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自20世纪中期以来,石油成为世界上最重要的能源物资。但当前世界石油供应比较充裕的状况难以持久,新发现的石油储量越来越少,产量也日渐减少。近年来,中东局势动荡,尤其是日渐减少的石油资源和日益增加的开采费用,使得石油价格持续攀升,给世界经济的发展投下浓重的阴影,从而使以可再生物质生产代用能源成为大势所趋。汽车尾气对环境的污染日益严重,环境的恶化是人类共同面对的一大难题。添加10%的燃料乙醇,可以减少汽车尾气CO排放量的30%,烃类排放量的40%,同时减少CO2和氮氧化合物的排放。 世界各国对可再生能源的发展给予了高度重视,竞相开发。美国、巴西走在世界前列,该两国燃料乙醇产量占产量世界的69%。我国从20世纪80年代起即考虑用可再生物质生产能源产品以应对能源危机,国内第一套以玉米为原料生产乙烯/环氧乙烷联合装置在1985年正式立项,1992年开工建设。 1 国外燃料乙醇生产使用概况 1.1 美国 1.1.1 燃料乙醇生产使用量 目前,美国燃料乙醇生产量约占世界产量的33%。近年来生产使用情况及预测如表1所示。表1 近年来美国燃料乙醇生产使用情况及预测 根据美国能源部公布的资料可以看出,近年来美国燃料乙醇的生产与使用获得迅猛发展:年产量突破10亿加仑用了10年时间(1984~1993年),突破20亿加仑也用了10年时间(1993~2002年),而由20亿至30亿加仑仅仅用了2年时间(2002~2011年)。 根据美国能源部的计划,到2025年可再生物质生产的生物燃料将代替从中东进口的石油的75%,到2030年将用生物燃料代替现在汽油使用量的30%,届时将需要燃料乙醇600亿加仑,即约1.8亿t。 1.1.2 美国燃料乙醇生产原料及工艺 美国的燃料乙醇生产,主要以玉米为原料,90%以上的燃料乙醇生产企业将厂建在玉米带上。生产工艺主要是全粒法(干法)阶梯式连续发酵。1995年时美国44个燃料乙醇生产厂只有11个采用湿法工艺。20世纪50年代后新建企业几乎全部采用干法工艺,主要原因是建设期短,投资较少(许多工厂是由当地农民和其他资本投资建设的),并且其副产物干酒槽颗粒饲料(DDGS)也是当地养牛业所需的全价饲料。 为了进一步提高综合经济效益,美国有企业用溶剂将DDGS中所含油脂萃取出来,进一步制成生物柴油和甘油,也有企业将初馏塔釜底液进一步处理后,经复合纤维素酶酶解其中的纤维和半纤维素,分离后残渣加工成蛋白饲料,酶解液进一步发酶制醋酸。醋酸可直接销售,也可与乙醇生成醋酸乙酯,再氢解为乙醇,在这一系列反应中,葡萄糖将全部转化为乙醇,而无CO2析出,因此原料利用率大为提高。据报道,由于DDGS等副产物收益较好,冲抵后美国燃料乙醇的生产成本约为0.4~0.5美元/升。 1.2 巴西 目前,巴西燃料乙醇的生产量约占全球产量的36%,约为1265万t。国内使用1226万t,占全国非柴油车用燃料的40%左右。年出口约40万t左右。巴西是目前世界上惟一不供应纯汽油的国家,也是世界上最早推广使用燃料乙醇的国家,20世纪70年代即进行燃料乙醇生产与推广。1977年开始使用E20汽油(含乙醇20%),1980年研制出使用含水乙醇的汽车发动机,所用燃料乙醇含水量达7.8%,目前,全国有超过250万辆汽车是由使用含水乙醇发动机驱动的,另有1550万辆车使用含乙醇22%的E22乙醇汽油。巴西的目标是年生产10万辆以乙醇为动力的汽车,预计2011年巴西燃料乙醇的产量将达到2150万t。 巴西燃料乙醇的生产是以甘蔗为原料,目前全国甘蔗年产量约有一半用于生产乙醇,预计2010年前后将有60%产量用于乙醇生产。其生产方法是直接将榨取的甘蔗汁进行发酵。前处理工艺比较简单,投资较少,生产成本较低,据报道,巴西燃料乙醇生产成本约为370美元/t,出口价格为420美元/t左右。 1.3 欧盟及其他国家 1.3.1 欧盟 欧盟15个成员国,2005年生产燃料乙醇72万