木薯燃料乙醇生產(chǎn)過(guò)程能量綜合利用模式探討

糧食與食品工業(yè)Vol.16,2009,No.4Cereal and Food Industry生物工程木薯燃料乙醇生產(chǎn)過(guò)程能量綜合利用模式探討郝慧英1,鄧立康2,杜金寶31.國家糧食儲備局無(wú)錫科學(xué)研究設計院(無(wú)錫214035)2.中糧集團科學(xué)研究院生化研發(fā)中心(北京100020)3.廣西中糧生物質(zhì)能源有限公司(北海536100摘要:分析了現有木薯燃料乙醇生產(chǎn)工藝,重點(diǎn)介紹了降低木薯燃料乙醇生產(chǎn)過(guò)程中能耗的途徑,并提出了木薯燃料乙醇生產(chǎn)過(guò)程中能量綜合利用模式。關(guān)鍵詞:木薯;燃料乙醇;能耗;生產(chǎn)技術(shù)中圖分類(lèi)號:TK6文獻標識碼:B文章編號:1672-5026(2009)04-0030-0Discussion on energy comprehensive utilization pattern incassava fuel ethanol production processHao Huiying, Deng Likang, Du Jinbao1. Wuxi Science Research Design Institute of State Administration for Grain Reserve (Wuxi 214035)2. Bio-chemical Research Development Center, Science Research Institute of China OilFoodstuffs Corporation(COFCO) ( Beijing 1000203. Guangxi COFCO Bio-energy Co, Ltd (Beihai 536100)Abstract: The present preparation technologys of cassava fuel ethanol are analyzed. The ap-proaches to reduce the energy consumption in cassava fuel ethanol production process are intro-duced. The energy comprehensive utilization pattern in cassava fuel ethanol production process isproposKey words: cassava; fuel ethanol; energy consumption; production process隨著(zhù)全球化能源需求量的日益增加,能源緊缺貧效果較為突出[。國家發(fā)展和改革委員會(huì )2006已經(jīng)是世界各國面臨的普遍難題。推廣使用乙醇汽年已明確提出我國必須堅持非糧生物質(zhì)能源的產(chǎn)業(yè)油是國家著(zhù)力緩解能源、環(huán)境、農業(yè)問(wèn)題的一項戰略化,在我國堅持發(fā)展非糧燃料乙醇的背景下,現木薯性舉措。原料已大規模流向燃料乙醇企業(yè)。國內已育成的華木薯是最為理想的不與糧爭地的能源作物,其南205、南植199、華南5號、華南8639等,在我國的組成見(jiàn)表1。近幾年我國木薯產(chǎn)業(yè)發(fā)展較快,廣西熱帶亞熱帶地區廣泛種植口的木薯原料資源優(yōu)勢明顯,2006年廣西木薯生產(chǎn)總衰1木薯原料的組成量達到800萬(wàn)t,占全國木薯總產(chǎn)量的68%左右,主種類(lèi)水分粗蛋白粗脂肪碳水化合物粗纖維粗灰分要用來(lái)生產(chǎn)淀粉、乙醇、山梨醇、檸檬酸等產(chǎn)品。從許多貧困落后地區木薯產(chǎn)業(yè)的長(cháng)期發(fā)展經(jīng)驗看,與解1.120.426.581.110.54中國煤化工其它作物相比,木薯產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟效益社會(huì )效益和扶干木03.552.85CNMHG收稿日期:2009-06-18修回日期:2009-07-17作者簡(jiǎn)介:郝慧英,女,1975年生,工程師,主要從事生化工目前國內各地擬建木薯燃料乙醇的項目積極性程及農產(chǎn)品深加工的設計、工程咨詢(xún)工作很高,但木薯燃料乙醇產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨著(zhù)進(jìn)一步提高糧食與食品工業(yè) Cereal and Food Industryvol.16,2009,No.4技術(shù)發(fā)展水平,節能降耗等諸多挑戰工藝流程基本上是玉米原料生產(chǎn)食用乙醇的類(lèi)似工1燃料乙醇生產(chǎn)能耗及技術(shù)現狀藝,而燃料乙醇對雜質(zhì)含量和水分要求與食用乙醇截然不同。大部分企業(yè)簡(jiǎn)單地由食用乙醇生產(chǎn)線(xiàn)加1.1美國燃料乙醇生產(chǎn)能耗及技術(shù)現狀上脫水裝置,就建成了所謂的燃料乙醇生產(chǎn)裝置,工在燃料乙醇生產(chǎn)過(guò)程中,把生產(chǎn)過(guò)程能耗和水藝流程長(cháng),能耗綜合利用不合理操作成本較高(見(jiàn)耗作為衡量工藝先進(jìn)性的重要指標。美國把其表2)。10%耕地產(chǎn)出的玉米用于乙醇的生產(chǎn),產(chǎn)品綜合能2玉米燃料乙醇生產(chǎn)消耗對比聞耗普遍在10.5~13.6MJ/kg燃料乙醇,代表世界噸乙醇噸乙醇噸乙醇噸乙醇噸乙醇上先進(jìn)的燃料乙醇生產(chǎn)技術(shù)水平3-。在玉米燃料消耗玉米消耗綜合能耗汽耗水耗電耗乙醇生產(chǎn)過(guò)程中,其普遍采用高濃度液化工藝、同步/t:t/GJ·t/t·t1/t;t1/kW·h糖化濃醪發(fā)酵、改進(jìn)的蒸餾和脫水系統、總熱量耦25.45~710~12合、全裝置水平衡、DDGS處理和干燥及其他副產(chǎn)品美國30~3.212.43~46生產(chǎn)的先進(jìn)技術(shù)。1.2國內燃料乙醇生產(chǎn)能耗及技術(shù)現狀國內典型的以木薯為原料的乙醇加工廠(chǎng)的工藝現有國內以玉米為原料的乙醇生產(chǎn)企業(yè)采用的流程如圖1:一次水真接蒸汽直蒸汽循環(huán)水醬個(gè)漿楊漿崛國噴射液好化崛卻換姆塔頂酒氣環(huán)水[5%食用酒精塔頂測氣[發(fā)廢液真樓汽塔菱水真接燕汽直汽預熱器直接排放污水處理不達標排放冷卻換熱全糟厭氧氣直接杰汽分子篩脫水過(guò)熱器一成品酒精吧料或填埋鍋爐燃燒圖1典型的以木薯為原料的乙醇加工廠(chǎng)工藝流程圖目前該流程能量綜合利用情況如下:排放,同時(shí)污泥產(chǎn)生量大,后續處理困難(1)在液化工段,采用高溫液化的同時(shí)并沒(méi)有考據文獻按照目前國內生產(chǎn)工藝和操作條件計慮低能階熱集成換熱工藝,大部分可利用熱量被排算發(fā)酵法生產(chǎn)乙醇的全廠(chǎng)能耗中,蒸煮工段占空或通過(guò)冷卻水移走。液化工段蒸汽消耗大于30%~35%蒸餾工段占45%~50%,其它工段占1.0t/t乙醇;10%~20%。因此從能量綜合利用角度考慮降(2)在醪液制備過(guò)程中粉漿濃度較低糖液化低蒸煮及蒸餾過(guò)程能耗的同時(shí)優(yōu)化全廠(chǎng)的能量綜合流程復雜成熟醪乙醇體積分數通常在10%~12%利用措施是燃料乙醇生產(chǎn)過(guò)程關(guān)注的重點(diǎn)。左右,生產(chǎn)噸乙醇新鮮水消耗一般8~10t;(3)蒸汽消耗較高。僅乙醇精餾工段,生產(chǎn)乙隙2木薯燃料乙醇生產(chǎn)能量綜合利用模式體積分數為95%的食用乙醇噸產(chǎn)品消耗蒸汽25通過(guò)對液化、發(fā)酵、精餾、廢醪液處理工段能量3.2t的綜合利甲可使木桃魁7醇生產(chǎn)過(guò)程能耗大幅(4)乙醇蒸餾過(guò)程采用蒸汽直接加熱,生產(chǎn)1t度降中國煤化工t/t乙醇降低至乙醇要多消耗3t化學(xué)水,同時(shí)多產(chǎn)生了3t廢水;2.CNMHGt/t乙醇降低至3(5)部分工廠(chǎng)冷卻過(guò)程釆用新鮮水污水處理多~4t/t乙醇廢醪液量大幅度降低,由11t乙醇采用全糟厭氧工藝污水排放量大,且不能全部達標降低至8t/t乙醇。具體措施如下生物工程郝慧英等:木薯燃料乙醇生產(chǎn)過(guò)程能量綜合利用模式探討21液化工段能量綜合利用模式(見(jiàn)圖2的濃醪發(fā)酵比,噸燃料乙醇降低水耗1.0~1.5t2.1.1水綜合利用措施CO2洗滌水作為工藝水回用拌料釆用精餾塔釜廢水、CO2洗滌水、機泵冷卻用2.2.2熱量綜合利用措施水回收等工藝水回用措施,同時(shí)將粉漿質(zhì)量分數由采用低溫循環(huán)水冷卻,在冬季采用循環(huán)水。通傳統的25%提高至28%~30%節約一次水用量。過(guò)濃醪發(fā)酵使成熟醪乙醇體積分數由12%提高至2.1.2熱量綜合利用措施14%,使精餾工段的蒸汽消耗降低約300kg采用高溫噴射與低能階換熱集成液化工藝,將新來(lái)臼精餾廢水鮮蒸汽噴射升溫后的液化醪滅菌操作完成后,進(jìn)人液化醒閃蒸罐降溫產(chǎn)生的閃蒸汽通過(guò)管線(xiàn)送至冷凝塔畫(huà)嗎醫已化直接加熱粉漿,實(shí)現了低能耗滅菌液化工藝。同時(shí)液化醪冷卻過(guò)程中與成熟醪換熱,提高成熟醪預熱溫度。液化過(guò)程噸燃料乙醇蒸汽耗量低于06t。發(fā)一[熟去液化第一冷卻器換揭氧化鍋洗滌水圖3發(fā)酵工段的能量綜合利用模式機泵密封水精餾塔釜廢水白精館?冷凝水閃蒸汽2.3精餾工段能量綜合利用模式(見(jiàn)圖4)區畫(huà)一化圓燃料乙醇蒸餾系統的能耗所占總能耗的比例最髙燃料乙醇蒸餾的節能途徑主要包括三方面:①蒸餾過(guò)程熱能的回收利用;②減少蒸餾過(guò)程本身的能液化罐]四券降〖蒸煮維持{噴射夜化耗;③提高蒸餾系統的熱力學(xué)效率,為此該過(guò)程的能級冷卻器]法發(fā)工重優(yōu)化,應系緊固統上述三方面進(jìn)行成熟凍水精餾塔釜水全部作為工藝水回用醪液經(jīng)分離后,部分作為工藝水回用圖2液化工段的能量綜合利用模式2.3.2熱量綜合利用措施2.2發(fā)酵工段能量綜合利用模式(見(jiàn)圖3)采用熱網(wǎng)絡(luò )合成技術(shù)支持下的多塔耦合工藝,2.2.1水綜合利用措施精餾塔蒸汽冷凝液經(jīng)閃蒸換熱后(100℃降至采用同步糖化發(fā)酵工藝,去掉糖化工段,采用體80℃)供給粉漿預熱;精餾塔塔頂乙醇蒸汽直接進(jìn)積分數14%以上的濃醪發(fā)酵工藝,與體積分數12%人分子篩作為進(jìn)料。成隔燃料∠醇分子篩脫水成M燃料乙醇直接蒸汽成熟自液化來(lái)去液化閃蒸蒸汽冷誕水回熱器汽冷凝水去液化閃蒸粗塔再沸器直接蒸汽一精再沸器釜水去調漿或預熱器進(jìn)一氧化碳詵滌塔去液化閃蒸塔頂消氣[品燃M[惜熱圈”一"幫稱(chēng)直接杰汽塔頂祇氣二精再沸器中國煤化工廢酶液去分離CNMHG圖4精餾工段的能量綜合利用模式糧食與食品工業(yè) Cereal and Food Industryvol.16,2009,No.42.4廢醪液處理工段能量綜合利用模式(見(jiàn)圖5)2.4.1水綜合利用措施項原有的木薯乙醇木薯燃料乙醇能量生產(chǎn)技術(shù)綜合利用生產(chǎn)技術(shù)廢水處理系統好氧處理后廢水作為工藝水回用噸乙醇蒸汽消耗4.5~5.22.2.4.2熱量綜合利用措施千糟送至循環(huán)流化床沸騰爐作為燃料,提供燃料能?chē)嵰掖夹迈r水耗8-103~4乙醇生產(chǎn)所需的蒸汽;濾液送至廢水處理單元的生化處理裝置所產(chǎn)沼氣作為濕糟氣流干燥裝置及循環(huán)流噸乙醇電耗/kW·h·t250化床沸騰爐的燃料實(shí)現廢水/廢渣的綜合利用。陵板壓週筒惻仁間3結論氣燃燒(1)通過(guò)采用過(guò)程能量綜合利用措施,木薯燃料區氧氣解燃燼乙醇工廠(chǎng)比原來(lái)木薯乙醇工廠(chǎng)能耗大幅下降,達到國際先進(jìn)水平。而與以玉米為原料的燃料乙醇生產(chǎn)企業(yè)比,木薯燃料乙醇在生產(chǎn)階段的綜合能耗更低清水網(wǎng)用去調漿好氧能量投入產(chǎn)出比更合理(見(jiàn)表4)。圖5精餾工段的能量綜合利用模式表4國內外玉米燃料乙醇生產(chǎn)企業(yè)與木薯燃料乙醇生產(chǎn)企業(yè)綜合能耗對比綜上所述,采用能量綜合利用措施后,木薯燃料乙醇工廠(chǎng)能耗指標大幅降低,與原木薯乙醇工廠(chǎng)主裝置名稱(chēng)A企業(yè)B企業(yè)A企業(yè)B企業(yè)本裝置要技術(shù)指標對比情況見(jiàn)表3。能耗3木薯燃料乙醇工廠(chǎng)主要技術(shù)指標對比衰凈輸入能量/乙醇產(chǎn)量26.56022.37013.46813.35410.870/MJ·kg1項目原有的木薯乙醇木薯燃料乙醇能量生產(chǎn)技術(shù)綜合利用生產(chǎn)技術(shù)(2)現在國家對燃料乙醇生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行補貼,隨低溫液化與低能著(zhù)國家乙醇汽油推廣范圍的擴大和乙醇汽油消耗的技術(shù)特點(diǎn)高溫液化,糖化階換熱集成,不單獨設立糖化工段增長(cháng),國家對乙醇的補貼負擔會(huì )越來(lái)越重,通過(guò)燃料化噸乙醇蒸汽耗量乙醇企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)一步提升,促進(jìn)產(chǎn)品能耗及1.0≤0.6生產(chǎn)成本的進(jìn)一步降低,對減輕國家負擔和產(chǎn)業(yè)健技術(shù)特點(diǎn)連續或間歇稀醪同步糖化間歇濃康發(fā)展具有重要意義發(fā)酵醪發(fā)酵成熟乙體積10%~12%>14%參考文獻酵分數[]黎貞崇,黃志民,楊登峰,等.影響木薯燃料乙醇發(fā)展的淀粉利用率86%~88%>90%不利因素及對策[].可再生能源,2008,26(3):106氣相過(guò)料,直接多塔差壓熱耦合110技術(shù)特點(diǎn)蒸汽加熱,共沸精餾分子篩冷凝[2]張贏(yíng).能源木薯種質(zhì)資源面臨的問(wèn)題與解決策略[精餾變壓吸附生物產(chǎn)業(yè)技術(shù),2008(5);25-29水噸乙醇蒸汽耗量3.5~4.2≤1.6[3]黃宇形,杜跡群.美國燃料酒精工業(yè)[J釀酒科技,2005技術(shù)特點(diǎn)全糟厭氧發(fā)酵清液厭氧發(fā)酵[4]劉鐵男.艦料乙醇與中國[M].北京:經(jīng)濟科學(xué)出版社噸乙醇廢醪量2005/t.t.[5]曹竹安,陳博,林章凜.能源生物技術(shù):能源植物與極不能達標排放,達標排放,沼氣全沼氣部分回用,部回用污泥產(chǎn)量[6]中國煤化工5):19-21理廢水排放與趨勢分析[C].中污泥產(chǎn)量大,后低,后續處理難度CNMH G29續處理困難[7]王異靜,秦人偉.酒精工業(yè)技術(shù)資料要覽[G].北京:中國廢渣排放肥料或填埋鍋爐燃料發(fā)酵食品工業(yè)研究院,2002.