非木材原料生產(chǎn)高得率漂白漿及有機(jī)鉀肥

袁志平

1 辦無污染的高羸利大型企業(yè)

日本在上世紀(jì)六十年代淘汰了草漿造紙，該國(guó)造紙聯(lián)合會(huì)認(rèn)為原因有二：一是制漿的污染解決不了，二是原料收集貯運(yùn)的成本高，辦不了大廠所以沒有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。我國(guó)從上世紀(jì)八十年代始、因水污染關(guān)停草漿廠至今已有三十年，中小企業(yè)已全部下馬，還有些大廠通過完善堿回收還在運(yùn)行，但白泥回收還是解決不了，因此非木材原料制漿能否生存發(fā)展，取決于能否辦成沒有污染的高羸利的大型企業(yè)。為此在清潔制漿的研究中，出現(xiàn)了各種探索。例如改變蒸煮用的化學(xué)品、用（NH4）2SO3或用KOH制漿，然后把黑液制成農(nóng)肥。但這種設(shè)想至少每做1噸紙要生產(chǎn)1.5噸以上有機(jī)肥，若為濕狀則體積甚大，而紙業(yè)成了付產(chǎn)品故不甚理想。最有發(fā)展前途的是：氧化法制高得率漂白漿，同時(shí)把以熱水溶出物為主的小分子量的有饑物制成有機(jī)鉀肥 （每噸紙只有0.3～0.4噸，作物容易吸收顯著優(yōu)于無機(jī)鉀鹽，很適合我國(guó)農(nóng)田缺鉀的需要）。這樣不但根除了污染，還可以搞成高羸利紙業(yè)。

開發(fā)本項(xiàng)技術(shù)路線并不是為了復(fù)活已經(jīng)關(guān)門的草漿廠，而是要尋求在什么地方可以辦成大型制漿造紙企業(yè)，須知不是任何地方都行的通。

鮮秸桿的含水量一般是40%，如今機(jī)械化收割，垜存原科需要把含水量降至20%以下，否則有發(fā)霉著火的風(fēng)險(xiǎn)。在一年種兩季或三季農(nóng)作物的情況下，要求農(nóng)民在農(nóng)田里晾曬秸桿然后再種下一季，是不可能的事，有人做過這樣的實(shí)驗(yàn)：在一摞三件鮮草條件下，周圍留有通風(fēng)道，下雨上有防雨設(shè)施，不下雨則打開晾曬，經(jīng)過1～2個(gè)月的時(shí)間原料水份可降至20%以下，這時(shí)再堆存就不會(huì)發(fā)霉也不會(huì)發(fā)熱自燃，成為安全原料。由此推論：每年產(chǎn)10萬(wàn)噸漿用15萬(wàn)噸原料，需要3000畝又防雨又能晾曬的大棚，顯然這是國(guó)情所不能接受的。而采用市場(chǎng)上已有的秸桿烘干機(jī)又要增加能源消耗，為了不搞大規(guī)模占地，也不用秸桿烘干機(jī)，必需有晾曬加工秸桿的專業(yè)公司才能運(yùn)行，這是降低原料收集貯運(yùn)成本的主要障礙。可見要想辦成無污染的大型制漿造紙企業(yè)應(yīng)優(yōu)先考慮適合的地方。

（1）新疆和西北地區(qū)有大量的棉桿，因質(zhì)地堅(jiān)硬不適合還田和做飼料，棉桿皮纖維長(zhǎng)不亞于針葉木材，棉桿質(zhì)地不亞于闊葉木材，因此燒火太可惜了，它們是一季生產(chǎn)，收棉花后有條件在地里風(fēng)干至水份降到20%以下，再搞機(jī)械化貯運(yùn)。這是推行本項(xiàng)計(jì)劃的好地方。

（2）東北地區(qū)的水稻是一季生產(chǎn)，資源豐富、有條件實(shí)施機(jī)械化收割和貯運(yùn)。

（3）現(xiàn)有用蘆葦為原料的大型企業(yè)，通過改造根除污染、擺脫白泥的困攏、顯著提高經(jīng)濟(jì)效益。

（4）南方的毛竹可以通過有計(jì)劃的輪伐，辦成大型制漿造紙企業(yè)。

（5）兩廣和海南島的甘蔗制糖業(yè)，為制糖已經(jīng)支付過原料的收集和貯運(yùn)費(fèi)，故蔗渣是辦大型制漿造紙企業(yè)的好地方。當(dāng)然還會(huì)有其他合適的地方。

2 制造高得率漂白漿

2.1 用汽爆法把原料先制成表面積很大的纖維狀

現(xiàn)在的蒸汽爆破法制漿實(shí)為熱噴法，真正的汽爆由于全體物料均在0.00875秒范圍內(nèi)完成，那么它的最大時(shí)間差就是0.00875秒。而熱噴放則在10.5秒內(nèi)完成，兩者相差1200倍,存在不可回避的初噴、中噴、末噴；由于初噴、中噴、末噴時(shí)的蒸汽壓力不同，物料預(yù)處理的效果將有較大的差異，可見熱噴放工藝所產(chǎn)生的物料其質(zhì)量一致性極差，生熟不一。通俗的講，熱噴放第一秒所噴出的物料與第10秒所噴出的物料是有巨大差異的，而汽爆全部差異也僅僅只有0.00875秒。需要對(duì)原料進(jìn)行預(yù)處理的單位，最基本的要求就是其所預(yù)處理后的原料一致性，否則“生熟”不一的預(yù)處理原料，難以完成下一步的工藝要求。

河南鶴壁市正道重機(jī)發(fā)明的連續(xù)自動(dòng)的汽爆設(shè)備，已經(jīng)可以提供年處理5.5萬(wàn)噸秸桿的全套設(shè)備。

2.2 催化H2O2和O2生產(chǎn)高得率漂白漿

非木材原料用APMP方法制漿白度僅有50多度，見表1，說明HO2-離子可以破壞木素的發(fā)色集團(tuán)而破壞不了胡羅卜素或稱草黃素（光合色素）的顯色基團(tuán)。

表1 NaOH和H2O2用量對(duì)4種非木材原料APMP成漿結(jié)果的影響

非木材原料在莖桿和葉子上含有草黃素，其主要功能是：保護(hù)葉綠素不會(huì)受到激發(fā)態(tài)活性氧的破壞。由此可見，若打算在保留木素的條件下，破壞草黃素得到75度以上的白漿必需尋求氧化能力極強(qiáng)的氧化劑，能勝任此目的者主要是羥基自由基(·OH)和原子態(tài)活性氧。草黃素的桔構(gòu)式表示如下：

羥基自由基(·OH)，其氧化電位是2.8v高于O3。常見氧化劑的氧化電位見表2。

表2 常見氧化劑的氧化電位

非木材原料中含有15%～25%的熱水溶出物，它們是小分子量的有機(jī)物，汽爆以后的原料先在水力碎漿機(jī)中，用從漂后提取出來的含鉀熱溶液溶出熱水溶出物。然后把此黃液送多效蒸發(fā)器生產(chǎn)有機(jī)鉀肥。

除去黃液的紙漿在高濃水力碎漿機(jī)中，加入組成為KOH+2H2O2的化學(xué)品，在攪拌中升溫至80℃，發(fā)生強(qiáng)氧化作用，破壞發(fā)色基團(tuán)漂白紙漿到75度以上。

2.3 生產(chǎn)有機(jī)鉀肥

土壤缺鉀和鉀資源短缺成為我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要限制因素之一。我國(guó)南方100%的土壤貧鉀，北方65%以上的土壤缺鉀。農(nóng)業(yè)科學(xué)院專家指出：我國(guó)出口至美國(guó)市場(chǎng)的富萬(wàn)鉀有機(jī)鉀肥，是一種有機(jī)物與鉀化合而成的新型肥料，不僅可以緩解我國(guó)農(nóng)田土壤嚴(yán)重缺鉀和鉀資源嚴(yán)重短缺的矛盾、緩解我國(guó)鉀肥供應(yīng)緊張的局面，同時(shí)提高了鉀肥肥效，降低了鉀肥投入的成本，對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。

非木材原料中含有熱水溶出物15%～25%，這些低分子量的有機(jī)物很寶貴，制成有機(jī)鉀肥很容易被作物吸收，會(huì)比旡機(jī)鉀肥效果倍增。如果不這樣做、這些低分子量的有機(jī)物在催化漂白時(shí)要消耗大量的強(qiáng)氧化劑，從而顯著提高生產(chǎn)成本。最后靠水處理除去它們更是下策，還要大量投資水處理并承擔(dān)運(yùn)行費(fèi)用。

現(xiàn)在使用的氯化鉀和硫酸鉀約3500元/t。氯和硫酸根會(huì)破壞土壤，使土壤板化鹽堿化。就象當(dāng)年的氮肥一樣，以前尿素要進(jìn)口，國(guó)產(chǎn)的碳酸氫氨和硫酸氨大量使用，但碳酸氫氨施后很快揮發(fā)；硫酸氨會(huì)硬化土地；所以農(nóng)民寧愿高價(jià)買進(jìn)口尿素?，F(xiàn)在國(guó)產(chǎn)尿素大量生產(chǎn)了，便宜的碳酸氫氨和硫酸氨也就永遠(yuǎn)退出市場(chǎng)了。本文所說的有機(jī)鉀肥不同于氯化鉀、硫酸鉀、不會(huì)破壞土壤相反會(huì)改善土壤，且成倍提高肥效必將獲得發(fā)展。

3 汽爆法高得率漂白漿及有機(jī)鉀肥流程

如圖1所示：

圖1 高得率漂白漿和有機(jī)鉀肥流程

4 生產(chǎn)漂白漿粕和有機(jī)鉀肥的經(jīng)濟(jì)效益予測(cè)

以興辦年產(chǎn)2萬(wàn)噸用棉桿生產(chǎn)漂白漿粕的示范線為例：

漿粕收入：

每年2萬(wàn)噸×4500元/t=9000萬(wàn)元支出：

棉桿原料28600t×300/t=857萬(wàn)元

K2O1647t×8000元/t=1317萬(wàn)元

雙氧水1818t×1500元/t=273萬(wàn)元

電力1500萬(wàn)度 ×0.55元=825萬(wàn)元 (制漿+造紙+發(fā)生器)

蒸汽8萬(wàn)噸 ×120元=960萬(wàn)元

折舊400萬(wàn)

水40萬(wàn)噸40萬(wàn)元

人工管理等各項(xiàng)費(fèi)用600萬(wàn)

稅收400萬(wàn)

合計(jì)5672萬(wàn)元

收支相抵余額3328萬(wàn)元

有機(jī)鉀肥收入：

有機(jī)物每噸漿有300 Kg總計(jì)有20000x0.3=6000 t

K2O1647 t以K2O計(jì)1383 t

有機(jī)鉀肥共7383 t其中含鉀19%

據(jù)某肥料廠含K2O 13%有機(jī)鉀肥，以2000元/t出廠，這種小分子量有機(jī)鉀肥易被作物吸收，比無機(jī)鉀效果倍增，含19%K2O者出廠價(jià)若以2500元/t計(jì)，總值是：1845萬(wàn)元。

支出項(xiàng)目：

多效蒸發(fā)用汽3萬(wàn)噸×120元/t=360萬(wàn)元

用電72萬(wàn)度 ×0.55元 =40萬(wàn)元

設(shè)備折舊25萬(wàn)元

人工管理等項(xiàng)500萬(wàn)元

合計(jì)925萬(wàn)元

收支相抵,余額920萬(wàn)元

以上紙+肥每年總得3328+920=4248萬(wàn)元

和紙+肥總投入0.45億

每年投資回報(bào)率94%

5 關(guān)于用水

（1）多效蒸發(fā)器的第一效冷凝水是純凈蒸餾水回鍋爐房，第234效冷凝水是料液蒸出之熱水送至水力碎漿機(jī)溶熱水溶出物。

（2）紙漿篩選的水是循環(huán)利用，紙機(jī)洗銅網(wǎng)、洗毛布的水也循環(huán)利用，白水回收的水也循環(huán)利用，但過濾后也要有補(bǔ)充。發(fā)生器陽(yáng)極冷卻水，水溫38℃，可用于洗漿然后經(jīng)過濾再回用。由此可見本項(xiàng)目在擇址時(shí)必須弄清楚：當(dāng)?shù)孛刻鞈?yīng)有每噸漿粕有20噸的供水能力，然后用于農(nóng)業(yè)灌溉。若打算直接生產(chǎn)文化用紙和生活用紙，則必須落實(shí)當(dāng)?shù)毓┧芰?，造紙需要找水源條件充沛的地方。

6 結(jié)論

（1）以汽爆法制漿為基礎(chǔ)，組合生產(chǎn)有機(jī)鉀肥技術(shù)，可以取消水處理實(shí)現(xiàn)無污染制漿，再進(jìn)一步組合紫外催化漂白技術(shù)，自發(fā)生H2O2+O2枝術(shù)、可以生產(chǎn)漂白漿粕。

（2）沒有污染的高贏利企業(yè)，會(huì)深受農(nóng)民歡迎。原因是：其一收秸桿富了農(nóng)民；二是增加了農(nóng)民在家門口就業(yè)的機(jī)會(huì)。

（3）本項(xiàng)目年投資回報(bào)率超過90%，但在哪里能落戶、要有如下必要條件：

a要有水份在20%以下的風(fēng)干原料。（汽爆不能用濕料）1.4噸/t漿。

b噸漿可供水20噸，通過紙廠轉(zhuǎn)換為灌溉用水。

c輸入電力，噸漿用電750度。

（4）本項(xiàng)計(jì)劃末來有望發(fā)展到數(shù)百家。屆時(shí)發(fā)展起來每年數(shù)千萬(wàn)噸漂白漿柏的生產(chǎn)，將改變我國(guó)紙業(yè)的面貌，成為拉動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的巨大亮點(diǎn)。

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