摘要：新疆瑪納斯縣綠寶生物科技有限公司的棉花秸稈綜合利用項目采用干法工藝和濕法工藝分別生產了木炭、木醋液、木焦油和緩釋磷有機復混肥，變廢為寶，既實現了廢棄棉花秸稈的資源最大化利用，又避免了棉稈就地掩埋、焚燒對生態環境的破壞，保護了環境。
關鍵詞：
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，棉農收割棉秸稈后，一部分經粉碎還田掩埋使用，另一部分在田間就地焚燒。這不僅造成了大量的資源浪費，而且對環境污染嚴重。秸稈粉碎后還田掩埋，由于棉稈比較密實，并且新疆的氣候干燥，棉秸稈難以腐爛變為肥料，導致土壤透氣性增加，土壤保水性下降，多次掩埋不僅增加了土壤的負擔，而且使土壤的肥力下降，不利于農作物生長。秸稈直接焚燒，除嚴重污染環境外，焚燒還產生大量煙氣，并伴隨著多種有害氣體，對生態環境造成破壞。如何有效地開發利用當地豐富的棉花秸稈資源，成為解決當地農村能源問題、促進農村經濟發展的重要環節。
農作物秸稈中含有大量有機質、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，相當于2.4 kg氮肥，3.8 kg磷肥，3.4 kg鉀肥。就新疆地區而言，1 000萬t的棉花秸稈所含的養分相當于尿素12萬t．普鈣16.8萬t，硫酸鉀21萬t。
搞好農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綜合利用為可再生能源，對發展新疆農村經濟起到積極的推動作用。
為此，新疆瑪納斯縣綠寶生物科技有限公司在原有設備的基礎上，改造并新增設備，建設了40萬t/a棉花秸稈綜合利用項目，生產機制木炭、炭基肥、木焦油、木醋液及緩釋磷有機復混肥。
1總體工藝
1.1 干法工藝
I.I.I干法工藝流程
生產木炭、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、木質素等組分構成，其中木質素是具有芳香族特性、結構單體為苯丙烷的立體結構高分子化合物。木質素屬于非結晶體，只有軟化點而沒有熔點，在適當的溫度(200～300℃)下會軟化、液化。生物質棉秸稈置于密閉的料管加熱，當溫度高于250℃時，生物質中的高分子開始熱裂解，可生成炭、焦油、木醋液及可燃氣體，至600℃時可完成揮發裂解。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，將生物質加熱使其熱分解，生物質熱分解產生氣體，經冷凝后產生液體木焦油和木醋液，未冷凝氣是木煤氣即可燃氣體，剩余的固體物質就是木炭，經成形、烘干處理后便可得到機制木炭。
1.1.3干法工藝條件
生產木炭、木醋液和木焦油的干法工藝條件如下：粉碎后的細碎棉秸稈粒徑為6～8 mm;熱解溫度（物料溫度）為450℃：熱裂解時間為1 h左右：木炭成形車間的加料配比按m（木炭粉）：m(黏結劑)：m（水）=70：5：25將三者在混料倉內經雙螺帶攪拌機進行攪拌，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，即對原料進行了滅菌處理）進行破碎，然后加入一定量的酸或堿調節載體pH后與無機肥部分混合均勻，送入圓盤造粒機，在成粒過程中噴入一定量菌劑．成粒的產品在進行烘干、篩分后，即可得成品。圖2為生產緩釋磷復混肥料的濕法工藝流程示意圖。
1.2.2濕法工藝原理
本項目工藝部分針對原緩釋磷復混肥生產工藝質量存在的諸多缺陷而采用了一種新型的緩釋磷復混肥的生產工藝。該新工藝可以大大縮短腐解周期，發酵腐解過程養分損失少，酸臭氣體產生量少：腐解完全，發酵徹底。特定功能菌存活率高，施肥方便，應用廣泛，增產增收效果明顯。
本項目中的發酵工藝根據緩釋磷復混肥生產特定的物理、化學和生物特性，在原有的發酵技術的基礎上改進，采取秸稈預處理技術和深槽翻拋發酵技術，發酵槽深2～10 m，一般在2～5 m;根據農作物秸稈和畜禽糞便的有機質含量、含水量確定加入比例，控制調整碳氫比例和pH，嚴格控制發酵水分，同時采用擠壓造粒后低溫干燥工藝和生物菌劑噴涂冷卻技術生產緩釋磷復混肥。
本發酵工藝是將農作物秸稈先經過預處理工藝再和畜禽糞便有機組分和活性生物菌劑組配，經翻拋充氧、深槽發酵、粉碎制成生物有機肥，再與無機肥料和微量元素混配。生產工藝包括以下過程。
(1)秸稈預處理：在發酵工藝之前使用本公司研發的秸稈預處理技術，對秸稈進行浸漬、蒸煮和研磨，可以大大縮短發酵周期。
(2)拌料：將農作物秸稈、畜禽糞便有機組分與活性生物菌劑按比例混合攪拌，調整物料碳氫質量比為26～35，pH為5.5～8.5，水分質量分數控制在40%～65%。
(3)發酵：將混合物料置于槽深2～10 m的發酵槽內與溫度為-15～75℃條件下發酵20 --50天，有效活菌數為0.3億～2億個／g，可縱橫行走的翻拋過氧機隨時在槽體之間的任何部位、任意深度進行翻拋作業。
(4)翻拋：發酵過程中用翻拋機每間隔18～36 h翻拋1次，采用行走車與橫走車結合的雙向行走機構，可縱橫移動，實現相鄰二槽之間的跨區作業，為物料強制給養、蒸發水分和降溫。
發酵完畢后的物料經粉碎后經過造粒工藝、菌劑噴涂得到復混肥成品。
2產品性質與用途
2.1機制木炭
機制木炭與傳統觀念的樹炭相比含碳量高、發熱量大[熱值高達7.5千卡/kg(31 275 J/kg)]、揮發性小，燃燒時間是普通樹炭的2～4倍，無煙無味，外形美觀、規范，深受海內外用戶的青睞，在價格上比樹炭也更具競爭優勢。
生物質熱裂解產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，反應性能好，比表面積大，可用作有色冶金業的還原劑，醫藥、儀器和環保行業的吸附劑及農業土壤改良劑，其用途比煤焦炭更廣泛。
木炭廣泛應用于食品、制藥、化工、冶金、國防、農業及環境保護等諸多領域，也是燒烤、火鍋、家用取暖的優質燃料。
2.2 木焦油
木焦油的主要成分是木雜酚油，還含有烴類、酸類和酚類等有機化合物，具有柔和度好、耐老化和耐高溫等優點。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品，也可用于醫藥、合成橡膠和冶金等行業。
木焦油是生產防水材料、防腐涂料和船舶漆的重要原料，進一步加工可以提煉名貴藥材。在農業上可與底肥混合施田，有效殺死地下害蟲，也是植物生長促進劑；木焦油也可作燃料，品質等同于燃料油；木焦油還可以用作提煉冰醋酸的原料。
木焦油中的化學成分以小分子物質比較多，優于煤焦油，目前多用于油漆業、有機肥制造業、橡膠業中，還是生物柴油的生產原料。
木焦油的應用當前在國外開發得較為完善，國內木焦油產品主要出口發達國家。隨著國內木焦油實用技術的進步，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，此外還含有維生素B1和B2。木醋液是經生物化學技術提取獲得的天然植物素材，主要成分為醋酸、酚類和水，其中有機質成分醋酸占47%以上，在高濃度下具有較強的殺菌、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能殺菌、消毒避害蟲，作為消毒、驅蟲劑使用。在發達國家有機農業栽培中己被廣泛利用。木醋液主要應于土壤改良劑、除臭劑、食品熏制用品、植物生長調節劑和生產肥料（抑制雜草的生長、減少農藥用量和蟲害的驅避劑等）；還可用于食品的抗霉、抗菌、抗氧化性，醫藥用品，飲料添加劑，飼料添加劑。
木醋液肥料在國外應用十分廣泛，已經形成了產業，用量巨大。國內還處在初級階段，新疆土地經過多年的耕作，土壤板結、鹽堿化已經非常嚴重，急需要大量的土壤改良劑進行改良。木醋液可以制成木醋液葉面噴施劑，對人體安全無毒無害，具有很強的吸附性，使用后具有良好的發根壯根能力，對病害、藥害和凍害具有很強的解毒恢復功能，可提高果實食用品質，提升商品等級，穩定提高產量：木醋液沖施劑，作為土壤調理劑。木醋液沖施劑對人體安全、無毒無害，具有很強的土壤滲透性，改善土壤生態環境、抗重茬、防早衰，抑制有害病菌和根結線蟲，對病害、藥害和凍害具有很強的解毒恢復功能，調節土壤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緩釋磷復混肥
緩釋磷復混肥（即新型的生物有機無機復混肥）是以經過生物化學方法處理過的農作物秸稈與其他無機肥料和微量元素等農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的肥料產品。
該產品消除了有機肥和無機肥的弱點，將有機肥和無機肥各自的優點集中于一個載體。緩釋磷復混肥既有無機化肥肥效快的長處，又具備有機肥料改良土壤、肥效長的特點，可以起到提高化肥肥效、疏松活化土壤的作用，促進土壤有益菌的繁殖，提高作物抗旱、抗寒、抗重茬及抗病蟲害等抗逆能力，促進作物健壯生長，提高產量和改善品質。復混肥還可以作基肥、種肥、秧田肥、育苗肥和追肥使用。
隨著我國化肥工業的發展，有機肥施用比例逐年下降，造成我國農田用肥的有機肥和無機肥比例嚴重失調。緩釋磷復混肥作為一種既含有有機質又含有適量化肥的復混肥，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（更大限度控制養分釋放周期）等特征，養分全面，利用率高，對培肥土壤有較大作用，最近幾年得到較大推廣，迅速成為農民廣泛使用的肥料品類，被廣泛應用于大田作物、蔬菜、果樹、花卉和茶樹等農作物及經濟作物上。
3棉花秸稈的綜合利用變廢為寶，保護了生態環境。
3.1產品價格
機制木炭的價格一直處于上升趨勢，國內市場價格一般為2 800～3 600元／t，國際市場價格一般為2 800～4 600元／t，高達700～800美元／t。
木醋液中含有多種有機酸，日本的木醋液產品已以4萬元／t的高價打入我國市場。國內木醋液價格在3 000～5 000元／t，精制木醋液價格在8 000元／t左右。
木焦油的應用當前在國外開發得較為完善，國內木焦油產品主要出口發達國家，價格約1 000美元／t，國內市場價格在3 600～4 000元／t，精制木焦油價格在7 800元／t左右。
近年，我國經濟發展良好，國內生產總值不斷提高，有機農業持續快速發展，這為緩釋磷復混肥需求打下了良好基礎。國內化肥市場雖然已經飽和，但緩釋磷復混肥依然有潛在的市場空間，產品價格為2 600兀／t。
3.2生態效益
對棉花秸稈進行回收加工，生產高附加值的產品，變廢為寶，利國利民，每年可減少固體秸稈浪費40萬t、減少二氧化硫排放800萬t，可徹底實現廢棄棉花秸稈資源的最大化利用，實現農業循環經濟，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、火災和交通事故等大量的社會經濟和生態問題。
4結束語
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大量廢棄物造成的環境污染，又實現了秸稈能源的高效清潔利用，生產的木炭、木醋液等不存在產品消費的地域限制問題。
單純施用常規有機肥，雖然在一定程度上提高了農產品的質量，但肥效差且不穩定：而緩釋磷有機復混肥可以改善土壤環境，尤其是土壤中各種微生物的組成和數量。農作物產品的品質和產量也會因施用緩釋磷有機復混肥而提高，它利用有機質的培肥土壤、改良土壤的特點，同時又發揮了無機養分的速效性，既保證了作物的產量又改善了產品的品質，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目的實施和推廣應用，可實現廢棄棉花秸稈資源的最大化利用，實現農業循環經濟，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、火災和交通事故等大量的社會經濟和生態問題，對于農業和農村發展具有重要的現實意義。
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