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黃治玲
(吉林燃料乙醇有限責任公司，吉林吉林132101)
摘要：燃料乙醇作為一種新興能源，已經(jīng)列入我國“十五”發(fā)展規(guī)劃項目。筆者介紹了我國燃料乙醇的發(fā)展規(guī)劃、項目建設(shè)及相關(guān)政策；介紹了美國、巴西等國及我國燃料乙醇的生產(chǎn)和使用情況；介紹了我國生產(chǎn)燃料乙醇和使用乙醇汽油對于節(jié)省石油資源、改善環(huán)境和增加農(nóng)民收入的意義。
乙醇，俗稱酒精，它以玉米、小麥、薯類、糖蜜等為原料，經(jīng)發(fā)酵、蒸餾而制成，將乙醇進一步脫水得燃料乙醇。為了避免燃料乙醇流入食用酒精市場而被飲用，要將燃料乙醇變性，即在燃料乙醇中加入變性劑(適量汽油)后形成變性燃料乙醇。
車用乙醇汽油是在汽油中加入一定比例的變性燃料乙醇形成的一種新型混合燃料(國際上稱汽油醇，商品名GASOHOL)。這項技術(shù)在國外已十分成熟。目前國外使用車用乙醇汽油的國家主要是美國和巴西，歐共體自20世紀90年代初也開始生產(chǎn)使用車用乙醇汽油。在這種燃料中，乙醇既是一種能源，又是一種良好的汽油增氧劑和高辛烷值調(diào)和組分，用以代替四乙基鉛和甲基叔丁基醚(MTBE)或乙基叔丁基醚(ETBE)。用乙醇作增氧劑，可顯著降低汽車尾氣中的有害物質(zhì)，起到凈化空氣的功效。同時，用糧食制造的乙醇，是一種生物轉(zhuǎn)化的太陽能，是一種用之不竭的可再生資源。這樣，在汽油中加入一定比例的乙醇作燃料，就能收到節(jié)約石油、凈化空氣和轉(zhuǎn)化過剩的糧食等一舉多得之效。為人類社會的可持續(xù)發(fā)展提供了一條簡單有效的途徑。
1燃料乙醇的生產(chǎn)
1.1生產(chǎn)過程
發(fā)酵法酒精的生產(chǎn)工藝有干法和濕法[1]，不同的工藝會產(chǎn)生不同的副產(chǎn)品，其中包括酒糟蛋白飼料(DDGS)、玉米粕、玉米油、CO2、沼氣等。吉林60萬t/a燃料乙醇項目引進國外先進技術(shù)和關(guān)鍵設(shè)備，以玉米為原料，采用改良濕法生產(chǎn)燃料乙醇。如圖1所示，生產(chǎn)過程包括玉米預處理(粉碎)、脫胚制漿、液化、糖化、發(fā)酵、蒸餾、脫水和變性。
1.1.1玉米脫胚制漿
玉米經(jīng)水或酒糟離心清液在一定溫度下進行浸泡，浸泡后的玉米經(jīng)破碎磨破碎，分離出胚芽并將纖維及淀粉顆粒破碎到一定的粒度。脫胚后的玉米淀粉漿(含有淀粉、蛋白質(zhì)和纖維等物質(zhì))送入液化工段。
1.1.2液化、糖化和發(fā)酵
淀粉在高溫下糊化，同時在α2淀粉酶的作用下降解，物料的粘度降低，這一過程稱為液化。液化后的醪液稱為液化醪。液化前需加入氫氧化鈉和氨水來調(diào)節(jié)物料的pH值和補充部分氮源，同時加入氯化鈣用于保持α2淀粉酶的穩(wěn)定性。液化醪經(jīng)稀硫酸調(diào)節(jié)pH值后加入糖化酶進行糖化。糖化的目的是將液化醪中的淀粉及糊精水解成酵母能發(fā)酵的糖類(主要是單糖及部分二糖及三糖，如葡萄糖、麥芽糖、蔗糖等)，糖化后的醪液稱為糖化醪。通過酵母對糖化醪進行連續(xù)發(fā)酵。在發(fā)酵過程中，酵母將糖轉(zhuǎn)化成乙醇和CO2，同時釋放出熱量。所產(chǎn)生的二氧化碳經(jīng)水洗回收隨之帶出的乙醇，排入大氣。
1.1.3蒸餾、脫水、變性
含有乙醇的發(fā)酵成熟醪通過蒸餾裝置進行蒸餾提純。所產(chǎn)生的高純度乙醇蒸汽經(jīng)過兩級分子篩的交替吸附作用吸除水分，從分子篩出來的含有少量水分的乙醇氣體經(jīng)冷卻后即為燃料乙醇。分子篩即3A沸石。該材料上的微孔孔徑比水分子大，而小于乙醇分子，因此水分子可以被吸附，而乙醇分子可從其表面通過，產(chǎn)生高純度乙醇氣體。所生產(chǎn)的燃料乙醇加入體積分數(shù)為2%～5%的變性劑(汽油)成為變性燃料乙醇產(chǎn)品。
1.2我國燃料乙醇生產(chǎn)裝置
在國家原計委的統(tǒng)一安排下，在中國石油、中國石化兩大集團的參與下，我國于2000年正式啟動了燃料乙醇的生產(chǎn)與試用工作，按照新建廠與老廠改造相結(jié)合的精神，國家制定了燃料乙醇生產(chǎn)試點規(guī)劃[2]。根據(jù)這一規(guī)劃，我國目前建成、正在建設(shè)和擬建設(shè)的燃料乙醇裝置如表1所示。吉林60萬t/a和河南30萬t/a年燃料乙醇項目分別于2001年9月和2002年11月開工建設(shè)，安徽豐原30萬t/a燃料乙醇的可行性報告正待國務(wù)院審批。另外，河南天冠20萬t/a與黑龍江華潤金玉10萬t/a燃料乙醇的改擴建項目已分別于2000年和2001年完成，并在當?shù)亻_始了乙醇汽油的試用工作。
2燃料乙醇的使用
2.1國外燃料乙醇的使用情況
目前，世界上使用乙醇汽油時間最長、成效最大的國家屬巴西和美國。由于乙醇和汽油在燃料性能上的差別，世界上對乙醇汽油的使用方法也各異。一般的方法分兩大類，用汽油發(fā)動機的汽車，乙醇加入體積分數(shù)為5%～22%；專用發(fā)動機的汽車，20世紀70年代就已是成熟技術(shù)，乙醇加入體積分數(shù)為85%～100%，世界上已有約400萬輛這樣的汽車在運行。
20世紀70年代末，在石油危機的背景下，美國為減少對進口原油的依賴，聯(lián)邦政府制定了“乙醇發(fā)展計劃”，開始大力推廣車用乙醇汽油。作為重要能源戰(zhàn)略，美國還制定了相關(guān)的法律和扶持政策[3]，對車用乙醇汽油的生產(chǎn)和使用給予財政補貼。美國主要以玉米為原料生產(chǎn)燃料乙醇，所耗玉米占全美玉米總產(chǎn)量的7%～8%。1990年，全美燃料乙醇銷售量為265萬t，到2000年，已達559萬t，年均增長率為20%。1999年，美國環(huán)保局與國會合作，針對汽油增氧劑MTBE對地下水資源的污染，研究了2002～2011年期間新的國家“清潔燃料替代”計劃，一些州已明令禁止使用MTBE。如果2004年美國在全國范圍內(nèi)全面禁止使用MTBE，將極大地刺激車用乙醇汽油的需求增長。
美國推廣使用車用乙醇汽油，不但在一定程度上緩解了石油供求矛盾，同時由于擴大了玉米消費市場，從而刺激了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)增加了農(nóng)民收入；另外，還有效降低了汽車尾氣中有害氣體排放，改善了環(huán)境和空氣質(zhì)量，經(jīng)濟效益和社會效益得到顯著提高。
巴西政府于1975年推行車用乙醇汽油計劃，并在稅收、補貼和優(yōu)惠貸款等方面對燃料乙醇產(chǎn)業(yè)發(fā)展配套實施了完整的支持政策。與美國不同的是，巴西是以甘蔗、糖蜜、砂糖為主要原料生產(chǎn)燃料乙醇。2000年該國燃料乙醇總產(chǎn)量達793萬t，約占該國汽油消耗總量的1/3。目前巴西是世界上最大的燃料乙醇生產(chǎn)和消費國，也是唯一不使用純汽油作為汽車燃料的國家。
歐共體積極發(fā)展車用乙醇汽油最直接的原因是解決農(nóng)產(chǎn)品過剩問題。目前，在稅收優(yōu)惠政策的支持下，車用乙醇汽油在歐共體的使用呈上升趨勢。
2.2我國燃料乙醇的使用情況
我國推廣使用車用乙醇汽油，燃料乙醇的加入量，初步確定從體積分數(shù)為10%起步。這樣做的好處是，現(xiàn)有車輛和加油裝置，不需任何改裝，油耗、動力基本不受影響，汽車尾氣的污染可大幅度降低，又不消耗過多的糧食。
變性燃料乙醇的國家標準GB 18350-2001和車用乙醇汽油的國家標準GB 18351-2001已于2001年頒布并實施。
2.2.1我國燃料乙醇使用區(qū)域和數(shù)量
從2001年開始，我國先后在河南、黑龍江開始試用車用乙醇汽油，采取地方立法的手段在試點城市封閉運行。河南先在南陽、洛陽、鄭州三市使用車用乙醇汽油，2001年消耗了147t燃料乙醇，2002年消耗了約5000t燃料乙醇。黑龍江先在肇東和哈爾濱使用車用乙醇汽油，2001年消耗了127t燃料乙醇，2002年消耗了約500t燃料乙醇。
2.2.2我國對生產(chǎn)燃料乙醇的財政扶植政策[4]
(1)免征燃料乙醇5%的消費稅；
(2)燃料乙醇的增值稅實行先征后返；
(3)使用陳化玉米原料執(zhí)行陳化糧補貼政策；
(4)項目新增建設(shè)用地有償使用費上繳中央部分實行先征后返；
(5)實行上述政策后，燃料乙醇項目仍然虧損的按保本微利的原則由國家給予政策補貼。項目的銷售利潤按銷售收入的1%確定，并通過調(diào)整原料玉米價格來實現(xiàn)燃料乙醇保本微利。
3我國推廣使用燃料乙醇的意義
乙醇這一傳統(tǒng)產(chǎn)品，經(jīng)過半個多世紀的沉淪之后，自20世紀90年代以來，之所以又重新成為許多國家大力研究和發(fā)展的對象，究其原因是人們對乙醇極優(yōu)越的物理、化學特性有了更深入的認識和了解。乙醇已不單是一種優(yōu)良燃料，它己經(jīng)成為一種優(yōu)良的燃油品質(zhì)改善劑被廣泛使用。它的主要特性可以概括為四個方面：第一，乙醇是燃油氧化處理的增氧劑，使汽油增加內(nèi)氧燃燒充分，達到節(jié)能和環(huán)保目的；第二，乙醇具有極好的抗爆性能，調(diào)合辛烷值一般都在120左右，作為汽油的高辛烷值組分，它可有效提高汽油的抗爆性(辛烷值)；第三，在新標準汽油中，乙醇還可以經(jīng)濟有效地降低烯烴、芳烴含量，降低煉油廠的改造費用；第四，乙醇是太陽能的一種表現(xiàn)形式，在整個自然界系統(tǒng)中，乙醇的整個生產(chǎn)和消費可形成無污染和潔凈的閉路循環(huán)過程，永恒再生永不枯竭。在我國推廣使用車用乙醇汽油主要有如下三個重要意義。
一是可緩解石油緊缺矛盾。目前我國石油消費正以每年13%的速度增長，并從1993年開始成為石油凈進口國，1999年我國原油加工量為17700萬t，其中進口3660萬t，汽油年消耗量約3600萬t。原油的供求矛盾將成為制約我國經(jīng)濟發(fā)展的長期壓力。九屆人大四次會議通過的《國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十個五年計劃綱要》提出，要開發(fā)燃料乙醇等石油替代品，采取措施節(jié)約石油資源。如果我國向美國一樣每年使用約500萬t的燃料乙醇，替代等量的汽油，每年可節(jié)省外匯15億美元。用糧食制造燃料乙醇，是一種生物轉(zhuǎn)化的太陽能，是一種用之不竭的可再生資源。
二是可有效解決玉米等糧食的轉(zhuǎn)化，促進農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的良性循環(huán)。我國是一個農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)和消費大國，近年來，糧食綜合生產(chǎn)能力已接近5億t，玉米產(chǎn)量約占22%～25%，實現(xiàn)了農(nóng)產(chǎn)品供給由長期短缺到總量基本平衡、豐年有余的歷史性轉(zhuǎn)變。然而糧食深加工轉(zhuǎn)化問題未能得以很好解決。糧食雖然增產(chǎn)，但并未形成“增產(chǎn)—消費—刺激再生產(chǎn)”的良性循環(huán)。針對目前糧食供給相對過剩、糧價下跌、農(nóng)民收入增長緩慢問題，《國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十個五年計劃綱要》提出，要通過加工轉(zhuǎn)化、擴大出口等多種方式，解決糧食等農(nóng)產(chǎn)品階段性供過于求問題。發(fā)展車用乙醇汽油，可有效解決玉米等糧食作物的轉(zhuǎn)化，形成一個長期、穩(wěn)定、可控的糧食消費市場，使國家又擁有了一個可靠的糧食調(diào)控手段，有助于增加和穩(wěn)定農(nóng)民收入，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的良性循環(huán)，為農(nóng)業(yè)的產(chǎn)業(yè)化探索一條新途徑。按年生產(chǎn)500萬t燃料乙醇計，可消耗玉米1500萬t，占全國玉米產(chǎn)量的11%左右。因此，不會對糧食供應產(chǎn)生沖擊。
三是有利于環(huán)境的改善。使用車用乙醇汽油，可以使汽車尾氣污染水平平均降低30%以上。其中一氧化碳(CO)排放下降30.8%，揮發(fā)性烴類化合物(CH)排放下降13.4%。使用乙醇替代等量汽油，還可以提高汽油的辛烷值，清潔汽車引擎，減少機油替換。作為增氧劑，燃料乙醇替代汽油中的MTBE、ETBE，還可以避免對地下水造成污染。所以燃料乙醇是一種“綠色能源”。
推廣使用車用乙醇汽油作為我們國家的一項戰(zhàn)略舉措，充分體現(xiàn)了國家對調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，治理環(huán)境污染，增加農(nóng)民收入的深切關(guān)注。隨著吉林60萬t/a燃料乙醇項目第一條生產(chǎn)線于2003年9月份的開車投產(chǎn)，隨著河南、安徽新建燃料乙醇裝置相繼建成投產(chǎn)，隨著車用乙醇汽油在全國范圍的推廣使用，相信燃料乙醇必將為我國創(chuàng)造出巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。
[參考文獻]
[1]謝林，呂西軍.玉米酒精生產(chǎn)新技術(shù)[M].北京：中國輕工業(yè)出版社，2001.120.
[2]劉鐵男.在河南天冠集團30萬t/a燃料乙醇開工儀式上的講話[Z].北京：國家計委，2002.
[3]張曉陽.在中部汽車論壇上的演講[Z].南陽：河南天冠集團，2000.
[4]關(guān)于下達燃料乙醇虧損補貼的通知[Z].北京：中華人民共和國財政部，2002. |
