摘要:在我國(guó)推行乙醇清潔燃料，對(duì)我國(guó)的農(nóng)業(yè)、能源、環(huán)保、交通等諸方面都將起到積極的推動(dòng)作用。我國(guó)的酒精工業(yè)已有近一個(gè)世紀(jì)的發(fā)展歷程，在全球經(jīng)濟(jì)一體化的大背景下，提高燃料乙醇的使用范圍和利用率急需先進(jìn)的工藝作為技術(shù)支撐。以發(fā)酵法生產(chǎn)的燃料乙醇，具有和礦物燃料相似的燃料性能，而其生產(chǎn)原料為生物源，是一種可再生能源。濃醪發(fā)酵是一種可以提高酒精產(chǎn)量，提高設(shè)備利用率，降低能耗的酒精發(fā)酵新方法。

關(guān)鍵詞:燃料乙醇;生產(chǎn)工藝;酒精發(fā)酵;濃醪發(fā)酵技術(shù)

隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化進(jìn)程的加快，我國(guó)對(duì)國(guó)際石油的依賴(lài)越來(lái)越明顯。并且，作為一種不可再生資源，全球石油的儲(chǔ)量隨著各國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展日趨減少。根據(jù)我國(guó)《生物燃料乙醇及車(chē)用乙醇汽油“十一五”發(fā)展專(zhuān)項(xiàng)規(guī)劃》，“十一五”期間，我國(guó)將生產(chǎn)600萬(wàn)噸生物液態(tài)燃料，其中燃料乙醇500萬(wàn)噸，生物柴油100萬(wàn)噸;到2020年，生產(chǎn)2000萬(wàn)噸生物液態(tài)燃料，其中燃料乙醇1500萬(wàn)噸。從中不難看出，我國(guó)對(duì)燃料乙醇產(chǎn)業(yè)的支持力度將會(huì)逐步加大。結(jié)合我國(guó)當(dāng)前的消費(fèi)實(shí)際和酒精工藝技術(shù)水平，用燃料乙醇作為一種可再生資源代替石油是最為行之有效的方法，運(yùn)用這一新型能源不僅可以減少環(huán)境污染，而且對(duì)消化余糧，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，促進(jìn)養(yǎng)殖業(yè)、加工業(yè)的發(fā)展，提高我國(guó)的能源安全和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力等方面都具有重要的戰(zhàn)略意義。

1 推廣燃料乙醇的現(xiàn)實(shí)條件

燃料乙醇，一般是指體積濃度達(dá)到99.5%以上的無(wú)水乙醇。是用糧食或植物生產(chǎn)的可加入汽油中的品質(zhì)改善劑。它不是一般的酒精，而是它的深加工產(chǎn)品。燃料乙醇是燃燒清潔的高辛烷值燃料，是可再生能源。可在專(zhuān)用的乙醇發(fā)動(dòng)機(jī)中使用，又可按一定的比例與汽油混合，在不對(duì)原汽油發(fā)動(dòng)機(jī)做任何改動(dòng)的前提下直接使用。理論上乙醇燃燒過(guò)程所排放的二氧化碳和作為原料的生物源生長(zhǎng)所消耗的二氧化碳在數(shù)量上是持平的，這對(duì)減少大氣污染及抑制“溫室效應(yīng)”意義重大。

1.1 消耗陳糧，降低對(duì)國(guó)際石油的依賴(lài)程度

燃料乙醇作為清潔燃料已在發(fā)達(dá)國(guó)家實(shí)行了二十多年。我國(guó)使用酒精替代汽油也有很久的歷史，只因?yàn)榫凭诩Z食短缺時(shí)期缺乏基本條件而不能發(fā)展。目前糧食生產(chǎn)儲(chǔ)存豐盈，甚至相對(duì)過(guò)剩，出現(xiàn)了大量陳化糧，糧價(jià)已與國(guó)際糧價(jià)相近，再加上汽油價(jià)格上漲，均已使推行汽油醇政策具備條件。我國(guó)推廣應(yīng)用乙醇汽油，燃料乙醇的加入量，初步確定從10%起步。這樣做的好處是，現(xiàn)有車(chē)輛和加油裝置，不需任何改裝，油耗、動(dòng)力基本不受影響，汽車(chē)尾氣的污染可大幅度降低，又不消耗過(guò)多的糧食。

1.2 減少和降低環(huán)境污染

一般當(dāng)汽油中的乙醇的添加量不超過(guò)15%時(shí)，對(duì)車(chē)輛的行駛性沒(méi)有明顯影響，但尾氣中碳?xì)浠衔?、NOx和CO的含量明顯降低。汽油中添加7.7%乙醇，氧含量達(dá)到2.7%;如添加10%乙醇，氧含量可以達(dá)到3.5%，所以加入乙醇可幫助汽油完全燃燒，以減少對(duì)大氣的污染。

2 燃料乙醇的具體生產(chǎn)步驟

酒精生產(chǎn)過(guò)程包括原料預(yù)處理、蒸煮、糖化、發(fā)酵、蒸餾、脫水、廢醪處理等。目前中國(guó)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的燃料乙醇成套生產(chǎn)技術(shù)，簡(jiǎn)稱(chēng)為T(mén)US技術(shù)，已用于黑龍江華潤(rùn)酒精公司年產(chǎn)10萬(wàn)噸燃料乙醇，安徽豐原年產(chǎn)20萬(wàn)噸，吉林燃料乙醇公司年產(chǎn)20萬(wàn)噸燃料乙醇等項(xiàng)目中。目前，在乙醇燃料的具體生產(chǎn)過(guò)程中，企業(yè)的主要生產(chǎn)工藝和流程包括以下幾個(gè)方面:

2.1 發(fā)酵生產(chǎn)乙醇

目前發(fā)酵法在整個(gè)乙醇生產(chǎn)行業(yè)中占很大的比例，并且由于發(fā)酵原料來(lái)源于可再生的植物，所以發(fā)酵法乙醇就被視為可長(zhǎng)期持續(xù)供應(yīng)的清潔能源，從而廣受重視，發(fā)酵法采用各種含糖的農(nóng)產(chǎn)品，農(nóng)林業(yè)副產(chǎn)物及野生植物為原料，經(jīng)過(guò)水解、發(fā)酵使雙糖、多糖轉(zhuǎn)化為單糖并進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為乙醇。不同生產(chǎn)原料，酒精發(fā)酵生化過(guò)程不同。對(duì)糖質(zhì)原料，可直接利用酵母將糖轉(zhuǎn)化成乙醇。對(duì)于淀粉質(zhì)和纖維質(zhì)原料，首先要進(jìn)行淀粉和纖維質(zhì)的水解(糖化)，再由酒精發(fā)酵菌將糖發(fā)酵成乙醇。目前，企業(yè)廣泛應(yīng)用的是高濃度配漿(DS>31%)，和低溫蒸煮工藝.TUS技術(shù)采用兩次加酶，一次高溫噴射液化，真空閃蒸急冷、低溫二次液化技術(shù)和在發(fā)酵過(guò)程中采用一邊糖化一邊發(fā)酵的技術(shù)。充分發(fā)揮耐高溫淀粉酶的效能，降低液化過(guò)程中酶的消耗，提高淀粉轉(zhuǎn)化率，同時(shí)采用精餾系統(tǒng)的廢蒸汽進(jìn)行噴射液化，閃蒸冷凝液返回粉漿罐拌料等工藝，降低一次蒸汽和水資源的消耗。

2.2 乙醇脫水

成熟的發(fā)酵醪內(nèi)，乙醇質(zhì)量濃度一般為8-10%(w)。由于原料不同，水解產(chǎn)物中乙醇含量高低相異，如谷物發(fā)酵醪液中乙醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不高于12%，纖維素可用酶或酸水解，如亞硫酸法造紙漿水解液中僅含乙醇約1.5%。除含乙醇和大量水外，還有固體物質(zhì)和許多雜質(zhì)，需通過(guò)蒸餾把發(fā)酵醪液中的乙醇蒸出，得到高濃度乙醇，同時(shí)得到副產(chǎn)物雜醇油及大量酒糟。

脫水技術(shù)是燃料乙醇生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)之一。為了提高乙醇濃度，采用普通的蒸餾方法已經(jīng)無(wú)法分離出多余的水分，這就需采用特殊的脫水方法。目前制備燃料乙醇的方法主要有化學(xué)反應(yīng)脫水法、恒沸精餾、萃取精餾、3A分子篩吸附脫水法、膜分離法、真空蒸餾法、離子交換樹(shù)脂法等。

3 濃醪發(fā)酵技術(shù)在酒精發(fā)酵中的應(yīng)用

工業(yè)酒精生成過(guò)程中，發(fā)酵工藝采用斜底側(cè)攪拌發(fā)酵罐、螺旋板換熱器罐外強(qiáng)制循環(huán)冷卻工藝。該工藝具有雜質(zhì)過(guò)罐率高、罐內(nèi)沉積少、生產(chǎn)規(guī)模大、冷卻效果好、使用廣泛等優(yōu)點(diǎn)，像常溫比較高的地區(qū)如泰國(guó)、非洲地區(qū)已經(jīng)可以由每年只生產(chǎn)6個(gè)月變成常年生產(chǎn)。濃醪發(fā)酵是一種可以提高成熟醪酒精含量，提高設(shè)備利用率，降低能耗的酒精發(fā)酵新方法。采用濃醪發(fā)酵技術(shù)，其成熟醪的酒精含量可以由原來(lái)的10%(v)提高到12%~13%(v )，經(jīng)實(shí)際測(cè)算，每提高1%的發(fā)酵醪酒分(玉米為原料)，噸酒精收益約為30-40元;酒精生產(chǎn)企業(yè)中酒精含量每提高1%， 能耗下降3%，整體經(jīng)濟(jì)效益提高3%。同時(shí)，采用濃醪發(fā)酵技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)，可以減少發(fā)酵和廢水處理的一次性投資成本，減少?gòu)U水處理量。

3.1 濃醪連續(xù)發(fā)酵及熱偶合精餾

目前，采用TUS特殊設(shè)計(jì)的分布式低功能多維側(cè)攪拌裝置，可以有效解決乙醇連續(xù)發(fā)酵過(guò)程超大型生物反應(yīng)器中固相物易沉淀的問(wèn)題。而將醪塔的再沸器與精餾塔的冷凝器設(shè)計(jì)成熱偶合過(guò)程，采用專(zhuān)用技術(shù)設(shè)計(jì)的醪塔再沸器及換熱網(wǎng)絡(luò)合成技術(shù)，并且充分利用蒸餾過(guò)程中產(chǎn)生的廢熱水對(duì)生產(chǎn)裝置和管道進(jìn)行清洗、殺菌，這樣可以有效降低生產(chǎn)過(guò)程中的能量消耗。此外，在傳統(tǒng)酒精生產(chǎn)工藝中，精餾過(guò)程所消耗蒸汽和冷卻水量在總消耗量中占有很大的比例，所消耗的蒸汽量達(dá)4.0噸以上，采用TUS技術(shù)后，蒸汽消耗量可降至1.4噸以下。

3.2 提高酒份含量的注意事項(xiàng)

酒精生產(chǎn)，要求用最少的原料來(lái)生產(chǎn)盡可能多的酒精產(chǎn)品，并應(yīng)盡量減少發(fā)酵損失。用糧食經(jīng)過(guò)發(fā)酵制造工業(yè)酒精的工藝過(guò)程，在發(fā)酵完成的成熟醪中，不單是含有酒精(乙醇)，還含有其它幾十種成分的物質(zhì);其中酒精的含量，稱(chēng)為酒份。國(guó)內(nèi)酒精廠家發(fā)酵的酒份一般為10%-13%(v/v)，國(guó)際先進(jìn)水平酒份可達(dá)到16%-20%(v/v)。為了提高酒份的含量，必須符合以下要求:首先，在發(fā)酵前期，要?jiǎng)?chuàng)造條件，讓酵母菌繼續(xù)繁殖到一定數(shù)量;其次，使糖化醪中的淀粉和糊精在發(fā)酵過(guò)程中繼續(xù)被分解，生成可發(fā)酵的糖分。再次，在發(fā)酵過(guò)程的中期和后期，要?jiǎng)?chuàng)造厭氣條件，使酵母在無(wú)氧條件下將糖分發(fā)酵生成酒精。另外，發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生的CO2應(yīng)設(shè)法排除，并注意加強(qiáng)對(duì)隨CO2逸出時(shí)被帶走酒精的捕集回收。

總之，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，生產(chǎn)燃料乙醇的工藝將會(huì)變得更加的方便快捷和容易操作，大規(guī)模推廣和使用乙醇燃料將會(huì)成為現(xiàn)實(shí)，這對(duì)緩解我國(guó)目前日益突出的能源枯竭問(wèn)題，全面構(gòu)建和諧社會(huì)都具有重大的現(xiàn)實(shí)和長(zhǎng)遠(yuǎn)意義。

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