第二章醇类燃料
第一节推动醇类燃料发展的要素
第三节车用乙醇柴油
第四节车用甲醇汽油
醇类燃料包括：甲醇、乙醇以及正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、正戊醇、异戊醇、仲丁醇、叔丁醇等高碳醇，因为随着醇中碳数的增加，其挥发性和油溶性逐渐变差，因此作为发动机的代用燃料主要是指乙醇和甲醇。
乙醇（C2H5OH）俗称酒精，是基本有机化工原料之一，主要用作溶剂，也用于制染料、涂料、合成橡胶、医药、洗涤剂、化妆品等。乙醇既可以由乙烯水合制成，也可由谷类、甘蔗和任何含淀粉或糖类的农作物为原料，采用生物发酵方法制成。
乙醇是源于生物质的内燃机燃料，现已在巴西和美国得到广泛采用，我国也已在几个省份试用，属于环境友好的燃料组分。通常以玉米等粮食作物为原料经发酵过程生产乙醇。乙醇则以10%的比例掺入汽油中，因乙醇发热量较低，大约1吨乙醇可节约0.9吨汽油。当汽油价位低时难与竞争，需政府补贴。
正在开发中的利用玉米秸秆的纤维素、半纤维素加酸或酶水解转化成葡萄糖然后发酵的工艺可免与粮食争原料，但成本偏高。目前，巴西是世界上最大的乙醇生产国之一，其主要生产原料是甘蔗。美国乙醇生产主要原料为玉米。我国乙醇生产主要依靠玉米、薯类和甘蔗等发酵制取。
乙醇作为汽车燃料，可追溯到上世纪初，只是因为在性能和价格上均竞争不过汽油而被搁置。
1908年，美国设计并制造了世界上第一台使用纯乙醇的汽车；20世纪30年代乙醇在美国第一次和汽油混合用作汽车燃料；同期，德国、法国、巴西和新西兰等国也开始了乙醇／汽油混合燃料的应用。但是，乙醇大规模用作车用燃料是在70年代第二次世界石油危机后，世界各国为减少对石油资源的依赖，纷纷开展一系列掺乙醇汽油或纯乙醇代替车用汽油的研究工作。其中，巴西、美国等国曾先后推广使用含10％、22％、85％、100％等不同比例乙醇的车用燃料。目前，巴西是世界上唯一全国推广使用车用乙醇汽油的国家。美国则有51个州推广使用车用乙醇汽油。
1990年，美国国会通过空气清净法（修正案），为改善城市空气质量，开始实施含氧及新配方汽油计划，要求在汽油中添加氧含量不大于2．7％的含氧化合物。目前美国约有17个州使用新配方汽油，其中约８％的新配方汽油使用乙醇（乙醇加入量约5．7％～10％）。
国内在“八五”期间，交通部所属有关科研机构对乙醇作为车用燃料进行了一系列的性能研究。1987年，中国石化销售公司下属的中南石油公司、湖北省石油公司、广西壮族自治区石油总公司等单位也立项对
18％～22％乙醇汽油、５％乙醇柴油等进行营运应用试验。但真正大规模的推广使用车用乙醇汽油，是在本世纪初，2001年7月中国的郑州、洛阳和南阳3市率先试点使用乙醇汽油，取得了良好的效果。2004年又在东北、华北、华中和华东等近10个省、自治区全面推广使用。
醇类燃料，目前主要是指燃料乙醇和车用乙醇汽油。甲醇汽油以及车用乙醇柴油在一些国家（包括我国）也有研究和应用，本书也将略做介绍。燃料乙醇作为煤、石油等一次性能源的替代品，属以生物质为原料生产的可再生能源。生产乙醇的原料，通常采用谷物、薯类及甘蔗等农作物。粮食转化为乙醇，乙醇燃烧放出CO2和水，农作物经光合作用消耗CO2，
再生成粮食。在此循环中，CO2保持平衡，乙醇可再生。
用乙醇替代等量汽油后，可提高汽油辛烷值，增加氧含量，使汽油燃烧更完全，降低汽车尾气中有害物质排放。测试表明，含乙醇10%（体积）的车用乙醇汽油比同牌号汽油，汽车尾气中CO排放量可下降30%，HC排放下降10%，使用车用有利于改善环境。
另外，车用乙醇汽油的开发应用，为农作物，特别是为粮食转化、农业产业化创造了巨大的市场，有利于促进农业发展，改善大气环境，缓解石油资源短缺，对国民经济的可持续发展具有重要的战略意义。
随着醇类燃料的发展，人们在上世纪80年代也就及时的创造了两个新名词，即：加醇汽油（英文为gaso
hol，日文为カソホ—ル），加醇柴油（英文为disehol）。加醇汽油包括了掺加甲醇或乙醇的混合汽油燃料，而加醇柴油则指掺加乙醇的混合柴油燃料。
对于在汽油中是加MTBE还是加甲醇，历来都有争议，特别是在美国。有时争论已超出了技术范畴。在20世纪90年代MTBE以迅铃不及掩耳之势快速发展。进入21世纪，只因MTBE的泄漏污染地下水，而又宣布了死刑。
为了争取乙醇可以替代MTBE的地位，美国乙醇联合会(American Coalition for Ethano l)就综合列出使用乙醇的很多好处：
1 对缴税义务人的好处：
乙醇工业对经济活动，在未来五年内可以多产生35亿美元的所得税，比减免的税还多出10亿。即是在未来五年内，乙醇工业可以为缴税业务人多创造45亿美元的净值。
2 经济上的利益：
●在美国有20个州，有超过30亿美元的投资于60个乙醇生产设施。
●乙醇工业提供40，000个直接和间接的工作，每年为家庭收入多增加13亿美元。在未来五年内，超过126亿美元。
●乙醇工业每一年直接、间接地为美国经济增加60亿美元。
●因制造酒精所需的悫物增加农民的净收入，每年达120亿美元。
3 农业上的利益：
●工业用玉米，包括供乙醇及加甜剂的生产，现在是美国玉米第二大消费量，每 1的上游及农作经济活动可以创造 3.20的下游经济，比直接输出玉米的 0.31还多得多。
●生产乙醇用去玉米，在1994年为5.35亿蒲式耳(bushel)(占玉米作物产量100亿的
5.3%)，到2001年，则用掉
6.67亿蒲式耳的玉米。
●因为乙醇工业需要玉米，所以增加了作物的价值，计算下来，每出售一蒲式耳的玉米，价值就增加 0.14，所以总共增加14亿美元。
●如果没有乙醇市场，玉米的库存量会增加，美国玉米农夫的净收入，在未来五年内，会减少60亿美元，相当于11%。
4 能源/贸易上的利益：
●可以减少石油的进口及MTBE的进口，这两项进口值占美国贸易赤字的80%。
●目前进口石油占美国使用石油的56%，而MTBE的进口占国内生产量的31%。
●今天，乙醇减少汽油及MTBE进口的需求量，每天为98，000桶。把每天98，000桶的MTBE取代后，每年就可以减少贸易赤字11亿美元。
●生产乙醇有能源效率，其能源平衡量为125%，相对地，汽油为85%。
5 环境上的好处：
●掺入10%的乙醇可以减少一氧化碳，比其他的新配方汽油好25%。
●乙醇的活性较小，氧含量较高，是减少臭氧的有效添加剂。
●乙醇可以安全取代汽油中有毒的辛烷值提升剂，如苯、甲苯、及二甲苯。
国家计委有关负责人介绍，在我国推广使用车用乙醇汽油是一项战略性举措，其主要有三个意义。一是可缓解石油紧缺矛盾；二是可有效解决玉米等粮食的转化，促进农业生产的良性循环；发展车用乙醇汽
油，也为农业的产业化探索一条新途径。目前，我国汽油年消耗量约为36000ｋｔ，按理论计算，即使全部使用乙醇汽油，生产乙醇所需玉米，仅占我国玉米产量的8%左右。因此，不会对粮食供应产生冲击。三是有利于环境的改善。用乙醇替代等量汽油，可降低汽车尾气有害物质的排放，而且使用燃料乙醇汽油对汽车的行驶性能也没有什么影响。国家计委产业发展司司长刘铁南2000年4月15日表示，乙醇汽油的价格将与目前同等标号的无铅汽油相同，它基本随国内的汽油价格浮动，因此使用乙醇汽油不会增加消费者的负担。据悉，目前乙醇汽油生产一方面促使生产企业努力降低本身的成本，一方面国家在税收方面、粮食补贴方面，将给予适当的支持。车用乙醇汽油混配储存、销售方案正由中石油公司和中石化公司具体研究落实。
甲醇也属于清洁型内燃机燃料，可掺入汽油或单独使用，不足之处是毒性大。普及应用时难以管理。通常以天然气或煤炭为原料生产. 其价格受原料和装置规模影响较大，并受地区因素制约。
第一节推动醇类燃料发展的要素
甲醇来源较广，主要由煤、煤气、木材、天然气、石油伴生气、植物秸干以及可燃垃圾等物质转化而成。天然气生产甲醇有蒸汽转化、催化部分氧化、非催化部分氧化等方法，其中蒸汽转化方法应用的比较广，蒸汽转化方法分为甲烷与蒸汽在催化剂的作用下反应生成，利用高温高压的造气法生产出CO和H2，然后利用合成法进行合成甲醇，反应式为：CH4 + H 2O←→CO+3H 2汽车烧甲醇
CO + H2 ←→CH3OH－91KJ/mol
其它原料生产甲醇也是先进行造气，然后进行合成，只是造气的方法有些差别。对储有泥煤、褐煤、烟煤等劣质煤的偏远煤产地，由于煤的品质差，外运成本高，可以采用就地生产甲醇的方法提高经济效益。一些木材的边角料、树枝、木柴、木屑等也可以生产甲醇。
乙醇的来源比较广泛，可利用玉米、玉米秸干、薯类、甘蔗渣、大麦、土豆、甜菜和一些野生植物制成。巴西盛产甘蔗，他们充分利用其甘蔗渣生产的乙醇，其产量居世界第一位。我国中原地区富产玉米等粮食作物，便可利用玉米、玉米秸干、麦秸干等生产乙醇。如地处中原的河南省从2002年春季起，便开始在郑州、洛阳、南阳三市进行试点，使用乙醇汽油，并已经取得了良好的效果，这些乙醇是利用陈化的粮食制成的，对人体无毒无害，可以与汽油搀兑使用，既减少了尾气的排放，又节约了汽油。目前乙醇售价约3000～4000元/吨。
含醇汽油在提高内燃机效率和改善大气污染上的优越性，使用甲醇汽油的趋势是很明显的优势。巴西是世界上使用含醇燃料最多的国家，其含醇燃料主要以三种形式出售：即含水乙醇、MEG燃料（33％甲醇＋60％无水乙醇＋7％汽油）和含醇汽油（22％无水乙醇＋78％汽油），车用乙醇消费量约占汽油总量的一半。为了改善都市工业区空气污染问题，美国政府也给予含醇汽油（ABG）生产者一定的优惠政策。目前，美国出售的汽油中约有12％掺有乙醇，乙醇添加量平均为10．82％。此外，哥伦比亚、菲律
宾及肯尼亚等国也批准生产ABG，乙醇添加量一般为８％～10％。ABG可以有效地降低汽车排放。美国国内调查表明，使用乙醇含量为10％的ＡＢＧ，可使汽车尾气中CO，挥发性有机物（VOC），NOx和有毒物质分别减少了20％～30％，12％，3％和30％以上。用乙醇调合ABG受到有关部门的高度重视。开发93号ABG可以增加炼油厂的汽油新品种，改善汽油品质，具有一定的经济效益和社会效益。
乙醇汽油的生产和使用技术早已十分成熟。在国外，巴西和美国是目前世界上最大的燃
料乙醇生产和消费国。美国生产燃料乙醇原料主要是玉米，所耗玉米占玉米总产量的8%，主要推广使用10%（体积）乙醇含量的乙醇汽油。巴西则以甘蔗为原料生产燃料乙醇，主要推广使用20%~25%（体积）乙醇含量的乙醇汽油。继巴西和美国分别在20世纪70年代初推广应用乙醇汽油以后，欧共体一些国家、印度、泰国、津巴布韦、南非等国家于90年代也开始实施乙醇汽油计划。
车用乙醇汽油（如果使用100%的乙醇，则称为燃料乙醇）得以推广使用，主要有以下三方面的原因：一是可以缓解石油资源短缺，二是能促进农业发展，三是有利于改善环境。不管从哪方面讲，发展燃料乙醇和车用乙醇汽油都不是权宜之计，而是可持续发展的需要。
一缓解石油危机和资源短缺
车用乙醇汽油的使用在国外已有30年的历史。早在20世纪70年代初，以中东地区产油国为主的十几个产
油国成立了石油输出国组织（OPEC，Organization of Petroleum Exporting Countries，即“欧佩克”），1973～1974年间，该组织为了打破跨国公司对石油的垄断，维护自身的利益，2次提高了原油的价格，使国际原油市场的价格由19美元/t，猛升到86美元/t，由此爆发了第一次石油危机。这时，联合国工业发展组织（UNDO）在奥地利首都维也纳召开了乙醇专题研讨会，提出了“酒精应被作为燃料和化工原料的永久的和可供选择的来源，尤其是在缺少石油资源的国家”的论点。从此，一些农产品丰富的国家，如巴西、美国开始大力发展燃料乙醇和车用乙醇汽油的生产，向市场供应了大量乙醇汽油作为车用燃料。1980年，欧佩克又将原油价格飚升到235美元/t，当时的市场最高价达到301美元/t，形成了第二次石油危机，又一次促进了各国对乙醇燃料的探讨，推进了乙醇作为可再生能源的进一步发展。20世纪80年代后期，欧佩克为了刺激石油消费，抑制石油替代品的发展，保持其石油销售份额，采取了较低的原油价格，原油价格一度维持在110～147美元/t，1999年2月原油的最低价格降到74美元/t，是近20年的最低点。这一阶段淡化了乙醇作为燃料的产业发展。好景不长，在欧佩克的控制下，2000年油价又猛升，10月份原油价格涨到279美元/t，世界范围内又一次掀起了发展替代能源的新高潮。
2004年春，美国参议院讨论了有关立法，准备大力增加燃料乙醇的生产，以减少对进口原油的依赖。
该法案草案的目标是今后10年大力生产乙醇，到2012年共增加乙醇产量25亿加仑。政府将采取大量增加财政补贴等方法鼓励乙醇生产商从谷物(主要是玉米)中大量提炼乙醇，并鼓励它们同普通油料生产进行竞争。
推广使用车用乙醇汽油是我国的一项战略性举措。第一可进一步调整能源消费结构，开发石油替代资源，缓解石油短缺。我国石油资源供求矛盾比较突出，据预测，如果维持现有汽车构成和单车油耗，到2020年汽车保有量将达1亿辆，需用2。28亿吨汽油、柴油，显然这是难以承受的。利用乙醇替代部分汽油，可有效缓解石油短缺的矛盾。
二能促进农业发展
醇类燃料属以生物质为原料生产的可再生能源。生产乙醇的原料，通常采用谷物、薯类及甘蔗等农作物。粮食转化为乙醇，乙醇燃烧放出CO2和水，农作物经光合作用消耗CO2，再生成粮食。在此循环中，CO2保持平衡，乙醇可再生。
因此车用乙醇汽油的开发应用，为农作物，特别是为粮食转化、农业产业化创造了巨大的市场，有利于促进农业发展，改善大气环境，缓解石油资源短缺，对国民经济的可持续发展具有重要的战略意义。
巴西是石油资源贫乏国家之一，为缓解石油短缺，减少石油进口，政府禁止消费不含乙醇的纯汽油。在巴西，乙醇燃料对于国家的经济、社会发展和环境保护起着十分重要的作用。在巴西甘蔗产量43%用于生产乙醇燃料，乙醇总消耗量92.5%用于交通。
巴西石油资源短缺而盛产甘蔗，其以甘蔗为原料生产糖和酒精。巴西在汽油中掺合乙醇的比例高达20%
～26%。具体比例常受国际糖价的影响，糖价高则掺合酒精比例低，糖价低则掺合酒精比例高，以达到经济效益最佳化。时至今天，巴西还有超过4.0×106辆专用纯酒精作燃料的汽车，其他车辆则使用乙醇汽油作燃料。2000年，巴西燃料乙醇的产量为1.031×107/t。巴西也是世界上惟一只销售乙醇汽油而不销售普通汽油的国家。
巴西全国有340个乙醇生产厂，其中150个为生产汽车燃料服务。2000年该国燃料乙醇总产量达793万吨，已占汽油消费量的43%。巴西市售的车用汽油均为乙醇汽油，国家规定乙醇汽油的乙醇含量为20%~26%（体积），实际操作依据糖价变化浮动。但使用20%（体积）乙醇含量的乙醇汽油（E20），车辆发动机要进行适当改造；另有400多万辆车使用纯乙醇。巴西是世界上惟一不使用纯汽油作汽车燃料的国家。在巴西，燃料用乙醇的税收很低，而汽油税率很高，燃料用乙醇的完税价格仅是成品汽油完税价的一半。燃料乙醇计划使巴西形成了独特的经济能源运行系统，刺激了农业大发展，大气和生态环境也得到明显改善。
美国为解决对进口原油依赖，解决粮食过剩，保护农民利益，1979年制定了“乙醇发展计划”。由于美国一些州已明令禁止使用甲基叔丁基醚（MTBE），以燃料乙醇作为MTBE 的替代品，从而极大地刺激了乙醇生产和乙醇燃料发展。
美国车用乙醇汽油发展也很快。2001年，美国有19个州在推广使用乙醇汽油；到2003年，已有41个州
在推广使用乙醇汽油。美国在20世纪70年代初开发乙醇汽油的出发点是缓解石油资源短缺，但开始推广应用后，美国的农民尝到了甜头，过剩的玉米可以通过生产乙醇燃料进行工业转化。农业州的议员每次都在议会提议案，要求联邦政府支持燃料乙醇工业的发展。为了缓解玉米等农产品过剩的压力，联邦政府制定了各种扶持政策，支持燃料乙醇的发展。美国联邦政府通过减免消费税的方式给每升车用乙醇汽油补贴14.27美分。近年来，美国联邦环境保护署提出作为汽油增氧剂和辛烷值增值剂的甲基叔丁基醚（MTBE）污染地下水原，容易致癌，要求限制MTBE的使用。加利福尼亚州已立法，从2004年1月1日起，禁止在汽油中添加MTBE，并用乙醇替代MTBE加入汽油中。为了在加利福尼亚州停用MTBE，美国专门新建了10个乙醇厂以保证乙醇的供应。美国在汽油中用乙醇来替代MTBE作为汽油增氧剂和辛烷值增值剂，大大促进了燃料乙醇的发展。据报道，到2010年，美国燃料乙醇产量将从目前的5.0×106t增加到1.05×107t。
美国推广车用乙醇汽油实行区域封闭销售。例如芝加哥地区就全部使用车用乙醇汽油。政府采取补贴方式推动车用乙醇汽油推广。对燃料乙醇企业的政府补贴额为14.3美分/升（折合人民币1495元/吨）对于规模在9万吨/年的燃料乙醇生产厂，还增加2.64美分/升（折合人民币277元/吨）；玉米产区的州政府还根据本州具体情况给予2.64~5.28美分/升（人民币277~544元/吨）税收优惠。在乙醇汽油调合销售环节，除联邦政府给予5.4美分/加仑补贴外，各州也还有不同程度补贴。有5个州正在考虑制订税收政策，以鼓励使用乙醇燃料。
预计，美国到2025年以玉米为主要原料的乙醇产量将达到40亿加仑（约合1200万吨），用于调和85（体积）乙醇含量的乙醇汽油（E85）的乙醇量将从2001年870万加仑（约合2.6万吨）增加到2025年5200万加仑（15.6万吨）。其余乙醇绝大部分用于替代新配方汽油中的含氧化合物，调和生产10%（体积）乙醇含量的（E10）。乙醇汽油的消费量已超过全部汽油消费量的20%，玉米产量的8%用来生产燃料乙醇。
就我国而言，推广使用车用乙醇汽油，可有效解决我国玉米等粮食作物的转化，形成一个长期、稳定和可控的粮食消费市场，最终保护农民的利益，提高粮食利用效率。目前推广使用车用乙醇汽油每年需用粮340万吨，仅占“十五”末全国粮食总产量的0。7%，不会使粮食安全受到影响。
预计到2005年底，河南、黑龙江、吉林、辽宁、安徽、湖北、河北、山东和江苏等省
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