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                                     对用甘蔗生产车用燃料酒精的探讨 
  
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                                  (广州甘蔗糖业研究所 保国裕)    
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  1. 车用乙醇汽油是战略举措
  开发燃料酒精等石油替代品,节约石油资源的举措已列入国家"十五"发展计划纲要。去年7月份以来,我国推广使用车用乙醇工作已进入一个新阶段,北方一些省区用玉米生产燃料酒精项目已开始进行建设。
  南方的甘蔗(用发酵方法生产酒精),也是一种能源作物。前几年我国西部地区(广西、云南、贵州等省)种蔗致富脱贫起了较大作用,可是因为化学合成甜味剂及进口糖的冲击,出现食糖供大于求的现象,关停了一些糖厂;这些地区是否可借鉴巴西25年来发展甘蔗燃料酒精的经验;糖与酒精并举,以价格、市场调整二者产量,做到稳定种蔗面积和蔗农收入,调动农民积极性,实现经济、社会、生态三效益的提高。北方种玉米、南方种甘蔗。北南并举积极支持全面推广酒精掺汽油驱车的战略举措。
  2. 甘蔗是理想的能源作物
  衡量作物生长出来的干物质或生物体作为燃料能源为目的时,必需考虑的三个主要因素,就是单位土地面积的收获量、生产成本及净能比。
  国外研究机构比较过一些作物发酵法生产酒精的收率如表1。

               表1各种能源作物单位面积产酒精比较

   原料    土地产量        糖或淀粉      酒精产率      土地酒精产量
        (吨/公顷/年)      (含量%)   (公升/吨原料)   (公斤/公顷/年)

   甘蔗     70           12.5         70          4900
   木薯     40            25          150          6000
   甜菜     45            16          100          4300
   甜高果    35            14           80          2800
   玉米     5            69          410          2050
   小麦      4           66          390           560
   稻米     5            75          450          2250

注:表1是印度《国家糖业管理联合会》主席曼奴夏.劳(P.J.M.R ao)撰文比较各种能源作物单位面积酒精产量数字,认为甘蔗与木薯产量最高,虽然与我国的产量未必相同,特别是南、北方与中部地域地理条件不同产量亦有差异,但甘蔗产生的能源属前茅是肯定的。

  净能比是太阳光能,通过叶绿素光合作用能储存能量的比例(效率),即
         绿色植物
CO + H2O + 光能—————--(CH2O)+ O2 + e
                        输出总能量
其中e是储在光合作物中的能量,净能比是:NER = ——————
                        输入总能量

  一些能量作物的NER比较:甘蔗1.9~2.7;甜菜0.56;玉米0.74;木薯0.69~3.56;甜高梁1。
由甘蔗榨汁直接生产酒精,每吨甘蔗约可生产酒精70升、蔗渣250公斤、废醪液910升。
  废液治理问题:玉米酒糟可浓缩干燥制饲料(DDGS)。蔗汁发酵酒精后的废液,颜色比糖蜜为原料的浅,灰分少很多,残糖亦较低,可直接用于灌溉农田。巴西年产无水酒精1200万吨,其废液多采用槽车,在距工厂约50公里半径的农田,轮流灌溉,补充农田水、肥。也可用于锅炉烟囱水膜除尘冲灰水,循环复用可浓缩至固形物40~50%,用作液体肥或掺吸附剂作固体肥。
  加工成本:玉米要经粉碎、蒸煮(或不蒸煮)、液化糖化才发酵;甘蔗只经压榨抽出蔗汁就可发酵,按理甘蔗加工费低于淀粉原料,但现设加工成本二者接近。
  综合以上一些数字,如按上述作为生产能量作物原料三要素衡量单位土地面积产量、净能比、生产成本比(原料成本加上加工成本),甘蔗均是优选的原料(见表2)。

表2 我国玉米与甘蔗制酒精的比较

   项 目              玉 米           甘 蔗

  亩产(吨)              0.5           4
  原料:酒精             3:1           13.5~15:1
  亩产酒精(公斤)          170           280
  原料价(元/吨)          900~1300         190(广西平均)
  原料成本(元/吨酒精)       2700~3900 2660
  产品回收价(元/吨酒精)      DDGS1吨每吨400元     蔗渣3.22吨按每吨200元计为644元
  原料价减联产品价(元/吨酒精)   2300~3500 2016


  3. 燃料酒精(无水酒精)生产方法
  用普通蒸馏方法制得酒精,不能作代汽油燃料,要脱水至含酒精99.5%以上,并加改性剂才能作燃料酒精。一般称99.5%以上酒精含量的为无水酒精。
  生产方法大致有化学反应脱水、分子分离脱水、三无共沸混合物蒸馏脱水、萃馏脱水方法。分述如下:
  (1) 化学反应脱水,Merek法是用生石灰、氯化钙为脱水剂,每公升酒精加0.55公斤氯化钙,经6小时或加压反应让脱水剂吸掉酒精的水,再精馏而制得,此法酒精损耗较大.过去我国湖南、山东一些小型厂用此法。
  Hiag法是用醋酸钠混合液具有脱水性,在脱水精馏塔中逆向交换吸收脱水。可制得99.8%无水酒精,损耗0.1~0.5%,每100升无水酒精汽耗65~80公斤,电0.5度,水1.2~1.6吨。
  (2)分子分离脱水:用A4型分子筛将96%的酒精通过后,分子筛可把酒精的水份
吸附,使酒精统一纯度提高到99%以上。离子交换树脂脱水一般用732型树脂脱水落,每吨无水酒精需96%酒精1。25吨、电350度,树脂3.5公斤。武汉、江西一些厂用此法。国外现用气相过分子筛,据说较省能耗。巴西的usina da pedza 糖厂已采用了此法,是目前世界上最大的气相分子筛脱水制无水酒精。
  (3)三元共沸物蒸馏脱水(称Melle法)是大规模生产无水酒精最通用的方法。作工业或燃料用的无水酒精,一般用苯作脱带剂,酒精与水如加入第三种组份一苯,构成三元共沸物,其沸点比三种组分的沸点都低,当在苯脱水塔加热至64.85℃时,逐步蒸馏出带了水的苯、酒精液,塔底得到的便是无水酒精。纯度可达99.8~99.95%。再由苯回收塔回收苯,循环再作脱带剂。若用于医药、化妆品、香精等的无水酒精因苯有毒,则改用环已烷、乙二醇醋酸钾为脱带剂。生产消耗,每百升无水酒精耗汽53~175公斤,苯0.1%,酒精0.45%,冷却水375公斤/百升吨酒精。
  (4)萃取蒸馏 常用萃取剂有甘油、乙二醇、醋酸钾乙二醇等。在蒸馏塔中酒精气
向上升,而溶剂向下降的逆流萃提:溶剂把酒精水份带走,无水酒精在塔顶逸出,塔底排出的为有水份的溶剂,溶剂再生后可复用。
  4 展望
    以多种能源作物比较,土地单位面积产量以甘蔗为最高;产酒精量也名列前茅;以甘蔗为原料制燃料酒精技术完全可行;加工费也是以甘蔗为原料最低。但从经济收益方面同产糖或产燃料酒精比较。则当前产糖效益会高于产酒精,因为产糖1吨只需甘蔗8~10吨,而产酒精则需13.5~15吨,而两种产品近年售价较接近,虽加工费产糖高于酒精,但原料费占生产成本是主要的。因此单从经济效益考虑则产糖优于酒精,但糖的消费量有限,放开发展可能会出现供大于求,然而发展燃料酒精则消费量很大,可以大力发展。为此,笔者认为应对甘蔗发展燃料酒精经剂政策方面作深入的研究。