第42卷第6期小型內燃機與摩托車VoL 42 No 62013年12月SMALL INTERNAL COMBUSTION ENGINE AND MOTORCYCLEDec.2013我國替代燃料乙醇汽油發(fā)展現(xiàn)狀宋濤鄭義郭津(天津大學內燃機研究所天津300072)摘要:發(fā)展車用清潔代用燃料,在發(fā)動機上實現(xiàn)高效、低污染的燃燒,控制汽車發(fā)動機有害排放對我國城市大氣質量帶來的日趨嚴重的影響,已成為我國能源與環(huán)境研究中的一個十分重大和緊迫的課題。研究和開發(fā)汽油的代用燃料,從近期來看能減少尾氣,改善大氣質量,從長遠來看可以解決石油資源短缺的危機。但這要求代用燃料既要具備較高燃燒性能,又要滿足低排放的要求。乙醇燃料以摻燒或純燒方式已成功地用于汽油機上,汽油醇( gasohol)混合燃料在巴西、美國已應用多年,技術上已十分成熟。2004年2月,經(jīng)國務院同意,國家發(fā)改委等8部門聯(lián)合制定頒布了《車用乙醇汽油擴大試點方案》和《車用乙醇汽油擴大試點工作實施細則》,由此相關工作全面啟動。關鍵詞:替代燃料乙醇汽油能源中圖分類號:TK411.71文獻標識碼:A文章編號: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中國煤化工CNMHG作者簡介:宋濤(1980-),女,碩士,工程師,主要研究方向為摩托車排放。第6期宋濤等:我國替代燃料乙醇汽油發(fā)展現(xiàn)狀引言放的HC90%為甲烷類物質,光化學反應低,采用缸內從1993年起我國已由石油凈出口國變?yōu)閮暨M口直噴和稀薄燃燒技術可進一步提高發(fā)動機效率降低國200年我國石油凈進口量突破700多萬t,2004污染物排放。但是它的能量密度低,體積太大。為了年突破1億t大關,為143650萬t石油對外依存度保持汽車有足夠長的行駛里程,必須以250個大氣壓為45.2%,2005年略有下降,為13617.6萬t,對外依的壓力把它以壓縮天然氣(CNG)或者以液態(tài)(LNG)存度為43.0%。未來隨著我國石油需求的迅速增加,形式儲存在壓力罐中。CNG經(jīng)過低壓調節(jié)器LNG經(jīng)加之國內資源有限僅靠國內產(chǎn)量已不能滿足需求我過蒸發(fā)器以后,就以普通氣體狀態(tài)進入發(fā)動機了。國石油對外依存度將逐年增加,如圖1所示。液化石油氣(LPG)的主要成份是丙烷、丁烷和少量烯烴和戊烷。LPG辛烷值較高,燃料費比酒精、汽油、柴油等便宜,CO、NO,等有害排放量低于汽油機排放,基本上消除黑煙和顆粒物(PM),發(fā)動機工作噪音低。因LPG的沸點溫度比天然氣的高,所以可以在較長低的壓力下以液態(tài)貯存。其燃料攜帶量較同體積的CNG要多。也就是說,同樣體積的儲氣罐,用LPG車939597990103051020輛比用CNG車輛的行駛里程要遠。年份原汽油機或柴油機經(jīng)過改動后燃燒氣體燃料,功圖1我國石油對外依存度及預測趨勢率都要發(fā)生一些減少。發(fā)展車用清潔代用燃料在發(fā)動機上實現(xiàn)高效低1.2氫氣污染的燃燒,控制汽車發(fā)動機有害排放對我國城市大作為汽車燃料其特點是:氫氣辛烷值高,發(fā)動機熱氣質量帶來的日趨嚴重的影響已成為我國能源與環(huán)效率高,發(fā)動機可在過量空氣系數(shù)較大的范圍內穩(wěn)定境研究中的一個十分重大和緊迫的課題。研究和開發(fā)燃燒;點火能量低,不到汽油最低點火能量的10;氫汽油的代用燃料,從近期來看能減少尾氣改善大氣質燃料的火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤?低溫下易起動;其燃燒生成物量從長遠來看可以解決石油資源短缺的危機。但這主要是水和NO,不產(chǎn)生HC、CO和碳煙排放但在發(fā)要求代用燃料既要具備較高燃燒性能,又要滿足低排動機上使用還有回火、早燃、燃燒控制等問題尚待放的要求。解決。通常所指的汽車代用燃料包括:氣體燃料(天然氫氣的主要缺點是儲運性能很差,氫的沸點為氣、液化氣、氫氣)、合成燃料(煤制油、天然氣合成253℃,以液態(tài)方式儲存時成本高不適宜長期儲存。油)醇醚類燃料(甲醇、二甲醚、乙醇)生物質產(chǎn)品氫的制取原料有天然氣、煤、水。從水制取氫有電解(生物質氣化生物柴油)法、熱化學法、光解法及微生物法。至今這些制氫方法1幾種主要替代燃料簡介的成本及能耗都較高,難以進行大規(guī)模制氫作為車用1.1天然氣(NG)和液化石油氣(LPG)燃料,因此氫氣必須在解決降低生產(chǎn)成本、儲存運輸?shù)扔捎谔烊粴夂鸵夯蜌獾膬r格相對石油制品要難題后,才能走向實用2。便宜一些,所以車輛使用這些氣體燃料時,其總的營運1.3煤制油費用會下降。燃用LPG和CNG燃料的車輛,其內部煤制油的技術已經(jīng)比較成熟,技術路線是:煤系統(tǒng)是很相似的。它們被認為是內燃機的較理想代用H2+CO-甲醇-合成油。國外主要是南非開展此項燃料已經(jīng)被成功地應用于汽油機。利用柴油引燃天目。我國的煤源鏟韋官坯唧的儲量可以開采中國煤化工然氣的方式也成功地應用于柴油機上。200年以上。情況下,煤制油CNMHG天然氣的主要成份是甲烷。天然氣汽車可以降低成為一個相當熱點壩日。據(jù)估界,仁油在40美元/桶40%的HC排放,50%的CO排放,無碳煙排放,其中排水平上,煤制油可以取得經(jīng)濟平衡。按照現(xiàn)在石油價小型內燃機與摩托車第42卷格100美元/桶以上,國內不少煤業(yè)公司如神華,兗州料,醇類燃料自身含氧,在發(fā)動機燃燒中可提高氧燃煤業(yè)公司等紛紛建立煤制油基地3]。比,CO和HC的排放較燃燒汽油和柴油的低,幾乎無1.4生物質燃料碳煙排放;另外,由于汽化潛熱高可降低進氣溫度,提從長遠看,生物燃料將根本解決車輛的燃料問題。高充氣效率,使最高燃燒溫度降低,發(fā)動機的NO,排目前開發(fā)生物質燃料在國內外得到高度重視。由于植放較低(4。物油的特性接近于柴油所以,多數(shù)生物質燃料即指生乙醇燃料以摻燒或純燒方式已成功地用于汽油機物柴油,一般使用中,不直接使用,而是將其酯化。酯上,汽油醇( gasohol)混合燃料在巴西、美國已應用多化的生物柴油特性與柴油十分接近。使用生物柴油能年技術上已十分成熟。乙醇在柴油機上應用要遠遜降低燃燒排放氣中的硫化物9%、二氧化碳0%、碳氫于在汽油機上的應用,其主要原因是柴油與乙醇不能化合物32%、煤煙50%和顆粒物39%;生物降解性互溶,摻燒困難,此外乙醇燃料十六烷值低,在柴油機高,具有平和的氣味,不刺激眼睛,不含有芳烴類,而且上需用柴油引燃或火花塞點燃,要對燃燒系統(tǒng)作較大硫、鉛和鹵素等有害物質含量極少,適合在城市礦井、改動。目前國內外有關機構正在研制幫助乙醇與柴油林業(yè)機械或游覽船只上使用。美國歐洲采用菜籽油、互溶的助溶劑,生成柴油醇( diesohol),也可以使用柴豆油改性作為生物柴油使用,并制定B20、B100的使油引燃預混乙醇這樣可以在發(fā)動機不作改動或是很用標準。少改動的情況下使用柴油和醇燃料滿足發(fā)動機經(jīng)濟我國開展生物油開發(fā)的工作時間也較早,但受限性、動力性和環(huán)保的要求。研究表明加入1%的助溶于資源問題,主要集中在將廢棄使用油改性制造甲酯。劑和10%-15%乙醇的柴油醇燃料,發(fā)動機微粒與些地區(qū)已建成一些年產(chǎn)萬噸級的生產(chǎn)廠家。生物質氧化碳排放顯著降低,發(fā)動機500h耐久性試驗后,發(fā)燃料目前的制作成本較高,一時難以與石油產(chǎn)品競爭。動機的燃油系統(tǒng)、機械磨損都正常,主要配合間隙沒有如果得到政府支持并采取一些鼓勵政策該計劃將會超差,柴油醇在發(fā)動機上的應用具有很大潛力。有更大發(fā)展。在汽油機上,車用甲醇燃料主要有M85和M1001.5二甲醚兩種品種。M85含甲醇體積百分數(shù)為85,其余為汽油二甲醚是乙醇的同分異構體分子式CH130和少量添加劑;M00不含汽油。目前我國大同汽車CH3。其特點是十六烷值高達55-60,自燃點235℃,低制造廠已試制成功全甲醇(M00)清潔燃料燃燒裝置。于柴油;十分易于壓燃。揮發(fā)性很好。含氧量34.8%;2001-2002年,山西省的甲醇汽車從100多輛增至無C-C鍵:0.5-0.8MPa液化。一般是用甲醇脫水100輛,示范車已營運4年,單車行駛里程突破40制得。由于其良好的自燃性能,在壓燃式發(fā)動機上使萬km用可以做到無煙排放。最初由丹麥提出在船用發(fā)動2乙醇汽油的發(fā)展現(xiàn)狀機上使用,國外多個國家開始研究。由于二甲醚的能乙醇的理化性質和汽油相似又容易與汽油混溶,量密度低,類似于液化石油氣(LPG)性能。我國對二國外首先以低比例乙醇油形成混合燃料應用于汽車甲醚重視度很高,是基于其原料是煤。因二甲醚具有上。燃料乙醇是醇類燃料的一種,是成熟和安全且可和醇類燃料類似的腐蝕和溶脹性,燃料供應體系需要再生的能源最早在巴西,后來在美國廣泛使用。在原柴油機上作較大改動,應用中還存在一些問題,目美國是玉米出口大國,美國用玉米總產(chǎn)量的13%前仍在研究中。但由于清潔燃燒的特點少數(shù)地區(qū),如生產(chǎn)乙醇汽油生產(chǎn)量已達42億加侖,但僅占汽油市上海仍將其作為公交車燃料投入巨資研究。場的2%,對其能源市場的影響微乎其微。巴西是目1.6醇類燃料前世界上唯一不供應純汽油的國家。2005年,巴西燃類燃料主要指甲醉(CHOH和C醇(CO).料乙醇產(chǎn)量vT中國煤化工,占世界乙醇產(chǎn)甲醇和乙醇具有辛烷值高、汽化潛熱大、熱值較低等特量的43%。CNMHG醇生產(chǎn)廠,主要點。大量研究發(fā)現(xiàn):在汽油和柴油中加入富氧燃料如以豐富和廉價的甘庶為原料燃料乙醇年生產(chǎn)能力達甲醇、乙醇等可以大幅度降低排放。因為作為汽車燃160億L。2003年6月,日本資源能源廳決定在汽油第6期宋濤等:我國替代燃料乙醇汽油發(fā)展現(xiàn)狀中添加乙醇,乙醇的混入比例容許值為3%以下。印技術等。但這些研究目前在我國尚處于起步階段,水度于2003年啟動燃料乙醇計劃,按照政府規(guī)定,北部解技術與國外相比仍有相當差距而且經(jīng)濟性較差。9個邦和4個聯(lián)邦區(qū)可在汽油中加入5%的乙醇。如我國生物燃料乙醇產(chǎn)業(yè)發(fā)展還處于起步階段,其進展順利,印度政府將在全國推廣乙醇汽油,并計劃將發(fā)展尚面臨諸多困難和問題原料不足,技術產(chǎn)業(yè)化基汽油中乙醇的比例提高到10%。目前,一些具有農業(yè)礎薄弱,產(chǎn)品市場競爭力不強,政策和市場環(huán)境不資源優(yōu)勢的國家,如英國、荷蘭、德國、奧地利泰國南完善。非等國政府也已經(jīng)制定規(guī)劃,積極發(fā)展燃料乙醇并推1)原料問題。我國生物燃料乙醇發(fā)展初期主要廣應用車用乙醇汽油。圖2給出了最近幾年美國、巴以陳化糧為原料,隨著乙醇汽油在全國9省的推廣,市西、中國燃料乙醇的產(chǎn)量情況。場需求猛增導致陳化糧庫存驟減。以玉米為原料,必我國也正在大力推廣乙醇汽油,2004年2月,經(jīng)然引發(fā)玉米價格猛漲,生物燃料乙醇發(fā)展遇到了與民國務院同意國家發(fā)改委等8部門聯(lián)合制定頒布了《車爭糧的難題。而非糧作物原料的種植問題還沒有用乙醇汽油擴大試點方案》和《車用乙醇汽油擴大試落實。點工作實施細則》后,相關試點工作全面啟動。在國2)成本較高,缺乏市場競爭力。在現(xiàn)有技術水平家發(fā)改委等八部委的推動下,從2004年4月起,在黑和政策環(huán)境條件下,開發(fā)利用生物燃料乙醇成本較高,龍江、吉林、遼寧、河南、安徽五省全部地區(qū),以及河北、加上資源分散規(guī)模小、生產(chǎn)不連續(xù)等特點,在現(xiàn)行市山東、江蘇湖北四省部分地市全面推廣使用車用乙醇場規(guī)則下生物燃料乙醇缺乏市場競爭力,需要政策扶汽油。到2005年底,上述各省轄區(qū)范圍基本實現(xiàn)車用持和激勵。原料占生產(chǎn)成本的70%~80%,中國農業(yè)乙醇汽油替代其他汽油。水平較為落后,原料價格較高以至乙醇成本也隨之升2000美國燃料乙醇產(chǎn)量高。按國家政策規(guī)定,所生產(chǎn)的生物燃料乙醇目前按1800巴西燃料乙醇產(chǎn)量中國燃料乙醇產(chǎn)量4782元/t賣給中石油(國家90號汽油出廠價乘以0.9111的系數(shù)計算所得),而生物燃料乙醇加工成本1000在5000元/t以上。沒有國家補貼,生物燃料乙醇生產(chǎn)N實400企業(yè)將虧損。在培育出乙醇汽油市場之后,能否對抗來自巴西、美國的進口沖擊,關系到生產(chǎn)企業(yè)的生存。20062008年份3)資源評價、技術標準、產(chǎn)品檢測和認證等體系不夠完善。我國于2001年頒布了變性生物燃料乙醇圖2近年來中國、美國、巴西燃料乙醇產(chǎn)量(GB183502001)和車用乙醇汽油(GB183512001)兩目前我國生物燃料乙醇生產(chǎn)正朝著多元化原料項強制性國家標準,在技術內容上等效采用了美國試方向發(fā)展,如薯類、纖維素等。在新疆、內蒙古等地,我驗與材料協(xié)會標準( ASTM)。由于制備生物燃料乙醇國自行培育的具高抗逆性和可以在全國種植的甜高的原料的多樣性,生產(chǎn)工藝也不盡相同,這就造成所得粱,每公頃能產(chǎn)生物燃料乙醇6t,比甘蔗高30%,比玉生物燃料乙醇在某些技術指標上會有所差異,目前制米高3倍。我國積極應用轉基因技術選育和開發(fā)能源訂的生物燃料乙醇標準僅是從食用性淀粉基原料考作物原料,已開發(fā)出利用甜高梁莖稈汁液等生物質制慮。為適應生物燃料乙醇原料多元化和大規(guī)模生產(chǎn)取乙醇的技術工藝,建設年產(chǎn)500乙醇的甜高粱莖加強生物燃料乙醇的生產(chǎn)和使用管理,在現(xiàn)有標準的稈制取生物燃料乙醇工業(yè)示范工程;纖維素廢棄物制基礎上及時制訂不同生物質原料來源的生物燃料乙醇取乙醇燃料技術已進入年產(chǎn)600t規(guī)模的中試階段。相關基礎標準,生產(chǎn)過程、工藝控制等標準就顯得極為此外,我國還開展了研究生物質原料的高壓蒸汽爆破迫切。預處理技術、纖維素酶制備技術、大規(guī)模酶降解技術、市中國煤化工善。我國生物燃戊糖己糖同步乙醇發(fā)酵技術、微生物細胞固定化技術、料乙醇發(fā)展HCNMHG有形成連續(xù)穩(wěn)定在線雜菌防治技術以及副產(chǎn)品木質素的深度加工利用的市場需求目前還處在“以產(chǎn)定銷、計劃供應”階段,小型內燃機與摩托車第42卷與市場化競爭和運作尚存在較大的距離,相關企業(yè)尚t,相當于原油價格51~53美元/桶時的汽油價,即使缺乏相應的市場操作經(jīng)驗和思想準備。市場推廣面臨不考慮環(huán)保效益,經(jīng)濟性也優(yōu)于國內的玉米乙醇。同諸多瓶頸。目前,國內生物燃料乙醇從生產(chǎn)到銷售的時,進口乙醇比進口原油的國際壓力小得多,不會產(chǎn)生各個環(huán)節(jié)都受到了政府部門的嚴格控制,是政策性的與民爭糧、與糧爭地問題。封閉運行,尚未形成真正意義的市場化。能源危機和環(huán)境污染是當前世界全人類所面對的鑒于此,提出以下發(fā)展建議:兩大難題。這兩大難題的解決并非單純的某種燃料或1)堅持非糧為主,鼓勵原料多元化。堅持“非糧種技術可以解決完全的。發(fā)展燃料乙醇也只是替代為主、不與民爭糧、不與糧爭地”是我國發(fā)展生物燃料石油燃料的方式之一。我們還需要圍繞可再生資源為乙醇產(chǎn)業(yè)的基本原則。要鼓勵利用秸稈、樹枝等農林原料建立起一個石油燃料的替代能源體系,使之能夠廢棄物,利用薯類、甜高粱等非糧農作物和小桐子、黃與燃料乙醇一起服務于世界經(jīng)濟發(fā)展中的能源需求。連木等木本油料樹種為原料加工生產(chǎn)生物能源,鼓勵任何事物都存在多面性,乙醇燃料在其發(fā)展的過程中開發(fā)冬閑田、鹽堿地、荒山、荒地等未利用土地建設生也一定會有兩面性存在,但我們有理由相信,可再生替物燃料乙醇原料基地,從而確保生物燃料乙醇有穩(wěn)定代能源的發(fā)展必將替代不可再生能源。燃料乙醇的發(fā)原料供應來源,確保發(fā)展生物燃料乙醇不與糧爭地。展是符合經(jīng)濟發(fā)展需求的,也是順應這一趨勢的,我們2)堅持市場化運作,敞開收購生物燃料乙醇,要要做的是最大程度地減小在發(fā)展燃料乙醇及車用乙醇積極發(fā)揮市場優(yōu)化資源配置的基礎作用,建立健全生汽油過程中潛在的負面影響,發(fā)揮其最大優(yōu)勢為人類物燃料乙醇收購流通體系。政府需要明確生物燃料乙服務。醇生產(chǎn)和銷售的有關政策,制定產(chǎn)品質量標準,以技術參考文獻指標作為行業(yè)門檻,由中石油和中石化公司敞開收購鼓勵各種不同所有制的企業(yè)進入該領域向民營企業(yè)1邢展乙醇汽油的應用現(xiàn)狀J河北化工,201,34(3)和外資企業(yè)開放生物燃料乙醇市場。3)利用好國內國外兩個市場、兩種資源。一是從2周啟德.汽車用氫氣油發(fā)動機的試驗研究[J]內燃機學巴西進口生物燃料乙醇,二是采取中海油模式,去海外報,1996,14(1):64-71l3錢伯章,朱建芳對中國煤制油熱的冷靜思考[J].煉油技種植甘蔗作物,在國內生產(chǎn)乙醇,既保障了資源供應,術與工程,2006,36(7):5~9又支援了發(fā)展中國家。特別是,從巴西適量進口乙醇4吉慶山,于萬海生物乙醇在汽車上的應用[J].農機化研具有可行性。巴西是世界上最大的乙醇出口國,巴西究,2008(7):211~213農業(yè)部的最新統(tǒng)計顯示,2007年上半年共出口乙醇5吳旭賢我國發(fā)展乙醇汽油存在的問題及其對策建議15.46億L,平均價格為0.4515美元/L(折合人民幣[J].企業(yè)技術開發(fā)(下),2010,29(7):30-314258.8元/),巴西到中國的船運運費為30~50美元/(收稿日期:2012-09-11)t,進口巴西乙醇的到岸價預計為4487.7~4640.3元/當當當當當當當與當與市當當當當當市如當當當當當當當當市部當市年與與八菜八恥以熱愛祖國為榮以危害祖國為恥以服務人民為榮以背離人民為恥以崇尚科學為榮以愚昧無知為恥以辛勤勞∨亡中國煤化工要勞為恥以團結互助為榮以損人利已為恥以誠實守CNMHG義為恥以遵紀守法為榮以違法亂紀為恥以艱苦奮斗為榮以驕奢淫逸為恥