CN101676392A - 热能自给的薯渣生料制燃料乙醇生态循环工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种热能自给的薯渣生料制燃料乙醇生态循环工艺,包括依托养植业,用其动物粪便产生沼气,用沼气作热能由薯渣生料发酵制燃料乙醇的生态循环工艺。本发明还涉及所述热能自给的薯渣生料制燃料乙醇生态循环工艺流程及其所使用的装置。本发明还涉及所述热能自给的薯渣生料制燃料乙醇生态循环体系的组织管理模式。本发明工艺与现有生产燃料乙醇的工艺相比,不消耗粮食,而且还能够促进甘薯生产,带来粮食增产和养猪业的发展;能实现生产过程中的热能自给;能达到生态循环效果。

Description

热能自给的薯渣生料制燃料乙醇生态循环工艺
一、技术领域
本发明涉及到一种由薯渣制燃料乙醇的工艺。尤其是涉及到一种热能自给的薯渣生料制燃料乙醇生态循环工艺。
二、背景技术
近年来,国际油价不断上涨,各国竞相开发替代能源(如:燃料乙醇),带来粮食、饲料、猪肉等物价的连串上涨。最近,世界粮价上涨(米涨70%、小麦涨120%)。发展非粮益农的替代能源是当前全球面临的重大科研课题。薯渣制酒是民间传统工艺,古已有之。但酒味较差,现很少用其制酒。薯渣制乙醇能耗较大(能耗成本占60%以上),象用薯、玉米等粮食制燃料乙醇一样,处于亏本状态。近几年国家扶持的甘薯制燃料乙醇的大企业,尽管有技术设备先进,有一定的规模效应,但消耗粮食,不合国情。而且由于这些企业规模过大,使价值很低的甘薯产品,长途运输费大,造成原料成本成倍增长,加上上述的能耗成本大和所产生的大量酒糟没有很好利用,有的还造成环境污染等因素,使其中有的企业,没投产就停产。
我国已有大量的养猪专业户,有的已形成规模化。所产生的大量猪粪主要是直接养鱼或作农家肥料,很少先用猪粪产生沼气,延后养鱼或作农家肥料。部分养猪专业户建了一个只需两、三头猪粪就可以供应的家用沼气池,作为生活用热源。因为沼气含有杂质气体,很难液化,不能瓶装出售,又因为沼气受季节温差影响较大,不能稳定供应,所以养猪较多的专业户,建立多个沼气池或大型沼气池的积极性不高。如何充分利用猪粪这个优质沼气原料是值得研究的重要课题。
中国南方,尤其红土壤地区的山坡地适合种甘薯。在缺粮年代曾是农民的半年粮,种植面积很广。在丰衣足食的当代,薯少量用作粮食,主要喂猪,经济效益不大。农民改种芝麻、黄豆、棉花等农作物,但产量低,导至适合种薯的大量山坡地抛荒。
三、发明内容
本发明的目的在于避免上述背景技术中的不足之处,提供一种热能自给的薯渣生料制燃料乙醇生态循环工艺和使农民获得最大经济效益的生产模式。
本发明所采用的技术方案是:农民在适合种植甘薯的土地上大量种植甘薯,将收获后的甘薯破碎过滤,提取淀粉制作各类绿色食品或者向工业提供原材料,甘薯渣通过发酵蒸馏制作粗品乙醇,薯藤和酒糟养猪,养猪废水及猪尿放入池塘养鱼,猪粪进入沼气池产生沼气对蒸馏工艺或人们日常生活提供能源,沼气池内的淀积泥渣等有机肥则通过管道或粪车送入周边农田。利用甘薯渣制作燃料乙醇的蒸馏设备包括加热蒸馏系统和干燥储存室。加热蒸馏系统由气体燃料灶与气体燃料加热室和固定燃料灶与固体燃料加热室构成的双热源装置、酒酿室、精馏柱和空气冷凝器构成,气体燃料加热室与固体燃料加热室之间通过管道相通。酒酿室顶部出蒸气口通过酒蒸汽管与精馏柱的底部进气口相连,精馏柱内填充填料,精馏柱顶端的出气口与冷凝管的进气管相接。冷凝管的出口与回流比控制器相连。回流比控制器的侧面引出支管,支管中间装U形管,伸到精馏柱内的支管顶端装上喷头。回流比控制器的底部接出乙醇阀。干燥储存室修建于空气冷凝器之上,其内设有固体燃料灶)的排烟管道、薯渣支撑架和排风扇。
本发明采用生料发酵薯渣制燃料乙醇的方法:将一定量的甘薯渣加适量的水和曲种,密封发酵,每天搅拌一次,五天后停止搅拌,发酵8-12天可以蒸馏。生料发酵能减少煮料过程,节损煮料能源。
本发明还提供了上述生态循环工艺系统的组织管理模式:
A、成立薯业能源食品有限公司,并与其所在地的市(县)能源办取得联系,争取沼气、燃料乙醇、农副产品加工等有关国家政策扶持。
B、建立甘薯粗加工点,其规模不宜过大,辐射半径应在10公里左右,因为,低付加值的甘薯不宜长途搬运。其产品是淀粉、薯渣、薯藤粉。最好依托现有的薯业加工厂家,直接收购其薯渣或与其联合开发薯渣燃料乙醇。
C、和市(县)能源办一起,发展粗品乙醇生产点。用国家对沼气的扶助政策,发动有养鱼水面的养猪场和农户建沼气池,并与其养猪规模配套,让其所有猪粪进入沼气池。开始,公司提供免费移动式发酵和蒸馏装置,派技术人员到饲养户用薯渣发酵制燃料乙醇,待产生经济效益且被饲养户接受并掌握制燃料乙醇技术后,助其建立固定式发酵池和蒸馏装置(或买下移动式发酵和蒸馏装置),以后长期供应薯渣和与薯渣糟相配合的饲料,收购燃料乙醇粗品。
D、在创办之初,可在第一个甘薯粗加工点,建立小规模的淀粉、鱼面办工点,以提高淀粉的付加值,解决其销路。也可在有水面的甘薯粗加工点,建立小规模的养猪场,形成生态循环系统。
E、当发展了几个甘薯粗加工点后,势必要建立较大的甘薯精加工基地。为便于产品销售和技术人员的稳定,甘薯精加工基地应建在市场经济发达的城市附近。其原料淀粉、粗品乙醇都是附加值较高产品,可以较长距离运输,所以辐射半径应大于100公里。其产品是:粉丝、鱼面、燃料乙醇、与薯渣糟配合的猪饲料、发酵菌种和相应的机械设备。
本发明与现有技术相比,具有如下优点和有益效果:薯制取淀粉后,淀粉制作粉丝或向工业提供原材料,薯渣发酵做酒、制燃料乙醇,酒糟喂猪,还原喂猪功能;猪粪产生沼气,作蒸馏燃料乙醇的热源或向人们提供生活能源;沼气池泥渣可用塑料管或粪车,输送到农田或制成颗粒复合肥;有了大量的有机肥,就有了在薯加工基地周边和附近的村村通公路沿线,建立绿色,甚至有机农副产品生产基地的基础。若养猪场建在池塘边,猪尿、污水可以喂鱼。本发明有望实现几乎无需外购能源,只利用自身沼气能源,就可达到:亩增3个1:产生100公斤燃料乙醇、增产100公斤粮食和养1头猪;3亩超1亩:3亩甘薯渣所产生的燃料乙醇量超过1亩甘薯全部直接制燃料乙醇的量。若在黄河以南(尤其南方红土壤地区)山坡地推广,相当于这些地区新增1/3面积的山坡地用来种生态能源,对农民增收、就近就业、环境保护、生态平衡、减少温室气体排放有利。由于将干燥所使用的烘房和库房合二为一,既节约了用房,又解决了常年贮存防霉变问题;用酒精蒸汽和烟道气代替水蒸汽作干燥热源,使干燥能耗大为降低。本发明可常年生产燃料乙醇;使所需设备、厂地规模减小到1/10;使常年酒糟养猪成为可能。
四、附图说明
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
图1是本发明的生态循环系统示意图;
图2为本发明薯渣蒸馏制作燃料乙醇的设备结构示意图;
图3为本发明生态循环工艺系统的组织管理模式。
图中1.气体燃料灶、2.气体燃料加热室出水阀、3.气体燃料加热室、4.固体燃料灶、5.下连接管阀、6.出水阀、7.出糟口、8.固体燃料加热室、9.酒酿室、10.蒸气阀、11.蒸气管、12、酒蒸汽管、13.进水阀、14.水位观测器、15.空气进入管、16.风扇、17.冷凝管、18.干燥储存室底、19.排风扇、20.烟道、21.连接管、22.填料、23.喷头、24.晒场、25.废液出口阀、26.进料阀、27.U形管、28.出乙醇阀、29.回流比控制器、30.精馏柱、31.干燥贮存室、32.空气冷凝器。
五、具体实施方式
如附图1所示,选择靠近鱼塘适当的位置建设一个大型养殖基地,并就近建造几个沼气池(或一个大型沼气池)一个小型蒸馏加工厂。首先采用订单鼓励附近农民大量种植甘薯,原后将成熟了的甘薯收购,利用加工厂的破碎设备将甘薯破碎过滤,即可得到淀粉和薯渣。淀粉可制作各类绿色食品(如粉丝等)或者作为工业原材料进行销售,甘薯渣则通过发酵蒸馏制作燃料乙醇,制作燃料乙醇的设备包括加热蒸馏系统和干燥储存室。加热蒸馏系统为由气体燃料灶1与气体燃料加热室3和固定燃料灶4与固体燃料加热室8构成的双热源装置、酒酿室9、精馏柱30和空气冷凝器32构成,气体燃料加热室3与固体燃料加热室8之间通过管道相通。酒酿室9顶部出蒸气口通过酒蒸汽管12与精馏柱30的底部进气口相连,精馏柱30内填充填料22,精馏柱顶端的出气口与冷凝管17的进气管相接。冷凝管17的出口与回流比控制器29相连。回流比控制器29的侧面引出支管,支管中间装U形管,伸到精馏柱内的支管顶端装上喷头。回流比控制器29的底部接出乙醇阀。干燥储存室31修建于空气冷凝器32之上,其内设有固体燃料灶4的排烟管道、薯渣支撑架33和排风扇19。
将制得淀粉的薯渣通过生料发酵(将一定量的甘薯渣加适量的水和曲种,密封发酵,每天搅拌一次,五天后停止搅拌,发酵8-12天可以蒸馏。生料发酵能减少煮料过程,节损煮料能源。)或熟料发酵(现有技术)后,将发酵液糟加入酒酿室9内,在固体燃料灶4内燃烧固体柴火或打开气体燃料灶1的液化气或沼气燃烧对加热室3或8进行加热,加热室8内的蒸汽自蒸汽管11进入酒酿室9后,自酒蒸汽联接管12进入精馏柱30底部,酒蒸汽经过其内填充的填料22后,自精馏柱30顶部汽管进入冷凝器17,与空气冷凝器32内的空气进行热交换,酒蒸汽经冷凝后成为液态自出乙醇阀24流出。加热后的空气在风机的作用下送入干燥储存室31内对存放在内的半干薯渣进行干燥。根据对酒精浓度的需要,调节出乙醇阀28的大小,可以得到不同浓度的酒或乙醇。即当需要较浓的酒或乙醇时,拧小出乙醇阀24,自冷凝器内流出的乙醇则部分回流,经过U形管27自喷头23向精馏柱30内喷淋,从而使其内的上升酒蒸汽部分液化不断增浓,同时下降的回流液部分汽化不断减浓,自液体联接管内流入酒酿室9内继续蒸馏,从而使酒精浓度得到提高。反之,得到的酒或乙醇浓度则会随之降低。薯藤和酒糟则提供给养殖场养猪,养猪废水及猪尿放入池塘养鱼,猪粪进入沼气池产生沼气对蒸馏工艺或人们日常生产提供能源,沼气池内的沉积泥渣等有机肥则通过管道或粪车送入周边农田或提供给化肥生产企业制作有机肥料。
实施本发明,薯渣制燃料乙醇的原料成本接近零。薯渣是淀粉厂、薯粉丝厂的副产品。目前的主要功能是作饲料。将薯渣发酵制燃料乙醇后,余下酒糟仍可作饲料。有报导其营养性还得到了增强。可见薯渣制燃料乙醇的原料成本接近零。那么,这一过程的主要成本是设备折旧、能耗和人工。薯渣制燃料乙醇所需能源能够自给。现在农村养猪已规模化,但大量猪粪农民直接拉去养鱼或做肥料,用不完的还造成水体污染。若将其与甘薯生态循环利用系统相配套,所产生大量沼气供薯渣制燃料乙醇的能源所需,薯渣制燃料乙醇成本就只剩下设备折旧和人工费。自制蒸馏塔成本不到同等规模购买设备的1/4。因地制宜,用比较“土”的原料,制出性能也很好的设备。例如:用破啤酒瓶上半部的玻璃渣代替景德镇产的拉西环填料;用草木灰或废泡沫塑料代替保温材料;用山泉水沟和整根自来水管自制换热器等。因此,自行设计制造的蒸馏塔成本不到同等规模购买设备的1/4。上述工艺过程未能投入生产的另一个重要原因是其季节性太强。薯保鲜困难,其加工期只有一个多月时间。用机械方法提取薯中淀粉,一个月左右能完成。如果所产生的大量薯渣在一个多月时间全部发酵做燃料乙醇,所需设备、厂地规模大;一年只用一个月,设备、厂地利用率低;技术工人一年只做这一次,且是秋收农忙时节,必然人工费用大;短时间内产生大量酒糟,猪吃不完,而其它时间,猪又没得吃。看来这一方案不可行。民间传统的方法是:将薯渣放在屋瓦上,经露天数月干燥后,收取贮存。但此法让薯渣严重变质,影响出酒率。若在晒场上晒干,难保不遇上连雨天气。如果使用干燥机能达到干燥目的,但除设备费用大外,整个过程的能耗将增大一倍。干燥贮存室技术能较好地解决上述问题。
本发明可以浓缩到家庭式生产模式,即利用农家厨房、养猪院、沼气池以及上述蒸馏设施即可进行家庭式生态循环生产。

Claims (4)

1、一种热能自给的薯渣生料制燃料乙醇生态循环工艺,其特征在于:依托养植业,用其动物粪便产生沼气,用沼气作热能由薯渣生料发酵制燃料乙醇的生态循环工艺,其工艺的流程如下:
将甘薯破碎过滤,得到淀粉可制作各类绿色食品、向工业提供原材料;甘薯渣通过生料发酵蒸馏制作燃料乙醇,薯藤和酒糟养猪,养猪废水及猪尿放入池塘养鱼,猪粪进入沼气池产生沼气对蒸馏操作或人们日常生产提供能源,沼气池内的淀积泥渣等有机肥则可直接通过管道或粪车送入周边农田或者提供给化肥生产企业制作有机肥料。
2、根据权利要求1所述热能自给的薯渣生料制燃料乙醇生态循环工艺,其特征在于:利用甘薯渣制作燃料乙醇的蒸馏设备包括加热蒸馏系统和干燥储存室;加热蒸馏系统为由气体燃料灶(1)与气体燃料加热室(3)和固定燃料灶(4)与固体燃料加热室(8)构成的双热源装置、酒酿室(9)、精馏柱(30)和空气冷凝器(32)构成,气体燃料加热室(3)与固体燃料加热室(8)之间通过管道相通;酒酿室(9)顶部出蒸气口通过酒蒸汽管(12)与精馏柱(30)的底部进气口相连,精馏柱(30)内填充填料(22),精馏柱顶端的出气口与冷凝管(17)的进气管相接;冷凝管(17)的出口与回流比控制器(29)相连;回流比控制器(29)的侧面引出支管,支管中间装U形管,伸到精馏柱内的支管顶端装上喷头;回流比控制器(29)的底部接出乙醇阀;干燥储存室(31)修建于空气冷凝器(32)之上,其内设有固体燃料灶(4)的排烟管道、薯渣支撑架(33)和排风扇(19)。
3、根据权利要求1所述热能自给的薯渣生料制燃料乙醇生态循环工艺,其特征在于:所述生料发酵薯渣制燃料乙醇的方法是:将一定量的甘薯渣加适量的水和曲种,密封发酵,每天搅拌一次,五天后停止搅拌,发酵8-12天可以蒸馏生料发酵能减少煮料过程,节损煮料能源。
4、根据权利要求1所述热能自给的薯渣生料制燃料乙醇生态循环工艺,其特征在于上述生态循环工艺系统的组织管理模式:
A、成立薯业能源食品有限公司,并与其所在地的市(县)能源办取得联系,争取沼气、燃料乙醇、农副产品加工等有关国家政策扶持;
B、建立甘薯粗加工点,其规模不宜过大,辐射半径应在10公里左右,因为,低付加值的甘薯不宜长途搬运;其产品是淀粉、薯渣、薯藤粉;可依托现有的薯业加工厂家,直接收购其薯渣或与其联合开发薯渣燃料乙醇;
C、和市(县)能源办一起,发展粗品乙醇生产点;用国家对沼气的扶助政策,发动养猪场和农户(最好有养鱼水面)的建沼气池,并与其养猪规模配套,让其所有猪粪进入沼气池;开始,公司提供免费移动式发酵和蒸馏装置,派技术人员到饲养户用薯渣发酵制燃料乙醇,待产生经济效益且被饲养户接受并掌握制燃料乙醇技术后,助其建立固定式发酵池和蒸馏装置(或买下移动式发酵和蒸馏装置),以后长期供应薯渣和与薯渣糟相配合的饲料,收购燃料乙醇粗品;
D、在创办之初,可在第一个甘薯粗加工点,建立小规模的粉丝、鱼面加工车间,以提高淀粉的付加值,解决其销路;也可在有水面的甘薯粗加工点,建立小规模的养猪场,形成生态循环系统;
E、当发展了几个甘薯粗加工点后,势必要建立较大的甘薯精加工基地;为便于产品销售和技术人员的稳定,甘薯精加工基地应建在市场经济发达的城市附近;其原料淀粉、粗品乙醇都是附加值较高产品,可以较长距离运输,所以辐射半径应大于100公里;其产品是:粉丝、鱼面、燃料乙醇、与薯渣糟配合的猪饲料、发酵菌种和相应的机械设备。
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