[科普中國(guó)]-乙醇燃料

簡(jiǎn)介

燃料乙醇中主要雜質(zhì)是正丙醇，它是一種可再生能源。大量的試驗(yàn)研究和成功的實(shí)踐都證明，乙醇作為汽車的代用燃料是完全可行的。目前，乙醇作為燃料應(yīng)用在汽油機(jī)上的技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟了，但在柴油機(jī)上的應(yīng)用受到與柴油不能互溶的限制，尚未產(chǎn)業(yè)化。1

生產(chǎn)工藝車用乙醇燃料由變性燃料乙醇和汽(柴)油以一定比例混配而成。燃料乙醇的生產(chǎn)方法有合成法(即乙烯水合法)和生物法兩種。近年來(lái)受原油資源問題及乙烯價(jià)格上漲的制約，合成法被生物法取代。生物法以玉米、小麥、薯類、甘蔗、甜菜、木屑、樹枝和植物秸桿等農(nóng)產(chǎn)品或農(nóng)林廢棄物為原料酶解糖化發(fā)酵制造乙醇。2

對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)零部件的影響乙醇在汽油機(jī)上的應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，巴西和美國(guó)多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明，普通汽油車無(wú)需任何改動(dòng)就可以使用添加10%乙醇的汽油。超過15%乙醇的汽油，則必須對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)整。

由于乙醇是一種有機(jī)溶劑，在生產(chǎn)、儲(chǔ)存、燃燒過程都會(huì)產(chǎn)生有機(jī)酸，易對(duì)機(jī)件產(chǎn)生腐蝕和磨損。需清洗燃油系統(tǒng)和油箱，對(duì)汽車的塑料密封件進(jìn)行防腐蝕處理，更換部分橡膠材料，如軟管更換為丁睛橡膠，密封件更換為含氟橡膠。

我國(guó)試點(diǎn)使用中發(fā)現(xiàn)，發(fā)動(dòng)機(jī)使用初期，燃油系零部件、油路及油管壁上的沉積物會(huì)剝落下來(lái)，可能會(huì)導(dǎo)致濾清器的堵塞；長(zhǎng)期使用汽油醇時(shí)，一些鎂、鋁、鋅的合金、鍍鉛錫的鋼板及有些黑色金屬將遭到腐蝕，尤其在燃料分層時(shí)更明顯；潤(rùn)滑油的酸度值及粘度增加，在發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)的部件上，容易產(chǎn)生油污，潤(rùn)滑油污染嚴(yán)重可能導(dǎo)致拉缸；供油泵中的橡膠件、化油器加速泵中的皮碗及濾清器中的橡膠油封出現(xiàn)脹大現(xiàn)象。2

對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性的影響從機(jī)理講，燃料乙醇熱值比汽油熱值低，會(huì)使動(dòng)力性能下降。但因乙醇中的氧將原汽油中不能完全燃燒的部分充分燃燒，從而使功率上升。兩者相抵，總體持平或略有下降。據(jù)國(guó)家汽車研究中心所作的發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)和行車試驗(yàn)結(jié)果表明，使用車用乙醇汽油，發(fā)動(dòng)機(jī)不需改造，動(dòng)力性能基本不變。2

主要特性乙醇的分子組成是C2H5OH，無(wú)限溶于水，與烴類燃料相溶性差。乙醇可以單獨(dú)作為汽車燃料, 也可和汽油或柴油混合形成混合燃料。乙醇作為汽車燃料，有以下特點(diǎn)：

（1）乙醇的低熱值相當(dāng)于汽油的60.9%，相當(dāng)于柴油的62.8%，但從相對(duì)能耗的角度看，其熱效率并不比汽油和柴油低；

（2）乙醇的辛烷值比較高，是良好的汽油機(jī)代用燃料，也是提高汽油辛烷值的良好添加劑，但其十六烷值很低，在壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)上應(yīng)用難度較大；

（3）乙醇的沸點(diǎn)比汽油低，有助于燃油-空氣混合氣的形成，但缺少高揮發(fā)性成分，對(duì)起動(dòng)不利。乙醇的蒸氣壓比汽油低，會(huì)影響汽車的動(dòng)力性和蒸發(fā)排放；

（4）乙醇的汽化潛熱大，有助于改善N0×排放，乙醇的著火界限寬，能夠在較稀的混合氣狀態(tài)下燃燒，所以適合稀混合氣燃燒模式的發(fā)動(dòng)機(jī)。1

主要缺點(diǎn)汽車用乙醇汽油在燃燒值、動(dòng)力性和耐腐蝕性上的不足：

（1）乙醇的熱值是常規(guī)車用汽油的60%，據(jù)有關(guān)資料的報(bào)道，若汽車不作任何改動(dòng)就使用含乙醇10%的混合汽油時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的油耗會(huì)增加5%。

（2）乙醇的汽化潛熱大，理論空燃比下的蒸發(fā)溫度大于常規(guī)汽油。影響混合氣的形成及燃燒速度，導(dǎo)致汽車動(dòng)力性，經(jīng)濟(jì)型，及冷啟動(dòng)性的下降，不利于汽車的加速性。

（3）乙醇在燃燒過程中會(huì)產(chǎn)生乙酸，對(duì)汽車金屬特別是銅有腐蝕作用。有關(guān)試驗(yàn)表明，在汽油中乙醇的含量在0～10%時(shí)，對(duì)金屬基本沒有腐蝕，但乙醇含量超過15%時(shí)，必須添加有效的腐蝕抑止劑。

（4）乙醇時(shí)一種優(yōu)良溶劑，易對(duì)汽車的密封橡膠及其他合成非金屬材料產(chǎn)生輕微的腐蝕，溶漲，軟化或龜裂作用。

（5）乙醇易吸于水，車用乙醇汽油的含水量超過標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)后，容易發(fā)生液相分離。

發(fā)展與應(yīng)用乙醇作為燃料早在20 世紀(jì)初就出現(xiàn)了，后來(lái)隨著價(jià)廉物美的石化系燃油大量生產(chǎn)，使汽油和柴油成了發(fā)動(dòng)機(jī)的主要燃料，從而抑制了乙醇燃料的發(fā)展。直到20 世紀(jì)70 年代初全球性“石油危機(jī)”的爆發(fā)和不斷嚴(yán)格的汽車排放法規(guī)才使得燃料乙醇的研究應(yīng)用迅速發(fā)展。1

國(guó)外乙醇燃料的發(fā)展現(xiàn)狀巴西是世界上最大的燃料乙醇生產(chǎn)和消費(fèi)國(guó)，年產(chǎn)乙醇1000 萬(wàn)噸以上，97%用于燃料，甘蔗是巴西生產(chǎn)乙醇的主要原料。巴西目前約40%的汽車以純乙醇做燃料，其余的則以22%(體積比)的燃料乙醇和78%的車用汽油的混合物做燃料。巴西是全世界唯一不供應(yīng)純汽油的國(guó)家，因而使其有了“綠色能源之國(guó)”的美譽(yù)。1

美國(guó)的燃料乙醇的產(chǎn)量?jī)H次于巴西，主要用玉米生產(chǎn)乙醇。目前，在汽油中摻加10%乙醇的gasohol( 汽油醇) 在全美已經(jīng)普遍使用。1996 年，美國(guó)國(guó)家地質(zhì)綜合考察部的一篇研究報(bào)告指出，作為汽油抗爆劑的MTBE( 甲基叔丁基醚) 對(duì)地下水質(zhì)有污染。所以，目前美國(guó)已經(jīng)禁止使用MTBE。由于含10%乙醇的汽油不要求改動(dòng)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)，在減少空氣污染方面與MTBE 有相同的效果，因此各乙醇生產(chǎn)公司對(duì)其發(fā)展持樂觀態(tài)度。1

在亞洲，泰國(guó)是第一個(gè)由政府開展全國(guó)生物燃料的國(guó)家。泰國(guó)由于石油95%依賴進(jìn)口，使得外貿(mào)長(zhǎng)期赤字。所以，在皇室和政府的積極推動(dòng)下，短短的兩年時(shí)間，就成功的開展了燃料乙醇的項(xiàng)目，主要是使用木薯為原料發(fā)酵生產(chǎn)乙醇。泰國(guó)的成功，影響了亞太地區(qū)其他國(guó)家，使眾多東盟國(guó)家、韓國(guó)、澳洲等也開始積極實(shí)施乙醇燃料計(jì)劃。1

我國(guó)乙醇燃料的發(fā)展現(xiàn)狀我國(guó)是世界上第二大石油消費(fèi)國(guó)，1993 年，我國(guó)開始成為石油凈進(jìn)口國(guó)，2001 年我國(guó)耗原油2億噸，進(jìn)口原油6500萬(wàn)噸，進(jìn)口油占國(guó)內(nèi)耗油的32.5%，已超過國(guó)際安全警戒線30%。預(yù)計(jì)到2010 年，進(jìn)口原油占國(guó)內(nèi)耗油比例將達(dá)到56%。我國(guó)目前各個(gè)大中城市大氣污染嚴(yán)重，其中60%的污染物來(lái)自于機(jī)動(dòng)車所排放的尾氣。我國(guó)政府已經(jīng)充分認(rèn)識(shí)到了發(fā)展乙醇燃料的重要性，于2001 年頒布了《變性燃料乙醇》和《車用乙醇汽油》兩個(gè)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，并在河南、吉林、黑龍江、安徽等省開展使用車用乙醇汽油試點(diǎn)，燃用在汽油中添加10%無(wú)水乙醇的混合燃料，生產(chǎn)乙醇使用的原料主要為玉米。截至2005年4 月1 日，我國(guó)的東三省、河南和安徽已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了封閉推廣乙醇汽油，禁止銷售普通汽油。山東7 個(gè)地市、江蘇5 個(gè)地市、河北6個(gè)地市成為局部試點(diǎn)城市。1

綜合國(guó)內(nèi)外各國(guó)成功先例，我們發(fā)現(xiàn)，發(fā)展乙醇燃料，一些外部的因素是必須具備的：（1）各國(guó)車用乙醇汽油的推廣，既有行政法規(guī)的保障，又有稅收優(yōu)惠、財(cái)政補(bǔ)貼等經(jīng)濟(jì)政策的支持，這是順利推廣車用乙醇汽油的根本保障。這主要是因?yàn)槟壳捌痛既剂仙a(chǎn)成本高，在市場(chǎng)上缺乏競(jìng)爭(zhēng)力，需要政府的引導(dǎo)；（2）結(jié)合本國(guó)實(shí)際國(guó)情，選擇合適的原料生產(chǎn)乙醇。無(wú)論選擇什么原料生產(chǎn)乙醇，都該和本國(guó)國(guó)情相結(jié)合，合理布局，避免重復(fù)建設(shè)導(dǎo)致浪費(fèi)；（3）從社會(huì)的綜合效益上看，評(píng)價(jià)乙醇燃料的價(jià)值。首先，它為農(nóng)產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化和增值提供了渠道；其次增加農(nóng)民收入( 尤其是欠發(fā)達(dá)地區(qū)) ，改善農(nóng)民生活，酒精廠的建立為社會(huì)提供更多的就業(yè)機(jī)會(huì)；最后，它所產(chǎn)生的環(huán)保價(jià)值不僅可以節(jié)省一筆可觀的環(huán)境治理費(fèi)用，而且其對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的積極影響是深遠(yuǎn)的。1

能源多樣化是能源安全的一個(gè)良好對(duì)策，農(nóng)作物燃料乙醇的推廣使用意義重大。但是必須要注重生命周期問題，必須利用高產(chǎn)能作物，并且要改良作物品種，提高乙醇產(chǎn)出比；此外，改進(jìn)乙醇生產(chǎn)工藝，提高能源利用率，降低生產(chǎn)過程排放污染；為了提高經(jīng)濟(jì)效益，要加強(qiáng)綜合利用，采取聯(lián)合生產(chǎn)，充分利用乙醇生產(chǎn)過程的廢棄物，形成循環(huán)利用可持續(xù)發(fā)展的綠色能源經(jīng)濟(jì)。3