巴西糖/乙醇生产基本情况
巴西是全球最大的糖生产国及出口国,甘蔗种植面积14250万亩(2013年数据),甘蔗主要用来生产食糖和酒精,是继美国之后全球第二大乙醇生产国。巴西2015/2016 年度甘蔗榨糖量料为3735万t,较去年增长5%,其中巴西中南部主产区占绝大部分。
巴西约有400间糖厂,年榨甘蔗约5.7-6亿吨,糖厂日榨能力一般超万吨,最大为日榨4.5万吨。糖厂主产品为原糖,部分糖厂生产白糖,所占比例为80%原糖,20%白糖。年产糖量为3300-3820万吨,其中国内销售量为1140万吨,其他出口到全球各国,出口量占世界总出口量的50%。具体工艺流程为:称重—检测糖分—甘蔗预处理—压榨提汁—筛滤—硫熏—加灰—加热—沉淀过滤—浓缩—煮炼—助晶—离心分离—干燥—入库。
由于国内石油的短缺,巴西将目光投向了燃料乙醇,通过国内产量巨大的甘蔗来制备甘蔗乙醇。自1975 年以来,甘蔗乙醇的普及使用导致巴西降低6 亿吨二氧化碳排放量,相当于全国能源消费所造成二氧化碳排放总量的7%。与汽油相比,甘蔗乙醇可降低61%的温室气体排放,因此美国环境保护署将甘蔗乙醇视为一种高级生物燃料。此外,巴西是世界上唯一实现乙醇生产成本低于汽油的国家,乙醇生产成本为48美分/升,比美国玉米乙醇生产成本低近58%,比欧盟小麦乙醇生产成本低30%,比欧盟甜菜乙醇生产成本低28%(2008年数据)。
目前,巴西共有400余家乙醇生产厂,包括单纯酒精生产厂和糖、酒精同时生产厂。巴西生产2 种乙醇,即无水乙醇和含水乙醇,分别占乙醇总产量的27%和73%。添加10%无水乙醇的汽油,用于发动机未经改造的汽车,而添加25%无水乙醇的汽油则用于经过改造的汽车。含水乙醇则直接用于100%乙醇动力汽车和新型混合燃料汽车。根据国际糖价,巴西每年约有40%—60%甘蔗被用作生产燃料酒精,1吨甘蔗可生产90升含水酒精,或生产85升无水酒精。根据美国农业部的预测,到2018 年,乙醇生产厂家预计为522 家,乙醇生产能力预计将增长45%,达到464 亿升;乙醇占运输燃料总量的比例到2018 年预计将达到12%,到2050年达到26%。根据巴西糖与乙醇加工商协会的预测, 2015 年和2020年,巴西乙醇产量预计将分别达到469亿升和653亿升;到2020年,混合燃料汽车占全国汽车总量的比例预计将达到86%。
巴西乙醇生产采用甘蔗为原料,主要生产工艺为糖醇联产工艺,所生产的产品40%用于内部石油替代燃料,20%出口到美国、欧盟及其他国外市场。下图为甘蔗原料生产燃料乙醇的流程图。甘蔗原料送入甘蔗汁压榨生产单元,在热水喷淋润湿的条件下,经过多辊压榨
得到粗蔗糖汁,经过调酸澄清处理的粗蔗糖汁送入酒精发酵生产单元,甘蔗渣可以作为燃料或造纸原料,作为燃料可以满足燃料乙醇生产过程中所需的加热蒸汽。酒精发酵单元通常采用单浓度或双浓度连续发酵,发酵成熟醪通过离心分离回收酵母,回收的酵母部分返回发酵单元回用,部分干燥后得到酵母饲料。经过离心分离后的发酵清液送入精馏单元,通过精馏单元的处理得到接近共沸组成的酒精和水气相混合物,精馏生产单元多采用差精馏技术降低精馏操作过程的能耗。接近共沸组成的酒精水的气相混合物直接送入分子筛脱水生产单元,脱除共沸水后得到燃料乙醇产品,精馏单元排出的工艺废液送入废液储罐。废液储罐中的工艺废水部分返回压榨生产单元,部分排放用于灌溉甘蔗农田。
甘蔗燃料乙醇生产流程图
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