我国替代燃料乙醇汽油发展现状

第42卷第6期小型内燃机与摩托车VoL 42 No 62013年12月SMALL INTERNAL COMBUSTION ENGINE AND MOTORCYCLEDec.2013我国替代燃料乙醇汽油发展现状宋涛郑义郭津(天津大学内燃机研究所天津300072)摘要:发展车用清洁代用燃料,在发动机上实现高效、低污染的燃烧,控制汽车发动机有害排放对我国城市大气质量带来的日趋严重的影响,已成为我国能源与环境研究中的一个十分重大和紧迫的课题。研究和开发汽油的代用燃料,从近期来看能减少尾气,改善大气质量,从长远来看可以解决石油资源短缺的危机。但这要求代用燃料既要具备较高燃烧性能,又要满足低排放的要求。乙醇燃料以掺烧或纯烧方式已成功地用于汽油机上,汽油醇( gasohol)混合燃料在巴西、美国已应用多年,技术上已十分成熟。2004年2月,经国务院同意,国家发改委等8部门联合制定颁布了《车用乙醇汽油扩大试点方案》和《车用乙醇汽油扩大试点工作实施细则》,由此相关工作全面启动。关键词:替代燃料乙醇汽油能源中图分类号:TK411.71文献标识码:A文章编号:1671-0630(2013)06-0092-05Development Status of Ethanol Gasoline as anAlternative Fuel in Chinang Tao, Zheng Yi, Guo JinTianjin Internal Combustion Engine Research Institute, Tianjin University(Tianjin, 300072, China)Abstract: The development of clean alternative automotive fuels, the achievement of high efficiency and lowpollution combustion in engines, and controlling the engine emissions to reduce the more and more serious in-fluence on our country urban air quality, has become a very important and urgent research subject in Chinasenergy and environmental research area. Research and development of alternative automotive fuels can reduceexhaust emission and improve air quality in the near term, and can solve the crisis of oil resources shortage inthe long run. This requires that the alternative fuel should not only have higher combustion performance, butalso meet the requirements of low exhaust emission. Ethanol-gasoline or pure ethanol fuel has been successfullyused in gasoline engines, and gasohol has been applied for many years in Brazil and the United States. Theproduction technology of ethanol-gasoline has been very mature. In February 2004, The expansion of the mo-tor ethanol gasoline pilot scheme"and"The detailed rules for the implementation of the expansion of the motorethanol gasoline pilot scheme", upon the consent of the state council, were jointly formulated and promulgatedthe national development and reform commission and other eight ministries and commissions in China, thenthe relevant work were in full swingKeywords: Altemative fuels, Ethanol-gasoline, Energy sources中国煤化工CNMHG作者简介:宋涛(1980-),女,硕士,工程师,主要研究方向为摩托车排放。第6期宋涛等:我国替代燃料乙醇汽油发展现状引言放的HC90%为甲烷类物质,光化学反应低,采用缸内从1993年起我国已由石油净出口国变为净进口直喷和稀薄燃烧技术可进一步提高发动机效率降低国200年我国石油净进口量突破700多万t,2004污染物排放。但是它的能量密度低,体积太大。为了年突破1亿t大关,为143650万t石油对外依存度保持汽车有足够长的行驶里程,必须以250个大气压为45.2%,2005年略有下降,为13617.6万t,对外依的压力把它以压缩天然气(CNG)或者以液态(LNG)存度为43.0%。未来随着我国石油需求的迅速增加,形式储存在压力罐中。CNG经过低压调节器LNG经加之国内资源有限仅靠国内产量已不能满足需求我过蒸发器以后,就以普通气体状态进入发动机了。国石油对外依存度将逐年增加,如图1所示。液化石油气(LPG)的主要成份是丙烷、丁烷和少量烯烃和戊烷。LPG辛烷值较高,燃料费比酒精、汽油、柴油等便宜,CO、NO,等有害排放量低于汽油机排放,基本上消除黑烟和颗粒物(PM),发动机工作噪音低。因LPG的沸点温度比天然气的高,所以可以在较长低的压力下以液态贮存。其燃料携带量较同体积的CNG要多。也就是说,同样体积的储气罐,用LPG车939597990103051020辆比用CNG车辆的行驶里程要远。年份原汽油机或柴油机经过改动后燃烧气体燃料,功图1我国石油对外依存度及预测趋势率都要发生一些减少。发展车用清洁代用燃料在发动机上实现高效低1.2氢气污染的燃烧,控制汽车发动机有害排放对我国城市大作为汽车燃料其特点是:氢气辛烷值高,发动机热气质量带来的日趋严重的影响已成为我国能源与环效率高,发动机可在过量空气系数较大的范围内稳定境研究中的一个十分重大和紧迫的课题。研究和开发燃烧;点火能量低,不到汽油最低点火能量的10;氢汽油的代用燃料,从近期来看能减少尾气改善大气质燃料的火焰传播速度快,低温下易起动;其燃烧生成物量从长远来看可以解决石油资源短缺的危机。但这主要是水和NO,不产生HC、CO和碳烟排放但在发要求代用燃料既要具备较高燃烧性能,又要满足低排动机上使用还有回火、早燃、燃烧控制等问题尚待放的要求。解决。通常所指的汽车代用燃料包括:气体燃料(天然氢气的主要缺点是储运性能很差,氢的沸点为气、液化气、氢气)、合成燃料(煤制油、天然气合成253℃,以液态方式储存时成本高不适宜长期储存。油)醇醚类燃料(甲醇、二甲醚、乙醇)生物质产品氢的制取原料有天然气、煤、水。从水制取氢有电解(生物质气化生物柴油)法、热化学法、光解法及微生物法。至今这些制氢方法1几种主要替代燃料简介的成本及能耗都较高,难以进行大规模制氢作为车用1.1天然气(NG)和液化石油气(LPG)燃料,因此氢气必须在解决降低生产成本、储存运输等由于天然气和液化石油气的价格相对石油制品要难题后,才能走向实用2。便宜一些,所以车辆使用这些气体燃料时,其总的营运1.3煤制油费用会下降。燃用LPG和CNG燃料的车辆,其内部煤制油的技术已经比较成熟,技术路线是:煤系统是很相似的。它们被认为是内燃机的较理想代用H2+CO-甲醇-合成油。国外主要是南非开展此项燃料已经被成功地应用于汽油机。利用柴油引燃天目。我国的煤源铲韦官坯唧的储量可以开采中国煤化工然气的方式也成功地应用于柴油机上。200年以上。情况下,煤制油CNMHG天然气的主要成份是甲烷。天然气汽车可以降低成为一个相当热点坝日。据估界,仁油在40美元/桶40%的HC排放,50%的CO排放,无碳烟排放,其中排水平上,煤制油可以取得经济平衡。按照现在石油价小型内燃机与摩托车第42卷格100美元/桶以上,国内不少煤业公司如神华,兖州料,醇类燃料自身含氧,在发动机燃烧中可提高氧燃煤业公司等纷纷建立煤制油基地3]。比,CO和HC的排放较燃烧汽油和柴油的低,几乎无1.4生物质燃料碳烟排放;另外,由于汽化潜热高可降低进气温度,提从长远看,生物燃料将根本解决车辆的燃料问题。高充气效率,使最高燃烧温度降低,发动机的NO,排目前开发生物质燃料在国内外得到高度重视。由于植放较低(4。物油的特性接近于柴油所以,多数生物质燃料即指生乙醇燃料以掺烧或纯烧方式已成功地用于汽油机物柴油,一般使用中,不直接使用,而是将其酯化。酯上,汽油醇( gasohol)混合燃料在巴西、美国已应用多化的生物柴油特性与柴油十分接近。使用生物柴油能年技术上已十分成熟。乙醇在柴油机上应用要远逊降低燃烧排放气中的硫化物9%、二氧化碳0%、碳氢于在汽油机上的应用,其主要原因是柴油与乙醇不能化合物32%、煤烟50%和颗粒物39%;生物降解性互溶,掺烧困难,此外乙醇燃料十六烷值低,在柴油机高,具有平和的气味,不刺激眼睛,不含有芳烃类,而且上需用柴油引燃或火花塞点燃,要对燃烧系统作较大硫、铅和卤素等有害物质含量极少,适合在城市矿井、改动。目前国内外有关机构正在研制帮助乙醇与柴油林业机械或游览船只上使用。美国欧洲采用菜籽油、互溶的助溶剂,生成柴油醇( diesohol),也可以使用柴豆油改性作为生物柴油使用,并制定B20、B100的使油引燃预混乙醇这样可以在发动机不作改动或是很用标准。少改动的情况下使用柴油和醇燃料满足发动机经济我国开展生物油开发的工作时间也较早,但受限性、动力性和环保的要求。研究表明加入1%的助溶于资源问题,主要集中在将废弃使用油改性制造甲酯。剂和10%-15%乙醇的柴油醇燃料,发动机微粒与些地区已建成一些年产万吨级的生产厂家。生物质氧化碳排放显著降低,发动机500h耐久性试验后,发燃料目前的制作成本较高,一时难以与石油产品竞争。动机的燃油系统、机械磨损都正常,主要配合间隙没有如果得到政府支持并采取一些鼓励政策该计划将会超差,柴油醇在发动机上的应用具有很大潜力。有更大发展。在汽油机上,车用甲醇燃料主要有M85和M1001.5二甲醚两种品种。M85含甲醇体积百分数为85,其余为汽油二甲醚是乙醇的同分异构体分子式CH130和少量添加剂;M00不含汽油。目前我国大同汽车CH3。其特点是十六烷值高达55-60,自燃点235℃,低制造厂已试制成功全甲醇(M00)清洁燃料燃烧装置。于柴油;十分易于压燃。挥发性很好。含氧量34.8%;2001-2002年,山西省的甲醇汽车从100多辆增至无C-C键:0.5-0.8MPa液化。一般是用甲醇脱水100辆,示范车已营运4年,单车行驶里程突破40制得。由于其良好的自燃性能,在压燃式发动机上使万km用可以做到无烟排放。最初由丹麦提出在船用发动2乙醇汽油的发展现状机上使用,国外多个国家开始研究。由于二甲醚的能乙醇的理化性质和汽油相似又容易与汽油混溶,量密度低,类似于液化石油气(LPG)性能。我国对二国外首先以低比例乙醇油形成混合燃料应用于汽车甲醚重视度很高,是基于其原料是煤。因二甲醚具有上。燃料乙醇是醇类燃料的一种,是成熟和安全且可和醇类燃料类似的腐蚀和溶胀性,燃料供应体系需要再生的能源最早在巴西,后来在美国广泛使用。在原柴油机上作较大改动,应用中还存在一些问题,目美国是玉米出口大国,美国用玉米总产量的13%前仍在研究中。但由于清洁燃烧的特点少数地区,如生产乙醇汽油生产量已达42亿加仑,但仅占汽油市上海仍将其作为公交车燃料投入巨资研究。场的2%,对其能源市场的影响微乎其微。巴西是目1.6醇类燃料前世界上唯一不供应纯汽油的国家。2005年,巴西燃类燃料主要指甲醉(CHOH和C醇(CO).料乙醇产量vT中国煤化工,占世界乙醇产甲醇和乙醇具有辛烷值高、汽化潜热大、热值较低等特量的43%。CNMHG醇生产厂,主要点。大量研究发现:在汽油和柴油中加入富氧燃料如以丰富和廉价的甘庶为原料燃料乙醇年生产能力达甲醇、乙醇等可以大幅度降低排放。因为作为汽车燃160亿L。2003年6月,日本资源能源厅决定在汽油第6期宋涛等:我国替代燃料乙醇汽油发展现状中添加乙醇,乙醇的混入比例容许值为3%以下。印技术等。但这些研究目前在我国尚处于起步阶段,水度于2003年启动燃料乙醇计划,按照政府规定,北部解技术与国外相比仍有相当差距而且经济性较差。9个邦和4个联邦区可在汽油中加入5%的乙醇。如我国生物燃料乙醇产业发展还处于起步阶段,其进展顺利,印度政府将在全国推广乙醇汽油,并计划将发展尚面临诸多困难和问题原料不足,技术产业化基汽油中乙醇的比例提高到10%。目前,一些具有农业础薄弱,产品市场竞争力不强,政策和市场环境不资源优势的国家,如英国、荷兰、德国、奥地利泰国南完善。非等国政府也已经制定规划,积极发展燃料乙醇并推1)原料问题。我国生物燃料乙醇发展初期主要广应用车用乙醇汽油。图2给出了最近几年美国、巴以陈化粮为原料,随着乙醇汽油在全国9省的推广,市西、中国燃料乙醇的产量情况。场需求猛增导致陈化粮库存骤减。以玉米为原料,必我国也正在大力推广乙醇汽油,2004年2月,经然引发玉米价格猛涨,生物燃料乙醇发展遇到了与民国务院同意国家发改委等8部门联合制定颁布了《车争粮的难题。而非粮作物原料的种植问题还没有用乙醇汽油扩大试点方案》和《车用乙醇汽油扩大试落实。点工作实施细则》后,相关试点工作全面启动。在国2)成本较高,缺乏市场竞争力。在现有技术水平家发改委等八部委的推动下,从2004年4月起,在黑和政策环境条件下,开发利用生物燃料乙醇成本较高,龙江、吉林、辽宁、河南、安徽五省全部地区,以及河北、加上资源分散规模小、生产不连续等特点,在现行市山东、江苏湖北四省部分地市全面推广使用车用乙醇场规则下生物燃料乙醇缺乏市场竞争力,需要政策扶汽油。到2005年底,上述各省辖区范围基本实现车用持和激励。原料占生产成本的70%~80%,中国农业乙醇汽油替代其他汽油。水平较为落后,原料价格较高以至乙醇成本也随之升2000美国燃料乙醇产量高。按国家政策规定,所生产的生物燃料乙醇目前按1800巴西燃料乙醇产量中国燃料乙醇产量4782元/t卖给中石油(国家90号汽油出厂价乘以0.9111的系数计算所得),而生物燃料乙醇加工成本1000在5000元/t以上。没有国家补贴,生物燃料乙醇生产N实400企业将亏损。在培育出乙醇汽油市场之后,能否对抗来自巴西、美国的进口冲击,关系到生产企业的生存。20062008年份3)资源评价、技术标准、产品检测和认证等体系不够完善。我国于2001年颁布了变性生物燃料乙醇图2近年来中国、美国、巴西燃料乙醇产量(GB183502001)和车用乙醇汽油(GB183512001)两目前我国生物燃料乙醇生产正朝着多元化原料项强制性国家标准,在技术内容上等效采用了美国试方向发展,如薯类、纤维素等。在新疆、内蒙古等地,我验与材料协会标准( ASTM)。由于制备生物燃料乙醇国自行培育的具高抗逆性和可以在全国种植的甜高的原料的多样性,生产工艺也不尽相同,这就造成所得粱,每公顷能产生物燃料乙醇6t,比甘蔗高30%,比玉生物燃料乙醇在某些技术指标上会有所差异,目前制米高3倍。我国积极应用转基因技术选育和开发能源订的生物燃料乙醇标准仅是从食用性淀粉基原料考作物原料,已开发出利用甜高梁茎秆汁液等生物质制虑。为适应生物燃料乙醇原料多元化和大规模生产取乙醇的技术工艺,建设年产500乙醇的甜高粱茎加强生物燃料乙醇的生产和使用管理,在现有标准的秆制取生物燃料乙醇工业示范工程;纤维素废弃物制基础上及时制订不同生物质原料来源的生物燃料乙醇取乙醇燃料技术已进入年产600t规模的中试阶段。相关基础标准,生产过程、工艺控制等标准就显得极为此外,我国还开展了研究生物质原料的高压蒸汽爆破迫切。预处理技术、纤维素酶制备技术、大规模酶降解技术、市中国煤化工善。我国生物燃戊糖己糖同步乙醇发酵技术、微生物细胞固定化技术、料乙醇发展HCNMHG有形成连续稳定在线杂菌防治技术以及副产品木质素的深度加工利用的市场需求目前还处在“以产定销、计划供应”阶段,小型内燃机与摩托车第42卷与市场化竞争和运作尚存在较大的距离,相关企业尚t,相当于原油价格51~53美元/桶时的汽油价,即使缺乏相应的市场操作经验和思想准备。市场推广面临不考虑环保效益,经济性也优于国内的玉米乙醇。同诸多瓶颈。目前,国内生物燃料乙醇从生产到销售的时,进口乙醇比进口原油的国际压力小得多,不会产生各个环节都受到了政府部门的严格控制,是政策性的与民争粮、与粮争地问题。封闭运行,尚未形成真正意义的市场化。能源危机和环境污染是当前世界全人类所面对的鉴于此,提出以下发展建议:两大难题。这两大难题的解决并非单纯的某种燃料或1)坚持非粮为主,鼓励原料多元化。坚持“非粮种技术可以解决完全的。发展燃料乙醇也只是替代为主、不与民争粮、不与粮争地”是我国发展生物燃料石油燃料的方式之一。我们还需要围绕可再生资源为乙醇产业的基本原则。要鼓励利用秸秆、树枝等农林原料建立起一个石油燃料的替代能源体系,使之能够废弃物,利用薯类、甜高粱等非粮农作物和小桐子、黄与燃料乙醇一起服务于世界经济发展中的能源需求。连木等木本油料树种为原料加工生产生物能源,鼓励任何事物都存在多面性,乙醇燃料在其发展的过程中开发冬闲田、盐碱地、荒山、荒地等未利用土地建设生也一定会有两面性存在,但我们有理由相信,可再生替物燃料乙醇原料基地,从而确保生物燃料乙醇有稳定代能源的发展必将替代不可再生能源。燃料乙醇的发原料供应来源,确保发展生物燃料乙醇不与粮争地。展是符合经济发展需求的,也是顺应这一趋势的,我们2)坚持市场化运作,敞开收购生物燃料乙醇,要要做的是最大程度地减小在发展燃料乙醇及车用乙醇积极发挥市场优化资源配置的基础作用,建立健全生汽油过程中潜在的负面影响,发挥其最大优势为人类物燃料乙醇收购流通体系。政府需要明确生物燃料乙服务。醇生产和销售的有关政策,制定产品质量标准,以技术参考文献指标作为行业门槛,由中石油和中石化公司敞开收购鼓励各种不同所有制的企业进入该领域向民营企业1邢展乙醇汽油的应用现状J河北化工,201,34(3)和外资企业开放生物燃料乙醇市场。3)利用好国内国外两个市场、两种资源。一是从2周启德.汽车用氢气油发动机的试验研究[J]内燃机学巴西进口生物燃料乙醇,二是采取中海油模式,去海外报,1996,14(1):64-71l3钱伯章,朱建芳对中国煤制油热的冷静思考[J].炼油技种植甘蔗作物,在国内生产乙醇,既保障了资源供应,术与工程,2006,36(7):5~9又支援了发展中国家。特别是,从巴西适量进口乙醇4吉庆山,于万海生物乙醇在汽车上的应用[J].农机化研具有可行性。巴西是世界上最大的乙醇出口国,巴西究,2008(7):211~213农业部的最新统计显示,2007年上半年共出口乙醇5吴旭贤我国发展乙醇汽油存在的问题及其对策建议15.46亿L,平均价格为0.4515美元/L(折合人民币[J].企业技术开发(下),2010,29(7):30-314258.8元/),巴西到中国的船运运费为30~50美元/(收稿日期:2012-09-11)t,进口巴西乙醇的到岸价预计为4487.7~4640.3元/当当当当当当当与当与市当当当当当市如当当当当当当当当市部当市年与与八菜八耻以热爱祖国为荣以危害祖国为耻以服务人民为荣以背离人民为耻以崇尚科学为荣以愚昧无知为耻以辛勤劳∨亡中国煤化工要劳为耻以团结互助为荣以损人利已为耻以诚实守CNMHG义为耻以遵纪守法为荣以违法乱纪为耻以艰苦奋斗为荣以骄奢淫逸为耻