第十一章++燃料乙醇的生产与应用

第7章燃料乙醇生产技术

燃料乙醇(fuelethanol)是指向汽油或柴油中加入一定比例的无水乙醇。无水乙醇又称绝对酒精，是由95.6%（体积分数）的酒精经脱水精制而成的含水量较少的酒精，酒精含量达到99.5%（质量分数）以上。发展燃料乙醇的意义解决作为一次能源汽油、柴油的潜在数量有限的问题；提高汽油和柴油的燃烧水平，有利于加强环境保护。世界汽油醇的发展及使用状况乙醇用作燃料的历史始于汽车诞生之日。早在1908年，当第一辆福特Model

T汽车从装配线下线时，就用乙醇作为其发动机的燃料，此时石油工业才刚刚开始。1、巴西2、美国3、日本巴西巴西从1975年开始实行酒精替代计划，制定了一系列的经济资助和免税政策，以推进燃料乙醇生产过程的研究、开发及工业化，目前已达到年产40亿加仑乙醇的生产规模。这一计划的实施为巴西平衡外贸逆差，促进汽车工业的发展，振兴种植业，扩大社会就业，缩小地区经济差别，改善城市环境质量作出了积极的贡献。同时，这一计划的实施，已使温室气体的排放减少了20%。

巴西主要依靠甘蔗来生产燃料乙醇。2001年，巴西取消了对燃料乙醇的补贴，由市场供求直接调节。目前，巴西年产酒精已超过1200万吨，酒精在汽油中的添加比重为20%~25%，50%以上的汽车使用酒精燃料，而该国生产的新一代汽车可以完全使用乙醇为燃料。

美国是燃料乙醇生产的第一大国，美国于1992年开始鼓励使用乙醇作新配方汽油的充氧剂，从而极大地促进了美国燃料乙醇的生产。1996年，美国国家地质综合考察部的一篇研究报告指出，作为汽油氧质添加剂的MTBE（甲基叔丁基醚），在减少空气污染的同时却增加了水质的污染。为此，美国加州政府在1999年3月颁布了在2003年前彻底取消使用MTBE的规定。2000年3月，美联邦政府也发表了取消MTBE使用的声明。含10%乙醇的汽油不要求改动汽车发动机，在减少空气污染方面与MTBE有相同的效果。目前，美国每年用于汽油添加剂的乙醇消耗约12亿加仑（合360万吨）。美国乙醇生产企业已用玉米为原料共生产了16亿加仑乙醇，而且生产规模还在进一步扩大。美国农业部决定今后每年补贴乙醇生产企业，用以增加乙醇和生物柴油等生物燃料的使用。2007年8月，美国乙醇产量达到68.13亿加仑（277.0亿升）。美国燃料乙醇生产主要依靠玉米，通过转基因技术和扩大种植面积，美国玉米产量近年增长迅速，目前有30%的玉米是用于燃料乙醇的生产。除玉米乙醇外，为促进纤维素乙醇的发展，2005年颁布的美国能源政策法案（EPACT）为此制定了优惠政策。1993年，欧洲共同体建议提高欧洲的燃料级乙醇产量，要求汽油掺混燃料中含5%乙醇，并将用生物物质生产的乙醇的货物税降低到相当于矿物燃料货物税10%的水平。

日本从1983年开始实施燃料乙醇的开发计划，重点开发用农、林产废物等未利用资源直接发酵生产乙醇的技术。我国汽油醇发展情况1、脱水技术(1)在低温条件下用固体吸水剂去水，如氧化钙脱水法和分子筛脱水法。(2)应用液体吸水剂去水，如用甘油、汽油等。(3)以共沸现象为基础的脱水法，如用苯、戊烷、环己烷等的共沸脱水法。(4)应用能使共沸点移位的盐类溶液来达到制得无水酒精的目的，如用氯化钙、醋酸钾等，该法可称为盐脱水法。，(5)利用蒸汽通过微孔隔板的扩散现象来脱水。(6)真空脱水法。(7)利用有机物作吸附剂制备无水酒精，如用玉米粉或玉米淀粉均可。

(8)利用蒸馏和膜分离相结合的方法脱水。1、脱水技术2、常用的无水酒精生产技术1）分子筛脱水技术（1）乙醇分子筛脱水的原理分子筛是人工合成的沸石，是以硅铝酸钾为原料制造的质地坚硬的粒状物，呈球形或圆柱状，是一种具三维网状结构的多微孔物质。“分子筛”效应——选择性地吸附某种特定大小的分子而不吸附较大的分子。无水乙醇生产中所用分子筛的规格：0.3nm级的合成沸石（内部孔径为0.3nm）。水分子的直径为0.28nm，能够进入分子筛空心小球的内部，并被吸附在其上；乙醇分子直径为0.4nm，不能进入孔内，就从外面流出，直接通过分子筛塔而不被吸附。（2）乙醇分子筛脱水技术优势①产品质量高，脱水能力强，乙醇脱水后其浓度最高可达99.995％。②分子筛使用寿命长，5～7年。③95％乙醇单程回收率可达85％。④连续工作时间长300天以上。⑤设备紧凑，占地面积小，流程短，投资少。⑥操作温度低，能耗低。⑦无污染。（3）分子筛脱水工艺流程①以酒精为原料生产无水酒精在蒸馏塔回收流程。②专用塔回收流程2）玉米粉吸附脱水技术玉米粉脱水和脱玉米油联合流程3）渗透气化膜吸附分离技术渗透气化（渗透蒸发）是指液体混合物在膜两侧组分的蒸气分压差的推动下透过膜并部分蒸发，从而达到分离目的的一种膜分离过程。

渗透气化与那些常用的膜分离技术的最大不同点在于它在渗透过程中发生由液相到气相的相变化。渗透气化膜材料主要是有机聚合物。膜通常具有非对称结构，最常用的是聚乙烯醇复合膜。

分离机制：①被分离的液相物质在膜表面上被选择吸附并溶解；②以扩散形式在膜内渗透；③在膜的另一侧变成气相而脱附。压力控制膜的上游侧的压力一般维持常压。膜的下游侧：①采用惰性气体吹扫，也称扫气渗透气化；②用真空泵获得真空，也称真空渗透气化；③采用冷凝器冷却，也称热渗透气化。实验室一般采用真空渗透气化，工业上大都采用热渗透气化。4）苯共沸蒸馏乙醇脱水技术原理：往酒精水溶液中加入脱水剂——苯，在酒精、水与苯三元混合物中会形成一系列的共沸物，其中酒精-水-脱水剂组成的三元共沸物的沸点最低，而且其组成中水的百分含量高于酒精-水二元共沸物中水的含量。根据这一原理，按其工