摘要：由于國(guó)際石油價(jià)格不斷飚升，世界各國(guó)積極開(kāi)發(fā)應(yīng)用生物燃料乙醇，將其作為一種石油替代能源制定應(yīng)用計(jì)劃，擴(kuò)大應(yīng)用比例，制定政府優(yōu)惠政策。我國(guó)對(duì)開(kāi)發(fā)應(yīng)用生物燃料乙醇正在積極推進(jìn)并制定了燃料乙醇國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。
關(guān)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(guó)際石油價(jià)格的不斷飚升，將直接影響全球的經(jīng)濟(jì)發(fā)展及人們的生活。在2005年3月國(guó)際油價(jià)還在每桶47美元時(shí)，美國(guó)高盛公司國(guó)際能源分析師穆?tīng)柕俸托粮窬驼Z(yǔ)出驚人地預(yù)測(cè)說(shuō)：“油價(jià)將從每桶50美元飚升至每桶100美元，這個(gè)價(jià)格水平能夠維持5～10年。”2008年5月的國(guó)際石油價(jià)格已超過(guò)每桶100美元，看來(lái)那時(shí)這種預(yù)測(cè)并不為過(guò)。目前受美國(guó)次貸危機(jī)的影響，2008年10月石油價(jià)格有所回落。世界各國(guó)為增強(qiáng)能源安全，對(duì)石油替代能源的開(kāi)發(fā)除加緊開(kāi)發(fā)煤液化燃料外，對(duì)生物燃料乙醇的開(kāi)發(fā)應(yīng)用十分關(guān)注和重視[1～3]。美國(guó)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(yīng)生成。對(duì)于甲醇的制取，在我國(guó)以焦?fàn)t煤氣為原料生產(chǎn)甲醇的工藝技術(shù)已成功實(shí)現(xiàn)，并用于多家企業(yè)生產(chǎn)。
生物燃料乙醇的開(kāi)發(fā)應(yīng)用，可追溯到約100年前。在第一次世界大戰(zhàn)時(shí)，由于汽油短缺，歐洲軍隊(duì)就用乙醇摻入汽油中作為燃料，后來(lái)甲醇取代乙醇作為汽油的替代品。后來(lái)由于石油價(jià)格低廉等原因，燃料乙醇及甲醇應(yīng)用發(fā)展停滯不前。現(xiàn)在石油價(jià)格的飚升又把它推到前沿陣地，成為當(dāng)今最具潛力和競(jìng)爭(zhēng)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(yīng)用趨勢(shì)
美國(guó)是石油消費(fèi)大國(guó)，預(yù)計(jì)日均消耗原油量為2080×104桶/d。美國(guó)加州2002年通過(guò)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(guó)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(shì)，取而代之的是燃料乙醇添加劑。2006年2月美國(guó)國(guó)會(huì)通過(guò)了一項(xiàng)可再生燃料能源標(biāo)準(zhǔn)(RFS)。該標(biāo)準(zhǔn)提出：美國(guó)消費(fèi)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(jì)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(guó)一些大企業(yè)的資本開(kāi)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(guó)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(shí)報(bào)》報(bào)道，美國(guó)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(guó)2006年初啟動(dòng)了首套大型煤制油項(xiàng)目，作為今后石油短缺的資源補(bǔ)充。美國(guó)WMPIPTY公司在Gilberton附近建造美國(guó)首套以無(wú)煙煤為原料，生產(chǎn)5000桶/d的超清潔液體燃料，計(jì)劃于2009年初投產(chǎn)，第二階段建設(shè)1×104桶/d的超清潔液體燃料，第三階段達(dá)到4×104桶/d的規(guī)模。煤制油裝置技術(shù)采用殼牌公司的煤炭氣化工藝，由德國(guó)烏德公司承擔(dān)建設(shè)。據(jù)新華社報(bào)道，2008年6月7日，由美國(guó)能源部長(zhǎng)和日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)大臣甘利明簽署一項(xiàng)合作研究開(kāi)發(fā)可燃冰協(xié)議?？梢?jiàn)美國(guó)對(duì)國(guó)際石油價(jià)格的不斷飚升，顯示出嚴(yán)重?fù)?dān)憂?？扇急卜Q天然氣水合物，經(jīng)科學(xué)推算認(rèn)為，天然氣水合物在地球上的推測(cè)儲(chǔ)存量達(dá)10×1012t以上，相當(dāng)于目前人類消費(fèi)的石油、天然氣和煤炭合計(jì)總儲(chǔ)量的2倍，是目前已探明的天然氣儲(chǔ)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(guān)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(guó)策，其摻入的體積分?jǐn)?shù)高達(dá)22%～25%，是目前世界上在汽油中摻入乙醇比例最高的國(guó)家。計(jì)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(guó)生產(chǎn)的汽車和進(jìn)口的汽車都要符合使用乙醇汽油的標(biāo)準(zhǔn)。
歐洲生物燃料指令要求，今后10年生物燃料乙醇消費(fèi)量要超過(guò)454.6×104m3/a。歐洲使用的生物燃料主要是通過(guò)乙基叔丁基醚與少量乙醇調(diào)合而成。目前歐盟6%的能源來(lái)自于可再生能源和風(fēng)能，計(jì)劃到2010年可再生能源占12%，2020年可再生能源達(dá)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(mén)成立了國(guó)家生物燃料領(lǐng)導(dǎo)小組，目前已有12個(gè)州和地區(qū)指令按體積調(diào)合5%的燃料乙醇于汽油中。日本也在推行燃料乙醇計(jì)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(guó)占43%，巴西占32%。歐盟占15%，其余為中國(guó)、印度、泰國(guó)等。
3 我國(guó)生物燃料的應(yīng)用
據(jù)有關(guān)報(bào)道，2005年我國(guó)消費(fèi)燃料乙醇量達(dá)75.7×104m3/a，產(chǎn)能和應(yīng)用范圍正在不斷擴(kuò)大，預(yù)計(jì)潛在市場(chǎng)需求將超過(guò)379×104m3。
國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)、財(cái)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(guó)就有27個(gè)城市強(qiáng)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(yù)測(cè)，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(guó)生產(chǎn)燃料乙醇量約120×104t/a。今后幾年國(guó)家燃料乙醇總需求量約(500～700)×104t/a。我國(guó)乙醇柴油的使用也正在積極試驗(yàn)和推進(jìn)。
目前，正在山西進(jìn)行甲醇汽油燃料示范運(yùn)行和技術(shù)測(cè)定工作。山西省提出“把山西建成國(guó)家級(jí)甲醇汽車示范基地和甲醇燃料生產(chǎn)基地”，并計(jì)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(jì)圈。山西晉城煤層氣作汽車燃料也在進(jìn)行示范運(yùn)行。
我國(guó)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(tuán)燃料乙醇公司年產(chǎn)30×104t/a燃料乙醇，計(jì)劃到2010年擴(kuò)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(lái)生產(chǎn)燃料乙醇。
安徽豐原集團(tuán)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(yàn)，每4t玉米秸稈、麥草秸稈等可生產(chǎn)1t燃料乙醇。我國(guó)秸稈資源豐富，每年總產(chǎn)量為10×108t/a干物質(zhì)，若轉(zhuǎn)換成乙醇，相當(dāng)于3×108t/a石油當(dāng)量，其工業(yè)化中試裝置于2006年投入運(yùn)行。
我國(guó)擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)煤制油技術(shù)的間接液化示范廠，在山西省長(zhǎng)治市由山西潞安環(huán)能集團(tuán)公司于2006年啟動(dòng)建設(shè)。在內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市，神華集團(tuán)公司煤制油直接液化項(xiàng)目第1條生產(chǎn)線計(jì)劃于2008年底投產(chǎn)，將使我國(guó)替代能源結(jié)構(gòu)多元化及生物燃料乙醇的應(yīng)用范圍擴(kuò)大，將會(huì)逐步緩解我國(guó)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?jǐn)?shù)標(biāo)記，例如摻入乙醇的體積分?jǐn)?shù)分別為3%、5%、15%的汽油分別標(biāo)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(diǎn)。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?xì)浠衔?、氮氧化物等污染物的排放量?/span>
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?xì)浠衔锲骄鶟舛缺仁褂闷胀ㄆ偷钠嚪謩e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(guó)汽車擁有量達(dá)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(zhì)量。
5 燃料乙醇標(biāo)準(zhǔn)
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?jǐn)?shù)為20%的乙醇汽油的含水量(體積分?jǐn)?shù))不能超過(guò)1%。
美國(guó)規(guī)定乙醇的體積分?jǐn)?shù)為10%的乙醇汽油含水量(體積分?jǐn)?shù))不能超過(guò)0.4%。
中國(guó)規(guī)定乙醇的體積分?jǐn)?shù)為10%的乙醇汽油含水量(體積分?jǐn)?shù))不能超過(guò)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(shí)密度為0.7893～0.7918g/cm3。加入燃料乙醇的變性劑，應(yīng)符合GB 17930—1999《車用無(wú)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(yīng)為(5：1)～(20：1)。GB18350—2001《變性燃料乙醇》給出的主要指標(biāo)見(jiàn)表1。
表1 變性燃料乙醇主要指標(biāo)
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乙醇體積分?jǐn)?shù)/%
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≥92.1
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甲醇體積分?jǐn)?shù)/%
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≤0.5
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每100mL中含膠質(zhì)的質(zhì)量/mg
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≤5.0
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水體積分?jǐn)?shù)/%
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≤0.8
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無(wú)機(jī)氯(以Cl計(jì))質(zhì)量濃度/(mg·L-1)
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≤32
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酸(以乙醇計(jì))質(zhì)量濃度/(mg·L-1)
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≤56
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銅質(zhì)量濃度/(mg·L-1)
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≤0.08
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pH值
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6.5～9.0
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參考文獻(xiàn)：
[1] 高建業(yè).煤化工縱橫談[M].香港：長(zhǎng)城書(shū)社出版公司，1993.
[2] 高建業(yè).煤液化燃料替代石油能源的開(kāi)發(fā)應(yīng)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(xué)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)
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