废醪液综合利用率的提高对燃料乙醇规模化生产瓶颈问题的解决

提高废醪液综合利用率解决燃料乙醇规模化生产的瓶颈问题

摘 要：糖蜜酒精废醪液是很好的生物能源和钾源，文中介绍了废醪液综合利用概况，着重介绍了“浓缩燃烧处理酒精废醪液同时回收钾盐技术”综合利用废醪液的技术路线、效益分析、注意问题及其在木质纤维类原料生产燃料乙醇领域应用的方式。

关键词：燃料乙醇；废醪液；综合利用；环保；浓缩；燃烧；钾盐

作者简介：王勇(1969-)，男，广西横县人，热能工程师，从事包括高浓度有机废液在内的生物质能源技术开发和应用工作。

1  引言

随着世界原油价格不断飚升，石油储量不断减少，世界各国都在寻找替代石油的新燃料。生物质是唯一可直接生产液化燃料并可储存的可再生能源，发展以燃料乙醇为主的生物质液体燃料(生物燃油) 是开辟我国替代石油的新途径。据专家预测估计，到2010年，我国年生产生物燃油约为600万吨，其中生物乙醇500万吨、生物柴油100万吨；到2020年，年生产生物燃油将达到1900万吨，其中生物乙醇1000万吨，生物柴油900万吨^[1]。

“十五”期间，我国燃料乙醇生产得到很大发展。据统计分析，2005年酒精产量约为390万吨，2006年酒精产量将达到450万吨，新增供给量在60万吨左右，而这些新增量中玉米酒精占据绝对比重,目前中国仅有４家定点企业产生燃料乙醇，总产能仅110万吨左右，与500-700万吨的发展目标相比，还有５倍的发展空间^[2]。

发酵技术是目前成熟的乙醇生产技术，发展以甘蔗、薯类、甜高粱、木质纤维类生物质为原料的生化燃料乙醇生产是大方向，我国2005年发酵酒精产量368.13万吨^[3]。发酵酒精的生产原料主要是淀粉类和糖类，原料来源有限，原料成本比较高，能耗大，生产过程废液排放量大，综合利用和环保处理成本高。燃料乙醇产品与石油产品还没有竞争优势，生产企业必须依赖政府补贴才能艰难生存。所以，保障原料供应、控制成本、环保是开发燃料乙醇三大要点。

2  废醪液综合利用概况

酒精生产原料多样化，所以，酒精废醪液的综合利用方法较多，其经济效益也不尽相同。

玉米、小麦、陈化粮为原料的酒精生产排放的废醪液，蛋白质成分比较多，采用DDGS工艺生产蛋白饲料，其工艺性、经济和环保效益已经得到多家使用单位肯定。

木薯、甘蔗为原料的酒精生产排放的废醪液，因为其含钾量高，蛋白质成分少，较难做成蛋白饲料，我国南方对这类废醪液的综合治理做了不少尝试，农灌法和浓缩燃烧法被认为是较好的处理工艺。“废醪液对水环境会造成严重危害，但同时废液中含有大量农作物所需的营养物质，所以它又是一种宝贵的资源。据分析，废醪液中含有机物6%-8%；P₂O₅0.02%-0.04%； K₂O 0.6%-1.2%；总氮0.3%-0.5%。废醪液中的有机质，经实践证实，能改善土壤的物理、化学和生物性质，可作为农田肥料 ^[4]。目前，农灌法主要是使用运输工具送往田地喷灌，与巴西大规模铺设输送管道有很大距离，对全年上规模生产酒精是否具有可行性有待研究。浓缩燃烧法具有处理彻底、不受地理、气候、生产规模影响等优点，通过浓缩—燃烧—产蒸汽—发电，可以合理利用废醪液中的生物能，具有一定经济效益，在南宁糖业集团蒲庙造纸厂、广西杨森酒精有限公司、广东省遂溪特级酒精酿造有限公司有成功经验。但是，目前运行的浓缩燃烧系统对废液中钾资源的综合利用明显不足,“年产2.5万吨酒精”项目，纯燃烧酒精废液，每天可回收钾灰7-10t，灰分的K₂O含量10-30%^[5]，回收率不到50%，含钾量低，利用价值低，只局限于以100元/吨左右的价格卖给复合肥厂用作复混肥原料。另外，目前运行的浓缩燃烧系统还存在电耗高、锅炉炉膛结焦、烟道堵灰等问题，所以，与浓缩燃烧技术的高投入比较，其经济效益不够明显、有待提高。

木质纤维原料的乙醇生产刚刚起步，其废液的处理技术还缺乏研究，按现有技术5-6吨木质纤维素生产1吨乙醇计算，吨乙醇排出的废液含生物质能更多，灰分与糖蜜酒精废液的灰分相似，利用浓缩燃烧后产汽、发电更多，经济效益更明显。

3  浓缩燃烧处理酒精废醪液同时回收钾盐技术简介

浓缩燃烧处理酒精废醪液同时回收钾盐技术主要是回收废醪液的生物质能产汽、发电同时充分利用废醪液钾资源，直接生产农用级以上的钾盐（K₂SO₄），大大提高废醪液的综合利用水平。我国是一个严重缺钾的国家，80%的钾肥依赖进口，本技术为我国开辟了新的钾源，产品不存在销售问题，废醪液综合治理的社会、经济、环境效益更可观。

下面以配套年产10万吨燃料乙醇（废糖蜜原料）生产线的浓缩燃烧处理酒精废醪液同时回收钾盐系统对其技术路线、主要设备、投资收益作简单分析：

3.1  技术路线

3.2  主要设备

多效在线自清垢蒸发浓缩装置两套、燃烧废液锅炉两台(35t/h，P=2.5Mpa,400℃)、背压发电机组两套、钾灰分离装置两套、钾盐装置两套、控制装置两套、钾盐包装机一台。

3.3  关键技术

3.3.1  在线自清垢蒸发浓缩装置：采用在线清垢，提高蒸发负荷，减少设备投资，减少停机清垢时间。

3.3.2  纯燃烧废液锅炉：采用双重燃烧、多级配风、在线清灰技术组合，保证灰分含钾纯度和较低的炉膛出口烟温，减少炉膛结焦、烟道堵灰机会，延长锅炉连续运行时间。

3.3.3  钾盐提炼与烟气除尘一体化：减少除尘设备投入和除尘运行费用，K₂O回收率有保障,生产钾盐不需要其它辅助材料。

3.3.4  钾盐结晶与废液蒸发浓缩一体化：减少蒸汽消耗。

3.4  投资收益分析

3.4.1  原始参数及设备技术性能指标：

3.4.1.1  酒精废醪液主要性质

3.4.1.2  设备主要技术性能指标

3.4.2  投资总费用：7600万元人民币。

3.4.3  年运行费用

3.4.4  年产品销售收入

3.4.5  税金：环保副产品免所得税，按3.41%计营业税，共为4937.4888万元/年×3.41%＝168.368万元/年。

3.4.6  利润：销售收入―运行费用―税金＝4937.4888－754－168.368＝4015.1208万元/年。

3.4.7  投资回收期：建设期1年+项目总投资÷利润＝1+7600万元÷4015.1208万元/年≈3年。

4  注意的几个关键指标

4.1  废醪液的原始浓度：建议采用浓醪发酵技术和差压蒸馏技术，提高废醪液的原始浓度，减少废醪液蒸发浓缩的设备投资和能耗，增加蒸汽销售量和销售收入。

4.2  废醪液的K₂O含量：废醪液中K₂O含量决定钾盐的产量，不同地区的糖蜜K₂O含量差别较大。

4.3  SO₄^2-和CL^-含量：钾灰可以生产K₂CO₃、K₂SO₄、KC_L，根据废醪液的具体成分制定最终的钾盐产品方案，从价格上看，K₂CO₃价高于K₂SO₄，K₂SO₄价高于KC_L，从市场需求量看，K₂SO₄、KC_L的需求量要远大于K₂CO₃。

5  结论

糖蜜酒精废醪液是很好的生物能源和钾源，通过采用“浓缩燃烧处理酒精废醪液同时回收钾盐技术”，提高废醪液综合利用率，解决燃料乙醇规模化生产中成本控制和环保治理的瓶颈问题，是兼顾经济、社会、资源、环境协调发展的有效途径。

木质纤维类原料生产燃料乙醇是替代石油的必然发展方向，植物是天然的集钾机器，“浓缩燃烧处理酒精废醪液同时回收钾盐技术”应用于木质纤维类原料生产燃料乙醇领域，可以发展生产燃料乙醇和钾盐的综合型生物质发电厂，对生物质能源的应用提供更好的发展空间。

参考文献

[1]国家发改委能源局.我国生物液体燃料的生产现状与前景.http://www.ndrc.gov.cn/nyjt/dcyyj/t20051228_55051.htm - (2005-12-28 15:58)

[2] 时岩.玉米演绎温和牛市[N].证券日报,2006-06-07.

[3] 王文哲.全面完成"十五"目标为"十一五"开局奠定良好基础食品工业—承前启后继续保持良好快速发展态势.中国食品工业[J]，2006,(4):6-10.

[4] 胡开林,杨聪,刘惠芳.甘蔗糖厂酒精废醪液治理技术综述[J].给排水,2003,29(1):48-51.

[5] 傅其军.糖蜜酒精废液资源化综合治理生产实践(上下) [J].甘蔗糖业,2005,(4-5):33-38、28、37-39