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１乙醇基本性质 乙醇又名酒精，化学式：ＣＨ３ＣＨ２ＯＨ。乙醇是无色、透明、易挥发和易燃烧的液体，具有酒的气味和刺激性辛辣味，能跟水以任意比互溶，可与乙酸、丙酮、苯、四氯化碳、氯仿、乙醚、乙二醇、甘油和甲苯等溶剂混溶。有吸湿性，与水形成共沸物，能溶解许多有机化合物和若干无机化合物。其蒸汽与空气混合能形成爆炸混合物。工业酒精含乙醇约９５％，含乙醇达９９．５％以上的酒精称为无水乙醇，也称为燃料乙醇。 ２燃料乙醇优点及应用前景 ２．１燃料乙醇优点 ２．１．１提高燃油品质 燃料乙醇按一定比例将添加至汽油后称为乙醇汽油，乙醇汽油中的乙醇既是一种能源，又是一种性能优良的汽油品质改良剂。 首先，乙醇作为“绿色”增氧剂，可完全替代汽油中抗爆剂（ＭＴＢＥ）使用。乙醇按１０％的比例混配入汽油中，可使氧含量达到３．５％，助燃效果好，使汽油燃烧更充分，提高燃烧效率。另外由于乙醇中的辛烷值（ＲＯＮ）指数可达１１１个单位，按１０％的比例混配入汽油中，可使汽油辛烷值提高２～３单位，提高汽油抗爆性。 ２．１．２ 降低尾气有害排放 众所周知汽车尾气对环境不友好，现已成为一种严重的环境污染源。乙醇汽油由于燃烧充分，可使汽车有害尾气排放总量降低３３％以上。 根据中国汽车研究中心于２００１年所做的车用乙醇汽油８万公里行车试验检测数据表明：尾气排放中ＣＯ排放明显降低，最大降低率达５５％，算术平均降低率３０．８％，碳氢化合物算术平均降低率为１３．４％。 ２．１．３ 燃烧充分、减少积炭 车用乙醇汽油由于燃烧彻底，解决了普通汽油燃烧不完全所形成的炭粒积聚现象，能有效地预防和消除发动机燃烧室、气门、火花塞、排气管、消声器等部位积炭的产生，避免了因积炭形成而引起的故障，延长了发动机使用寿命。 ２．２ 燃料乙醇应用前景 改性燃料乙醇做汽油改良剂和替代品使用： （１）根据美国科研机构研究结论ＭＴＢＥ因其降解性差，对地下水资源有潜在污染风险，美国加州、纽约州和康涅狄格州等州于２００４年前已立法禁止汽油添加ＭＴＢＥ，改为添加燃料乙醇。燃料乙醇可代替ＭＴＢＥ作为汽油的改良剂。２０１４年国内ＭＴＢＥ表观消费量为６６４万吨，按年均增加３．５％计算，２０１６年国内ＭＴＢＥ表观消费量约７１１万吨，作为ＭＴＢＥ替代品潜在市场约７００万吨。 （２）燃料乙醇混入汽油中成为乙醇汽油，２０１６年国内汽油表观消费量约１．２亿吨，以每吨加入１０％燃料乙醇（发改委推广为乙醇加１０％）计，２０１６年全国市场燃料乙醇理论需求量应为１２００多万吨。 ３ 燃料乙醇生产工艺技术路线 ３．１生物质制乙醇技术 生物质制乙醇技术由最初提倡消化陈粮（以玉米、小麦等陈粮为原料生产乙醇）的第１代技术发展至以木薯为原料的第１．５代技术，目前已发展至以纤维素（秸秆、玉米芯等）为原料的第２代技术。 工艺路线如图１。 以生物质制乙醇，以玉米为主要原料，吨乙醇消耗玉米３．２吨，蒸汽消耗４．９６吨，电耗４８９．３ｋＷ·ｈ。以目前玉米价格１７６０元／吨计，玉米制乙醇物耗成本约６６２０元／吨。 以干木薯为主要原料，吨乙醇消耗木薯２．９吨，蒸汽消耗４．５吨，电耗４１７．１ｋＷ·ｈ。以目前干木薯价格１８５０元／吨计，木薯制乙醇物耗成本约６２４８元／吨。以秸秆等纤维素为主要原料，吨乙醇消耗约７．０吨，蒸汽消耗６．６吨，电耗５８１．５ｋＷ·ｈ。以目前秸秆价格６５０元／吨计，纤维素制乙醇物耗成本约５８３０元／吨。 ３．２煤制乙醇技术 目前已建成中试装置或已工业化煤制乙醇技术路线有四条： （１）合成气微生物发酵法； （２）醋酸直接加氢法； （３）醋酸酯化加氢法； （４）合成气、甲醇经二甲醚羰基化加氢制乙醇法。 ３．２．１煤制合成气微生物发酵法制乙醇 该工艺技术原理为煤制合成气中的有效气体ＣＯ、Ｈ２通过微生物发酵转化为乙醇混合溶液，首先通过膜分离将乙醇混合溶液中微生物分离回收利用，乙醇混合溶液再经分离浓缩得到无水乙醇。 该技术国内示范装置为上海宝钢与新西兰朗泽新能源有限公司合建乙醇示范工厂，该工厂乙醇产能３００吨／年，于２０１２年３月正式投入运行，基本实现一系列关键指标。该微生物气体发酵制乙醇技术通过了国家发改委专家组的技术评审。该技术存在以下不足： （１）发酵液的乙醇浓度较低，乙醇的提纯过程将消耗能量高； （２）因发酵需要有周期性，导致难连续化生产； （３）受生物技术限制选择性低，乙醇溶液中杂质多分离困难，产品成本高。 ３．２．２醋酸直接加氢技术 该工艺技术以塞拉尼斯（ＴＣＸ技术）为代表，上海景浦化工建有中试装置，塞拉尼斯在南京已有规模２０万吨／年装置。 工艺路线如图２。 该技术生产一吨乙醇需消耗１．３４５吨醋酸，１０１８Ｎｍ３氢气，产３９１千克水。 公用工程介质吨产品单耗为：冷却水１０６吨，电９０ｋＷ·ｈ，燃料煤０．３１吨，仪表空气２５Ｎｍ３。醋酸成本３０００元／吨，氢气１．２元／Ｎｍ３计，吨乙醇物耗成本５６９８元。 ３．２．３醋酸酯化加氢技术 该技术以西南化工研究院为代表，已经过小试、中试试验，西南化工研究院与河南顺达化工科技有限公司签订“２０万吨酯化加氢制乙醇”合作协议，装置已于２０１６年６月投产。 工艺路线如图３。 该技术可得到乙醇、乙酯两种产品，两种产品的比例可进行调整。产品为乙醇时，吨乙醇醋酸耗量１．３６吨，氢气１０２５Ｎｍ３；产品为乙酯时，吨乙酯醋酸耗量１．３７吨，氢气１０Ｎｍ３。公用介质吨乙醇消耗情况为：蒸汽３．６吨，电１６０ｋＷ·ｈ，循环水３５０吨，冷冻水１２吨，仪表空气２０Ｎｍ３，氮气５Ｎｍ３。醋酸成本３０００元／吨，氢气１．２元／Ｎｍ３计，吨乙醇物耗成本６０３１元。 ３．２．４合成气、甲醇经二甲醚羰基化加氢还原制乙醇技术 该技术以大连化物所为代表，大连化物所与陕西兴化集团公司合作规模为１０万吨／年装置已投产，规模为２０万吨／年与５０万吨／年工艺包已编制完成。 工艺路线如图４。 该技术产品为乙醇，副产品为重组分量约１％。该技术吨乙醇消耗甲醇０．７吨，合成气（ＣＯ／Ｈ２为２：１）１４６２Ｎｍ３。公用介质吨乙醇消耗情况为：蒸汽３．２吨，电５２０ｋＷ·ｈ，循环水４００吨，冷冻水５６吨，仪表空气２０Ｎｍ３，氮气４Ｎｍ３。以甲醇成本２５００元／吨，合成气１．２元／Ｎｍ３计，吨乙醇物耗成本约４３１０元。 ４ 燃料乙醇行业现状 ４．１国内燃料乙醇行业状况 ４．１．１国内生物质制燃料乙醇企业分布情况 ２０１６年，国内燃料乙醇产量约２１０万吨，进口量５５万吨，使用量约２６５万吨，理论使用量约３２０万吨（封闭推广６省按Ｅ１０标准理论使用量）。生物基燃料乙醇生产企业主要分布在广西、黑龙江、吉林、河南、安徽、山东、内蒙七省市自治区。国内生物制燃料乙醇生产企业共计１２家，规模已达２１８．８万吨／年。具体情况详见表１。 ４．１．２ 国内生物质生产燃料乙醇市场份额 截止２０１６年底，国内共有７家燃料乙醇定点生产企业，其中中粮旗下３家：中粮肇东、中粮安徽、中粮广西，三家燃料乙醇市场份额为４９．０５％，吉林燃料所占市场份额为２８．３％，河南天冠为１４．１５％，中兴能源占４．７２％，山东龙力占２．３６％，国能生物占１．４２％。 ４．１．３ 煤基燃料乙醇现状 国内已投产煤基燃料乙醇装置产能为５３万吨，拟建或在建煤基燃料乙醇装置能力约７２４．５万吨，预计２０２２年煤基燃料乙醇产能将达到６５０万吨。国内已投产、拟建或在建煤基燃料乙醇项目详见表２。 ４．２ 国际燃料乙醇行业状况 美国是世界上最大的乙醇汽油生产和消费国。目前美国已经有５０个州在推广使用乙醇汽油。美国燃料乙醇的生产量和消费量逐年上升，２０１５年产量达４４２２万吨，占全世界产量的５８％。全美玉米产量的４０％都用来生产燃料乙醇。 巴西则发展以甘蔗为原料的燃料乙醇，２０１５年产量达１９８０万吨，占全世界产量的２６％，巴西约４０％的汽车使用纯乙醇取代汽油，成为世界上第一个不销售纯汽油的国家。欧盟也是重要的乙醇汽油生产区和消费区，乙醇汽油消费量由２００２年的０吨迅猛提升至２０１５年的约４５０万吨，占全世界产量的６％。推广消费乙醇汽油为Ｅ５～Ｅ８标准。 5、燃料乙醇行业发展趋势及展望 ５．１ 国内燃料乙醇行业发展趋势 ５．１．１ 生物制燃料乙醇路线 ２０１６年，国家“十三五”规划，生物质能源发展目标是燃料乙醇规模达４００万吨。在国家大力推行清洁能源的背景下，非粮食法生产燃料乙醇行业发展趋势良好。 ５．１．２ 醋酸加氢制乙醇路线 ２０１４年，全求醋酸产量约１１０８万吨，装置开工率６０％，中国产量约６２６万吨，装置开工率７８％。我国醋酸行业产能已大量过剩，产品经济效益差，同时醋酸下游产品需求增长缓慢，因此很多醋酸装置开发醋酸加氢制燃料乙醇，消化过剩产能。 ５．１．３ 合成气、甲醇经二甲醚羰基化加氢制乙醇路线 该工艺技术已建有１０万吨的工业装置，在产品成本上均低于生物制乙醇技术和醋酸加氢制乙醇，生物法制乙醇产生大量废水和废渣环保压力较大，醋酸加氢制乙醇由于存在酸腐蚀的风险，因此对设备要求较高，设备投入和维护成本较高。 综合比较，合成气、甲醇经二甲醚羰基化制乙醇路线发展潜力巨大。但该技术同时也受到合成气直接合成乙醇技术的潜在竞争。 ５．２ 煤制燃料乙醇展望 燃料乙醇作为汽油的改良剂和可再生替代品，在石油资源日渐匮乏、环保问题日益严峻的趋势下成为世界性的发展方向，随着汽车保有量的快速增加，其生产规模迅速扩大的趋势已势不可挡。第一代燃料乙醇因“与民争粮”而备受争议，未来以木薯、甜菜、高粱及秸杆、木质纤维素为原料的第二代燃料乙醇技术将成为生物发酵制乙醇主发展方向。 煤基合成燃料乙醇技术已成功地工业化应用，将有效弥补石油资源不足、缓解燃料乙醇对粮食的依赖，为世界能源安全和粮食安全提供有力保障。煤基合成燃料乙醇路线与生物制燃料乙醇路线相比较，成本上和环保上具有很强的竞争优势。 随着能源结构的不断变化，可燃冰等新能源的开采技术的进步和新能源汽车的大力推进，燃料乙醇发展空间也将受到一定的挤压。在目前的原料结构形式下，大力推进煤制乙醇工业化技术，有利于降低成本和改善环境。
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