甘蔗糖厂联产食糖和能源高效益生产方案探讨

甘蔗糖业2008年第5期SugarcaneandCanesugar2008年10月-23-甘蔗糖厂联产食糖和能源高效益生产方案探讨陈世治保国裕（广州甘蔗糖业研究所广东省甘蔗改良与生物炼制重点实验室，广州510316）摘要受世界粮荒影响，生物能源的发展用非粮食作物生产是今后发展方向。但用甘蔗直接生产能源酒精，在我国因利润比产白糖低而难以实现。本文提出联产方案是将压榨初压汁用石灰法生产与原来白糖厂数量和产值相接近的红糖，生产成本降低约17％，节约汽耗15％，电耗30％；其余蔗汁与第一汁的浮渣合并生产酒精，一间糖厂每榨季榨蔗30万t，可生产约3.6万t红糖及6000t酒精，比白糖厂多获利2300万元。国内外近年发现带蜜糖（包括红糖）含大量抗氧化物并含有一些稀有元素和氨基酸等有利健康成分，被认为是具保健功能的食品，已逐渐占有市场越来越多的份额。我国部分大中型糖厂若能参与联产红糖—酒精，不仅带来经济效益节约及充实能源并且能满足人民对保健糖的需求。关键词压榨汁；红糖；燃料酒精；抗氧化物；绿色食品1联产食糖和能源生产方案提出缘由发展生物能源的形势近年有了新变化，世界范围发生粮食严重短缺，有些地方甚至出现粮荒，美国用大量玉米生产燃料酒精遭到非议。一些国家开始限制用谷物生产酒精。但巴西由于开发土地资源种植甘蔗，其中约半数甘蔗榨汁用于生产酒精，年产燃料酒精1.7×107m3,并不涉及粮食问题，生物能源的发展不致受到世界粮荒的影响。我国也一样受到世界缺粮形势的影响，除加紧致力提高粮食生产，生物能源的发展只能用非粮食作物生产燃料酒精，其中主要仍以甘蔗糖厂的废蜜和高粱蔗为原料。至于用甘蔗榨汁作原料生产酒精的意向，也由于白糖与燃料酒精的相对市场价格使生产白糖比生产酒精有较高的收益，因而难于实现。表1[1]是我国甘蔗单产白糖与甘蔗单产酒精经济效益比较（以100t甘蔗计，设：甘蔗价275元/t，甘蔗含糖份15％；白糖价3500元/t，酒精价（95％）4800元/t；糖蜜价900元/t，加工费：白糖为720元/t，酒精为400元/t。）。从上述情况，单产酒精比单产白糖的收益降低近35％。如果要使收益相等，糖价与酒精价比值要达到1：1.49，即糖价为3500元/t，酒精价要达到5200元/t，或者政府补贴每吨酒精1200元以上。虽然近年汽油价不断飚升，酒精价也上涨，但采用单产白糖或单产酒精的办法可能会顾此失彼，也不适应今后糖与酒精市场不断变化的趋势。近年甘蔗发展速度快，食糖有供过于求的趋势，为了充分发挥甘蔗增产的优势；增强糖企业的应变能力和增加经济效益，建议采取多品种产业链的策略。过往的实践证明这是有效的举措。上表所列举的数字只代表某个时期和部分地区的表1甘蔗单产白糖与甘蔗单产酒精效益的比较生产厂类型产品产量（t）产品产值（元）成本（元/100t蔗）利润（元/100t蔗）单产白糖白糖12；糖蜜344700361408560单产酒精7.536000305005500甘蔗糖业2008年第5期SugarcaneandCanesugar-24-情况，不一定完全准确和全面。但糖厂若全部甘蔗用于制酒精而放弃制糖，经济上不合算也是事实。从2007年到2008年进行的多次测算都得出类似结果。为使糖厂能利用甘蔗优势多产酒精充实能源又能取得经济效益，现提出一个食糖与能源联产的方案供探讨。2联产食糖和能源生产方案介绍2.1联产食糖和能源生产方案流程图1为本方案的流程和物料衡算数字。数字计算是基于设定的一些生产数字。这些数字只是生产期内有代表性的数字，不同时期和不同地区可能有些差异，但这项计算只是为了将本方案与现有生产耕地白糖糖厂的经济效益作比较，因此是相对的。设定数字的变化不致对这个比较结果有重要影响。图中所列数字均从设定的数字计算出。设定的数字为：①甘蔗重量100t，甘蔗含糖分15％，甘蔗纯度83％，甘蔗纤维分12％，压榨抽出率95％；②第一汁抽出率80％，第一汁纯度88％；③第二汁抽出率15％，注加水22％，蔗渣水分50％，浮渣/粗糖浆15％，未测定损失/甘蔗含糖为1％，糖浆浓度65○Bx，增浓后糖浆浓度92～94○Bx，红糖水分5％。推算的数字为：①甘蔗汁含干固物18t，甘蔗含糖量15t；②第一汁糖量12t，干固物量13.64t，浓度20.4○Bx，第一汁量66.7t；③第二汁糖量2.25t，干固物量4t，浓度12.93％，第二汁量30.94t；④清糖浆糖量10.2t，实际糖量（除去未测定损失后）10.05t，红糖量12.21t；⑤浮渣量1.8t，干固物量2.05t，浮渣汁量3.15t，浮渣加第二汁34.1t；⑥酒精量2t；⑦沼气量135m3。2.2联产食糖和能源生产方案主要特点（1）甘蔗压榨出来的蔗汁分为第一汁（初压汁）与第二汁（从第二到第五台压榨机的混合汁）。第一汁纯度比较高适宜制成红糖且不包含压榨注加水，可节省蒸发用汽。第一汁经蒸发及上浮澄清处理后，再经连续蒸浓罐浓缩到92～94○Bx，然后冷却成红糖。省去煮糖，分蜜及糖浆浮渣过滤等工序。（2）第二汁与上述糖浆上浮未经过滤的浮渣合并作为生产酒精的原料，从而增加酒精产量。（3）酒精蒸馏后的废液因浓度较低，它能否被处理或利用，成为酒精能否持续生产的前提取决于环保的原因。本方案所产生的废液不含硫酸盐，故适宜通过发酵制造沼气，以增加能源或浓缩后制成饲料。3联产食糖和能源生产方案讨论本方案的设想将现有一部分耕地白糖厂改为联产红糖，酒精和沼气产品的工厂。这样的安排到底有何优越性，能否解决从甘蔗多生产酒精又能兼顾经济效益的问题。我们可以对此进行讨论。（1）如上所述，甘蔗压榨汁分为第一汁（初压汁）与第二汁分别处理，第一汁糖份抽出率80％，第二汁抽出率15％。第一汁纯度达88％比第二汁纯度56.3％高出很多，这对生产红糖比较有利。因为制成的红糖含有较少非糖成分。作为食品风味会更好。而且红糖的产率达12％，与白糖厂产率接近。现在红糖市价高于白糖。即使只用第一汁生产红糖收益也不低于现有白糖厂用全汁生产白糖。（2）第一汁的浓度达到20.4○Bx，而第二汁为13○Bx。因为22％的注加水全部留在第二汁，在耕地白糖厂全部榨出汁（混合汁对蔗比大约是95％，而且浓度仅15○Bx）若蒸发成65○Bx的糖浆，耗汽量为20.6t/100t蔗。而在本方案进入蒸发罐的汁量仅约67％对蔗比，而且浓度达20.4○Bx，因此同样蒸发到65○Bx，所耗蒸汽粗略计算为11.8t/100t蔗，可节省约1/3的蒸发用汽，即可降低汽耗7％对蔗比。（3）因为采用石灰法，故糖浆上浮的浮渣量陈世治等：甘蔗糖厂联产食糖和能源高效益生产方案探讨-25-图1甘蔗糖厂联产红糖与酒精流程图设定为粗糖浆的15％。浮渣全部不经过滤，直接与第二汁合并进入酒精车间供发酵。这样就省去了过滤工序。一般耕地白糖厂的过滤工序糖分损失为1.5％对甘蔗含糖量。即100t含糖分为15％的甘蔗可多收回糖0.225t，多收回的糖用于制酒精可增加酒精的产量和收入。高浓度的浮渣（约65○Bx）与低浓度的第二汁（约13○Bx）混合，可提高浓度至17.8○Bx，较适合用于酒精发酵。（4）红糖的清净工艺是比较简单的石灰法（或氧化镁法），可免除耕地白糖厂亚硫酸法困扰糖业界达半个多世纪的种种弊端：例如蒸发罐积垢多难以清除；燃硫炉硫气污染影响生产环境；白糖产品含二氧化硫量容易超标；废蜜中含亚硫酸及钙离子多影响发酵率；废液易腐蚀蒸发罐以及影响沼气发酵等问题。用石灰法代替亚硫酸法还可以省掉对蔗比约千分之一的硫磺费用。甘蔗糖业2008年第5期SugarcaneandCanesugar-26-（5）红糖生产采取降温成糖工艺，不用结晶煮糖过程，也省掉分蜜工序。煮糖结晶操作本来耗用不少蒸汽（一般达20％～25％蔗），但近年许多糖厂已做到用汽量的1/3～1/2是使用蒸发罐汁汽。另外生产红糖还需在增浓罐用1MPa减压汽，把65○Bx糖浆浓缩到92～94○Bx。因此虽不必用煮糖结晶罐，但所省蒸汽量不多。分蜜工段用电为全厂耗电的1/3，若省去分蜜则可节省大约8～9kW·h/t蔗。（6）实行本方案，在制炼车间的部分劳动力如煮糖工，分蜜工都可省去。这两部分劳动力约占全厂劳动力的20％，节省了劳动力成本[2]。（7）第二汁与糖浆上浮的浮渣合共含糖4t，可生产酒精约2t。现有的白糖厂100t甘蔗约产废蜜3t，一般4t废蜜产1t酒精，则可产酒精0.75t。本方案100t蔗可产酒精2t，因此不但能保持产糖方面的收益，并可多产1.25t酒精，所产酒精是现有白糖厂以废蜜产酒精的2.7倍，达到多产酒精增加效益的目的。（8）本方案生产的酒精蒸馏废液不含三氧化硫易于资源化治理。过去20～30年的生产实践发现用亚硫酸法糖厂的糖蜜为原料发酵酒精的蒸馏废液，其难点主要是三氧化硫的影响。如用作灌溉，三氧化硫积累过多使土壤与钙结合产生亚硫酸钙或硫酸钙引起土壤板结；用作沼气发酵，在发酵过程三氧化硫衍生硫化氢，在发酵液内会毒害发酵沼气的菌体而中断发酵，使有机物BOD5的降解效率低。上世纪80～90年代广东平沙糖厂，福建漳州糖厂，广西覃糖糖厂，以及近年湛江遂溪特种酒精厂沼气法治理废液都因为这个原因而遭遇困难。我国沼气发酵有很成熟的经验，若废液不含三氧化硫则成功的可能性很大，至于废液用浓缩后加以利用的办法，则因三氧化硫钙盐生成，使蒸发罐产生大量积垢降低效率；用于焚烧也因三氧化硫产生二氧化硫腐蚀炉膛和烟气含二氧化硫超标污染大气产生酸雨。本方案的制糖过程不用亚硫酸法，故酒精废液基本不含三氧化硫，适用于投资较低的沼气法、农田灌溉法以及辅助代替锅炉烟道气水帘除尘，沼气法可回收热能供锅炉燃烧或家庭作燃料。若废液浓缩后作饲料，每吨酒精可得1.4t浓缩液，市值约700元，除去成本200元尚可收入500元/t。4联产食糖和能源方案成本效益计算4.1联产食糖和能源方案降低加工成本的计算按100t蔗计算：①蒸发罐汽耗减少7t汽（每吨汽43元计）=300元；②省去分蜜机电耗800kW·h（每kW·h0.6元计）=480元；③省去100kg硫磺消耗（硫3800元/t）=380元；④分蜜、煮糖岗位劳动力占全厂20％（劳动力工资1800元/100t蔗）=360元。100t蔗加工成本降低数合计为1520元。从网上查得2007/08年榨季每吨糖加工费为720元，分项列出为：辅助材料+劳动力+动力及其他=350+150+220=720元/t糖，按100t蔗产12t白糖折算=4200元+1800元+220元=8640元/100t蔗。联产食糖和能源方案100t蔗加工费=单产白糖加工费-可降低加工费=8640-1520=7120元/100t蔗。联产食糖和能源方案每吨红糖加工费=7120/12.2=584元/t红糖4.2联产食糖和能源方案与甘蔗单产白糖效益比较表2是甘蔗单产白糖与甘蔗联产食糖与能源的效益比较（100t甘蔗计）。设：甘蔗价275元/t，甘蔗含糖份15％，白糖价=红糖价=3500元/t，酒精价（95％）4800元/t，加工费：白糖720元/t，红糖584元/t，酒精400元/t。从表2所列数字可见，联产食糖与能源的方案比单产白糖可增加利润=16880–9160=7720元/100t蔗。表2数字未包括用废液制造沼气的收益。按每吨酒精产生废液30m3计，1m3废液产沼气4.5陈世治等：甘蔗糖厂联产食糖和能源高效益生产方案探讨-27-m3（相当1kg煤的热值）。则2t酒精产生的沼气相当270m3沼气或270kg煤的热值。由于废液生产沼气的试生产尚在一些糖厂中进行，故未列入上表。但在治理污染和增加能源的意义上是还有一定价值的。估计今后用本方案生成的废液含硫量比现有亚硫酸法糖厂废液少得多，沼气发酵可能比较容易成功。表2甘蔗单产白糖与甘蔗联产食糖与能源的比较生产厂类型产品产量（t）产品产值（元）成本（元/100t蔗）利润（元/100t蔗）单产白糖白糖12；酒精0.7545600364409160联产食糖与能源红糖12.2；酒精25230035420168805联产食糖和能源生产方案结果及市场前景5.1联产食糖和能源生产