28 Industil Satery安全與環(huán)保p2006年第32卷第10期 October 2006環(huán)境工程燃料乙醇應用對環(huán)境的影響王艷坤張建強孟祥明2(1.西南交通大學環(huán)境科學與工程學院成都6100312.天津大學環(huán)境科學與工程學院天津300072摘要燃料乙醇作為可再生的替代能源被越來越廣泛地利用。從對空氣的影響、對土壤和地下水的潛在影響能源的有效性和能源的可持續(xù)性4個方面闡述了燃料乙醇使用對環(huán)境的影響效應,既說明了其顯著的優(yōu)勢又提出了存在的問題及相關建議旨在更充分地發(fā)揮燃料乙醇的能源價值。關鍵詞燃料乙醇環(huán)境能源 Effect of Fuel Ethanol on Environment WANG Yan-kun' ZHANG Jian-qiang' MENG Xiang-ming? (1. School of Enxironmental Science and Engineering Southwest Jiaotong University Chengdu 610031) Abstract As the renewable energy ethanol is used more and more widely. In order to use it effectively the influence of ethanol on environment is explained from several aspects such as effects on air potential effects on soil and underwater effectiveness of energy and the sustainability of energy. Its obvious advantages are expounded and the existed problems and suggestions are put forward saiming at giving full play to energy value. Keywords ethanol fuel environment energy隨著世界人口的增加和更多國家的工業(yè)化能源消費穩(wěn)耗45.4億L約占汽油總消耗量的1%同年美國政府步增加而作為主要能源的石油則日益匱乏這種能源的供提出到2010年生物燃料在全美能源中所占比重要提高3需矛盾必然影響到經濟的發(fā)展和社會的安定因此世界各國倍達到20%的發(fā)展目標。與此同時瑞典和法國亦以小麥紛紛展開新的替代能源的研究與開發(fā)其中以燃料乙醇最為等為原料生產燃料乙醇添加到汽油和柴油中應用。歐盟也突出。采取了相關措施促進生物燃料使用,計劃到2005年生物燃20世紀30年代巴西首先開始大范圍使用乙醇-汽油混料作為交通運輸燃料至少占市場份額的2%到2010年末至合燃料在汽油中摻入22%的乙醇或全部代替汽油。1999少占5.75%到2020年生物質乙醇能源在總能源結構中所年巴西乙醇產量達近130億L除少量出口外其余全部自占比例將提高到8%4加拿大也將這種混合燃料列入本用。20世紀70年代世界石油危機后10%乙醇與無鉛汽國的環(huán)境保護計劃( Ecologo在我國用玉米生產燃料乙油混合的方法引入美國并在中西部各州占領市場。20世紀醇已受到政府和相關部門的高度重視。河南省吉林省和黑80年代乙醇與柴油混合在技術上的可行性得到了證明。龍江省等地已開始建立推廣車用乙醇汽油的試點。到1999于是美國開始以玉米生產燃料乙醇并將其應用于混合燃年全球乙醇產量已達330億其中有58%用作汽車燃料。料。1999年美國乙醇產量達60億L其中僅運輸部門就消可見燃料乙醇作為新的替代能源正得到越來越廣泛的2.28012.17012.06e0參考文獻1.94e011.3-011鐘秦,燃煤煙氣脫硫脫硝技術及工程實例北京化學工業(yè)出版1.72011.61+01社2002.79-841.50+011.38012楚華李愛民李潤東等.湍球塔氣體流動的數值模擬.中國電1.271.16e+01力200411)75-771.05019.38003王福軍,計算流體動力學分析—CFD軟件原理與應用,北京清.26007.1400華大學出版社2004.123-1256.02004.9000作者簡介尹連慶,男1959年生,河北衡水人教授主要從事環(huán)境3.79002.6700工程理論研究和教學工作。1.5504.34-01圖4矢 vectors量)圖(收稿日期2006-01-10)29重視其未來的應用前景不可估量。但是在利用這種新能源燃料的燃燒對氮氧化物排放的影響尚存在爭議Spreen and的同時也要充分考慮到它對環(huán)境的影響,到趨利避害,合Kass et al67的測試表明乙醇-柴油混合燃料使氮氧化物理利用從而最大限度地發(fā)揮其燃料優(yōu)勢。的減少從0到4%-5%不等。美國的監(jiān)測數據證明了E10與1對空氣的影響臭氧濃度增加有關。胡志遠等91在乙醇-汽油混合燃料的任何燃料燃燒在釋放能量的同時都不可避免地向空氣周期評價中得出除E1外其他濃度的混合燃料所產生的氮中排入副產物,乙醇也不例外,但不同燃料燃燒產生副產物氧化物均高于純汽油。張潤鐸等的試驗表明乙醇柴油混的種類、數量和濃度各不相同因此對空氣質量的影響程度合燃料較純柴油燃燒排放的氮氧化物有明顯的增加。但氮自然也不同。氧化物的排放除與燃料有關外還受空氣與燃料比例等因素1.1對顆粒物、一氧化碳和烴類物質排放的影響的影響所以乙醇的引入對氮氧化物的排放的影響幅度并不燃料燃燒過程中顆粒物(PM)一氧化碳(CO)和烴類物明顯。質(CH)的產生主要是由于燃料不完全燃燒而引起的,乙醇1.6對其他有害氣體排放的影響作為一種含氧有機燃料它的摻入會促進混合燃料的燃燒,其他一些氣體的排放有的也會給空氣造成污染,例如減少由于燃燒不充分而引起的污染物排放。這一理論在很SO2會引發(fā)硫酸煙霧乙烯醛類的臭氧活性較高易造成地多試驗中得到了證明Spreen and Kass et al.7的測試表明面臭氧和光化學煙霧等。 Marek and Evanof發(fā)現(xiàn)在柴油中10%和15%的乙醇-柴油混合燃料分別使PM減少20%添加乙醇減少了硫的含量,有效地減少了SO2的排放量。還27%和30%-41%湯曉東的試驗表明與汽油相比,乙醇有資料報道E10減少了13丁二烯、苯、甲苯、二甲苯等的排汽油混合燃料的汽車尾氣中C、CH的排放量分別下降放增加了甲醇、乙烯、丙酮、甲醛、丙烯醛等的排放30.8%和13.4%湖志遠等在乙醇-汽油混合燃料的周期總之,乙醇混合燃料對PM、CO、NO、SO2、CO2、烴類、苯、評價中得出E10(在汽油中摻入10%體積的乙醇)替代汽油甲苯、二甲苯、甲醛、乙醛、甲醇、乙醇乙烯、1丁二烯、丙可使PM、CO和CH的排放量分別下降44%、2%和15%;中酮等的排放都有不同程度的影響其中大多是積極的也有科院的張潤鐸等10通過試驗證明乙醇-柴油混合燃料替代部分是消極的針對那些排放量增大的氣體,可通過改進機純柴油可使PM、CO和CH的排放量均有不同程度的降低。車結構添加助溶劑使用接觸反應轉爐改建氣體排放控制1.2對溫室氣體(GHG排放的影響系統(tǒng)等措施加以控制以輔助乙醇混合燃料的使用。生產乙醇的過程很少使用外部化石燃料主要是由生物此外筆者通過對比發(fā)現(xiàn)針對同一物質的排放,不同的質提供所需的熱能和92%的電能,乙醇的燃燒過程也只是研究者得出的結論也不盡相同這主要是因為相當多的排放釋放在植物生長過程中儲存在植物體內的O2,另外燃料的數據受到各種因素影響如機車燃料的測定技術、各種控制C/H越大釋放單位熱量的CO2就越多在燃料中摻入一定技術、測試程序、測試條件以及模型的差異等所以建議建量的乙醇可減少C/H也就可以降低CO2的排放量,從而減立嚴格統(tǒng)一的空氣質量模型規(guī)范測試技術以確保得到更緩全球變暖。胡志遠等在乙醇-汽油混合燃料的周期評可靠的排放數據。另一方面乙醇的添加比例不同對產物價中得出,E10替代汽油可使CO2的排放量下降7%。一些的排放影響也不相同所以對混合燃料的研究還有待于具體預測表明生產和使用1L乙醇來代替汽油可減少0.54-細化也就是要針對不同乙醇比例的燃料進行測試對不同0.57kgCO2的排放即汽油燃燒時CO2排放量的90%燃料給予準確的評價為燃料選擇提供更詳盡可靠的依據。1.3對乙醇排放的影響2對土壤和地下水的影響低比例乙醇混合燃料與純汽油相比有較高的蒸氣壓和在汽油中添加乙醇不僅增大了揮發(fā)性也增加了對金屬較大的滲透率。這就導致大量乙醇因揮發(fā)或滲透而進入空和聚合物的滲透率。乙醇汽油在接觸水以后就會發(fā)生相氣同時也相應增大了其他氣體的排放不僅造成損失也污態(tài)分離,乙醇進入水相增大了燃料的體積從而增加對地下染了空氣。巴西是唯一大范圍應用乙醇燃料的國家,大約鋼鐵儲藏罐的腐蝕增加泄漏到周圍土壤的風險。在美國中70%-75%的機車使用E20-E2515%-20%的機車使用純乙央對運輸的研究中建議純乙醇或乙醇含量高的汽油燃料不醇其余的使用柴油2001年巴西圣保羅市的空氣中乙醇濃應用鋁、鋅、錫、鉛焊接裝置或者黃銅裝置來儲存。一些非金度是洛杉磯的23-78倍12屬的材料暴露在乙醇含量高的條件下也會降解如天然橡1.4對乙醛排放的影響膠聚亞胺酯、軟木墊圈、皮革、粘合聚酯纖維絲、聚氯乙烯、聚乙醛是一種危險化合物很可能具致癌性,也是聚丙酰胺、甲基丙烯酸塑料等16烯腈(PAN)的前體是帶有劇烈毒性的呼吸刺激物是眾所泄漏的乙醇會增大粘土的滲透性,一旦與地下水或地表周知的植物毒素。 Knapp等131發(fā)現(xiàn)E10的燃燒使乙醛的排水接觸將增加汽油中有害物質的溶解性。在周圍環(huán)境中乙放量變?yōu)樵瓉淼?00%-200%,有時甚至達到700%。據報醇還會優(yōu)先得到微生物的降解使微生物和環(huán)境條件適應乙道在巴西的4個主要城市空氣中乙醛的體積分數要明顯高醇的降解,從而抑制汽油污染物尤其是二甲苯(TEX)的生于世界上任何一個城市這種潛在的危害應引起關注。物降解影響自然界的自我修復能力增加周圍環(huán)境的負荷。30除只留下70萬17?？梢妰Σ毓薜膰栏駱藴屎腿剂舷到y(tǒng)的防滲漏問題。說明以及監(jiān)測要求都急需引入。(3)在燃料中添加乙醇會提高燃料的燃燒熱效率。在生3能源的有效性命周期評價中凈能量價值會隨著生產技術的進步和革新發(fā)乙醇是含有羥基的含氧燃料在燃燒過程中有自供氧效生變化能源的有效性也會不斷提高應該不斷進行試驗找應燃燒較均勻局部富氧和局部缺氧的幾率減少燃燒速度到最佳工藝路線以最大效率發(fā)揮乙醇燃料的燃燒熱效率和火焰?zhèn)鞑ニ俣容^高,從而使燃燒的定容性較好,燃燒持續(xù)(4)燃料乙醇的使用可減少對化石燃料的依賴,有利于期較短燃燒熱效率高。然而乙醇的熱值較低混合燃料的人類的可持續(xù)發(fā)展,其生產使用的可持續(xù)性可通過尋找豐富燃料消耗率較高該不足可通過改變工況條件得以改善。廉價的替代原料降低成本以及配套生產技術的成熟化而實在生命周期評價期間乙醇的凈能量價值(NEV)等于它現(xiàn)因此應加強利用各種廉價原料生產燃料乙醇的工藝優(yōu)化的燃料能量減去在它生產和運輸過程中所消耗的能量。由研究。于在生命周期評價期間選擇的評價模型不同造成結論不盡總之乙醇作為一種新型替代燃料具有環(huán)境污染小、燃相同這就要求對模型進行規(guī)范此外通過改變乙醇的生產燒效率高、可再生性強等優(yōu)勢,相信通過不斷研究,趨利避原料和生產過程也會改變它的凈能量價值例如使用植物纖害一定具有更廣闊的利用空間和更大的環(huán)境經濟價值。維和廢棄物纖維作原料優(yōu)化生產條件和工藝過程等都會參考文獻減少生產過程中的能量消耗通過建立中轉站和路線優(yōu)化也1 Rosillo-Calle Fand Heatford. Alternatives to petroleum fuels for可以減少運輸過程中的能量消耗?？傊S著技術的進步,乙 transport Brazilian experience. Sci Public policy ,1987,14337-345醇燃料的有效性也會逐漸得到提高。2李盛賢,賈樹彪顧立文利用纖維素原料生產燃料酒精的研究進4能源的可持續(xù)性展釀酒20053x2):13-16乙醇是一種可以通過發(fā)酵糖來生產的可再生能源它的3 Wang Saricks Santini Effects of Fuel Ethanol use on Fuel- Cyele Energy and Greenhouse Gas Emissions. Argonne National使用可減少對不可再生的化石燃料的依賴,緩解能源危機, Laboratory Argonne,..1999有利于人類的可持續(xù)發(fā)展。 4 Alan C Hansen ,Qin Zhang Peter W L Lyne. Ethanol-diesel fuel blends現(xiàn)在利用糧食來生產燃料乙醇的技術已經成熟而且這 -a review. Bioresource Technology 2005 96 277-285也是燃料乙醇生產的主要手段。然而隨著人口的劇增糧食5 Sheldldon Duff William Murray Boconversion of forest的短缺,該生產會受到土地、原料等方面的限制從而進一步 productsiindustry waste ecellulosics to fuel ethanol. a review. BIOreSIE"提高了乙醇的成本使得該行業(yè)難于創(chuàng)收反而成為國家的 Technology ,99655133補貼對象。另一方面如果通過加大糧食的生產來解決原料6 Spreen,k, Evaluation of oxygenated diesel fuels Final report for Pure的問題那么會相應地減少其他種類植物的種植從而影響到 Energy Corporation prepared at Southwest Research Institute,San生物的多樣性。 Antonio,TX.1999為了解決這些問題使乙醇燃料生產可持續(xù)地進行下7 Kass MD, Thomas, Storey Met al Emissions from5 59. liter去可以從尋找更加豐富而廉價的原料上著手據資料表 diesel engine fueled with ethanol diesel blends. SAE Technical Paper明8】植物每年通過光合作用能產生高達15.5×100纖維2001-01-2018(SP-1632)素類物質其中纖維素、半纖維素的總量為8.5×10t而每8湯曉東乙醇汽油的安全生產及環(huán)境保護石油化工安全技術,200521(2)32-37年用于工業(yè)過程或燃燒的纖維素僅占2%左右有很大一部9胡志遠戴杜張成等木薯乙醇-汽油混合燃料生命周期評價分未被利用。還有一些廢棄物,包括①造紙廠的纖維渣、鋸內燃機學報200321(5)21-8末等林業(yè)廢棄物④城市廢棄物如廢紙、包裝紙等。若10張潤賀泓張長斌等.乙醇柴油混合燃料的制備工藝和廢氣將它們加以利用不僅能降低乙醇成本有效利用資源還能的排放特性環(huán)境科學20032(4):1-6減輕環(huán)境污染可謂一舉多得。因此現(xiàn)在需要有更多有關利 Macedo L G. Greenhouse gas emissions and bioethanol production and用植物纖維和廢棄物纖維生產燃料乙醇的技術研究包括原 utilization in Brazil. Biomass and Bioenergy料預處理的方法、適宜菌種的分離篩選、發(fā)酵條件的優(yōu)化和12 Grosjean, Grosjean Moreira LFR. Speciated ambient carbonyls in工藝路線的摸索等等,從而推動燃料乙醇生產的技術革命,R de Janeiro, Brazil. Environ Sci Technol. 2002 36:1389-95促進燃料經濟的可持續(xù)發(fā)展。 13 Knapp KT Stump FD, Tejada SB. The effect of ethanol fuel on the5結論 emissions of vehicles over a wide range of temperatures. Air Waste Mgn(1)燃料乙醇的使用會減少大多數污染物的排放,但有 Assoc ,1998.487)646-53 14 Correa SM Martins EM, Arbilla G. Formaldehyde and acetaldehyde i些氣體的排放有所增加應采取必要措施加以控制。不同混 a high traffic street of Rio de Janeiro Brazil. Atmos Environ 2003 37合比例的燃料對空氣的影響不同,有待進一步細化研究區(qū)23-9別對待。 15 Marek, Evanoff J. The use of ethanol blended diesel fuel in(2)燃料中添加乙醇增加了對容器腐蝕的風險,增大了 unmodified, compression ignition engines An interim case study.in:污染物的溶解度阻礙污染物的生物降解從而增加了土壤 dings the Air and Waste Manacement dsociation4th nmual2006年第32卷第10期 October 2006工業(yè)安全與玩 mental Protection Industrial Safety and Envi31鄯善采油油田回注水水質劣化原因及對策林孟雄陳坤王兵鐘升胥鋒(西南石油學院四川新都610500摘要鄯善采油廠4000m3/d污水處理站于2000年1月投運采用水力旋流+聚結斜管除油+兩級精細過濾”的處理方式。注水水質變化表現(xiàn)為來水經凈化處理后水質有較大改善但從清水罐到注入井段水質又存在變壞的問題為此提出鄯善采油廠回注水水質穩(wěn)定技術研究。通過對處理系統(tǒng)和注水系統(tǒng)全程的水質各個指標的監(jiān)測,保證注水水質的穩(wěn)定。分析了造成水質不穩(wěn)定的因素對水質劣化的機理進行了闡述并提出相應的水質穩(wěn)定措施。關鍵詞鄯善采油廠油田回注水水質劣化 Analysis on the Causes of Water Quality Deterioration of Oil Field Circulated Water of One Oil Extraction Factory and Its Countermeasures LIN Meng-xiong CHEN Kun WANG Bing ZHONG Sheng XU Feng Southwest Petroleum University Xindu ,Sichuan 610500) Abstract 4 000 m'/ water disposal plant in Shansan Oil Extraction Factory was completed in Nov. 2000 and the processing way was" the water power eddy+ agglutination slope tube eliminates the oil+ two levels fine filters Pouring water quality changes show that water quality has improved greatly when it is purified. But from the clear watering ean to the injection interval water quality goes bad so water quality stability technology research is put forward. Through monitoring every index of water quality in processing system and pouring system the stability of water quality is guaranteed. In this paper factors contributing instability of water quality are analyzed the mechanisms of water quality deterioration are described and some related measures are raised. Keywords Shansan Oil Extraction Factory oil- field cireulated water water quality deteriorutic油田注水即利用注水井把水注入油層以補充和保持油程為污水接收水罐→提升泵→水力旋流器→聚結斜管除油層壓力的措施。油田投入開發(fā)后油層本身能量不斷地被器→輕質濾料過濾器→雙濾料過濾器污水儲罐→注水泵消耗致使油層壓力不斷地下降地下原油大量脫氣粘度增→計配站→注水井其輔助流程包括污泥回收作業(yè)污水加油井產量大大減少還可能造成地下殘留大量死油采不回收污泥干化加藥系統(tǒng)污油回收等。出來。為了彌補原油采出后所造成的地下虧空保持或提高設計思路從油站來污水進入采出水處理站的污水接收油層壓力,獲得較高的采收率,必須對油田進行注水。目前罐污水在接收罐內進行油、水、渣的自然分離去除大部分各個油田大多已進入了2次采油的中后期或3次采油的初的浮油和大顆粒的懸浮物。污水接收罐的出水進入污水提期由于目前3次采油的成本高且效果不顯著所以注水開升泵加壓后進入全自動污水除油水力旋流器水力旋流器發(fā)仍然是當前油氣開采的主要方式而注水開發(fā)得好壞直接出水進入全自動高效斜管除油器。污水在除油器內進行聚影響著油田的采出率。在注水開發(fā)中注水水質是影響整個結分離后再經輕質濾料過濾器、雙濾料過濾器過濾將水中油田開發(fā)效果的最根本因素也影響整個注水污水系統(tǒng)設備的細小懸浮顆粒除去達到回注污水水質標準進入注水系管線的運行狀態(tài)和使用壽命。統(tǒng)。同時站內各構筑物分離出來的污泥進入污泥濃縮罐待1鄯善采油廠油田注水系統(tǒng)流程泥水初步分離后將罐內上清液排至污水回收池,底部污泥油田注水系統(tǒng)流程以鄯善采油廠為例它采用水力旋進入污泥脫水機形成泥餅后裝車外運。流+聚結斜管除油+兩級精細過濾的處理方式。其主要流2目前注水系統(tǒng)存在的主要問題 16 Argonne National Laboratory. Guidebook for handling storing and 2003. March 5, Serial No. 108-16 dispensing fuel ethanol Chicago Department of Energy18汪維云朱金華吳守一,纖維素科學及纖維素酶的研究進展.江 Argonne National Laboratory 1995蘇理工大學學報199810(3)20-2717.. Government Printing Office The effectiveness of leaking作者簡介王艷坤女1982年出生西南交通大學環(huán)境科學與工程 underground storage tank clean up programs hearing before the學院在讀研究生主要從事環(huán)境生態(tài)方面的研究。