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中国燃料乙醇生产技术现状

   日期:2007-11-26     来源:发酵工业网    作者:发酵网    浏览:2011    评论:0    
  

燃料乙醇与食用酒精有一定的差别,食用酒精对杂质的要求较高,但对水份的要求不高,而燃料乙醇对杂质要求不高,但对水分要求较高。
1, 流程:
酒精 → 脱水变性 → 燃料乙醇 → 车用乙醇汽油
2, 脱水采用分子筛脱水
90%以上的乙醇 → 预热器 → 吸附器(80℃以上,3A分子筛)→ 冷凝器                                        
可以得到水分子含量小于8000ppm的乙醇产品。
分子筛脱水工艺流程图   
 
3, 变性处理
    目的:防止作燃料或燃料添加剂的乙醇流入食用酒精市场。
    目前广泛使用的变性剂为汽油,按国家标准规定,可添加1.96-4.76(v/v)的汽油进行变性处理。

GB183502001 变性燃料乙醇

Modified fuel ethanol

GB103432002

特级 (sg)

优级(fg)

普通级(cg)

甲醇浓度 0.5

2ppm

50ppm

150ppm

要目的是部分替代石油原料,节约能源,为此生产中应尽可能降低能耗。目前中国具有自主知识产权的燃料乙醇成套生产技术,简称为TUS技术,已用于黑龙江华润酒精公司年产10万吨燃料乙醇,安徽丰原年产20万吨,吉林燃料乙醇公司年产20万吨燃料乙醇等项目中。
4, 中国燃料乙醇生产工艺的主要特点为:
A, 双酶法低温糖液化
采用高浓度配浆(DS>31%),和低温蒸煮工艺.TUS技术采用两次加酶,一次高温喷射液化,真空闪蒸急冷和低温二次液化技术.充分发挥耐高温淀粉酶的效能,降低液化酶过程的酶的消耗,提高淀粉转化率,同时采用精馏系统废蒸汽进行喷射液化,闪蒸凝液返回粉浆罐等手段,降低新鲜蒸汽和水资源的消耗
B, 浓醪连续发酵
 采用特殊设计的分布式低功能多维侧搅拌装置,解决了乙醇连续发酵过程超大型生物反应器中固相物易沉淀的问题。
 采用CIP技术,对生产装置和管道进行清洗,杀菌
C, 热偶合精馏
TUS 采用了热偶精馏技术及换热网络合成技术,有效地降低生产过程中能量消耗。
在传统酒精生产工艺中,精馏过程所消耗蒸汽和冷却水量在总消耗量中占有很大的比例,所消耗的蒸汽量达4.0吨以上,采用TUS技术后, 蒸汽消耗量可降至1.4吨以下。
精馏
 ――将醪塔的再沸器与主精馏塔的冷凝器设计成热偶合过程,采用专用技术设计的醪塔再沸器,具有高效,不易结垢及堵塞等特点。
D, 变温变压分子筛脱水
传统的无水乙醇生产采用共沸法精馏或萃取精馏的方法,生产过程能耗,物耗较高。
吸附脱水技术是燃料乙醇生产中的主流脱水技术,TUS技术首次在乙醇分子筛脱水工艺中复合了变温及变压过程,实现了吸附,解吸过程的高效率操作,每吨燃料乙醇蒸汽消耗仅为传统工艺方法的1/3。
E, 酒糟综合造粒干燥技术

选用低造价的旋转管束干燥机,降低投资费用

5,主要消耗指标与技术标准:

A, 燃料乙醇主要原、辅材料消耗(陈化小麦原料)


序号 No

内容 content

消耗 consumption

单位 unite

数量amounts

1

小麦 wheat

T/t

3.3

2

液体曲 liquid  enzyme

Kg/t

200

3

活性干酵母 yeast

Kg/t

0.1

4

water

T/t

8.17

5

power

Kw.h/t

182

6

vapor

T/t

3.28

7

coal

T/t

0.66

 B, 燃料乙醇的质量标准:ASTM D4806   Specification of fuel ethanol:

项目 itme

指标 specification

乙醇,V%最小 ethanol min.

92.1

甲醇,V%最大 methanol max

0.5

被洗过的溶剂树脂mg/100ml,最大   Washed solute resin, max

5.0

水含量,V%最大water, max

1.0

变性剂含量,V%, denaturant

1.964.76

无机氯化物含量ppm(mg/L)最大 Cl- max

4032

銅含量,mg/kg最大 copper max

0.1

酸(如乙酸),m%(mg/L)最大Acetic acid  max

0.00756

外观  appearance

无悬浮物或沉淀杂质(清洁透明)clear

 

四, 介绍几个主要燃料乙醇生产厂

1, 吉林燃料乙醇有限公司

    规划年产60万吨燃料乙醇,目前已经实现能力40万吨/年。工程总投资28.9亿元人民币。

    项目全部完成后,年可转化玉米192万吨, 生产燃料乙醇60万吨/年,蛋白饲料57.38万吨/年,玉米油4.5万吨/年。

2, 河南天冠燃料乙醇有限公司

它是中国最早生产燃料乙醇的工厂之一,目前利用河南的大量小麦陈化粮为原料生产燃料乙醇。小麦生产酒精时,可得到大量高附加值的副产品,如小麦谷朊粉、蛋白等。

    此厂开发出新型低成本复合吸附剂脱水技术,工艺简化,吨产品脱水成本仅为70元。目前天冠集团建成年产30万吨燃料乙醇项目,年处理陈化小麦105万吨,副产品有谷朊粉4.5万吨,夫皮10.14万吨,小麦胚芽1350吨,DDGS14.975万吨。项目总投资12.86亿元,

    投产后年均销售收入12.67亿元,年均利润1268万元,年需财政补贴3.53亿元(即每吨产品补贴1190元)

3, 黑龙江华润金玉米实业有限公司  

    此公司是由香港华润集团与黑龙江合资的企业,现有员工近3000人,拥有5条铁路线,资产21亿人民币。

    目前拥有年产80万吨燃料乙醇生产线,采用广西轻工业研究院的固定化酵母发酵技术。

4, 安徽丰原生物化学股份有限公司      

    此公司于2003年9月开始建设年产32万吨燃料乙醇项目,于2005年投产。总投资12.58亿元。

    此项目采用膜分离清液发酵技术,可以同时得到酵母精粉1万吨、酵母精膏0.75万吨,酵母饲料1.8万吨,玉米蛋白饲料23万吨。

   由于采用以上技术,成本较低,平均吨成本为2993元,年需要财政补贴2.05亿元,折吨补贴650元。

五, 中国车用乙醇汽油试点及推广  

1、推广步骤:

2002年6月起,在河南郑州、洛阳、南阳和黑龙江哈尔滨、肇东5个城市开展为期一年的试点,并实现了预期目标。

2004年2月,决定在黑龙江、吉林、辽宁、河南、安徽5省及湖北、山东、河北、江苏部分市扩大试点。到2005年底,这些地方基本实现车用乙醇汽油替代其它汽油。

2005年底,把乙醇汽油试点范围扩大到9个省,包括黑龙江、吉林、辽宁、河南、安徽、湖北、山东、河北、江苏。上述省人口总数占中国的将近一半。

2、添加比例:

我国车用燃料乙醇汽油中,含有燃料乙醇量为10%(V/V), 氧含量为3.5%(w),达到 BPA规定的氧含量的上限,辛烷值增高2.5%,可使燃料燃烧更完全,减少一氧化碳排放,烃类排放可降低到一个较低的水平。

3、推广中解决的几个疑问

――由于乙醇的溶解性,会不会有污垢溶解下来堵塞管道?试验结果证明,不会带来太大的影响。建议使用里程超过3万公里的车辆换燃料前先清洗,因为乙醇汽油清洗能力比较强,油箱里沉积污垢,容易清洗下来,造成滤芯或化油器堵塞。

另外,如果油箱里有水,乙醇容易溶解于水,会影响正常运行。解决方法:换用乙醇汽油前,清洗油箱及油路。

――动力损失问题
    乙醇的热值仅为汽油的一半,乙醇汽油的热值低于普通汽油。从使用情况看,由于燃烧充分,增加的热量抵消了这部分热值损失,所以多数使用者反映,并没有动力损失。广州的一些车主反映,他们使用普通汽油的车到外地,需要加乙醇汽油时,未发现什么问题。

――燃料酒精的节能问题 

    有人提出,既然燃料酒精的主要目的之一是替代能源,到底它能否实现替代能源?

    大家知道,酒精的热值约为5400大卡,采有老工艺,吨酒精综合能耗为800公斤标煤(6000大卡),相当于4800大卡,那就根本谈不到替代能源。

    由于酒精技术的进步,目前已经可以做到吨酒精综合能耗相当于300-400公斤标煤,即1800-2400大卡。不仅可以实现能源转换,而且可以达到替代部分能源的目的。

   

第三部分  广西酒精生产现状和燃料乙醇发展前景

一,现状:

目前广西有酒精生产企业77家,其中10万吨生产能力以上的1家,5万吨生产能力以上的2家,3-5万吨的1 家。2005年共生产酒精27.8万千升,比2004年增长29.3%,在全国排第六位。

原料以木薯和糖蜜为主,蒸馏采用三塔半直接式流程。

国内的糖蜜酒精厂(车间)生产技术水平差别较大,其中良好以及较差的工厂为少数,以中等水平的为多。

我国南方糖蜜酒精生产技术水平情况见下表:

技术经济指标名称

生产技术水平

良好

中等

较差

发酵酒分                %

9-11

8-9

7-8

成熟醪残还原物          %

1.8-2.2

2-2.4

2.2-2.8

其中残糖分              %

0.1-0.3

0.3-0.4

0.5-0.6

发酵残糖损失率          %

1-2

2-3

3-4

发酵成熟醪挥发酸度

0.2-0.4

0.4-0.6

0.6-0.8

发酵成熟醪酸度增长

1-1.5

1.5-2.5

2.5-4

发酵率(可发酵糖)      %

91-93

89-91

88-89

蒸馏率                  %

98-99

97-98

96-97

总收率(可发酵糖)      %

90-92

87-89

85-86.5

糖分出酒精率            %

49-50

48-49

46-47

吨酒精耗标准糖蜜      

4

4.15

4.3

吨酒精耗蒸汽          

3.8-4.2

4.4-4.8

5-6

吨酒精耗电            

25-30

30-35

35-45

吨酒精耗水            

40-60

50-70

60-80

吨酒精综合能耗       公斤

432-476.2

503.7-551.9

573.4-689.8

广西发展燃料乙醇具有得天独厚的优势,目前广西木薯产量有望超过500万吨,木薯种植面积达到400万亩,广西计划建立木薯收购价格与油价联动机制,保证农民种植木薯积极性,目前广西石油供应部门与中国粮油食品集团公司正着手在广西区内开发乙醇燃料,向国家申报第一期年产20万吨燃料乙醇建设项目,正在进行选址等前期工作。

    由于北方大部分是采用玉米与小麦为原料生产燃料乙醇。目前国家正在寻求采用非粮食原料生产燃料乙醇,因此广西有望列入国家发展乙醇计划之中,有良好的发展前景。

    二,广西发展燃料乙醇中需要引起注意的问题:

(1),认真学习与总结外地燃料乙醇发展的经验,作好广西的发展规划:

A、国家发改委近日提出,应当把燃料乙醇产业当作战略产业来发展,作为一个新兴产业来规划和发展,逐步由政府行政主导,转变为行政手段与市场机制相结合,并建议制定相应的制度和程序。国家发改委组织的专家会议认为:生物燃料乙醇推广工作的困难与障碍已基本消除,十一五应扩大发展规模,确定合理布局,如果按汽油市场容量10%来考虑,产业规模在“十一五”期间可达600万吨/年。在此大前提下,广西如何合理安排燃料乙醇的总体规划,应当认真考虑。

B、专家认为,燃料乙醇的发展应突出拉动作用,更多地寻求政策支持。从四个试点企业来看,到目前为止,生产燃料乙醇成本前没有过关,目前国家对首批批准的四个燃料乙醇的生产企业实现每吨乙醇补助1000-1600元的政策。首批实现燃料乙醇的公司之一,安徽丰原生化股份公司根据几年来燃料乙醇的产销情况,提出:如果以乙醇为唯一产品,在未来竞争中肯定没有生存空间,必须坚持生物能源和生物化工结合,追求合理的经济效益。广西在发展燃料乙醇的规划中,应当将此政策列入财政计划之中。

C、许多专家提出,燃料乙醇的建设,需要设立技术门槛,以保证技术先进性。大家知道,尽管目前国际原油价格在不到二年内从20美元攀升,一度高达75美元/桶,绝对不完全是资源短缺的原因,其中很大一部分原因是国际利益集团炒作的原因。目前原油价格已经跌到60美元以下,再下跌20%,降至50美元,甚至40美元,也不是没有可能的。如果我们花了很大的投资,上马后再遇到原油大幅度降价,企业就会面临十分困境。若国际石油价格下降到一定程度我,发展燃料酒精生产将失去成本优势。控制成本,是提高企业抗风险能力的关键。所以,新上马的酒精企业,必须立足高技术,努力将酒精生产的物耗、能耗降低到足以承担国际能源价格波动的风险。

D、特别要关注环保排放控制水平,对环保达不到排放标准的企业坚决不允许生产,防止一哄而上。燃料酒精的生产废水量是相当大的,平均每吨酒精有十吨废水,平均COD都在3万以上,如果达不到达标排放,对环境影响是相当大的。

三,广西发展燃料乙醇工业的建议

燃料乙醇产业的发展必须依托主导力量,有序推进。

由于有以上问题,一般中小型企业是很难解决的,广西发展燃料乙醇,要发挥中石油,中石化等这类国家特大型企业的作用,要有产业准入标准,才有安全保障。因为从长远看,燃料乙醇是必然要进入市场经济的,国家财政补贴肯定会逐步减少,甚至取消,企业必须全部承担市场风险。

必须注意三大门槛:

发展燃料乙醇有三大门槛:价廉物美的原料供应;先进的生产工艺;环境保护,是三大门槛。符合这三条的,才有条件上马,否则不能考虑。

广西是我国木薯种植最适宜的省份之一,种植面积和产量都占全国的60%以上,但由于产业化率低,木薯品种有退化的趋势。木薯种植对地力要求不高,广西有大量低坡荒地适宜种植木薯,广西应开发这个潜力。但是燃料酒精要求大规模生产,需要稳定、充足的原料供应,零星的原料供应不能够满足要求,必须建立大规模的原料基地,这是一个矛盾。广西部分酒精生产企业正在建立“公司+基地+农户”的良性互动循环机制,进行木薯良种繁育的推广,这可能有利于原料基地的建设。

酒精生产企业产生大量废液,如何处理酒精废液,达到环保要求,应该成为酒精生产企业投产的重要前提。目前,中国年产酒精约300万吨,糖厂酒精废液采用浓缩焚烧法处理技术是目前比较理想的处理方法,能达到环保治理和回收综合利用的双重目的,但这种处理设备前期投入较大,在酒精生产企业中推广有一定的难度,在广西仅有一家上规模的浓缩焚烧法酒精废液处理线。

木薯酒精行业的废水与糖厂废水有得不同,可以考虑采用沼气回收的办法,利用废水产生的沼气,提供酒精生产能源,减少能源消耗,这方面,海南岛一些淀粉厂有很好的经验,值得大家学习。

必须努力创造符合木薯原料的燃料乙醇先进生产工艺

应当指出,无论是现有的玉米酒精生产工艺,或是小麦酒精生产工艺,与木薯酒精都有很大不同。玉米与小麦酒精生产工艺中,副产物的回收占了其主要原料成本的60-70%,即使这样,他们的生产成本仍然不能适应市场竞争,还需要政府补贴。木薯的副产物很少,利用价值远低于玉米与小麦。玉米与小麦的酒精生产工艺,也与木薯酒精不同,所以要实现以木薯为原料的燃料乙醇生产,必须根据实际情况,按照市场竞争的要求,创造自己独特的生产工艺,解决面临的独特技术难关。这方面,希望有关企业与高等院校、科研院所合作,作为一个课题,努力解决。

建议对中国知名酒精老专家胡象尧先生、曾昭政先生多次推荐的国外先进成熟的“发酵蒸馏耦合法”(BIOSTIL)生产糖蜜酒精的工艺技术予以重视。

发酵蒸馏耦合法

原材料及水电汽消耗指标(以1吨酒精计)

糖蜜(50%全糖分/总还原物)                        约4.5吨

尿素                                                                      3—4公斤

磷酸(100%计,酒母培养用)                       <1公斤

烧碱(100%计)                                            <1公斤

硝酸(100%计)                                            <1公斤

消泡剂                                                                   1.5公斤

工艺水                                                                   10千升

冷却水(≤29℃)                                                 220千升

电                                                                          154度

蒸汽(0.3mpa)                                              3.1吨

工厂实际生产情况

序号

项目

印度A

印度B

澳洲S

1

生产规模         /

36

36

130

2

吨酒精耗糖蜜      

4.26

4.25

4.3

3

吨酒精耗电         

93

94

186-248

4

吨酒精耗蒸汽      

2.62

2.7

3.1

5

吨酒精耗工艺水    

7.5

8.7

15

6

吨酒精耗冷却水     

133

133

 

7

吨酒精综合能耗   公斤

335.53

343.82

390.09-408

8

吨酒精废液量      

4.5

6

5

9

废液浓度           Bx

28

27

35-37

因为此技术不但解决了糖蜜酒精的清洁生产问题,对淀粉质原料如木薯酒精生产也同样有效,可达到节能和环保的双重目的。

以上发言是我参加全国行业活动时所了解的情况与自己学习的体会,不很全面,也不一

定准确,仅供各位参考。

 

 
     
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