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        白酒糟綜合利用現(xiàn)狀及多級鏈式開發(fā)技術(shù)研究

        2018-04-26 06:08:14
        釀酒科技 2018年4期
        關(guān)鍵詞:稻殼酒糟白炭黑

        李 德

        (四川省宜賓五糧液集團有限公司,四川宜賓644000)

        白酒糟是白酒生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的固體廢棄物。2016年全國規(guī)模以上白酒企業(yè)完成釀酒總產(chǎn)量(折65%vol)1358.36萬kL[1],相應(yīng)白酒糟產(chǎn)量可達4000萬t。如能無害化、減量化、資源化、效益化處理酒糟,既可以消除和減輕環(huán)境污染,保護土地資源,同時又變廢為寶,造福人類,意義十分重大。

        1 白酒糟成分

        胡偉、陳豫[2]對不同酒廠多糧型白酒糟成分進行分析,其測定結(jié)果(均值)見表1。

        表1 不同酒廠多糧型白酒酒糟組成及營養(yǎng)水平(%,干基)

        根據(jù)白酒糟各種成分,市場上開發(fā)出了不同的產(chǎn)品,使白酒糟得到了資源化利用。

        2 白酒糟綜合利用現(xiàn)狀及存在的問題

        2.1 白酒糟綜合利用現(xiàn)狀

        2.1.1 生產(chǎn)飼料

        從表1可知,白酒糟中含有大量的淀粉、蛋白質(zhì)等有機物,可作為生產(chǎn)飼料的原料。其制取飼料途徑有:將酒糟直接干燥生產(chǎn)飼料,利用酒糟生產(chǎn)青貯飼料[3],利用酒糟生產(chǎn)蛋白飼料[4]等。

        2.1.2 能源利用

        酒糟中除水分外,絕大部分為有機物。因此,酒糟可以作為能源利用。酒糟能源利用技術(shù)有多種,可以作為能源直接燃燒[5],或作為原料發(fā)酵生產(chǎn)沼氣[6],也可以作為原料生產(chǎn)燃料乙酵[7],還可氣化生產(chǎn)燃氣[8]等。

        2.1.3 生產(chǎn)化工原料

        利用酒糟生產(chǎn)木糖醇[9]、丁二酸、甘油、乳酸,從酒糟中提取植酸和菲汀[10]等。

        2.1.4 生產(chǎn)實用材料

        利用酒糟生產(chǎn)纖維素或細菌纖維素[11],生產(chǎn)木塑復(fù)合材料,生產(chǎn)活性炭[12],或利用酒糟灰作為水泥添加劑[13]等。

        2.1.5 生產(chǎn)食品和保健品

        利用酒糟生產(chǎn)食用菌[14],生產(chǎn)活性蛋白質(zhì),生產(chǎn)食用醋,生產(chǎn)乳酸球菌素等。

        2.1.6 生產(chǎn)有機肥

        酒糟中含有氮、磷、鉀等,可作為有機肥生產(chǎn)原料[15]。

        2.2 存在的問題

        目前,根據(jù)白酒糟各種利用情況,存在應(yīng)用單一,附加值低,市場供大于求,二次污染嚴重,地域條件限制,利用不徹底等問題,需要白酒生產(chǎn)企業(yè)在源頭實現(xiàn)酒糟的清潔、低碳、高效生產(chǎn)。

        3 白酒糟多級鏈式開發(fā)技術(shù)

        根據(jù)白酒糟綜合利用現(xiàn)狀及存在的問題,為了保證白酒生產(chǎn)企業(yè)可持續(xù)發(fā)展,在對白酒糟進行處理時,應(yīng)結(jié)合酒糟不同功能成分進行多級鏈式開發(fā),按需生產(chǎn)出不同的產(chǎn)品,從而提升酒糟處理的綜合效益。

        白酒糟多級鏈式綜合開發(fā)技術(shù)如下:

        首先,利用現(xiàn)代生物工程技術(shù)改造傳統(tǒng)工藝,在丟棄酒糟中加入生物制劑和少量的營養(yǎng)成分,對丟棄酒糟的殘余淀粉進行深度開發(fā)利用,即以丟棄酒糟為原料生產(chǎn)復(fù)糟酒。根據(jù)在丟糟中使用糖化酶和活性干酵母(AADY),再返回窖內(nèi)作短期發(fā)酵的試驗情況,復(fù)糟酒經(jīng)過除雜處理后可達優(yōu)質(zhì)酒標(biāo)準。從而大大提高了資源的利用率,進而大大降低了企業(yè)的生產(chǎn)成本。

        其次,以生產(chǎn)復(fù)糟酒后的復(fù)糟為燃料生產(chǎn)釀酒所需蒸汽,具體辦法是先將復(fù)糟進行烘干,然后實行干糟篩分,分離出的糧渣可作飼料,從而降低了飼料纖維含量,提高了飼料質(zhì)量;分離出的稻殼可燃物質(zhì)含量較高,可作為鍋爐燃料進行熱能利用。

        最后,再利用稻殼中的硅源,以復(fù)糟燃燒后的稻殼灰為原料,生產(chǎn)硅化合物,如水玻璃、白炭黑等化工產(chǎn)品。

        白酒糟多級鏈式綜合開發(fā)工藝流程如下:

        丟棄酒糟→加入糖化酶、AADY→生產(chǎn)復(fù)糟酒入庫、剩下復(fù)糟→烘干→篩分→糧渣作為飼料入庫、稻殼作為鍋爐燃料→燃燒后的稻殼灰→生產(chǎn)白炭黑。

        通過對白酒糟的多級鏈式開發(fā),開辟了一條全面、合理利用酒糟中淀粉、可燃物和硅源的新途徑。

        3.1 以丟棄酒糟為原料生產(chǎn)復(fù)糟酒

        由于固態(tài)釀酒工藝的固有特點,長期以來,丟棄酒糟中殘余淀粉含量相對較高(詳見表1)。而釀酒所利用的正是原料中的淀粉。因此,如何進一步降低丟棄酒糟中的殘余淀粉含量,是降低酒廠生產(chǎn)成本的一條重要途徑。各名優(yōu)酒廠的生產(chǎn)工藝是傳統(tǒng)工藝,是前人通過幾百年甚至上千年摸索出的生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)白酒的工藝,有著十分獨特的操作機理。根據(jù)多年實踐表明,傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)白酒的穩(wěn)定工藝,但在傳統(tǒng)工藝下白酒產(chǎn)量卻相對較低。也有不少企業(yè)曾采用各種辦法試圖提高產(chǎn)量,但卻發(fā)現(xiàn)在產(chǎn)量提高的同時產(chǎn)品質(zhì)量相應(yīng)大大降低。因此,以固態(tài)白酒固有的生產(chǎn)工藝,很難進一步降低丟棄酒糟殘余淀粉含量。

        為了進一步降低丟棄酒糟中的殘余淀粉含量,各名優(yōu)酒廠利用現(xiàn)代生物工程技術(shù),開展了以丟棄酒糟為原料生產(chǎn)復(fù)糟酒的試驗。如劍南春酒廠開展了“AADY用于劍南春丟糟配套工藝研究”[16],五糧液酒廠開展了“以丟棄酒糟為原料,以2000 m3大窖生產(chǎn)復(fù)糟酒技術(shù)研究”,以上試驗經(jīng)過幾百次初試、中試,均獲得了成功。

        劍南春酒廠采用的丟糟配套工藝,其酒糟利用情況見表2。

        表2 劍南春酒糟利用情況

        五糧液酒廠采用以廢酒糟為原料,以2000 m3大窖生產(chǎn)復(fù)糟酒的簡易工藝流程如下:

        丟糟→加入糖化酶、AADY→入回沙窖發(fā)酵→起糟出窖→蒸餾→回沙酒入庫、丟糟入復(fù)糟窖→起窖蒸餾→復(fù)糟酒入庫、丟糟中加入糖化酶→入大石窖發(fā)酵→加入固體酵母→大石窖二次發(fā)酵→起窖蒸餾→復(fù)糟酒入庫、復(fù)糟作為鍋爐燃料。

        五糧液首創(chuàng)多次利用現(xiàn)代生物工程技術(shù)進行二次發(fā)酵,以2000 m3大窖生產(chǎn)復(fù)糟酒技術(shù),突破了傳統(tǒng)工藝的限制,大規(guī)模實現(xiàn)了機械化生產(chǎn),勞動效率高,生產(chǎn)成本低。

        五糧液初始酒糟利用情況見表3。

        表3 五糧液始酒酒糟利用情況

        從表2、表3看出,由于利用了現(xiàn)代生物工程技術(shù),酒糟中殘余淀粉含量已大大降低,為此,兩酒廠每年可回收大量優(yōu)質(zhì)復(fù)糟酒,從而大大降低了企業(yè)生產(chǎn)成本。

        3.2 以復(fù)糟為燃料生產(chǎn)釀酒所需蒸汽

        以復(fù)糟為燃料生產(chǎn)釀酒所需蒸汽的工藝流程如下:

        復(fù)糟→烘干機→干燥→篩分(糧渣作飼料、稻殼作為鍋爐燃料)→輸送→爐前料倉→螺旋給料機→進入鍋爐燃燒→產(chǎn)生蒸汽(供釀酒用熱)、稻殼灰(制取白炭黑)。

        從表2、表3可知,復(fù)糟水分含量高(60%~62%),酸度大(2.0~3.8),極易腐敗霉變,需及時進行處理,否則極易污染環(huán)境。目前,復(fù)糟較為徹底的處理辦法是先將復(fù)糟進行烘干(復(fù)糟初期含水量雖高,但不易進行機械脫水,多為直接進入烘干系統(tǒng)進行烘干),然后進行貯存、運輸和使用。

        復(fù)糟烘干系統(tǒng)主要由熱源、上料機、烘干裝置、傳動裝置、沉降室、旋風(fēng)除塵器、出料機、煙氣凈化裝置及通風(fēng)設(shè)備等組成。濕糟進入烘干裝置,其內(nèi)設(shè)有多個排列為螺旋形的抄板,通過筒體的旋轉(zhuǎn)帶動抄板將復(fù)糟不停的揚起,揚起的物料與由加熱裝置傳入的熱源進行充分接觸,加快了烘干傳熱、傳質(zhì)過程,水分不斷蒸發(fā)并完成干燥后,再由出料口排出。復(fù)糟烘干裝置可將高水分濕糟經(jīng)過深度脫水,烘干成含水量為10%~15%的干糟,再用于制作動物飼料、鍋爐燃料等,從而實現(xiàn)復(fù)糟干燥處理的機械化、工業(yè)化、自動化。

        五糧液集團公司根據(jù)酒糟燃燒機理建設(shè)的SZS4-1.25-D型環(huán)保鍋爐[5],系酒糟焚燒處理首創(chuàng)產(chǎn)品。鍋爐燃料(干糟)元素成分及低位發(fā)熱量見表4。

        表4 干糟元素成分及低位發(fā)熱量

        根據(jù)表4干糟元素成分及低位發(fā)熱量,設(shè)計的SZS4-1.25-D型環(huán)保鍋爐,為雙鍋筒縱置式自然循環(huán)水管鍋爐。整臺鍋爐由上部受熱面大件、下部燃燒設(shè)備大件、中部絕熱爐膛及尾部空氣預(yù)熱器4部分組成。

        該鍋爐采用了層燃加室燃相結(jié)合的燃燒技術(shù)。即燃料經(jīng)噴料裝置噴入爐內(nèi),一部分顆粒較細的酒糟懸浮在爐膛內(nèi)被加熱燃燒,同時隨爐內(nèi)的煙氣向上流動;部分顆粒較大的酒糟在被加熱的同時下落到爐排上繼續(xù)燃燒。燃燒生成的高煙煙氣,從爐膛出來后先進入對流管束,經(jīng)對流管束吸熱后,進入爐后熱管式空氣預(yù)熱器,其將冷空氣加熱到一定溫度后,再經(jīng)煙氣凈化裝置除塵,最后由煙囪排入大氣。

        表5 五糧液白炭黑送檢情況

        鍋爐投入運行后,酒糟著火及時,燃燒正常,能充分燃燼,灰渣含碳量<10%。鍋爐熱效率高,達到79.36%。鍋爐自動化程度高,升溫、升壓快,出力足,具有超負荷的能力。

        3.3 以復(fù)糟燃燒后的稻殼灰為原料生產(chǎn)白炭黑

        白炭黑因與橡膠混合時顯示出極高的補強效果和優(yōu)異的物理機械性能,故被作為補強材料廣泛用于輪胎、透明和彩色的橡塑制品中。白炭黑化學(xué)分子式為SiO2·nH2O。

        酒糟燃燒后的稻殼灰中二氧化硅含量可達65%~70%[17],完全可作為生產(chǎn)硅化物的硅源。

        利用酒糟稻殼灰和生產(chǎn)白炭黑的實驗室研究有很多,如江西工業(yè)大學(xué)鄒榮樂等進行的以酒糟為原料,利用水解熱解法生產(chǎn)白炭黑的研究[18],但最終均未形成工業(yè)化生產(chǎn)裝置。

        五糧液集團公司采用低壓液相法,首次把丟棄酒糟灰生產(chǎn)白炭黑的研究從實驗室轉(zhuǎn)移到了工業(yè)化生產(chǎn)實踐,并獲得了成功。研究發(fā)現(xiàn)酒糟稻殼灰中二氧化硅為無定型二氧化硅,活性較高,在低壓和較低溫度下,即能與液體燒堿發(fā)生化學(xué)反應(yīng),生成水玻璃,將制得的水玻璃再與強酸進行反應(yīng),可得到較高純度的白炭黑。其生產(chǎn)的白炭黑送檢情況見表5。

        從表5可看出,該樣品所檢項目的測定值均符合該行業(yè)標(biāo)準相關(guān)要求。

        以酒糟燃燒后的稻殼灰為原料生產(chǎn)白炭黑的低壓液相法工藝流程如下:

        酒糟稻殼灰→堿液→粗水玻璃→過濾→精水玻璃→硫酸酸解→反應(yīng)→熟化→冷卻→過濾→洗滌→均化→噴霧干燥→白炭黑→成品包裝。

        為了清潔生產(chǎn),酒糟鍋爐采用濕式?jīng)_渣除塵,故料漿水分不穩(wěn)定,對后續(xù)在白炭黑生產(chǎn)過程中的準確配料產(chǎn)生不利影響,從而出現(xiàn)了白炭黑產(chǎn)品性能的不穩(wěn)定現(xiàn)象。需對含炭料漿進行壓濾處理,這樣既可確保后續(xù)白炭黑生產(chǎn)的準確配料,同時也便于運輸。

        4 結(jié)論

        根據(jù)白酒糟綜合利用現(xiàn)狀及存在的問題,在對白酒糟進行處理時,應(yīng)結(jié)合酒糟不同功能成分進行多級鏈式開發(fā)。即首先利用生物工程技術(shù),以丟棄酒糟為原料生產(chǎn)復(fù)糟酒;然后以復(fù)糟為燃料生產(chǎn)釀酒所需蒸汽;最后以酒糟稻殼灰為原料生產(chǎn)白炭黑。這樣便開辟了一條全面、合理利用酒糟淀粉、可燃物和硅源的新途徑,實現(xiàn)了從源頭上將丟棄酒糟變廢為寶、深度開發(fā)、綜合利用的目的。

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