1、利 用 农 作 物 秸 秆 年 产 1.5 万 吨 工 业 燃 料 油并 联 产 4 万 吨 多 元 长 效 生 物 复 合 肥 项 目石家庄东昊化工研究院有限公司11 总 论项目名称：利用农作物秸秆生产工业燃料油并联产多元长效生物复合肥项目。项目规模：年产工业燃料油 1.5 万吨，生物质复合肥 4 万吨。秸秆用量：消耗 4.5 万吨/年。 （秸秆水分按 16%计）建设周期：10 个月。项目投资：工程建设投资 2855 万元。经济指标：年销售收入 9900 万元，年均成本 7289.4 万元，年均税收 362.75 万元，年均净利润 2247.85 万元，投资回收期 1.27 年。2 项目提出
2、的背景2.1 传统化石能源逐渐走向枯竭化石能源石油、煤炭和天然气作为人类生存和发展的重要物质基础，支撑了19 世纪到 20 世纪近 200 年来人类文明的进步和经济社会发展。然而，化石能源的不可再生性和人类对其的巨大消耗，使化石能源正在逐渐走向枯竭。据美国地质局估计，全世界最终可采石油储量为 3 万亿桶。由此推算，世界石油 产量的顶峰将在 2030 年出现。由于剩余储量开采难度增大，石油产量会快速下降。世界煤炭总可采储量大约为 8475 亿吨。长期来看，尽管世界煤炭可采储量相对稳定，但还是出现了下降的趋势。按当前的消费水平，最多也只能维持 200 年左右的时间。世界天然气储量大约为 177 万
3、亿立方米。如果年开采量维持在 2.3 万亿立方米，则天然气将在 80 年内枯竭。 就我国而言，化石类能源探明储量约 7500 亿吨标准煤，总 量较大，但人均能源拥有量却远远低于世界平均水平。煤炭、石油、天然气人均剩余可采储量，分别 只有世界平均水平的 58.6%、7.69%和 7.05%。近几年，我国的能源生产一直保持着快速增长势头。2006 年，我国能源生产总量为 20.62亿吨标准煤。其中，煤炭比重高达 76.4%，原油比重下降为 12.6%，天然气占 3.3%。我国煤炭储量相对丰富，但从中长期来看，仍面 临诸如储存条件、勘探水平、运输条件、安全因素等多方面因素的限制，能被有效开发利用的煤
4、炭资源量明显不足。随着化石能源储量的逐步降低，全球能源危机也日益迫近。以化石能源 为主的能源结构，具有明显的不可持续性。 2.2 化石能源的消耗使环境压力越来越大化石能源的利用是造成环境变化与污染的关键因素。大量的化石能源消费，引起温室气体排放，使大气中温室气体浓度增加、温室效应增强， 导致全球气候变暖。1860 年以来，全球平均气温提高了 0.40.8 。IPCC（政府间气候变化专门委员会）所做的气候变化预估报告的结论是，CO2 为温室气体的主要部分，其中约 90%以上的人为 CO2 排放是化石能源消费活 动产生的。化石能源，特别是煤炭的使用带来大量的二氧化硫和烟尘排放，也是造成我国大气污染
5、的主要来源。尽管应对措施初步遏制了酸雨范围逐步扩大的趋势，但酸雨仍在局部地区加重；机动车尾气污染等问题日益严重，特别是在大城市，煤烟型空气污染已开始转向煤烟与尾气排放的混合型污染。我国近几年大气污染呈现越来越严重趋势，雾霾频发，空气恶劣，给人们工作生活和身体健康带 来严重影响。如何既要 发展经济，又要清水蓝天，改变现有能源消费结构就是唯一出路。目前，已经有 50 多个国家制定了相关法律、法 规或行动计划，通 过立法的强制性手段保障战略目标的实现。2006 年 3 月欧盟首脑会议指出，到 2020 年，可再生能源将占整个欧盟 25 国能源消耗量的 20%，生物液体燃料的比例至少要达到 10%。2
6、005 年，美国提出宏大目 标计划，即未来利用风电提供全美国 20%的电力供应， 2030 年生物液体燃料将占美国车用燃料 30%以上。我国于 2007 年 9 月公布可再生能源中长期发展规划，明确提出，到 2010 年，可再生能源年利用量要达到 3 亿吨标准煤，占能源消费总量的 10%；到 2020 年，可再生能源年利用量要达到 6 亿吨标准煤，占能源消费总量的 15%。预计 到 2050 年，可再生能源将占世界一次能源的三分之一，并满足能源增长的大部分需求。事实说明，努力减少对化石能源的依赖，是保证 未来人类文明得以延续的必然选择，不断提高可再生3能源在全部能源中所占比重，最终实现对化石能
7、源的替代，是人类社会发展的必然趋势。2.3 开发利用农林废弃物的必要性农林废弃物主要是农作物秸秆。堆放和焚烧就是污染物，合理利用就是可再生能源。我国农作物秸秆年 产出量为 6.04 亿吨，其中造肥还田及其收集损失约占 15%，剩余 5.134 亿吨。用作 农户炊事取暖、畜牧饲料和少量工业原料约占 40%，即 2.05 亿吨，弃于田间地 头直接焚烧的约占 60%，即 3.08 亿吨（相当于 1.54 亿吨标准煤），既危害环境，又浪费资源。每年秋冬和开春， 雾霾弥漫大地，焚烧秸秆是大气污染的主要贡献之一。随着农村生活质量的提高，农 作物秸秆逐渐退出作为传统燃料的舞台，取而代之的是存储和使用方便的煤
8、炭，致使在工业燃料污染十分严重的情况下，又形成叠加效应，雪上加霜。所以必须为农业废弃物寻找可行的出路。2.4 农作物秸秆作为燃料的形式和特点农作物秸秆是广大农村烧火做饭、冬季取暖的传统固体燃料。但这种燃料存在弊端：密度小，体积大，存放空间大；水分高，需要晾晒；热值低，火劲小，燃烧时间短；炉腔大，火焰分散，易跑烟，只适合大锅做饭。所以人们就摈弃了它作为家庭燃料，取而代之的是使用方便的煤炭。农作物秸秆除了农村家庭直接用作燃料之外，有如下几种方式作为集约化使用。压缩 成型。压缩成型是增大密度、减小体积的过程，便于运输、存储。 块状秸秆燃料可用于家庭和工业锅炉。但作为直烧燃料，还是不如煤炭好使，家庭用
9、量小，替代煤炭积极性不高。用于工业锅炉，存量锅炉不能使，只能更换结构特殊的锅炉。秸秆中的无机 盐也限制了炉膛温度，限制了锅炉出力效率，往往需要与煤炭混烧，但灰烬没法 处理。秸秆发电。秸秆作 为燃料用于发电，也是将秸秆先做简单的压缩，输送到蒸汽锅炉生产蒸汽带动汽轮机发电。秸秆发电除了有直烧锅炉普遍存在的技术4问题之外，最主要是区域供应量与装机功率规模效益化存在矛盾，大量灰烬处理困难。秸秆气化。秸秆气化主要是两种形式，一是发酵生产沼气作为燃气；二是热解生产生物煤气作为燃气。这两种形式都适合小规模生产燃气供应一个小工厂或一个居住集中的小村庄使用。有专人值守，算上人工费用和电耗，居民使用价格并不合算。
10、作为商品，远距离输送很不现实。秸秆液化。秸秆液化有两种形式，首先是通过高温高压水热液化转化成液体燃料，回收效率高，可以达到 50%以上，但运行费用高，需要水相和油相分离，存在污水排放问题。这种方式世界各国都不看好，只作研究，少有开发装置。另一种是高温干法热裂解气化再冷凝成液体燃料，利用秸秆自身热能分解固体秸秆，热能有损失，回收率 40%左右，但运行 费用低，不排放废水，不需建设污水处理装置。所以就秸秆液化的两种形式而言，高温干法热裂解液化工艺形式具有装置可大可小的灵活性和运行费用低、环保无污染的优势，是世界各国争相开发的生物质能源技术之一。2.5 农作物秸秆热解液化工业燃料油是规模化、商业化利
11、用秸秆的发展方向秸秆作为燃料，依靠家庭使用，根本解决不了问题。只有工 业炉能够大量使用，才能消耗掉全部秸秆燃料。我国现有燃煤锅炉 46 万台，年消耗煤炭 7.3 亿吨，如果有四分之一燃煤锅炉使用秸秆燃料，那全国的农作物秸秆会一点不剩。秸秆直接用于工业锅炉，需要压缩体积，提高 单位体积热能，而且 锅炉结构要求比较高。现有燃煤锅炉无法改造，只能新上生物质锅炉，就我国国情是不 现实的。况且草木灰分散多点，无法集约化利用，只能填埋，对环境又造成二次污染。将秸秆转化成液体燃料，是最适合工业锅炉使用的燃料，便于储存、运 输，5锅炉结构简单，现有燃煤锅炉只加个燃烧器就能使用，不用改变结构和更换锅炉，2 吨锅
12、炉的改造费用不足 1 万元。使用中不产生任何废渣，没有处理草木灰的烦恼。所以，世界各国都在大力开发秸秆热解液化技术，将秸 秆转化成实用的液体燃料是秸秆规模化、商业化利用的发展方向。3 工艺技术3.1 技术背景生物质能有效利用技术开始于20 世纪70 年代末期，主要是利用热化学转化和生物转化技术将生物质转化为气、液和固态多种能源产物和化学品。热化学方法包括：直接燃烧、气化和 热解。众多的研究 发现 ，生物 质热解技术是生物质利用的重要途径，尤其随着人们对热解产物研究的不断增加, 以获得最大量液态产物( 生物油 ) 为目的的热解技 术的研究和应用越来越受到重视。生物质热解是生物质在一定的气化介质条
13、件下，产生液体( 生物油) 、气体( 可燃气) 、固体( 焦炭) 3 种 产物的生物质热解降解过程。生物质热解液化转化为生物燃油是生物质热解技术的发展的必然方向。农作物秸秆热解是指在完全没有氧或缺氧条件下热分解， 最终生成渣炭、生物油和不可冷凝气体的过程。3 种产物的比例取决于热解工艺的类型和反应条件。一般地， 低温低速热解温度不超过580 ，产物以木炭为主； 高温快速热解温度范围在700- 1100 , 产物以不可冷凝的燃气 为主；中温闪速热解温度在500-650 ， 产物中燃料油产率较高，可达到 60%-80% 。农作物秸秆快速热解技术就是将低品位的秸秆( 热值的大约12-15MJ/kg)
14、 转化成易储存、易运 输、热值6达16-20 MJ/kg 的液体燃料油，使用方便、清洁，易于控制环境污染。秸秆热解工艺装置的关键有两个方面：一是热裂解反应器形式；二是能耗控制。美国、加拿大、西班牙、英国、意大利、芬兰、荷 兰、法国等各国开发了多种热裂解反应器形式，流化床反 应器、循 环流化床反应器、 烧蚀反应器、旋转锥反应器、引流床反应器、输送床反应器、真空移 动床反应 器等作为工业示范装置。而规模化、商业化运行比较好的就是采用循环流化床反应器的加拿大国际能源转换公司（RTI）和美国可再生燃料技术公司（ENSYN）。荷兰的旋转锥反应装置也实现了示范性运营，但产能达到 20000t/a非常困难。
15、我国近十年各院校和科研机构在秸秆热解液化技术开发方面也做了大量工作，技术 最成熟的就是循环 流化床反应形式，已 经在吉林等地建起工业化示范装置，秸秆热 解液化燃料油技 术逐渐趋于成熟。3.2 本项目拟采用的工艺技术和优势循环流化床热解技术是秸秆热解液化燃料油比较成熟的技术，产能高、能效高，便于生产装置工业化放大。石家庄东昊化工研究院有限公司与吉林大学合作，经过多年技术攻关，解决了生产过程热能全部回收的节能降耗问题，以及最大限度降低燃料油水分问题。循环流化床反应器结构设计更合理，系统连续性和可控性更强，油转化率更高，装置材料寿命更 长，装置大型化更容易实现。秸秆热解制取的燃料油分成重油和轻油两种
16、，重油用于工业锅炉燃料；轻油既可以作燃料，又可以提取化学品，再提高附加值。并且研究开 发这种燃料油酯化再加工成生物柴油。秸秆热解会产生酸性草木灰，与化学肥料配伍性非常好，不像秸秆燃烧灰烬为碱性，无法与化学肥料混用。鉴于此，秸 秆热解草木灰与其它氮磷 钾常量元7素肥料配伍，生产复合肥，既利用秸秆灰丰富的、均衡的营养元素，又利用其多孔性和吸附性，起到保肥、保墒、保水、疏松土壤、增加土壤透气性的作用，使农作物增产增收。本技术已经建起一套年产 1 万吨燃料油工业化示范装置，各项技术指标达到了设计预期，运行情况良好。3.3 工艺流程将农作物秸秆粉碎，连续输送到干燥机干燥，脱去全部表面和结构水分，再连续进
17、入到循环流化床热解反应器裂解。高温热介质也连续进入反应器与秸秆粉混合传热，使秸秆粉迅速升温裂解成小分子气体，气体进入冷凝装置快速冷凝成液体，不凝的气体是可燃气，用于加热介质。从反 应器出来的介质与灰渣混合物经过分离，介质再循环到加热装置连续加热，加 热过的热介质再连续进入反应器。加热 装置的尾气预热送入秸秆粉干燥装置作为干燥热源。分离出的灰渣经过间接冷却送入肥料混合装置生产多元素肥料。工艺流程图见附图。4 项目建设方案4.1 秸秆消耗根据区域秸秆收购距离，单套装置生产规模不宜太大，适合一个县建设一套生产装置，单套装置年消耗秸秆 4.5 万吨，相当于一个县富余秸秆的 1/3。4.2 生物质燃料油
18、按 3 吨秸秆出商品燃料油 1 吨计算，年利用 4.5 万吨秸秆可以生产 1.5 万吨8燃料油。项目初期只做工业炉燃料油， 项目后期可以再加工生物柴油。4.3 多元长效生物复合肥装置年产草木灰量 0.8-0.9 万吨， 按 1 吨复合肥添加 20%灰渣计算，可生产4 万吨多元长效生物复合肥料。4.4 装置组成装置包括一条秸秆热解制油生产线和一条复合肥料生产线。4.5 项目建设条件4.5.1 项目占地秸秆收储具有季节性，需要大面积堆放储存场地，按储存 2 万吨秸秆用地计算，约需 30 亩地。秸秆储存场地可以使用临时用地解决。生产装置占地 20 亩。厂区总占地面积 50 亩。4.5.2 电力装置装
19、机总功率 800kw，工作负荷 560kw。4.5.3 给排水本项目用水主要是生产肥料用水和补充循环冷却水自然蒸发消耗，每天需水量约 15 吨左右。本项目不排放任何工业废水。4.5.4 环境保护本项目不排放工业废水、废渣和废气。95 投资估算年利用 4.5 万吨农作物秸秆，生产 1.5 万吨生物质燃料油和 4 万吨多元长效生物复合肥料，项目投资估算如下：序号工程或费用名称 估算价值（万元） 备注一 工程费 1975 1 设备 1350 2 安装（按设备 10%） 135 3 建构筑 270 4 公用工程 220 二 其它费用 880 1 土地使用费 6502 可研和环评 30 3 设计费 60 4 技术软件费 15 5 管理费 50 6 员工培训费 3 7 工程勘察费 10 8 设备运费 12 9 未列项 50
