啤酒行业的综合回收利用

在啤酒工厂酿造过程中会产生一些有价值的剩余材料、能量，需加以利用。实施中存在2 个问题：一是材料、能量的价值较低，其次回收成本也不小。不过可以预见，材料、能量的价值会增长，消费者的低碳意识会逐渐增强，慢慢地每个人都会意识到，不能继续像现在这样浪费自然资源了，工厂也将重新评估现有的技术、规程。

Brewnomic 是能源利用的创新，基于连续的批量过程。通过几个方面来实现：降低能耗；把供热系统改成低压热水系统；降低供热系统的温度水平；能源回收最大化；均衡生产，降低负荷峰值；回收剩余材料。最终目标是能源自给自足和CO2产用平衡。

啤酒行业有许多节电、节热的创新。但是将这些创新综合在一起的，却是Brewnomic 的创意。要弄清楚各种消耗对比，首先找一个现有啤酒工厂，这个工厂是按目前技术建造的，年产26 万千升。再按这个规模和生产流程，建一个模拟工厂Brewnomic，设想该厂12 个月内所有的主要流程，并按小时记录所涉及的所有运行数据。为了测定负荷峰值，以10 分钟为一个时间间隔来分析十周的运行数据。任何受气候影响的过程，如制冷系统，都是根据美国暖通空调工程师协会（ASHRAE）手册数据计算。3000 kW。周日进行CIP 刷洗，仅需少量热能。到下周一，新的循环又开始了。通过将热流整合在一起，这样，用于生产一定数量的啤酒所消耗的热能就可以被测定。

图1：实际啤酒厂的热流曲线

图2：Brewnomic 啤酒厂的热流曲线

图3：实际啤酒厂耗电曲线

图4：Brewnomic 啤酒工厂耗电曲线

模拟模型Brewnomic 可以使酿造过程中不同的节能部分与创新部分相互结合。其它涉及的参数，如糖化能力、糖化次数、生产天数等，根据需要同样可以简单地改变，以便观察它们对能源消耗和负荷峰值的影响。均衡能耗过程、采用连续的批量生产过程，可使热流曲线平缓。通过在一周的连续小批量生产，可实现能源和介质需求的最小化。较小的系统也可以降低发酵小木桶和公用工程所需要的资本支出。在许多国家，周日的生产成本很高，这些都需要考虑。Brewnomic 理念可将热流峰值降低到4000 kW 以下，平均约2000 kW，见图2。

图5：能源需求对比

图6：采用余料回收的供能理念

由于将工厂中的所有能源节约系统与机器设备结合在一起，将把现有啤酒工厂热能消耗从14.5 kWh/hl 降低到5.9kWh/hl，电能消耗也从5.6 明显降低到3.9kWh/hl，见图5。

热灌装技术创新是重要原因，Dynafill 热灌装技术，可将低的啤酒温度用于其它介质的冷却，为二次过程提供使用的冷能，这样可明显降低制冷负荷。

电力负荷峰值从2500 降到低于1500kW（见图3、图4），明显扁平化。这一成就主要是由于通过改变灌装方案以及每周七天的连续生产降低负荷峰值，通过储能罐或缓冲罐使之完全均衡。这也意味着通过均衡生产，某种程度上降低了生产线的产量。

通过在Brewnomic 设计中所采取的措施，使能源的消耗和所提供的能源量都大大减少。

酿造余料可供给传统的沼气系统。酒糟的80%送到沼气系统，其余20%继续被作为饲料出售。还有酵母也可供给沼气系统。一种替代硅藻土的基于粘胶纤维的过滤助剂，也可回收入沼气系统。当然，在糖化和酒窖中所产生的废水，也能进入沼气系统。这些余料在沼气系统中被发酵产生甲烷。

所产生的甲烷在热电联产装置中转换成电能和热能；值得注意的是，这里产生的热能对啤酒工厂来说还是不够用的，为此，大约有20%的甲烷直接供给锅炉设备单独产生热能。余下80%供给热电联产装置。热电联产装置及锅炉设备产生的热能储存在一个中央蓄能罐中（≥110℃的热水），由这里供给啤酒工厂需要的所有热能。所产生的电能分成若干支流，满足啤酒工厂不同的用电需求及电机的驱动，见图6。

图7：需求及供给的热能及电能

糖化、灌装车间的屋顶面积较大，可用于光伏发电。如果阳光充足，电能可直接用于制冷系统，转化为冷能，存于发酵罐中。从回收的余料中，实际工厂可获得6.5 kWh/hl 热能和4.3kWh/hl 电能，高于实际需求，见图7。多余数量的热能和电能还可以对外出售，这样将啤酒工厂变成了啤酒酿造的能源站。

图8：没有余料回收的供能理念

假若没有沼气系统，Brewnomic 理念已经为降低CO2排放做出了巨大贡献。热电联产能源站和锅炉设备也可用天然气取代沼气供气（见图8）。沼气系统可在后续根据需要随时集成入能源供应系统中。这已经降低了标准啤酒工厂60%以上的CO2排放量，对于实际啤酒工厂，如果用天然气来运行热电联产能源站，则每年减少CO2排放量大约为7200 吨。

从啤酒酿造过程中回收的余料中，甚至可以获得多余的热能和电能，比供应啤酒工厂所需要的能量还多。保持沼气系统的长期供应对优化运行至关重要，这就是为什么一周7 天的尽量连续生产。7 天连续生产，对于其它行业是理所当然的事，啤酒行业有什么做不到的呢。

热水作为热载体、一系列连续的批量过程、高浓糖化工艺、热灌装技术基础之上，一个能源自给自足和CO2产用平衡的啤酒工厂一定会成为现实。Brewnomic 技术值得期待。