燃料乙醇的性能及生产工艺

第24卷第2期学报2004F6 H JOURNAL, OF LIAONING UNIVERSITY OF PETROLEUM CHEMICAL TECHNOLOGY Jun 2004文章编号:1672-695(0010203-04燃料乙醇的性能及生产工艺高德忠,王昌东,李丽华,张金生(辽宁石油化工大学石油化工学院辽宁抚顺113001)摘要:乙醇与汽油相比,其中氩的质量分数、密度、辛坑值等性质都非常接近。分析表明然料乙醇作为化石燃料的替代产品具有氧的含量高、辛烷值高、燃烧性能和燃烧排放污染物少等优良特性。催化裂化汽油中添加体积分数为10%的乙醇后,其辛烷值(RON)提高3.4个单位,辛烷值(MON)增加1.4个单位。乙酵调和汽油可有效降低汽车尾气排放,其碳氢化合物、CO、氮氧化合物等有毒气体排放都有所降低。燃料乙醇与食用乙醇的生产工艺基本相同,所不同的是需要增加浓编脱水后处理工艺,使水的体积分数降到1%以下。生产燃料乙醇的方法有合成法和生物法两种,由于近年来乙烯价格的上涨,合成法为生物法所取代,在生物法中以吸附蒸馏法和加盐萃取蒸馏法为技术发展方向。关键词:燃料乙醇;辛烷值;抗暴性中图分类号:TE6248文献标识码:APerformance and Producing Technique of Fuel EthanolGAO De-zhong, WANG Chang-dong, LI Li-hua, ZHANG Jin-sher( School of Petrochemical Technology, Liaoning University of Petroleum Chemical TechnologyFushun Liaoning 113001, ChinaAbstract: 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 contaminationat burning, 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 dischargevolume 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 Because the price of base oil source and ethylene has been rising for recent yearssynthetic technique has been replaced by biologic technique.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 adding-extractionKey words: Fuel ethanol; Octane number: Anti-knock propertyw To wham correspondence should be addressed随着当今世界能源主体化石燃料的过度消耗和。燃料乙醇是替代燃料之一,与普通汽油相对环境保护意识的不断增强,研究与寻找环境友好比,以其燃烧更完全、CO排放量较低、燃烧性能与的石油能源的替代品成为世界技术开发的方向之汽油相似等优良特性被称为21世纪“绿色能源”。目前,世界各国都加快了燃料乙醇推广应用的步伐收稿日期:2003-08-31在美国,随着车用汽油禁止添加MTBE法规的实作者简介:高德忠(1969-),男,辽宁抚顺市,经济师,在读施,车用乙醇汽油中添加燃料乙醇的最高体积分数碩士为10%,乙醇汽油的消耗量已占全国汽油用量的通讯联系人70%。巴西车用乙醇汽油中添加燃料乙醇的体积分辽宁石油化工大学学报第24卷数为20%。欧盟于1993年要求车用乙醇汽油中添油相分离(上层为含乙醇的油相,下层为富含乙醇的加燃料乙醇的体积分数为5%。美国燃料乙醇生产水相),导致汽车运转故障。同时,乙醇有较强的吸能力约6.0×10°t/a,巴西乙醇生产能力约为1.0×湿性,必须对水分严加控制,以避免出现油水相分离107t/a,我国乙醇产量约2.0×10ta2)。燃料乙醇的问题,所以水的体积分数对于车用乙醇汽油是一作为21世纪车用燃料的替代产品,可使我国的车用个非常重要的指标。文献[5]中还规定了甲醇、实际燃料结构呈现多元化的特征,其使用将对节约石油胶质、无机氯、酸度、铜的限量指标,目的是防止车用资源、减少环境污染、农业和其他相关产业的发展具乙醇汽油在发动机燃烧过程中腐蚀金属部件及堵塞有重大意义3。管路系统。表2变性燃料乙醇国家标准41燃料乙醇的各项指标质量指标1.1乙醇MTBE和汽油性质的比较g(乙醇),%乙醇热值较低、汽化潜热较高、抗爆性能好、氧g(甲醇),%≤0.5含量高,在少量水存在的情况下还容易产生相分离g(水),%≤0.8表1是乙醇与MTBE、汽油的性质比较。由表1可见乙醇与汽油中氢的质量分数、密度、辛烷值等性实际胶质/(ng:(100))≤5.0质非常接近。p(无机氯)/(mgL-1)表1乙醇、MIBE和汽油性质比较p(乙酸)/(mgL性质MTBE汽油p(钢)/(mgL1)≤0.08化学分子式C2H5OHCH2OC(CH)3C5-C0烃类p(改性剂),%1.96-4.76相对分子质量46pH值6.5-9.0(碳),%86~88外观清激透明,无悬浮物和沉淀13.613~14改性剂的质量应符合GB17930-1999的要求。1.3车用乙醇汽油w(氧),%34.7车用乙醇汽油是指在不添加含氧化合物的液体密度(25℃)/(kg·L-1)0.780.740.70~0.78烃类(汽油)中加入一定量变性燃料乙醇和改善性能理论空燃比9.011714.2-151的添加剂用于点燃式内燃机汽车的燃料。由于汽雷德蒸汽压/kPa1850~70油中g(水)与相分离温度直接相关,当g(水)达到沸点t78.30.3%时,-24℃时就会产生相分离现象。考虑到闪点乙醇汽油的运输、储存及加入汽车油箱后的时间等自然点220-260因素,所以规定g(水)不大于0.15%,文献[5]规定加入汽油中的变性燃料乙醇的体积分数为10%±汽化潜热/(J·g1)904低热值/(kg1)26.7735,1143.50辛统值(R0Ny11688892燃料乙醇主要特点辛统值MON%1018)-862.1辛烷值及抗爆性乙醇的辛烷值(RON)达到111￥烷值(MON)1.2变性燃料乙醇为916。添加乙醇可以较有效地提高汽油的抗爆变性燃料乙醇是以淀粉质(玉米、小麦等)糖质性,有关研究结果显示,国内典型催化裂化汽油中添(薯类)为原料,经发酵、蒸馏制得乙醇脱水后再添加体积分数为10%的乙醇后,其辛烷值(RON)提高加变性剂(车用无铅汽油)变性的乙醇。表2为变性3.4个单位,辛烷值(MON)增加1.4个单位。乙醇燃料乙醇国家标准。由表2可见,乙醇中改性剂的对烷烃类汽油族组成(烷基化油轻石脑油)辛烷值体积分数为1.96%-4.76%,g(水)不大于0.8%调合效果好于烯烃类汽油族组成(催化裂化汽油)和都与文献[4]相近。由于水分的增加易造成乙醇汽芳烃类汽油族组成。可见乙醇辛烷值髙,抗爆性能第2期髙德忠等燃料乙醇的性能及生产工艺降16.2%和30%,CO排放分别减少30%和2.2乙醇的体积分数对调合蒸汽压的影响乙醇的体积分数最高可达34.7%,与MIBE相比乙醇在汽油中的添加量较少(美国含氧汽油中通3燃料乙醇生产技术常需添加乙醇的体积分数为7.7%,新配方汽油通目前,世界上燃料乙醇的生产方法有合成法(即常添加乙醇的体积分数为5.7%)。添加体积分数乙烯水合法)和生物法两种。由于近年来受原油资为77%乙醇的汽油,氧的质量分数达到2.7%,如源问题及乙烯价格上涨的制约,合成法被生物法所果汽油添加体积分数为10%的乙醇氧的质量分数取代。可以达到3.5%。但乙醇调入汽油后会产生蒸汽压生物法生产燃料乙醇大部分是以甘蔗、玉米、薯调合效应,乙醇汽油的调合蒸汽压随乙醇的体积分数的增加而提高。干和植物秸秆等农产品或农林废弃物为原料酶解糖2.3乙醇调合汽油对汽车尾气排放的影响化发酵制造的。其生产工艺有酶解法、酸水解法及一步酶工艺法等。这段工艺与食用乙醇的生产工艺通过添加乙醇或其它含氧化合物改变汽油组基本相同,所不同的是需要增加浓缩脱水后处理工成美国新配方汽油可以有效降低汽车尾气排放,使艺,使其水的体积分数降到1%以下。由于乙醇生用乙醇的体积分数为6%的加州新配方汽油,与常产过程中水的存在,使得乙醇与水形成二元共沸规汽油相比,碳氢化合物排放降低10%~27%,CO物,而采用普通精馏方法所得乙醇中水的体积分数排放减少21%~28%,氮氧化合物排放减少7%约5%,要想控制燃料乙醇水的体积分数达到1%以16%,有毒气体排放降低9%~32%。使用乙醇体下,就必须采用较新的脱水工艺。目前开发的脱水积分数为85%与汽油体积分数为15%的混合燃料新工艺主要有渗透汽化吸附蒸馏、特殊蒸馏、加盐(E15),而不改变其他条件,与常规汽油相比7,碳萃取蒸馏、变压吸附和超临界萃取分离等。燃料乙氢化合物排放降低5%,氮氧化合物排放减少40%,醇的生产工艺对比见表3。脱水后制成的燃料乙醇O增加约7%。我国研究结果表明燃用E15和再加入少量的变性剂就成为变性燃料乙醇和汽油E25(乙醇体积分数为25%与汽油体积分数为75%按一定比例调合就成为车用乙醇汽油。的混合燃料)时,碳氢化合物含量比燃用汽油分别下表3各种燃料乙醇生产工艺的比较艺原理流程乙醇收率,g(乙醇)能耗投资φ(乙醇)为6%发酵液经过普通精馏浓缩至φ渗透汽化法膜分离(乙醇)为80%~92%,然后再用渗透汽化浓编>99.599.9高小成无水乙醇吸附蒸馏法吸附和精馏两个过程结合分子筛吸附与精馏相结合,流程与精馏相似低较小特殊蒸缅法ME作夹带荆共沸先共沛精馏,再萃取蒸馏>92精馏后,草取蒸馏以加盐液作萃取剂进加盐萃取行萃取蒸馏,消除体系与萃取蒸馏的工艺流程基本相同99.5较低较小的恒沸点变压吸附升压吸附降压解吸交发酵液先经提馏塔分出国体残液,提馏液进入替使用脱水精馏塔精馏,精馏液经变压吸附塔制得乙醇99.9较高较大超临界液体超临界液体萃取与以高压超临界的液体为溶剂萃取所需组分,采萃取法附相结合用恒压升温、恒温降压和吸附等手段将溶剂与>9599.8高大所革取的组分分离辽宁石油化工大学学报第24卷4我国燃料乙醇现状及展望江、吉林和河南3省。从2002年开始,国家经贸委、乙醇的资源丰富,生产技术成熟,以一定的比例计委等有关部委(局)决定在郑州、洛阳、南阳、哈尔掺混到车用燃料中,能够充分利用现有的燃料储运、滨、肇东等5座城市率先使用车用乙醇汽油。试点分配和销售系统。当乙醇掺混的体积分数小于期为12个月,2003年6月30日前完成试点工作。10%时,无须对汽车做大的改动。美国、巴西等并根据燃料乙醇生产企业的生产能力和发展趋势车用乙醇汽油应用已趋于成熟,经验表明乙醇燃料进一步确定北京、上海、天津、广东等大城市为推广在技术上是可行的。目前,我国已将燃料乙醇项目使用乙醇汽油的试点城市。国家将逐步扩大车用乙列人国家“十五”示范工程重大项目,计划全面推广醉汽油的推广范使用车用乙醇汽油,预计2~3年内将占领市场份额推广使用燃料乙醇是一个系统工程,国家应建的25%-30%。据专家预测如在汽油中按标准添立从调配、运输、销售和售后服务的全过程质量保证加体积分数为10%的变性燃料乙醇按市场份额体系并制定相应的经济税收政策、法规、标准、规25%~30%计,那么每年可以替代4.0×105t汽油范和管理办法,确保乙醇汽油的推广应用。另外,为估计消化陈粮1.2×107t。随着乙醇汽油的逐步推丁扩大原料来源合理利用土地资源,减少对粮食市广使用炼油加工工业的工艺流程也将做必要的调场的冲击,从长远看要研究以木薯和含有大量纤维素的秸秆等农林业废弃物替代玉米生产燃料乙醇新国家定点的燃料乙醇生产基地主要集中在黑龙工艺,以进一步提高副产品的综合利用率,降低燃料乙醇的生产成本,提高竞争力。考文献[] FENG Cui-lan(冯翠兰), CAO Zu-bn(曹祖宾),ⅪUXin-lun(徐賢伦),等. 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