循环经济可使非木材实现清洁制浆秸杆发电扭亏为赢

袁志平

循环经济可使非木材实现清洁制浆秸杆发电扭亏为赢

袁志平

1 前言

秸杆发电是可再生能源，我国计划2020年发展至3000万千瓦小时，以毎个电站2.5万千瓦小时计算要发展到一千多家,几乎大多数县都有了。屆时基本上可以遏制住在田间发生焚焼秸杆的严重汚染环境事件,最重要的是资源得到了合理的应用。

但目前该项绿色能源发展遇到了困难，主要是原料的收集困难、保存和运输的费用高所导致的经济亏损，国家为此贴补至每度电0.75元,电站以年发电量1.8亿度计，收入1.35亿元,扣除毎年设备折旧费和維修费用3500万元和人工管理费等项费用1500万元，对投入毎吨秸杆最大容忍的成本是327元,（1.35亿减0.5亿除26万吨）。

和非木材造纸一样，电厂秸杆的投入是连续的，而它的收集贮存和运输是季节性的，因此必须形成一个能大规模运作的产业化系统才能胜任。以蔗渣为例，它因制糖时已付过收集费和运费，如今尚且400元/吨；又如枝桠木材它的收集贮存沒有季节性，如今的价格约是480元/吨。两院院士石元春说：“解决秸杆处理难题的核心是帮农民增收，每吨收入400～500元，则全国7亿吨可获3000亿元”。

总之若打算吸引农民去精心从事收集、保管、并按时送至电厂的工作，沒有420元/吨的价格可能不行。但如果真地这样做了，电厂每年要赔3000万元。该项绿色能源事业豈不是要泡汤？

再说非木材制浆，如今最有希望取代传统碱法制浆的是氧化法制浆，由于非木材原料富含热水溶出物，制浆得率约70%。換言之制每吨漂白浆，溶在黃液中的有机物约是370公斤。如果用水处理的老办法,无论是混凝物化法+生物氧化法，还是厌氧发生沼气+生物氧化法都不仅工程浩大、运行成本高，而且我国淡水资源的短缺，许多地方杜绝这种大量耗水的企业。 再加上企业要赚钱，难免就会发生偷排事件，其后果则是永无宁日，这样下去豈不是和发达国家一样，非木材制浆要被淘汰出局？

本文的内容是说明依靠发展循环经济的方法把秸杆发电和秸杆制浆联合起來，这样的话，上述两大难题就都迎刄而解了。

其要点如下：

1.1 以秸杆电厂草木灰中所含的K2CO3为原料,制成KOH水溶液供给制浆生产线使用，以100%KOH计，若有2700吨按4000元/吨计时，年收入1080万元（不足部份由浆厂自补商品钾盐）。用7万吨秸杆每年生产5万吨高得率漂白浆,所产生的制浆黄液正是农田急需的有机钾肥。上述过程没有任何污染，并且可获得高额利润。

1.2 秸杆电厂每年烧26万吨秸杆，连同制浆需要的7吨，每年共收33万吨，进厂时择优者给制浆生产线以500元/吨计价，余者发电以400元/吨计价。浆和肥的生产不搞秸杆的收集系统，也不建供电和供汽设备，因此建造费用低。

1.3 纸浆和有机钾肥的生产都耗用大量的蒸汽,可使电站实现热电联产,每年生产26万吨蒸汽以120元/吨供出,毎年增加收入3100万元。

上述绿色循环径济的形成，首先是经济上扭亏为盈，使新能源克服经济危机，得到顺利的大规摸发展，其次是绿色纸浆业和绿色有机钾肥业也获得大的发展。

与此同时企业周边的农民可增加26万吨X400元/吨+7万吨X500元/吨=1.39亿元的收入，这是了不起的益民大事。

2 利用电站草木灰中的K2CO3制造秸杆漂白浆和有机钾肥

我国秸杆发电会产生大量的草木灰 (约含10%K2CO3)，对此项重要的资源若采取重复使用的方针则经济效益最好。即先用之生产非木材高得率漂白纸浆，再把制浆黃液浓缩制成有机钾肥。好处是非木材制浆淘汰了水处理过程，根除了制浆汚染。有机钾肥还田实现了钾的循环利用，解决了农田普遍缺钾问题。

草木灰经热水溶解,并加入消石灰经苛化反应、过滤得到KOH水溶液用于APMP制浆和催化漂白。

以下流程中制浆和有机钾肥所用电力和蒸汽均来自秸杆发电厂。

钾盐重复利用的流程路线图如下：

3 秸杆原料APMP法制漂白浆

非木材原料因含有光合色素 (胡萝卜素或称草黄素)用APMP法制高得率浆时，白度仅有50度,因此必须在湿浆中设法产生强氧化剂羟基自由基才能漂至75度以上。其方法之一是加入组成为KOH+2H2O2的化学品，经升温至80℃发生强氧化剂羟基自由基。

APMP（碱性H2O2机械浆）技术已经实现了国产化，在挤压疏解之后若吸收KOH+H2O2水溶液，经盘磨打浆所产生的黄液就是宝贵的有机酸钾肥，与此同时制浆不再需要搞水处理，从而根除了汚染。

用草木灰加热水和消石灰苛化所得KOH水溶液，过滤后即可投入使用,以100%KOH计时由浆厂每吨支付4000元，不足部份补充商品KOH每吨8000元。

以下列出的是每吨漂白浆粕的成本。

先用KOH+H2O2作APMP：KOH用量对原料用5.6%；H2O23.4%；因得率70%，故每吨浆用KOH 80公斤；双氧水(27.5%)176公斤。

用KOH+2H2O2催化漂白：对浆用 KOH 28公斤；双氧水250公斤。

原料：1.43 吨，500 元/吨，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；

电：850千瓦小时，0.75/千瓦小时，638元；

汽：0.2 吨，120 元/吨，24 元；

以上小计：2494元。

浆粕机用电：300千瓦小时，0.75元/千瓦小时，225元；

4) 工况4：考虑安全系数及施工平台强度校核需要，施加自重及风荷载，同时第一、二、三层平台同时超载1.25倍施加荷载，即同时施加均布荷载2.5×10-3 MPa。

用汽：2.8 吨，120 元/吨，336 元；

设备折旧：100元；

人工及管理：100元；

总计：3255元。

毛利预算以吨浆粕售价4200元计，毛利为945元/吨，年产5万吨则毛利为4725万元/年。

4 副产有机钾肥

制每吨浆从原料中除去的有机物,扣除其中的草末子和筛渣子，溶入水中有机物总量为：370公斤/吨，5万吨浆/年 =18500吨/年，制浆全年共用KOH 5400吨,以K2O计是4532吨，有机物+K2O合计是23032吨/年，其中K2O含量 19.7% 。(制成60%液体总重38386吨,装每桶25公斤是153万桶/年)参考山東某厂有机钾肥含有机物70%、氧化钾13%，每吨出厂价2000元，我们含K2O较之高过一半，若以2500元/吨计算应该是受欢迎的，故该项有机钾肥应得23032X2500=5758万元。

其生产成本是：

（1）四效浓缩至60%总固形物所需蒸汽费用约是1176万元（每吨浆蒸发出7吨水，蒸出每吨水用汽0.28吨，每吨汽120元）。

（2）塑料包装桶约1070万元。

（3）其它如人工、电力、设备折旧为每年 900万元，以上共计 3146万元，故每年还有毛利 2612万元。

5 电站的运行成本

电站收入：年发电1.8亿度，每度0.75元，总13500万元；

年生产蒸汽：26万吨，每吨120元，总3120万元；

草木灰制KOH：2700吨，毎吨4000元，总 1080万元；

以上合计：17700万元。

电站支出：原料费26万吨 x 400元/吨 =10400万元；

设备折旧和维修：3500万元；

人工管理等項费用：1500万元；

以上合计：15400万元；

收支相抵每年毛利：2300万元。

该企业秸杆收集总量为：26万吨+1.43吨X5万=33.15万吨,其中浆+肥占21.5%，周边农民供秸杆收入1.39亿元，平均420元/吨。该企业发电量1.8亿度/年，以0.75元/度自用0.625亿度，占总发电量的35%，即三分之二的电力可供给当地使用。

6 本项研究开发的重大意义

6.1 以蒸汽机为标志的第一次工业革命发生在19世纪,以电气化为基础的第二次工业革命发生在20世纪,如今人类已经进入以绿色科技领先的第三次工业革命。本项循环经济的本质是绿色能源+绿色纸业+绿色农业肥料。若能获利、经营顺利的话，其发展意义十分重大。

若2020年前实现一千多家电纸合作企业，则每年烧秸杆2.6亿吨,取代1.3亿吨煤炭，并增产5000万吨无汚染的漂白纸浆、增产2300万吨有机钾肥。

6.2 农民可从每年收集、贮存、运输 3.3亿吨秸杆中增加1390亿元的收入,这是非常了不起的大事。 我国农田每100克土壤中的钾元素都低于6.6毫克，严重缺钾成为我国农业发展的主要限制因素之一。而我国钾矿资源缺乏，每年大量进口氯化钾、硫酸钾。而无机钾盐的长期使用会板结土壞，造成土壤的酸化。有机酸钾肥的肥效比无机钾成倍提高，是解决我国农田严重缺钾的一个最好的出路。让农业发展、使农民富裕，事关天下大局的稳定。

6.3 成为拉动国民经济増长的亮点,按照一千家计算:

每年秸杆生意1390亿元

每年发电1800亿度 1350亿元

每年5000万吨漂白浆粕 2100亿元

每年有机钾肥2300万吨 575亿元

合计每年增长 5415亿元

完全符合国家大力提倡的以企业为主,通过创新拉动经济增长的精柛。

当然推动循环经济的发展并非轻而易举,不愿合作只想关门发财者难得想通,好在这两个行业单打独斗均无出路,只要有先行者做出示范,就会越走越顺了。

2012－7－8

实验与研究