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乙醇汽油生产发展与政策分析资料
乙醇汽油生产发展与政策分析
文志成
(中石化长岭分公司)
摘要:
开发燃料乙醇等石油替代品,减缓石油消耗增长,改善环境污染,已成为我国能源发展的一项重要战略决策。
“十一五”前后,我国将在20个省市区全面推广乙醇汽油,并有一系列配套的政策措施。
燃料乙醇是一种环境友好的可再生替代能源,可按一定的比例与汽油组分掺混成乙醇汽油。
为减少乙醇汽油的周转次数、保证质量,乙醇汽油的调和通常是在油库或调和中心进行,且宜采用管道调和工艺进行调和。
利用农作物秸秆等生产燃料乙醇,不仅可缓解石油资源紧张局势,而且可减少环境污染并增加农民收入。
关键词:
乙醇汽油纤维生物能源环保政策
1概述
我国自1993年成为石油净进口国以来,石油资源日趋紧张。
2009年我国原油总加工量为3.75亿吨,进口量达到2.04亿吨,占54.4%左右。
今后的原油进口量将会更多,这对我国的能源供应安全造成一定的负面影响。
而且,国际石油价格不断攀升,而且给人民的生活带来很大影响。
燃料乙醇属可再生资源,是以玉米、小麦、薯类、甘蔗、甜菜等为原料,经发酵、蒸馏、脱水等工序制成的体积分数为99.2%以上的无水乙醇。
车用乙醇汽油(以下简称乙醇汽油),是在汽油中加入一定比例的燃料乙醇而形成的一种新型车用燃料。
按照我国GB18351-2004《车用乙醇汽油》,车用乙醇汽油是用体积分数为90%的普通汽油与体积分数10%的燃料乙醇调和而成。
汽油中添加乙醇后,可提高汽油辛烷值,增加氧含量,使汽油燃烧更完全,降低汽车有害尾气的排放。
是一种清洁的可再生车用燃料。
乙醇汽油的开发应用,有利于促进农业发展,改善大气质量,缓解能源压力,具有较好的社会及环境效益,对国民经济的可持续发展具有重要的战略意义。
近年来,国内外很多科研机构进行了以农作物纤维为原料生产燃料乙醇的研究,并取得了突破性进展。
1.1燃料乙醇的性能
乙醇的分子量为46,沸点为78.3℃,20℃时的密度为0.8g/cm3,氧含量35%,研究法辛烷值111。
燃料乙醇和汽油一样,蒸汽密度比空气大,然而,乙醇蒸汽会迅速分解。
燃料乙醇及乙醇汽油比普通汽油重。
燃料乙醇能与水混合,因此,当水含量达到一定浓度后,乙醇汽油会出现分层。
燃料乙醇的热值比汽油小。
燃料乙醇的毒性比汽油和甲醇小,而且几乎不含硫。
1.2燃料乙醇对汽油性质的影响
汽油中添加一定量的变性燃料乙醇后,将对汽油的辛烷值、氧含量、蒸气压、蒸馏特性以及水溶性等性质产生明显的影响,这些性质的改变有可能影响到汽车发动机的正常工作。
1.2.1增加辛烷值
乙醇体积分数不同的乙醇汽油,其辛烷值增加的具体情况见图1。
乙醇为高辛烷值组分加入到汽油中以后对汽油的辛烷值有比较大的影响。
含无水乙醇10%的乙醇汽油研究法辛烷值大约增加3个单位,抗爆指数大约增加2个单位。
图1加醇汽油辛烷值值乙醇加入量的变化
1.2.2增加蒸气压和氧含量
乙醇在40℃:
时的蒸气压为18kPa,远低于汽油的蒸气压,但将乙醇添加到汽油中后,乙醇汽油的蒸气压将升高。
乙醇含量对乙醇汽油蒸气压的影响见图2。
乙醇是含氧化合物,分子中富含质量分数35%的氧。
如果以10%掺合比调到汽油中其氧含量将达到3.5%(ω/ω)。
远优于国家现行车用汽油对含氧量的规定。
乙醇含量,%(ω/ω)
图2乙醇含量对乙醇汽油蒸气压的影响
1.2.3水溶性
无水乙醇和汽油有很好的互溶性能够以任意的比例溶解。
但是,如果乙醇含水,乙醇和汽油的互溶性就会降低,乙醇分子之间能够产生氢键,并以二聚物的形式存在。
当乙醇溶于汽油这种弱极性溶剂时,分子之间的氢键被削弱,缔合度减小。
由于水分子形成氢键的能力比乙醇强,水分子的存在促进了水分子和乙醇分子的氢键缔合,实验表明含水量大于0.75%时,水分子和乙醇分子会形成复杂的缔和体,导致汽油和乙醇分层。
实验还表明当乙醇的含水量大于1.25%时,会导致分层明显。
因此,一般要求乙醇含水量要小于0.5%。
随着乙醇汽油中水含量的增加,相分离温度会明显提高。
乙醇掺配于汽油中可提高汽油的溶水量(10%乙醇时其溶水量约0.3%)。
乙醇可以吸收油箱和管线中的水,防止水在油箱中积累。
然而,若乙醇吸收过多的水,达到0.4%-0.8%(质量分数)时,水和乙醇就会从汽油中分离出来,在油箱底部形成乙醇和水的混合物,就会给发动机的正常工作带来一定的困难,同时还会造成腐蚀。
一般来说,车用乙醇汽油允许的水含量,与温度和乙醇含量有关,温度越低水含量允许值越低,乙醇含量越低水含量允许值也越低。
车用乙醇汽油相分离温度与乙醇含量关系见图3。
图3乙醇汽油水含量与相分离温度的关系
2乙醇汽油在我国的发展
2.1初步研发
1985年,云南省科委和云南交通科学研究所进行了60%乙醇汽油的发动机台架及行车试验。
1986-1990年,福建省交通科学技术研究所开展了含醇混合汽油的应用研究;交通部公路科学研究所先后进行了不同比例乙醇汽油的应用研究。
1987年,中国石化销售公司下属的中南销售公司、湖北省石油公司、广西石油公司等单位也列项对18%-22%乙醇汽油、5%乙醇柴油等进行营运应用试验。
但因石油产品在产量和价格上具有较大优势而没有得到推广应用。
2001年4月份我国的变性燃料乙醇国家标准(GB18350-2001)和车用乙醇汽油国家标准(GB18351-2001)正式出台。
2001年7月开始,河南天冠集团的小车、货车共105辆,全部改用车用乙醇汽油,历时7个月,行程130公里,乙醇汽油消耗量达380多吨,各类小车、货车行驶正常。
2.2政策和法规
2001年4月份我国的变性燃料乙醇国家标准(GB18350-2001)和车用乙醇汽油国家标准(GB18351-2001)正式出台。
2001年8月初,国家经贸委布置了开展乙醇汽油研究任务。
2001年,国家计委已把搞好车用乙醇汽油推广使用试点作为调整和优化产业结构的重点工作来抓,争取在“十五”期间在全国重点城市形成推广使用的局面。
2004年,为进一步调整能源消费结构,开发石油替代资源,改善汽车尾气排放和大气环境质量,促进农业生产、消费的良性循环和可持续发展,经国务院同意,近日,国家发展和改革委员会、公安部、财政部、商务部、国家税务总局、国家环境保护总局、国家工商行政管理总局、国家质量监督检验检疫总局等8部委联合发出通知,决定在我国部分地区开展车用乙醇汽油扩大试点工作。
其中,车用乙醇汽油扩大试点期间的税收优惠政策如下:
(1)对国家批准的吉林燃料乙醇有限责任公司、河南天冠集团、安徽丰原生物化学股份有限公司和黑龙江华润酒精有限公司四个变性燃料乙醇生产企业,免征用于调配车用乙醇汽油的变性燃料乙醇5%的消费税。
(2)上述四个生产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。
为了扶持燃料乙醇生产,国家为四家定点生产企业提供的专项补贴为,每吨燃料乙醇的补贴在1000-2300元之间,视各地情况而定。
据河南天冠燃料乙醇公司副总经理郭凯介绍,获得补贴后,企业燃料乙醇的利润率约为5%,处于保本微利状态。
2.3我国燃料乙醇的生产装置
在国家原计委的统一安排下,在中国石油、中国石化两大集团的参与下,我国于2000年正式启动了燃料乙醇的生产与试用工作,按照新建厂与老厂改造相结合的精神,国家制定了燃料乙醇生产试点规划。
根据这一规划,我国目前建成、正在建设和拟建设的燃料乙醇装置如下表所示。
表1我国燃料乙醇生产装置
企业
规模/万t.a-1
原料
投资/亿元
产品方案/万t.a-1
备注
吉林燃料乙醇有限责任公司
60
玉米
28.9
燃料乙醇:
60;DDGS:
31;
玉米油:
4.5
2001年9月新建一期30万t/a工程
河南天冠企业集团有限公司
30
小麦
12.88
燃料乙醇:
30;
DDGS:
18
2002年11月开工
安徽丰源生物化学股份公司
32
玉米,马铃薯
黑龙江华润金玉酒精有限公司
10
玉米
2001年初完成改造
山东东久集团(非国家试点)
50
玉米
21
乙醇:
50;
DDGS:
31;
玉米毛油:
4.5;
玉米胚芽粕:
11
2002年6月建成,可根据政策和市场情况转产燃料乙醇
2.4我国燃料乙醇和车用乙醇汽油的主要质量指标
表2变性燃料乙醇质量指标
外观
清澈透明,无肉眼可见悬浮物和沉淀物
乙醇体积含量,%
≥92.1
甲醇体积含量,%
≤0.5
实际胶质/mg.(100mL)-1
≤5.0
水体积含量,%
≤0.8
无机氯(以Cl-计)/mg.L-1
≤32
酸度(以乙酸计)/mg.L-1
≤56
铜/mg.L-1
≤0.08
pH值
6.5~9.0
表3车用乙醇汽油主要质量指标
项目
90号汽油
93号汽油
95号汽油
RON
≥90
≥93
≥95
抗爆指数
≥85
≥88
≥90
铅/g.L-1
≤0.005
馏程/℃
10%
50%
90%
干点
≤70
≤120
≤190
≤205
残馏量,(体积)%
≤2
蒸汽压/kPa
9月16日至3月15日
3月16日至9月15日
≤88
≤74
实际胶质/mg.(100mL)-1
≤5
诱导期/min
≥480
硫含量,%
≤0.10
硫醇(满足下列要求之一)
博士试验
硫醇硫含量,%
通过
≤0.001
铜片腐蚀(50℃,3h),级
≤1
水含量,(质量分数)%
≤0.15
乙醇体积含量,%
9.0~10.5
其他含氧化合物体积含量,%
未检出
3乙醇汽油生产技术
乙醇汽油是普通汽油组分与一定比例的燃料乙醇(无水乙醇)进行调和所形成的一种混合燃料。
根据原料的不同,燃料乙醇生产技术可分为以稻米、玉米、小麦、木薯、甘蔗、甜菜、甜高粱等淀粉质和含糖物质为原料的粮食乙醇生产技术和以秸秆、麦秸、稻草或木片等纤维质为原料的纤维乙醇生产技术。
3.1淀粉质燃料乙醇
我国目前的燃料乙醇生产以粮食为原料。
主要生产企业有:
吉林燃料乙醇有限责任公司、河南天冠企业集团有限公司、安徽丰源生物化学股份有限公司和黑龙江华润金玉酒精有限公司。
这四家公司的总生产能力目前为112万t/a。
其中,有些公司采用引进的先进技术和设备,如:
黑龙江华润酒精有限公司采用奥地利HNT技术。
而有的公司,如:
河南天冠企业集团有限公司,则具有酒精清洁生产工艺、工业沼气、废水处理等多项自主开发的专有技术。
以淀粉质为原料的燃料乙醇生产工艺基本上是大同小异,都是在传统乙醇生产工艺中增加一个脱水过程。
原则流程是:
原料→粉碎→蒸煮→糖化→发酵→蒸馏→脱水→加变性剂→燃料乙醇。
其中,加变性剂的过程是为了将无水乙醇变成不能食用的燃料乙醇,以防止将燃料乙醇作为食用乙醇出售,因为国家对燃料乙醇的生产进行补贴。
以甘蔗、甜菜等含糖原料生产燃料乙醇时,可省去糖化过程。
3.2纤维质燃料乙醇
为了以更低的成本获得清洁能源,近年来国内外很多科研机构进行了以农作物纤维为原料生产燃料乙醇的研究并取得了突破性进展。
纤维素生物质转化成乙醇的过程类似于谷物转化过程。
纤维素必须先通过水解转化成糖份,然后通过发酵生成乙醇。
纤维质原料(含有纤维素和半纤维素)比碳水化合物更难转化成糖。
将纤维素转化成糖的两种常用方法是稀酸水解和浓酸水解,这两种方法都使用硫酸。
稀酸水解利用半纤维素和纤维素之间的差异分两步进行。
第一阶段在较低的温度下进行,有利于半纤维素的转化;第二阶段在较高的温度下进行,有利于原料中纤维素部分的水解。
浓酸水解工艺采用稀酸预处理,将半纤维素与纤维素分离。
然后,将生物质干燥,再加入浓硫酸。
加水将酸稀释后加
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