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(chǔ)備局無錫科學(xué)研究設(shè)計(jì)院(無錫214035)2.中糧集團(tuán)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(xiàn)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)過程中能耗的途徑,并提出了木薯燃料乙醇生產(chǎn)過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)中圖分類號(hào):TK6文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B文章編號(hào):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(jiān)持非糧生物質(zhì)能源的產(chǎn)業(yè)油是國家著力緩解能源、環(huán)境、農(nóng)業(yè)問題的一項(xiàng)戰(zhàn)略化,在我國堅(jiān)持發(fā)展非糧燃料乙醇的背景下,現(xiàn)木薯性舉措。原料已大規(guī)模流向燃料乙醇企業(yè)。國內(nèi)已育成的華木薯是最為理想的不與糧爭(zhēng)地的能源作物,其南205、南植199、華南5號(hào)、華南8639等,在我國的組成見表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(qū)廣泛種植口的木薯原料資源優(yōu)勢(shì)明顯,2006年廣西木薯生產(chǎn)總衰1木薯原料的組成量達(dá)到800萬t,占全國木薯總產(chǎn)量的68%左右,主種類水分粗蛋白粗脂肪碳水化合物粗纖維粗灰分要用來生產(chǎn)淀粉、乙醇、山梨醇、檸檬酸等產(chǎn)品。從許多貧困落后地區(qū)木薯產(chǎn)業(yè)的長期發(fā)展經(jīng)驗(yàn)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(jì)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(nèi)各地?cái)M建木薯燃料乙醇的項(xiàng)目積極性程及農(nóng)產(chǎn)品深加工的設(shè)計(jì)、工程咨詢工作很高,但木薯燃料乙醇產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨著進(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(jié)能降耗等諸多挑戰(zhàn)工藝流程基本上是玉米原料生產(chǎn)食用乙醇的類似工1燃料乙醇生產(chǎn)能耗及技術(shù)現(xiàn)狀藝,而燃料乙醇對(duì)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)線加1.1美國燃料乙醇生產(chǎn)能耗及技術(shù)現(xiàn)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)過程中,把生產(chǎn)過程能耗和水藝流程長,能耗綜合利用不合理操作成本較高(見耗作為衡量工藝先進(jìn)性的重要指標(biāo)。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(duì)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(tǒng)、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(nèi)燃料乙醇生產(chǎn)能耗及技術(shù)現(xiàn)狀國內(nèi)典型的以木薯為原料的乙醇加工廠的工藝現(xiàn)有國內(nèi)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(cè)氣[發(fā)廢液真樓汽塔菱水真接燕汽直汽預(yù)熱器直接排放污水處理不達(dá)標(biāo)排放冷卻換熱全糟厭氧氣直接杰汽分子篩脫水過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(xù)處理困難(1)在液化工段,采用高溫液化的同時(shí)并沒有考據(jù)文獻(xiàn)按照目前國內(nèi)生產(chǎn)工藝和操作條件計(jì)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)乙醇的全廠能耗中,蒸煮工段占空或通過冷卻水移走。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)在醪液制備過程中粉漿濃度較低糖液化低蒸煮及蒸餾過程能耗的同時(shí)優(yōu)化全廠的能量綜合流程復(fù)雜成熟醪乙醇體積分?jǐn)?shù)通常在10%~12%利用措施是燃料乙醇生產(chǎn)過程關(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?jǐn)?shù)為95%的食用乙醇噸產(chǎn)品消耗蒸汽25通過對(duì)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)過程能耗大幅(4)乙醇蒸餾過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)部分工廠冷卻過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(dá)標(biāo)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(jī)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?jǐn)?shù)由采用低溫循環(huán)水冷卻,在冬季采用循環(huán)水。通傳統(tǒng)的25%提高至28%~30%節(jié)約一次水用量。過濃醪發(fā)酵使成熟醪乙醇體積分?jǐn)?shù)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)生的閃蒸汽通過管線送至冷凝塔畫嗎醫(yī)已化直接加熱粉漿,實(shí)現(xiàn)了低能耗滅菌液化工藝。同時(shí)液化醪冷卻過程中與成熟醪換熱,提高成熟醪預(yù)熱溫度。液化過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(jī)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(見圖4)區(qū)畫一化圓燃料乙醇蒸餾系統(tǒng)的能耗所占總能耗的比例最髙燃料乙醇蒸餾的節(jié)能途徑主要包括三方面:①蒸餾過程熱能的回收利用;②減少蒸餾過程本身的能液化罐]四券降〖蒸煮維持{噴射夜化耗;③提高蒸餾系統(tǒng)的熱力學(xué)效率,為此該過程的能級(jí)冷卻器]法發(fā)工重優(yōu)化,應(yīng)系緊固統(tǒng)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(yù)熱;精餾塔塔頂乙醇蒸汽直接進(jìn)積分?jǐn)?shù)14%以上的濃醪發(fā)酵工藝,與體積分?jǐn)?shù)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去液化閃蒸蒸汽冷誕水回?zé)崞髌淠ヒ夯W蒸粗塔再沸器直接蒸汽一精再沸器釜水去調(diào)漿或預(yù)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"幫稱直接杰汽塔頂?shù)o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(見圖5)2.4.1水綜合利用措施項(xiàng)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(tǒng)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,提供燃料能噸乙醇新鮮水耗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(xiàn)廢水/廢渣的綜合利用。陵板壓週筒惻仁間3結(jié)論氣燃燒(1)通過采用過程能量綜合利用措施,木薯燃料區(qū)氧氣解燃燼乙醇工廠比原來木薯乙醇工廠能耗大幅下降,達(dá)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(diào)漿好氧能量投入產(chǎn)出比更合理(見表4)。圖5精餾工段的能量綜合利用模式表4國內(nèi)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(duì)比綜上所述,采用能量綜合利用措施后,木薯燃料乙醇工廠能耗指標(biāo)大幅降低,與原木薯乙醇工廠主裝置名稱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(biāo)對(duì)比情況見表3。能耗3木薯燃料乙醇工廠主要技術(shù)指標(biāo)對(duì)比衰凈輸入能量/乙醇產(chǎn)量26.56022.37013.46813.35410.870/MJ·kg1項(xiàng)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(xiàn)在國家對(duì)燃料乙醇生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行補(bǔ)貼,隨低溫液化與低能著國家乙醇汽油推廣范圍的擴(kuò)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(dú)設(shè)立糖化工段增長,國家對(duì)乙醇的補(bǔ)貼負(fù)擔(dān)會(huì)越來越重,通過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(duì)減輕國家負(fù)擔(dān)和產(chǎn)業(yè)健技術(shù)特點(diǎn)連續(xù)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(xiàn)酵分?jǐn)?shù)[]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(duì)策[].可再生能源,2008,26(3):106氣相過料,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.能源木薯種質(zhì)資源面臨的問題與解決策略[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(jì)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(dá)標(biāo)排放,達(dá)標(biāo)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(shì)分析[C].中污泥產(chǎn)量大,后低,后續(xù)處理難度CNMH 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