燃料乙醇产业发展综述

河南化工HENAN CHEMICAL INDUSTRY2010年第27卷燃料乙醇产业发展综迷陈万里,赵明星(惠生工程(中国)有限公司,河南郑州450046)摘要:燃料乙醇是一种性能好、有发展前途的清洁燃料。本文分析了我国开发燃料乙醉的必要性,我国燃料乙醇的发展现状,燃料乙醇生产技术概况,燃料乙醇的发展趋势。关键词:燃料乙醇;清洁燃料;纤維素乙醇中图分类号:TQ5174;TQ214文献标识码:A文章编号:1003-3467(2010)13-0024-03Summary on Industry Development of Fuel EthanolCHEN Wan-Hi, ZHAO Ming-xingWison Engineering Ld, Zhengzhou 450046, China)Abstract: Fuel ethanol is a clean fuel which has good performance and perspective development.Thecessity of developing fuel ethanol at home, the current situation, production technology sitution and trendof fuel ethanol are analysisedKey words: fuel ethnol clean fuel i cellulose ethanol在现代工业迅速发展的今天,随着能源供需矛即初期试点阶段(上世纪90年代中期至2000年)、盾的日趋突出,我国作为石油短缺大国和消费大国,稳步发展阶段(2000~2005年)和非粮燃料乙醇发迫切需要寻找可替代能源。乙醇作为一种生产工艺展阶段。为消化陈化粮及发展石油替代能源,中成熟,生产原料来源广泛的替代能源越来越受到人国从2000年起逐步开展了燃料乙醇的开发推广工们的关注。乙醇俗称酒精,它以玉米、小麦、薯类、糖作。燃料乙醇工程是中国“十五”十大重点工程之蜜等为原料经发酵、蒸馏而制成。所谓燃料乙醇是一。根据《变性燃料乙醇及车用乙醇汽油“十五”发指对浓度为95%左右的乙醇进一步脱水,再加上展专项规划》,政府批准建设了四家以消化陈化粮5%(体积分数)的变性剂(一般为无铅汽油或无铅为主的燃料乙醇生产企业,即吉林燃料乙醇有限责的烃类)使之成为水分小于0.8%且不可食用的变任公司、河南天冠集团、安徽丰原生物化学股份有限性无水乙醇。燃料乙醇既是一种清洁能源,又是一公司和黑龙江华润酒精有限公司(现更名为中粮生种良好的汽油增氧剂和辛烷值调和组分,同时乙醇化能源(肇东)有限公司),其中河南天冠集团主要调入汽油刈降低汽车尾气中的一氧化碳含量很有以小麦为原料,其他三家都以玉米为原料。四家企效起到净化空气的效果。在汽油中加人一定比例业核定总生产能力为每年102万t,2006年四家企的乙醇作燃料能节省石油,净化空气,为人类社会业总产量在120万t左右。目前我国乙醇汽油消费的可持续发展提供一条简单有效的途径。燃料乙醇量占全国汽油消费量的20%,已成为仅次于巴西、作为21世纪车用燃料的替代产品,可使我国的车用美国的第三大燃料乙醇生产和使用国。2006年,我燃料结构呈现多元化的特征,其使用将对节约石油国着手调整燃料乙醇的发展模式。国家发改委先后资源、减少环境污染具有重大意义下发了《关于加强生物燃料乙醇项目建设管理、促进产业健康发展的通知》和《关于暂停玉米加工项1我国燃料乙醇发展现状目的紧急通知》。2007年国务院召开可再生能源会我国的燃料乙醇产业化主要经历了三个阶段,议,H中国煤化工义并通过了《可再CNMHG收稿日期:2010-03-18作者简介陈万里(1981-)男化工工程师,从事化工设计工作,电话:13460278016第7期(上)陈万里等:燃料乙醇产业发展综述生能源中长期发展规划》,对燃料乙醇的发展要求而来,原料中的淀粉经高温蒸煮被糊化后,先是以酒是在不占用耕地、不消耗粮食、不破坏生态环境的原曲中的淀粉酶类水解;随着生物科技的发展,有了液则下,坚持发展非粮燃料乙醇。2006年10月中国体曲(主要是糖化酶,含少量的a-淀粉酶),以液政府审批的第5个燃料乙醇生产装置,也是唯一的体曲对蒸煮醪进行水解(糖化)。也有先在粉碎拌一个非粮作物燃料乙醇装置——广西木薯乙醇一期料时加入(中温)a-淀粉酶对料浆进行中温(60工程,已于2006年12月投产。65℃)液化后,再高温蒸煮、降温糖化(55~62℃不等)等步骤的工艺。该法在20世纪的酒精生产过2燃料乙醇生产装置技术概况程中占主导地位,工艺成熟,并形成了只用单一的糖2.1粉碎工段化酶对淀粉进行水解的工艺。由于料浆经高温灭粉碎有干法粉碎和湿法粉碎两种。干法粉碎是菌,在发酵时可防杂菌感染。但该法最大的问题就直接将红薯十和木薯分别送入粉碎机进行粉碎,它是高能耗是最常用的方法。干法具有高效率,建设投资和运双酶法:该法在国内应用始于20世纪80年代行成本明显低于湿法。目前近67%的美国乙醇生末随着国内高温a-淀粉酶生产技术的日趋成熟,产采用干法,并且大多数新建工厂都采用了干法设高温α-淀粉酶应用进入酒精行业蒸煮液化(蒸煮温度90~110℃不等)逐渐取代了高温蒸煮;喷射湿法粉碎大多在特别的情况下选用,如采用鲜液化器(也称水热器、喷射泵等)的技术日益完善,原料生产乙醇的企业,但这种企业大多还同时配备随着吸收国外和其它行业的先进技术需要,又出现干法粉碎生产线;或有些企业以玉米为原料进行玉了喷射液化取代高温蒸煮或蒸煮液化。米脱坯(用于榨取玉米油)而釆用湿法粉碎如吉林2.3发酵工段然料乙醇有限公司2001年9月建设的单线产能为酒精发酵的方式有间歇式发酵、半连续式发酵30万υa的燃料乙醇生产线,在国际上率先应用了和连续发酵。间歇式发酵是在一个发酵罐中完成。根据发酵罐体积和糖化醪流加方式等工艺操作的不2.2液化、糖化工段同,间歇发酵又可大致分为以下4种方法:①一次加目前,工业化生产中酵母不能直接发酵淀粉。满法,此法是将糖化醪用泵送入发酵罐-一次加满;②所以玉米、大米红薯干等淀粉质原料需粉碎后加水分次添加法,此法操作时,糖化醪分数批加入发酵后调成料浆,冉在催化剂的作用下水解成可为酵母罐;③连续添加法先将规定数量的酒母醪送入发酵利用的糖,这种催化剂叮以是无机酸也可以是淀粉罐,同时连续添加糖化醪;④分割主发酵醪法,此法酶这类生物催化剂。一般采用酶法水解,酶法水解是将处于旺盛主发酵阶段的发酵醪分割出l/3糖化)方法繁多,主要有生料法(无蒸煮糖化法)、1/2至第二罐,然后两罐冋时补加新鲜糖化醪至满高温蒸煮法、双酶法(该法又分为多种工艺)。罐,继续发酵。间歇发酵的优点是操作简单,易于管生料法:亦称无蒸煮糖化法,即原料粉碎后的料理,不易出现大面积杂菌感染,但有每罐发酵后的洗浆直接加酶进行淀粉水解,并在发酵过程中边发酵刷灭菌工作量大、单耗增加、发酵时间长、设备利用边糖化。该法可节省蒸汽,省去了部分设备。但由率低等缺点。于不经升温,酶水解淀粉的作用不在酶的最佳作用半连续发酵工艺是指主发酵阶段采用连续发温度下,水解速度减缓;料浆中带人的其它微生物未酵,后发酵阶段采用间歇发酵的方法。在半连续发被杀灭,只能采用间歇发酵,发酵操作繁琐且易感染酵中,根据糖化醪流加方式不同,又可分为两种:①杂菌,发酵时间长达80h左右(国内只有山东玖玖前3只罐保持连续主发酵状态,从第3只罐流出的集闭采用),发酵设备投资大。该法在20世纪80年发酵液分别顺次装满其他发酵罐,并在其中发酵,直代日本就有企业采用,虽然具有节能、液化、糖化操至发酵完毕;②由7~8个发酵罐组成一个罐组,每作简化等优点但由于存在诸多弊病而未被大多数只罐产时先制备发酵罐企业采用,此法工艺不成熟。中国煤化罐,并在保持主发高温蒸煮法:该工艺历史悠久,自用淀粉原料生酵状CNMHG罐后,通过溢流管产乙醇以来便有此工艺。它是从白酒生产工艺演化流入第2只罐,当充满到1/3体积时,糖化醪改为流河南化工HENAN CHEMICAL INDUSTRY2010年第27卷加入第2只罐,第2只罐加满后,溢流入第3只罐,术以美国最为先进。在我国,安徽特级酒精总厂、吉然后重复第2只罐的操作。直至最后一只罐满罐。林天河实业有限公司、吉林梅河天力酒精饲料有限最后,从首罐至末罐逐罐顺次将发酵成熟醪送去蒸公司等数家大中型企业先后从法国、挪威、奥地利、馏美国等国引进其生产技术及设备。国内有多家设备连续发酵工艺,其特点是发酵开始时酒母醪和企业消化吸收引进的蛋白饲料生产技术及设备,生糖化醪一起流入第1只发酵罐,充满后,发酵醪经溢产出了国产的配套设备,其中一些生产工艺及设备流管流入第2只罐,然后第3只罐……;如此,充满经国内生产实践证明是先进可靠成熟的。整个发酵罐组,发酵成熟醪则从最后一只发酵罐流目前国内已有很多酒精生产企业的蛋白饲料的出,送去蒸馏。连续发酵工艺前苏联和我国的科技生产线全部是国内技术设备,设备生产企业可根据工作者作了大量研究工作,工艺技术成熟2。生产原料及要求配套生产所需的蛋白饲料生产装2.4蒸馏工段备,技术成熟可靠,投资比引进的要低很多。过去,在我国酒精蒸馏都采用常压蒸馏工艺,其热能使用都是一次性的。近年来我国科技工作者3我国燃料乙醇产业的发展趋势消化吸收德国 SFAHL公司和法国 Speictim公司的我国目前主要以粮食尤其是玉米为原料发展燃差压蒸馏工艺技术,并结合我国国情设计出了适合料乙醇生产,但根据我国国情,仅仅依靠粮食来提供各种酒精品质要求的两塔、三塔、五塔、六塔九塔差原料已不能满足燃料乙醇生产的需求,未来我国燃压蒸馏新工艺。如安徽特级酒精总厂、黑龙江华润料乙醇发展更多的应是依靠非粮食原料。金玉酿酒有限公司、湛江遂溪特级酒精厂等都采用未来我国燃料乙醇生产企业的两个主要发展方了差压蒸馏工艺技术向是木薯乙醇和纤维素乙醇,两者都属于非粮食作2.5脱水工段物,其中木薯乙醇已处于规模化生产阶段,技术成用普通蒸馏方法得到的酒精浓度不可能超过熟,而纤维素乙醇在我国还处在实验一中试阶段,技而作为燃料乙醇的酒精这个浓度还不能满术还有待完善。目前,国外纤维素乙醇产业化的研足要求。因此必须釆用其他方法将蒸馏酒精继续提究已经成为热潮,正步入一个关键时期我国在纤维浓。酒精脱水方法很多,目前应用于工业化生产的素乙醇技术开发上也取得了一些重要进展但技术无水酒精制备方法主要有共沸脱水法、膜分离脱水还不成熟,需要加大纤维素(茎秆)燃料乙醇的研发法、3A分子筛吸附脱水法、淀粉吸附剂脱水法。力度,同时完善政策和市场环境,加大财政支持力度2.6蛋白饲料装置和市场准入4-3。在酒精生产过程中,发酵成熟醪蒸出酒精之后剩下酒槽,酒糟中干物质的主要成分是蛋白、脂肪、参考文献纤维素、半纤维素、聚戊糖、灰分、生物质等。其中所[1]魏伟,张金华,王莉,我国燃料乙醇产业发展前景含的可溶性蛋白质易为动物所消化,所以酒精糟液[].天然气技术,2009,3(2):70-72.是一种富含蛋白质维生素B等丰富营养成分的有[2]马晚建孙风杰刘龙飞降低燃料乙醇生产成本若千价值营养源。酒糟直接排放,不仅浪费了资源而且间题的分析[J]河南化工,2003,(9):4-7对环境造成严重污染。另一方面随着我国畜牧业3]王素推世界燃料乙醇产业发展探析[冂安徽农业科的发展,我国对蛋白饲料的需求量越来越大。将酒学,2009,37(20):9658-9661精糟液进行固液分离将糟渣干燥而制得蛋白饲料[4]孙多志,许庆利,王复,等.木质纤维素制取燃料乙醇水解工艺技术进展[J].河南化工,2008,25(4):1清液供沼气池发酵,这样既得到了蛋白饲料,又彻底解决了环境污染问题。因此酒糟制蛋白饲料是一[5]柳羽半,王滨生,王佳祥非粮燃料乙酵发展综门种保护环境、化害为利变废为宝的好方法。化学工程师,200,166(7):53-55蛋白饲料生产技术在国外已被广泛釆用,该技中国煤化工CNMHG