燃料乙醇的发展现状及展望

范章豪 ， 吴淑晶

(上海工程技术大学 化学化工学院 ， 上海 201620)

•综述与述评•

燃料乙醇的发展现状及展望

范章豪 ， 吴淑晶

(上海工程技术大学 化学化工学院 ， 上海 201620)

介绍了我国目前燃料乙醇生产工艺技术水平、研究现状以及生产原料的来源。对比国内外燃料乙醇的应用和发展现状，并对我国燃料乙醇的未来发展方向进行讨论，为燃料乙醇提供更加广阔的应用空间。

燃料乙醇 ； 发展现状 ； 应用前景

0 引言

随着现代工业水平的高速发展以及全球石油资源的不断减少，寻求可再生生物质资源作为石油能源的替代物成为各国的研究热点和争相发展的产业，燃料乙醇也已经成为可再生能源的一个重要组成部分。但由于一些不可再生能源的过量开采，社会、经济、环境可持续发展所面临的各种各样的问题将日益凸显，寻找新型可替代、可再生能源，成为中国未来能源战略发展的重要方向。借鉴国外经验，推广使用乙醇汽油是国家对于缓解能源、解决环境问题的重要举措，逐渐成为一项战略性挑战[1]。在我国，产业发展也面临诸多问题，如开发非粮原料、研究新生产工艺、开发新生产设备等。目前我国设备还没有一些发达国家先进，但不久的将来会成为一个燃料乙醇大国，甚至超越他们，提倡使用乙醇燃料，对炼油工业和汽车工业的发展很有必要，乙醇的推广和普及对替代和缓解中国石油不足具有重要意义[2]。

1 燃料乙醇生产工艺

乙醇—水体系存在共沸点，难以通过普通精馏方法制取高纯度乙醇，萃取精馏是分离共沸体系的有效途径。对于燃料乙醇，目前常用的脱水方法是共沸蒸馏和萃取蒸馏，但这些方法缺点也较显著，例如所需要的塔板数多，能耗高，这对其生产来说具有一定影响，尽管如此，多年来人们一直在进行燃料乙醇新技术的开发工作，已经成为主流的生产方式有以下几种[3]。

1.1 变压吸附法

变压吸附是一种新的气体分离技术，含固体发酵醪液先经提馏塔分离出固体残液送去脱水作饲料，提馏液进入精馏塔得到95%乙醇的馏出液，再入吸附塔得到无水乙醇的过程[3]。这种方法具有产品纯度高，节能经济，设备简单等优点。

1.2 吸附蒸馏

吸附蒸馏是将吸附和精馏两个过程结合在同一个设备内进行的过程。它不仅综合了精馏分离过程连续和吸附分离过程分离因数高、产品纯度高、能耗低等方面的特点，而且使二者过程相互促进、彼此强化，故特别适用于难分物系的分离，其所用设备及流程与精馏大致相同。

1.3 特殊蒸馏法

普通蒸馏难以实现醇—水共沸物的分离，研究者将共沸精馏和萃取蒸馏应用于这类体系，在工艺上继承了传统的共沸蒸馏和萃取蒸馏的流程。

1.4 渗透汽化

渗透汽化被认为是21世纪最具发展前景的膜分离技术之一。它是利用膜对液体混合物中各组分溶解扩散性能的不同而实现其分离的。原则上适用于一切液体混合物的分离，还具有一次性分离度高的优点[4]。渗透汽化技术特别适用于有机物—水体系分离，单级分离具有效率高、无污染、耗能低等特点，故受到青睐，具有很大的优势。

2 燃料乙醇的国内外发展状况

2.1 国内发展现状

目前，就我国生产技术水平而言，大型燃料乙醇装置与美国燃料乙醇装置和生产技术特点还存在较大差距，例如：美国大部分企业取消了糖化工序，其益处是工艺简捷，操作简便。同时也避免了60 ℃糖化罐中储耐高温产杂菌的积存与危害。对工艺设备的安全性提升了很多。同步糖化发酵工艺不仅能够影响酵母菌代谢的反馈抑制问题，而且能够有效地解决营养过度造成的酵母菌过快生长的负面影响，同时大量消耗糖分产生的乙醇，从而实现发酵过程的高酒分。而国内装置目前还未采取进一步改进，虽然研发应用了国外相应的生产工序，但毕竟技术水平存在较大差距，造成一系列诸如能耗高、成本高等问题，所以我国相关技术还有待提高。

推广使用燃料乙醇是一个系统工程，在我国推广使用车用乙醇汽油主要有如下重要意义：一是可有效解决玉米等粮食的转化，促进农业生产的良性循环；二是可缓解石油紧缺矛盾；三是有利于环境的改善[5]。另外，为扩大原料来源，要抓紧生产，合理利用好土地资源，随着车用乙醇汽油在全国范围的相继使用，必将为我国创造出更巨大的经济效益[6]。这对进一步提高产品的综合利用率，降低燃料乙醇的生产成本，提高竞争力提供支撑[7]，从而在国际燃料市场上拥有较大的地位，为我国今后的生产奠定了基础。

我国已在各个省市开始试用车用乙醇汽油，在各试点城市封闭运行，现有的燃料乙醇生产能力根本不能满足试点区域的市场需要[10]。由于目前我国的燃料乙醇生产成本较高，在中国的推广还处在初级阶段，企业不能完全通过生产燃料乙醇来盈利，离真正的市场化还有一定距离，更多的要靠国家在各环节的补贴。近几年，燃料乙醇在全国几个省市进行推广，都取得了很好的成效。2005年2月我国颁布了《可再生能源法》，国家以立法的形式鼓励生物质液体燃料的发展。推广使用车用乙醇汽油已逐渐成为我国的一项重要战略目标，并且随着车用乙醇汽油在全国范围的使用，必将为我国创造出更巨大的经济效益、环境效益和社会效益，为将来在市场上有更好的发挥作用提供了保证[6]。在替代化石能源、提高环境质量和促进经济发展等目标的驱动下，不断提高发展趋势，这对我国未来的发展方向提供了战略性基础。

2.2 国外发展现状

美国是世界上燃料乙醇的主要生产大国，20 世纪70年代以来，在石油危机的背景下，美国为减少对进口原油的依赖，从寻找替代新能源的角度出发，联邦政府制定了“乙醇发展计划”，作为重要能源战略目标。2005 年《能源政策法案》颁布后, 美国政府还加大了在财政方面的支持力度，进一步缓解各方面的需求[8]。2005年8月8日，美国《新能源法案》正式生效，政府对燃料乙醇也给予了各项措施，这些措施快速推动了美国燃料乙醇产业的迅猛发展。另外，美国不但推广汽车使用乙醇燃料,而且，在能源法中规定至少增添一定比例的可再生燃料，加之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，预计未来几年里燃料乙醇的产量能够得到大大的提升。这对促进美国农业的发展，改善环境，生产先进设备提供了保障，同时也为社会提供了大量就业机会[6]。

欧共体国家用于燃料市场的乙醇需求在2005年出现较大增长，欧盟生物燃料计划驱动了这一需求。这进一步促进了生物燃料目标的实现，欧盟国家先后颁布了生物燃料税收减免政策，同美国一样进行补贴政策，目前该政策已在欧盟多个国家开始实施。欧共体积极发展燃料乙醇有以下重要的三点原因：①石油价格的不断上涨；②乙醇汽油很大程度上提高了汽油的动力性能；③环境污染的程度大大减轻[4]。

巴西是目前世界上最大的燃料乙醇生产和消费国及出口国之一[9]，燃料乙醇在全世界最具竞争优势，现已具备生物能源的发展规模，同时也是世界上唯一不使用纯汽油作为汽车燃料的国家[5]。巴西从1975 年开始实施“燃料乙醇计划”，以甘蔗为原料生产燃料乙醇。随后巴西政府为发展燃料乙醇项目投资了近达4 912亿美元，提高生产燃料乙醇各个环节的生产效率和性能。而且计划今后10年内50%的车辆将使用乙醇汽油。这对车用乙醇燃料的发展提供了进一步的保障[10]。在2006年首次实现了车用燃料的供需平衡，燃料乙醇产业已经成为巴西经济重要的支柱产业。

3 生产原料的来源

燃料乙醇以淀粉质、糖质以及纤维类为原料，经发酵、蒸馏及脱水等工序生产而制得[8]。

我国过去以玉米为原料生产燃料乙醇，成本相对较高，不符合人多地少的国情[9]。目前，国内外使用糖质原料和淀粉质原料生产燃料乙醇的工艺中，原料成本占生产成本的比例高达50%以上，因此，降低燃料乙醇生产成本的一个选择是开发廉价的原料资源以及合理的可再生能源。木质纤维素类原料结构组成复杂，必须先经过水解糖化才能被微生物所利用，从而达到制取燃料乙醇的目的。但木质素的存在阻碍了纤维素酶的作用。因此，在酶法水解前需要进行一定的预处理来增加纤维素酶与纤维素的有效接触。酶法水解由于具有设备简单、反应条件温和、原料糖化率高、副产物少以及不污染环境等优点，从而得到了更广泛的应用。此外，自然界中许多真菌(白腐菌、褐腐菌和软腐菌等 )具有分解木质素的能力，也可用于木质纤维素原料的预处理[9]。

4 结语及展望

随着现代生物技术与工程技术的不断发展，石油供应形势日趋紧张，以石油为基础的化工产品价格也进一步上涨，加之国内石油需求的进一步提高，以乙醇等替代能源为代表的国家能源供应多元化战略，已成为国家能源政策的一个方向 ，这为乙醇化工的发展带来了机遇。由于燃料乙醇的应用可以带来巨大的经济、社会和环境效应，世界各国已有不同程度的研究和应用。今后燃料乙醇的研究领域和应用范围将会不断扩展。因此推广含乙醇汽油，结合国情，积极做好相应的技术准备对未来发展非常重要[9]。随着燃料乙醇的研究和应用的不断扩展，在市场方面存在较大的发展空间，加之目前已成功开发出乙醇柴油燃料制备和燃料应用技术，为燃料乙醇提供更加广阔的利用空间[1]。

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[2] 李仲来,魏明华.燃料乙醇的生产及应用概[J].化工设计通讯,2008,34(3)：53-54.

[3] 韩德奇,李 伟,张冬捧,等.燃料乙醇的生产进展和应用探讨[J].化工技术经济,2002,20(6)：10-11.

[4] 张 敏,曹燕子,李志斌.燃料乙醇研究概况及发展前景[J].湖南科技学院学报,2007,28(4)：89-90.

[5] 黄治玲.燃料乙醇的生产与利用[J].化工科技,2003,11(4)：45-46.

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[7] 高德忠,王昌东,李丽华,等.燃料乙醇的性能及生产工艺[J].辽宁石油化工大学学报,2004,24(2)：25-26.

[8] 司晶星,范桂侠.我国生物燃料乙醇的开发及其应用现状[J].商业环境,2009,(4)：117-118.

[9] 李艳君.世界燃料乙醇新发展及其对中国的启示[J].观察家札,2008(2)：29-34.

[10] 杜风光,冯文生.燃料乙醇发展现状和前景展望[J].现代化工,2006,(26)：6-8.

Development Status and Prospect of Fuel Ethanol

FAN Zhanghao , WU Shujing

(College of Chemistry and Chemical Engineering, Shanghai University of Engineering Science , Shanghai 201620 , China)

The present production of fuel ethanol production technology level,the present research situation and the source of raw material are introduced.Compared with the current application and development of fuel ethanol at home and abroad,the future development direction of fuel ethanol in China are discussed.A more broad application space for fuel ethanol is provided.

fuel ethanol ; development of current situation ; application prospects

2015-08-21

上海工程技术大学大学生创新创业计划项目资助(cs1404014)。

范章豪(1995-)，男，本科在读，研究方向为化学工程与工艺，E-mail：976307871@qq.com。

TQ223.122

A

1003-3467(2015)11-0007-03