液体生物燃料技术

汽车燃用醇类燃料时应注意的问题：
醇是一种溶剂，发动机使用初期，燃油系统零部件、油路和燃 油管壁上沉积物会剥落，导致滤清器堵塞，一些黑色金属和有 色金属将腐蚀。
长期使用醇-汽油混合燃料，润滑油酸值和粘度将会增加，在发
动机进气系统部件中，易产生油污，导致拉缸。 使用掺醇汽油后，汽车燃油耗和发动机动力性有所下降。 醇的气化潜热比汽油高，在寒冷地区会使混合燃料难以气化， 不易起动。 容易分层，使汽油和醇互溶性变差，影响燃油的品质。
我国燃料乙醇生产能力
国内主要燃料乙醇生产企业情况
序号
1 2 3 4
(万吨/年)
原料组成
玉米 小麦、玉米为主 玉米 小麦为主 玉米
企业名称
吉林燃料乙醇有限公司 河南天冠企业集团有限公司 安徽丰原生物化工有限公司 中粮生化能源肇东有限公司
核准能力
50 30 32 10
5
广西中粮生物质能源有限公司
合计
20
个调配中心、1万公里输送管道和1千万立储罐
现有1条乙醇管道，规划到2012年前，将新建2条乙醇输送管道，新增输送 能力1350万吨/年，总投资23亿美元。
国内外燃料乙醇相关政策
奥巴马政府推出税收激励、现金奖励及政府合约等一系列政策措施 大力推进生物燃料新技术的开发和应用
美国
鼓励地方投资兴建生物燃料炼厂 提出终止对谷物乙醇燃料的补贴、关税和价格优惠政策
传统生物燃料（淀粉）能力150亿加仑/年
2022
2007年颁布的可 再生能源标准 (RFS) 2005年能源 政策法案
2015 2012 2012
0 5 10 15 20
先进生物燃料 (包括纤维乙醇)
25
30
35
40
Ethanol & Biodiesel Cellulosic Biofuel
产 量目标(Starch) (十亿 加仑) Biodiesel Conventional Biofuel Other Advanced Biofuels 乙醇和生物柴油 传统生物燃料（淀粉） 生物柴油 纤维素乙醇 其它先进生物燃料
辛烷值或十六烷值 汽化潜热(kJ/kg)
112(RON) 111(RON) 1109 904
91(RON) 297
基本概念
车用汽油的牌号是按照辛烷值区分的。如93，97号等。93号车用汽油 即表明该汽油辛烷值不低于93。根据辛烷值的实测结果可判定属哪一 牌号的车用汽油； 汽油的辛烷值越高，抗爆性就越好，发动机就可以用更高的压缩比。这 样既可提高发动机功率，增加行车里程数，又可节约燃料，对提高汽油 的动力经济性能是有重要意义的。
美国的发展进程加速！
巴西燃料乙醇发展情况
巴西现有96家专门生产乙醇的工厂，233家工厂即生产乙醇又生产蔗糖，
2007 年共生产蔗糖 3100 万吨，生产乙醇 1784 万吨。 2008 年共生产蔗糖 3130万吨，生产乙醇2040万吨（257亿升）。
巴西乙醇生产供应链上共有 7万多家甘蔗供应商、 330余个乙醇厂、 261个 批发商和618个零售商，其中巴西石油公司在全国建有8个乙醇收集中心、67
德国的商业化光生物反应器
多种的培养方式
更多的培养方式… …
产 量
兆凯生物研发中心已经稳定达到每天每升培养液中0.2 克干藻产量。 在他们的开放式光生物反应器中， 20cm的水深就可以每年每公顷生产干藻：
120 吨
生产微藻的最高总脂含量为24%，相当于每年每公顷养殖 面积生产28,800 kg油脂。 粗略估计潜在生物柴油产量为每年每公顷25000升。 目前有望将油脂含量提高到25%以上。
基本概念
燃料酒精（Alcohol Fuel）主要是指通过生化工艺生产的前四种脂肪族 酒精（甲醇、乙醇、丙醇、丁醇），他们的物理化学特性与汽油相似， 是替代汽油的重要发展方向，一般采用生化工艺生产，也称作生物酒精
（Bioalcohol）。脂肪族酒精的化学式是CnH2n+1OH，辛烷值都与汽油
相近，但是能量密度差异较大，n 值越大能量密度越大。 丁醇是汽油的最佳替代品，但是相对于甲醇和乙醇，丙醇和丁醇的生
任何比例的乙醇汽油。
醇类燃料与汽油的对比
性 质 化学式 相对分子质量 碳(%) 氢(%) 氧(%) C/H 密度(20℃)(kg/L) 沸点(℃) 凝固点(℃) 粘度(20℃)(mPa· s) 甲 醇 CH3OH 32 37.5 12.5 50 3 0.792 64.8 -98 0.6 乙 醇 C2H5OH 46 52.5 13 34.8 3.971 0.7893 78.5 -114 1.2 汽 油 C4-12烃合物 95—120 85—88 12—15 0 5.6—7.4 0.72—0.78 30—200 -57 0.65—0.85
淀粉原料乙醇生产工艺流程
纤维燃料乙醇生产工艺流程
生物质原料的结构
• 纤维素呈结晶状拧合成纤维束 • 半纤维素和其他多聚糖缠绕着纤维束
• 木质素像胶水一样覆盖和凝合着各种物质
• 水解酶或其他化学物质很难渗透到纤维素表面
Cellulose Fiber
纤维束
•半纤维素 •木质素 •果胶质 •其他多聚糖
上，直至2016年实现预期目标。预计这项计划可使美国在20122016年间减少原油消耗18亿桶，减少温室气体排放9亿吨。
Total 11,693 mil. Bu.
生物燃料的发展发展历程：
（1）第零代生物燃料，是生物燃料的彷徨时代，受到石化燃料的竞争 和排挤，生物燃料在1970 年代前未有显著发展；
产工艺复杂。
甲醇极易挥发而且有剧毒性和腐蚀性，难以作为交通工具燃料广泛应 用，而且能量密度最低，无法直接在汽油引擎中燃用。 燃料酒精主要以燃料乙醇（Bioethanol）为主。
基本概念
燃料乙醇（Ethanol Fuel），也被称为生物乙醇(Bioethanol)，是燃料酒 精中最为成熟、发展最快的一种。基于能量密度的差异，汽油引擎无需 改进便可以燃用15%以下比例的乙醇汽油，经过改进后便可以正常燃用
巴西
强制在汽油中添加燃料乙醇的比例提高到25%
中国
出台《促进生物产业加快发展的若干政策》 国家发改委编制新能源产业振兴规划 积极与美国磋商能源领域合作，生物能源成为框架下合作内 建设国家非粮生物质能源工程技术研究中心(广西)
29
•Hemicellulose •Lignin •Pectin •Other polysaccharides
从秸杆到乙醇燃料
秸杆或其他原料
酶制剂
组分分离预处理 生物降解
乙醇分离
30
预处理的作用
木质素 纤维素
Lignin
Cellulose
无定形区
Amorphous Region Crystalline Region
142
木薯
国内燃料乙醇原料逐步以玉米为原料,玉米占原料比例从2001年的59% 提高到2007年的86%。
全球燃料乙醇产量持续增长
2007-2008年各地区燃料乙醇产量统计表 （单位百万加仑） 欧 盟
570 734
国家/地 区
2007年 2008年
美国 巴西
中 国
486 502
加拿 大
211 238
马之死，可以说是死得其所。
提高能效——奥巴马能源新政措施之一
2009年5月19日，奥巴马政府公布了1项汽车节能减排计划。 其目标是到2016年，美国境内新生产的客车和轻型卡车百公里 油耗不超过6.62升，二氧化碳排放量比现有车辆平均减少1/3。
这项计划将从2012年起实施，汽车节能标准将每年提高5%以
1900年 : Rudolf Diesel 发明 了直接燃用花生油的内燃机。
这是一台固定的，低转速内 燃机 （< 300 rpm）
11
第一代生物燃料：
第二代生物燃料：
第三代生物燃料：
微藻的优势
海洋硅藻的生产不需要占用良好的农业用地
不需要有淡水资源 无需进行 无需使用 肥料 土地平整 杀虫剂和除草剂 利用效率高
结晶区
Pretreatment
预处理
Hemicellulose
31
半纤维素
燃料乙醇生产过程能源平衡
Trigo 小麦
Milho (EUA)
玉米
Beterraba
甜菜
Cana-de-A琥 car (Brasil)
甘蔗
0
1
2
3
4
5
6
7
8
能量产出/ 能量投入
Source: F.O.Licht (in “New trends to the ethanol supply chain in Brazil”, Simoes, R.B., Master Thesis, Universiteit Van Tilburg, Holanda, Jul-2006)
杨世关
生物质发电成套设备国家工程实验室 2013.11
悍马之死——高油耗汽车时代的终结
当年美国社会经济发展建 立在高能耗的基础上的，如今 也要经历痛苦的转型，走向绿
色经济。恰恰悍马身上所包藏
着顽固的高能耗基因，注定它 必然遭遇新一代社会心理上的 抵制。悍马的终结让人们重新 思考汽车业的走向和未来，悍
泰 国
79 90
哥 伦 比 亚
75 79
印 度
53 66
澳 大 利 亚
26 26
其 它
82 128
wk.baidu.com
合计
6,499 9,000
5,019 6,472
13,101 17,335
美国燃料乙醇发展目标
2007年美国国会通过能源独立与安全法（EISA）→包括新的可再生燃料 标准（RFS），强制要求生物燃料的用量在2022年达到1.08亿吨
（2）第一代生物燃料，是生物燃料的粮食时代，主要以粮食为原料，
发展日受非议和限制； （3）第二代生物燃料，将跳出粮食时代迈向纤维素时代，目前正处在 大规模商业化的前夜； （4）第三代生物燃料，一个微藻制取 生物燃料 ，美国、以色列、欧洲、 加拿大、阿根廷、澳大利亚等国正在积极研究。
第零代生物燃料：