糖蜜生產燃料乙醇生產技術

高正卿，鄧 軍，張躍彬

（1.云南省輕工業科學研究院，昆明 650034；2.云南省農業科學院甘蔗研究所，開遠 661600）

糖蜜是制糖廠的一種副產品，它是在蔗糖的生產過程中，無法再蒸濃結晶的母液，約含有全糖分（蔗糖和還原糖）50%，可用于制作生產發酵產品如酵母、酒精、丙酮、丁醇等[1，2，3]。

近年來，伴隨著全球原油存儲量不斷減少，能源安全與危機形勢不斷嚴峻，國際、國內石油價格不斷上漲的形勢，尋找石油替代能源已經成為各國政府，特別是世界最大的發展中國家——中國高度關注的問題。乙醇是一種清潔能源，可與汽油混合制造汽油乙醇作汽車燃料，這種燃料在減少汽油燃燒對大氣污染的同時，還可以增加汽油辛烷值，提高燃燒效率[4]，可以說，乙醇汽油的經濟效益和生態效益不可低估。糖蜜是作為制糖廠的一種副產品，是制作生產燃料乙醇的理想原料，據統計，約4.5 t廢糖蜜可以生產1 t燃料乙醇[5]。

糖蜜生產燃料乙醇，主要通過預處理工序，發酵工序，蒸餾工序、脫水工序等，最終產品酒精度為99.5%以上，達到了燃料乙醇的標準和要求。

表1 無水乙醇主要質量指標

1 燃料乙醇質量標準

燃料乙醇在未加入變性劑前的乙醇產品執行GB/T678-2002標準。主要控制指標見表1。

2 燃料乙醇生產工藝

從工藝的角度來說，是以糖蜜為原料，經前處理、發酵、蒸餾、脫水等工藝而生產燃料乙醇，最后生產出純度高的乙醇（如圖1）。燃料乙醇生產開發，充分利用了廢糖蜜資源，提高了制糖企業經濟效益。

（1）原料前處理：主要通過預處理工序，加入營養素、尿素、硫酸等輔助材料進行殺菌和調節pH值，使原料達到指標要求。

（2）發酵：糖化物料進入多級連續流動發酵罐，采用半連續發酵工藝控制，增殖罐投放固定化酵母，經冷卻至發酵溫度的糖化醪連續流入酒母繁殖罐，控制罐內的糖化液錘度，控制罐內醪液溫度為28～35℃，酵母數保持在0.8億/m3以上，依次流加至各分割罐。發酵液約65～72 h發酵成熟，酒分達9%（v/v）以上，殘糖0.5%以下，成熟醪可進入蒸餾、脫水工藝。

（3）蒸餾：工序有3個塔，分別是粗餾塔、醛餾塔和精餾塔。應用鍋爐生產出來的蒸汽加熱廢糖蜜，讓廢糖蜜的酒分轉化為酒精，一般由粗餾塔出來的酒精純度為35%左右，醛餾塔出來的酒精純度為80%左右，精餾塔出來酒精是最終產品酒精度為95%。

圖1 燃料乙醇生產工藝流程

從發酵工段來的成熟發酵醪，通過與粗蒸塔頂的酒汽和粗塔液換熱，進入粗餾塔。粗餾塔在負壓下工作，控制塔溫度在82～85℃，目的在于增大乙醇和其他雜質間相對揮發度，使乙醇更易于分離，又徹底去除酸類雜質；同時有利于塔再沸器的換熱，節約能耗，減少酒糟在粗塔和再沸器中的積垢。粗餾塔加熱時利用精餾塔頂部排出的酒精蒸汽在再沸器中加熱塔釜液產生的蒸汽進行，粗餾塔頂出來的粗酒汽經醪液預熱器和粗餾塔冷凝器冷凝，冷凝的粗酒液全部進入精餾塔。

（4）脫水：精餾塔在加壓下工作，用蒸汽通過塔底再沸汽間接加熱。控制塔溫度125～127℃，塔頂溫度95～98℃。塔頂部分酒精蒸汽進入脫水設備，大部分酒精蒸汽則用來作為粗餾塔再沸器的熱源，并經粗餾塔再沸器冷凝，冷凝下來的酒精用泵打回流；從塔的加料口上方2～6塊塔板提取雜醇油酒精，并通過雜醇油分離將雜醇油分離出去，以保證精餾塔的正常操作。分離出的雜醇油可配入燃料乙醇作成品銷售。

圖2 酒精廢醪液處理工藝流程

3 酒精廢醪液處理工藝

乙醇生產過程自粗餾塔排除大量的廢液，一般俗稱為酒精廢醪液，噸乙醇產生的廢液約為14 t，本方法每天產生的廢醪液及有機廢水約為2338 m3，經過對多個廢醪液的治理方案比較，我們選擇采用UASB生物反應器在治理廢液的同時生產沼氣，按每立方有機廢液可產12 m3沼氣計算，則日產沼氣量為28000 m3，提供的廢醪液治理方案，其工藝流程如圖2。

4 小結

4.1 酒精可以替代四乙基鉛制備目前大量急需的無鉛汽油。我國已是石油凈進口國，利用再生資源，研究開發和采用高新技術，低成本地發展發酵生產酒精，以部分替代汽油是21世紀我國的必經之路。

4.2 必要時，甘蔗和蔗汁也可以直接用來進行酒精發酵。這樣，當甘蔗產量過多時，就可用甘蔗生產酒精，而甘蔗生產酒精設備所需的投資要比制糖設備低得多。

4.3 本技術采用糖蜜為原料，生產燃料乙醇，同時利用生產過程中產生的酒精廢醪液生產沼氣。生產工藝運用了循環經濟理念，合理集成了發酵酒精先進、高效的清潔生產技術，對廢醪液進行了資源化治理，提高了生產效率，降低了成本，節約了資源和能源，保護了環境，是一項值得推薦的生產技術。

[1]洪叔南，楊運生，張躍彬，等.云南制糖工業50年（1950-2008）[M].昆明：云南省糖業協會，2009：50-52.

[2]馬光庭，李伏生，韋珂.糖蜜發酵生產丙酮丁醇的研究[J].工業微生物，1999，29（2）：28-32.

[3]沈艷麗.柑橘皮渣糖蜜及其燃料酒精制備的研究[D].西南大學，2008.

[4]吳松海，林一心，潘世明，等.甘蔗生產燃料乙醇的發展前景[J].中國糖料，2006（2）：58-60.

[5]鹿建光，童莉霞，李艷君.我國生物燃料乙醇產業現狀及發展政策研究[J].經濟研究參考，2008（43）：10-18.