国内燃料乙醇生产技术水平

国内燃料乙醇生产技术水平

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1、

玉米燃料乙醇生产技术水平

玉米燃料乙醇按照生产工艺可分为“湿法”与“干法” 。对于专业的乙醇生产企业,采用技术手段分离出胚芽生产玉米油是必要的,并且工业生产乙醇时, 只要求玉米淀粉脂肪含量低于110 %即可

。因此“, 半干法”工艺或“改良湿法”工艺均为可选方案。表1 为几种玉米燃料乙醇生产工艺的优劣比较。

表1 玉米燃料乙醇生产工艺的综合比较

由于玉米燃料乙醇技术首先在美国实现工业化生产并迅速得到发展,其经济效益仅次于巴西的甘蔗燃料乙醇。所以有必要介绍一下美国玉米燃料乙醇技术的特点及优势所在。1.1 美国玉米燃料乙醇技术

1.1.1

生产工艺的选择

美国“湿法”工艺用于燃料乙醇的生产源于淀粉企业的产品延伸,其中以ADM 公司为典型代表,采用纯糖浆发酵和酵母回用技术,工艺流程如图1 所示。

图1 美国ADM公司玉米燃料乙醇“湿法”生产工艺

2000 年前美国共有48 个生产厂家,生产约670万吨燃料乙醇。其中产能的60 %由湿法生产,40 %由干法生产。2005 年又新建36 个厂,总数达到84家,产能较2000 年增加约一倍达到1 200万吨。2006年生产厂增至125 家,产量为1 460 万吨,产量跃居世界第一,目前还有在建装置23 家

。新建的专业燃料乙醇生产企业均采用“干法”新工艺。工艺流程如图2 所示(虽然膜分离脱水技术在能耗方面仅为传统共沸蒸馏脱水工艺能耗的10 % —30 % ,然而由于膜使用寿命和成本等问题,美国大部分装置仍然没有采用,但它是以后的重点发展方向) 。

图2 美国玉米燃料乙醇“干法”新工艺

1. 1. 2 技术进步所显现的特点

随着燃料乙醇生产实践经验的积累,现在美国大型燃料生产企业尤其是2000 —2006 年新建厂具有如下特点:

(1) 多数采用大颗粒玉米粉(3mm ,有利于饲料回收) ;

(2) 高温蒸煮(120 ℃,高温淀粉酶) ,采用同步糖化发酵工艺,从2005 年开始采用无蒸煮工艺(低温淀粉酶) ,大大降低了能耗;

(3) 酵母回用发酵技术;

(4) 固定化酵母,流化床反应器发酵技术;

(5) 广泛实现了自动化控制,应用连续发酵过程,并采用CIP系统(原位循环清洗发酵罐的原位清洗系统) 。

湿法加工技术的新趋势主要涉及加酶湿法加工和膜分离技术的应用。加酶湿法加工的优点是浸渍时间短、投资小、耗能低、用水量大大减少,而且酶可反复使用;其主要缺点是酶价太高。膜分离技术的应用为浸渍水的分离和利用打开了新的途经。浸渍水的膜分离一般包括两个过程:浸渍水经膜分离的截留物含有长链蛋白质,干燥后并入玉米蛋白粉;浸渍水在进入蒸发器前,先用反渗透膜除去57 %的水,这样可大大降低蒸发所需能耗。以上先进技术及设备的采用

降低了燃料乙醇生产的成本,大幅度提高了乙醇产率。

1.2 中粮肇东玉米燃料乙醇生产技术水平

我国燃料乙醇工艺生产技术路线以 4 个大型生产企业为代表,其中又以中粮肇东的玉米“半干法”生产工艺较为先进。

1. 2. 1 生产工艺的选择

中粮肇东的三期乙醇装置均采取“半干法粉碎工艺”,彻底抛弃了“湿法”或“改良湿法”的浸泡过程,流程进一步简化,减少了一次水用量。同时“半干法“又克服了“干法”提油困难的缺点,玉米油收率已接近“改良湿法”,在技术及经济上更加合理。“半干法”工艺与“湿法”工艺相比具有流程短、设备投资少,能耗低和无浸泡等优点,其优势明显,值得推广。

1. 2. 2 生产工艺特点

中粮肇东二期乙醇装置产量18 万吨/年,由广东华达公司设计、天津大学改造完成。该工艺流程的技术特点为:半干法粉碎、双酶法液化糖化、半连续浓醪发酵、五塔差压精馏、分子筛变压吸附脱水、利用废热蒸气处理废醪液和离心清液回配等。

吨无水燃料乙醇(99.5%) 玉米单耗3.3 吨,水耗约8.7吨(主装置) ,蒸气消耗4.8 吨(主装置) ,饲料乙醇比为77 % ,能量输出输入比为1.09 ;三期装置产量15万吨/年,引进的美国Delta-T 公司的技术,由康泰斯(Chemtex) 公司设计,采用玉米半干法生产乙醇。吨无水燃料乙醇(99.5%) 玉米单耗3.18 吨,新鲜水耗仅为1.66 吨(主装置) ,蒸气消耗3.3 吨(主装置) ,饲料乙醇比为87 %。此装置技术达到国内领先,国际先进水平,实现了清洁生产。

1.3 国内燃料乙醇生产技术与美国的差距

分析国内大型燃料乙醇装置与美国燃料乙醇装置生产技术特点可以发现存在以下差距:

(1) 美国的装置高温液化时间短(104 ℃,6min 左右) 、均进行真空闪蒸降温,国内装置有的喷射液化温度不高(95 —100 ℃) ,也没有类似美国的预液化、后液化过程;美国装置进一步的发展趋势是采用高质量复合液化酶,直接取消喷射液化步骤,在85 ℃下液化,同样达到很好的液化效果,这样无论从设备投资还是能耗方面都是显著降低了成本。

(2) 美国大部分企业取消了糖化工序,直接进入边糖化边发酵工序,其益处是工艺简捷,避免了60 ℃糖化罐中耐高温产酸杂菌的积存与危害。同步糖化发酵工艺可有效地解决营养过度造成的酵母菌过快生长、同时大量消耗糖分产生的乙醇又影响了酵母菌代谢的反馈抑制问题。在发酵罐中,糖被限量供应并立即发酵,避免了糖对酶水解的抑制作用,从而实现了发酵过程的高酒分;而国内装置则都继续保持了糖化这道独立的工序。

(3) 美国装置多采用连续浓醪发酵工艺,酵母可以回用2 —3 次,显著降低了生产成本,而国内多采用半连续浓醪发酵,且没有采用酵母回用技术。

此外虽然国内也引进或仿制研发了相应的生产工序,但是由于没有掌握核心技术或技术设计存在差距,在实际的生产过程中暴露出诸如生产性能指标偏低、能耗偏高和副产品质量偏低等缺点,导致生产成本的升高。

1. 3. 1 浓醪发酵醪液酒分含量偏低

高浓度酒精发酵工艺具有高发酵率、高转化率、低残糖和节约能源等特点,可大幅度增加产量,显著提高经济效益。美国企业浓醪发酵酒精浓度普遍可达15 %( v/v) 以上,而国内浓醪发酵酒精浓度仅为11 % —12 %( v/v) 。经实际测算,每提高1 %的发酵醪酒分(玉米为原料) ,吨酒精收益约为30 —40 元;酒精生产企业中酒精含量每提高1 % , 能耗下降3 % ,整体经济效益提高3 % 。

1. 3. 2 离心清液回配量偏低

美国企业可以实现50 %以上甚至100 %酒糟清液的回用,而我国中粮生化能源(肇东) 有限公司回配量仅达到30 %。吉林燃料乙醇公司开始则没有回配工序,将离心清液白白蒸发掉,既浪