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莊永林
（大慶市新能源行業(yè)協(xié)會、大慶市經(jīng)濟學會，黑龍江大慶163000）
摘要：堅持發(fā)展非化石能源與化石能源高效清潔利用并舉，逐步降低煤炭消費比重，提高天然氣消費比重，形成與我國國情相適應、科學合理的能源消費結構是國家能源發(fā)展戰(zhàn)略提出的目標。秸稈燃氣產(chǎn)業(yè)化，可以實現(xiàn)年產(chǎn)出19，200億Nm3可燃氣，減少二氧化碳排放15.15億噸/年，有效補充天然氣需求缺口。低溫熱解技術以其技術先進，產(chǎn)品質(zhì)量高，單位產(chǎn)量投資少，單臺設備產(chǎn)量大，生產(chǎn)成本低等技術經(jīng)濟的優(yōu)勢，使秸稈燃氣產(chǎn)業(yè)化成為可能。秸稈燃氣按照低于天然氣價格30%銷售，市場規(guī)模37，800億元/年，拉動經(jīng)濟收益和節(jié)約進口成本等所產(chǎn)生的經(jīng)濟價值在2萬億元以上。鑒于秸稈燃氣產(chǎn)業(yè)的政治、經(jīng)濟和社會意義，應該上升為國家戰(zhàn)略。
一、低溫熱解秸稈燃氣產(chǎn)業(yè)化的技術與經(jīng)濟優(yōu)勢
秸稈燃氣是指用植物秸稈，包括農(nóng)作物秸稈，果樹、綠化樹木剪枝，蒿草等所有植物廢棄物，采用工業(yè)方式制備燃氣（不同于沼氣），作為燃料使用。因其在加工的過程中去除了焦油、二氧化碳等污染組分，產(chǎn)出的燃氣為清潔氣體，比天然氣潔凈，屬于加工產(chǎn)品和清潔能源。
秸稈燃氣的生產(chǎn)技術目前有3種：發(fā)酵技術、裂解技術、熱解技術。發(fā)酵技術產(chǎn)出的為沼氣，問世時間最長。在沼氣生產(chǎn)方面投入資本保守估計萬億以上，其中包括企業(yè)投入，國家投入。參與者包括研究院所、學校、企業(yè)，沼氣制備燃氣技術成熟。但是，由于其不能連續(xù)生產(chǎn)（投料、發(fā)酵、清渣時間無法產(chǎn)氣），占用土地過大，產(chǎn)氣時間不足生產(chǎn)時間的1/15，產(chǎn)量太低，無法進行工業(yè)化生產(chǎn)，消化秸稈數(shù)量微乎其微。同時，受溫度制約（溫度低于35℃無法發(fā)酵），全國各地基本無法全年生產(chǎn)。裂解技術，單位產(chǎn)量投資大，秸稈轉化率低（燃氣成品率低），不經(jīng)濟。熱解技術采用控溫控氧的方式，對秸稈進行熱解處理，產(chǎn)出秸稈燃氣。熱解技術分為高溫熱解和低溫熱解兩種。高溫熱解技術采用熱解床對秸稈進行高溫熱解制氣，該技術熱解溫度高，要加入煤助燃，燃煤產(chǎn)生污染。同時，該技術采用高溫，使秸稈70%以上燒掉了，因此，秸稈轉化率很低。低溫熱解技術采用立式熱解爐對秸稈進行低溫熱解制氣，可以使秸稈轉化率達到1:2，是沼氣轉化率的4倍。
低溫熱解技術是目前最先進的秸稈制氣技術。一是秸稈轉化率高。低溫熱解技術因其低溫熱解，燃燒掉的秸稈不到30%，其余70%的秸稈熱解為燃氣，實現(xiàn)了秸稈高轉化率，達到了1:2，即1kg秸稈可以制備2Nm3燃氣。二是工藝流程縮短。低溫熱解技術4階段就完成了全部工序，而高溫熱解要7階段完成全部工序。工藝流程縮短的結果，實現(xiàn)了單位產(chǎn)量投資僅僅是高溫熱解的1/3。三是單臺裝置產(chǎn)量大。單臺熱解爐每小時產(chǎn)量3000Nm3，年產(chǎn)2760萬Nm3。這樣的大裝置產(chǎn)量是高溫熱解裝置無法達到的。四是全流程密閉化生產(chǎn)，零污染。生產(chǎn)過程全部密閉化、自動化，無任何開放性節(jié)點。制備過程將焦油等污染組分全部去除，所產(chǎn)秸稈燃氣組分包含甲烷（CH4）、一氧化碳（CO）、氫氣（H）。如果把沼氣定義為生物天然氣3.0版本，本技術就相當于5.0版本，相對沼氣技術提高了2個檔次。
低溫熱解技術研發(fā)與應用相對成熟。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，對于天然氣的需求逐年擴大，同時國內(nèi)天然氣產(chǎn)量遠遠跟不上天然氣需求的發(fā)展，研究證明：秸稈制氣是補充天然氣缺口的有效途徑。2006年，我們完成了實驗室研究和實證，為某國有農(nóng)場建設第一套生產(chǎn)裝置，所產(chǎn)秸稈燃氣供應分場居民采暖、燒飯等作為燃料使用，裝置規(guī)模30萬Nm3/年。裝置完全達到設計指標，質(zhì)量、產(chǎn)量滿足用戶需求。2008年，又建設了第二套裝置，裝置規(guī)模50萬Nm3/年。2009年，再次建設一套700萬Nm3/年裝置。
低溫熱解技術物料采用秸稈顆粒而非秸稈，其優(yōu)點在于運輸半徑擴大，可以達到500km，方便運輸，沒有超高超寬的運輸條件制約。同時，工廠倉儲壓力減輕，顆粒含水指標穩(wěn)定均衡。秸稈在收割時，收割機已經(jīng)將秸稈粉碎，由專業(yè)的打包機打包。打包后的秸稈運輸至田間地頭或者村屯做壓縮造粒，制成秸稈顆粒待經(jīng)紀人收購。秸稈打包機、秸稈造粒機制造企業(yè)眾多，價格低廉，政府都給予70%的購買補貼，農(nóng)民購買積極性很高。制氣企業(yè)采用經(jīng)紀人收購秸稈顆粒模式，按照需求及供應彈性培訓3倍數(shù)量的經(jīng)紀人，預留2/3的經(jīng)紀人在蓄水池，采用黑名單制保證原料的質(zhì)量、數(shù)量、價格的穩(wěn)定。運輸車輛由經(jīng)紀人自備，工廠只需要按照供應彈性按量收購，日常儲備1周的物料作為極端條件下生產(chǎn)保證。
全國12億噸的秸稈和樹木剪枝，是難得巨大能源資源，也是巨大的環(huán)境危機。制備燃氣，相當于獲得了國產(chǎn)天然氣2.2倍的清潔能源，而單純進行野外焚燒帶來的污染則會造成巨大的環(huán)境危機。國家已經(jīng)嚴令禁止秸稈焚燒，目的就在于推廣新技術，保護環(huán)境。即便如此，還是有人思想認識跟不上，恣意妄為，全國每年都有因為露天焚燒秸稈而受到行政和經(jīng)濟處罰的案例。農(nóng)民和各級政府干部，為尋找秸稈消化途徑殫精竭慮。制備秸稈燃氣在技術、經(jīng)濟上的可行性，為秸稈消化提供了良機，彰顯了秸稈燃氣產(chǎn)業(yè)化的技術與經(jīng)濟優(yōu)勢。
二、秸稈燃氣的應用途徑
秸稈燃氣是以秸稈顆粒為原料加工制備的燃氣，不是沼氣，屬于生物天然氣。秸稈燃氣的組分包括甲烷（CH4）、一氧化碳（CO）、氫氣（H）。熱值1400大卡左右。由于秸稈燃氣是加工品，比天然氣潔凈，因此，天然氣應用的領域秸稈燃氣都可以覆蓋。就目前國家能源結構的實際情況，主要應用途徑是以下幾個方向：
1.淘汰關停燃煤發(fā)電廠，實行煤改氣。2018年，國務院國發(fā)〔2018〕22號《打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動計劃》，要求“制定專項方案，大力淘汰關停環(huán)保、能耗、安全等不達標的30萬千瓦以下燃煤機組。”這些不達標燃煤發(fā)電機組的關停，將造成數(shù)千億元的資產(chǎn)滅失，數(shù)百萬的發(fā)電企業(yè)員工下崗轉崗。如果利用秸稈燃氣對這些機組進行煤改氣改造，只需要對燃燒室進行改造，改造費用很低。
2.城市燃氣。包括城市居民采暖鍋爐燃氣、其他工業(yè)制熱燃氣、商業(yè)服務業(yè)燃氣和居民燃氣。以一座中等規(guī)模的縣城為例，建設一個年產(chǎn)3億Nm3秸稈燃氣的工廠，消化秸稈15萬噸，就可以基本滿足縣城全部工業(yè)、商業(yè)服務業(yè)和居民燃氣的需求。
3.壓縮、液化秸稈燃氣。秸稈燃氣可以采用母站壓縮和冷凍液化的方式，縮小體積采用撬車和罐車的方式運輸至遠距離的用戶，滿足清潔燃料的需求。
秸稈燃氣的生產(chǎn)工廠建設采用“門對門”方式，在發(fā)電廠、城市附近建設生產(chǎn)工廠，無需長途管道運輸，降低了運輸成本。同時，分散建設秸稈燃氣加工廠也降低了秸稈顆粒供應的運輸成本。
4.利用制氣余熱建設高標準農(nóng)田。采用大棚方式，以工廠余熱采暖，棚內(nèi)溫度全年12個月均保證25度以上，以產(chǎn)氣凈化工序出來的水與有機肥混合液滴灌植物。棚內(nèi)種植芒果、菠蘿、小米芭蕉、火龍果等熱帶水果，供游客觀賞、采摘，做到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和旅游觀光兩不誤。此外，利用制氣時產(chǎn)生的草木灰，每年可制造7500噸的高檔有機復合肥，有效提高全國高標準肥料的供給、使用。
三、秸稈燃氣產(chǎn)業(yè)化可有效保護環(huán)境
按照焚燒1噸薪柴排放二氧化碳1467-1833（kg)計算，年消化秸稈12億噸，就可以減少二氧化碳排放15.15億噸。這對于保衛(wèi)藍天，保護環(huán)境意義十分重大。
國務院《打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動計劃》要求：到2020年，二氧化硫、氮氧化物排放總量分別比2015年下降15%以上；PM2.5未達標地級及以上城市濃度比2015年下降18%以上，地級及以上城市空氣質(zhì)量優(yōu)良天數(shù)比率達到80%，重度及以上污染天數(shù)比率比2015年下降25%以上。秸稈露天焚燒已經(jīng)成為重要的環(huán)境污染源。秸稈制備沼氣以及其他綜合利用技術消化一些秸稈，數(shù)量微乎其微。低溫熱解技術因其大規(guī)模、低成本、無污染的先進性，可以實現(xiàn)秸稈的有效利用。建設一個30億Nm3/年的制氣工廠，就可以把一個產(chǎn)糧大縣的150萬噸/年秸稈100%消化掉，這就從根本上解決了秸稈露天焚燒的污染源。
四、秸稈燃氣產(chǎn)業(yè)化經(jīng)濟效益顯著
秸稈燃氣產(chǎn)業(yè)化是一個巨大的市場，蘊藏巨大的商機。可以使12億噸的污染源變?yōu)樨敻唬梢允菇斩捜細猱a(chǎn)業(yè)拉動機械制造、服務、秸稈造粒等相關產(chǎn)業(yè)的財富增加。同時，秸稈燃氣對于天然氣供應不足是有益補充，可以減少對于國外資源的依賴。一個新產(chǎn)業(yè)的誕生，可以增加數(shù)百萬的就業(yè)機會，增加社會福祉。
1.全國年產(chǎn)秸稈和樹木剪枝等植物資源12億噸，采用低溫熱解技術可以制備秸稈燃氣19，200億Nm3，銷售價格以低于天然氣30%計算，年銷售收入3.78萬億元。
2.余熱利用，有機肥銷售大約0.3萬億元以上。
3.以秸稈燃氣替代淘汰關停發(fā)電廠燃煤，使這些發(fā)電廠得以存續(xù)，避免其資產(chǎn)滅失，數(shù)額也當在數(shù)千億元。
4.秸稈燃氣補充上來，減少對于進口天然氣的依賴，利于國內(nèi)經(jīng)濟發(fā)展。
5.秸稈燃氣產(chǎn)業(yè)化可以拉動機械制造、運輸、秸稈造粒等相關產(chǎn)業(yè)2萬億元的投入，這個投入所產(chǎn)生的就業(yè)機會、GDP增量、稅收增加是巨大的。
五、秸稈燃氣產(chǎn)業(yè)化應該上升為國家戰(zhàn)略
秸稈燃氣年產(chǎn)19，200億Nm3，4萬億元的市場規(guī)模，應該上升為國家戰(zhàn)略。
1.有利于國家能源安全。2030年，天然氣需求5000億Nm3，其中2500億Nm3需要國外進口。一旦發(fā)生戰(zhàn)爭、制裁、災害等極端情況，給國民經(jīng)濟帶來的傷害和損失將是巨大的。所以用秸稈燃氣替代進口天然氣十分必要。
2.有利于能源結構的調(diào)整。按照熱值計算秸稈燃氣相當于3360億Nm3的天然氣，可以使天然氣在能源結構占比提高17%，對于優(yōu)化能源結構具有重要意義。
3.資源是可再生、產(chǎn)量是均衡有保證的。植物秸稈年年有，產(chǎn)量是均衡、穩(wěn)定的，為秸稈燃氣產(chǎn)業(yè)化提供了堅實的基礎。同時，秸稈燃氣在產(chǎn)品質(zhì)量、價格上具有競爭優(yōu)勢。
4.新興產(chǎn)業(yè)拉動經(jīng)濟發(fā)展。秸稈燃氣是價值巨大的新興產(chǎn)業(yè)，這個產(chǎn)業(yè)無需投入勘探開發(fā)成本，無需建設長輸管道、無需建設LNG接卸港口倉庫，這會節(jié)約數(shù)千億元的建設投資。同時，是把廢棄的污染物利用起來造就了這樣一個新興產(chǎn)業(yè)。
5.上升為國家戰(zhàn)略可以調(diào)動各方面的積極性加快產(chǎn)業(yè)發(fā)展。可以調(diào)動企業(yè)、銀行、金融市場投資的積極性，可以調(diào)動能源企業(yè)的建設積極性，可以調(diào)動地方政府參與的積極性，進而實現(xiàn)秸稈燃氣產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。 |
