林榮忠 楊宇格 林榮珍

【摘 要】文章研究和概述了甘蔗糖蜜全年生產(chǎn)酒精，酒精廢液經(jīng)厭氧發(fā)酵后產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)沼氣，沼氣采用內(nèi)燃機(jī)發(fā)電，電能并網(wǎng)銷售，余熱為糖廠及周圍工業(yè)企業(yè)提供飽和蒸汽，實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)，沼液制成液態(tài)生物有機(jī)肥用于噴灌甘蔗的一種資源化綜合利用生產(chǎn)模式，并對(duì)其發(fā)展前景進(jìn)行了展望。

【關(guān)鍵詞】甘蔗糖蜜；酒精廢液；沼氣發(fā)電；熱電聯(lián)產(chǎn)；液態(tài)生物有機(jī)肥

【中圖分類號(hào)】TS262.2 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2017）05-0151-03

0 前言

近幾年，廣西糖蜜酒精企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)不景氣，廣西壯族自治區(qū)糖業(yè)發(fā)展辦公室提出將全區(qū)糖蜜酒精企業(yè)進(jìn)行整合重組，增強(qiáng)規(guī)模效益。本文研究概述了日產(chǎn)甘蔗糖蜜酒精300 t，年生產(chǎn)酒精200 d，酒精廢液經(jīng)厭氧發(fā)酵后生產(chǎn)沼氣，沼氣采用內(nèi)燃機(jī)發(fā)電，電能并網(wǎng)銷售，余熱為糖廠及周圍工業(yè)企業(yè)提供飽和蒸汽，實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)，沼液制成液態(tài)生物有機(jī)肥用于噴灌甘蔗的一種資源化綜合利用生產(chǎn)模式，構(gòu)建農(nóng)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈，以期促進(jìn)甘蔗糖蜜全年生產(chǎn)酒精主業(yè)生產(chǎn)的良性發(fā)展，促進(jìn)酒精廢液資源化、規(guī)?；?、產(chǎn)業(yè)化、高值化利用，增強(qiáng)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。

1 甘蔗糖蜜的組成及需求分析

1.1 甘蔗糖蜜的組成

甘蔗糖蜜是甘蔗制糖生產(chǎn)的主要副產(chǎn)物，其數(shù)量達(dá)3%對(duì)蔗比，2015—2016年榨季，廣西全區(qū)入榨甘蔗4 433.43萬(wàn)t，產(chǎn)最終糖蜜約133萬(wàn)t（按3%折算）。甘蔗糖蜜是一種黏稠、黑褐色、呈半流動(dòng)的物體，組成因加工條件的不同而有所差異，其中主要含有大量的可發(fā)酵糖（主要是蔗糖和還原糖），總糖分（蔗糖分+還原糖分）為47～52 g/100 g，非發(fā)酵性還原物質(zhì)為6～8 g/100 g，pH值為5～6（亞硫酸法生產(chǎn)工藝糖廠），總氮為0.5%～2.3%，多屬于非蛋白氮類，如氨、酰胺及硝酸鹽等，而氨基酸態(tài)氮僅占15%～30%，因此是很好的發(fā)酵原料，可用作酒精、酵母、味精、焦糖色素、有機(jī)酸等發(fā)酵制品的底物或基料，可作為某些食品的生產(chǎn)原料和動(dòng)物飼料原料。

1.2 甘蔗糖蜜和儲(chǔ)罐的需求分析

一般每生產(chǎn)1 t酒精耗甘蔗糖蜜4.8 t（以總糖分48 g/100 g計(jì)），本文研究日產(chǎn)甘蔗糖蜜酒精300 t，年生產(chǎn)酒精200 d的生產(chǎn)方案，年需要桔水量約28.8萬(wàn)t。榨季期間及停榨期間各生產(chǎn)100 d，按每天產(chǎn)酒300 t計(jì)，榨季期間及停榨期間各產(chǎn)酒約3萬(wàn)t，各需桔水約14.4萬(wàn)t，停榨期間需增加桔水罐容量14.4萬(wàn)t，需要配套φ26 m×16 m的桔水罐共15個(gè)，配套可儲(chǔ)存2個(gè)月產(chǎn)酒量（約2萬(wàn)t）的酒罐（φ30 m×16.5 m）2個(gè)。

2 糖蜜酒精廢液的組成及生產(chǎn)沼氣分析

2.1 糖蜜酒精廢液的組成

一般每生產(chǎn)1 t酒精排出的廢液約12 t，糖蜜酒精廢液的COD高達(dá)80 000～140 000 mg/L，BOD高達(dá)30 000～70 000 mg/L，SS達(dá)到40 000 mg/L，pH值為3.5～4.5，錘度為15～19 BX°[1]。經(jīng)廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所檢測(cè)，糖蜜酒精廢液是一種無(wú)毒和生物可降解液體，純粹來(lái)源于植物，并含有大量可溶性有機(jī)質(zhì)，同時(shí)含有大量作物所需的多種營(yíng)養(yǎng)元素，一般含有機(jī)質(zhì)5.5%～12%，N0.06%～0.42%，P2O50.01%～0.38%，K2O0.23%～1.54%，固形物7%～14%[2]。此外，還含有Ca 2.1%～3.0%，Mg2.0%～3.3%，S4.0%～5.0%，F(xiàn)e 65 mg/L，Zn10.5 mg/L，Mn5.5 mg/L等營(yíng)養(yǎng)元素和氨基酸、生長(zhǎng)素、維生素等多種生長(zhǎng)活性物質(zhì)[3]。這些養(yǎng)分物質(zhì)都是甘蔗生長(zhǎng)發(fā)育所必需的，并且大部分是甘蔗生長(zhǎng)過(guò)程中直接從土壤中攝取所獲的或者在甘蔗體內(nèi)合成的，甘蔗經(jīng)制糖與發(fā)酵后又濃縮到酒精發(fā)酵液中。

2.2 沼氣的組成

在完全與氧氣隔絕（厭氧）的條件下，高濃度有機(jī)廢水中有機(jī)物在厭氧微生物作用下被轉(zhuǎn)化為沼氣，沼氣的主要成分是甲烷（CH4）和二氧化碳，甲烷占總體積的55%～65%，二氧化碳占總體積的35%～40%，其余硫化氫、氮、氫和一氧化碳等氣體約占總體積的5%[4]。

2.3 糖蜜酒精廢液產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)沼氣分析

在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，1 mol甲烷，相當(dāng)于2 mol（或64 g）COD，則還原1g的COD相當(dāng)于生成22.4/64=0.35 L甲烷[5]。理論上，每去除1 kg的COD可產(chǎn)生0.35 m3的甲烷，在糖蜜酒精廢液厭氧消化工藝中，實(shí)際產(chǎn)氣率受到酒精廢液COD和硫酸鹽、生物厭氧技術(shù)、厭氧反應(yīng)器的核心技術(shù)、菌種及管理技術(shù)水平等多種因素的影響，一般取實(shí)際產(chǎn)氣值為理論值的80%計(jì)算，則每去除1 kg的COD實(shí)際約可產(chǎn)生0.28 m3的甲烷，1 kg的COD產(chǎn)生0.43～0.47 Nm3的沼氣，甲烷含量在60%左右，其熱值在23.58×103 kJ/m3左右。

以日產(chǎn)甘蔗糖蜜酒精300 t，每生產(chǎn)1 t酒精排出的廢液約12 t，糖蜜酒精廢液的COD為130 000 mg/L，沼液COD濃度按40 000 mg/L計(jì)，產(chǎn)生的甲烷量=300×12×（130 000-40 000）×0.28/1 000=90 720 m3，則產(chǎn)生的沼氣總量=90 720/0.6=15.12萬(wàn)m3/d（沼氣中甲烷含量按60%計(jì)算）。

3 沼氣發(fā)電及熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)方案

3.1 沼氣發(fā)電的基本原理

內(nèi)燃機(jī)把沼氣的化學(xué)能經(jīng)過(guò)燃燒過(guò)程轉(zhuǎn)變成熱能，并經(jīng)過(guò)相應(yīng)的傳動(dòng)裝置再轉(zhuǎn)變成機(jī)械能，最后由發(fā)電機(jī)把機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能[6]。

3.2 沼氣發(fā)電熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組裝機(jī)規(guī)模

為了實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的靈活性，采用國(guó)產(chǎn)內(nèi)燃式發(fā)電機(jī)組6臺(tái)，裝機(jī)規(guī)模為6 MW（1 MW×6臺(tái)），沼氣發(fā)電量為144 000 kW·h/d，熱電聯(lián)產(chǎn)蒸汽量為115.0 t/d（0.8 MPa），項(xiàng)目總投資概算為5 700萬(wàn)元。

3.3 沼氣發(fā)電并網(wǎng)及熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)方案

沼氣發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)工藝流程如圖1所示。

沼氣凈化系統(tǒng)位于發(fā)電系統(tǒng)之前，對(duì)從厭氧塘出來(lái)的沼氣進(jìn)行水汽分離和凈化，以提高沼氣的轉(zhuǎn)化率。凈化設(shè)備包括去霧罐、阻火器、過(guò)濾器等，去除氣體中的水分、塵埃、雜質(zhì)和有害氣體成分，使氣體質(zhì)量達(dá)到發(fā)電系統(tǒng)和燃燒系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行的要求。

甲烷完全燃燒時(shí)，生成二氧化碳和水，釋放出熱能，是一種清潔能源。理論上，每1 m3沼氣約等折0.714 kg標(biāo)煤，按每天產(chǎn)沼氣100 000 m3保守估算，年生產(chǎn)200 d，折算成標(biāo)煤量為1.43萬(wàn)t/a，可替代天然氣、煤、油等常規(guī)燃料使用。采用國(guó)產(chǎn)1 MW的內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組，1 m3沼氣可發(fā)電1.8 kW·h，每臺(tái)機(jī)組可生產(chǎn)0.8 t/h的飽和蒸汽（蒸汽壓力為0.8 MPa），電能上網(wǎng)銷售，蒸汽供糖廠使用，實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)；沼液制成液態(tài)生物有機(jī)肥。

4 沼液生產(chǎn)液態(tài)生物有機(jī)肥分析

（1）本文中的沼液是指酒精廢液在一定的溫度、細(xì)菌的條件下，經(jīng)密閉厭氧塘或地上厭氧發(fā)酵罐進(jìn)行厭氧發(fā)酵，產(chǎn)生甲烷、二氧化碳等氣體后的殘留液體物質(zhì)。

（2）從液體肥料和營(yíng)養(yǎng)角度看，大多數(shù)文獻(xiàn)報(bào)道比較一致：沼液中含有一定量的植物生長(zhǎng)和發(fā)育的必需營(yíng)養(yǎng)元素，如氮、磷、鉀大量營(yíng)養(yǎng)元素，鈣中量元素和銅、鐵、鋅、錳等微量元素。此外，沼液含有比較豐富的氨基酸、有機(jī)酸、水解酶、維生素、激素，以及對(duì)病蟲(chóng)害有抑制作用的物質(zhì)[7-8]。沼液生產(chǎn)的液態(tài)生物有機(jī)肥已經(jīng)腐熟完成，含豐富的氮磷鉀，在N、P、K養(yǎng)分相等的條件下，完全沼液灌溉和與化肥配合施用能提高土壤有機(jī)質(zhì)，改善土壤肥力，其中沼液和化肥配合的施用效果好；土壤N、P、K養(yǎng)分和Ca、Mg及微量元素含量隨著沼液配合用量的增加而增加，施用沼液可以改善土壤養(yǎng)分平衡度[9]。用于噴淋甘蔗，可大幅度地提高甘蔗的產(chǎn)量和糖分，實(shí)現(xiàn)增收增效。

（3）以日產(chǎn)甘蔗糖蜜酒精300 t，每生產(chǎn)1 t酒精排出的廢液約12 t計(jì)算，沼液產(chǎn)生量為3 600 t/d，年生產(chǎn)液態(tài)生物有機(jī)肥為72萬(wàn)t，部分液態(tài)生物有機(jī)肥可以通過(guò)管網(wǎng)輸送噴灌甘蔗，部分供給固態(tài)肥廠做原料，進(jìn)行市場(chǎng)銷售。

5 經(jīng)濟(jì)分析

5.1 銷售收入

項(xiàng)目收入主要來(lái)自發(fā)電上網(wǎng)收入和蒸汽收入。項(xiàng)目達(dá)產(chǎn)后，年生產(chǎn)電能為3 600萬(wàn)kW·h，上網(wǎng)電價(jià)為0.75元/kW·h，電費(fèi)收入為2 700萬(wàn)元；蒸汽產(chǎn)能為2.9萬(wàn)t，按每噸蒸汽150元計(jì)，蒸汽收入為435萬(wàn)元。液態(tài)有機(jī)肥處于推廣階段，通過(guò)甘蔗地管網(wǎng)噴灌液態(tài)肥，未來(lái)3年打造液態(tài)生物有機(jī)肥的品牌和市場(chǎng)推廣。

根據(jù)國(guó)家有關(guān)政策，生物質(zhì)沼氣發(fā)電屬于資源綜合利用項(xiàng)目，銷售稅金及附加稅率為6.6%，免征企業(yè)所得稅。

5.2 運(yùn)行成本估算

生產(chǎn)原材料及動(dòng)力費(fèi)用為收入的20%；項(xiàng)目各組成系統(tǒng)設(shè)施設(shè)備的維修維護(hù)費(fèi)用合計(jì)0.14元/kW·h；固定資產(chǎn)采取直線折舊法計(jì)算，分10年平均攤銷，殘值取5%；項(xiàng)目計(jì)算期內(nèi)年折舊費(fèi)用約340萬(wàn)元/年，期末回收固定資產(chǎn)殘值180.75萬(wàn)元；項(xiàng)目新增定員15人，工資福利費(fèi)平均按50 000元/人·年計(jì)算，全年工資福利費(fèi)為75萬(wàn)元。項(xiàng)目投產(chǎn)后，年均收入達(dá)3 135萬(wàn)元，稅后利潤(rùn)為667萬(wàn)元。全部投資內(nèi)部收益率為14.65%，大于行業(yè)基準(zhǔn)收益率的8%。

5.3 項(xiàng)目盈利能力分析

項(xiàng)目投資利潤(rùn)率為29.85%，項(xiàng)目?jī)斶€貸款期為1.5年（不含建設(shè)期）；回收全部投資期為6.3年（不含建設(shè)期）。

6 展望

本文研究概述了日產(chǎn)甘蔗糖蜜酒精300 t，年生產(chǎn)酒精200 d，酒精廢液經(jīng)厭氧發(fā)酵后生產(chǎn)沼氣，沼氣采用內(nèi)燃機(jī)發(fā)電，電能并網(wǎng)銷售，余熱為糖廠及周圍工業(yè)企業(yè)提供飽和蒸汽，實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)，沼液制成液態(tài)生物有機(jī)肥用于噴淋甘蔗的一種資源化綜合利用生產(chǎn)模式。項(xiàng)目達(dá)產(chǎn)后，每年消耗沼氣2 100.00萬(wàn)m3，沼氣發(fā)電熱電聯(lián)產(chǎn)，每年可提供清潔電力3 600.00萬(wàn)kW·h，同時(shí)回收蒸汽2.9萬(wàn)t，生產(chǎn)液態(tài)生物有機(jī)肥72萬(wàn)t，既解決了酒精生產(chǎn)帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題，促使企業(yè)的環(huán)境工程和生產(chǎn)條件升級(jí)，又開(kāi)發(fā)了可再生能源，減少了溫室氣體排放，將會(huì)促進(jìn)甘蔗糖蜜全年生產(chǎn)酒精主業(yè)生產(chǎn)的良性發(fā)展，促進(jìn)酒精廢液資源化、規(guī)模化、產(chǎn)業(yè)化、高值化利用，增強(qiáng)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，順應(yīng)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展潮流。

參 考 文 獻(xiàn)

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[責(zé)任編輯：陳澤琦]