甜高粱秸杆年产10万吨变性燃料乙醇示范工程可行性研究报告.docx
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甜高粱秸杆年产10万吨变性燃料乙醇示范工程可行性研究报告
甜高粱秸杆变性燃料乙醇示范工程
可行性研究报告
第一章总论…………………………………..1-16
第二章项目背景与发展概况………………….2-6
第三章市场需求预测与建设规模…………….3-12
第四章建设条件与厂址……………………….4-7
第五章工程技术方案………………………….5-29
第六章环境保护、劳动安全卫生…………….6-5
第七章节约能源……………………………..7-4
第八章企业组织与劳动定员………………….8-3
第九章项目实施进度建议…………………….9-3
第十章投资估算与资金筹措………………….10-4
第十一章财务评价……………………………….11-7
附表、附图
第一章总论
1.1项目名称及承办单位
1.1.1项目名称
甜高粱秸杆年产10万吨变性燃料乙醇示范工程
1.1.2项目承办单位
营业范围:
生物质可再生能源研究开发,以甜高粱茎秆生产燃料乙醇。
本公司是由启新新能源公司等投资者发起设立,以发展生物质可再生能源为己任,以推动生物质可再生能源的科技创新和产业化发展为宗旨,致力于以甜高粱茎秆为原料生产燃料乙醇产业,从而支持国家“十一五”可再生能源发展目标。
1.1.3项目合作和技术支持单位
中国地区开发促进会甜高粱产业开发中心
中国中轻国际工程有限公司
清华大学化学工程与应用化学研究所
1.1.4项目主管单位
府城市发改委
1.1.5项目拟建地点
精馏总厂:
青海省府城市经济技术开发区
原酒分厂:
青海境内,详见原酒分厂布点表和图
1.2研究工作的依据和范围
1.2.1研究工作的依据
a.《利用甜高粱杆年产10万吨变性燃料乙醇项目的可行性研究报告》。
b.轻工业部轻综计发(1992)70号关于《轻工业建设项目可行性研究报告编制内容深度规定》(QBJS5-92)的通知。
c.涂山新能源公司《利用甜高粱杆年产10万吨变性燃料乙醇项目的项目建议书》
d.涂山新能源公司利用甜高粱杆生产燃料乙醇的小试和中试报告数据。
1.2.2研究工作的范围
研究工作的范围是从甜高粱秆入厂到成品变性燃料乙醇出厂整个生产过程所需要的生产工程、辅助生产工程、公用工程、环保工程、总图运输工程等,可研报告按原国家轻工业局规定包括以下几部分:
a.市场预测与建设规模;
b.建设条件;
c.工程技术方案;
d.环境保护;
e.节约能源;
f.劳动定员;
g.项目实施进度及招标建议;
h.投资估算与资金筹措;
i.财务评价。
1.3研究工作概况
a.府城市已有三年甜高粱规模化种植的历史,已经完成品种的选育、种植技术的规范和大规模的推广工作等。
2006年在青海省府城市)集中种植甜高粱29600亩,是目前全国最大集中种植面积,为工业化生产提供了标准化的原材料,基本建成原料基地。
b.从2003年起中国地区开发促进会甜高粱产业开发中心一直从事利用甜高粱秸杆加工生产酒精的研究工作,并在技术上和生产组织形式上取得了技术参数和经验。
c.涂山新能源公司2005年在青海省哈灵县投资建成以甜高粱茎秆为原料年产3000吨燃料乙醇中试工厂,针对甜高粱粱酒精的技术瓶颈问题进行小型实验和生产试验。
自主研发了“生物水解发酵蒸馏一步法”和系统集成了清华大学的“一步法加盐萃取精馏技术”等生产工艺,其2005年的中试生产数据证明,燃料乙醇生产成本可控制在3633元/吨以内,中试取得了成功。
d.2005年11月涂山新能源公司正式委托中国中轻国际工程有限公司(中国轻工国际工程设计院,即BCEL)编制《甜高粱秸杆年产10万吨变性燃料乙醇示范工程可行性研究报告》。
e..2005年11月至2006年8月,BCEL的可研报告的编制人员与业主有关人员就本工程可行性研究的编制进行了大量工作:
(1)就厂址选择进行了多次实地考察,与当地政府达成一致意见;
(2)对该公司“甜高粱秆生产燃料乙醇的小试和在青海哈灵3000吨/年燃料酒精的中试厂的中试进行大量研究工作,就有关工艺技术数据和技术装备等问题进行探讨,基本达成了一致意见;
(3)就在中试生产厂的基础上扩大生产规模所设涉及的有关工艺技术、设备、运输等有关技术问题进行了初步的论证。
f.BCEL对涂山新能源公司中试厂进行了总结,在认真总结中试厂的基础上,提出优化生产工艺流程,开发连续化大型主体生产设备的建议,力争做到提高收率、减少能耗、减少投资、节能环保,建成一个高效节能的现代化生物能生产工厂,为大规模建设利用甜高粱生产生物能源起到示范作用。
g.光华公司和中轻国际工程公司的有关技术人员,就连续化生产的大型主体设备进行了研发,提出方案进行了论证,并与相关设备工厂进行了技术交流,工程图纸已完成。
h.自主研发的科技成果于2006年6月获得青海省科技厅的权威技术认定证书,技术所有权属于本集团公司所有。
i.BCEL按业主要求如期提出了可行性研究报告。
1.4推荐方案与研究结论
1.4.1产品销售方向和方式
本工程产品作为商品变性燃料乙醇出售。
1.4.2产品方案和生产规模
a.产品方案:
变性燃料乙醇,供替代燃料汽油。
产品符合中华人民共和国行业标准《变性燃料乙醇》GB18350-2001之有关规定。
b.工程建设总规模:
100,000t/a变性燃料乙醇
示范工厂1个:
10,000t/a变性燃料乙醇
精馏总厂1个:
100,000t/a变性燃料乙醇
原酒分厂9个:
45%原酒,折10000t/a乙醇。
1.4.3生产方法
1.4.3.1生产原料的生物学特征及选用理由
甜高粱为碳四高能植物,具有极高的光合速率,其茎秆含糖高达18~24%(汁液锤度),亩产4000-6000千克茎秆和200-500千克的籽粒。
与其他能源作物相比,在单位土地能源转化效率方面具有明显优势。
由于甜高粱有若干特有的生理结构和抗逆性,有强大的根系,表皮层存在着重硅酸,秸的外皮覆盖着蜡粉,遇旱时叶片能自行卷缩以减少水分的蒸发,水分消耗较少,所以甜高粱对土壤的适应能力很强。
抗旱、耐涝、耐盐碱,pH值从5.0-8.5,均能很好生长,分布的地理范围十分广泛,适合在山地、坡地、盐碱地(千分之六以下)种植。
甜高粱每生产1千克干物质需水分250-350千克,远低于小麦、大豆所需的水量。
我国的基本国情是:
人多地少,人均耕地面积逐年减少。
2006年8月19-20日召开的全国生物质能开发利用工作会议提出,我国生物质能开发利用的基本原则是:
●要与促进农村经济发展相结合;
●要与改善农民生活条件相结合;
●要与生态环境保护相结合;
●要与粮食安全相协调,做到不与粮争地,不与民争粮,合理利用劣质土地。
我国人多地少,耕地面积逐年减少。
而具有较高茎秆含糖率的甜高梁由于抗旱、耐涝、耐盐碱、对土壤具有较强适应能力等特性,以其茎秆作为燃料乙醇原料可以实现不与粮争地,不与民争粮,是我国的最佳选择。
甜高粱茎秆生产燃料乙醇,与以淀粉质原料生产燃料乙醇相比具有工艺流程短、转化效率高等特点,采用优良的品种,用甜高粱秸秆生产燃料乙醇可以大幅度降低车用燃料乙醇的生产成本,具有较高的比较成本优势,用其作为原料生产燃料乙醇具备市场化推广的基础。
甜高粱秸秆中还含有18%-24%的纤维,每亩甜高粱秸秆加工乙醇后的秆渣的纤维达到900千克至1680千克,相当于一亩速生林的纤维含量,是造纸和板材的最佳原料。
生产酒精后的渣实现了综合利用,最大限度地减少了污染,该项目是循环经济的一个典范。
1.4.3.2生产方法特征及选用理由
原料甜高粱秆经破碎、生物水解、发酵蒸馏生产出45度原酒,再将原酒加盐萃取精馏得到符合标准的无水乙醇。
本项目的生产工艺前段采用由涂山新能源公司拥有完全自主知识产权的“生物水解发酵蒸馏一步法”,在精馏阶段采用清华大学在加盐萃取精馏的基础上开发出的“复合萃取精馏一步法制取无水乙醇“新工艺,可得到99.5%-99.8%的无水乙醇。
该项目生产工艺完全由国内创造且处于领先水平,所需主体设备选用自主设计研发的国产设备,节省了基建投资。
1、采用现代生物技术,通过向原料中添加具有自主知识产权的生物制剂,对原料进行生物水解处理,提高了茎秆糖份利用率。
(吨酒精耗秆16吨,可还原糖利用率95-99.5%,残糖低于0.5%)
2、采用“发酵蒸馏一步法系统设备”提高设备利用率,降低投资。
3、“采用分散加工原酒,集中提纯生产燃料酒精的模式,解决茎秆大量运输的问题,降低运输成本和能耗。
4、采用“特殊控制系统”缩短发酵时间,提高设备利用率。
5、生产过程实现无污水排放,减少废液治理投资。
6、原料破碎、制丝和废渣处理设备采用大型自动化设备,提高劳动生产率。
7、精馏提纯采用清华大学发明的一步法加盐萃取精馏技术和新型斜孔板精馏塔先进设备,综合了萃取精馏和溶盐精馏的优点,提高了溶剂分离效果,减少了溶剂比,具有生产效率高,产品质量好,溶剂损耗低,成本低、无污染等优点。
1.4.3.2选用生产技术的先进性、适用性和节能效果分析评价
本工程的技术方案成功的解决了以甜高粱为原料制燃料乙醇所必须解决的规模化、产业化问题:
1、成功解决规模化问题
规模化生产需要相对集中的规模化种植,而作为特种作物,要做到这一点必须在农民种植收益上与其他作物相比有明显优势,所以原料(茎秆)收购成本应维持在一定水平,保证农民利益。
根据与其它作物的对比测算,甜高粱秸杆收购成本应定在120-160元/吨为宜。
甜高粱秸杆含糖量决定了每吨酒精平均需要15吨的秸杆,运输成本成为规模化生产一大障碍。
本项目设置日处理500吨秸杆的原酒分厂,使甜高粱秸杆的运输半径控制在15公里以内,解决了原料的运输设施问题,减少了运输成本;同时,500吨/日秸杆处理能力在工厂建设中其设备选择、节能措施、环境保护等方面均可采用现代化技术,使其吨酒的固定资产投资合理。
2、采用自创新技术-“生物水解发酵蒸馏一步法”生产工艺,降低投资,提高转化率。
此前多家企业的生产探索,规模较小,加工工艺大多采用传统固体发酵的方法,转化效率较低,发酵时间长达十多天到二十余天,同时耗费大量人工,不能成为规模化、产业化发展的方向。
目前,学术界普遍认为应采用甘蔗榨糖的方法,通过压榨机榨出糖汁,进行大规模集中液体发酵。
此种工艺路线便于集中规模化操作,但生产的经济性、能耗、环保处理等导致综合成本将远远高于汽油出厂价格。
所以此种工艺目前暂不能成为产业发展的方向,必须寻找能够高效、充分利用原料糖份的技术方法。
本项目技术方案采用生物水解发酵蒸馏一步法,通过向原料中添加具有自主知识产权的生物制剂,进行生物水解处理,极大的提高了茎秆糖份利用率,可还原糖利用率95-99.5%,残糖低于0.5%。
发酵时间缩短为72小时以内,提高了设备利用率。
3.解决了秸杆收获季短与工厂连续化生产的矛盾
现代化的工厂为提高设备利用率,降低吨产品投资,需要连续生产。
秸杆原料为农作物,收获季节时间短,需要加工能力大,这两者之间矛盾是造成甜高粱制乙醇至今没有产业化的主要原因之一。
本工程技术方案采用原酒分厂生产45%的乙醇,因其处理能力大,流程短,投资少,同时采用了秸杆收获季短的原料贮存方案,45%的乙醇集中到精馏总厂进行提纯生产变性燃料乙醇,可长年生产提高设备利用率,降低吨产品投资,可实现连续化生产。
4、节能措施及效果
一直以来,以粮食为原料生产燃料乙醇,因为耗能巨大而倍受批评。
本项目通过将生产车间尽量靠近原料生产地来节省巨额的原料运输能耗;每一原酒加工点的原料运输距离平均限制在15公里以内。
原酒生产车间距精馏车间在50公里以内。
发酵工艺上采用具有自主知识产权的生物制剂提高产率和降低残糖来降低单位产品的能耗;采用生物水解发酵蒸馏一步法将原料中的可发酵性糖转化为酒精并提纯至45%,与粮食制酒相比,无液化、糖化过程,在发酵前无蒸汽消耗。
在蒸馏过程中采用计算机控制冷凝系统,在保证较低残酒率的条件下,提高提纯的酒精浓度,减少蒸汽用汽,也为原酒的运输和原酒的加工创造了条件。
在精馏阶段,通过“加盐萃取精馏一步法”系统比传统的精馏工工艺在耗能上节约30%以上。
本项目的能耗指标低于以粮食为原料生产酒精的企业指标。
涂山新能源公司2005年在青海省哈灵县投资建成以甜高粱茎秆为原料年产3000吨燃料乙醇中试工厂,是国内截止目前唯一甜高粱产业化生产基地,具有固体发酵和液体发酵两条生产线及一个标准生物化学实验室,针对甜高粱粱酒精的技术瓶颈问题进行小型实验和生产试验。
其自主研发的“生物水解发酵蒸馏一步法”等生产工艺是本项目生产技术方案的基础,其2005年的中试生产数据证明,燃料乙醇生产成本可控制在3633元/吨以内。
综上所述,本工程采用的生产技术先进成熟,稳妥可靠,可保证工艺条件和产品质量,并减轻劳动强度,减少生产操作人员,提高劳动生产率,显著地节约能源,从而大大地降低生产成本,是甜高粱秸杆制乙醇规模化和产业化可行的技术。
1.4.4建设地点概述
府城市全市有110万亩盐碱低产田,府城市政府高度重视甜高粱产业发展,列为市政府2005年大重点工程之一。
提出了建设煌河三角洲生态科技产业开发带(简称“北带开发”)的宏伟构想并大力推进,利用3至5年时间建设“一堤五带”,其中包括主要发展甜高粱种植及茎秆生产燃料乙醇产业的110万亩盐碱低产田高效开发带。
甜高粱综合开发的较高的经济效益,也使其大规模种植成为农民增收的重要渠道。
当地已有三年甜高粱规模化种植的历史。
2006年全市集中种植甜高粱29600亩,为目前全国最大集中种植面积。
经过几年推广,农民逐渐认识到了甜高粱的优势,熟悉了种植管理的技术,储备了充足的种子资源,为实现生产加工的规模化创造了条件。
1.4.5主要原料、燃料及动力供应
1.4.5.1原料
甜高粱秸杆需用量150万吨/年,由府城市统一规划甜高粱的种植,项目承办单位组织实施。
1.4.5.2动力
精馏总厂和示范工厂建设厂址选择在哈灵工业开发区内,其公用工程配套设施完备。
a.供电:
区内建有变电站一座,现装机容量为1万kvA。
区内采用双路10kv高压供电线路供电,满足本工程用电要求。
b.供水:
开发区内有市政供水设施,采用分散式恒压环网供水系统方式,供水压力为0.4Mpa,供水量为1000m3/h,主管径为DN300,完全能保证区内企业供水。
c.供热:
本工程精馏总厂用汽量25t/h,示范工厂用汽量9t/h,根据工程需要自建锅炉房。
完全满足精馏总厂用汽要求。
原酒分厂建设厂址选择在甜高粱种植点附近的镇区,青海省基础设施较好,而原酒分厂建设要求的配套设施条件较低,以有电力设施为选择厂址的必要条件,其它公用工程厂内自建。
a、供电:
供电要求总装机1200kw,设一台1000kVA变压器
b、供水:
采用自备井,要求日用水量700吨。
c、供热:
采用自建1座锅炉房,生产用汽量7t/h,建设一座10t/h锅炉房,供汽压力为1.0Mpa;满足本工程用汽要求。
1.4.6环境保护
本工程所采用的是清洁、节能的现代固体发酵技术,生产过程中产生的污水量仅为原料污染物小于我国以液体发酵生产酒精的行业产污水平。
污水、粉尘和噪声均采取有效措施妥善治理,达到有关标准要求,最大限度地保护环境。
a.污水处理
精馏总厂日排污水量为500m3/d,开发区内建有一座日处理污水为5000吨的污水处理厂,可接纳本工程排放的污水。
原酒分厂日污水量为300m3/d,需自建污水处理场一座,日处理能力500m3/d,处理后的废水达到GB8978-1996《污水综合排放标准》第二类污染物排放二级标准后排放。
b.噪声处理
本工程大部分设备为国内优质产品,运转产生的噪声不超标。
少数噪声较大的设备经过采取有效措施均可控制在标准范围内。
1.4.7全厂定员与劳动力来源
涂山新能源公司,是专门从事变性燃料酒精生产单位,劳动定员精简、高效。
示范厂全厂定员为287人,其中:
管理人员21人7%
技术人员28人10%
生产工人228人79%
服务人员10人3%
原酒分厂每厂定员为272人,其中:
管理人员20人7%
技术人员26人10%
生产工人216人79%,其中临时工:
104人
服务人员10人4%
精馏总厂全厂定员为127人,其中:
管理人员7人6%
技术人员5人4%
生产工人89人78%其中临时工:
10人
服务人员16人13%
企业总定员为:
2862人,其中:
全职人员1812人,季节工:
1050人。
鉴于本工程主要生产车间的重点工作岗位自控仪表水平较高,因此操作人员需要具备中等专业技术水平,其它岗位技术要求不高,故可大量吸收冬闲农民工,经培训考核后可上岗操作。
1.4.8工程总投资
总投资估算:
54960.44万元
a.建设投资:
54960.44万元,
其中:
建设期利息2629.27万元
b.流动资金:
30899.75万元,
1.4.9项目实施进度建议
本工程建设周期安排为3年,具体详见项目实施进度表。
1.4.10研究结论
a.本项目的建设符合国家产业政策,有利于农民增收和解决“三农”问题,增加就业,增加财政收入。
b.本项目在企业自有技术基础上,结合清华大学先进的分离技术,使得利用甜高粱杆发酵法生产酒精终于走出实验室,实现产业化,工艺技术具有独创性。
c.本项目以府城北部110万亩盐碱低产田为种植区域,不与粮争地、争水,有利于完善能源和粮食安全体系,彻底解决利用粮食生产燃料乙醇所出现的“车与人争粮”现象;发展燃料乙醇可在一定程度上缓解我国石油供需矛盾,减少对石油的依赖,节约外汇,同时为未来我国能源结构的调整奠定一定的基础,本项目的建设符合国家能源发展及安全的战略部署要求。
燃料乙醇属于可再生的清洁能源,可在一定程度上改善城市的环境条件,符合国家环保政策的总体要求。
d.本工程总厂加分厂模式,各取所长,符合该项目运输量大的特点,符合规范化生产的要求,生产和销售成本低,产品竞争优势明显。
项目的原料、市场、运输及公用工程配套等条件基本落实,能满足项目建设的需要。
e.本工程设计采用的工艺技术路线即为污染小的工艺路线,在设计中对生产过程中排出的废水、废料、废气采取了相应的治理措施,可以预见本项目不会对周围环境造成污染,也不会破坏生态平衡。
在环保治理、安全、职业卫生及消防等方面采取了较为完善措施。
f.本项目总投资估算为54960.44万元。
在整个项目计算期间,项目的(所得税前)财务内部收益率为13.59%,其全部投资回收期为:
9.34年(含3年建设期)。
本项目在经济上是可行的。
g.本项目符合府城市政府《煌河三角洲金兰盐碱地生态恢复与产业化建设示范带总体规划》,以府城北部110万亩盐碱低产田为种植区域并形成燃料乙醇加工产业,是建设煌河三角洲生态科技产业开发带(简称“北带开发”)的重要内容,被列为市政府2005年大重点工程之一。
该项目的组织实施有很强的保障。
基于上述情况,本工程技术先进,生产可靠,经济合理,市场前景良好,符合政府的发展规划和目标,因此本项目建设切实可行。
1.4.10存在问题及建议
1.由于本项目副产品二氧化碳数量较大,但二氧化碳的应用开发还未有较大的进展,在本项目的周边地区还未有较大规模的用户,因此,在项目建成后需要企业进一步加大二氧化碳及其下游产品深加工和市场应用的开发力度,在减少其环境排放量的同时达到提高项目经济效益的目的。
2.本项目的经济效益和社会效益都优于以淀粉质原料生产燃料乙醇的项目,具有较强的替代优势,且有利于解决“人与车争粮食”的矛盾,有良好的经济效益和巨大的社会综合效益。
燃料乙醇项目的建设是国家一项战略性布署,其政策效果和社会效益显著,但就生产燃料乙醇而言,其获利甚微,需对生产中的副产品综合利用,才有可能使整体效益达到微有盈利的水平。
建议国家借鉴国外的通行做法,给予本项目一定的政策支持,如实行减免税和原料价格补贴等政策,以保证项目在实际操作过程的长期稳定性。
1.4.12主要技术经济指标
主要技术经济指标见表1—1
表1—1主要技术经济指标
序号
项 目
单位
经济指标
备注
1
产品产量
燃料乙醇
吨/年
100000.00
生物饲料基料-干基
吨/年
84000.00
烧锅炉用渣
吨/年
66000.00
2
总投资
万元
64230.36
建设投资
万元
54960.44
铺底流动资金
万元
9269.93
流动资金的30%
3
总资金
万元
85860.19
建设投资
万元
54960.44
其中:
建设期利息
万元
2629.27
流动资金
万元
30899.75
4
产品总成本
万元/年
39334.09
生产期平均
固定成本
万元/年
12592.57
生产期平均
变动成本
万元/年
26741.52
生产期平均
5
产品单位成本
元/吨
3933.41
生产期平均
6
销售收人
万元/年
45663.48
生产期平均
7
增值税
万元/年
0.00
生产期平均
8
销售税金及附加
万元/年
0.00
生产期平均
9
年利税总额
万元/年
6329.39
生产期平均
10
利润总额
万元/年
6329.39
生产期平均
11
税后利润
万元/年
4752.99
生产期平均
12
投资利润率
%
7.37%
生产期平均
13
投资利税率
%
7.37%
生产期平均
14
成本利润率
%
16.09%
生产期平均
15
财务净现值(IC=12%)
全部投资税前
万元
5221.74
全部投资税后
万元
-1362.43
自有资金税后
万元
5346.55
16
财务内部收益率
全部投资税前
%
13.59%
全部投资税后
%
11.56%
自有资金税后
%
15.31%
17
静态投资回收期
年
含建设期
年
3
全部投资税前
年
9.34
全部投资税后
年
10.19
自有资金税后
年
9.79
18
借款偿还期
年
6.91
含建设期
19
百元销售收入占用总资金
元
188.03
20
百元销售收入占用建设投资
元
120.36
21
百元销售收入占用流动资金
元
67.67
22
单位产品建设投资
元
5496.04
23
流动资金周转天数
天
243.61
24
盈亏平衡点
%
66.55%
以生产能力利用率表示
25
劳动定员
人
2862
26
全员劳动生产率
万元/人.年
15.96
第二章项
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