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秸秆干鲜用分析

发布时间:2014-11-03 14:30:44 浏览次数:1678


玉米秸秆的干用、榨用及青贮鲜用的分析


 


   在玉米秸秆的利用上,存在着秸秆的干态利用或将玉米鲜秸秆或甜高粱秸秆榨汁利用的方法;以及将玉米鲜秸秆青贮再利用的方法。通过秸秆的转化利用,获得经济 利益,谋得到经济社会的认可,是从事这类工作的最终目标。如何得到经济社会的认可,首先要研究玉米秸秆的采后植物学生理特征的内因,方可得出正确的外因利 用方式。如果忽视植物采后生理学特性,以及适合其植物采后生理学特性的收集系统的设计,将导致秸秆利用项目的失败。


1、玉米秸秆的采后植物学特征


    植物学告诉我们:玉米秸秆离开植株后,还是一个活体,每一个切口都将造成玉米秸秆剧烈的有氧呼吸,而有氧呼吸的结果将导致发热,其发热的底物质将是碳水化 合物。?#23548;?#21578;诉我们,将无序粉碎的新鲜玉米秸秆堆放在一起,其发热、腐败是快速的,因此采用系列工业化集装青贮设备中的数控切割设备,实现在田间精准、高 效的有序分段,将玉米秸秆分割成40mm的规则段,减少秸秆切口数量,可明显降低植物以消耗底物质为代价的呼吸商,保护其发酵糖的最大值。


   植物学告诉我们:玉米秸秆离开植株后,还是一个活体。随着离开植株后时间的延长,在大气、紫外线、雨水浸渍、风干、氧化的作用下,其碳水化合物及固定碳的含量会剧烈?#21040;猓?#26368;终反映到得率的降低。


    植物学又告诉我们:适时采收,将得到玉米产量的最大值。过早、过晚收获都将造成玉米的减产。?#22791;?#37096;四片叶发黄,其余青绿时收获,其玉米的粮产量、玉米的秸 秆产量、玉米秸秆中碳水化合物含量最高。目前在我国东北地区在玉米秸秆枯黄后收获,是?#29616;?#24433;响其玉米产量及秸秆质量的,是人们缺少先进收获方法时的一种无 奈之举,并非符合植物学原理。


    从鲜秸秆到干秸秆,可发酵糖减少70—90%,减少有两种途径:①鲜秸秆从砍割到失去生理活性时的有氧呼吸;②鲜秸秆大量失水后,可发酵物?#35270;?#31354;气中的氧 气直接接触被氧化。这两种途径交互叠加造成可发酵糖大量损失,使玉米鲜秸秆变成干枯的纤维化原料,从而失去工业生产价值。


    ?#25910;?#22312;收割前,为避免叶片蒸发影响其出汁率,均将叶片去除;而玉米秸秆及甜高粱秸秆通常采用的是带叶收获,其巨大的叶表面蒸发面积,将使玉米秸秆及甜高粱 秸秆迅速失水萎蔫。因此不同的采后时间,决定了不同的容重。鲜秸秆采后第1小时密度为0.925;第4小时为0.6;………第72小时为0.28;采后30日为0.05;采后60日为0.045,60日之后趋于平稳。秸秆从鲜到干的过程,玉米秸秆失重达95%。因此青鲜玉米秸秆秸秆的密度是以采后小时密度为基准,衡量工业行为的得率。


    在自然条件条件下,若刚收割1小时内的1吨鲜秸秆,到了干态秸秆使用?#20445;?#23601;变成了50公斤左右,价格从鲜秸秆的50元(最高)/吨升到干秸秆的400元 (左右)/吨,且体积庞大,每吨体积为22立方米左右,每立方米容重为45公斤左右。以上密度的实测条件是秸秆切段长度为40毫米?#20445;?#22312;自然堆落状态下测 定。


    饲草学告诉我们:植物采后72小时内的萎蔫过程为物理性蒸发失水,这个过程主要损失的是植物内的游离水与细胞水;72小时以后为生物学?#21040;?#36807;程,这个过程主要损失的是植物内以碳水化合物为主的各类营养物质。


       玉米成熟后(去玉米棒?#20445;?#40092;秸秆成分表


水份

纤维素

淀粉

可发酵糖

蛋白质

灰份及其他

25—40%

20—30%

3—8%

8—12%

5-10%

4-7%

 

    由此可以看出玉米成熟后其鲜秸秆中还含有大量的可发酵糖,但是玉米鲜秸秆砍割后自然干燥或长在地里?#40092;?#39118;干后,其可发酵糖就会大量损失。100kg鲜秸秆干燥后只得20-25kg干秸秆,这种干秸秆的化学成份如表。玉米干秸秆化学成份表


水份

纤维素

淀粉

可发酵糖

蛋白质

灰份及其他

8—15%

50—60%

5—10%

1—3%

2-5%

8-17%


2、玉米秸秆的干态利用


   目前玉米秸秆的干态利用主要利用在秸秆直燃发电、纤维素乙醇、秸秆压型燃料、秸秆低聚木糖等领域。


    一个年消耗20万吨秸秆直燃发电项目,若按鲜秸秆折算,为年消耗200万吨鲜秸秆。目前,公认鲜秸秆1000米可视?#27573;?#20869;,田间交货价为25-50元/吨,若按干秸秆折算,则为250-500元/吨。场内交货价依距离另计。目前干秸秆发电得率为2公斤干秸秆发1度电;折合每度电消耗鲜秸秆20公斤,这其 中还未计由于干燥秸秆的脆落风飘损失。


    采用干秸秆转换纤维素乙醇得率为6公斤干秸秆产1公斤燃料乙醇,折合每公斤燃料乙醇耗鲜秸秆60公斤。


3、玉米秸秆及甜高粱的榨汁利用


    玉米秸秆及甜高粱的榨汁利用属秸秆鲜态利用?#27573;В?#20165;是人们从?#25910;?#27048;汁而引发的一种联想。但由于玉米秸秆及甜高粱与?#25910;?#30340;植物学差异过大,使之其实施难度较大,导致基本不存在工业化应用的可能。


  ?#25910;?#30340;叶片是从其节结处直接生出。由于没有叶鞘的保护而非常容易脱落,在?#25910;?#25910;获前稍加刮?#20934;?#21487;脱落。而玉米秸秆及甜高粱的叶片由节结处生长出的与茎秆缠 绕的叶鞘末端生长,因而与玉米茎秆结合比较坚固,很难摘掉。很?#24310;?#20154;工逐根将每亩4000株秸秆在短时间完成摘叶收获。


    玉米秸秆及甜高粱秸秆由于其高效光?#31995;?#20316;用,枝繁叶茂,其叶片表面积是?#25910;?#21494;片的2.65倍,才使其具有优良的产量。正因为这较大的用于光合作用的叶片, 在采后则变为巨大的蒸发器官。若除叶时间超过4小?#20445;?#20854;汁液将通过与茎秆的相连的巨大叶片将汁液蒸发殆尽,其蒸发量为42%。


    ?#25910;?#27048;汁在砍收前,都要将所有叶片清除干净,以免叶片被汁液涂敷而影响出汁。?#25910;?#22312;无叶状态下,各个?#25910;?#31958;厂为保证榨汁的量与?#31034;?#35268;定:不榨不砍;砍?#21496;?#35201;在48小时内入榨机。若不将其叶鞘、叶片清除干净,则将?#29616;?#24433;响其出汁甚至不出汁。


    试验表明若全株秸秆不经处理直接进入榨汁机,则其全部汁液被叶鞘及大面积的叶片浸润吸收,无汁液排出。若采用二次加水冲洗再榨,则会引起汁液浓?#35748;?#38477;,增 加萃取功耗及人工成本。如果将采后4小时后的秸秆带叶进入榨汁机,由于采后叶面蒸发及汁液涂敷损失将不再会有汁液产出。目前鲜玉米秸秆榨汁及甜高粱榨汁只 是在理论上提出用于燃料乙醇行业的假设。


4、玉米鲜秸秆青贮再利用的方法


    在系列工?#24213;?#22791;保障下完成工业化青贮的标志是:将采后4小时内将万吨级以上玉米秸秆在田间完成采集、切段、压缩降氧,高密度集装回厂。明显的区别于小农业、小农机、小物流、以人工操作为主的低效率小规模秸秆利用项目。


    农业青贮主要应用于千吨级以下玉米秸秆青贮,简称农业青贮。农业青贮的主要用途是养殖业,目前主要用于以农户为生产力单元的不计劳动成本的养殖户。用工业 设计理念审视农作物秸秆的利用转化全过程,结合项目所在地的农业主体-农民的经济形态、心理形态,该由农民做的,农民又能做的,就由农民去做。秋玉米收获 ?#20445;?#33509;要有助于农民收玉米、?#20013;?#40614;、少出力有收入的事,农民则愿意与之合作。若要进行有碍于农民收玉米、?#20013;?#40614;、多出力无收入还要花钱的事,农民则反对与 之合作。


    秸秆在田间时属低值物料,经不起过多结算单元的折腾。在秸秆收集问题上,很多专家都非常?#19981;?#25630;社会合作,例如采用:秸秆收集人-秸秆加工人-秸秆出场运输 人-用户。这种特别低值的秸秆是经不起多人的“手摸?#20445;?#36825;其中每个单元之间的交易都要有利润,若将这几个单元利润加起来,则将提高成本,降低收集加工效 率。


    目前尽管有很多大投资、大企业、大规模利用干秸秆的项目报道,但秋收季节还未曾可见农田里发生有组织的工?#24213;?#22791;及工业行为。目前的秸秆利用企?#23548;?#36824;坚信三 鹿、蒙牛、伊利由农民送来含三聚氰?#33539;?#22902;的“公司加农户”加“经济人”模式,热衷于搞社会主义大协作,指望广大农民?#36824;?#33258;己的收粮与?#33268;螅?#26790;想如解放?#31224;?支前那样将秸秆踊跃上缴的场面在和平年代重演。有些年需干秸秆20万吨秸秆利用企业,采用经济人加?#23637;?#28857;模式,指望那?#29976;?#20010;经济人,用落后的小农业方式, 在20多天的时间完成200万吨的鲜秸秆收集与加工,似乎有点过于理论化了。


    例如秸秆还田;出于要解决因秸秆焚烧引起的环境污染,有关部门便通过御用专家提出秸秆还田的?#22902;?#26041;案。最近当农民通过科普学习刚刚明白肥?#40092;?#30001;氮?#20934;?#32452;成 而非有碳,而秸秆的碳氮比为100:1碳多氮少,由于碳是不能为农作物作为肥料为植物吸收,不能做为肥?#40092;?#29992;?#20445;?#32780;且秸秆还田还容易造成病虫害遗传?#20445;?#20892; 民就更不愿意掏钱搞秸秆还田,失去对提出秸秆还田的政府及御用专家的信任。我们再不能以失去科学、诚信为代价继续欺骗农民。


    在田间当农民能看到你的钱,而你又能看到农民的秸秆?#20445;?#21017;农民意愿将秸秆送到离田边不远的工业化全自动青贮机边换钱。经过工业化全自动青贮机的处理,秸秆 的密度为625公斤/立方,1个单元3吨重,一辆6米车可装4个青贮单元载重12吨,高密度运回场,可明显降低运输及装卸费用,实现快节奏、高效率、?#32479;?本的秸秆工业化转化的目标。


    大量的研究资料与实验表明:每公斤干态秸秆与青贮鲜秸秆的天然气转化得率基本一致。均为3公斤玉米秸秆转换1立方米符合国标热值的生物质天然气。


    生物质天然气的原理是通过超音速汽爆为乙酸的分解创造条件,供甲烷菌进行消化,进而代谢为甲烷。没有先进的超音速汽爆预处理设备,则不能完成高得率、高产率的生物质天然气工业化生产。


    由于甲烷菌及乙酸是大自然长期进化而成的产物,只有厌氧的习性,而无污染的风险。例如吃剩的饭菜,不用添加任何“菌种”“生物酶?#20445;?#22312;35摄氏度的条件下48小时即可完全酸败,经酸败过的滤液,可在无氧的环境中转化为甲烷。目前地藏天然气就是由远古的植物在地下无氧条件下生成。因此生物质天然气项目全过程 无需添加任何“菌种”“生物酶”。


    生物质天然气项目无需任何生物制品的参与,目前已实现全数字化控制。全系统可方便的由计算机进行互联网自动控制与检测,实现只要有互联网的地方,就可以随 时进行系统数据采集与控制,犹如制造“芭比娃娃”一样方便简单,实现了少人化的傻瓜操作,可大幅提高系统操作的精准性及有效的降低了操作成本。


   压缩天然气(CNG)罐装技术或称罐装甲烷技术,?#20004;?#24050;走过了百年历程,早?#30740;?#25104;了完整的技术体系、专业化工艺制造体系、商业销售体系、运输体系、管理体系、ISO/TC193、ISO15403:2000国?#26102;?#20934;化体系、GB17820、GB/T18603、GB18047-2000国家标准化体系。全世界的人们通过百年的研究与?#23548;?#21518;认为:,?#29615;?#26159;远古生成的天然气甲烷,还是今天用厌氧方式生成的沼气甲烷;只有将天然气甲烷或国人俗称的沼气甲烷压缩到20 Mpa?#20445;?#20854;罐装成本最低、压缩成本最低、使用成本最低、商业成本最低,运输成本最低、安全性最高。


    我国《车用压缩天然气质量标准(GB18047-2000)?#20998;兄还?#23450;汽车用压缩天然气高位热值:≥31.4 MJ/立方米(7500 kcal/立方米)及有害气体、水露点指标,对甲烷含量不做规定。


    车用压缩天然气的商品压力为20Mpa,生物质天然气未采用地藏天然气高成本的二氧化碳分离技术,而是利用其20Mpa的商业属性,顺利的以最的成本将二氧化碳液化提纯。因此生物质天然气仅将二氧化碳脱除降低至4﹪以下,其热值质量便可高于国家标准。


5、玉米秸秆的干用、榨用及青贮鲜用的对比


(1)秸秆直燃发电


    秸秆直燃发电折算消耗鲜秸秆为20公斤发1度电。按0.75元/度?#23637;?#30005;价,按2公斤干秸秆发1度电计算,每公斤鲜秸秆产值为:0.0375元。若每吨鲜秸秆出地价超过37.5元?#20445;?#20854;毛利为零,秸秆转化项目中经济指标最差。


(2)秸秆纤维素乙醇


    秸秆纤维素乙醇约为6公斤干态秸秆产1公斤燃料乙醇,折合60公斤鲜秸秆产1公斤燃料乙醇。按8000元/吨燃料乙醇折算鲜秸秆计算,每公斤鲜秸秆产值为0.13元。若每吨鲜秸秆出地价50元?#20445;?#20854;每公斤鲜秸秆毛利为0.08元。


   如果秸秆纤维素乙醇改为用发酵糖高的青贮鲜秸秆,则每公斤鲜秸秆毛利将提升为1.28元,若不计蒸馏成本、纤维素酶的成本,其每公斤鲜秸秆毛利将超过生物质天然气。


(3)生物质热解液化(生物油)


    秸秆生物油约为2公斤干态秸秆产1公斤生物油。折合20公斤鲜秸秆产1公斤生物油,按1000元/吨生物油折算鲜秸秆计算,每公斤鲜秸秆产值为0.0 5元。若每吨鲜秸秆出地价50元?#20445;?#20854;每公斤鲜秸秆毛利为零,秸秆转化项目中与秸秆直燃发电一样经济指标最差。


(4)生物质天然气


    大量的研究资料与?#23548;?#34920;明:每公斤干态秸秆与青贮鲜秸秆的天然气转化得率基本一致。均为3公斤玉米秸秆转换1立方米符合国标热值的生物质天然气。按CNG压缩天然气3.85元/立方米(河?#29616;?#24030;)计算,每公斤鲜秸秆产值为1.28元。若每吨鲜秸秆出地价50元?#20445;?#20854;每公斤鲜秸秆毛利1.23元。


(5)秸秆压型燃料


   秸秆压型燃?#31995;?#20215;格与煤价及环保成本挂?#22330;?#24403;目前煤价1500元/吨左右?#20445;?#31224;秆压型燃料为700元/吨左右。折合10公斤鲜秸秆产1公斤秸秆压型燃料。 每公斤鲜秸秆产值为0.02元。实验表明:4.5公斤青贮鲜秸秆经48小时自然晒干后为1公斤。如果将青贮鲜秸秆用于秸秆压型燃料,则每公斤鲜秸秆产值为0.1元,等于节约了一半的原料。由于秸秆压型燃料生产的产业链条极短,生产成本?#31995;停?#22240;此其经济性、易推广性较好适于小规模分散式经营,实现玉米秸秆青 收、青贮、干用的模式。


    煤价的上涨是快速的,而鲜秸秆的价格从2000年?#20004;?#27809;有多大的变化,每吨鲜秸秆价格均在20-30元/吨,因此秸秆压型燃?#31995;?#24066;场空间较大,其产业优势显而易见。


(6)秸秆不同利用方式的对比


    秸秆不同的利用方式对比,体现在人们通过秸秆的转换,将得到多大程度经济社会认可。人们通过对秸秆的转换,得到每公斤秸秆产生多大的增值,这是评判秸秆不同利用方式优劣的唯一标准。


    在经济社会里科学研究、项目小试、项目中试项目的亏损及失败在所难免,社会将予以宽容。如果在规模立项的工业生产中长期亏损,不能实现其在可研报告中的?#38590;裕?#38271;期?#35272;的?#31246;人的?#22266;?#21017;将失去经济社会的宽容。


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