料乙醇发展历程2010-06Page20在“十五”期间（2001~2005年），我国共建设了4个生物燃料乙醇生产厂，形成生产能力102万吨/年。定向流通专项规划规定了几个主要燃料乙醇生产基地产品供应地域，即黑龙江华润公司10万吨燃料乙醇定向投放黑龙江省；吉林燃料乙醇公司的30万吨燃料乙醇定向投放吉林、辽宁两省；河南天冠公司30万吨燃料乙醇定向投放河南、山东两省；安徽32万吨燃料乙醇定向投放安徽、湖北、江苏三省。定区使用是经国务院批准，在黑龙江、吉林、辽宁、河南、安徽5个省全省封闭推广乙醇汽油；湖北、山东、河北、江苏四省有27个地市试点应用乙醇汽油，即燃料乙醇和汽油1：9比例调配成乙醇汽油。到2005年底，我国生物乙醇汽油的年消费量已达1000多万吨，约占国内汽油消费量的20%6.4.2中国燃料乙醇发展历程2010-06Page212005年6月全国15家工厂发酵酒精平均出厂价为4205元/吨，在酒精总产量中玉米酒精占48%，薯类酒精占33%，糖蜜酒精占19%。2006年，燃料乙醇产量达到300万吨左右。为了扩大燃料乙醇原料来源，我国已自主开发了以甜高粱茎秆为原料生产燃料乙醇的技术，并已在黑龙江、内蒙古、山东、新疆和天津等地开展了甜高粱的种植及燃料乙醇生产试点。6.4.2中国燃料乙醇发展历程2010-06Page22目前我国的燃料乙醇生产成本较高，企业不能完全通过生产燃料乙醇来盈利，为鼓励燃料乙醇推广，国家对于批准生产的燃料乙醇企业实行定额补贴政策。即免征用于调配车用乙醇汽油的变性燃料乙醇5%的消费税；企业生产调配车用乙醇汽油用变性燃料乙醇的增值税实行先征后返；企业生产调配车用乙醇汽油用变性燃料乙醇所使用的陈化粮享受陈化粮补贴政策；变性燃料乙