甜高粱莖桿制燃料乙醇工程路線(xiàn)探討

中外能源CHINA FOREIGN ENERGY2006年第11卷甜高粱莖杄制燃料乙醇工程路線(xiàn)探討張管生(中國地區開(kāi)發(fā)促進(jìn)會(huì )甜高梁產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)中心,北京100037摘要探討了用甜高粱莖桿工業(yè)化生產(chǎn)燃料乙醇的工程路線(xiàn),分析了工業(yè)生產(chǎn)三個(gè)明確目標和要求,五個(gè)具體矛盾和困難。根據實(shí)踐采取相應措施,提岀了分布式加工體系,循環(huán)型經(jīng)濟模式和生物法生產(chǎn)工藝三位一體的完整工程路線(xiàn)。關(guān)鍵詞甜高粱莖杄燃料乙醇工業(yè)化生產(chǎn)工程路線(xiàn)分布式循環(huán)型生物法1前言標就是其經(jīng)濟性,具體要求是盡可能低的成本,生用玉米、甘蔗等為原料生產(chǎn)燃料乙醇已在美產(chǎn)成本應當能與汽油價(jià)格競爭,至少爭取不補貼。國、巴西等國得到了廣泛的應用,用甜高粱莖桿生經(jīng)調研,在目前應努力把成本控制在4000元/左產(chǎn)燃料乙醇,也在國內外得到了廣泛的認可右。如進(jìn)行大規模生產(chǎn)和進(jìn)一步完善工藝則產(chǎn)品燃用玉米、瓜干等淀粉原料和甘蔗等糖蜜原料,料乙醇完全可以參與市場(chǎng)競爭。生產(chǎn)食用、藥用和工業(yè)酒精已是人所共知的傳統產(chǎn)2,2能源性目標和低能耗要求業(yè),而生產(chǎn)燃料乙醇,特別是用莖桿而不用糧食生同樣是生產(chǎn)乙醇,我們需要的是燃料用乙醇產(chǎn)燃料乙醇,則完全是一種新的有發(fā)展前景的產(chǎn)而不是生產(chǎn)食用酒精、醫用酒精和工業(yè)酒精。因此業(yè),特別在中國必須從實(shí)際出發(fā),探索新的路子不但對酒精的乙醇含量有明確規定(9.5%的無(wú)水我國可再生能源法規定,把生物液體能源作為乙醇),而且要求經(jīng)過(guò)改性能方便地添加到汽油中。優(yōu)先發(fā)展的領(lǐng)域,“十一五”規劃更明確地把甜高粱更重要的是要求整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程盡可能地節省電桿制汽油醇作為首選。故許多有識之士早就開(kāi)展了汽、水、油等能源消耗,實(shí)現低能耗生產(chǎn)。絕不能像這方面工作,但進(jìn)展不大、不快,究其原因是真正用傳統生產(chǎn)酒精那樣,只要質(zhì)量達到要求,至于能源甜高粱莖杄進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)存在著(zhù)與傳統酒精生消耗多少不是關(guān)鍵問(wèn)題,經(jīng)濟上能有效益即可。通產(chǎn)巨大的差別。無(wú)論是組織路線(xiàn)、生產(chǎn)路線(xiàn)和技術(shù)常的酒精生產(chǎn)也在降低蒸汽等消耗,但主要是為了路線(xiàn)都要有新思想、新作法和新技術(shù)?？傊?必須有降低成本,而不是為了降低能耗。而生產(chǎn)燃料酒精創(chuàng )新和突破。我們經(jīng)過(guò)多年的努力探索和具體實(shí)踐,同時(shí)整合相關(guān)資源和技術(shù),對用甜高粱莖桿工的目標是生產(chǎn)能源,如果生產(chǎn)過(guò)程所消耗的能源接近、達到甚至超過(guò)所生產(chǎn)的能源,就使這種經(jīng)濟性業(yè)化制造變性燃料乙醇(汽油醇、柴油醇)已取得了突破性進(jìn)展。本文將對該工程路線(xiàn)探索的目標要的生產(chǎn)行為變得毫無(wú)意義,甚至根本就不需要進(jìn)求、瓶頸難點(diǎn)、方法措施和技術(shù)破突作簡(jiǎn)單介紹。行。因此,生產(chǎn)全過(guò)程的能源性目標和低能耗要求2目標和要求是至關(guān)重要的也是必不可少的。經(jīng)研究,我們認為2.1經(jīng)濟性目標和低成本要求般說(shuō)來(lái)甜高粱杄生產(chǎn)燃料乙醇能耗應控制在1由于石油的大量消耗和日益短缺及其他一些137以?xún)?這一點(diǎn)經(jīng)過(guò)努力是能夠達到的。原因.使原油價(jià)格飛漲。因此尋找替代能源已不可避免,而用生物液體能源添加甚至完全替代汽油和作者簡(jiǎn)介中國能源研究柴油是共同努力的方向。用玉米等生產(chǎn)燃料乙醇雖會(huì )理事,長(cháng)期從事H中國煤化工和管理及經(jīng)濟比較成熟,但其成本較高,必須進(jìn)行補貼已是不爭工作?，F為中國CNMH高粱產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)的事實(shí),因此用甜高粱莖桿生產(chǎn)燃料乙醇的首要目中心主任,中國西部經(jīng)濟發(fā)展研究中心顧問(wèn)。第4期張管生,甜高粱莖杄制燃料乙醇工程路線(xiàn)探討2.3環(huán)保性目標和低污染要求的加工組合,特別是采取自然貯存,既降低了成本眾所周知,城市汽車(chē)排氣是大汽污染的主要元又延長(cháng)了加工周期,實(shí)現了長(cháng)年加工平穩生產(chǎn),較兇之一,而采用乙醇汽油則會(huì )大大減少這種污染。好地解決了莖桿保存與加工周期的矛盾。種植甜高粱的過(guò)程可大量吸收二氧化碳,故可達到3.3提高糖轉化率和發(fā)酵率與傳統工藝的矛盾碳平衡,稱(chēng)為CO2零排放。更重要的是在酒精生產(chǎn)用甜高粱莖桿生產(chǎn)酒精,是因為莖桿中所含糖過(guò)程中排放大量污染物,往往是不允許的,甚至會(huì )汁液錘度可高達22%左右,總糖為16%上下,為此被迫停產(chǎn)關(guān)門(mén)。因此生產(chǎn)過(guò)程必須實(shí)現環(huán)保性目標充分利用糖液,盡量減少損失,就顯得特別重要。和低污染要求,否則將被一票否決。甜高粱桿生產(chǎn)因此從包括選擇好的種子,加強種植管理,及燃料乙醇造成污染的主要物質(zhì),一是榨汁和發(fā)酵后時(shí)收割加工,到有效地進(jìn)行貯存、生產(chǎn),特別是莖桿的固體廢棄物,二是發(fā)酵和蒸餾后的液體廢棄物粉碎及糖的轉化和榨汁及殘渣的利用都十分重要但我們現已找到了較好的較系統的解決辦法,即經(jīng)同時(shí)降低發(fā)酵后的殘糖也是至關(guān)重要的。與一般的過(guò)生物物理和生化等方面的加工處理,生產(chǎn)生物紙方法相比,現在綜合加工法的殘糖已可降至2.0%漿、固體燃料、纖維板、粗蛋白飼料和生物有機肥以下,這是采用生物水解、發(fā)酵和蒸餾一步法取得等,爭取達到無(wú)污染零排放,實(shí)行循環(huán)經(jīng)濟和秸杄的重大突破。該加工法的優(yōu)點(diǎn)是固體液體同時(shí)利的全價(jià)利用,產(chǎn)生明顯的經(jīng)濟效益和生態(tài)效益。用.糖轉化率高、發(fā)酵時(shí)間短、蒸餾操作簡(jiǎn)單.可直3工業(yè)化生產(chǎn)的瓶頸接生產(chǎn)30°~50°粗酒。為保存、運輸、經(jīng)銷(xiāo)、提煉創(chuàng )造3.1甜高粱的種植收割與運輸成本的矛盾了有利條件,實(shí)現了就近轉化。由于所培育的甜高粱是C作物,莖桿畝產(chǎn)可3.4提高酒精純度與降低能耗的矛盾達5~7t,不但產(chǎn)量高,桿長(cháng)也高達4-6m,如果采用為了提高酒精純度,生產(chǎn)符合國家標準而成本集中加工將帶來(lái)運輸的極大困難,甚至影響交通又低、能耗又少的燃料酒精,經(jīng)研究我們采用了國不但要付岀巨額運費,而且能耗大大增加。并且集內先進(jìn)的粗餾、溶鹽精餾和加鹽粹取一步法工藝中堆放的場(chǎng)地和保管安全均有新的要求。分布式能生產(chǎn)成本低、能耗少、純度為997%~99.8%的無(wú)水源加工,即在一定種植范圍(例如1×104畝約為乙醇,質(zhì)量超過(guò)國家標準要求,實(shí)現了集中提煉,為66km3設一加工點(diǎn),采取“規模種植,就地加工”就大規模生產(chǎn)汽油醇開(kāi)辟了道路。較好地克服了上述困難,解決了運輸矛盾,降低了3.5大量廢渣廢液的處理與環(huán)境保護的矛盾運輸成本(包括經(jīng)濟成本、能源成本和管理成本)。傳統的酒精生產(chǎn),最令人頭疼的問(wèn)題是廢渣液3.2莖桿的保存與加工周期的矛盾的排放所造成的污染。如果不加治理就會(huì )被迫停農產(chǎn)品的采收不但有季節性而且有集中性,要產(chǎn);如果進(jìn)行治理又需要較大的投資,大大增加了求在較短時(shí)間內采摘收割完畢,而工業(yè)生產(chǎn)則希望成本,使酒精生產(chǎn)無(wú)利可圖。國內現在用玉米生產(chǎn)細水長(cháng)流均衡生產(chǎn),作到長(cháng)年性和穩定性。因此農燃料酒精的成本居高不下,不僅不能與汽油價(jià)格相產(chǎn)品加工特別是加工生產(chǎn)工業(yè)品時(shí),有時(shí)就會(huì )出現竟爭,就是經(jīng)過(guò)國家補貼,也難以為繼?，F在我們采難以克服的矛盾和困難,為了延長(cháng)加工周期會(huì )采取用了先進(jìn)的技術(shù),首先極大地減少了廢液量,僅為各種措施如冷凍、冷藏、汽調、窖藏、干燥、復膜等,傳統方法的10%,其次對生產(chǎn)過(guò)程中的殘渣廢液進(jìn)各種各樣的辦法取得了不同的效果。然而這一切對行綜合利用,而不是采取廢渣廢液的治理。利用廢如此巨大數量的甜高粱杄來(lái)說(shuō)不僅難以實(shí)施,更主渣廢液生產(chǎn)纖維板、無(wú)污染生物紙漿和有機復合鉀要的是大大增加了成本和能耗,因而是不可取的。肥以及固體燃料、粗飼料等。不但實(shí)現了用甜高粱因此必須尋找一種行之有效的方法,以實(shí)現采收的莖杄生產(chǎn)燃料乙醇的無(wú)污染零排放,而且實(shí)現了莖季節性和集中性與加工的長(cháng)期性和穩定性的統桿的全價(jià)利用大大提高了經(jīng)濟效益從而使整個(gè)我們通過(guò)研究采用綜合加工法,即通過(guò)把種植時(shí)間生產(chǎn)過(guò)程成為中國煤化工與收割時(shí)間的有機配合,把液體發(fā)酵蒸餾與固體發(fā)4符合中國國CNMHG酵蒸餾有機結合,按照不同時(shí)期不同要求進(jìn)行不同用甜高粱莖杄工業(yè)化生產(chǎn)燃料乙醇必須實(shí)現中外能源106CHINA FOREIGN ENERGY2006年第11卷經(jīng)濟性、環(huán)保性和能源性這三大目標,為此要采取酒精總廠(chǎng)。整個(gè)加工體系為:規模種植—就地系統有效的方法解決加工周期、加工量和后處理能加工—就近轉換—集中提煉一統一配制(見(jiàn)圖1力等主要工程難題。我們堅持符合中國實(shí)情、有自燃料乙醇總廠(chǎng)己特色的工程路線(xiàn),生產(chǎn)綠色可再生液體能源的新思路,把開(kāi)發(fā)能源莊園與建設社會(huì )主義新農村緊密無(wú)水乙醇生產(chǎn)車(chē)間(110%/)醫天水乙醇生產(chǎn)廠(chǎng)結合起來(lái),把促進(jìn)農民增收與生態(tài)環(huán)境保護緊密結原酒加工廠(chǎng)[原酒加工廠(chǎng)[原酒加工廠(chǎng)(1×8合起來(lái),把循環(huán)經(jīng)濟與可持續發(fā)展緊密結合起來(lái)用分布式、循環(huán)型和生物法這三位一體的創(chuàng )新措施種植基地匚種植基地」[種植基地(LX1畝)研制開(kāi)發(fā)生物質(zhì)燃料乙醇,取得了重大突破種植基地4.1分布式加工體系圖1分布式加工體系示意圖把國外常用的大投入、大農場(chǎng)、大工廠(chǎng)式的集4.2循環(huán)型經(jīng)濟模式中加工生產(chǎn),改變?yōu)檫m合我國國情.能與建設社會(huì )為了實(shí)現整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程無(wú)污染零排放和綜合主義新農村緊密結合的分布式能源加工體系,即以利用,必須實(shí)施循環(huán)經(jīng)濟,確保消除污染和保護環(huán)l×l0畝地為一個(gè)種植區,配套一個(gè)1×l0t的原酒境,并增加可觀(guān)的經(jīng)濟效益。正是實(shí)施了循環(huán)經(jīng)濟,加工廠(chǎng);以1×10酒精為一個(gè)加工單元(即以3×10這個(gè)能源莊園除了生產(chǎn)燃料酒精外,還可生產(chǎn)纖維畝地為一個(gè)綜合生產(chǎn)區,需3個(gè)原酒加工廠(chǎng),1個(gè)板、高檔造紙原料(無(wú)污染的生物紙漿)、固體燃料和燃料酒精加工裝置),酒精提煉可相對集中,安排在生物有機鉀肥等多種產(chǎn)品(見(jiàn)圖2)。土壤改良,土壤改良劑(COM)優(yōu)良品種生物有機肥高產(chǎn)、抗旱、耐鹽堿、適應性強、含糖量高食品吸收規模種植(高產(chǎn)豐收)食物<籽粒白酒/骨C4作物甜高梁(秸稈、籽粒)飼料一養殖毛肥料就地加工降低成本)糞便一沼氣秸稈粗加工粉碎:(固體發(fā)酵)榨汁:(液體發(fā)酵)廢液一生物有機肥、飼料就近轉化(增收致富)提煉(509)發(fā)酵制酒(50°原酒、30°原酒)原酒(30)<食用配制飼料一養殖度造紙骨毛皮肉集中提煉(保質(zhì)增值)(燃料酒精:酒精95%)燃料酒精(無(wú)水酒精99.6%)渣肥料(普通酒精95%)(鍋爐、工業(yè)爐燃料)便生物有機肥氣「姚一配制(便于控制),變性乙醇燃料,乙醇汽油(汽油醇10%),乙醇柴油(柴油醇30%)運輸分配,混合燃料部分替代石油制品(油庫、油車(chē)、加油站、碼頭)節約能源減少污染(NO,、CO、CH)綠色能源環(huán)保用油(汽車(chē)、柴油車(chē)、船)減少排放(CO2)圖2循環(huán)經(jīng)濟模式示意圖4.3生物法生產(chǎn)工藝是開(kāi)發(fā)出生物中國煤化工新工藝和混甜高粱莖桿生產(chǎn)燃料乙醇的工藝流程為:原料合固體靜態(tài)發(fā)CNMH備,取得了粉碎—固態(tài)發(fā)酵—填料蒸餾—原酒精餾。更重要旳突破性的進(jìn)展。整個(gè)生產(chǎn)加工過(guò)程基本都采用了生第4期張管生,甜高粱莖杄制燃料乙醇工程路線(xiàn)探討10物法工藝,即采用各種水解霉和發(fā)酵菌種,避免采產(chǎn)燃料酒精的固體廢棄物,特別是液體廢料的綜合用造成污染而又難以治理的酸堿等手段,為確保生利用和加工治理創(chuàng )造了條件(見(jiàn)圖3)。發(fā)酵-原料一甜高梁秸稈殘渣粉碎酶了[水固體發(fā)酵蒸再上千原酒處理或還田其他渣密度板復合萃取[][有機肥粗飼料燃料乙醇[改性}[無(wú)水乙醇」[紙漿乙醇汽油圖3現代固態(tài)發(fā)酵工藝一步法示意圖5結論體化蒸餾綜上所述,在以甜高梁莖桿為原料,生產(chǎn)可再⑥三大技術(shù)創(chuàng )新:自然狀態(tài)下的原料保存和生生物能源的系統工程中,采用分布式循環(huán)型生物加工,延長(cháng)加工周期;生物水解可控固體發(fā)酵蒸餾法生產(chǎn)加工路線(xiàn),按三大目標和要求,克服五大瓶步法:混合靜態(tài)固體發(fā)酵生物反應器和蒸餾設備頸和難點(diǎn),采取三大措施取得突破,生產(chǎn)六大產(chǎn)品,一體化可簡(jiǎn)單歸納如下⑦六大關(guān)鍵設備:可控發(fā)酵設備、一體化蒸餾①三大產(chǎn)業(yè)目標:經(jīng)濟性、環(huán)保性和能源性設備、高效粉碎設備、低能耗干燥設備、多目標篩分②三大工業(yè)措施:分布式、循環(huán)型和生物法。設備和快速進(jìn)出料設備。③三大工程難題:加工周期、加工量和后處理⑧六大效益產(chǎn)品:燃料酒精、粗飼料、生物紙④三大技術(shù)難點(diǎn):可控發(fā)酵過(guò)程、低能耗蒸餾漿、碳化燃料棒、生物有機鉀肥和密度板。過(guò)程和不同原料粉碎過(guò)程。⑤三大工藝特點(diǎn):生物水解、可控固態(tài)發(fā)酵、(編輯劉燕)Probe on Engineering Route of Fuel Ethanol with Sorgo Stalk(Sorgo Industry Development Center of CCPAD, Beijing 100037)[Abstract] This article states the engineering route for commercial production of fuel methanol withstalk, and analyzes three goals and five specific difficulties of the industrial production. In addition, it providesrelevant measures according toes, and offers a new integrated technics of distributive processing, cyclingeconomic mode and biologic中國煤化工[Keywords] sorgo stalk; fuel methanol; industrial production; engineeringCNMHGycling typebiologic method