乙醇市場分析及生產(chǎn)技術進展

郭 琳， 韓艷輝， 胡慧敏， 王佳臻

(陽泉煤業(yè)(集團)有限責任公司化工研究院，山西 太原 030021)

乙醇市場分析及生產(chǎn)技術進展

郭 琳， 韓艷輝， 胡慧敏， 王佳臻

(陽泉煤業(yè)(集團)有限責任公司化工研究院，山西 太原 030021)

對我國乙醇市場現(xiàn)狀和生產(chǎn)工藝進行了分析綜述，提出燃料乙醇是乙醇市場新的增長點。對比分析發(fā)酵法和合成法乙醇生產(chǎn)工藝特點及經(jīng)濟性，認為合成法經(jīng)濟優(yōu)勢顯著，醋酸加氫工藝是目前較好的合成路線。

乙醇；市場分析；發(fā)酵；醋酸

我國乙醇產(chǎn)業(yè)過去的10年，受益于下游白酒和化工行業(yè)市場需求強勁，產(chǎn)能快速擴張。隨著國家政策調(diào)整，乙醇下游產(chǎn)品需求萎縮，致使市場供過于求，乙醇市場也陷入產(chǎn)能過剩境地。然而，燃料乙醇與汽油摻混生產(chǎn)乙醇汽油，可有效緩解我國石油對外依存度過高和霧霾治理等環(huán)保壓力，獲得國家政策支持。近年來，燃料乙醇市場份額逐年擴張，成為乙醇下游的潛力產(chǎn)品。

1 乙醇市場分析

2013年～2015年，我國乙醇行業(yè)開工率約50%，產(chǎn)能過剩嚴重。在此形勢下，市場調(diào)節(jié)滯后，產(chǎn)能仍持續(xù)擴張。2013年，乙醇產(chǎn)能突破1 000萬t/a；2014年，乙醇產(chǎn)能1 110萬t/a，同比擴增10%，消費量600萬t；2015年，乙醇產(chǎn)能增速放緩，同比增長2%，達到1 132.9萬t/a，產(chǎn)量僅550萬t，開機率僅48.55%[1-2]。受產(chǎn)能過剩影響，95%乙醇價格3年間由6 000元/t下跌至4 800元/t，降幅達20%[3]。

乙醇下游主要有白酒、醫(yī)藥、化工產(chǎn)品和燃料乙醇[4-6]。白酒在乙醇下游市場消費量占比約40%，是乙醇的主要消費渠道[3]。白酒行業(yè)自2003年開始經(jīng)歷了10年黃金發(fā)展期，產(chǎn)量年均增長率13%；2014年，產(chǎn)量1 257.13×107L(折65度，商品量)；2015年，白酒產(chǎn)量1 312.8×107L(折65度，商品量)，同比上浮4.43%，增速明顯放緩。受三公消費禁令和嚴查酒駕等的影響，需求量大幅下滑，供需失衡，產(chǎn)業(yè)急需調(diào)整。

化工產(chǎn)品、醫(yī)藥在乙醇下游消費占比約22%～28%，主要用于生產(chǎn)醋酸乙酯、丙烯酸乙酯、乙醛、乙胺等。2015年，醋酸乙酯產(chǎn)能332萬t/a，產(chǎn)量142.48萬t，開工率僅40%，乙醇消耗量約83萬t[7-8]；丙烯酸乙酯產(chǎn)能18萬t/a，產(chǎn)能過剩率166%，供過于求。綜合來看，乙醇下游主要的化工產(chǎn)品供大于求的困境仍將持續(xù)[6]。

燃料乙醇是有望扭轉乙醇過剩困境的重要產(chǎn)品，其消費占比約30%。燃料乙醇含氧量高，添加至汽油中制得乙醇汽油可使汽油充分燃燒，PM2.5減排超過40%，主要污染物(一氧化碳、碳氫化合物、苯系物等)減排超過30%，可減少霧霾形成[9-11]，且相比甲醇汽油安全性更可靠，非金屬部件的腐蝕性問題有效減少。歐美、東南亞等100多個國家均立法推廣使用乙醇汽油，并以巴西、美國的發(fā)展最為成熟，其乙醇汽油覆蓋率超過97%，乙醇消費量占汽油消費量的10%，二者乙醇產(chǎn)量占全球產(chǎn)量的95%以上[9]。

我國燃料乙醇試點運行始于2002年，國內(nèi)實行非糧為主、定點生產(chǎn)、定向流通、封閉運行、政府定價的政策[12-15]。全國現(xiàn)有吉林燃料乙醇、河南天冠、中糧等7家燃料乙醇定點生產(chǎn)企業(yè)，在黑龍江、吉林、遼寧等11個省30多個市區(qū)封閉推廣應用乙醇汽油。2015年，國內(nèi)燃料乙醇產(chǎn)量215萬t，與2014年基本持平。中國燃料乙醇經(jīng)過10余年的推廣發(fā)展，產(chǎn)銷量已躍居全球第3。但相比美國、巴西等國家，仍有較大差距。2014年，我國汽油消費量10 404.91萬t，乙醇汽油消費量2 280萬t，占比22%，遠低于美國97%的普及率[9，10，16]。國家“十二五”規(guī)劃燃料乙醇年利用目標為500萬t/a，實際用量僅為210萬t/a～220萬t/a，且根據(jù)我國《可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃》，生物燃料乙醇2020年利用量將達到1 000萬t/a。由上可見，我國燃料乙醇在未來5年內(nèi)發(fā)展空間較大[17]。

2 乙醇生產(chǎn)工藝

乙醇的生產(chǎn)工藝分為發(fā)酵法和合成法[4，17-20]。

2.1 發(fā)酵法乙醇

根據(jù)原料不同，發(fā)酵法分為：以玉米、小麥為原料的糧食發(fā)酵法(1代乙醇)；以薯類、糖蜜等為原料的非糧發(fā)酵法(1.5代乙醇)；以秸稈等為原料的纖維素發(fā)酵法(2代乙醇)；以合成氣為原料的合成氣發(fā)酵法[12-14，21]。

2.1.1 糧食、非糧發(fā)酵乙醇

糧食、非糧發(fā)酵乙醇是我國乙醇的主要來源，生產(chǎn)工藝成熟可靠，產(chǎn)能占乙醇總產(chǎn)能的94%[22-23]。但其裝置規(guī)模和生產(chǎn)技術相比美國、巴西等乙醇發(fā)展應用成熟的國家，仍存在一定差距。美國乙醇企業(yè)平均規(guī)模均大于20萬t/a，且不斷改進設備、優(yōu)化簡化糖化工序、采用連續(xù)發(fā)酵工藝等，產(chǎn)品濃度高、效率高、成本低[24]；國內(nèi)乙醇企業(yè)規(guī)模大于20萬t/a的僅占7%，急需改造升級，增強國產(chǎn)乙醇產(chǎn)品競爭力[25]。

2.1.2 纖維素發(fā)酵乙醇

纖維素發(fā)酵乙醇需經(jīng)纖維素酶水解成單糖，才能進一步發(fā)酵生產(chǎn)乙醇，因其分解酶、廢液處理成本高等使產(chǎn)業(yè)化投資大，國內(nèi)未實現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)，目前處于工業(yè)示范階段。進行相關研究的僅有龍力生物、天冠、中糧等五六家企業(yè)；中石油和大唐公司雖積極與國內(nèi)外經(jīng)驗企業(yè)合作，規(guī)劃建設纖維素乙醇項目，但多數(shù)仍處于前期交流中。目前，國內(nèi)現(xiàn)有纖維素乙醇產(chǎn)能約12萬t/a，產(chǎn)能統(tǒng)計如表1所示[26-28]。歐美已攻克分解酶技術，約10家企業(yè)實現(xiàn)了纖維素乙醇工業(yè)規(guī)模運行，產(chǎn)能約55萬t/a。

表1 國內(nèi)纖維素乙醇產(chǎn)能

2.1.3 合成氣發(fā)酵法合成乙醇

合成氣發(fā)酵法是合成氣經(jīng)細菌發(fā)酵后回收細菌、提濃精制得到乙醇產(chǎn)品，國內(nèi)主要采用新西蘭朗澤公司技術。該工藝在上海寶鋼集團已建成300 t/a示范裝置，采用煉鋼廠尾氣經(jīng)厭氧菌發(fā)酵、膜分離技術回收細菌制得乙醇，項目已經(jīng)試車成功。后期，首鋼引進朗澤技術，裝置整體搬遷至首鋼，經(jīng)多次優(yōu)化、改造升級、試車，但技術仍未實現(xiàn)連續(xù)化運行[4，19，20，29]。

2.2 合成法乙醇

合成法分為石油路線和煤化工路線。石油路線為乙烯經(jīng)水合反應制得乙醇。工業(yè)化應用的有液體硫酸和固體磷酸2種催化劑，因腐蝕性和污染問題，硫酸催化劑已被淘汰，工業(yè)應用固體酸催化劑。在石油化工發(fā)達國家，乙烯水合法得到廣泛應用，但由于反應過程副產(chǎn)異構高碳醇，有害人體健康，因而禁止用于食品、醫(yī)藥領域，僅限用于工業(yè)和燃料領域。國內(nèi)由于石油資源匱乏，限制了石油路線乙烯水合法的應用[17]。

煤化工路線是以合成氣為原料，經(jīng)化學合成得到乙醇，包括直接法和間接法。直接法合成乙醇有2種工藝，均以合成氣為原料：一種是合成氣經(jīng)催化合成C2含氧化合物，再經(jīng)進一步加氫得到乙醇，由大連化物所和索普集團建設中試裝置；另一種是合成氣在催化劑作用下直接合成C1～C5低碳混合醇，經(jīng)分離得到乙醇產(chǎn)品，現(xiàn)有催化劑對乙醇最高選擇性為醇類產(chǎn)品的50%[17]，神華集團和山西煤化所對該工藝進行了工業(yè)側線試驗。但目前，2種工藝均存在乙醇收率低的問題，經(jīng)濟性受到制約，未實現(xiàn)工業(yè)化應用。

間接法分為醋酸路線和醋酸酯路線，由合成氣先合成甲醇[4，17，30]，醋酸路線是甲醇羰基化直接形成醋酸，直接加氫得到乙醇；醋酸酯路線為二甲醚羰基化形成醋酸甲酯或醋酸經(jīng)酯化生成醋酸酯，醋酸酯加氫生成乙醇，2種醋酸酯來源均可避免醋酸直接參加反應，降低反應器材質(zhì)要求。

間接法醋酸路線和醋酸酯路線均有工業(yè)化裝置投產(chǎn)。目前，已投產(chǎn)的合成乙醇廠家有5個，產(chǎn)能合計67.1萬t/a，占乙醇總產(chǎn)能的5.82%[23]。雖然相比發(fā)酵法比重較小，但其成本低廉，市場競爭力較強，產(chǎn)能增長潛力較大。據(jù)統(tǒng)計，未來1年～2年，新增合成乙醇產(chǎn)能達47萬t/a。合成乙醇產(chǎn)能統(tǒng)計如表2所示。其中，已投產(chǎn)產(chǎn)能中，醋酸加氫工藝產(chǎn)能30.5萬t/a、企業(yè)2家；醋酸酯加氫工藝產(chǎn)能36.6萬t/a、企業(yè)3家，且獨占新增產(chǎn)能，是目前合成乙醇主流工藝。新增產(chǎn)能中，陜西興化采用與大連化物所合作技術，由二甲醚羰基化制取醋酸甲酯，酯加氫制得乙醇產(chǎn)品，2016年年底建成10萬t/a工業(yè)示范裝置。二甲醚羰基化、加氫工藝，避免醋酸生成，無耐腐蝕性設備的要求，是間接法合成乙醇的新工藝。

2.3 工藝對比

乙醇生產(chǎn)發(fā)酵法與合成法工藝分析對比如表3。

表2 合成法乙醇產(chǎn)能統(tǒng)計

表3 發(fā)酵法和合成法乙醇工藝對比

發(fā)酵法中，糧食發(fā)酵法、非糧發(fā)酵法技術成熟，均已實現(xiàn)工業(yè)應用。其中，非糧發(fā)酵法不與民爭糧，獲得國家政策支持和補貼，且原料消耗量、價格相比玉米糧食發(fā)酵都具有競爭優(yōu)勢，是目前新上發(fā)酵法乙醇的推薦工藝。但其國內(nèi)原料供應存在季節(jié)性制約，產(chǎn)不足需，有與糧爭地的嫌疑，目前大量原料需進口[31-33]。纖維素發(fā)酵法以農(nóng)作物廢棄秸稈、玉米芯、木質(zhì)素等為原料，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)廢棄物的綠色高效回收利用，成本低廉，不存在與糧爭地問題，待技術瓶頸攻克后，將是極具競爭力的工藝。投資方面，以同等規(guī)模估算，糧食發(fā)酵法和非糧發(fā)酵法投資相當，纖維素發(fā)酵法投資強度是前者的3倍，投資較高。

合成法中，醋酸及酯化加氫路線的原料消耗相當，均實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，但酯化加氫工藝路線長，公用工程消耗大于醋酸直接加氫。二甲醚羰基化、加氫工藝路線，避免了腐蝕性醋酸的生成，但工藝流程長，僅有示范裝置在建，消耗數(shù)據(jù)未見報道。投資方面，醋酸酯化路線投資最優(yōu)；醋酸路線次之；二甲醚羰基化投資相比醋酸酯化路線高出1倍，投資金額最高。綜合對比發(fā)酵法和合成法，以相同規(guī)模估算，合成法比發(fā)酵法節(jié)約40%，經(jīng)濟性優(yōu)勢明顯。

3 乙醇經(jīng)濟性分析

乙醇生物發(fā)酵法不同工藝生產(chǎn)成本對比如表4[27-33]。其中，玉米發(fā)酵法和纖維素發(fā)酵法的生產(chǎn)成本較高，5 600元/t～5 800元/t。糧食發(fā)酵法生產(chǎn)成本組成中，原料占比達90%以上，對乙醇的成本起決定作用。纖維素發(fā)酵法采用廢棄玉米芯等為原料，成本低廉，僅500元/t，原料占比50%，發(fā)酵過程纖維素酶成本較高，占比30%，暫未形成經(jīng)濟優(yōu)勢。但其改變農(nóng)業(yè)廢棄物傳統(tǒng)焚燒處理方法，綠色回收利用，生產(chǎn)高附加值乙醇產(chǎn)品同時，減少霧霾的形成，受國家政策支持力度最大，2016年實行600元/t補貼。木薯發(fā)酵法生產(chǎn)成本較低，4688元/t，原料成本占比約85%，決定木薯乙醇經(jīng)濟性優(yōu)劣。此外，木薯乙醇屬非糧乙醇，2016年獲得政策補貼200元/t，木薯發(fā)酵法經(jīng)濟競爭力較強[6]。綜合來看，改進工藝，降低原料消耗，尋找更低價格原料，是降低發(fā)酵乙醇成本的關鍵。

表4 發(fā)酵法乙醇成本對比①

合成法制乙醇不同工藝路線生產(chǎn)成本對比如表5所示[4，35]。醋酸加氫工藝簡單，公用工程消耗少，生產(chǎn)成本最低，4 600元/t；醋酸酯加氫工藝，原料消耗與醋酸直接加氫路線相當，但工藝流程相對較長，公用工程消耗多，生產(chǎn)成本略高。在成本方面，醋酸加氫工藝經(jīng)濟性優(yōu)于醋酸酯加氫工藝。在成本構成中，醋酸原料占比59%～63%，是決定乙醇成本的關鍵因素。目前，二甲醚羰基化法無示范裝置或工業(yè)裝置投產(chǎn)，暫無生產(chǎn)消耗數(shù)據(jù)。

據(jù)統(tǒng)計，2016年，無水乙醇價格5 500元/t～5 800元/t，95%乙醇價格4 700元/t～4 800元/t。合成法無水乙醇，毛利潤600元/t～900元/t。發(fā)酵法僅木薯乙醇成本低于產(chǎn)品價格，但已處于盈利點附近；纖維素乙醇和玉米乙醇(不計副產(chǎn)品)處于虧損。由上可見，合成法乙醇成本競爭優(yōu)勢明顯，發(fā)展?jié)摿^大。

表5 合成法乙醇生產(chǎn)成本對比

4 結論

乙醇因其主要消費市場白酒和化工行業(yè)低迷，持續(xù)過剩局面。但其下游燃料乙醇可添加至汽油中，有效提高汽油辛烷值，降低CO、碳氫化合物及固體顆粒物排放，有利于霧霾治理，降低我國石油對外依存度，其發(fā)展得到國家政策支持。隨著國家對乙醇汽油的進一步推廣，燃料乙醇市場將迎來新的增長。

現(xiàn)有工業(yè)化乙醇生產(chǎn)方法中，發(fā)酵法產(chǎn)能占比94%，行業(yè)影響力較大；但化學合成法經(jīng)濟性優(yōu)勢明顯，產(chǎn)能快速擴張。化學合成法中，醋酸加氫路線流程短、生產(chǎn)成本低，是最具競爭力的合成法工藝路線，但僅國外塞拉尼斯在南京實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，需加大研發(fā)力量，攻破技術壟斷。

[1] 林美杰.2015年中國乙醇產(chǎn)能供應分析[DB/OL].2015,http://chem.chem99.com/news/19553388.html.

[2] 林美杰.2014年酒精市場大事記[DB/OL].2014,http://chem.chem99.com/news/16378740.html.

[3] 繆琦敏.2013年乙醇行情分析[EB/OL].2013，http://www.100ppi.com.

[4] 宋勤華,邵守言.煤制乙醇的研發(fā)進展與市場分析[J].精細化工原料及中間體,2012(10):3-8.

[5] 孫允鳳,楊向宏.酒精(乙醇)：誰動了你的“奶酪”？[DB/OL].2013,http://www.sci99.com/news/8618494.html.

[6] 林美杰.乙醇：合成項目duang duang來襲自信源于何方？[DB/OL].2015,http://chem.chem99.com/news/17359574.html.

[7] 李晶.醋酸乙酯，"夕陽產(chǎn)品"[DB/OL].2015,http://www.chem99.com/news/s_17489483.html.

[8] 張麗平.乙酸生產(chǎn)技術研究進展及市場分析[J].石油化工技術與經(jīng)濟,2016，32(1):23-28.

[9] 《生物產(chǎn)業(yè)技術》編輯部.迎難而上,積極推進燃料乙醇產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展——訪中糧集團總工程師、中國工程院院士岳國君[J].生物產(chǎn)業(yè)技術,2016(2):59-62.

[10]孫元寶,邱貞慧,劉智恒.乙醇汽油的發(fā)展與應用研究[J].山東化工,2016,45(7):61-63，65.

[11]謝忠設.乙醇汽油:減霾產(chǎn)品緣何不叫座[J].中國石油和化工,2016(2):44-46.

[12]范章豪,吳淑晶.燃料乙醇的發(fā)展現(xiàn)狀及展望[J].河南化工,2015,32(11):7-9.

[13]雷齊玲.燃料乙醇技術研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢分析[J].廣州化工,2015,43(5):42-43.

[14]趙天洋.對燃料乙醇發(fā)展現(xiàn)狀的思考[J].科技展望,2015(27):55.

[15]曹俐.我國液態(tài)生物質(zhì)燃料補貼政策效應評價研究[J].經(jīng)濟問題,2016(4):63-68，101.

[16]2015年1-12月份中國汽油表觀消費量統(tǒng)計分析[DB/OL].2016,http://www.sci99.com/news/20404749.html.

[17]唐宏青.現(xiàn)代煤化工新技術[M].北京:化學工業(yè)出版社,2016.

[18]李忠，謝克昌.煤基醇醚燃料[M].北京:化學工業(yè)出版社,2011.

[19]錢伯章.煤制乙醇技術與應用[J].化學工業(yè),2014,32(Z1):26-31.

[20]王宏濤,呂建寧,呂靜,等.煤制乙醇技術的研究及開發(fā)應用進展[J].煤化工,2014,42(4):3-8.

[21]徐寶國.乙醇生產(chǎn)技術及發(fā)展對策[J].化工管理,2016(14):187.

[22]林美杰.乙醇：合成黑馬虎視眈眈木薯酒精長線情緒動蕩不安[DB/OL].2016,http://chem.chem99.com/news/22246974.html.

[23]林美杰.乙醇：新一輪"投產(chǎn)潮"來襲合成乙醇來勢洶涌[DB/OL].2016,http://chem.chem99.com/news/21685960.html.

[24]姜芹.玉米基原料發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇的分析與探索[D].大連：大連理工大學,2012.

[25]中財網(wǎng).2013國產(chǎn)乙醇行業(yè)艱難前行[EB/OL].2013,http://www.100ppi.com/forecast/detail-2013-06-03-33312.html.

[26]馬國杰.纖維乙醇不同生產(chǎn)工藝路徑的技術經(jīng)濟比較[J].現(xiàn)代化工,2014,34(9):133-136.

[27]郭衛(wèi)軍.纖維素乙醇商業(yè)化現(xiàn)狀及發(fā)展建議[J].當代石油石化,2015,23(12):25-30.

[28]林鑫,閔劍.纖維素乙醇產(chǎn)業(yè)發(fā)展及技術經(jīng)濟案例分析[J].當代石油石化,2015,23(6):34-41.

[29]錢伯章.煤制乙醇技術與市場[J].乙醛醋酸化工,2013(4):21-25，20.

[30]陳光達,陳繼軍.煤制乙醇：第六條現(xiàn)代煤化工路徑[N].中國化工報.2016-08-09(7174).

[31]胡志遠,張成,浦耿強,等.木薯乙醇汽油生命周期能源、環(huán)境及經(jīng)濟性評價[J].內(nèi)燃機工程,2004,25(1):13-16.

[32]楊新亭.TG公司木薯燃料乙醇項目可行性研究[D].南京：南京理工大學,2013.

[33]姬卿,傅國華,閔義.海南木薯燃料乙醇循環(huán)生產(chǎn)模式的構建及經(jīng)濟評價[J].安徽農(nóng)業(yè)科學,2015,43(10):341-343，350.

[34]凌晨,唐麗.醋酸直接加氫制乙醇工藝及經(jīng)濟性分析[J].天然氣化工(C1化學與化工),2013,38(2):60-62.

[35]沈洪源.醋酸制乙醇工藝路線的技術經(jīng)濟分析[J].化工管理,2015(22):107-109，150.

[36]俊俊.年產(chǎn)50萬t的燃料乙醇項目在遼開建[J].浙江化工,2016,47(1):36.

Ethanol market analysis and production technology progress

GUO Lin, HAN Yanhui, HU Huimin, WANG Jiazhen

(Chemical Research Institute of Yangquan Coal Industry (Group) Co., Ltd., Taiyuan Shanxi 030021, China)

The present situation of market and production technology progress for ethanol are reviewed. Fuel ethanol is being the new growth point of ethanol market. This paper conducts a comparative analysis of characteristics and economical efficiency of fermentation process and synthesis of ethanol. The synthetic method has obvious economic advantages and hydrogenation of acetic acid is the better chemical way producing ethanol.

ethanol; market analysis; fermentation; acetic acid

2016-11-17

郭 琳，女，1988年出生，2013年畢業(yè)于太原理工大學，碩士學位，主要從事煤炭潔凈轉化研究工作。

10.16525/j.cnki.cn14-1109/tq.2017.02.13

TQ223

A

1004-7050(2017)02-0039-05

綜述與論壇