【正文】 yFord設(shè)計(jì)并制造了世界上第一臺(tái)使用燃料乙醇的汽車； 1930年．美國內(nèi)布拉斯加州首次使用燃料乙醇與汽油混合燃料。并被作為當(dāng)前減少石油消耗、降低城市環(huán)境污染最直接、最有效的方法而受到重視，尤其是京都議定書的生效．燃料乙醇的應(yīng)用更被作為發(fā)達(dá)國家利用生物質(zhì)能、減排C02的一項(xiàng)有效措施。世界上900,4以上的乙醇是通過發(fā)酵生物質(zhì)來生產(chǎn)的．故它屬可再生能源。[10]3燃料乙醇的發(fā)展3．1國外燃料乙醇的發(fā)展?fàn)顩r將乙醇替代或部分替代汽油作發(fā)動(dòng)機(jī)燃料，對(duì)減少汽油用量。(3)美國裝置多采用連續(xù)濃醪發(fā)酵工藝，酵母可以回用2—3次，顯著降低了生產(chǎn)成本，而國內(nèi)多采用半連續(xù)濃醪發(fā)酵，且沒有采用酵母回用技術(shù)。同步糖化發(fā)酵工藝可有效地解決營養(yǎng)過度造成的酵母菌過快生長、同時(shí)大量消耗糖分產(chǎn)生的乙醇又影響了酵母菌代謝的反饋抑制問題。 國內(nèi)燃料乙醇生產(chǎn)技術(shù)與美國的差距 分析國內(nèi)大型燃料乙醇裝置與美國燃料乙醇裝置生產(chǎn)技術(shù)特點(diǎn)可以發(fā)現(xiàn)存在以下差距u引：(1)美國的裝置高溫液化時(shí)間短(104℃，6IIlin左右)、均進(jìn)行真空閃蒸降溫，國內(nèi)裝置有的噴射液化溫度不高(95—100℃)，也沒有類似美國的預(yù)液化、后液化過程；美國裝置進(jìn)一步的發(fā)展趨勢(shì)是采用高質(zhì)量復(fù)合液化酶，直接取消噴射液化步驟，在85℃下液化，同樣達(dá)到很好的液化效果，這樣無論從設(shè)備投資還是能耗方面都是顯著降低了成本。浸漬水的膜分離一般包括兩個(gè)過程：浸漬水經(jīng)膜分離的截留物含有長鏈蛋白質(zhì)，干燥后并入玉米蛋白粉；浸漬水在進(jìn)入蒸發(fā)器前，先用反滲透膜除去57％的水，這樣可大大降低蒸發(fā)所需能耗。加酶濕法加工的優(yōu)點(diǎn)是浸漬時(shí)間短、投資小、耗能低、用水量大大減少，而且酶可反復(fù)使用；其主要缺點(diǎn)是酶價(jià)太高。[9] 隨著燃料乙醇生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的積累，現(xiàn)在美國大型燃料生產(chǎn)企業(yè)尤其是2000—2006年新建廠具有如下特點(diǎn)：(1)多數(shù)采用大顆粒玉米粉(3mm，有利于飼料回收)；(2)高溫蒸煮(120℃，高溫淀粉酶)，采用同步糖化發(fā)酵工藝，從2005年開始采用無蒸煮工藝(低溫淀粉酶)，大大降低了能耗；(3)酵母回用發(fā)酵技術(shù)；(4)固定化酵母，流化床反應(yīng)器發(fā)酵技術(shù)；(5)廣泛實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化控制，應(yīng)用連續(xù)發(fā)酵過程，并采用CIP系統(tǒng)(原位循環(huán)清洗發(fā)酵罐的原位清洗系統(tǒng))。3噸(主裝置)，飼料乙醇比為87％。噸無水燃料乙醇(99．5％)玉米單耗3．3噸，水耗約8．7噸(主裝置)，蒸氣消耗4．8噸(主裝置)，飼料乙醇比為77％，能量輸出輸入比為1．09；三期裝置產(chǎn)量15萬噸，年，引進(jìn)的美國Delta．T公司的技術(shù)，由康泰斯(Chemtex)公司設(shè)計(jì)，采用玉米半干法生產(chǎn)乙醇?！鞍敫煞ā惫に嚺c“濕法”工藝相比具有流程短、設(shè)備投資少，能耗低和無浸泡等優(yōu)點(diǎn)，其優(yōu)勢(shì)明顯，值得推廣。 燃料乙醇的生產(chǎn)工藝 我國燃料乙醇生產(chǎn)工藝的選擇 中糧肇東的三期乙醇裝置均采取“半干法粉碎工藝”，徹底拋棄了“濕法”或“改良濕法”的浸泡過程，流程進(jìn)一步簡(jiǎn)化，減少了一次水用量。使燃燒更充分，使顆粒物、一氧化碳、揮發(fā)性有機(jī)化舍物(VOC)等大氣污染物排放量平均降低1／3以上．起到節(jié)能和環(huán)保作用；④可以有效消除火花塞、氣門、活塞頂部及排氣管、消聲器部位積炭的形成．延長主要部件的使用壽命。利用燃料乙醇的優(yōu)點(diǎn)：①可以替代或部分替代汽油作發(fā)動(dòng)機(jī)燃料。我國研究結(jié)果表明，燃用E15和E25(乙醇體積分?jǐn)?shù)為25％、汽油體積分?jǐn)?shù)為75％的混合燃料)時(shí)．碳?xì)浠衔锖勘热加闷头謩e下降16．2％和30%．CO排放分別減少30%和47％。C0排放減少21％．氮氧化合物排放減少7o，有毒氣體排放降低90％。但乙醇調(diào)入汽油后會(huì)產(chǎn)生蒸氣壓調(diào)合效應(yīng)，乙醇汽油的調(diào)合蒸氣壓隨乙醇的體積分?jǐn)?shù)的增加而提高。新配方汽油通常添加乙醇的體積分教為5．7％)。但研究表明．乙醇調(diào)入汽油后．會(huì)產(chǎn)生明顯的蒸氣壓調(diào)和效應(yīng)．調(diào)和后的車用乙醇汽油蒸氣壓顯著增加．直到乙醇在混合燃料中的比例達(dá)到22％時(shí)．飽和蒸氣壓才降低到和調(diào)和組分汽油的值相等。可見乙醇辛烷值高，抗爆性能好。辛烷值(MON)增加1． 4個(gè)單位。[67]2 燃料乙醇主要特點(diǎn)及用途乙醇的辛烷值(RON)達(dá)到111，辛烷值(MON)為91。國標(biāo)要求加變性后，水份應(yīng)小于0．8％，為防止車用乙醇汽油在發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過程中腐蝕金屬部件及堵塞管路系統(tǒng)。乙醇有較強(qiáng)的吸濕性，必須對(duì)水分嚴(yán)加控制。導(dǎo)致汽車運(yùn)轉(zhuǎn)故障。L1銅／pH值≤≤≤≤32≤55≤由表1可見．乙醇中改性劑的體積分?jǐn)?shù)為1．96％一4．76％。(100 mL)4水分/％(V/V)無機(jī)氯(以Cl計(jì))／rag一些國家制定了相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)，表1為我國變性燃料乙醇國家標(biāo)準(zhǔn)(GBl8350—2001)。另外．燃料乙醇在柴油機(jī)上的應(yīng)用，可以進(jìn)一步擴(kuò)大燃料乙醇的應(yīng)用范圍，這將為燃料乙醇的利用提供更廣闊的空間。隨著化石資源漸趨枯竭，越來越多的國家已經(jīng)將乙醇等替代能源為代表的能源供應(yīng)多元化戰(zhàn)略當(dāng)成能源政策的一個(gè)主要方向。變性燃料乙醇是以淀粉、糖質(zhì)為原料，經(jīng)發(fā)酵、蒸餾制得，脫水后，再添加變性劑改性的乙醇。另外乙醇的爆炸極限上下限范圍也較寬．有爆炸的危險(xiǎn)性。乙醇閃點(diǎn)較低，閉口狀態(tài)下只有12．5℃。在空氣中燃燒表現(xiàn)活化能為176．7 kJ／tool。乙醇燃燒反應(yīng)機(jī)理和烴的燃燒反應(yīng)機(jī)理有很多相似的地方，都是先裂解成為碳和氫氣，然后燃燒，所以從燃燒機(jī)理上來講乙醇也適合用作內(nèi)燃機(jī)燃料。在乙醇分子中，由于氧原子的電負(fù)性比較大。乙醇能夠燃燒。工業(yè)酒精和醫(yī)用酒精中含有少量甲醇，有毒．不能摻水飲用。制取無水乙醇時(shí)。工業(yè)酒精含乙醇約95％．％以上的酒精稱為無水乙醇。少量乙醇對(duì)大腦有興奮作用。因此，常用75％(體積分?jǐn)?shù))的乙醇作消毒殺茵荊。乙醇能使細(xì)胞蛋白凝固，尤以體積分?jǐn)?shù)為75％的乙醇作用最為強(qiáng)烈，濃度過高?！?，凝固點(diǎn)為130℃。蘭州理工大學(xué)石油化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）燃料乙醇生產(chǎn)工藝初步畢業(yè)設(shè)計(jì)第一章 前言1乙醇的主要性質(zhì)與用途 乙醇的物理性質(zhì)乙醇(ethan)又稱酒精，是由C、H、O 3種元素組成的有機(jī)化合物，乙醇分子由烴基(C2H5)和官能團(tuán)羥基(OH)兩部分構(gòu)成，分子式為C2H50H，常溫常壓下,乙醇是無色透明的液體,具有特殊的芳香味和刺激味、吸濕性很強(qiáng)?？膳c水以任何比例混合并產(chǎn)生熱量，混合時(shí)總體積縮小。燃點(diǎn)為424℃，乙醇易揮發(fā)、易燃燒。細(xì)胞表面的蛋白質(zhì)迅速凝固形成一層薄膜，阻止乙醇向組織內(nèi)部滲透，作用效果反而降低，濃度過低則不能使蛋白質(zhì)凝固。[4]乙醇易被人體腸胃吸收，吸收后迅速分解放出熱量。若數(shù)量較大則有麻醉作用，大量乙醇對(duì)肝臟和神經(jīng)系統(tǒng)有毒害作用。含乙醇95．6％、水4%的酒精是恒沸混合液，℃，其中少量的水無法用蒸餾法除去。通常把工業(yè)酒精與新制生石灰混合，加熱蒸餾才能得到。 乙醇的化學(xué)性質(zhì)乙醇屬于飽和一元醇。能夠和多種物質(zhì)如強(qiáng)氧化物、酸類、酸酐、堿金屬、胺類發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。使C0鍵和OH鍵具有較強(qiáng)的極性而容易斷裂，這是乙醇易發(fā)生反應(yīng)的兩個(gè)部位。在較高的溫度下．乙醇可以發(fā)生分子內(nèi)脫水生成烯烴，可以認(rèn)為，乙醇燃燒的反應(yīng)首先是分子內(nèi)脫水形成烯烴，烴再裂解形成碳和氫氣，然后碳和氫氣在空氣中燃燒，生成二氧化碳和水，乙醇燃燒反應(yīng)的總反應(yīng)式： CH3CH2OH+3O22CO2+3H2O+Q乙醇的引燃溫度為434 ℃。火焰呈藍(lán)色，最高火焰溫度可以達(dá)到1 000℃以上。最小點(diǎn)火能量也僅為0．63mI，所以非常易于引燃。[5] 按照我國國家標(biāo)準(zhǔn)“變性燃料乙醇”(GBl8350—2001)和“車用乙醇汽油”(GBl835l一2001)的規(guī)定，燃料乙醇是未加變性劑的、可作為燃料用的無水乙醇。車用乙醇汽油．就是把變性燃料乙醇和汽油以一定比例混配形成的一種汽車燃料，是替代和節(jié)約汽油的最佳燃料。石油價(jià)格的上漲、燃料乙醇制造技術(shù)的不斷進(jìn)步、乙醇燃料汽車的廣泛使用和燃料乙醇可再生原料來源的拓展，使燃料乙醇產(chǎn)業(yè)具有可靠的經(jīng)濟(jì)可行性和技術(shù)可行性。為規(guī)范燃料乙醇發(fā)展。 (GBl8350—2001)項(xiàng)目 指標(biāo)外觀清澈透明．無肉眼可見懸浮物和沉淀物乙醇/％(V/V)≥甲醇/％(V/V)膠質(zhì)／mgL1酸度(以乙酸計(jì))mg由于水分的增加易造成乙醇汽油相分離。同時(shí)。以避免出現(xiàn)油水相分離的問題．所以水的體積分?jǐn)?shù)對(duì)于車用乙醇汽油是一個(gè)非常重要的指標(biāo)。標(biāo)準(zhǔn)中還規(guī)定了甲醇、實(shí)際膠質(zhì)、無機(jī)氯、酸度、銅的限量指標(biāo)。添加乙醇可以較有效地提高汽油的抗爆性．有關(guān)研究結(jié)果顯示，國內(nèi)典型催化裂化汽油中添加體積分?jǐn)?shù)為1的乙醇后，其辛烷值(RON)提高3．4個(gè)單位。乙醇對(duì)烷烴類汽油族組成(烷基化油、輕石腦油)的辛烷值調(diào)合效果好于烯烴類汽油族組成(催化裂化汽油)和芳烴類汽油族組成。乙醇在40℃時(shí)的飽和蒸氣壓為18 kPa。乙醇的體積分?jǐn)?shù)最高可達(dá)34．7％．與MTBE相比，乙醇在汽油中的添加量較少(美國含氧汽油中通常需添加乙醇的體積分?jǐn)?shù)為7．7％。添加乙醇體積分?jǐn)?shù)為7．7％的汽油，氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到2．7％：乙醇添加體積分?jǐn)?shù)為10％的汽油，氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可以達(dá)到3．5％。通過添加乙醇或其它舍氧化合物．改變汽油組成，美國新配方汽油可以有效降低汽車尾氣排放．使用乙醇體積分?jǐn)?shù)為6％的加州新配方汽，與常規(guī)汽油相比，碳?xì)浠衔锱欧沤档?0％。使用乙醇體積分?jǐn)?shù)為85％、汽油體積分?jǐn)?shù)為15％的混合燃料(E15)，而不改變其他條件，與常規(guī)汽油相比，碳?xì)浠衔锱欧沤档?％，氮氧化合物排放減少40%，CO增加約7％。[8]乙醇既是一種基本的化工原料． 廣泛應(yīng)用于化工、食品、飲料工業(yè)，軍工、日用化工和醫(yī)藥衛(wèi)生等領(lǐng)域，同時(shí)又是一種綠色新能源．并且乙醇作為一種優(yōu)良的燃料(其燃燒值達(dá)到26 900kJ/mol)，可以提高燃油品質(zhì)。減少汽油用量，緩解化石燃料的緊張，從而減輕對(duì)石油進(jìn)口的依賴，提高國家能源安全性；②乙醇作為汽油的高辛烷值組分，調(diào)和辛烷值一般在120以上，可提高點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)的抗爆震性，使發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行更平穩(wěn)：③因乙醇是有氧燃料，摻混到汽油中，可替代對(duì)水資源有污染的汽油增氧劑MTBE(甲基叔了基醚)。更重要的是，乙醇是太陽能的一種表現(xiàn)形式．在整個(gè)自然界這個(gè)大系統(tǒng)中，乙醇的整個(gè)生產(chǎn)和消費(fèi)過程可形成無污染和非常清潔的閉路循環(huán)過程，永恒再生，永不枯竭。同時(shí)“半干法“又克服了“干法”提油困難的缺點(diǎn)，玉米油收率已接近“改良濕法”，在技術(shù)及經(jīng)濟(jì)上更加合理。其生產(chǎn)特點(diǎn)為：半干法粉碎、雙酶法液化糖化、半連續(xù)濃醪發(fā)酵、五塔差壓精餾、分子篩變壓吸附脫水、利用廢熱蒸氣處理廢醪液和離心清液回配等。噸無水燃料乙醇(99．5％)玉米單耗3．18噸，新鮮水耗僅為1．66噸(主裝置)，蒸氣消耗3。此裝置技術(shù)達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先，國際先進(jìn)水平，實(shí)現(xiàn)了清潔生產(chǎn)。濕法加工技術(shù)的新趨勢(shì)主要涉及加酶濕法加工和膜分離技術(shù)的應(yīng)用。膜分離技術(shù)的應(yīng)用為浸漬水的分離和利用打開了新的途經(jīng)。以上先進(jìn)技術(shù)及設(shè)備的采用降低了燃料乙醇生產(chǎn)的成本，大幅度提高了乙醇產(chǎn)率。(2)美國大部分企業(yè)取消了糖化序，直接進(jìn)入邊糖化邊發(fā)酵工序，其益處是工藝簡(jiǎn)捷，避免了60℃糖化罐中耐高溫產(chǎn)酸雜菌的積存與危害。在發(fā)酵罐中，糖被限量供應(yīng)并立即發(fā)酵，避免了糖對(duì)酶水解的抑制作用，從而實(shí)現(xiàn)了發(fā)酵過程的高酒分；而國內(nèi)裝置則都繼續(xù)保持了糖化這道獨(dú)立的工序。此外雖然國內(nèi)也引進(jìn)或仿制研發(fā)了相應(yīng)的生產(chǎn)工序，但是由于沒有掌握核心技術(shù)或技術(shù)設(shè)計(jì)存在差距，在實(shí)際的生產(chǎn)過程中暴露出諸如生產(chǎn)性能指標(biāo)偏低、能耗偏高和副產(chǎn)品質(zhì)量偏低等缺點(diǎn)，導(dǎo)致生產(chǎn)成本的升高。緩解化石燃料的緊張．降低顆粒物和揮發(fā)性有機(jī)化合物等的排放有重要意義。在化石燃料尤其是液體燃料日益緊張、環(huán)境壓力越來越大的今天，燃料乙醇的開發(fā)應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。美國是世界上開發(fā)利用燃料乙醇較早的國家之一，燃料乙醇生產(chǎn)有近百年的歷史。1979年．美國國會(huì)為了減少對(duì)進(jìn)口石油的依賴，從尋找替代能源入手．制定并實(shí)施了燃料乙醇計(jì)劃．開始大規(guī)模推廣使用含10％燃料乙醇的混合燃料(mo)。20世紀(jì)70年代的世界石油危機(jī)和1990年美國國會(huì)通過的空氣清凈法(修正案)，是美國燃料乙醇產(chǎn)業(yè)發(fā)展的兩個(gè)主要推動(dòng)力。自2001年以來，美國對(duì)燃料乙醇和生物柴油生產(chǎn)一直實(shí)行稅收補(bǔ)貼政策．該政策規(guī)定。每生產(chǎn)1加侖生物柴油可獲得50美分的補(bǔ)貼。聯(lián)邦政府鼓勵(lì)乙醇混合動(dòng)力汽車的開發(fā)和生產(chǎn)．對(duì)混合動(dòng)力汽車的銷售同樣實(shí)施了稅收優(yōu)惠。出于環(huán)保的考慮。進(jìn)一步刺激了燃料乙醇產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。美國國會(huì)通過了一項(xiàng)可再生燃料能源標(biāo)準(zhǔn)(RFs)，提出美國消費(fèi)汽油總量的50％都要摻入10％燃料乙醇。巴西政府大力發(fā)展燃料乙醇行動(dòng)計(jì)劃始于1975年．主要有以下3方面的原因：一是從國家能源安全和經(jīng)濟(jì)發(fā)展考慮。僅1973～1974年的油價(jià)暴漲就使巴西損失了40億美元，經(jīng)濟(jì)也蒙受到沉重打擊：二是為了促進(jìn)國內(nèi)農(nóng)業(yè)、種植業(yè)的發(fā)展和保護(hù)農(nóng)民利益，因?yàn)榘臀魇侨蜃畲蟮母收岱N植區(qū)．利用能源甘蔗發(fā)酵制取燃料乙醇的價(jià)格只有汽油的一半．替代汽油的空間很大。美國先后出臺(tái)了幾部環(huán)保相關(guān)的重要法案，極大地推動(dòng)了燃料乙醇等生物燃料的推廣與應(yīng)用，包括1990年，簽署了 “清潔空氣法案修正案”(CAAA)，1992年通過《能源政策法》。歐盟為了實(shí)現(xiàn)最大的環(huán)境效益，在《歐盟生物燃料戰(zhàn)略》中增加了相應(yīng)的研究投入，量化車輛使用生物燃料對(duì)于溫室氣體的制效果；向有關(guān)生產(chǎn)部門傳遞清晰的信息，引導(dǎo)其正確的發(fā)展向。自20世紀(jì)30年代以來，巴西政府多次頒布法令，規(guī)定在全國所有地區(qū)銷售的汽油中必須添加一定比例的無水酒精，1931年為25～5%,1966年為10%，1981年為20%，1993年為22%，2005年為25%。巴西酒精計(jì)劃實(shí)施的第一步就是巴西政府和私營部門共同投資，擴(kuò)大甘蔗種植面積和興建了大批以甘蔗為原料的酒精加工廠。2003年歐洲共同農(nóng)業(yè)政策改革，引入了對(duì)能源作物的資金補(bǔ)助。為了防止發(fā)展生物燃料，導(dǎo)致糧食和能源作物價(jià)格上漲，以及對(duì)工業(yè)原料需求產(chǎn)生影響，除了加強(qiáng)價(jià)格監(jiān)管外，歐盟正在考慮將其采納《林業(yè)行動(dòng)計(jì)劃》，加強(qiáng)林產(chǎn)品在生物原料中的地位， 并且把從造紙、動(dòng)植物副產(chǎn)品和生活垃圾等有機(jī)廢物也納入生物原料的范圍從1982年至今，巴西對(duì)酒精汽車