淺議燃料乙醇生產(chǎn)工藝及乙醇汽油現(xiàn)狀*

孫慶國(guó)

(新疆應(yīng)用職業(yè)技術(shù)學(xué)院石油與化學(xué)工程系，新疆 奎屯 833200)

近年來(lái)，我國(guó)汽車的保有量在不斷增加，到2020年第三季度，我國(guó)汽車保有量為2.75億輛，其中新能源汽車的保有量?jī)H為417萬(wàn)輛，約占1.5%，汽車數(shù)量的不斷增加，導(dǎo)致大量的燃料油被消耗，汽車尾氣帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題也日益嚴(yán)重。因此燃料乙醇作為一種可降低環(huán)境污染和取代石油燃料的新型能源應(yīng)運(yùn)而生。燃料乙醇是綠色、低碳清潔的可再生燃料，與汽油有很好的相溶性，含氧量高達(dá)35%，高辛烷值且燃燒速度快，物理性質(zhì)與汽油接近，在汽油發(fā)動(dòng)機(jī)中摻燒少量燃料乙醇，發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)不需改動(dòng)[1]。燃料乙醇加入變性劑(2%～5%)后與汽油混合就是現(xiàn)在普遍使用的車用乙醇汽油。乙醇汽油能有效降低汽車尾氣有害物的排放，改善空氣質(zhì)量，幫助解決大氣環(huán)境污染等問(wèn)題，同時(shí)緩解能源壓力，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義。

2020年，我國(guó)要在全國(guó)范圍內(nèi)推廣使用車用乙醇汽油，基本實(shí)現(xiàn)全覆蓋[2-4]，因此燃料乙醇的生產(chǎn)狀況對(duì)車用乙醇汽油的推廣具有十分重要的意義。

1 燃料乙醇的生產(chǎn)工藝

目前，根據(jù)生產(chǎn)原料的不同，燃料乙醇的生產(chǎn)工藝[5-7]主要分為三大類：石油基乙烯水合法、煤基合成氣法以及生物質(zhì)法。

1.1 石油基乙烯水合法

1.2 煤基合成氣法

煤基合成氣法以煤為基礎(chǔ)原料，分為直接法和間接法。直接法是在銠基催化劑[8]作用下直接轉(zhuǎn)化為低碳混合醇；間接法[5,7,9]包括醋酸加氫法、醋酸酯化加氫法、二甲醚羰基化法。醋酸加氫法是醋酸與氫氣混合氣化，氣化后的混合物經(jīng)加熱進(jìn)行催化加氫反應(yīng)，所得產(chǎn)物冷卻后經(jīng)氣液分離、提純處理得到無(wú)水乙醇。醋酸酯化加氫法是將中間產(chǎn)物乙酸乙酯與前道工序所得氣相混合氣化，氣化混合物經(jīng)加熱后進(jìn)行酯加氫反應(yīng)，再經(jīng)氣液分離可得乙醇粗產(chǎn)品。二甲醚羰基化法核心技術(shù)[10-11]在于二甲醚羰基化生成醋酸甲酯和醋酸甲酯加氫生成乙醇。

1.3 生物質(zhì)發(fā)酵法

生物質(zhì)發(fā)酵法生產(chǎn)燃料乙醇的工藝流程分為原料收集、預(yù)處理、糖化、發(fā)酵和分離純化五個(gè)步驟。根據(jù)生產(chǎn)原料[12]的不同可將生物質(zhì)發(fā)分為三大類：以小麥、水稻、和玉米等為原料的糧食乙醇，以甜高粱、木薯和甘蔗等非糧食作物為原料的非糧乙醇，以秸稈等農(nóng)業(yè)廢棄物作為主要原料纖維素乙醇。

在糧食和能源安全問(wèn)題廣受關(guān)注的當(dāng)下，以糧食為基礎(chǔ)原料的燃料乙醇生產(chǎn)已逐步暫停，“非糧燃料乙醇”研究及應(yīng)用將成為行業(yè)、企業(yè)和主管部門下一步的工作重點(diǎn)[13]。

表1 燃料乙醇生產(chǎn)工藝對(duì)比

我國(guó)雖然石油、煤炭資源較為豐富，并且近年來(lái)在合成氣制備乙醇的工藝技術(shù)有所突破，且生產(chǎn)成本較低，但為了避免能源危機(jī)且降低碳排放，目前只采用生物質(zhì)法[6]生產(chǎn)燃料乙醇。

袁敬偉等[14]對(duì)纖維質(zhì)原料生產(chǎn)乙醇的主要工藝過(guò)程進(jìn)行了介紹；王鵬翔等[15]對(duì)微藻作為生物質(zhì)供應(yīng)的特性以及國(guó)內(nèi)外對(duì)于微藻生產(chǎn)燃料乙醇的技術(shù)進(jìn)展、現(xiàn)存在問(wèn)題及未來(lái)的發(fā)展前景進(jìn)行了介紹；劉鑫[16]對(duì)食用菌菌糠生物轉(zhuǎn)化發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇的轉(zhuǎn)化原理、工藝流程進(jìn)行了闡述；華東理工大學(xué)[17]研發(fā)的干法生物煉制技術(shù)作為農(nóng)作物秸稈原料生產(chǎn)燃料乙醇成套技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化實(shí)施；何明雄等[18]公開了一種利用畜禽糞便生產(chǎn)燃料乙醇的方法，并對(duì)生產(chǎn)工藝進(jìn)行了介紹。

2 乙醇汽油存在的問(wèn)題及解決辦法

根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB18351-2017車用乙醇汽油對(duì)蒸氣壓的要求，發(fā)現(xiàn)在實(shí)際調(diào)合組分油時(shí)存在蒸氣壓控制困難，常出現(xiàn)蒸氣壓卡邊或超上限的狀況[19-22]。劉菊蓉等[23]的研究結(jié)果表明：富含芳烴的重整汽油E10的蒸氣壓增幅達(dá)到17.5 kPa，富含飽和烴的加氫裂化重汽油E10、直餾汽油E10、烷基化汽油E10、異構(gòu)化汽油E10的蒸氣壓增幅為1.5～10 kPa，富含烯烴的催化裂化汽油E10的蒸氣壓基本不變，優(yōu)化乙醇汽油調(diào)合組分油的組成(尤其是控制芳烴含量)是控制乙醇汽油蒸氣壓不超上限的重要措施。

針對(duì)乙醇具有親水性，車用乙醇汽油容易出現(xiàn)分層的問(wèn)題，王思明等[24]以92號(hào)乙醇汽油(E10)為例進(jìn)行了研究，結(jié)果表明：對(duì)于含水量小于0.404%的92號(hào)乙醇汽油，無(wú)論靜置儲(chǔ)存于室溫還是低溫環(huán)境中，水與乙醇汽油充分互溶，幾乎不存在水分析出；在相同條件下，含水量大于等于0.404%的92號(hào)乙醇汽油，含水量越高，隨靜置儲(chǔ)存時(shí)間的增加，水分沉降析出越明顯，并且儲(chǔ)存環(huán)境溫度越低，水分析出量越多，越容易發(fā)生分層現(xiàn)象；儲(chǔ)存在低溫環(huán)境中的含水量大于等于0.404%的樣品中有乙醇隨水分一起析出，即低溫環(huán)境不僅促進(jìn)水分的析出，也會(huì)促進(jìn)乙醇的析出。

針對(duì)乙醇汽油中存在的微量水分和雜質(zhì)或氧化分解產(chǎn)生少量有機(jī)酸加重汽車油路系統(tǒng)的腐蝕與磨損的問(wèn)題，李俊華、張穎等[25]對(duì)緩蝕劑的研究情況進(jìn)行了總結(jié)：目前國(guó)內(nèi)外乙醇汽油緩蝕劑主要有長(zhǎng)鏈脂肪酸類、環(huán)烷酸類、雜環(huán)類等三大類，并向著綠色環(huán)保、配伍性好、穩(wěn)定性好、合成簡(jiǎn)易、多功能化等方向發(fā)展，長(zhǎng)鏈脂肪酸類將以長(zhǎng)鏈脂肪酸及其酯類、酰胺類為主，環(huán)烷酸類將以環(huán)烷酸鹽及其醇酸、胺類為主，雜環(huán)類將以苯丙三氮唑及其衍生物、咪唑啉類為主。

3 結(jié) 語(yǔ)

燃料乙醇汽油是符合我國(guó)能源戰(zhàn)略的綠色清潔燃料，當(dāng)前全球成熟的生物乙醇燃料生產(chǎn)技術(shù)都是以玉米、小麥、稻米等糧食作物為主要原料的，“非糧燃料乙醇”的技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用實(shí)踐有助于解決“與人爭(zhēng)糧”行業(yè)發(fā)展難題，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。同時(shí)乙醇汽油在生產(chǎn)、推廣以及使用過(guò)程中產(chǎn)生的問(wèn)題同樣值得關(guān)注，需要更多研究人員和科技工作者的不懈努力。