摘 要

现如今人类使用的能源主要是化石能源，而化石能源不可再生，随着人类的不断开采，化石能源将会越来越少直至枯竭。大规模的使用化石能源，温室气体的大量排放使气候变暖。随着经济的发展，科技的不断进步，能源需求量日益增加，化石能源储量不断减少和环境问题日益严重，使人们不得不寻找新的能源替代化石能源。

人们目前寻找的可替代能源包括太阳能、风能、地热能和生物质能等可再生能源，与其他能源相比生物质能中的生物柴油和生物乙醇更适合作为替代燃料应用在发动机上，因为其能量密度较其他能源更有优势。目前乙醇汽油已经得到广泛的应用，污染物的排放得到降低。本课题主要目的是研究含水酒精作为发动机燃料对环境的影响以及经济性能的分析，通过查阅其他相关文献进行数据对比。本文主要研究内容为：

1.化石燃料与含水酒精的使用排放以及经济上的对比，使用含水酒精比化石燃料排放一氧化碳、氮氧化物、碳氢化合物分别减少33.3％、74.6％、25％，在经济方面，行驶相同里程消耗含水酒精是汽油的1.7倍，目前酒精的市场价格是汽油的1.9倍，无论是环境方面还是经济方面含水酒精相对来说是较好的选择。

2.制备含水酒精和无水乙醇过程中的能耗以及污染物排放，制备无水乙醇比含水酒精消耗电量、水量、蒸气量分别多10%、100%、5.4%，制备无水乙醇排放二氧化碳比含水酒精多40.7%，原因在于制备无水乙醇的精馏过程，此过程占整个过程的大部分能耗和排放。

3.分析了含水酒精在整个生产到使用过程的环境价值，整个过程是没有二氧化碳的排放，植物通过光合作用吸收大气中的二氧化碳，而在使用过程中又将二氧化碳排放回大气中。

关键词：含水酒精；发动机；环境价值；经济性

Abstract

Nowadays the most used energy by human is fossil energy. However, Fossil energy is non-renewable. People are constantly exploiting it, fossil energy will be used up. Using the fossil energy in large scale will produce mass of greenhouse gases, which leads to global warming. With the development of economic and advancement in technique, the energy quantity demanded is daily increasing. With the reasons of fossil energy decreases and the environment problem has become more and more serious, people in the world have to find new kind of energy to replace fossil energy.

The alternative energy we can seed for so far includes solar energy、 wind energy、 geothermal energy and biomass energy. Compared with other energy, the bio-diesel and bio-ethanol in biomass energy are more suitable to be an alternative fuel used in engine, because they have advantage in energy density. Nowadays, ethanol gasoline has been widely used. The emission of pollution get reduced. The main purpose of this project is to study the influence to environment of aqueous alcohol using as fuel and analyze its economic performance by comparing with other relevant literature. The main contents are as follows:

1. The comparison on emission and economic performance of using fossil fuel and aqueous alcohol. Compared to fossil fuel, using aqueous alcohol gets less emission of CO、NO_x、HC aqueous alcohol is 1.7 times gasoline. The market price of aqueous is 1.9 times gasoline. So, no matter environment consideration or economics consideration, aqueous alcohol is the better choice.

2. The comparison on energy consumption and pollutant emission of producing aqueous alcohol and absolutely ethyl alcohol. Producing absolutely ethyl alcohol need more consumption of electric quantity water yield and steam quantity by 10%、100%、5.4%. The emission of CO₂ is higher by 40.7%. The reason is the ratification process in producing the absolutely ethyl alcohol. This process takes the most consumption and emission.

3. Analyze the environmental value of aqueous alcohol in the entire process of producing to using. The entire process has no CO₂ emission. The absorbed the CO₂ in air by photosynthesis and emission CO₂ to air in using process.

Key words: aqueous alcohol; engine; environmental value; economical efficiency

目 录

摘 要 III

Abstract IV

目 录 V

第1章 绪论 1

1.1 研究的背景、目的和意义 1

1.2 非粮制燃料乙醇的意义 2

1.3 国内外酒精生产技术发展现状 2

1.4 本文研究的主要内容 4

第2章 含水酒精作为发动机燃料对环境价值和经济性分析 5

2.1 化石燃料与含水酒精使用过程及排放 5

2.1.1 化石能源的使用及排放 5

2.1.2 含水酒精的使用及排放 5

2.1.3 含水酒精经济性分析 7

2.2 无水乙醇与含水酒精 8

2.2.1 无水乙醇的制备方法 8

2.2.2 制备含水酒精的方法 10

2.2.3 制备无水乙醇与含水酒精的能耗及排放 10

2.3 含水酒精可能应用的技术 11

第3章 结论与展望 13

3.1 结论 13

3.2 展望 13

第1章 绪论

1.1 研究的背景、目的和意义

能源是一个国家长治久安的基础，是人们赖以生存的保障。世界能源生产和消费主要包括天然气、水电、煤炭、核电和石油，从目前国际能源机构对全球能源资源的评价结果看，煤炭仍然是世界上储量最丰富的化石能源。只是在过去的五十年里，石油资源由于其优良的性能得到了更多的关注，并逐渐成为主要的能源消耗。

在欧美，石油供应的安全问题已经成为能源供应安全问题。国家的经济繁荣和安全与石油有着直接的联系，石油是重要的战略物资，近些年来许多国家战争与危机都与石油有关。石油资源越来越成为各国环境问题、政治方面、经济发展和石油开发安全供应等需要整体考虑的方略，因其有限性和在经济发展中的重要作用，各国为维护自身利益和发展，都针对自身情况制定相应的战略方针。石油目前的储量在快速减少，各国都在针对石油替代制定相应的方针。

随着人们不断的开采化石能源，地球的化石能源不断减少，据统计^[34]，2013年全球石油储量为1.6879万亿桶，全球天然气总量为185.7万亿立方米，全球煤炭总量为8915.31亿吨，虽然一些发达国家遭受两次石油危机打击，想出各种方案解决对石油问题，但是以目前的形式来看，世界各国还是以石油为主，世界需求石油量以一定速度增长；发电还是以煤炭为主要燃料，世界煤炭需求量以每年1.5%的速度增长。按照这个速度消耗，化石能源在不久的将来枯竭。

中国的能源很多，同样能源需求量也在世界上位居前几。近年来受能源供求关系、价格、政策及经济发展速度等多种因素影响，中国能源消费情况也发生了很大的变化。我国石油需求量不断增加，石油消耗十分迅速。自从“八五”之后，我国的石油产量每年平均增长1.66%，但是每年平均消耗量增长6.78%，我国石油产量无法满足需求量，只能从其他国家进口石油。

随着国民生活水平的提高，能源需求量也不断增加，而且环境问题日益严重，我国必须要解决能源和环境的问题，未来经济才能快速发展。在能源与环境问题的压力下,发展可持续再生清洁能源不仅是我国的解决能源问题的所在，也是世界能源发展的必然选择。生物质燃料酒精是一种清洁可再生能源，是我国能源替代的良好选择。以我国目前的国情,不能再用粮食生产燃料酒精,因此,我国提出相应政策：坚持“不与人争粮、不与粮争地”为前提,坚持以非粮生产燃料酒精为主。生物燃料酒精不仅可再生，而且燃烧排放低，对环境影响很小，在这一背景下,探讨含水酒精作为发动机燃料的环境价值和经济性。

目前，我国虽然面临着化石能源紧缺的问题，但是化石能源燃烧带来的环境才是重中之重。由于化石能源的大规模使用，温室气体的大量排放导致全球气候变暖，二氧化碳可在大气中存在几十到几百年，据统计^[3]，二氧化碳浓度增加一倍将导致地表温度上升1.49-4.98℃，浓度增加3倍，温度上升4.49-15.03℃，温度不断上升将导致南北两极的冰山融化，海平面快速上升，临海城市将会被淹没，地球面临着巨大的灾难。

环境问题使人们陷入沉思，非常有必要发展可持续再生的清洁能源，而乙醇是一种清洁高效的能源，无污染，可大量减少温室气体硫化物等污染物的产生。此外，乙醇汽油已经得到广泛的应用，可以有效的降低汽车尾气污染，因此，应该大力推广燃料酒精的使用，能够大大降低温室气体的排放，改善生态环境，缓解环境与人的矛盾。

乙醇是以生物的生产为基础的，期间相关作物的种植也在一定程度上增强了生态环境的稳定性，生产与使用形成一个可持续的闭环系统，使用所产生的附加成分相对单一，是环境保护的“调节剂”。

1.2 非粮制燃料乙醇的意义

“十五”期间，我国由于陈粮过多，开始用粮食生产燃料乙醇来解决多余的粮食，大部分生产酒精的企业以玉米和小麦为原料，每年生产量为170多万吨。现阶段，已经没有多余的陈粮，随着燃料乙醇需求量的增加，生产原料开始不足，需要寻找除粮食以外的原料。目前我国有大量的土地没有被利用，根据全国土地资源调查办公室统计，中国有荒草地49270000hm2、盐碱地10200000hm2，总量占耕地面积的一半。国家可以对这些土地加以利用，种植薯类和高粱等农作物，用这些原料生产燃料酒精，有着很大的意义。

世界各国对石油的需求量不断增加，导致石油价格一高再高，而我国也慢慢对石油进口量不断加大。从1993年起，我国开始净进口石油，2010年石油消耗量4.23亿吨，而我国自给自足的只有1.87亿吨，进口的石油量高达55.79%。能源问题形势愈来愈严峻，寻找新的替代能源成了关键问题，目前，燃料酒精很受大众欢迎。燃料酒精的使用不仅可以减少对环境的污染，而且还可以减少对石油的消耗，对国家发展可持续再生清洁能源做出了重大意义。

非粮燃料酒精在整个生产到使用过程中是没有二氧化碳的排放，植物通过光合作用消耗大气中的二氧化碳，在乙醇使用后在排放到大气中，可以有效的控制温室气体排放，避免温室气体排放过多带来的一系列问题。