第十一章++燃料乙醇的生產(chǎn)與應(yīng)用

第7章燃料乙醇生產(chǎn)技術(shù)

燃料乙醇(fuelethanol)是指向汽油或柴油中加入一定比例的無水乙醇。無水乙醇又稱絕對(duì)酒精，是由95.6%（體積分?jǐn)?shù)）的酒精經(jīng)脫水精制而成的含水量較少的酒精，酒精含量達(dá)到99.5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）以上。發(fā)展燃料乙醇的意義解決作為一次能源汽油、柴油的潛在數(shù)量有限的問題；提高汽油和柴油的燃燒水平，有利于加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)。世界汽油醇的發(fā)展及使用狀況乙醇用作燃料的歷史始于汽車誕生之日。早在1908年，當(dāng)?shù)谝惠v福特Model

T汽車從裝配線下線時(shí)，就用乙醇作為其發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料，此時(shí)石油工業(yè)才剛剛開始。1、巴西2、美國(guó)3、日本巴西巴西從1975年開始實(shí)行酒精替代計(jì)劃，制定了一系列的經(jīng)濟(jì)資助和免稅政策，以推進(jìn)燃料乙醇生產(chǎn)過程的研究、開發(fā)及工業(yè)化，目前已達(dá)到年產(chǎn)40億加侖乙醇的生產(chǎn)規(guī)模。這一計(jì)劃的實(shí)施為巴西平衡外貿(mào)逆差，促進(jìn)汽車工業(yè)的發(fā)展，振興種植業(yè)，擴(kuò)大社會(huì)就業(yè)，縮小地區(qū)經(jīng)濟(jì)差別，改善城市環(huán)境質(zhì)量作出了積極的貢獻(xiàn)。同時(shí)，這一計(jì)劃的實(shí)施，已使溫室氣體的排放減少了20%。

巴西主要依靠甘蔗來生產(chǎn)燃料乙醇。2001年，巴西取消了對(duì)燃料乙醇的補(bǔ)貼，由市場(chǎng)供求直接調(diào)節(jié)。目前，巴西年產(chǎn)酒精已超過1200萬噸，酒精在汽油中的添加比重為20%~25%，50%以上的汽車使用酒精燃料，而該國(guó)生產(chǎn)的新一代汽車可以完全使用乙醇為燃料。

美國(guó)是燃料乙醇生產(chǎn)的第一大國(guó)，美國(guó)于1992年開始鼓勵(lì)使用乙醇作新配方汽油的充氧劑，從而極大地促進(jìn)了美國(guó)燃料乙醇的生產(chǎn)。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，作為汽油氧質(zhì)添加劑的MTBE（甲基叔丁基醚），在減少空氣污染的同時(shí)卻增加了水質(zhì)的污染。為此，美國(guó)加州政府在1999年3月頒布了在2003年前徹底取消使用MTBE的規(guī)定。2000年3月，美聯(lián)邦政府也發(fā)表了取消MTBE使用的聲明。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。目前，美國(guó)每年用于汽油添加劑的乙醇消耗約12億加侖（合360萬噸）。美國(guó)乙醇生產(chǎn)企業(yè)已用玉米為原料共生產(chǎn)了16億加侖乙醇，而且生產(chǎn)規(guī)模還在進(jìn)一步擴(kuò)大。美國(guó)農(nóng)業(yè)部決定今后每年補(bǔ)貼乙醇生產(chǎn)企業(yè)，用以增加乙醇和生物柴油等生物燃料的使用。2007年8月，美國(guó)乙醇產(chǎn)量達(dá)到68.13億加侖（277.0億升）。美國(guó)燃料乙醇生產(chǎn)主要依靠玉米，通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)和擴(kuò)大種植面積，美國(guó)玉米產(chǎn)量近年增長(zhǎng)迅速，目前有30%的玉米是用于燃料乙醇的生產(chǎn)。除玉米乙醇外，為促進(jìn)纖維素乙醇的發(fā)展，2005年頒布的美國(guó)能源政策法案（EPACT）為此制定了優(yōu)惠政策。1993年，歐洲共同體建議提高歐洲的燃料級(jí)乙醇產(chǎn)量，要求汽油摻混燃料中含5%乙醇，并將用生物物質(zhì)生產(chǎn)的乙醇的貨物稅降低到相當(dāng)于礦物燃料貨物稅10%的水平。

日本從1983年開始實(shí)施燃料乙醇的開發(fā)計(jì)劃，重點(diǎn)開發(fā)用農(nóng)、林產(chǎn)廢物等未利用資源直接發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的技術(shù)。我國(guó)汽油醇發(fā)展情況1、脫水技術(shù)(1)在低溫條件下用固體吸水劑去水，如氧化鈣脫水法和分子篩脫水法。(2)應(yīng)用液體吸水劑去水，如用甘油、汽油等。(3)以共沸現(xiàn)象為基礎(chǔ)的脫水法，如用苯、戊烷、環(huán)己烷等的共沸脫水法。(4)應(yīng)用能使共沸點(diǎn)移位的鹽類溶液來達(dá)到制得無水酒精的目的，如用氯化鈣、醋酸鉀等，該法可稱為鹽脫水法。，(5)利用蒸汽通過微孔隔板的擴(kuò)散現(xiàn)象來脫水。(6)真空脫水法。(7)利用有機(jī)物作吸附劑制備無水酒精，如用玉米粉或玉米淀粉均可。

(8)利用蒸餾和膜分離相結(jié)合的方法脫水。1、脫水技術(shù)2、常用的無水酒精生產(chǎn)技術(shù)1）分子篩脫水技術(shù)（1）乙醇分子篩脫水的原理分子篩是人工合成的沸石，是以硅鋁酸鉀為原料制造的質(zhì)地堅(jiān)硬的粒狀物，呈球形或圓柱狀，是一種具三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多微孔物質(zhì)?！胺肿雍Y”效應(yīng)——選擇性地吸附某種特定大小的分子而不吸附較大的分子。無水乙醇生產(chǎn)中所用分子篩的規(guī)格：0.3nm級(jí)的合成沸石（內(nèi)部孔徑為0.3nm）。水分子的直徑為0.28nm，能夠進(jìn)入分子篩空心小球的內(nèi)部，并被吸附在其上；乙醇分子直徑為0.4nm，不能進(jìn)入孔內(nèi)，就從外面流出，直接通過分子篩塔而不被吸附。（2）乙醇分子篩脫水技術(shù)優(yōu)勢(shì)①產(chǎn)品質(zhì)量高，脫水能力強(qiáng)，乙醇脫水后其濃度最高可達(dá)99.995％。②分子篩使用壽命長(zhǎng)，5～7年。③95％乙醇單程回收率可達(dá)85％。④連續(xù)工作時(shí)間長(zhǎng)300天以上。⑤設(shè)備緊湊，占地面積小，流程短，投資少。⑥操作溫度低，能耗低。⑦無污染。（3）分子篩脫水工藝流程①以酒精為原料生產(chǎn)無水酒精在蒸餾塔回收流程。②專用塔回收流程2）玉米粉吸附脫水技術(shù)玉米粉脫水和脫玉米油聯(lián)合流程3）滲透氣化膜吸附分離技術(shù)滲透氣化（滲透蒸發(fā)）是指液體混合物在膜兩側(cè)組分的蒸氣分壓差的推動(dòng)下透過膜并部分蒸發(fā)，從而達(dá)到分離目的的一種膜分離過程。

滲透氣化與那些常用的膜分離技術(shù)的最大不同點(diǎn)在于它在滲透過程中發(fā)生由液相到氣相的相變化。滲透氣化膜材料主要是有機(jī)聚合物。膜通常具有非對(duì)稱結(jié)構(gòu)，最常用的是聚乙烯醇復(fù)合膜。

分離機(jī)制：①被分離的液相物質(zhì)在膜表面上被選擇吸附并溶解；②以擴(kuò)散形式在膜內(nèi)滲透；③在膜的另一側(cè)變成氣相而脫附。壓力控制膜的上游側(cè)的壓力一般維持常壓。膜的下游側(cè)：①采用惰性氣體吹掃，也稱掃氣滲透氣化；②用真空泵獲得真空，也稱真空滲透氣化；③采用冷凝器冷卻，也稱熱滲透氣化。實(shí)驗(yàn)室一般采用真空滲透氣化，工業(yè)上大都采用熱滲透氣化。4）苯共沸蒸餾乙醇脫水技術(shù)原理：往酒精水溶液中加入脫水劑——苯，在酒精、水與苯三元混合物中會(huì)形成一系列的共沸物，其中酒精-水-脫水劑組成的三元共沸物的沸點(diǎn)最低，而且其組成中水的百分含量高于酒精-水二元共沸物中水的含量。根據(jù)這一原理，按其工