燃料乙醇的性能及生產(chǎn)工藝

第24卷第2期遼寧石油化Vol 24 No. 22004F6A JOURNAL OF LIAONING UNIVERSITY OF PETROLEUM CHEMICAL TECHNOLOGY Jun 2004文章編號:1672-6952(2004)02-0023-04燃料乙醇的性能及生產(chǎn)工藝高德忠,王昌東,李麗華,張金生(遼寧石油化工大學(xué)石油化工學(xué)院,遼寧撫順113001)摘要:乙醇與汽油相比,其中氫的質(zhì)量分數、密度、辛炕值等性質(zhì)都非常接近。分析表明然料乙醇作為化石燃料的替代產(chǎn)品具有氧的含量高、辛烷值高、燃燒性能姸和燃燒排放污染物少等優(yōu)良特性。催化裂化汽油中添加體積分數為10%的乙醇后,其辛烷值(RON)提高34個(gè)單位,辛烷值(MON)增加1.4個(gè)單位。乙酵調和汽油可有效降低汽車(chē)尾氣排放,其碳氨化合物、O、氮氧化合物等有毒氣體排放都有所降低。燃料乙醇與食用乙醇的生產(chǎn)工藝基本相同,所不同的是需要增加濃鳊脫水后處理工藝,使水的體積分數降到1%以下。生產(chǎn)燃料乙醇的方法有合成法和生物法兩種,由于近年來(lái)乙烯價(jià)格的上漲,合成法為生物法所取代,在生物法中以吸附蒸餾法和加鹽萃取蒸餾法為技術(shù)發(fā)展方向。關(guān)鍵詞:燃料乙醇;辛炕值;抗暴性中圖分類(lèi)號:TE6248文獻標識碼:APerformance and Producing Technique of Fuel EthanolGAO De-zhong, WANG Chang-dong, LI Li-hua, ZHANG Jin-sheng(School of Petrochemical Technology, Liaoning University of Petroleum Chemical TechnologyFushun Liaoning 113001, ChinAbstract: Ethanol has the approximate characters with gasoline in mass value, density, octane number etc. It's analyzed that fuelethanol enjoys lots of superiority such as higher oxygen content, higher octane number, good combustibility, lower let contaminationburning, accordingly it takes the floor instead of fossil fuel. When adding ethanol with 10 percent in volume the catalytic crackinggasoline would increase in 3. 4 with RON, and 1. 4 with MON, Gasoline blending with ethanol can not only decrease the dischargewolume of automobiles, but also decline the poisonous gases, for instance hydrocarbon compound, monoxide and nitrogen oxide. Fuelethanol has the similar processing with edible ethanol, the unique dissimilitude between them is that the former needs another dewaterconcentrating process, which can turn down volume fraction of water beneath 1%. There are synthetic and biologic sorts oftechniques of fuel ethanol production in the world. Because the price of base oil source and ethylene has been rising for recent yearssynthetic technique has been replaced by biologic technique. In biologic techniques, absorb- distillation and salt addidistillation are technical developmental directionsFuel ethanol: Octane number: Anti-knock propertyw To whom correspondence should be addressed隨著(zhù)當今世界能源主體化石燃料的過(guò)度消耗和。燃料乙醇是替代燃料之一,與普通汽油相對環(huán)境保護意識的不斷增強,研究與尋找環(huán)境友好比,以其燃燒更完全、OO排放量較低、燃燒性能與的石油能源的替代品成為世界技術(shù)開(kāi)發(fā)的方向之汽油相似等優(yōu)良特性被稱(chēng)為21世紀“綠色能源”。目前,世界各國都加快了燃料乙醇推廣應用的步伐收稿日期:2003-08-31在美國,隨著(zhù)車(chē)用汽油禁止添加MTBE法規的實(shí)作者簡(jiǎn)介:高德忠(1969—),男,遼寧撫順市,經(jīng)濟師,在讀施,車(chē)用乙醇汽油中添加燃料乙醇的最高體積分數碩士。為10中國煤化工國汽油用量的通訊聯(lián)系人。70%。料乙醇的體積分CNMHG遼寧石油化工大學(xué)學(xué)報第24卷數為20%。歐盟于1993年要求車(chē)用乙醇汽油中添油相分離(上層為含乙醇的油相,下層為富含乙醇的加燃料乙醇的體積分數為5%。美國燃料乙醇生產(chǎn)水相),導致汽車(chē)運轉故障。同時(shí),乙醇有較強的吸能力約6.0×10t/a,巴西乙醇生產(chǎn)能力約為1.0×濕性,必須對水分嚴加控制,以避免出現油水相分離103t/a,我國乙醇產(chǎn)量約20×10t/a2l。燃料乙醇的問(wèn)題,所以水的體積分數對于車(chē)用乙醇汽油是一作為21世紀車(chē)用燃料的替代產(chǎn)品,可使我國的車(chē)用個(gè)非常重要的指標。文獻[5]中還規定了甲醇、實(shí)際燃料結構呈現多元化的特征,其使用將對節約石油膠質(zhì)、無(wú)機氯酸度、銅的限量指標,目的是防止車(chē)用資源、減少環(huán)境污染、農業(yè)和其他相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具乙醇汽油在發(fā)動(dòng)機燃燒過(guò)程中腐蝕金屬部件及堵塞有重大意義3)。管路系統。表2變性燃料乙醇國家標準(41燃料乙醇的各項指標質(zhì)量指標1.1乙醇、MBE和汽油性質(zhì)的比較g(乙醇),%乙醇熱值較低、汽化潛熱較高、抗爆性能好、氧g(甲醇),%含量高,在少量水存在的情況下還容易產(chǎn)生相分離。g(水),%表1是乙醇與MTBE汽油的性質(zhì)比較。由表1可實(shí)際膠質(zhì)(mg·(100mL)1)]5.0見(jiàn),乙醇與汽油中氫的質(zhì)量分數、密度、辛烷值等性質(zhì)非常接近。表1乙醇、MIBE和汽油性質(zhì)比較p(乙酸)/(mgL-1)性質(zhì)MTBE汽油p(鋼)/(mg“L1)≤0.08化學(xué)分子式C2H5OHCH2OC(CH3)3C5-C0烴類(lèi)g(改性劑”),%1.96-4.76相對分子質(zhì)量6.5~9.0(碳),%52.2清澈透明,無(wú)懸浮物和沉淀13.01313-14改性劑的質(zhì)量應符合GB17930-1999的要求1.3車(chē)用乙醇汽vo(氧),%0車(chē)用乙醇汽油是指在不添加含氧化合物的液體密度(25℃)/(kgL-)0.78烴類(lèi)(汽油)中加入一定量變性燃料乙醇和改善性能理論空燃比9.01114.2-151的添加劑,用于點(diǎn)燃式內燃機汽車(chē)的燃料。由于汽雷德蒸汽壓/kPa18油中g(shù)(水)與相分離溫度直接相關(guān),當g(水)達到沸點(diǎn)℃78.355.330~2050.3%時(shí),-24℃時(shí)就會(huì )產(chǎn)生相分離現象?？紤]到閃點(diǎn)tC乙醇汽油的運輸、儲存及加入汽車(chē)油箱后的時(shí)間等自然點(diǎn)T220~260因素所以規定g(水)不大于0.15%,文獻[5]規定加入汽油中的變性燃料乙醇的體積分數為10%±汽化潛熱/(g1)9040.5%。低熱值/(k·g1)26.7735,1143.50辛烷值(RON2燃料乙醇主要特點(diǎn)辛烷值(MON)912.1辛烷值及抗爆性乙醇的辛烷值(RON)達到111￥烷值(MON1.2變性燃料乙醇為916。添加乙醇可以較有效地提高汽油的抗爆變性燃料乙醇是以淀粉質(zhì)(玉米、小麥等)糖質(zhì)性,有關(guān)研究結果顯示國內典型催化裂化汽油中添(薯類(lèi))為原料經(jīng)發(fā)酵、蒸餾制得乙醇,脫水后再添加體積分數為10%的乙醇后,其辛烷值(RON)提高加變性劑(車(chē)用無(wú)鉛汽油)變性的乙醇。表2為變性3燃料乙醇國家標準。由表2可見(jiàn),乙醇中改性劑的對中國煤化工14個(gè)單位。乙醇、輕石腦油)辛烷值體積分數為1.96%-4.76%,g(水)不大于0.8%CNMHG(催化裂化汽油)和都與文獻[4]相近。由于水分的增加易造成乙醇汽芳烴類(lèi)汽油族組成?？梢?jiàn)乙醇辛烷值高,抗爆性能第2期高德忠等燃料乙醇的性能及生產(chǎn)工藝好降16.2%和30%,CO排放分別減少30%和2.2乙醇的體積分數對調合蒸汽壓的影響乙醇的體積分數最高可達34.7%,與MTBE相比乙醇在汽油中的添加量較少(美國含氧汽油中通3燃料乙醇生產(chǎn)技術(shù)常需添加乙醇的體積分數為7.7%,新配方汽油通目前,世界上燃料乙醇的生產(chǎn)方法有合成法(即常添加乙醇的體積分數為5.7%)。添加體積分數乙烯水合法)和生物法兩種。由于近年來(lái)受原油資為77%乙醇的汽油,氧的質(zhì)量分數達到2.7%,如源問(wèn)題及乙烯價(jià)格上漲的制約,合成法被生物法所果汽油添加體積分數為10%的乙醇,氧的質(zhì)量分數取代?？梢赃_到3.5%。但乙醇調入汽油后會(huì )產(chǎn)生蒸汽壓生物法生產(chǎn)燃料乙醇大部分是以甘蔗、玉米、薯調合效應,乙醇汽油的調合蒸汽壓隨乙醇的體積分干和植物秸稈等農產(chǎn)品或農林廢棄物為原料酶解糖數的增加而提高?；l(fā)酵制造的。其生產(chǎn)工藝有酶解法、酸水解法及2.3乙醇調合汽油對汽車(chē)尾氣排放的影響一步酶工藝法等。這段工藝與食用乙醇的生產(chǎn)工藝通過(guò)添加乙醇或其它含氧化合物,改變汽油組基本相同,所不同的是需要增加濃縮脫水后處理工成美國新配方汽油可以有效降低汽車(chē)尾氣排放,使藝,使其水的體積分數降到1%以下。由于乙醇生用乙醇的體積分數為6%的加州新配方汽油,與常產(chǎn)過(guò)程中水的存在,使得乙醇與水形成二元共沸規汽油相比碳氫化合物排放降低10%-27%,00物而采用普通精餾方法所得乙醇中水的體積分數排放減少21%~28%,氮氧化合物排放減少7%約5%,要想控制燃料乙醇水的體積分數達到1%以16%,有毒氣體排放降低9%-32%。使用乙醇體下,就必須采用較新的脫水工藝。目前開(kāi)發(fā)的脫水積分數為85%與汽油體積分數為15%的混合燃料新工藝主要有:滲透汽化、吸附蒸餾、特殊蒸餾、加鹽(EI5),而不改變其他條件,與常規汽油相比,碳萃取蒸餾、變壓吸附和超臨界萃取分離等。燃料乙氫化合物排放降低5%,氮氧化合物排放減少40%醇的生產(chǎn)工藝對比見(jiàn)表3。脫水后制成的燃料乙醇O增加約7%。我國研究結果表明,燃用E15和再加入少量的變性劑就成為變性燃料乙醇和汽油E25(乙醇體積分數為25%與汽油體積分數為75%按一定比例調合就成為車(chē)用乙醇汽油。的混合燃料)時(shí),碳氫化合物含量比燃用汽油分別下表3各種燃料乙醇生產(chǎn)工藝的比較工藝原理流程乙醇收率,g(乙醇)能耗投資φ(乙醇)為6%發(fā)酵液經(jīng)過(guò)普通精餾濃編至φ滲透汽化法膜分離(乙醇)為80%~92%,然后再用滲透汽化濃縮>99.599.9高小成無(wú)水乙醇吸附蒸餾法吸附和精餾兩個(gè)過(guò)程分子師吸附與精餾相結合,流程與精餾相似結合特殊蒸法MBE作央帶劑共沸精餾后,蘋(píng)取蒸餾先共沸精餾,再萃取蒸餾加鹽革取以加鹽液作萃取劑進(jìn)蒸餾法行萃取蒸餾消除體系與萃取蒸餾的工藝流程基本相同99.5較低較小的恒沸點(diǎn)變壓嗄法升壓嗄附降壓解吸交發(fā)酵液先經(jīng)提餾塔分出國體殘液,提餾液進(jìn)入替使用脫水精餾塔精餾,精餾液經(jīng)變壓吸附塔制得乙醇>9499.9較高較大超臨界液體超臨界液體萃取與吸以高壓超臨界的液體為溶劑萃取萃取法附相結合用恒壓升溫、恒溫降壓和吸附等手所萃取的組分分離H中國煤化工CNMHG遼寧石油化工大學(xué)學(xué)報第24卷4我國燃料乙醇現狀及展望江、吉林和河南3省。從2002年開(kāi)始,國家經(jīng)貿委乙醇的資源豐富,生產(chǎn)技術(shù)成熟以一定的比例計委等有關(guān)部委(局)決定在鄭州、洛陽(yáng)、南陽(yáng)、哈爾摻混到車(chē)用燃料中能夠充分利用現有的燃料儲運、濱、肇東等5座城市率先使用車(chē)用乙醇汽油。試點(diǎn)分配和銷(xiāo)售系統。當乙醇摻混的體積分數小于期為12個(gè)月,2003年6月30日前完成試點(diǎn)工作10%時(shí),無(wú)須對汽車(chē)做大的改動(dòng)。美國、巴西等國的并根據燃料乙醇生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)能力和發(fā)展趨勢,車(chē)用乙醇汽油應用已趨于成熟,經(jīng)驗表明乙醇燃料進(jìn)一步確定北京、上海天津、廣東等大城市為推廣在技術(shù)上是可行的。目前,我國已將燃料乙醇項目使用乙醇汽油的試點(diǎn)城市。國家將逐步擴大車(chē)用乙列人國家“十五”示范工程重大項目,計劃全面推廣醇汽油的推廣范圍。使用車(chē)用乙醇汽油預計2~3年內將占領(lǐng)市場(chǎng)份額推廣使用燃料乙醇是一個(gè)系統工程,國家應建的25%~30%。據專(zhuān)家預測如在汽油中按標準添立從調配、運輸、銷(xiāo)售和售后服務(wù)的全過(guò)程質(zhì)量保證加體積分數為10%的變性燃料乙醇,按市場(chǎng)份額體系,并制定相應的經(jīng)濟稅收政策法規、標準規25%~30%計,那么每年可以替代40×10t汽油,范和管理辦法確保乙醇汽油的推廣應用。另外,為估計消化陳糧1.2×107t。隨著(zhù)乙醇汽油的逐步推了擴大原料來(lái)源,合理利用土地資源,減少對糧食市廣使用煉油加工工業(yè)的工藝流程也將做必要的譴場(chǎng)的沖擊,從長(cháng)遠看要研究以木薯和含有大量纖維整素的秸稈等農林業(yè)廢棄物替代玉米生產(chǎn)燃料乙醇新國家定點(diǎn)的燃料乙醇生產(chǎn)基地主要集中在黑龍工藝,以進(jìn)一步提高副產(chǎn)品的綜合利用率,降低燃料乙醇的生產(chǎn)成本,提高競爭力。參考文獻[] FENG Cui-ln(馮翠蘭), CAO Zu-bin(曹祖實(shí)),Ⅻ U Xian-lun(徐賢倫),等. 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