我國(guó)生物燃料乙醇產(chǎn)業(yè)新進(jìn)展*

林海龍，林 鑫，岳國(guó)君

（國(guó)投生物科技投資有限公司，北京 100034）

0 引 言

我國(guó)自2002 年開始推廣車用乙醇汽油以來，在不到20 年時(shí)間內(nèi)，誕生了生物燃料乙醇這一綠色新興產(chǎn)業(yè)。

我國(guó)歷年燃料乙醇產(chǎn)量如表1 所示。截至2019年底，累計(jì)生產(chǎn)了2 841 萬噸生物燃料乙醇產(chǎn)品，消化以陳化糧為主的原料約9 200 萬噸，聯(lián)產(chǎn)各類高蛋白飼料、油脂等產(chǎn)品約2 800 萬噸，調(diào)和出約2.7 億噸車用乙醇汽油，替代原油約8 600 萬噸。燃料乙醇產(chǎn)業(yè)為支持國(guó)家三農(nóng)事業(yè)、改善大氣環(huán)境、減少原油進(jìn)口做出多重貢獻(xiàn)。

表1 中國(guó)燃料乙醇?xì)v年產(chǎn)量Table 1 Historic China fuel ethanol production

2002 年到2012 年期間，國(guó)內(nèi)燃料乙醇行業(yè)發(fā)展迅速，年產(chǎn)量從3 萬噸增長(zhǎng)到207 萬噸，而后的產(chǎn)量增長(zhǎng)一直未如人意，產(chǎn)業(yè)發(fā)展遇到瓶頸。2017 年9 月，《關(guān)于擴(kuò)大生物燃料乙醇生產(chǎn)和推廣使用車用乙醇汽油的實(shí)施方案》發(fā)布，提出2020 年全國(guó)范圍推廣車用乙醇汽油，基本實(shí)現(xiàn)全覆蓋；2018 年8 月國(guó)務(wù)院常務(wù)會(huì)議又確定了《全國(guó)生物燃料乙醇產(chǎn)業(yè)總體布局方案》，為產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來新契機(jī)。

兩個(gè)“方案”的發(fā)布和落實(shí)正在推動(dòng)我國(guó)生物燃料乙醇產(chǎn)業(yè)發(fā)展步入一個(gè)新階段，這也引起產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)的生產(chǎn)企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)、石化和汽車等行業(yè)的高度關(guān)注，做了大量實(shí)踐和研究，從不同視角探討新階段下生物燃料乙醇行業(yè)帶來的影響及發(fā)展趨勢(shì)。本文嘗試從技術(shù)進(jìn)步、與煉油產(chǎn)業(yè)的關(guān)聯(lián)效應(yīng)、對(duì)汽車行業(yè)的影響三個(gè)交匯點(diǎn)進(jìn)行概述和分析。

1 生物燃料乙醇技術(shù)進(jìn)步

1.1 利用多種原料生產(chǎn)燃料乙醇

近年來，伴隨著陳化糧庫(kù)存量逐年攀升，除使用玉米、木薯為原料生產(chǎn)燃料乙醇外，生物燃料乙醇行業(yè)更多地開始開發(fā)多種原料靈活加工的方式，逐步將大量陳化水稻、陳化小麥等用于生產(chǎn)。而使用目前糧食原料中未被利用的纖維成分（如玉米種皮）、秸稈等木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)作為原料，仍是研發(fā)的關(guān)注重點(diǎn)。這涉及原料配比、加工方式調(diào)整、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)重構(gòu)等問題。

小麥原料中蛋白質(zhì)約占小麥粒的14%，其中麥膠蛋白、麥谷蛋白等這些面筋的成分約占到總蛋白含量的80%。組成的不同會(huì)帶來工藝上的一些問題，如原料質(zhì)量波動(dòng)帶來生產(chǎn)波動(dòng)、高濃度蛋白造成發(fā)酵醪液產(chǎn)泡沫嚴(yán)重，影響生產(chǎn)效率等，研究發(fā)現(xiàn)可通過原料精制、嚴(yán)控指標(biāo)、品質(zhì)分級(jí)、提高蛋白提取率的方式進(jìn)行解決[1]。

除使用多元化單一原料外，多種原料配合使用也是一個(gè)方向。原料預(yù)處理在混合原料的使用中非常關(guān)鍵。不同的原料處理方式可能有很大差異，而穩(wěn)定配比的混合原料是保證生產(chǎn)穩(wěn)定的基本要素。更換原料后需要對(duì)生產(chǎn)有系統(tǒng)性的優(yōu)化，包括預(yù)處理效果、對(duì)不同成分和雜質(zhì)的分離程度、輔料添加品種及加量等，才能真正實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效率的提高和過程的節(jié)能減排[2]。在燃料乙醇生產(chǎn)的輔料中，酶制劑的成本占比最大，也是產(chǎn)品轉(zhuǎn)化率的決定因素之一。采用多種淀粉質(zhì)原料后，原料中淀粉、蛋白、纖維等的組分會(huì)有較大變化，需要對(duì)酶制劑的配比和種類做相應(yīng)調(diào)整。這些新的成分變化可能涉及直鏈和支鏈淀粉比例的不同、蛋白種類或含量的變化、纖維素或非淀粉多糖類別或含量的差異等。劉燕[3]對(duì)相關(guān)的酶制劑在玉米、木薯、小麥三種原料進(jìn)行了配比研究，發(fā)現(xiàn)酸性蛋白酶、普魯蘭酶、木聚糖酶、纖維素酶、植酸酶對(duì)三種原料發(fā)酵轉(zhuǎn)化率有不同的促進(jìn)作用，而添加點(diǎn)可能在酒母。

張先楚等[4]選取大米生料發(fā)酵過程中的粉碎粒度、配料濃度、酶制劑加量、酵母接種量、營(yíng)養(yǎng)鹽添加量等為主要因素，以發(fā)酵成熟乙醇含量為評(píng)價(jià)指標(biāo)，得到工藝優(yōu)化條件；孫振江等[5]對(duì)小麥為原料的工藝條件進(jìn)行了類似的優(yōu)化探索?；旌显?，如陳化水稻、脫殼大米及木薯等的配比也需要優(yōu)化以達(dá)到最好的發(fā)酵效率，其中的影響因素可能還涉及水稻是否脫殼、配料固形物含量、裝置設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行能力等[6]。

聯(lián)產(chǎn)品方面，有工廠已開發(fā)出全水稻干酒糟飼料和玉米/水稻混合干酒糟飼料。在功能上，玉米干酒糟飼料適用于家畜，水稻干酒糟適用于家禽。若改水稻作原料，對(duì)聯(lián)產(chǎn)的混合干酒糟飼料需要開發(fā)新的飼料市場(chǎng)。聯(lián)產(chǎn)大米蛋白、米糠油及稻殼綜合利用等研究也受到重視[7]。

使用多種原料可以靈活應(yīng)對(duì)市場(chǎng)變化，為企業(yè)帶來更大效益。羅虎等[8]對(duì)全水稻發(fā)酵生產(chǎn)食用酒精及副產(chǎn)品進(jìn)行了分析，較玉米原料降低約17%的總生產(chǎn)成本。凈能量分析是經(jīng)濟(jì)測(cè)算之外對(duì)環(huán)境效益的一種評(píng)價(jià)方式。研究表明，裝置的凈能量消耗為11.99 MJ/L（以1 L 乙醇計(jì)），其中乙醇轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)的能量投入占總能量投入的44.73%，而精餾消耗的蒸汽占乙醇轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)蒸汽消耗的83.24%。副產(chǎn)品提供的能量可補(bǔ)償17.68 MJ/L（以1 L 乙醇計(jì)）[9]?？梢?，原料的綜合利用以及精餾工序的節(jié)能改造是改換原料后提高能源利用效率的重要措施。

對(duì)于木質(zhì)纖維素乙醇技術(shù)的開發(fā)，我國(guó)已進(jìn)行了二十余年的工業(yè)探索。大多研究采用汽爆預(yù)處理、酶解?發(fā)酵的生物化學(xué)方法制備，但預(yù)處理效率及收率、酶制劑效率、抑制物毒性等關(guān)鍵問題至今尚沒有成功的商業(yè)化方案，技術(shù)經(jīng)濟(jì)性受到嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。LIU 等[10]另辟蹊徑，通過化學(xué)催化路線來進(jìn)行纖維素向乙醇的轉(zhuǎn)化，通過使用精確調(diào)控的Ni@C 和磷酸催化劑，可實(shí)現(xiàn)纖維素在水相體系一步氫解轉(zhuǎn)化為乙醇，收率達(dá)69%，乙醇質(zhì)量濃度達(dá)到8.9%，為高效、低成本纖維素乙醇的工業(yè)化生產(chǎn)帶來希望。此外，如何將現(xiàn)有糧食原料中的纖維素轉(zhuǎn)化為乙醇也是未來發(fā)展方向之一。李冬敏等[11]的研究表明，相比秸稈等木質(zhì)纖維素原料，玉米籽粒纖維從原料的可獲得性、工藝難易程度、靈活嵌入、成本等方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。

1.2 工藝優(yōu)化及節(jié)能降耗

產(chǎn)品轉(zhuǎn)化率的科學(xué)評(píng)價(jià)方式是高效對(duì)比生產(chǎn)條件變化帶來的效益變化的基礎(chǔ)。葉俊芳等[12]在實(shí)驗(yàn)室條件下模擬干法研磨工藝的研究結(jié)果，對(duì)玉米乙醇發(fā)酵指標(biāo)評(píng)價(jià)得到更深入的理解。研究測(cè)定了59 份玉米樣品生產(chǎn)燃料乙醇的發(fā)酵特性，比較分析以淀粉含量和以完全水解淀粉（complete hydrolyzed starch,CHS）含量作為玉米乙醇發(fā)酵評(píng)價(jià)指標(biāo)的合理性。CHS 排除了不能被液化酶及糖化酶水解的淀粉部分。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，雖然玉米樣品的淀粉含量與乙醇產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)，但僅能解釋81%的乙醇產(chǎn)量差異，而CHS 含量與乙醇產(chǎn)量之間的決定系數(shù)為0.9096，表明使用CHS 含量預(yù)測(cè)乙醇產(chǎn)量比淀粉含量更可靠。采用激光掃描共聚焦顯微鏡（confocal laser scanning microscope,CLSM）對(duì)液糖化后玉米樣品中蛋白質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察，蛋白質(zhì)在此過程形成高度交聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并且交聯(lián)程度越高，淀粉乙醇轉(zhuǎn)化效率越低。對(duì)高粱樣品的現(xiàn)有研究表明，液糖化后高度交聯(lián)的蛋白網(wǎng)絡(luò)包裹著小部分淀粉，限制了酶對(duì)淀粉的水解及后續(xù)轉(zhuǎn)化。

許多研究在關(guān)注提升發(fā)酵效率、降低精餾和醪液處理工序的能耗。發(fā)酵作為燃料乙醇工廠的核心單元，如何在保證發(fā)酵效率，即原料單耗的同時(shí)提升成熟醪的乙醇濃度始終是實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的重要目標(biāo)之一。許多研究對(duì)濃醪發(fā)酵[13]、超高濃醪發(fā)酵[14]及生料發(fā)酵[15-16]進(jìn)行了探索，從原料處理開始，到酵母品種選育、酒母及發(fā)酵條件優(yōu)化都變化參數(shù)，涉及全流程的優(yōu)化。而若已建成裝置，則會(huì)受到設(shè)備及公用工程等硬件條件的約束。我國(guó)在近年新建或擴(kuò)建裝置中，間歇發(fā)酵普遍的發(fā)酵濃度已經(jīng)可以穩(wěn)定達(dá)到15%～16%，但距離超高濃醪發(fā)酵（＞17%）還有一定距離。在產(chǎn)品分離和干燥方面，有研究對(duì)比了使用分子篩膜進(jìn)行乙醇分離的技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行性[17-18]，具有一定的應(yīng)用前景。而對(duì)醪液分離、干燥方面，通過調(diào)整離心機(jī)運(yùn)行參數(shù)、將干燥二次蒸汽耦合再利用、熱風(fēng)輸送管道的合理改造等方式，可以取得明顯的節(jié)能效果[19]。

1.3 經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境效益

生物質(zhì)燃料乙醇的可持續(xù)性研究一直是各界關(guān)注的重要課題，其生產(chǎn)和使用產(chǎn)生顯著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境影響，其中對(duì)國(guó)家糧食安全的影響最受關(guān)注，此外，還包括溫室氣體排放、自然資源消耗等影響。近期對(duì)生物燃料乙醇效益的研究已從經(jīng)濟(jì)貢獻(xiàn)、環(huán)境評(píng)價(jià)、能效分析三大方面，擴(kuò)展到綜合可持續(xù)性研究。從生物燃料乙醇的全生命周期進(jìn)行可持續(xù)性分析，不僅有助于預(yù)防和減少環(huán)境污染，而且還有助于提高產(chǎn)品功能質(zhì)量，對(duì)研究產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向及政策制定具有參考意義。近期開展的全生命周期可持續(xù)性研究中，在通常包括環(huán)境影響、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)影響的評(píng)價(jià)框架基礎(chǔ)上，增加了能源效益和資源利用兩個(gè)維度，建立的評(píng)價(jià)模型結(jié)果顯示，玉米燃料乙醇在我國(guó)主流價(jià)值觀下的可持續(xù)性較好[20]。

1.4 乙醇燃料電池

乙醇燃料電池是乙醇新應(yīng)用的一個(gè)國(guó)際前沿課題。國(guó)內(nèi)也有研究報(bào)道了乙醇在新型對(duì)稱雙陰極結(jié)構(gòu)固體氧化物燃料電池中直接內(nèi)重整反應(yīng)的研究進(jìn)展[21]。結(jié)果顯示，將乙醇以一定的水醇比通入到電池中，在輸出功率密度為0.137 W/cm2@0.8V 下，運(yùn)行超過100 h 依然保持穩(wěn)定，電池內(nèi)部發(fā)生輕微的積碳現(xiàn)象，表明該新型結(jié)構(gòu)電池可進(jìn)行碳基燃料直接內(nèi)重整運(yùn)行，具有較好的應(yīng)用前景。

2 煉油產(chǎn)業(yè)的關(guān)聯(lián)效應(yīng)

兩個(gè)“方案”的逐步實(shí)施，帶動(dòng)燃料乙醇產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)的煉油產(chǎn)業(yè)對(duì)乙醇汽油推廣的影響進(jìn)行深入的研究。中國(guó)石油、中國(guó)石化等企業(yè)高度關(guān)注我國(guó)乙醇汽油的發(fā)展，對(duì)未來發(fā)展趨勢(shì)、影響及企業(yè)對(duì)策進(jìn)行多層次分析[22-23]。

這些研究和分析均肯定乙醇汽油的推廣應(yīng)用符合世界能源發(fā)展趨勢(shì)，是突破能源和環(huán)境約束、有效增加清潔能源供給、解決三農(nóng)問題、實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略性舉措。

在此基礎(chǔ)上，研究分析了油品升級(jí)、乙醇的加入對(duì)尾氣污染物排放的影響。此外，燃料乙醇對(duì)煉油行業(yè)的影響還涉及油庫(kù)的改造、對(duì)組分油的品質(zhì)要求、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化等諸多方面。

2.1 排放標(biāo)準(zhǔn)升級(jí)加速

從2010 年1 月1 日，開始執(zhí)行國(guó)Ⅲ標(biāo)準(zhǔn)，升級(jí)速度加快，到2019 年1 月1 日起，全面供應(yīng)國(guó)Ⅵa標(biāo)準(zhǔn)車用汽油（含E10 乙醇汽油），在不到10 年的時(shí)間內(nèi)，連續(xù)躍升四個(gè)臺(tái)階。其中，生物燃料乙醇起了積極作用。

眾所周知，燃料乙醇是不含烯烴和芳烴的含氧辛烷值增加劑。加入汽油后產(chǎn)生稀釋作用，而使乙醇汽油中烯烴和芳烴含量降低。燃料乙醇辛烷值高，與普通汽油相比，可減少有毒物質(zhì)（如苯和1,3-丁二烯）和PM2.5 的排放[24]。

劉菊榮等[25]介紹了我國(guó)車用汽油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)升級(jí)過程中關(guān)鍵指標(biāo)的改進(jìn)趨勢(shì)，提出我國(guó)生產(chǎn)國(guó)Ⅵ車用汽油的建議與未來汽油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展方向。

2.2 甲基叔丁基醚快速發(fā)展

甲基叔丁基醚（methyl tertiary butyl ether,MTBE）是汽油重要的增氧劑和辛烷值添加劑，其裝置投資相對(duì)較少，行業(yè)準(zhǔn)入門檻較低，市場(chǎng)投資熱情高漲。我國(guó)MTBE 的生產(chǎn)能力由2015 年的1 680.5 萬噸/年快速增加至2019 年的2 205.0 萬噸/年[26]。

然而，MTBE 對(duì)環(huán)境有不利影響，主要由于其可溶于水，長(zhǎng)距離遷移污染面積大，可能影響地下水源。添加MTBE 引起的環(huán)境問題，國(guó)外早已關(guān)注[27-28]。進(jìn)入21 世紀(jì)初，美國(guó)將MTBE 認(rèn)定為有害污染物，將乙醇作為替代，在實(shí)施可再生燃料標(biāo)準(zhǔn)（renewable fuel standard,RFS）中E10 乙醇汽油推廣計(jì)劃后，煉油企業(yè)已采取措施，轉(zhuǎn)產(chǎn)如異辛烷等其他產(chǎn)品[29]。我國(guó)從2002 年開始逐步推廣E10，在添加乙醇的汽油中禁止MTBE 等高辛烷值含氧化合物的使用。

令人鼓舞的是，國(guó)內(nèi)高度重視MTBE 轉(zhuǎn)產(chǎn)，提出一些可行的解決辦法，例如利用閑置MTBE 裝置改造生產(chǎn)乙基叔丁基醚（ethyl tertiary butyl ether,ETBE）、異丁烯或異辛烷[30-31]。

2.3 油品銷售企業(yè)油庫(kù)改造

針對(duì)我國(guó)全面推廣使用乙醇汽油，油品銷售企業(yè)大量油庫(kù)儲(chǔ)運(yùn)設(shè)施需要改造的狀況，程琪[32]結(jié)合近年來油庫(kù)乙醇汽油儲(chǔ)運(yùn)設(shè)施改造的實(shí)際，依據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范和此前多年油庫(kù)改造的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)增加乙醇汽油儲(chǔ)運(yùn)設(shè)施后油庫(kù)改造的平面布置、汽油儲(chǔ)存、接卸發(fā)油等設(shè)施改造、油品質(zhì)量以及安全環(huán)保管理等進(jìn)行了分析，提出了相應(yīng)的建議。

2.4 對(duì)煉油業(yè)的綜合影響

實(shí)施乙醇汽油將會(huì)使我國(guó)汽油池結(jié)構(gòu)發(fā)生一定的變化。MTBE 組分將無法繼續(xù)加入汽油當(dāng)中，辛烷值和蒸氣壓調(diào)節(jié)手段減少；10%乙醇加入國(guó)Ⅵ汽油組分中會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品蒸氣壓增加7 kPa 左右，煉廠所產(chǎn)調(diào)合組分油蒸氣壓限值范圍縮窄[33]。王天瀟等[34]應(yīng)用ASPEN PIMS 軟件，選取兩家汽油池結(jié)構(gòu)不同的煉油企業(yè)開展乙醇汽油調(diào)合組分油生產(chǎn)測(cè)算分析。結(jié)果表明，全面生產(chǎn)乙醇組分油將會(huì)影響部分煉油企業(yè)的汽油總量、高標(biāo)號(hào)比例、加工流程等方面，這與各企業(yè)所用調(diào)合組分油的組成相關(guān)。為確保乙醇汽油供應(yīng)，煉油企業(yè)必須做好推廣應(yīng)對(duì)工作、優(yōu)化國(guó)Ⅵ組分油生產(chǎn)方案、合理配置烷基化油等生產(chǎn)資源。

另外，曹國(guó)慶等[35]綜合分析了乙醇汽油推廣政策對(duì)中國(guó)煉油行業(yè)汽油市場(chǎng)、汽油質(zhì)量升級(jí)、現(xiàn)有裝置產(chǎn)能利用、煉廠全流程加工等方面的重大影響。結(jié)合國(guó)內(nèi)宏觀經(jīng)濟(jì)發(fā)展新常態(tài)以及我國(guó)煉油行業(yè)面臨的諸多挑戰(zhàn)，為統(tǒng)籌煉油行業(yè)提質(zhì)增效升級(jí)和轉(zhuǎn)型發(fā)展，實(shí)現(xiàn)乙醇汽油推廣的預(yù)期目標(biāo)，提出了煉廠在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整、適度投入兼顧乙醇汽油和國(guó)Ⅵ油品升級(jí)、存量資產(chǎn)最大化利用的應(yīng)對(duì)措施和相關(guān)行業(yè)建議。

除燃料乙醇外，其他替代液體燃料也會(huì)對(duì)國(guó)內(nèi)車用成品油市場(chǎng)產(chǎn)生影響。羅艷托等[23]分析測(cè)算了生物質(zhì)液體燃料（燃料乙醇、生物柴油）、電動(dòng)和氫能、煤基液體燃料（煤制油、燃料甲醇）、車用燃?xì)猓–NG、LNG 和LPG）4 類車用替代燃料帶來的影響，預(yù)計(jì)替代總量在2020 年將達(dá)到6 500 萬噸左右，占全國(guó)汽油、柴油消費(fèi)量的20%以上，其中燃料乙醇將顯著增長(zhǎng)。由此帶來的關(guān)聯(lián)效應(yīng)還會(huì)包括國(guó)內(nèi)柴油、汽油的消費(fèi)比例等。

3 對(duì)汽車行業(yè)的影響

在車用乙醇汽油推廣之初，國(guó)家有關(guān)部門即組織了行車試驗(yàn)，隨著我國(guó)環(huán)保法規(guī)的加速嚴(yán)格，當(dāng)前排放法規(guī)已由國(guó)Ⅲ進(jìn)入實(shí)施國(guó)Ⅵa 階段。為了提高燃料效率和有效控制排放，小型化、大壓縮比和新噴油策略等技術(shù)成熟度不斷提高并得到廣泛應(yīng)用。同時(shí)，汽車行業(yè)對(duì)新燃料系統(tǒng)關(guān)注度提高，在乙醇汽油的燃燒效率、噴射策略和排放控制等方面取得新的研究結(jié)果。

3.1 E10 乙醇汽油優(yōu)化燃燒和排放控制的研究更加深入

馬亞勤[36]應(yīng)用仿真計(jì)算數(shù)據(jù)庫(kù)、發(fā)動(dòng)機(jī)仿真建模和汽油機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)等方法，研究了乙醇含量、扭矩以及HC、NOx和CO 等污染物排放的影響關(guān)系，為進(jìn)一步完善乙醇汽油混合燃料在汽油機(jī)上的綜合性能研究提供了一定的參考。

為了提高汽油機(jī)的燃料效率，增壓缸內(nèi)直噴技術(shù)已成為一種發(fā)展趨勢(shì)，技術(shù)逐步成熟并得到廣泛應(yīng)用。李瑞晨等[37]在研究乙醇汽油在增壓直噴發(fā)動(dòng)機(jī)中引發(fā)低速早燃現(xiàn)象和超級(jí)爆震的規(guī)律時(shí)，建立了針對(duì)不同乙醇摻混比例的爆震強(qiáng)度計(jì)算模型。以小缸徑增壓直噴發(fā)動(dòng)機(jī)為研究對(duì)象，建立了用于數(shù)值解析的幾何模型與網(wǎng)格模型。通過解析不同發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速（1 200 r/min、1 600 r/min）和乙醇摻混比例（E0、E10、E20、E30、E50、E85）下，由缸內(nèi)機(jī)油液滴引發(fā)低速早燃及爆震的過程，發(fā)現(xiàn)提高乙醇摻混比例可明顯降低早燃和爆震的發(fā)生概率。

吳濤陽(yáng)等[38]建立了燃料特性影響汽油機(jī)顆粒物排放的新模型，提出了簡(jiǎn)化PN 指數(shù)（SPNI）概念。該指數(shù)包括T70（70%蒸餾溫度）、重芳烴（碳數(shù) ≥9）含量、終餾點(diǎn)溫度和烯烴含量4 個(gè)關(guān)鍵的燃料參數(shù)。通過對(duì)20 種模型燃料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)檢驗(yàn)和發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)，結(jié)果表明，發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際顆粒物數(shù)量（particulate number,PN）排放均與SPNI 呈現(xiàn)高度的相關(guān)性。與詳細(xì)顆粒物（particulate matter,PM）指數(shù)相比，新模型計(jì)算更簡(jiǎn)便，可操作性強(qiáng)，可用于工程上評(píng)價(jià)不同汽油燃料的顆粒物排放潛勢(shì)。

3.2 雙燃料、雙噴射系統(tǒng)

為充分發(fā)揮乙醇汽油的優(yōu)勢(shì)，研究人員對(duì)乙醇汽油雙燃料雙噴射系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了研究。雙噴射系統(tǒng)結(jié)合了進(jìn)氣道噴射（port fuel injection,PFI）和缸內(nèi)直噴（direct injection,DI）兩種噴射方式的優(yōu)勢(shì)，為優(yōu)化燃燒過程，提高燃油經(jīng)濟(jì)性，降低微粒排放提供了可能。

遲昊[39]利用計(jì)算機(jī)流體力學(xué)（computational fluid dynamics,CFD）三維數(shù)值模擬軟件，模擬乙醇缸內(nèi)直噴+汽油進(jìn)氣道噴射（ethanol direct injection +gasoline port injection,EDI+GPI）雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的工作過程，分析比較了不同乙醇噴射正時(shí)下缸內(nèi)流場(chǎng)的變化規(guī)律、缸內(nèi)當(dāng)量比分布和缸內(nèi)壓力變化。結(jié)果表明，乙醇噴射時(shí)刻在250°CA BTDC 時(shí)，缸內(nèi)流場(chǎng)最合適乙醇的蒸發(fā)霧化，能夠形成較均勻的缸內(nèi)混合氣，產(chǎn)生最佳的燃燒相位。

此外，王玉鳳等[40]研究對(duì)比了進(jìn)氣道噴射乙醇+缸內(nèi)直噴汽油（ethanol port injection+gasoline direct injection,EPI+GDI）和EDI+GPI 兩種燃燒模式在乙醇濃度增加條件下的性能變化。在所有轉(zhuǎn)速下，純乙醇燃燒具有最低QE 值（燃油能量消耗基礎(chǔ)上的油耗）。在EDI+GPI 燃燒模式下，QE 最低值為241 g/(kW?h)。趙樂文[41]詳細(xì)報(bào)道了這兩種燃燒模式的燃油經(jīng)濟(jì)性、氣態(tài)常規(guī)排放物和微粒排放特性。結(jié)果表明，比油耗bESFC隨著乙醇比例的增加而降低；EDI+GPI 燃燒模式比EPI+GDI 節(jié)油效果更明顯；乙醇汽油雙燃料雙噴射系統(tǒng)可大幅度降低微粒排放。

3.3 非常規(guī)污染物排放的研究引起重視

近些年，對(duì)總烴含量（total hydrocarbon content,THC）、CO、NOx和顆粒物等常規(guī)污染物的研究廣受關(guān)注，而對(duì)醇、醛、不飽和烴等非常規(guī)污染物研究也逐漸受到重視[24]。

4 總結(jié)與展望

近幾年來，煉油、汽車等相關(guān)企業(yè)與燃料乙醇企業(yè)共同努力落實(shí)兩個(gè)“方案”，取得初步成效。據(jù)粗略統(tǒng)計(jì)，2019 年我國(guó)生物燃料乙醇產(chǎn)量達(dá)284 萬噸，較上年增長(zhǎng)31.5%。

由于燃料乙醇產(chǎn)業(yè)在經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境中的多重貢獻(xiàn)，政策上得到有力支持，產(chǎn)業(yè)持續(xù)受到各方關(guān)注，整體產(chǎn)業(yè)鏈的研發(fā)活力不斷加強(qiáng)，正帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)向著高質(zhì)量方向發(fā)展。

燃料乙醇企業(yè)正通過從開發(fā)靈活原料加工方式、采用技術(shù)手段降低過程能耗、發(fā)掘凈能量提升空間、開辟纖維素乙醇技術(shù)的新途徑，不斷提升內(nèi)生活力。煉油產(chǎn)業(yè)在積極應(yīng)對(duì)燃料乙醇使用帶來的多種變化，從基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)到產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化做了大量細(xì)致研究和實(shí)踐工作。汽車行業(yè)也在不斷關(guān)注引進(jìn)使用燃料乙醇的新燃料系統(tǒng)，積極設(shè)計(jì)高效、環(huán)保方案，而乙醇燃料電池的開發(fā)應(yīng)用也在不斷取得新成果。另外，從全產(chǎn)業(yè)鏈角度出發(fā)，各界還在不斷探尋有效銜接生物燃料生產(chǎn)和銷售的方式[42-45]。

2020 年7 月1 日我國(guó)將全面實(shí)施國(guó)VIa 標(biāo)準(zhǔn)，為發(fā)展生物燃料乙醇進(jìn)一步增添了良好的產(chǎn)業(yè)發(fā)展氛圍。相信在產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的繼續(xù)通力研究、實(shí)踐中，燃料乙醇產(chǎn)業(yè)將為農(nóng)業(yè)發(fā)展、空氣污染治理、降低石油對(duì)外依存度等方面發(fā)揮更大的作用。