燃料乙醇是以一定比例的乙醇與汽油混配，用作車用燃料，受 20 世紀(jì) 70 年代中期“石油危機(jī)”等因素影響，燃料乙醇工業(yè)在許多國(guó)家得以大力發(fā)展，特別是在巴西、歐美等國(guó)發(fā)展迅速。中國(guó)車用乙醇汽油的使用最初的考慮是轉(zhuǎn)化過(guò)多的“陳化糧”，解決農(nóng)民“賣糧難”問(wèn)題，但隨著油價(jià)不斷走高，燃料乙醇作為“替代能源”的戰(zhàn)略意義愈發(fā)顯現(xiàn)，擴(kuò)大燃料乙醇生產(chǎn)和試點(diǎn)使用成為趨勢(shì)。

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從 2001 年開始，我國(guó)開始燃料乙醇的試點(diǎn)及推廣工作，隨著政府推進(jìn)力度的加大，燃料乙醇的市場(chǎng)化進(jìn)程明顯加快，到 2015 年推廣使用燃料乙醇的省份已擴(kuò)大到了 11 個(gè)省，而我國(guó)也成為世界上繼巴西、美國(guó)之后第三大生物燃料乙醇生產(chǎn)國(guó)。

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目前我國(guó)燃料乙醇生產(chǎn)已經(jīng)形成規(guī)模，從工藝上也走出生物發(fā)酵制乙醇和煤制乙醇兩條路線，其中生物發(fā)酵法主要以玉米、小麥、薯類等為原料，經(jīng)發(fā)酵、蒸餾、脫水等工藝生產(chǎn)無(wú)水乙醇并與汽油混配而成;煤制乙醇則是中國(guó)煤化工行業(yè)新興發(fā)展方向之一，包括工業(yè)尾氣/合成氣微生物發(fā)酵法制乙醇、醋酸直接加氫、醋酸酯化加氫、以及合成氣催化合成制乙醇等細(xì)分工藝。

燃料乙醇不同工藝路線成本測(cè)算

生物發(fā)酵制乙醇

陳糧過(guò)剩和政府補(bǔ)貼成為生物乙醇發(fā)展的大背景。我國(guó)最早規(guī)劃燃料乙醇產(chǎn)業(yè)時(shí)主要參考該產(chǎn)業(yè)發(fā)展較為先進(jìn)的巴西及美國(guó)，即采取了政府扶持發(fā)展生物發(fā)酵制乙醇的路線。

當(dāng)時(shí)我國(guó)糧食過(guò)剩嚴(yán)重，陳糧化問(wèn)題亟待解決，玉米等糧食制乙醇項(xiàng)目首先上馬，此規(guī)劃一舉兩得:即解決了陳糧嚴(yán)重的問(wèn)題，又能夠發(fā)展清潔新能源。同時(shí)，由于當(dāng)時(shí)技術(shù)偏弱，生物發(fā)酵制乙醇成本過(guò)高，我國(guó)主要采取了財(cái)政補(bǔ)貼、稅收優(yōu)惠等政策對(duì)生物乙醇行業(yè)進(jìn)行扶持。

我國(guó)生物發(fā)酵法制乙醇主要經(jīng)歷了三個(gè)階段，分別對(duì)應(yīng)三代燃料乙醇產(chǎn)品，即 G1，G1.5 和 G2。G1 代產(chǎn)品以玉米，小麥等陳糧為原料，通過(guò)生物酶的發(fā)酵，由淀粉轉(zhuǎn)化為乙醇，再加以提純分離，最終得到可以與汽油摻混的無(wú)水燃料乙醇，根據(jù)測(cè)算目前該方法成本在 4500-5000 元/噸之間。G1.5代產(chǎn)品則以提倡的非糧(木薯)等農(nóng)作物為原料，通過(guò)發(fā)酵將淀粉轉(zhuǎn)化為乙醇。

該工藝路線避免了消耗大量可做人畜糧食的玉米，但因?yàn)檗r(nóng)作物需求會(huì)占用大量農(nóng)田，在農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)上不劃算，所以該原料主要依賴于進(jìn)口，并因此帶來(lái)了成本不穩(wěn)定的隱患。以年產(chǎn) 30 萬(wàn)噸木薯乙醇項(xiàng)目為例(總投資 21.6 億元，木薯價(jià)格 1400 元/噸)，經(jīng)測(cè)算其成本在 5300 元/噸左右。由于 G2 代產(chǎn)品成本居高不下，G3 代產(chǎn)品憑借纖維素制乙醇受到國(guó)家和企業(yè)的青睞。

纖維素制乙醇在美國(guó)屬于應(yīng)用最為普遍的工藝，其最大的優(yōu)勢(shì)在于原料易得便宜，但其對(duì)生物催化酶的要求較高，而目前我國(guó)酶生產(chǎn)水平較為落后，故成本仍相對(duì)偏高，經(jīng)測(cè)算我國(guó)使用秸稈生產(chǎn)的燃料乙醇成本約在 5600 元/噸左右。

G1 代玉米乙醇

G1 代乙醇主要依靠玉米、小麥等作物為原料進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)。玉米深加工主要有 3 種工藝方法:全粒法，干法和濕法。

(1)全粒法是不經(jīng)處理直接除雜粉碎投料生產(chǎn)，這種工藝效益不高，但制作工藝簡(jiǎn)單，投資較少，門檻較低，副產(chǎn)品 DDGS(酒糟蛋白飼料)的營(yíng)養(yǎng)成分最好，是理想的飼料原料，一般中小型加工廠主要采用全粒法工藝。

(2)干法工藝用水量較少，蒸餾所需用水也較少，能很大程度降低成本，這種工藝的最終產(chǎn)物 DDGS 中含有胚乳中的蛋白成分，營(yíng)養(yǎng)成分介于全粒法和濕法之間，目前美國(guó)多數(shù)玉米酒精加工企業(yè)主要采用干法工藝。

(3)濕法工藝加工深度最深，效益最好，但是加工投資大，門檻較高，工藝復(fù)雜，用水量較大，這種加工工藝的最終產(chǎn)品DDGS 脂肪含量和蛋白含量較低，一般大型國(guó)有企業(yè)主要采用這種工藝。濕法玉米制備乙醇工藝路線是先經(jīng)浸泡，再破碎除皮，分離胚芽，蛋白獲得粗淀粉漿再生產(chǎn)酒精，最終可獲得玉米油，玉米蛋白粉，玉米纖維蛋白飼料以及 DDG、DDS、DDGS 等。

濕法玉乙醇成本價(jià)約為 4709 元/噸。在成本測(cè)算中玉米價(jià)格按市場(chǎng)價(jià) 1645 元/噸測(cè)算，DDGS 選取吉林地區(qū)市場(chǎng)價(jià) 1750 元/噸測(cè)算，玉米油價(jià)格取市場(chǎng)價(jià) 7000 元/噸測(cè)算，我們測(cè)算得該工藝路線乙醇總成本為 6717 元/噸，考慮副產(chǎn)品總價(jià)值為 2008 元/噸，實(shí)際的乙醇成本約為 4709 元/噸?？紤]玉米去庫(kù)存后價(jià)格有望見底復(fù)蘇，未來(lái)玉米乙醇的成本仍有可能上升。

G1.5 代木薯乙醇

G1.5 代非糧燃料乙醇的代表是以木薯為原料經(jīng)淀粉發(fā)酵得到無(wú)水乙醇。相比其他幾種非糧原料，木薯的酒精產(chǎn)率高達(dá) 180 升/噸，遠(yuǎn)高于甘蔗的 70 升/噸，也略高于甘薯甜菜的 120-125 升/噸。

同時(shí)木薯也比較適宜在我國(guó)南方種植，具有一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，木薯制乙醇也是充分考慮了種植的經(jīng)濟(jì)性和工業(yè)使用的效益。由于近幾年國(guó)內(nèi)木薯價(jià)格快速上漲，我國(guó)木薯使用廠商把目光投向了海外進(jìn)口市場(chǎng)，尤其是東南亞國(guó)家如泰國(guó)、越南等，這也導(dǎo)致我國(guó)對(duì)木薯進(jìn)口依賴度變高，木薯進(jìn)口價(jià)格成為影響木薯乙醇的重要因素。

G2 代纖維素乙醇

G2 代生物乙醇主要以木質(zhì)纖維素，如農(nóng)林廢棄物，玉米秸稈等為原料進(jìn)行加工發(fā)酵制得無(wú)水乙醇。纖維素乙醇生產(chǎn)工藝主要分為前處理、預(yù)處理，糖化和發(fā)酵、產(chǎn)品的分離純化、廢水處理和燃燒發(fā)電等工段。

目前美國(guó)在這方面的研發(fā)處于較為成熟的階段，酶是其中關(guān)鍵因素，而我國(guó)尚處于發(fā)展初期，因此成本居高不下。我們按 3 萬(wàn)噸/年纖維素乙醇(總投資 4.75 億元)、15 年折舊測(cè)算得纖維素乙醇的成本約為 5588 元/噸，若考慮 2016 年 600 元/噸的財(cái)政補(bǔ)貼，實(shí)際成本約為 4988 元/噸，目前處于玉米乙醇和木薯乙醇的中間。

我們對(duì)各條可實(shí)現(xiàn)工業(yè)化或商業(yè)化的煤制乙醇路線進(jìn)行了研究與測(cè)算，并對(duì)其成本進(jìn)行拆分，匯總結(jié)果如下。

合成氣直接制乙醇

煤經(jīng)合成氣直接制乙醇工藝由于工藝流程短，理論上煤耗、能耗、投資成本均較低，目前其主要的影響因素是定向轉(zhuǎn)化催化劑。國(guó)內(nèi)在這方面主要的研究機(jī)構(gòu)有中科院大連物化所和中科院山西煤炭化學(xué)研究所，大連物化所研發(fā)的貴金屬銠基催化劑對(duì) C2+醇的選擇性能達(dá)到 80%，而山西煤化所銅鐵基催化劑對(duì) C2+醇的選擇性只有 50%，但催化劑成本具有優(yōu)勢(shì)，目前上述兩項(xiàng)研究均已實(shí)現(xiàn)中試平穩(wěn)運(yùn)行。

從全球來(lái)看法國(guó) IFP(法國(guó)石油研究院)技術(shù)較為領(lǐng)先，按照其技術(shù)測(cè)算，乙醇的生產(chǎn)成本約為 4070 元/噸。

二甲醚經(jīng)醋酸甲酯合成乙醇

在醋酸酯催化加氫的路線中，源頭基本都是合成氣制甲醇，二甲醚路線首先利用合成氣中的一氧化碳用于羰基化二甲醚得到醋酸甲酯，在利用合成氣中的氫氣催化合成乙醇。該工藝路線相比醋酸源路線的優(yōu)點(diǎn)在于幾乎不需要使用防腐性能高的反應(yīng)釜，在工業(yè)化生產(chǎn)中具有較大的成本優(yōu)勢(shì)。

同時(shí)醋酸甲酯和甲醇也可以作為副產(chǎn)品銷售，方便企業(yè)在乙醇盈利不佳時(shí)轉(zhuǎn)型其他產(chǎn)品。我們根據(jù)延長(zhǎng)石油興化集團(tuán)的工藝路線進(jìn)行測(cè)算，乙醇生產(chǎn)成本約為 4201 元/噸，其中醋酸甲酯按照外購(gòu)價(jià)計(jì)算，如果考慮生產(chǎn)過(guò)程中企業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)勢(shì)，醋酸甲酯價(jià)格將更低。

醋酸加氫制乙醇

該工藝路線主要有煤經(jīng)合成氣制得甲醇，甲醇羰基化得到醋酸，醋酸再加氫制得乙醇。該工藝是目前比較適于大規(guī)模生產(chǎn)的方法之一，其工藝核心部分主要為反應(yīng)催化劑及其選擇性和轉(zhuǎn)化率，此外由于產(chǎn)物中有水存在，后期的分離能耗也將增加部分成本(生產(chǎn)過(guò)程中的醋酸乙酯、乙醛等副產(chǎn)物可以不用分離，其加氫后產(chǎn)物也為乙醇)，目前浦景化工即采用此種工藝，并將其中副產(chǎn)物分離并作為產(chǎn)品銷售，我們根據(jù)此工藝測(cè)算無(wú)水乙醇的生產(chǎn)成本約為 4084 元/噸。

醋酸酯化加氫制乙醇

該工藝主要由醋酸經(jīng)酯化后加氫制乙醇，中間產(chǎn)物可以是醋酸甲酯或醋酸乙酯，醋酸甲酯后續(xù)路線與二甲醚路線類似，而醋酸乙酯催化加氫后產(chǎn)物中沒有甲醇和水，可以減少后期分離提純的能耗，同時(shí)采用適當(dāng)?shù)拇呋瘎┛梢詫⑥D(zhuǎn)化效率提升至 97%-98%。目前中溶科技已經(jīng)投產(chǎn)的乙醇裝置主要采用該工藝，我們根據(jù)測(cè)算得該工藝無(wú)水乙醇的成本約為 4105 元/噸。此處醋酸按照外購(gòu)價(jià)計(jì)算，若考慮大部分企業(yè)都擁有醋酸產(chǎn)業(yè)鏈，其實(shí)際成本將更低。

煤制乙醇成本優(yōu)勢(shì)明顯

與生物質(zhì)燃料乙醇相比，煤制乙醇的成本顯著低于各代生物發(fā)酵乙醇，即使考慮生物質(zhì)乙醇補(bǔ)貼和煤制乙醇 5%消費(fèi)稅以后(生物質(zhì)乙醇免消費(fèi)稅)，我國(guó)煤制乙醇仍然具有成本優(yōu)勢(shì)，其中各路線中成本最高的醋酸酯加氫路線也要比生物質(zhì)乙醇中成本最低的玉米乙醇便宜近 300 元/噸。此外，考慮未來(lái)生物質(zhì)乙醇補(bǔ)貼下行、玉米去庫(kù)存的大趨勢(shì)，煤制乙醇的成本優(yōu)勢(shì)將更為明顯。