關(guān)鍵詞：棉花秸稈綜合利用：干法工藝：濕法工藝：變廢為寶
新疆棉花種植面積大，棉農(nóng)收割棉秸稈后，一部分經(jīng)粉碎還田掩埋使用，另一部分在田間就地焚燒。這不僅造成了大量的資源浪費(fèi)，而且對環(huán)境污染嚴(yán)重。秸稈粉碎后還田掩埋，由于棉稈比較密實(shí)，并且新疆的氣候干燥，棉秸稈難以腐爛變?yōu)榉柿�，�?dǎo)致土壤透氣性增加，土壤保水性下降，多次掩埋不僅增加了土壤的負(fù)擔(dān)，而且使土壤的肥力下降，不利于農(nóng)作物生長。秸稈直接焚燒，除嚴(yán)重污染環(huán)境外，焚燒還產(chǎn)生大量煙氣，并伴隨著多種有害氣體，對生態(tài)環(huán)境造成破壞。如何有效地開發(fā)利用當(dāng)?shù)刎S富的棉花秸稈資源，成為解決當(dāng)?shù)剞r(nóng)村能源問題、促進(jìn)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。
農(nóng)作物秸稈中含有大量有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀和微量元素，分析得出，每100 kg鮮秸稈中含氮0.48 kg，磷0.38 kg，鉀1.67 kg，相當(dāng)于2.4 kg氮肥，3.8 kg磷肥，3.4 kg鉀肥。就新疆地區(qū)而言，1 000萬t的棉花秸稈所含的養(yǎng)分相當(dāng)于尿素12萬t．普鈣16.8萬t，硫酸鉀21萬t。
搞好農(nóng)作物秸稈的綜合利用，變廢為寶，化害為利，合理有效地將這些棉秸稈開發(fā)綜合利用為可再生能源，對發(fā)展新疆農(nóng)村經(jīng)濟(jì)起到積極的推動(dòng)作用。
為此，新疆瑪納斯縣綠寶生物科技有限公司在原有設(shè)備的基礎(chǔ)上，改造并新增設(shè)備，建設(shè)了40萬t/a棉花秸稈綜合利用項(xiàng)目，生產(chǎn)機(jī)制木炭、炭基肥、木焦油、木醋液及緩釋磷有機(jī)復(fù)混肥。
1總體工藝
1.1 干法工藝
I.I.I干法工藝流程
生產(chǎn)木炭、木醋液和木焦油的于法工藝流程如圖1所示。
1.1.2干法工藝原理
棉花秸稈主要由纖維素、半纖維素、木質(zhì)素等組分構(gòu)成，其中木質(zhì)素是具有芳香族特性、結(jié)構(gòu)單體為苯丙烷的立體結(jié)構(gòu)高分子化合物。木質(zhì)素屬于非結(jié)晶體，只有軟化點(diǎn)而沒有熔點(diǎn)，在適當(dāng)?shù)臏囟?200～300℃)下會(huì)軟化、液化。生物質(zhì)棉秸稈置于密閉的料管加熱，當(dāng)溫度高于250℃時(shí)，生物質(zhì)中的高分子開始熱裂解，可生成炭、焦油、木醋液及可燃?xì)怏w，至600℃時(shí)可完成揮發(fā)裂解。熱解過程也是干餾過程，即在隔絕空氣或通入少量空氣的條件下，將生物質(zhì)加熱使其熱分解，生物質(zhì)熱分解產(chǎn)生氣體，經(jīng)冷凝后產(chǎn)生液體木焦油和木醋液，未冷凝氣是木煤氣即可燃?xì)怏w，剩余的固體物質(zhì)就是木炭，經(jīng)成形、烘干處理后便可得到機(jī)制木炭。
1.1.3干法工藝條件
生產(chǎn)木炭、木醋液和木焦油的干法工藝條件如下：粉碎后的細(xì)碎棉秸稈粒徑為6～8 mm;熱解溫度（物料溫度）為450℃：熱裂解時(shí)間為1 h左右：木炭成形車間的加料配比按m（木炭粉）：m(黏結(jié)劑)：m（水）=70：5：25將三者在混料倉內(nèi)經(jīng)雙螺帶攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌，混合均勻。
1.2濕法工藝
1.2.1 濕法工藝流程
圓盤混合造粒工藝流程是，原料干燥除去一定水分后（干燥時(shí)，即對原料進(jìn)行了滅菌處理）進(jìn)行破碎，然后加入一定量的酸或堿調(diào)節(jié)載體pH后與無機(jī)肥部分混合均勻，送入圓盤造粒機(jī)，在成粒過程中噴入一定量菌劑．成粒的產(chǎn)品在進(jìn)行烘干、篩分后，即可得成品。圖2為生產(chǎn)緩釋磷復(fù)混肥料的濕法工藝流程示意圖。
1.2.2濕法工藝原理
本項(xiàng)目工藝部分針對原緩釋磷復(fù)混肥生產(chǎn)工藝質(zhì)量存在的諸多缺陷而采用了一種新型的緩釋磷復(fù)混肥的生產(chǎn)工藝。該新工藝可以大大縮短腐解周期，發(fā)酵腐解過程養(yǎng)分損失少，酸臭氣體產(chǎn)生量少：腐解完全，發(fā)酵徹底。特定功能菌存活率高，施肥方便，應(yīng)用廣泛，增產(chǎn)增收效果明顯。
本項(xiàng)目中的發(fā)酵工藝根據(jù)緩釋磷復(fù)混肥生產(chǎn)特定的物理、化學(xué)和生物特性，在原有的發(fā)酵技術(shù)的基礎(chǔ)上改進(jìn)，采取秸稈預(yù)處理技術(shù)和深槽翻拋發(fā)酵技術(shù)，發(fā)酵槽深2～10 m，一般在2～5 m;根據(jù)農(nóng)作物秸稈和畜禽糞便的有機(jī)質(zhì)含量、含水量確定加入比例，控制調(diào)整碳?xì)浔壤蚿H，嚴(yán)格控制發(fā)酵水分，同時(shí)采用擠壓造粒后低溫干燥工藝和生物菌劑噴涂冷卻技術(shù)生產(chǎn)緩釋磷復(fù)混肥。
本發(fā)酵工藝是將農(nóng)作物秸稈先經(jīng)過預(yù)處理工藝再和畜禽糞便有機(jī)組分和活性生物菌劑組配，經(jīng)翻拋充氧、深槽發(fā)酵、粉碎制成生物有機(jī)肥，再與無機(jī)肥料和微量元素混配。生產(chǎn)工藝包括以下過程。
(1)秸稈預(yù)處理：在發(fā)酵工藝之前使用本公司研發(fā)的秸稈預(yù)處理技術(shù)，對秸稈進(jìn)行浸漬、蒸煮和研磨，可以大大縮短發(fā)酵周期。
(2)拌料：將農(nóng)作物秸稈、畜禽糞便有機(jī)組分與活性生物菌劑按比例混合攪拌，調(diào)整物料碳?xì)滟|(zhì)量比為26～35，pH為5.5～8.5，水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在40%～65%。
(3)發(fā)酵：將混合物料置于槽深2～10 m的發(fā)酵槽內(nèi)與溫度為-15～75℃條件下發(fā)酵20 --50天，有效活菌數(shù)為0.3億～2億個(gè)／g，可縱橫行走的翻拋過氧機(jī)隨時(shí)在槽體之間的任何部位、任意深度進(jìn)行翻拋?zhàn)鳂I(yè)。
(4)翻拋：發(fā)酵過程中用翻拋機(jī)每間隔18～36 h翻拋1次，采用行走車與橫走車結(jié)合的雙向行走機(jī)構(gòu)，可縱橫移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)相鄰二槽之間的跨區(qū)作業(yè)，為物料強(qiáng)制給養(yǎng)、蒸發(fā)水分和降溫。
發(fā)酵完畢后的物料經(jīng)粉碎后經(jīng)過造粒工藝、菌劑噴涂得到復(fù)混肥成品。
2產(chǎn)品性質(zhì)與用途
2.1機(jī)制木炭
機(jī)制木炭與傳統(tǒng)觀念的樹炭相比含碳量高、發(fā)熱量大[熱值高達(dá)7.5千卡/kg(31 275 J/kg)]、揮發(fā)性小，燃燒時(shí)間是普通樹炭的2～4倍，無煙無味，外形美觀、規(guī)范，深受海內(nèi)外用戶的青睞，在價(jià)格上比樹炭也更具競爭優(yōu)勢。
生物質(zhì)熱裂解產(chǎn)品炭是一種比煤焦炭更純的木炭，有塊狀和粉狀的，由于灰分含量低，反應(yīng)性能好，比表面積大，可用作有色冶金業(yè)的還原劑，醫(yī)藥、儀器和環(huán)保行業(yè)的吸附劑及農(nóng)業(yè)土壤改良劑，其用途比煤焦炭更廣泛。
木炭廣泛應(yīng)用于食品、制藥、化工、冶金、國防、農(nóng)業(yè)及環(huán)境保護(hù)等諸多領(lǐng)域，也是燒烤、火鍋、家用取暖的優(yōu)質(zhì)燃料。
2.2 木焦油
木焦油的主要成分是木雜酚油，還含有烴類、酸類和酚類等有機(jī)化合物，具有柔和度好、耐老化和耐高溫等優(yōu)點(diǎn)。木焦油加工后可獲得雜酚油、抗聚劑、浮選起泡劑和木瀝青等產(chǎn)品，也可用于醫(yī)藥、合成橡膠和冶金等行業(yè)。
木焦油是生產(chǎn)防水材料、防腐涂料和船舶漆的重要原料，進(jìn)一步加工可以提煉名貴藥材。在農(nóng)業(yè)上可與底肥混合施田，有效殺死地下害蟲，也是植物生長促進(jìn)劑；木焦油也可作燃料，品質(zhì)等同于燃料油；木焦油還可以用作提煉冰醋酸的原料。
木焦油中的化學(xué)成分以小分子物質(zhì)比較多，優(yōu)于煤焦油，目前多用于油漆業(yè)、有機(jī)肥制造業(yè)、橡膠業(yè)中，還是生物柴油的生產(chǎn)原料。
木焦油的應(yīng)用當(dāng)前在國外開發(fā)得較為完善，國內(nèi)木焦油產(chǎn)品主要出口發(fā)達(dá)國家。隨著國內(nèi)木焦油實(shí)用技術(shù)的進(jìn)步，市場前景將非常廣闊。
2.3木醋液
木醋液是以醋酸為主要成分的酸性液體，與食醋的成分和色調(diào)極為相似。木醋液是樹木炭化，把木頭里的能量變成氣體濃縮、液化而成，含有K、Ca、Mg、Zn、Ge、Mn和Fe等礦物質(zhì)，此外還含有維生素B1和B2。木醋液是經(jīng)生物化學(xué)技術(shù)提取獲得的天然植物素材，主要成分為醋酸、酚類和水，其中有機(jī)質(zhì)成分醋酸占47%以上，在高濃度下具有較強(qiáng)的殺菌、抗菌的功能，在低濃度下能抑制雜菌的繁殖，具有防菌、防蟲的功效。木醋液能中和氮硫化合物而作為消臭劑使用：木醋液因含有許多酚類物質(zhì)能殺菌、消毒避害蟲，作為消毒、驅(qū)蟲劑使用。在發(fā)達(dá)國家有機(jī)農(nóng)業(yè)栽培中己被廣泛利用。木醋液主要應(yīng)于土壤改良劑、除臭劑、食品熏制用品、植物生長調(diào)節(jié)劑和生產(chǎn)肥料（抑制雜草的生長、減少農(nóng)藥用量和蟲害的驅(qū)避劑等）；還可用于食品的抗霉、抗菌、抗氧化性，醫(yī)藥用品，飲料添加劑，飼料添加劑。
木醋液肥料在國外應(yīng)用十分廣泛，已經(jīng)形成了產(chǎn)業(yè)，用量巨大。國內(nèi)還處在初級階段，新疆土地經(jīng)過多年的耕作，土壤板結(jié)、鹽堿化已經(jīng)非常嚴(yán)重，急需要大量的土壤改良劑進(jìn)行改良。木醋液可以制成木醋液葉面噴施劑，對人體安全無毒無害，具有很強(qiáng)的吸附性，使用后具有良好的發(fā)根壯根能力，對病害、藥害和凍害具有很強(qiáng)的解毒恢復(fù)功能，可提高果實(shí)食用品質(zhì)，提升商品等級，穩(wěn)定提高產(chǎn)量：木醋液沖施劑，作為土壤調(diào)理劑。木醋液沖施劑對人體安全、無毒無害，具有很強(qiáng)的土壤滲透性，改善土壤生態(tài)環(huán)境、抗重茬、防早衰，抑制有害病菌和根結(jié)線蟲，對病害、藥害和凍害具有很強(qiáng)的解毒恢復(fù)功能，調(diào)節(jié)土壤pH，凈化和改良土壤，尤其用于鹽堿地，改良土壤的效果更為明顯。
2.4緩釋磷復(fù)混肥
緩釋磷復(fù)混肥（即新型的生物有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥）是以經(jīng)過生物化學(xué)方法處理過的農(nóng)作物秸稈與其他無機(jī)肥料和微量元素等農(nóng)作物生長必須成分為原料，按照一定配方和特定的工藝生產(chǎn)的肥料產(chǎn)品。
該產(chǎn)品消除了有機(jī)肥和無機(jī)肥的弱點(diǎn)，將有機(jī)肥和無機(jī)肥各自的優(yōu)點(diǎn)集中于一個(gè)載體。緩釋磷復(fù)混肥既有無機(jī)化肥肥效快的長處，又具備有機(jī)肥料改良土壤、肥效長的特點(diǎn)，可以起到提高化肥肥效、疏松活化土壤的作用，促進(jìn)土壤有益菌的繁殖，提高作物抗旱、抗寒、抗重茬及抗病蟲害等抗逆能力，促進(jìn)作物健壯生長，提高產(chǎn)量和改善品質(zhì)。復(fù)混肥還可以作基肥、種肥、秧田肥、育苗肥和追肥使用。
隨著我國化肥工業(yè)的發(fā)展，有機(jī)肥施用比例逐年下降，造成我國農(nóng)田用肥的有機(jī)肥和無機(jī)肥比例嚴(yán)重失調(diào)。緩釋磷復(fù)混肥作為一種既含有有機(jī)質(zhì)又含有適量化肥的復(fù)混肥，具有高效化（提高肥料利用率）、多元化（滿足不同作物生長需求）、長緩化（更大限度控制養(yǎng)分釋放周期）等特征，養(yǎng)分全面，利用率高，對培肥土壤有較大作用，最近幾年得到較大推廣，迅速成為農(nóng)民廣泛使用的肥料品類，被廣泛應(yīng)用于大田作物、蔬菜、果樹、花卉和茶樹等農(nóng)作物及經(jīng)濟(jì)作物上。
3棉花秸稈的綜合利用變廢為寶，保護(hù)了生態(tài)環(huán)境。
3.1產(chǎn)品價(jià)格
機(jī)制木炭的價(jià)格一直處于上升趨勢，國內(nèi)市場價(jià)格一般為2 800～3 600元／t，國際市場價(jià)格一般為2 800～4 600元／t，高達(dá)700～800美元／t。
木醋液中含有多種有機(jī)酸，日本的木醋液產(chǎn)品已以4萬元／t的高價(jià)打入我國市場。國內(nèi)木醋液價(jià)格在3 000～5 000元／t，精制木醋液價(jià)格在8 000元／t左右。
木焦油的應(yīng)用當(dāng)前在國外開發(fā)得較為完善，國內(nèi)木焦油產(chǎn)品主要出口發(fā)達(dá)國家，價(jià)格約1 000美元／t，國內(nèi)市場價(jià)格在3 600～4 000元／t，精制木焦油價(jià)格在7 800元／t左右。
近年，我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展良好，國內(nèi)生產(chǎn)總值不斷提高，有機(jī)農(nóng)業(yè)持續(xù)快速發(fā)展，這為緩釋磷復(fù)混肥需求打下了良好基礎(chǔ)。國內(nèi)化肥市場雖然已經(jīng)飽和，但緩釋磷復(fù)混肥依然有潛在的市場空間，產(chǎn)品價(jià)格為2 600兀／t。
3.2生態(tài)效益
對棉花秸稈進(jìn)行回收加工，生產(chǎn)高附加值的產(chǎn)品，變廢為寶，利國利民，每年可減少固體秸稈浪費(fèi)40萬t、減少二氧化硫排放800萬t，可徹底實(shí)現(xiàn)廢棄棉花秸稈資源的最大化利用，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)，也可解決剩余棉花秸稈就地焚燒或隨意堆棄造成大氣污染、土壤礦化、火災(zāi)和交通事故等大量的社會(huì)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)問題。
4結(jié)束語
采用棉花秸稈熱解制木炭、木焦油、木醋液及燃料氣等，既可以解決新疆地區(qū)大量廢棄物造成的環(huán)境污染，又實(shí)現(xiàn)了秸稈能源的高效清潔利用，生產(chǎn)的木炭、木醋液等不存在產(chǎn)品消費(fèi)的地域限制問題。
單純施用常規(guī)有機(jī)肥，雖然在一定程度上提高了農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量，但肥效差且不穩(wěn)定：而緩釋磷有機(jī)復(fù)混肥可以改善土壤環(huán)境，尤其是土壤中各種微生物的組成和數(shù)量。農(nóng)作物產(chǎn)品的品質(zhì)和產(chǎn)量也會(huì)因施用緩釋磷有機(jī)復(fù)混肥而提高，它利用有機(jī)質(zhì)的培肥土壤、改良土壤的特點(diǎn)，同時(shí)又發(fā)揮了無機(jī)養(yǎng)分的速效性，既保證了作物的產(chǎn)量又改善了產(chǎn)品的品質(zhì)，是目前積極提倡的一種施肥方式。
因此，棉花秸稈綜合利用項(xiàng)目的實(shí)施和推廣應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)廢棄棉花秸稈資源的最大化利用，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)，也可解決剩余棉花秸稈就地焚燒或隨意堆棄造成大氣污染、土壤礦化、火災(zāi)和交通事故等大量的社會(huì)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)問題，對于農(nóng)業(yè)和農(nóng)村發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
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