[科普中國]-乙醇燃料

簡介

燃料乙醇中主要雜質(zhì)是正丙醇，它是一種可再生能源。大量的試驗研究和成功的實踐都證明，乙醇作為汽車的代用燃料是完全可行的。目前，乙醇作為燃料應用在汽油機上的技術(shù)已經(jīng)相當成熟了，但在柴油機上的應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。近年來受原油資源問題及乙烯價格上漲的制約，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

對發(fā)動機零部件的影響乙醇在汽油機上的應用技術(shù)已經(jīng)相當成熟，巴西和美國多年的實踐經(jīng)驗證明，普通汽油車無需任何改動就可以使用添加10%乙醇的汽油。超過15%乙醇的汽油，則必須對汽車發(fā)動機進行調(diào)整。

由于乙醇是一種有機溶劑，在生產(chǎn)、儲存、燃燒過程都會產(chǎn)生有機酸，易對機件產(chǎn)生腐蝕和磨損。需清洗燃油系統(tǒng)和油箱，對汽車的塑料密封件進行防腐蝕處理，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。

我國試點使用中發(fā)現(xiàn)，發(fā)動機使用初期，燃油系零部件、油路及油管壁上的沉積物會剝落下來，可能會導致濾清器的堵塞；長期使用汽油醇時，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，尤其在燃料分層時更明顯；潤滑油的酸度值及粘度增加，在發(fā)動機進氣系統(tǒng)的部件上，容易產(chǎn)生油污，潤滑油污染嚴重可能導致拉缸；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

對發(fā)動機動力性的影響從機理講，燃料乙醇熱值比汽油熱值低，會使動力性能下降。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)國家汽車研究中心所作的發(fā)動機臺架試驗和行車試驗結(jié)果表明，使用車用乙醇汽油，發(fā)動機不需改造，動力性能基本不變。2

主要特性乙醇的分子組成是C2H5OH，無限溶于水，與烴類燃料相溶性差。乙醇可以單獨作為汽車燃料, 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：

（1）乙醇的低熱值相當于汽油的60.9%，相當于柴油的62.8%，但從相對能耗的角度看，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)動機上應用難度較大；

（3）乙醇的沸點比汽油低，有助于燃油-空氣混合氣的形成，但缺少高揮發(fā)性成分，對起動不利。乙醇的蒸氣壓比汽油低，會影響汽車的動力性和蒸發(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)動機。1

主要缺點汽車用乙醇汽油在燃燒值、動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)資料的報道，若汽車不作任何改動就使用含乙醇10%的混合汽油時，發(fā)動機的油耗會增加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，導致汽車動力性，經(jīng)濟型，及冷啟動性的下降，不利于汽車的加速性。

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

（4）乙醇時一種優(yōu)良溶劑，易對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準指標后，容易發(fā)生液相分離。

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

國外乙醇燃料的發(fā)展現(xiàn)狀巴西是世界上最大的燃料乙醇生產(chǎn)和消費國，年產(chǎn)乙醇1000 萬噸以上，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純汽油的國家，因而使其有了“綠色能源之國”的美譽。1

美國的燃料乙醇的產(chǎn)量僅次于巴西，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，美國國家地質(zhì)綜合考察部的一篇研究報告指出，作為汽油抗爆劑的MTBE( 甲基叔丁基醚) 對地下水質(zhì)有污染。所以，目前美國已經(jīng)禁止使用MTBE。由于含10%乙醇的汽油不要求改動汽車發(fā)動機，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)公司對其發(fā)展持樂觀態(tài)度。1

在亞洲，泰國是第一個由政府開展全國生物燃料的國家。泰國由于石油95%依賴進口，使得外貿(mào)長期赤字。所以，在皇室和政府的積極推動下，短短的兩年時間，就成功的開展了燃料乙醇的項目，主要是使用木薯為原料發(fā)酵生產(chǎn)乙醇。泰國的成功，影響了亞太地區(qū)其他國家，使眾多東盟國家、韓國、澳洲等也開始積極實施乙醇燃料計劃。1

我國乙醇燃料的發(fā)展現(xiàn)狀我國是世界上第二大石油消費國，1993 年，我國開始成為石油凈進口國，2001 年我國耗原油2億噸，進口原油6500萬噸，進口油占國內(nèi)耗油的32.5%，已超過國際安全警戒線30%。預計到2010 年，進口原油占國內(nèi)耗油比例將達到56%。我國目前各個大中城市大氣污染嚴重，其中60%的污染物來自于機動車所排放的尾氣。我國政府已經(jīng)充分認識到了發(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》兩個國家標準，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，燃用在汽油中添加10%無水乙醇的混合燃料，生產(chǎn)乙醇使用的原料主要為玉米。截至2005年4 月1 日，我國的東三省、河南和安徽已經(jīng)實現(xiàn)了封閉推廣乙醇汽油，禁止銷售普通汽油。山東7 個地市、江蘇5 個地市、河北6個地市成為局部試點城市。1

綜合國內(nèi)外各國成功先例，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、財政補貼等經(jīng)濟政策的支持，這是順利推廣車用乙醇汽油的根本保障。這主要是因為目前汽油醇燃料生產(chǎn)成本高，在市場上缺乏競爭力，需要政府的引導；（2）結(jié)合本國實際國情，選擇合適的原料生產(chǎn)乙醇。無論選擇什么原料生產(chǎn)乙醇，都該和本國國情相結(jié)合，合理布局，避免重復建設導致浪費；（3）從社會的綜合效益上看，評價乙醇燃料的價值。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)達地區(qū)) ，改善農(nóng)民生活，酒精廠的建立為社會提供更多的就業(yè)機會；最后，它所產(chǎn)生的環(huán)保價值不僅可以節(jié)省一筆可觀的環(huán)境治理費用，而且其對環(huán)境產(chǎn)生的積極影響是深遠的。1

能源多樣化是能源安全的一個良好對策，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)濟效益，要加強綜合利用，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。3