浅议燃料乙醇生产工艺及乙醇汽油现状*

孙庆国

(新疆应用职业技术学院石油与化学工程系，新疆 奎屯 833200)

近年来，我国汽车的保有量在不断增加，到2020年第三季度，我国汽车保有量为2.75亿辆，其中新能源汽车的保有量仅为417万辆，约占1.5%，汽车数量的不断增加，导致大量的燃料油被消耗，汽车尾气带来的环境问题也日益严重。因此燃料乙醇作为一种可降低环境污染和取代石油燃料的新型能源应运而生。燃料乙醇是绿色、低碳清洁的可再生燃料，与汽油有很好的相溶性，含氧量高达35%，高辛烷值且燃烧速度快，物理性质与汽油接近，在汽油发动机中掺烧少量燃料乙醇，发动机结构不需改动[1]。燃料乙醇加入变性剂(2%～5%)后与汽油混合就是现在普遍使用的车用乙醇汽油。乙醇汽油能有效降低汽车尾气有害物的排放，改善空气质量，帮助解决大气环境污染等问题，同时缓解能源压力，对国民经济的可持续发展具有重要的战略意义。

2020年，我国要在全国范围内推广使用车用乙醇汽油，基本实现全覆盖[2-4]，因此燃料乙醇的生产状况对车用乙醇汽油的推广具有十分重要的意义。

1 燃料乙醇的生产工艺

目前，根据生产原料的不同，燃料乙醇的生产工艺[5-7]主要分为三大类：石油基乙烯水合法、煤基合成气法以及生物质法。

1.1 石油基乙烯水合法

1.2 煤基合成气法

煤基合成气法以煤为基础原料，分为直接法和间接法。直接法是在铑基催化剂[8]作用下直接转化为低碳混合醇；间接法[5,7,9]包括醋酸加氢法、醋酸酯化加氢法、二甲醚羰基化法。醋酸加氢法是醋酸与氢气混合气化，气化后的混合物经加热进行催化加氢反应，所得产物冷却后经气液分离、提纯处理得到无水乙醇。醋酸酯化加氢法是将中间产物乙酸乙酯与前道工序所得气相混合气化，气化混合物经加热后进行酯加氢反应，再经气液分离可得乙醇粗产品。二甲醚羰基化法核心技术[10-11]在于二甲醚羰基化生成醋酸甲酯和醋酸甲酯加氢生成乙醇。

1.3 生物质发酵法

生物质发酵法生产燃料乙醇的工艺流程分为原料收集、预处理、糖化、发酵和分离纯化五个步骤。根据生产原料[12]的不同可将生物质发分为三大类：以小麦、水稻、和玉米等为原料的粮食乙醇，以甜高粱、木薯和甘蔗等非粮食作物为原料的非粮乙醇，以秸秆等农业废弃物作为主要原料纤维素乙醇。

在粮食和能源安全问题广受关注的当下，以粮食为基础原料的燃料乙醇生产已逐步暂停，“非粮燃料乙醇”研究及应用将成为行业、企业和主管部门下一步的工作重点[13]。

表1 燃料乙醇生产工艺对比

我国虽然石油、煤炭资源较为丰富，并且近年来在合成气制备乙醇的工艺技术有所突破，且生产成本较低，但为了避免能源危机且降低碳排放，目前只采用生物质法[6]生产燃料乙醇。

袁敬伟等[14]对纤维质原料生产乙醇的主要工艺过程进行了介绍；王鹏翔等[15]对微藻作为生物质供应的特性以及国内外对于微藻生产燃料乙醇的技术进展、现存在问题及未来的发展前景进行了介绍；刘鑫[16]对食用菌菌糠生物转化发酵生产燃料乙醇的转化原理、工艺流程进行了阐述；华东理工大学[17]研发的干法生物炼制技术作为农作物秸秆原料生产燃料乙醇成套技术进行产业化实施；何明雄等[18]公开了一种利用畜禽粪便生产燃料乙醇的方法，并对生产工艺进行了介绍。

2 乙醇汽油存在的问题及解决办法

根据国家标准GB18351-2017车用乙醇汽油对蒸气压的要求，发现在实际调合组分油时存在蒸气压控制困难，常出现蒸气压卡边或超上限的状况[19-22]。刘菊蓉等[23]的研究结果表明：富含芳烃的重整汽油E10的蒸气压增幅达到17.5 kPa，富含饱和烃的加氢裂化重汽油E10、直馏汽油E10、烷基化汽油E10、异构化汽油E10的蒸气压增幅为1.5～10 kPa，富含烯烃的催化裂化汽油E10的蒸气压基本不变，优化乙醇汽油调合组分油的组成(尤其是控制芳烃含量)是控制乙醇汽油蒸气压不超上限的重要措施。

针对乙醇具有亲水性，车用乙醇汽油容易出现分层的问题，王思明等[24]以92号乙醇汽油(E10)为例进行了研究，结果表明：对于含水量小于0.404%的92号乙醇汽油，无论静置储存于室温还是低温环境中，水与乙醇汽油充分互溶，几乎不存在水分析出；在相同条件下，含水量大于等于0.404%的92号乙醇汽油，含水量越高，随静置储存时间的增加，水分沉降析出越明显，并且储存环境温度越低，水分析出量越多，越容易发生分层现象；储存在低温环境中的含水量大于等于0.404%的样品中有乙醇随水分一起析出，即低温环境不仅促进水分的析出，也会促进乙醇的析出。

针对乙醇汽油中存在的微量水分和杂质或氧化分解产生少量有机酸加重汽车油路系统的腐蚀与磨损的问题，李俊华、张颖等[25]对缓蚀剂的研究情况进行了总结：目前国内外乙醇汽油缓蚀剂主要有长链脂肪酸类、环烷酸类、杂环类等三大类，并向着绿色环保、配伍性好、稳定性好、合成简易、多功能化等方向发展，长链脂肪酸类将以长链脂肪酸及其酯类、酰胺类为主，环烷酸类将以环烷酸盐及其醇酸、胺类为主，杂环类将以苯丙三氮唑及其衍生物、咪唑啉类为主。

3 结 语

燃料乙醇汽油是符合我国能源战略的绿色清洁燃料，当前全球成熟的生物乙醇燃料生产技术都是以玉米、小麦、稻米等粮食作物为主要原料的，“非粮燃料乙醇”的技术创新和应用实践有助于解决“与人争粮”行业发展难题，实现可持续发展。同时乙醇汽油在生产、推广以及使用过程中产生的问题同样值得关注，需要更多研究人员和科技工作者的不懈努力。