2017年我国燃料乙醇工业发展现状分析

燃料乙醇是以一定比例的乙醇与汽油混配，用作车用燃料，受20 世纪70 年代中期“石油危机”等因素影响，燃料乙醇工业在许多国家得以大力发展，特别是在巴西、欧美等国发展迅速。中国车用乙醇汽油的使用最初的考虑是转化过多的“陈化粮”，解决农民“卖粮难”问题，但随着油价不断走高，燃料乙醇作为“替代能源”的战略意义愈发显现，扩大燃料乙醇生产和试点使用成为趋势。从2001 年开始，我国开始燃料乙醇的试点及推广工作，随着政府推进力度的加大，燃料乙醇的市场化进程明显加快，到2015年推广使用燃料乙醇的省份已扩大到了11个省，而我国也成为世界上继巴西、美国之后第三大生物燃料乙醇生产国。

目前我国燃料乙醇生产已经形成规模，从工艺上也走出生物发酵制乙醇和煤制乙醇两条路线，其中生物发酵法主要以玉米、小麦、薯类等为原料，经发酵、蒸馏、脱水等工艺生产无水乙醇并与汽油混配而成；煤制乙醇则是中国煤化工行业新兴发展方向之一，包括工业尾气/合成气微生物发酵法制乙醇、醋酸直接加氢、醋酸酯化加氢、以及合成气催化合成制乙醇等细分工艺。

一、生物发酵制乙醇

陈粮过剩和政府补贴成为生物乙醇发展的大背景。我国最早规划燃料乙醇产业时主要参考该产业发展较为先进的巴西及美国，即采取了政府扶持发展生物发酵制乙醇的路线。当时我国粮食过剩严重，陈粮化问题亟待解决，玉米等粮食制乙醇项目首先上马，此规划一举两得：即解决了陈粮严重的问题，又能够发展清洁新能源。同时，由于当时技术偏弱，生物发酵制乙醇成本过高，我国主要采取了财政补贴、税收优惠等政策对生物乙醇行业进行扶持。

我国生物发酵法制乙醇主要经历了三个阶段，分别对应三代燃料乙醇产品，即G1，G1.5和G2。G1代产品以玉米，小麦等陈粮为原料，通过生物酶的发酵，由淀粉转化为乙醇，再加以提纯分离，最终得到可以与汽油掺混的无水燃料乙醇，根据测算目前该方法成本在4500-5000元/吨之间。G1.5代产品则以提倡的非粮（木薯）等农作物为原料，通过发酵将淀粉转化为乙醇。该工艺路线避免了消耗大量可做人畜粮食的玉米，但因为农作物需求会占用大量农田，在农业经济上不划算，所以该原料主要依赖于进口，并因此带来了成本不稳定的隐患。以年产30万吨木薯乙醇项目为例（总投资21.6亿元，木薯价格1400元/吨），经测算其成本在5300元/吨左右。由于G2代产品成本居高不下，G3代产品凭借纤维素制乙醇受到国家和企业的青睐。纤维素制乙醇在美国属于应用最为普遍的工艺，其最大的优势在于原料易得便宜，但其对生物催化酶的要求较高，而目前我国酶生产水平较为落后，故成本仍相对偏高，经测算我国使用秸秆生产的燃料乙醇成本约在5600元/吨左右。

1、G1 代玉米乙醇

G1代乙醇主要依靠玉米、小麦等作物为原料进行发酵生产。玉米深加工主要有3 种工艺方法：全粒法，干法和湿法。（1）全粒法是不经处理直接除杂粉碎投料生产，这种工艺效益不高，但制作工艺简单，投资较少，门槛较低，副产品DDGS（酒糟蛋白饲料）的营养成分最好，是理想的饲料原料，一般中小型加工厂主要采用全粒法工艺。（2）干法工艺用水量较少，蒸馏所需用水也较少，能很大程度降低成本，这种工艺的最终产物DDGS 中含有胚乳中的蛋白成分，营养成分介于全粒法和湿法之间，目前美国多数玉米酒精加工企业主要采用干法工艺。（3）湿法工艺加工深度最深，效益最好，但是加工投资大，门槛较高，工艺复杂，用水量较大，这种加工工艺的最终产品DDGS 脂肪含量和蛋白含量较低，一般大型国有企业主要采用这种工艺。湿法玉米制备乙醇工艺路线是先经浸泡，再破碎除皮，分离胚芽，蛋白获得粗淀粉浆再生产酒精，最终可获得玉米油，玉米蛋白粉，玉米纤维蛋白饲料以及DDG、DDS、DDGS 等。

湿法玉乙醇成本价约为4709元/吨。在成本测算中玉米价格按市场价1645 元/吨测算，DDGS 选取吉林地区市场价1750 元/吨测算，玉米油价格取市场价7000 元/吨测算，我们测算得该工艺路线乙醇总成本为6717 元/吨，考虑副产品总价值为2008 元/吨，实际的乙醇成本约为4709 元/吨。考虑玉米去库存后价格有望见底复苏，未来玉米乙醇的成本仍有可能上升。

 

2、G1.5代木薯乙醇

G1.5代非粮燃料乙醇的代表是以木薯为原料经淀粉发酵得到无水乙醇。相比其他几种非粮原料，木薯的酒精产率高达180升/吨，远高于甘蔗的70升/吨，也略高于甘薯甜菜的120-125升/吨。同时木薯也比较适宜在我国南方种植，具有一定的经济价值，木薯制乙醇也是充分考虑了种植的经济性和工业使用的效益。由于近几年国内木薯价格快速上涨，我国木薯使用厂商把目光投向了海外进口市场，尤其是东南亚国家如泰国、越南等，这也导致我国对木薯进口依赖度变高，木薯进口价格成为影响木薯乙醇的重要因素。

木薯制乙醇成本约为5275元/吨。我们参考30万吨/年木薯制乙醇，联产10万吨/年二氧化碳工业项目，木薯价格考虑5%进口税和13%增值税后价格约为1400元/吨，以此测算的木薯制乙醇的生产成本约为5275元/吨，若考虑2017年非粮乙醇享受100元/吨补贴，其实际成本约为5175元/吨，比玉米乙醇高出近400元/吨。

3、G2代纤维素乙醇

G2代生物乙醇主要以木质纤维素，如农林废弃物，玉米秸秆等为原料进行加工发酵制得无水乙醇。纤维素乙醇生产工艺主要分为前处理、预处理，糖化和发酵、产品的分离纯化、废水处理和燃烧发电等工段。目前美国在这方面的研发处于较为成熟的阶段，酶是其中关键因素，而我国尚处于发展初期，因此成本居高不下。我们按3万吨/年纤维素乙醇（总投资4.75亿元）、15年折旧测算得纤维素乙醇的成本约为5588元/吨，若考虑2016年600元/吨的财政补贴，实际成本约为4988元/吨，目前处于玉米乙醇和木薯乙醇的中间。

二、煤制乙醇

1、主要工艺路线

煤制乙醇路线与传统生物质制乙醇完全不同，而我国作为煤炭储备大国，长期来看发展煤制乙醇具有巨大优势。煤经合成气制乙醇的工艺路线又可以分为直接法和间接法两种，（1）直接法将合成气直接通过生物发酵或催化剂催化得到乙醇，再加以分离得到无水乙醇，工艺可细分为生物法和贵金属催化法两种（①.生物法、②.贵金属催化法）。由于生物法对原料要求（工业废气）的特殊性，目前只有唐钢和首钢百吨级项目设计成功并投产，区别于其他工业化路线；贵金属催化法需要采用铑等贵金属催化剂，可通过合成气一步制得乙醇，目前仍处于探索阶段，江苏索普集团已有万吨级项目成功投产，但其产品的选择性和转化率仍有待提高。（2）间接法是指以煤制合成气为源头通过甲醇、二甲醚、醋酸、醋酸酯等中间产物，再通过催化加氢得到乙醇，并最终提纯为无水乙醇的工艺路线（③.二甲醚路线、④.醋酸路线、⑤.醋酸酯路线）。二甲醚催化路线：目前有研究指出可通过特定催化剂选择性氧化二甲醚直接得到乙醇，但该方法转化率太低无法满足工业化需求，目前主流方法仍是通过羰基化二甲醚得到醋酸酯，再催化加氢合成乙醇，代表性企业有延长石油兴化集团；醋酸加氢路线：属于煤制乙醇中较为常见的方法，目前该技术处于全球领先的是美国塞拉尼斯公司；醋酸酯加氢路线：醋酸酯可以由醋酸加氢、二甲醚羰基化或其他工艺路线副产得到，再进一步加氢催化可以得到低碳醇混合物，提纯分离后即可得到无水乙醇，该方法较醋酸直接加氢法有腐蚀性小、分离能耗低的优点，也是目前煤制乙醇研究的新方向，中溶科技即采用此种工艺。

我们对各条可实现工业化或商业化的煤制乙醇路线进行了研究与测算，并对其成本进行拆分，汇总结果如下。

2、合成气直接制乙醇

煤经合成气直接制乙醇工艺由于工艺流程短，理论上煤耗、能耗、投资成本均较低，目前其主要的影响因素是定向转化催化剂。国内在这方面主要的研究机构有中科院大连物化所和中科院山西煤炭化学研究所，大连物化所研发的贵金属铑基催化剂对C2+醇的选择性能达到80%，而山西煤化所铜铁基催化剂对C2+醇的选择性只有50%，但催化剂成本具有优势，目前上述两项研究均已实现中试平稳运行。从全球来看法国IFP（法国石油研究院）技术较为领先，按照其技术测算，乙醇的生产成本约为4070元/吨。

3、二甲醚经醋酸甲酯合成乙醇

在醋酸酯催化加氢的路线中，源头基本都是合成气制甲醇，二甲醚路线首先利用合成气中的一氧化碳用于羰基化二甲醚得到醋酸甲酯，在利用合成气中的氢气催化合成乙醇。该工艺路线相比醋酸源路线的优点在于几乎不需要使用防腐性能高的反应釜，在工业化生产中具有较大的成本优势。同时醋酸甲酯和甲醇也可以作为副产品销售，方便企业在乙醇盈利不佳时转型其他产品。我们根据延长石油兴化集团的工艺路线进行测算，乙醇生产成本约为4201元/吨，其中醋酸甲酯按照外购价计算，如果考虑生产过程中企业的产业链优势，醋酸甲酯价格将更低。

4、醋酸加氢制乙醇

该工艺路线主要有煤经合成气制得甲醇，甲醇羰基化得到醋酸，醋酸再加氢制得乙醇。该工艺是目前比较适于大规模生产的方法之一，其工艺核心部分主要为反应催化剂及其选择性和转化率，此外由于产物中有水存在，后期的分离能耗也将增加部分成本（生产过程中的醋酸乙酯、乙醛等副产物可以不用分离，其加氢后产物也为乙醇），目前浦景化工即采用此种工艺，并将其中副产物分离并作为产品销售，我们根据此工艺测算无水乙醇的生产成本约为4084元/吨。

5、醋酸酯化加氢制乙醇

该工艺主要由醋酸经酯化后加氢制乙醇，中间产物可以是醋酸甲酯或醋酸乙酯，醋酸甲酯后续路线与二甲醚路线类似，而醋酸乙酯催化加氢后产物中没有甲醇和水，可以减少后期分离提纯的能耗，同时采用适当的催化剂可以将转化效率提升至97%-98%。目前中溶科技已经投产的乙醇装置主要采用该工艺，我们根据测算得该工艺无水乙醇的成本约为4105元/吨。此处醋酸按照外购价计算，若考虑大部分企业都拥有醋酸产业链，其实际成本将更低。