陈稻谷全粉碎技术加工燃料乙醇的现状与展望

陈稻谷全粉碎技术加工燃料乙醇的现状与展望

宋文平

中粮生化能源（肇东）有限公司黑龙江肇东151100

摘要：用陈稻谷加工燃料乙醇既缓解了陈化粮的库存压力，又符合国家发展清洁能源的需要。概述了陈稻谷的理化特性，重点介绍了陈稻谷全粉碎加工技术生产燃料乙醇的特点及优势，并展望了陈稻谷未来加工技术的发展方向。

关键词：陈稻谷；全粉碎加工；燃料乙醇

引言

1陈稻谷的理化特性

陈稻谷是指储存时间超过3a的，储存过程中品质明显下降，口感和营养价值明显下降，不宜作为口粮食用。稻谷超过3a储存年限后，开始发生陈化现象，其内部结构逐渐松弛、生命力减弱、酶活性降低、呼吸作用衰退。严重陈化时酸度明显增加，口感明显变差，有害物质含量可能超标。早籼稻是主要的稻谷品种之一，占到总品种的38%，主要分布在南方地区，具有耐热、耐湿、耐强光的特点，储存性能较佳，是南方地区国储库内的常见品种。稻谷食用品质下降的主要表现为：蒸煮米饭硬度增加、黏度降低、香味消失、大米色泽减退，这是由于随着储藏时间的增长，其结构组成发生显著变化，支链淀粉含量下降，不溶性直链淀粉含量略有增加；脂质在酶的作用下容易发生水解，形成游离的不饱和脂肪酸，进而随着时间的变化发生过氧化反应产生羰基化合物，主要为醛、酮类物质，使陈化粮产生霉味；陈大米中的谷蛋白、球蛋白和清蛋白相比新米均表现出高分子量的亚基含量增多，低分子量的亚基含量减少[1]。

2陈稻谷燃料乙醇的加工技术

2.1加工技术的选择

陈稻谷加工采用全粉碎技术生产燃料乙醇的工艺，以某中粮生物质能源有限公司陈稻谷加工燃料乙醇工艺为例。陈稻谷经过粉碎单元粉碎后进入粉浆绞龙，添加高温淀粉酶0.3kg/t原料，用氨水调节pH至5.2～5.5，添加高温调浆水，料水比为1:1.9～2.1。在粉浆罐内配制成粉浆拌料，控制粉浆干物质浓度27%～29%。在粉浆罐内预热至53～55℃，粉浆经喷射器喷射液化后进入蒸煮维持罐，温度达到95℃，再经过液化负压闪蒸后温度达85～87℃，进入液化罐液化维持150min，液化结束后经板式换热器降温至31～32℃。液化醪在线加酸调节pH至4.3，同时添加高效糖化酶1.6kg/t酒、尿素等，干酵母水合活化后，在29℃下进行酵母扩培。在发酵罐内，按15%～20%的接种量添加酵母醪。进行同步糖化发酵，间歇操作，发酵时间为60h，发酵罐外置板式换热器用来控制发酵温度，前8h控制发酵温度28～31.5℃，8h以后控制温度32.5～33.5℃，发酵结束后得到成熟醪。酒母罐和发酵罐产生的二氧化碳气体在洗涤塔内洗涤后放空到大气，含乙醇的洗涤液回收到成熟醪罐内。醪液经过精馏塔蒸馏、分子筛脱水后得到无水乙醇。蒸馏系统由粗镏塔、第一精馏塔和第二精馏塔组成，发酵成熟醪经过三级预热后达到60℃进入粗塔，从第二精馏塔顶部采出92%～95%的酒精经过过热器后进入分子筛系统[2]。分子筛系统由吸附塔和脱附塔组成，两者可实现自动控制、切换，经过吸附塔的酒气冷却后得到无水燃料乙醇，与此同时，脱附塔经过反冲洗、抽真空再生，两塔交互工作。反冲洗出来的淡酒进入淡酒回收罐，作为第一精馏塔的进料。蒸馏后的废醪液经卧式螺旋离心分离得到清液和湿糟，其湿糟固形物含量为36%～38%，清液固形物含量为4%～5%。清液蒸发浓缩后与干燥后的湿糟混合进入管束干燥机，浓缩液固形物含量为32%～35%，除湿干燥后即可得大米DDGS，水分含量不大于10%。本生产线是在玉米加工工艺的基础上进行的改造，今年前三季度加工陈稻谷32万t，生产燃料乙醇近9万t。

2.2加工技术的特点

针对稻壳粉碎难度大、稻壳含量高易堵塞管道、易磨损设备等特点，选择采用干法粉碎工艺。先经过砻谷机，两只胶辊通过反向不等速转动使稻谷进入两辊之间起到挤压、撕搓及剥离的作用，从而使稻谷结构疏松，便于粉碎。再经过锤式粉碎机，稻谷遭到高速回转的锤头冲击而粉碎，最后细粉颗粒可达25目。为了实现更小粒度的粉碎，罗虎等发明了一种全稻谷粉碎细粉的方法[16]，未粉碎的片状稻壳重新回到粉碎机粉碎，避免了粉碎细粉中带有片状稻壳的问题，细粉粒度较小，保证了后续饲料粒度合格[3]。液化方式采用一次喷射液化，高温蒸汽与淀粉颗粒充分接触，使其结构松散，淀粉分子膨胀彻底，糊化充分，便于淀粉酶的水解作用。负压闪蒸有2次，分别起到不同的作用。一次负压闪蒸后温度下降6～8℃，温度及压力的快速变化使淀粉分子进一步膨胀破裂为小颗粒，从而使酶与淀粉颗粒更充分接触。液化结束后进行二次闪蒸，降低了换热器及冷却水的使用，节约能耗。二次蒸汽还可用于后续蒸发浓缩工段，提高了热源利用率。精馏系统为差压操作，采用热耦合工艺，实现了能量优化。只有第一精馏塔使用直接蒸汽作为热源，第一精馏塔塔顶气作为第二精馏塔热源，第二精馏塔塔顶气作为粗塔热源，蒸汽消耗量少，能耗降低。进料醪液经过的三级预热均为内部热源提供，不需要额外蒸汽的消耗。第一精馏塔釜液几乎不含酒精，可作为高温调浆水或者清洗用水使用，节约了一次水的消耗。三塔釜液若检测出酒份，应返回成熟醪罐内，重新蒸馏，避免跑酒。

2.3加工技术的优势

根据陈稻谷的理化特性，对以玉米为原料生产燃料乙醇的加工工艺进行改造，使其符合陈稻谷的加工特点。通过使用锤式粉碎机使陈稻谷粉碎成小颗粒的稻谷粉，避免了大颗粒物料容易堵塞管路；通过采用喷射液化、闪蒸降温、能量优化等技术，既保证了液化及同步糖化发酵的效果，又减少了公用工程的消耗及设备的投资。采用陈稻谷为原料生产燃料乙醇缓解了原料短缺问题，减少了玉米等食用粮食的消耗。发酵完成后，残总糖1.39%，还原糖0.29%，残淀粉0.04%，酒份14.33%，淀粉出酒率53.5%。这样，陈稻谷相比玉米的淀粉出酒率更高，同时，陈稻谷采购单价较玉米降低了，稻谷生产乙醇的生产成本比玉米降低17%，提高了企业的经济效益。与以玉米为原料生产燃料乙醇相比，陈稻谷全粉碎技术加工燃料乙醇的化学成分基本保持一致，各项指标均符合标准。大米DDGS作为生产燃料乙醇副产物，其蛋白质含量达到24%，是大米蛋白与酵母蛋白的混合体，是无过敏源的优质蛋白，作为饲料原料，主要用于家禽和水产养殖，在市场上深受客户的青睐[4]。

3未来发展方向

（1）水稻加工量高效化和副产品饲料高值化的加工，即去除稻壳、米糠层（含有大量脂肪、蛋白、纤维及少量淀粉），用大米直接投料进入酒精发酵。全大米发酵后，饲料就变成大米蛋白饲料（非DDGS），其蛋白含量高，营养丰富，升级为所有禽类和畜类的幼仔，繁殖阶段的母兽等高级饲料原料，而获得更高的收益。

（2）发酵醪液酒份含量只有14.3%，残总糖及残淀粉含量的降低，有待进一步优化措施，同时,采用更加高效的淀粉酶及糖化酶，提高非淀粉类碳水化合物的转化率，同时实现更高浓醪发酵，提高产量。

（3）采用无喷射液化技术，减少蒸汽的消耗，节省能耗。

（4）继续升级、改造蒸馏脱水系统，进一步降低能耗。重点关注粗镏塔、第一精馏塔和第二精馏塔的再沸器换热效果，通过去除污垢、增加流速、设置翅片管等手段强化传热。

4结论

中粮生化采用陈稻谷加工生产燃料乙醇，很好地执行了国家陈化粮去库存的任务，减轻了库容压力，并从源头上避免了陈化粮流入粮食市场而带来的食品安全问题。陈稻谷工艺采用全粉碎、喷射液化、闪蒸降温、能量优化等技术，保证了发酵效果、降低了能耗，其加工成本、副产物等与玉米相比也具有较大优势，并且创新性实现了100%全稻粉碎加工燃料乙醇的工业化生产，填补了国内工艺空白，大大提高了陈化粮的综合利用价值。

参考文献:

[1]张斌,袁建,赵腾,等.非热物理加工技术对稻谷中微生物影响的研究进展[J].粮食科技与经济,2017,42(6):68-72.

[2]于斌,潘忠,许克家,等.陈化水稻生产燃料乙醇发展趋势和现状[J].中国酿造,2018(2):19-23.

[3]微藻氮源对红薯原料燃料乙醇发酵过程促进效果的研究[J].太阳能学报,2013,34(9):1542-1546.

[4]何标,陈顺成,张伟东,等.浅议稻谷加工过程中减少隐形爆腰的几个措施[J].粮食加工,2013(3):37-38.