循環(huán)經(jīng)濟可使非木材實現(xiàn)清潔制漿秸桿發(fā)電扭虧為贏

袁志平

循環(huán)經(jīng)濟可使非木材實現(xiàn)清潔制漿秸桿發(fā)電扭虧為贏

袁志平

1 前言

秸桿發(fā)電是可再生能源，我國計劃2020年發(fā)展至3000萬千瓦小時，以毎個電站2.5萬千瓦小時計算要發(fā)展到一千多家,幾乎大多數(shù)縣都有了。屆時基本上可以遏制住在田間發(fā)生焚焼秸桿的嚴重汚染環(huán)境事件,最重要的是資源得到了合理的應用。

但目前該項綠色能源發(fā)展遇到了困難，主要是原料的收集困難、保存和運輸?shù)馁M用高所導致的經(jīng)濟虧損，國家為此貼補至每度電0.75元,電站以年發(fā)電量1.8億度計，收入1.35億元,扣除毎年設備折舊費和維修費用3500萬元和人工管理費等項費用1500萬元，對投入毎噸秸桿最大容忍的成本是327元,（1.35億減0.5億除26萬噸）。

和非木材造紙一樣，電廠秸桿的投入是連續(xù)的，而它的收集貯存和運輸是季節(jié)性的，因此必須形成一個能大規(guī)模運作的產(chǎn)業(yè)化系統(tǒng)才能勝任。以蔗渣為例，它因制糖時已付過收集費和運費，如今尚且400元/噸；又如枝椏木材它的收集貯存沒有季節(jié)性，如今的價格約是480元/噸。兩院院士石元春說：“解決秸桿處理難題的核心是幫農民增收，每噸收入400～500元，則全國7億噸可獲3000億元”。

總之若打算吸引農民去精心從事收集、保管、并按時送至電廠的工作，沒有420元/噸的價格可能不行。但如果真地這樣做了，電廠每年要賠3000萬元。該項綠色能源事業(yè)豈不是要泡湯？

再說非木材制漿，如今最有希望取代傳統(tǒng)堿法制漿的是氧化法制漿，由于非木材原料富含熱水溶出物，制漿得率約70%。換言之制每噸漂白漿，溶在黃液中的有機物約是370公斤。如果用水處理的老辦法,無論是混凝物化法+生物氧化法，還是厭氧發(fā)生沼氣+生物氧化法都不僅工程浩大、運行成本高，而且我國淡水資源的短缺，許多地方杜絕這種大量耗水的企業(yè)。 再加上企業(yè)要賺錢，難免就會發(fā)生偷排事件，其后果則是永無寧日，這樣下去豈不是和發(fā)達國家一樣，非木材制漿要被淘汰出局？

本文的內容是說明依靠發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟的方法把秸桿發(fā)電和秸桿制漿聯(lián)合起來，這樣的話，上述兩大難題就都迎刄而解了。

其要點如下：

1.1 以秸桿電廠草木灰中所含的K2CO3為原料,制成KOH水溶液供給制漿生產(chǎn)線使用，以100%KOH計，若有2700噸按4000元/噸計時，年收入1080萬元（不足部份由漿廠自補商品鉀鹽）。用7萬噸秸桿每年生產(chǎn)5萬噸高得率漂白漿,所產(chǎn)生的制漿黃液正是農田急需的有機鉀肥。上述過程沒有任何污染，并且可獲得高額利潤。

1.2 秸桿電廠每年燒26萬噸秸桿，連同制漿需要的7噸，每年共收33萬噸，進廠時擇優(yōu)者給制漿生產(chǎn)線以500元/噸計價，余者發(fā)電以400元/噸計價。漿和肥的生產(chǎn)不搞秸桿的收集系統(tǒng)，也不建供電和供汽設備，因此建造費用低。

1.3 紙漿和有機鉀肥的生產(chǎn)都耗用大量的蒸汽,可使電站實現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn),每年生產(chǎn)26萬噸蒸汽以120元/噸供出,毎年增加收入3100萬元。

上述綠色循環(huán)徑濟的形成，首先是經(jīng)濟上扭虧為盈，使新能源克服經(jīng)濟危機，得到順利的大規(guī)摸發(fā)展，其次是綠色紙漿業(yè)和綠色有機鉀肥業(yè)也獲得大的發(fā)展。

與此同時企業(yè)周邊的農民可增加26萬噸X400元/噸+7萬噸X500元/噸=1.39億元的收入，這是了不起的益民大事。

2 利用電站草木灰中的K2CO3制造秸桿漂白漿和有機鉀肥

我國秸桿發(fā)電會產(chǎn)生大量的草木灰 (約含10%K2CO3)，對此項重要的資源若采取重復使用的方針則經(jīng)濟效益最好。即先用之生產(chǎn)非木材高得率漂白紙漿，再把制漿黃液濃縮制成有機鉀肥。好處是非木材制漿淘汰了水處理過程，根除了制漿汚染。有機鉀肥還田實現(xiàn)了鉀的循環(huán)利用，解決了農田普遍缺鉀問題。

草木灰經(jīng)熱水溶解,并加入消石灰經(jīng)苛化反應、過濾得到KOH水溶液用于APMP制漿和催化漂白。

以下流程中制漿和有機鉀肥所用電力和蒸汽均來自秸桿發(fā)電廠。

鉀鹽重復利用的流程路線圖如下：

3 秸桿原料APMP法制漂白漿

非木材原料因含有光合色素 (胡蘿卜素或稱草黃素)用APMP法制高得率漿時，白度僅有50度,因此必須在濕漿中設法產(chǎn)生強氧化劑羥基自由基才能漂至75度以上。其方法之一是加入組成為KOH+2H2O2的化學品，經(jīng)升溫至80℃發(fā)生強氧化劑羥基自由基。

APMP（堿性H2O2機械漿）技術已經(jīng)實現(xiàn)了國產(chǎn)化，在擠壓疏解之后若吸收KOH+H2O2水溶液，經(jīng)盤磨打漿所產(chǎn)生的黃液就是寶貴的有機酸鉀肥，與此同時制漿不再需要搞水處理，從而根除了汚染。

用草木灰加熱水和消石灰苛化所得KOH水溶液，過濾后即可投入使用,以100%KOH計時由漿廠每噸支付4000元，不足部份補充商品KOH每噸8000元。

以下列出的是每噸漂白漿粕的成本。

先用KOH+H2O2作APMP：KOH用量對原料用5.6%；H2O23.4%；因得率70%，故每噸漿用KOH 80公斤；雙氧水(27.5%)176公斤。

用KOH+2H2O2催化漂白：對漿用 KOH 28公斤；雙氧水250公斤。

原料：1.43 噸，500 元/噸，715 元；

KOH (自制和商品各半)：108公斤，6 元/公斤，648元；

H2O2（27.5%）：426公斤，1.1元/公斤，469元；

電：850千瓦小時，0.75/千瓦小時，638元；

汽：0.2 噸，120 元/噸，24 元；

以上小計：2494元。

漿粕機用電：300千瓦小時，0.75元/千瓦小時，225元；

4) 工況4：考慮安全系數(shù)及施工平臺強度校核需要，施加自重及風荷載，同時第一、二、三層平臺同時超載1.25倍施加荷載，即同時施加均布荷載2.5×10-3 MPa。

用汽：2.8 噸，120 元/噸，336 元；

設備折舊：100元；

人工及管理：100元；

總計：3255元。

毛利預算以噸漿粕售價4200元計，毛利為945元/噸，年產(chǎn)5萬噸則毛利為4725萬元/年。

4 副產(chǎn)有機鉀肥

制每噸漿從原料中除去的有機物,扣除其中的草末子和篩渣子，溶入水中有機物總量為：370公斤/噸，5萬噸漿/年 =18500噸/年，制漿全年共用KOH 5400噸,以K2O計是4532噸，有機物+K2O合計是23032噸/年，其中K2O含量 19.7% 。(制成60%液體總重38386噸,裝每桶25公斤是153萬桶/年)參考山東某廠有機鉀肥含有機物70%、氧化鉀13%，每噸出廠價2000元，我們含K2O較之高過一半，若以2500元/噸計算應該是受歡迎的，故該項有機鉀肥應得23032X2500=5758萬元。

其生產(chǎn)成本是：

（1）四效濃縮至60%總固形物所需蒸汽費用約是1176萬元（每噸漿蒸發(fā)出7噸水，蒸出每噸水用汽0.28噸，每噸汽120元）。

（2）塑料包裝桶約1070萬元。

（3）其它如人工、電力、設備折舊為每年 900萬元，以上共計 3146萬元，故每年還有毛利 2612萬元。

5 電站的運行成本

電站收入：年發(fā)電1.8億度，每度0.75元，總13500萬元；

年生產(chǎn)蒸汽：26萬噸，每噸120元，總3120萬元；

草木灰制KOH：2700噸，毎噸4000元，總 1080萬元；

以上合計：17700萬元。

電站支出：原料費26萬噸 x 400元/噸 =10400萬元；

設備折舊和維修：3500萬元；

人工管理等項費用：1500萬元；

以上合計：15400萬元；

收支相抵每年毛利：2300萬元。

該企業(yè)秸桿收集總量為：26萬噸+1.43噸X5萬=33.15萬噸,其中漿+肥占21.5%，周邊農民供秸桿收入1.39億元，平均420元/噸。該企業(yè)發(fā)電量1.8億度/年，以0.75元/度自用0.625億度，占總發(fā)電量的35%，即三分之二的電力可供給當?shù)厥褂谩?/p>

6 本項研究開發(fā)的重大意義

6.1 以蒸汽機為標志的第一次工業(yè)革命發(fā)生在19世紀,以電氣化為基礎的第二次工業(yè)革命發(fā)生在20世紀,如今人類已經(jīng)進入以綠色科技領先的第三次工業(yè)革命。本項循環(huán)經(jīng)濟的本質是綠色能源+綠色紙業(yè)+綠色農業(yè)肥料。若能獲利、經(jīng)營順利的話，其發(fā)展意義十分重大。

若2020年前實現(xiàn)一千多家電紙合作企業(yè)，則每年燒秸桿2.6億噸,取代1.3億噸煤炭，并增產(chǎn)5000萬噸無汚染的漂白紙漿、增產(chǎn)2300萬噸有機鉀肥。

6.2 農民可從每年收集、貯存、運輸 3.3億噸秸桿中增加1390億元的收入,這是非常了不起的大事。 我國農田每100克土壤中的鉀元素都低于6.6毫克，嚴重缺鉀成為我國農業(yè)發(fā)展的主要限制因素之一。而我國鉀礦資源缺乏，每年大量進口氯化鉀、硫酸鉀。而無機鉀鹽的長期使用會板結土壞，造成土壤的酸化。有機酸鉀肥的肥效比無機鉀成倍提高，是解決我國農田嚴重缺鉀的一個最好的出路。讓農業(yè)發(fā)展、使農民富裕，事關天下大局的穩(wěn)定。

6.3 成為拉動國民經(jīng)濟増長的亮點,按照一千家計算:

每年秸桿生意1390億元

每年發(fā)電1800億度 1350億元

每年5000萬噸漂白漿粕 2100億元

每年有機鉀肥2300萬噸 575億元

合計每年增長 5415億元

完全符合國家大力提倡的以企業(yè)為主,通過創(chuàng)新拉動經(jīng)濟增長的精柛。

當然推動循環(huán)經(jīng)濟的發(fā)展并非輕而易舉,不愿合作只想關門發(fā)財者難得想通,好在這兩個行業(yè)單打獨斗均無出路,只要有先行者做出示范,就會越走越順了。

2012－7－8

實驗與研究