甘薯燃料乙醇循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展模式研究

第31卷第9期Vol 31 No 92008年9月Environmental Science Technology甘薯燃料乙醇循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展模式硏究夏訓峰1,趙偉?,海熱提2(1中國環(huán)境科學(xué)研究院,北京100012;2北京化工大學(xué),北京100029)摘要:非糧食生物質(zhì)燃料乙醇產(chǎn)業(yè)在我國還屬于幼稚產(chǎn)業(yè),目前對此類(lèi)農產(chǎn)品加工企業(yè)循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展模式的實(shí)證研究很少。文章以重慶環(huán)球甘薯燃料乙醇生產(chǎn)為例,從循環(huán)經(jīng)濟理念出發(fā)以甘薯燃料乙醇生產(chǎn)及相關(guān)企業(yè)為基本研究單元運用工業(yè)生態(tài)系統集成和物質(zhì)代謝的系統分析方法深刻剖析甘薯燃料乙醇企業(yè)循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展模式關(guān)鍵詞:甘薯燃料乙醇;工業(yè)代謝;循環(huán)經(jīng)濟;發(fā)展模式中圖分類(lèi)號:X32文獻標志碼:A文章編號:1003-6504(20080-015404Circular Economy Developing Mode for Pachyrhizus-based FuelEthanol IndustryXIA Xun-feng, ZHAO Wei, HAI Re-ti2(1. Chinese Academy of Environmental Science, Beijing 100012, China;2. Beijing University of Chemical Technology. BeiJing 100029, China)Abstract: The non-foodstuff biomass-based fuel ethanol industry is a baby industry. Although there have some relaresearches on sustainable development of fuel ethanol industry in China recently, most of which are from technologytheory point of view, while this paper is from practical point of view. Chongqing Huan Qiu was chosen as the examplesome systems engineering and substance metabolizable methods, the circular economy developing mode was analyzedresearched.Key words: pachyrhizus-based fuel ethanol; industry metabolism; circular economy; developing mode燃料乙醇被稱(chēng)為21世紀“綠色能源”。在我國生剖析甘薯燃料乙醇企業(yè)循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展模式。物質(zhì)燃料乙醉的主要生產(chǎn)原料是玉米和小麥等糧食1重慶環(huán)球甘薯燃料乙醇循環(huán)經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)生態(tài)網(wǎng)絡(luò )構成作物,其比重占乙醇加工業(yè)的80%以上。近年來(lái),隨著(zhù)原油價(jià)格持續上升,生物質(zhì)燃料乙醇企業(yè)數量不斷增1.1甘薯燃料乙醇生態(tài)工業(yè)系統結構加、規模不斷擴大,對玉米、小麥等糧食作物的年需求甘薯燃料乙醇生態(tài)工業(yè)系統主要是由甘薯園、燃量以約30%的超高速增長(cháng)凹。這勢必給國家的糧食安料乙醇企業(yè)及其相關(guān)企業(yè)(如二氧化碳利用企業(yè)、沼氣全造成沖擊。而發(fā)展非糧食作物燃料乙醇產(chǎn)業(yè)即可以廠(chǎng)、有機肥廠(chǎng)等)、環(huán)境綜合處理等子系統組成。其中燃解決能源危機,同時(shí)又不會(huì )威脅國家糧食安全,是今料乙醇企業(yè)是“主要種群”,CO2沼氣有機肥廠(chǎng)等企業(yè)后國家重點(diǎn)發(fā)展項目。是燃料乙醇企業(yè)的下游企業(yè),可稱(chēng)之為“次要種群”。重慶是我國甘薯主產(chǎn)區,種植面積占全國12%與自然生態(tài)系統類(lèi)似國,甘薯燃料乙醇生態(tài)工業(yè)同時(shí)重慶又是我國乙醇產(chǎn)品主要需求市場(chǎng)之一,目前系統中同樣存在生產(chǎn)者、消費者、分解者及外部環(huán)境年需求量在25萬(wàn)t以上,但是重慶地區石油資源缺甘薯園子系統主要為燃料乙醇企業(yè)提供基本原材料乏。重慶環(huán)球石化有限公司以甘薯為原料生產(chǎn)燃料乙是燃料乙醇生態(tài)工業(yè)系統的“生產(chǎn)者”;燃料乙醇企業(yè)醇,企業(yè)位于重慶(長(cháng)壽)化工園區內,占地506hm2以甘薯為初始原料生燃料乙醇,是燃料乙醇生態(tài)工業(yè)是西南地區規模最大的乙醇生產(chǎn)基地。本文以重慶環(huán)系統的初級“消費者”,而其他企業(yè)是以生產(chǎn)燃料乙醇球甘薯燃料乙醇生產(chǎn)為例,從循環(huán)經(jīng)濟理念出發(fā),以過(guò)程中產(chǎn)生的“廢物”為原料進(jìn)行生產(chǎn)活動(dòng)的可稱(chēng)之甘薯燃料乙醇生產(chǎn)及相關(guān)企業(yè)為基本研究單元,運用為次級“消費者”;環(huán)境綜合治理系統對燃料乙醇工業(yè)工業(yè)生態(tài)系統集成和物質(zhì)代謝的系統分析方法深刻共生』中國煤化工程產(chǎn)生的廢物進(jìn)行CNMHG收稿日期:2007-01-15;修回2007-0407作者簡(jiǎn)介:夏訓峰(1968),男,副研究員主要研究方向為生態(tài)工業(yè)循環(huán)經(jīng)濟,(手機)3611362268(電子信箱 xufeng9@ Sinacom第9期夏訓峰,等甘薯燃料乙醇循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展模式研究155回收、分解、再利用和再循環(huán),在燃料乙醇生態(tài)工業(yè)系14生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈統中實(shí)際上承擔了“分解者”的角色。燃料乙醇工業(yè)共生體中共生單元通過(guò)物流、能量12生態(tài)工業(yè)系統內企業(yè)間共生模式分析和信息交換建立了生態(tài)聯(lián)系,形成了生態(tài)工業(yè)鏈重慶環(huán)球甘薯燃料乙醇生態(tài)工業(yè)系統是典型的1.4.1主要產(chǎn)品鏈互利共生模式。由這種共生機制形成的工業(yè)共生體系重慶環(huán)球燃料乙醇工業(yè)生態(tài)系統的主產(chǎn)業(yè)鏈:甘具有以下特點(diǎn):(1)共生對象是企業(yè)個(gè)體;(2)企業(yè)薯(278)→甘薯粉(2.78t)→醪液(9.64)→乙醇(lt)。之間通過(guò)形成的生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈可以降低生產(chǎn)成本,提高在該生產(chǎn)系統中乙醇生產(chǎn)采用“風(fēng)選風(fēng)送(干法)竟爭力;(3)鏈與鏈之間通過(guò)物質(zhì)、能量、信息流動(dòng)形→泵送(濕法)→一級半粉碎→中溫連續蒸煮→真空成網(wǎng)狀共生體系。冷卻→連續糖化→露天大罐濃醪連續發(fā)酵→五塔差重慶環(huán)球生態(tài)工業(yè)系統中,核心企業(yè)是酒精廠(chǎng),壓蒸餾”新工藝。(1)原料薯干片采用一級半粉碎,即其產(chǎn)生大量的副產(chǎn)品,這些廉價(jià)的副產(chǎn)品是相關(guān)小型一級粉碎機不裝篩網(wǎng),以低動(dòng)力消耗大產(chǎn)量破碎,再企業(yè)的原材料。企業(yè)之間通過(guò)副產(chǎn)品交換而形成典型經(jīng)除鐵裝置后進(jìn)入二級粉碎機;鮮薯收獲季節,采用的工業(yè)共生模式,上下游企業(yè)從經(jīng)濟效益和生態(tài)效益鮮薯濕法粉碎,同時(shí)采用粉漿回流工藝,即回流部分的角度出發(fā)進(jìn)行考慮,參與工業(yè)共生使他們從某些副粉漿替代濕法粉碎用水,克服了法粉碎時(shí)粉漿濃度低產(chǎn)品中獲得新的收益并降低一些副產(chǎn)品的處理成本,的缺點(diǎn);(2)采用以料帶汽的低壓噴射器加熱式中溫連可以有效地利用資源并提高環(huán)境績(jì)效,參與共生的這續蒸煮工藝設備,料液受熱均勻糊化徹底,提高淀粉些企業(yè)相互之間形成了穩定的工業(yè)共生關(guān)系。出酒率0.5%,比高溫蒸煮節能30%;(3)采用雙流加耐由于重慶環(huán)球集團生態(tài)工業(yè)系統中只有一個(gè)核心高溫乙醇干酵母連續發(fā)酵;(4)采用先進(jìn)的五塔差壓蒸企業(yè),所以這種模式可稱(chēng)為單中心環(huán)繞型互利共生模餾技術(shù),節能效果顯著(zhù),噸酒精耗汽約285(蒸餾),產(chǎn)式。在這種共生模式中,小型企業(yè)對核心企業(yè)的依賴(lài)性品質(zhì)量顯著(zhù)提高,尤其是水洗塔的釆用能更有效地徹很強核心企業(yè)經(jīng)營(yíng)運作狀況起著(zhù)至關(guān)重要的作用。底排除正丙醇、異丁醇、異戊醇等高沸點(diǎn)雜質(zhì)組分,粗13企業(yè)網(wǎng)絡(luò )耦合餾塔采用真空蒸餾除了節能外還有利于徹底排除低重慶環(huán)球燃料乙醇工業(yè)生態(tài)系統中涉及到的企沸點(diǎn)雜質(zhì)組分。既達到優(yōu)級食用酒精的質(zhì)量,又可減業(yè)較多,不同企業(yè)間的網(wǎng)絡(luò )耦合是生態(tài)工業(yè)系統的重少蒸餾的蒸汽用量和冷卻水用量,比傳統的五塔常壓要特征,也是生態(tài)工業(yè)系統能夠發(fā)揮其最大效能的基蒸餾技術(shù)節能45%,節能效果顯著(zhù)。礎和保證。重慶環(huán)球燃料乙醇工業(yè)生態(tài)系統中企業(yè)耦142主要廢物鏈合關(guān)系如圖1所示。(1)甘薯(2.78t)→醪液(964t)-+CO2(0.75t)→甲類(lèi)和油類(lèi)山(樂(lè )慶環(huán)球石化)區乙醇它區油醇+干冰+DMC(0.43t+0.08t+0.05t)(2)甘薯(278t)→醪液(9.64t)→酒糟(1244城豐化工)[雜斷油面恒固06)沼氣+化肥(003)(3)甘薯(278t)→醪液(9.64t)→酒糟(124t)-甲)面產(chǎn)AO<慶人玄甲而清液(114)→沼氣(12)慶長(cháng)為化工有限公司“[冰(4)甘薯(278t)→醪液(964t)→酒糟(1244t)→清液(1184t)→達標排放+回用水(529+5.29)圖1承慶環(huán)球燃料乙醇工業(yè)牛態(tài)系統企業(yè)網(wǎng)終耦合Fig 1 Corporations networks design in Huan Qiu fuel ethano以上4條產(chǎn)業(yè)鏈為燃料乙醇工業(yè)生態(tài)系統中廢物eco-industrial system處理和資源化的主要產(chǎn)業(yè)鏈。廢物鏈的形成將有效解重慶環(huán)球石化生產(chǎn)產(chǎn)品燃料乙醇,副產(chǎn)品二氧化決目前長(cháng)期困擾燃料乙醇生產(chǎn)中CO2和酒糟的處理問(wèn)碳用于川維廠(chǎng)的甲醇生產(chǎn),重慶長(cháng)壽化工有限公司的題,提高資源的循環(huán)利用率,并有助于環(huán)境的改善干冰生產(chǎn)和重慶天玄的碳酸二甲酯生產(chǎn)。副產(chǎn)品酒糟各條生態(tài)工業(yè)鏈之間通過(guò)物質(zhì)、能量、信息流動(dòng)重慶環(huán)球石化將用于沼氣發(fā)電和有機肥生產(chǎn)。厭氧污和共享,彼此交錯橫向耦合使整個(gè)共生體形成了網(wǎng)泥由重慶長(cháng)壽區大地農業(yè)開(kāi)發(fā)有限公司承包制成復狀結構,形成生態(tài)工業(yè)網(wǎng)見(jiàn)圖2合肥料搭配給甘薯種植農戶(hù)使用可滿(mǎn)足120hm種2中國煤化工謝植基地的復合肥用量。雜醇油作為副產(chǎn)品完全出售CNMHG根據重慶環(huán)球石化有限公司的雜醇油購銷(xiāo)協(xié)議,擬建人以,工業(yè)代謝可以劃分項目的雜醇油全部外售給重慶城豐化工有限公司。為產(chǎn)品代謝和廢物代謝兩大類(lèi)。甘薯燃料乙醇系統工156抓比紺釣我術(shù)第31卷6秀主要產(chǎn)品代謝調漿料液L蒸煮糊化了蒸煮料液937t粉甲醇廢酒酵母發(fā)體「L固液分離主要廢物代謝E 34k036t生產(chǎn)DMC005污冰達標擇放圖2甘蘿燃料乙醇系統業(yè)代謝Fig2 Industrial metabolism in the industrial system of pachyrlizus-based fuel ethanol業(yè)代謝如圖2所示。其中物料平衡的原料是干甘薯所,生產(chǎn)鏈短沒(méi)有形成業(yè)共生。(1)酒精生產(chǎn)企業(yè)示數據為每生產(chǎn)1t乙醇所需要或產(chǎn)生的物質(zhì)的量。需要向國家上交很大一部分排污費用,而且污染物的278t干甘薯經(jīng)粉碎、預煮、蒸煮糊化、糖化、發(fā)酵、處理也比較困燻,廢物處理費用標高,給企業(yè)帶來(lái)了蒸餾等工藝可生產(chǎn)1乙醇同時(shí)會(huì )產(chǎn)生075t的二氧化很大的壓力,(2)也是對糟液、CO2等可回收資源的極碳、1244t酒糟、013kg甲醇廢氣和4kg雜醇油等副產(chǎn)大浪費。目前酒精行業(yè)年排放廢水總量超過(guò)3×10m3品。下游企業(yè)將這些副產(chǎn)品作為各自的生產(chǎn)原料生產(chǎn)產(chǎn)其中酒精糟液的年排放量超過(guò)4×x10ym3,年排BOD品。此生態(tài)丁業(yè)系統中,CO2全部回收利用其中約80%約115×10t,COD約2.2×10,分別占全國工業(yè)廢水的CO2與氫發(fā)應制得043t甲醇其余的CO2分別用來(lái)BOD3總量的1%和COD排放總量的125%,是有機制得干冰和DMC;酒糟經(jīng)固液分離后清液通過(guò)先進(jìn)的污染物排放量高、造成環(huán)境污染嚴重的行業(yè)之IC和UASB反應器去除大量的COD,產(chǎn)生的沼氣用于32重慶環(huán)球生態(tài)工業(yè)系統工業(yè)共生效益發(fā)電供給燃料乙醇生產(chǎn)過(guò)程使用030沼渣與廢水處321經(jīng)濟效益理產(chǎn)生的006t污泥經(jīng)發(fā)酵可制得036t肥料;處理后的(1)二氧化!碳回收利用。重慶環(huán)球集閉現年產(chǎn)酒水50%以上用做循環(huán)用水,主要用于鮮甘馨的清洗和生精10萬(wàn)t發(fā)酵過(guò)程中有75萬(wàn)tCO2溢出。根據重慶產(chǎn)過(guò)程中的冷卻用水其余達標排放。在此生態(tài)丁業(yè)系市具有豐富天然氣資源的優(yōu)勢大部分C用于甲醇統中物質(zhì)的流動(dòng)遠遠大于進(jìn)出系統的物質(zhì)流。而且通生產(chǎn),剩余的用于生產(chǎn)碳酸二甲酯和干冰,實(shí)現對過(guò)甘警園提供甘薯燃料乙醇一酒精糟固液分離→離Co2的全部回收利用,每年可得收益千萬(wàn)元。心清液厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣→消化液分離生產(chǎn)有機肥→(2)利用酒精糟液厭氧發(fā)酵制取沼氣。重慶環(huán)球有機肥返回甘薯園,還形成一條閉環(huán)的生態(tài)鏈。集團將發(fā)酵糟液和污泥等經(jīng)厭氧發(fā)酵制取沼氣,項目3重慶壞球生態(tài)工業(yè)系統工業(yè)共生效益分析沼氣年產(chǎn)量為15萬(wàn)t,用其進(jìn)行發(fā)電年發(fā)電量可達3.1傳統酒精生產(chǎn)系統概況5184萬(wàn)度(7200度h),其中2405萬(wàn)kWh供給乙醇酒精生產(chǎn)是我國僅次于造紙行業(yè)的最大有機污和二氧化碳等生產(chǎn)自用,余下270萬(wàn)kwh并入電染源在其生產(chǎn)過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生大量的廢棄物,如二氧網(wǎng)外售。同時(shí)由沼氣燃氣發(fā)電機配套的余熱鍋爐年產(chǎn)化碳氣體廢水以及廢渣等據測算,每生產(chǎn)1液態(tài)酒蒸汽接進(jìn)5萬(wàn)t(69h),全部供給乙醇和二氧化碳精有10-12糟液排出。酒槽為高濃度有機廢水呈酸生中國煤化工品電5元,性COD高達500000.是酒精行業(yè)最主要商品幣2941萬(wàn)元的污染源。在傳統的酒精生產(chǎn)系統中,往往僅包含CNMHG取有機肥。用沼渣家酒精生產(chǎn)企業(yè)缺少其它相關(guān)企業(yè)的參與,產(chǎn)品單和厭氧污泥作肥料,年產(chǎn)優(yōu)質(zhì)有機肥36萬(wàn)t,按照第9期夏訓峰,等甘薯燃料乙醇循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展模式研究157100元計,年產(chǎn)值人民幣360萬(wàn)元。左右的汽油價(jià)格,其盈利主要靠國家財政補貼來(lái)(4)排污費減少。如果不進(jìn)行污染治理,企業(yè)將因實(shí)現。而在重慶環(huán)球甘薯燃料乙醇生態(tài)工業(yè)系統中環(huán)境污染而帶來(lái)交排污費、罰款,以至停產(chǎn)的處罰,造生產(chǎn)It燃料乙醇僅需干甘薯2.78t,其生產(chǎn)成本在成經(jīng)濟損失,采取環(huán)保措施實(shí)現污染達標排放將避免2500元∧左右,與3500元左右的汽油相比,即使政上述損失,企業(yè)從而得到間接經(jīng)濟效益。按重慶市現行府不給予補貼,也可實(shí)現巨大的經(jīng)濟收益。排污費征收標準,估算少交的排污費約為9100萬(wàn)元a。重慶甘薯燃料乙醇工業(yè)系統內各子系統間通過(guò)優(yōu)322生態(tài)環(huán)境效益化組合輸入和輸出相互銜接,形成生態(tài)工業(yè)鏈,通過(guò)企重慶環(huán)球集團將開(kāi)發(fā)燃料乙醇作為發(fā)展發(fā)向,燃業(yè)之間和企業(yè)內部的物質(zhì)、資金和信息的交換做到資料乙醇顯著(zhù)的環(huán)境效益在于:酒精中含有35%的氧,作源的最佳配置和廢物的有效利用,環(huán)境污染可以減少為氧促進(jìn)劑添加到汽油中能更有效的促進(jìn)燃燒,使用到最低水平,形成穩定的工業(yè)共生體系。重慶甘薯燃料酒精混合燃料與使用汽油相比,尾氣中揮發(fā)性有機物乙醇循環(huán)經(jīng)濟生態(tài)系統的建立,是對中國非農作物燃可降低17%,總污染物排放降低30%,有效降低了溫室料乙醇企業(yè)建立循環(huán)經(jīng)濟實(shí)現途徑的一次有益探討,氣體CO2的排放減少了CO和O3的排放,對于大氣對中國解決能源問(wèn)題和保證糧食安全具有重要意義。環(huán)境的保護和全球氣候的改善具有十分積極的意義[參考文獻沼氣屬于清潔可再生能源。據估算,僅沼氣工程一項的開(kāi)發(fā)使用相當于每年節省標準煤207萬(wàn),減少向大杜風(fēng)光,馮文生燃料乙醇發(fā)展現狀和前景展望現代化氣排放CO29l8OtSO2414t、煙塵3105t灰渣5382t工,2006,26(1):69燃料乙醇生產(chǎn)中,蒸餾廢液(酒糟)的產(chǎn)生量為Du Feng-guang, Feng Wen-sheng. Current development offuel ethanol and its future prospect [J]. Modern Chemical14695m%h, Jf COD=62530mg/L, BOD,-32500mg/LIndustry, 2006, 26(1):6-9.(in ChineseSS=560mg;經(jīng)兩步生化法處理和物化處理后,出水(2李平燃料乙醇爭糧發(fā)改型叫停玉米深加工調查N經(jīng)濟水質(zhì)COD=7745mgL,BOD=1878mg,SS=4796mgL觀(guān)察報,2006-12-25pH-6.5-75其污染物排放量及排放濃度均符合國家《污Li Ping. Survey on the suspension of corn grain processing水綜合排放標準》(GB897896)級標準。在很大程度by Development and Reform Commission [N]. Economic上消除了對周?chē)h(huán)境的污染,這對于保護三峽庫區生態(tài)Observer News, 2006-12-25. (in Chinese)環(huán)境具有非常重要的現實(shí)意義和深遠的歷史意義3]王靈梅,張金屯生態(tài)學(xué)理論在生態(tài)工業(yè)發(fā)展中的應用門(mén)]數益323社會(huì )效環(huán)境保護,2003,(7):57-60(1)傳統酒精T業(yè)系統由于未實(shí)行清潔生產(chǎn)、未形Wang Ling -mei, Zhang Jing -tun. Applications ofecological theoriesco -industrial development []成工業(yè)共生,每年向外部排放大量的廢棄物,嚴重污染Environmental Protection, 2003. (7): 57-60. ( in Chinese)了附近的環(huán)境,對社會(huì )產(chǎn)生了嚴重的外部不經(jīng)濟性。重(4劉成付劉越巖循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展的現狀及主要模式門(mén)環(huán)境慶環(huán)球甘薯燃料乙醇生態(tài)工業(yè)系統通過(guò)走生態(tài)工業(yè)道科學(xué)與技術(shù),2005,28(4):77-18.路,實(shí)現廢物重新利用,消除了對社會(huì )的外部不經(jīng)濟性。Liu Cheng-fu, Liu Yue-yan. Status and main models of(2)重慶甘薯燃料乙醇的發(fā)展可以推動(dòng)三峽庫區circulated economy development [J]. Environmental Science及周邊貧困區縣種植業(yè)的發(fā)展、有效解決糧食轉化的Technology, 2005, 28(4): 77-18(in Chinese,問(wèn)題,有利于刺激農業(yè)生產(chǎn),穩定糧食價(jià)格,鞏固農業(yè)[5]吳一平,段寧,喬琦等全新型生態(tài)工業(yè)園區的工業(yè)共生生基礎,提高農民收入,促進(jìn)“三農”及“庫區產(chǎn)業(yè)空心態(tài)鏈網(wǎng)結構研究門(mén)中國人口、資源與環(huán)境,2004,142):化”問(wèn)題的解決。125-130.(3)重慶環(huán)球企業(yè)集團瞄準未來(lái)能源危機的出Wu Yi-ping, Duan Ning, Qiao Qi, et al. Study onindustrial symbiosis and net structure of a new type現將酒精進(jìn)一步加工發(fā)展燃料乙醇以減少汽油的消ecosystem industrial parks(]. China Population, Resource and耗量,降低對石油資源的依賴(lài)性,為我國能源安全提Environment, 2004, 14(2): 125-130( in Chinese)供了一條經(jīng)濟上可行并且來(lái)源可靠的解決途徑。6夏訓峰,謝海燕,謝濤,等包頭鋁業(yè)生態(tài)工業(yè)園區產(chǎn)品代謝4結語(yǔ)中國煤化工6263,目前,每噸燃料乙醇定向收購價(jià)格接近5000元,HCNMH Gark of Baotou gI其中國家財政補貼為1373元t。傳統的糧食作物燃料Environmental Science Technology, 2006, 29(9):62乙醇的生產(chǎn)成木在4000元以上,遠遠高于3500元/63, 84. ( in Chinese