蘇更林

早在先秦時(shí)期，我國(guó)就出現(xiàn)了人工釀酒?！叭糇骶契?，爾惟曲蘗?！比绻勗炀坪王?，就必須有曲和蘗。人們一般把發(fā)霉的谷物叫作曲，把發(fā)芽的谷物叫作蘗。由于用曲釀出的酒要比用蘗釀出的醴酒度數(shù)高，后來(lái)就形成了“用曲釀酒”的傳統(tǒng)。從本質(zhì)上說(shuō)，曲是一種多菌多酶的生物制品，利用曲發(fā)酵制酒包含了糖化和酒化兩個(gè)過(guò)程，這也是我國(guó)傳統(tǒng)釀酒工藝的一大特色。

我們知道，酒的主要成分是乙醇（俗稱(chēng)酒精）。雖然人類(lèi)飲酒的歷史十分悠久，對(duì)酒精的認(rèn)識(shí)卻經(jīng)歷了一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程。1784年，法國(guó)著名科學(xué)家拉瓦錫通過(guò)酒精燃燒實(shí)驗(yàn)，首先確定了酒精的化學(xué)元素組成—碳、氫、氧，由此打開(kāi)了酒精的化學(xué)大門(mén)。1807年，瑞士化學(xué)家索緒爾完成了乙醇的元素組成分析，確定了乙醇的化學(xué)式。1858年，英國(guó)化學(xué)家?guī)扃晏岢隽艘掖甲畛醯慕Y(jié)構(gòu)式。1892年，在日內(nèi)瓦國(guó)際化學(xué)命名法會(huì)議上，乙醇被正式確定為酒精的化學(xué)名稱(chēng)。

汽車(chē)也“嗜酒”

乙醇的沸點(diǎn)較低，為78.5℃，易燃燒，具有作為動(dòng)力燃料的潛質(zhì)，所以很早就作為照明燃料而被廣泛應(yīng)用。伴隨著機(jī)動(dòng)運(yùn)輸車(chē)的發(fā)展，乙醇的應(yīng)用范圍逐步擴(kuò)大。1896年，福特汽車(chē)公司率先將乙醇應(yīng)用于汽車(chē)燃料。約從20世紀(jì)30年代起，我國(guó)開(kāi)始將乙醇作為汽車(chē)燃料，當(dāng)然，它并不是現(xiàn)在廣泛使用的乙醇汽油。

乙醇汽油是普通汽油和 燃料乙醇按照一定比例混配而成的，它可以完全替代汽油作為點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)的燃料。按照中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，乙醇汽油由90%的普通汽油和10%的燃料乙醇調(diào)和而成。作為一種清潔燃料，乙醇汽油的環(huán)保性令人稱(chēng)道，它是可再生能源的發(fā)展重點(diǎn)，符合中國(guó)能源替代戰(zhàn)略和可再生能源發(fā)展方向，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

生物基燃料乙醇

現(xiàn)階段，我國(guó)燃料乙醇消費(fèi)的主要來(lái)源仍是生物基燃料乙醇。所謂生物基燃料乙醇，就是用含淀粉（玉米、小麥、薯類(lèi)等）、纖維素（秸稈、林木等）或糖質(zhì)（甘蔗、糖蜜等）等的原料經(jīng)發(fā)酵蒸餾而制成的燃料乙醇。第一代燃料乙醇以陳化糧（如玉米、小麥等）為原料，或者以非糧作物（如木薯、甜高粱等）為原料，通過(guò)生物酶的發(fā)酵作用把淀粉質(zhì)轉(zhuǎn)化為乙醇。第二代燃料乙醇以廢棄的玉米秸稈、干草、樹(shù)葉和其他類(lèi)型的植物纖維材料為原料，通過(guò)生物發(fā)酵的方式制取乙醇。第三代燃料乙醇以微藻中含有的淀粉、纖維素、半纖維素等碳水化合物為原料來(lái)制取乙醇。

目前，第三代微藻乙醇尚處于研發(fā)階段，第二代纖維素乙醇的產(chǎn)能建設(shè)尚不足；而以玉米等糧作物和木薯等非糧作物為原料的第一代燃料乙醇的制取技術(shù)已十分成熟，其產(chǎn)能在我國(guó)生物基燃料乙醇中居于主導(dǎo)地位。

以煤代糧—燃料乙醇制取新突破

目前，我國(guó)乙醇汽油中燃料乙醇的添加標(biāo)準(zhǔn)為10%，如果所有汽油都添加燃料乙醇，那么對(duì)燃料乙醇的需求量將會(huì)是一個(gè)龐大的數(shù)字。

在我國(guó)玉米消費(fèi)占比中，飼用用糧約占60%，深加工用糧約占30%，其余為口糧及其加工食品。如果擴(kuò)大以玉米為原料生產(chǎn)加工燃料乙醇的規(guī)模，勢(shì)必會(huì)擠壓口糧和飼用用糧的空間，最終受影響的是人們的“米袋子”和“菜籃子”。對(duì)此，我國(guó)明確提出嚴(yán)格控制以玉米為原料的燃料乙醇加工規(guī)模。這一政策也體現(xiàn)了國(guó)家促進(jìn)玉米產(chǎn)銷(xiāo)平衡、保障國(guó)家糧食安全的發(fā)展導(dǎo)向。發(fā)展燃料乙醇，不能與人爭(zhēng)糧，不能與糧爭(zhēng)地。

能源是人類(lèi)社會(huì)的命脈，也是極其珍貴的戰(zhàn)略資源。對(duì)于中國(guó)這樣一個(gè)“富煤少油”的國(guó)家，發(fā)展燃料乙醇產(chǎn)業(yè)，除了在纖維素資源制取乙醇方面尋求突破外，在煤基乙醇領(lǐng)域推進(jìn)工業(yè)化步伐無(wú)疑具有更為重要的意義。

然而，用煤制酒談何容易！傳統(tǒng)的煤基乙醇技術(shù)主要有合成氣微生物發(fā)酵制乙醇、合成氣一步法制乙醇、醋酸直接加氫法制乙醇以及醋酸酯化加氫法制乙醇四種。不過(guò)，這四種技術(shù)或多或少都存在提純過(guò)程能耗高、難以連續(xù)生產(chǎn)、分離較困難、建設(shè)投資大等缺點(diǎn)。有沒(méi)有更先進(jìn)的用煤制酒技術(shù)呢？

用煤制酒的“黑科技”

坐落在陜西省榆林市榆神工業(yè)區(qū)的年產(chǎn)50萬(wàn)噸煤基乙醇工業(yè)化項(xiàng)目，采用了全新的環(huán)境友好型工藝技術(shù)路線。該工藝以煤基合成氣（主要成分為一氧化碳和氫氣）為原料，經(jīng)過(guò)合成甲醇、二甲醚羰基化以及加氫等步驟來(lái)制取無(wú)水乙醇及其他化工產(chǎn)品。其工藝路線為：合成氣—甲醇—二甲醚—乙酸甲酯—乙醇。該工藝由中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所和陜西延長(zhǎng)石油（集團(tuán)）有限責(zé)任公司聯(lián)合研發(fā)。

與傳統(tǒng)的無(wú)水乙醇生產(chǎn)工藝相比，該煤基乙醇工藝分離能耗很低。這是因?yàn)樵摴に囘^(guò)程基本是在無(wú)水條件下進(jìn)行反應(yīng)的，分離所得產(chǎn)品即為無(wú)水乙醇，產(chǎn)品純度可達(dá)99.71%，大大降低了產(chǎn)品的分離能耗。

為什么煤基乙醇如此看重水分含量？原來(lái)，我國(guó)的無(wú)水乙醇標(biāo)準(zhǔn)對(duì)水分含量有著嚴(yán)格的要求：合格品的水分含量要小于0.50%，一級(jí)品的水分含量要小于0.10%，優(yōu)級(jí)品的水分含量要小于0.05%。無(wú)論是變性燃料乙醇（添加變性劑后，不能食用、僅供混配汽油的專(zhuān)用乙醇）還是車(chē)用乙醇汽油，都對(duì)水分含量有著嚴(yán)格的要求。

據(jù)悉，乙醇汽油中即便是存在少量水分，也很容易發(fā)生分層現(xiàn)象，從而影響乙醇汽油的正常燃燒。比如，當(dāng)乙醇的含水量大于0.75%時(shí)，水分子就會(huì)與乙醇分子形成復(fù)雜的締合體，導(dǎo)致汽油和乙醇的分層；當(dāng)乙醇的含水量大于1.25%時(shí)，這種分層現(xiàn)象就會(huì)更明顯。

該煤基乙醇工藝突破了傳統(tǒng)貴金屬催化劑的限制，采用了常規(guī)的分子篩催化劑和銅基催化劑。使用不同的催化劑會(huì)有完全不同的反應(yīng)，生成的產(chǎn)物自然也就不同。為了擺脫貴金屬催化劑的束縛，研發(fā)人員經(jīng)過(guò)了多年的艱苦探索，終于篩選出了具有工業(yè)應(yīng)用價(jià)值的非貴金屬分子篩催化劑。這為煤基乙醇的大規(guī)模應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

另外，從抗腐蝕的角度來(lái)講，該工藝由于無(wú)需添加碘甲烷等鹵化物助劑，因此可不使用抗腐蝕特殊材料（如鋯材或哈氏合金），這樣能有效減少設(shè)備投資。從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)來(lái)看，由于中間產(chǎn)物—乙酸甲酯也具有諸多應(yīng)用場(chǎng)合，因此可以根據(jù)市場(chǎng)需求及時(shí)調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。

清潔燃燒 改善生態(tài)

我們知道，散煤燃燒是導(dǎo)致霧霾的重要因素之一。散煤指的是電力和工業(yè)集中燃煤以外的散燒煤，包括小鍋爐、小窯爐燃煤以及居民生活和服務(wù)業(yè)分散使用的燃煤等。散煤通常是灰分及硫分含量高的劣質(zhì)煤，燃燒粗放、低效，缺乏脫硫、脫硝等除塵處理，點(diǎn)多、面廣，污染嚴(yán)重。為此，人們花了大力氣來(lái)治理散煤燃燒，清潔取暖就是在這樣的背景下提出來(lái)的。

當(dāng)然，治理煤炭污染不能一拒了之，還應(yīng)在清潔利用上做足文章。推動(dòng)煤炭從燃料向燃料和原料并重轉(zhuǎn)變，一直是煤化工的重要任務(wù)。實(shí)際上，我國(guó)在煤化工領(lǐng)域已經(jīng)取得了許多重要成果，如煤制烯烴、煤制油、煤制天然氣以及煤制乙二醇等。

上述煤基乙醇工藝，無(wú)疑是我國(guó)煤炭清潔利用的又一重要成果。煤基乙醇工業(yè)化項(xiàng)目投產(chǎn)后，每年可節(jié)約生物乙醇原料糧約150萬(wàn)噸，是節(jié)約糧食資源的一劑良方。同時(shí)，該項(xiàng)目每年可轉(zhuǎn)化低階煤約150萬(wàn)噸，這對(duì)于加快我國(guó)現(xiàn)代煤化工基地建設(shè)，形成多種資源循環(huán)利用新模式，推動(dòng)煤炭產(chǎn)業(yè)清潔、低碳、安全、高效發(fā)展具有重要的意義。

燃料乙醇具有自供氧性，這是其作為乙醇汽油增氧劑的基礎(chǔ)。乙醇汽油由于添加了10%的變性燃料乙醇，所以含氧量增加了3.5%。含氧量提高了，燃燒就會(huì)更充分，一氧化碳、碳氧化物、氮氧化物等污染物排放自然也就降低了。有報(bào)告稱(chēng)，使用含10%變性燃料乙醇的乙醇汽油作為車(chē)用燃料，汽車(chē)尾氣中的一氧化碳和碳氧化物可以分別減少30%和15%；燃料乙醇還有效降低了原汽油添加劑—甲基叔丁基醚對(duì)地下水資源的污染（2017年，甲基叔丁基醚被世界衛(wèi)生組織國(guó)際癌癥研究機(jī)構(gòu)列入致癌物清單中）。盡管燃料乙醇的熱值較汽油低，但鑒于其對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率和動(dòng)力性的改善，故其油耗水平與汽油基本持平或僅略有降低。

陜西煤基乙醇工業(yè)化項(xiàng)目的投產(chǎn)，標(biāo)志著我國(guó)煤制乙醇工藝已居于國(guó)際領(lǐng)先地位。煤制乙醇的大規(guī)模生產(chǎn)，一方面可以節(jié)約糧食，另一方面又能清潔煤炭，這對(duì)于保障國(guó)家糧食安全和能源安全以及改善生態(tài)環(huán)境都具有重要的意義。

【責(zé)任編輯】諶 燕