非木材原料生产高得率漂白浆及有机钾肥

袁志平

1 办无污染的高羸利大型企业

日本在上世纪六十年代淘汰了草浆造纸，该国造纸联合会认为原因有二：一是制浆的污染解决不了，二是原料收集贮运的成本高，办不了大厂所以没有竞争优势。我国从上世纪八十年代始、因水污染关停草浆厂至今已有三十年，中小企业已全部下马，还有些大厂通过完善碱回收还在运行，但白泥回收还是解决不了，因此非木材原料制浆能否生存发展，取决于能否办成没有污染的高羸利的大型企业。为此在清洁制浆的研究中，出现了各种探索。例如改变蒸煮用的化学品、用（NH4）2SO3或用KOH制浆，然后把黑液制成农肥。但这种设想至少每做1吨纸要生产1.5吨以上有机肥，若为湿状则体积甚大，而纸业成了付产品故不甚理想。最有发展前途的是：氧化法制高得率漂白浆，同时把以热水溶出物为主的小分子量的有饥物制成有机钾肥 （每吨纸只有0.3～0.4吨，作物容易吸收显著优于无机钾盐，很适合我国农田缺钾的需要）。这样不但根除了污染，还可以搞成高羸利纸业。

开发本项技术路线并不是为了复活已经关门的草浆厂，而是要寻求在什么地方可以办成大型制浆造纸企业，须知不是任何地方都行的通。

鲜秸杆的含水量一般是40%，如今机械化收割，垜存原科需要把含水量降至20%以下，否则有发霉着火的风险。在一年种两季或三季农作物的情况下，要求农民在农田里晾晒秸杆然后再种下一季，是不可能的事，有人做过这样的实验：在一摞三件鲜草条件下，周围留有通风道，下雨上有防雨设施，不下雨则打开晾晒，经过1～2个月的时间原料水份可降至20%以下，这时再堆存就不会发霉也不会发热自燃，成为安全原料。由此推论：每年产10万吨浆用15万吨原料，需要3000亩又防雨又能晾晒的大棚，显然这是国情所不能接受的。而采用市场上已有的秸杆烘干机又要增加能源消耗，为了不搞大规模占地，也不用秸杆烘干机，必需有晾晒加工秸杆的专业公司才能运行，这是降低原料收集贮运成本的主要障碍。可见要想办成无污染的大型制浆造纸企业应优先考虑适合的地方。

（1）新疆和西北地区有大量的棉杆，因质地坚硬不适合还田和做饲料，棉杆皮纤维长不亚于针叶木材，棉杆质地不亚于阔叶木材，因此烧火太可惜了，它们是一季生产，收棉花后有条件在地里风干至水份降到20%以下，再搞机械化贮运。这是推行本项计划的好地方。

（2）东北地区的水稻是一季生产，资源丰富、有条件实施机械化收割和贮运。

（3）现有用芦苇为原料的大型企业，通过改造根除污染、摆脱白泥的困拢、显著提高经济效益。

（4）南方的毛竹可以通过有计划的轮伐，办成大型制浆造纸企业。

（5）两广和海南岛的甘蔗制糖业，为制糖已经支付过原料的收集和贮运费，故蔗渣是办大型制浆造纸企业的好地方。当然还会有其他合适的地方。

2 制造高得率漂白浆

2.1 用汽爆法把原料先制成表面积很大的纤维状

现在的蒸汽爆破法制浆实为热喷法，真正的汽爆由于全体物料均在0.00875秒范围内完成，那么它的最大时间差就是0.00875秒。而热喷放则在10.5秒内完成，两者相差1200倍,存在不可回避的初喷、中喷、末喷；由于初喷、中喷、末喷时的蒸汽压力不同，物料预处理的效果将有较大的差异，可见热喷放工艺所产生的物料其质量一致性极差，生熟不一。通俗的讲，热喷放第一秒所喷出的物料与第10秒所喷出的物料是有巨大差异的，而汽爆全部差异也仅仅只有0.00875秒。需要对原料进行预处理的单位，最基本的要求就是其所预处理后的原料一致性，否则“生熟”不一的预处理原料，难以完成下一步的工艺要求。

河南鹤壁市正道重机发明的连续自动的汽爆设备，已经可以提供年处理5.5万吨秸杆的全套设备。

2.2 催化H2O2和O2生产高得率漂白浆

非木材原料用APMP方法制浆白度仅有50多度，见表1，说明HO2-离子可以破坏木素的发色集团而破坏不了胡罗卜素或称草黄素（光合色素）的显色基团。

表1 NaOH和H2O2用量对4种非木材原料APMP成浆结果的影响

非木材原料在莖杆和叶子上含有草黄素，其主要功能是：保护叶绿素不会受到激发态活性氧的破坏。由此可见，若打算在保留木素的条件下，破坏草黄素得到75度以上的白浆必需寻求氧化能力极强的氧化剂，能胜任此目的者主要是羟基自由基(·OH)和原子态活性氧。草黄素的桔构式表示如下：

羟基自由基(·OH)，其氧化电位是2.8v高于O3。常见氧化剂的氧化电位见表2。

表2 常见氧化剂的氧化电位

非木材原料中含有15%～25%的热水溶出物，它们是小分子量的有机物，汽爆以后的原料先在水力碎浆机中，用从漂后提取出来的含钾热溶液溶出热水溶出物。然后把此黄液送多效蒸发器生产有机钾肥。

除去黄液的纸浆在高浓水力碎浆机中，加入组成为KOH+2H2O2的化学品，在搅拌中升温至80℃，发生强氧化作用，破坏发色基团漂白纸浆到75度以上。

2.3 生产有机钾肥

土壤缺钾和钾资源短缺成为我国农业发展的主要限制因素之一。我国南方100%的土壤贫钾，北方65%以上的土壤缺钾。农业科学院专家指出：我国出口至美国市场的富万钾有机钾肥，是一种有机物与钾化合而成的新型肥料，不仅可以缓解我国农田土壤严重缺钾和钾资源严重短缺的矛盾、缓解我国钾肥供应紧张的局面，同时提高了钾肥肥效，降低了钾肥投入的成本，对我国农业的可持续发展具有重大意义。

非木材原料中含有热水溶出物15%～25%，这些低分子量的有机物很宝贵，制成有机钾肥很容易被作物吸收，会比旡机钾肥效果倍增。如果不这样做、这些低分子量的有机物在催化漂白时要消耗大量的强氧化剂，从而显著提高生产成本。最后靠水处理除去它们更是下策，还要大量投资水处理并承担运行费用。

现在使用的氯化钾和硫酸钾约3500元/t。氯和硫酸根会破坏土壤，使土壤板化盐碱化。就象当年的氮肥一样，以前尿素要进口，国产的碳酸氢氨和硫酸氨大量使用，但碳酸氢氨施后很快挥发；硫酸氨会硬化土地；所以农民宁愿高价买进口尿素。现在国产尿素大量生产了，便宜的碳酸氢氨和硫酸氨也就永远退出市场了。本文所说的有机钾肥不同于氯化钾、硫酸钾、不会破坏土壤相反会改善土壤，且成倍提高肥效必将获得发展。

3 汽爆法高得率漂白浆及有机钾肥流程

如图1所示：

图1 高得率漂白浆和有机钾肥流程

4 生产漂白浆粕和有机钾肥的经济效益予测

以兴办年产2万吨用棉杆生产漂白浆粕的示范线为例：

浆粕收入：

每年2万吨×4500元/t=9000万元支出：

棉杆原料28600t×300/t=857万元

K2O1647t×8000元/t=1317万元

双氧水1818t×1500元/t=273万元

电力1500万度 ×0.55元=825万元 (制浆+造纸+发生器)

蒸汽8万吨 ×120元=960万元

折旧400万

水40万吨40万元

人工管理等各项费用600万

税收400万

合计5672万元

收支相抵余额3328万元

有机钾肥收入：

有机物每吨浆有300 Kg总计有20000x0.3=6000 t

K2O1647 t以K2O计1383 t

有机钾肥共7383 t其中含钾19%

据某肥料厂含K2O 13%有机钾肥，以2000元/t出厂，这种小分子量有机钾肥易被作物吸收，比无机钾效果倍增，含19%K2O者出厂价若以2500元/t计，总值是：1845万元。

支出项目：

多效蒸发用汽3万吨×120元/t=360万元

用电72万度 ×0.55元 =40万元

设备折旧25万元

人工管理等项500万元

合计925万元

收支相抵,余额920万元

以上纸+肥每年总得3328+920=4248万元

和纸+肥总投入0.45亿

每年投资回报率94%

5 关于用水

（1）多效蒸发器的第一效冷凝水是纯净蒸馏水回锅炉房，第234效冷凝水是料液蒸出之热水送至水力碎浆机溶热水溶出物。

（2）纸浆筛选的水是循环利用，纸机洗铜网、洗毛布的水也循环利用，白水回收的水也循环利用，但过滤后也要有补充。发生器阳极冷却水，水温38℃，可用于洗浆然后经过滤再回用。由此可见本项目在择址时必须弄清楚：当地每天应有每吨浆粕有20吨的供水能力，然后用于农业灌溉。若打算直接生产文化用纸和生活用纸，则必须落实当地供水能力，造纸需要找水源条件充沛的地方。

6 结论

（1）以汽爆法制浆为基础，组合生产有机钾肥技术，可以取消水处理实现无污染制浆，再进一步组合紫外催化漂白技术，自发生H2O2+O2枝术、可以生产漂白浆粕。

（2）没有污染的高赢利企业，会深受农民欢迎。原因是：其一收秸杆富了农民；二是增加了农民在家门口就业的机会。

（3）本项目年投资回报率超过90%，但在哪里能落户、要有如下必要条件：

a要有水份在20%以下的风干原料。（汽爆不能用湿料）1.4吨/t浆。

b吨浆可供水20吨，通过纸厂转换为灌溉用水。

c输入电力，吨浆用电750度。

（4）本项计划末来有望发展到数百家。届时发展起来每年数千万吨漂白浆柏的生产，将改变我国纸业的面貌，成为拉动国民经济增长的巨大亮点。

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