新疆油田瓜尔胶产业链发展

发布日期:2015-03-02 14:22:16
新疆油田瓜尔胶产业链发展和瓜尔豆
新疆油田瓜尔胶产业链发展,在美国,价值达数十亿美元的页岩能源工业与印度瓜尔豆的种植息息相关。美国从事页岩油气开 采的公司已对瓜尔豆胶形成了庞大的需求,瓜尔豆 胶是从油页岩中开采油气的水力压裂法需要使用的 主要原料之一。水力压裂法被称作能够改变能源地 缘政治的科技,能够增加北美本地的天然气供应, 这一地区将很快从天然气净进口地区转变为天然气 主要出口地区。这一技术使瓜尔豆成为一种珍贵的 商品,能源行业的战略物资,被印度农民称为“黑 金”。
随着美国页岩气水力压裂开发技术革命的成 功,石油行业对于瓜尔胶的需求量出现了爆发式的 增长,2012年美国使用总量达到46万t,采购总 量达到57万t。中国国内瓜尔胶每年用量8万t左 右,全部依赖进口,其中石油行业用量占一半左右。 随着中国国土资源部2012年10个页岩气勘探区块 公开招标,标志着我国页岩气资源开发的正式启动, 国内市场对瓜尔胶的需求量也会迅速上升。在这个 大背景推动下,瓜尔胶价格从2011年的1万元/t开 始启动,到2012年6月到达最高点,当时中石油集 团公司瓜尔胶招标价最高为15.8万#^因此, 2012年12月中石油集团公司特别将瓜尔豆胚乳片列 为统一采购进口的重要物资。瓜尔豆及其制品胚乳 片、胶粉如图1所示。
瓜尔豆原产地和分布区大部分属于热带沙漠气 候。印度主要集中在沿着坦尔沙漠周围的拉贾斯坦 邦、古吉拉特邦、哈里亚纳邦等地进行种植,这个 地区年平均气温25 ~ 28^,年降水量600 ~ 700mm,已形成了印度的瓜尔豆栽培中心。巴基斯 坦主要集中在年平均气温24 ~26t:,年降水量200 〜30〇mm的旁遮普省、信德省地区进行大面积的 瓜尔豆栽培[1]。上述地区气候特点恰好能满足瓜
尔豆的生长需要[2],是目前世界上最好的瓜尔豆 产地,也是最大的产地,全球95%瓜尔豆产量来 源于这一'地区。美国主要分布在西部的得克萨斯 州、俄克拉荷马州的干热地带种植,年平均气温在 20 ~23^,年降水量100 ~900mm。瓜尔豆最初种 植主要作为蔬菜食用,逐步发展为词料和绿肥作 物,自二次世界大战以来,印度和巴基斯坦才发展 为种子生产,作为工业用胶原料供出口需要,印度 和巴基斯坦种子年产量达200万t以上,由各个胶 业公司加工成胶片和胶粉出口,年出口量约50万 t。美国是最大的用胶国家,其次为中国、欧洲、 日本等国家和地区。 
 
我国于20世纪70年代末,在南方的湖北、云 南、广东等省引种瓜尔豆,但由于这些地区气候特 征属于潮湿热带、亚热带气候,这与原产地干热气 候差异很大,种植没有获得经济产量,加之这些地 区种植成本高,政府和农民没有种植的积极性,因 此没有得到大面积的推广种植。2001年2月28 日,北京矿冶研究总院与新疆油田合作,双方共同 出资成立经营瓜尔豆及其相关产品的专业公司克拉 玛依市金豆科贸有限公司;同时建成了克拉玛依市 希望高新技术开发公司瓜尔胶厂,年产瓜尔胶 3000t。由金豆公司全面负责运行管理,采用公司 +基地+农户的订单农业运行机制。在种植期间各 地都是由当地的农业主管部门牵头,农业技术推广 部门进行种植的布点,技术措施的制定以及各生育 期的技术督导,使瓜尔豆种植得到了顺利进行。金 豆公司按合同要求保证瓜尔豆的收购,并在资金上 给予种植地区扶持,产前赊销种子、化肥、农膜等 农资,最终形成种植、加工、销售一条龙经营。
1种植
新疆地处亚欧腹地,远离海洋,四周环山,湿 润气流不易进入,干早少雨的温带大陆性气候是新 疆气候的基本属性。其突出的特点是:积温较多, 在农作物的生长期,除北疆北部的部分地区温度略 低外,其他地区的日平均气温都大于10T,高于 国内同纬度的地区,绝大部分地区的年积温都大于 3000^,其中塔里木盆地和吐鲁番盆地年积温分 别4000尤和500(n:,这就为农作物的生长发育提 供了可靠而充足的热量。无霜期短,南疆多为200 天左右,北疆在160天上下,略短于同纬度的华北 地区,但因这期间日照长,积温多,不仅适应粮、 棉、油等作物生长的需要,而且促成了新疆农作物 品质好的特点。日温差大,非常有利于光合物质的 积累,这也是新疆农产品质量好、瓜果甜的重要因 素。气温夏高冬低春升快,春季升温快有益于早春 作物的播种,作物生长月份平均气温较高,有利于 喜温作物的生长发育。
这些有利条件都有利于瓜尔豆的生长,从 1997年开始,瓜尔豆先后在北疆的克拉玛依、福 海、额敏、乌苏、昌吉、石河子等地,南疆的和 田、泽普、莎车、库车等地进行了试种,到2〇〇4 年累积种植面积达到10000余亩。瓜尔豆大田平均 亩产在120 ~ 150kg,胚乳含量为37% ~ 39%,半 乳甘露聚糖含量为78% ~ 80%。
1.1品种选育
瓜尔豆在新疆的种植过程中,选育出5个品种, 以不分枝、自封顶、结荚多的品种作为主栽品种。
1.2播种技术
这一阶段工作包括播前选地、播前整地、播前 灌溉、播前封闭除草等几项工作。重点是:①合理 密植。要求每亩保苗2. 5万株左右,株距6 ~ 8cm, 穴距12cm,每穴留苗2株,播深2 ~ 3cm。②保 苗。瓜尔豆出苗时对土壤的温度、湿度要求非常严 格,种子发芽时要求5cm的地温必须稳定在20丈 以上,种子吸水量相当于自身重量的5 ~8倍,达 到上述条件瓜尔豆种子才能正常发芽出土。新疆油田瓜尔胶产业链发展,如果铺 地膜种植必须整地前浇足底墒水;如果不铺地膜种 植可以采用先播种后浇水的办法,水量要小,不能 拉沟,待地表稍干,用小四轮拖带钉齿耙松表土, 破除板结,采取干播湿出的方法。
1.3生长前期
这一阶段工作包括及时解放苗、复土、补苗、 间定苗、中耕除草、防治虫害等。重点是:保证苗 全、苗匀、苗壮;疏松土壤促进发根壮苗,早分 枝,早开花,多开花;防蚜虫,用氧化乐果、久效 磷600 ~ 700倍液进行防治2次。
1.4生长中期
这一阶段的工作包括中耕松土、追肥与灌溉、 叶面追肥、病害防治等。重点是:①追肥与灌溉。 在瓜尔豆第一次浇水前进行机械追肥,一般每亩追 肥尿素8〜10kg,紧接着进行开沟、打埂子准备浇 水,埂子距离一般25〜30m,便于浇水。第一次浇 水时间在瓜尔豆开花8 ~ 10天,土壤含水量低于 65%时,应及时进行浇水。第二次浇水一般在第一 水后15天左右进行,此间气温高,蒸发量大,水 量可大些,但应注意瓜尔豆怕淹,田间不准积水, 如有积水,必须及时排掉。②病害防治。瓜尔豆易 发生病害,主要病害有立枯病(根腐病)、枯萎病 和细菌病等,及时进行防治是瓜尔豆增产的关键。 瓜尔豆的病害一般发生在中后期,要提前防治,不 要等到病害发生后再采取防治。采用70%的甲基 托布津,用量为60 ~80g/亩;50%多菌灵,用量 为50~70g/亩;农用链毒素,用量为20~25g/亩, 三者混合使用对枯萎病、叶斑病防效较好。每7~ 10天喷药一次,连续防治2 ~3次。防治病毒病除 进行种子处理以外,更重要的是消灭田间一些传毒 昆虫,如叶蝉、蚜虫等。
1.5生长后期
这一阶段的工作包括拔草、浇增重水、喷叶 肥、打顶等。重点是:①浇增重水。鼓粒期豆粒增 大,需水量大,当土壤含水量低于田间最大持水量 70% ~75%时,必须及时浇水,整个生育期需浇水 3 ~4次。②打顶尖。瓜尔豆是无限花序,为了使 其成熟一致,可在9月初人工打顶尖或用缩节铵、 矮壮素控制生长,采用后者为最好。
1.6收获技术
这一阶段的工作包括人工收割、脱粒、扬净 等。重点是:①收割。瓜尔豆有结荚部位低和容易 掉荚的缺点,给收获带来一定困难,加之当年没有 专用收割机械,所以瓜尔豆的收割还主要靠人工完 成。②最佳收割期。应在瓜尔豆角荚90%以上干 黄,上部角果己经鼓粒饱满,荚皮黄绿时,抓紧在 每天早晨11点以前的有利时间或在阴天、雨天后 进行人工抢收,这样可以减少掉荚和浪费。③脱 粒。将收割的瓜尔豆拉运到场上或堆放在地里3~ 5天,让其上部角果完成后熟后,摊开晒干,用康 拜因在田间行走脱粒,之后扬净人仓。瓜尔豆种植 各个阶段的情况如图2。 
 
2胶片加工
首先对原料瓜尔豆进行清选,除去里面的草 棍、石子、铁器等。然后破开瓜尔豆,使带皮的胚 乳片与胚芽脱离,然后将粒径小的胚芽筛分出去。 对带皮的胚乳片进行加热,利用胚乳片韧性好,而 豆皮性脆易碎的特点,进行锤击使豆皮破碎,再通 过风选分离,最后得到纯净胚乳片。下面主要针对 重点工序进行说明。
2.1清选
瓜尔豆要经过筛选,去除尘土、石块、沙砾、 金属屑、谷壳和破碎的种子。清选工序由斗式提升 机和多功能清选机组成。斗式提升机是一种最常用 的垂直提升设备,适合向上输送瓜尔豆。斗式提升 机结构简单,占地面积小,动力消耗低,输送能力 大。主要设备参数如下:整机尺寸长x宽x高为 760mm x 260mm x 6090 mm,斗距 100mm,电机功 率3kW,提升量2500kg/h瓜尔豆。
多功能精选机集风选、筛选等功能为一体,该 机的风选功能主要是靠立式空气筛来完成,它根据 种子的空气动力学特性,按照种子和杂质临界速度 的不同通过调整气流的速度,实现分离的目的, 较轻的杂质被吸人沉降室集中排出,较好的种子通 过空气筛后进人振动筛。振动筛有上下两层筛,设 有三种出口,可以分别将大杂、小杂和获选种子排 出。•振动筛的分选原理是按照种子的几何尺寸特性确 定的,种子的种类和品种不同,各尺寸也有所不同, 选择不同规格的筛片,新疆油田瓜尔胶产业链发展,就能满足分选的要求。设有螺 旋除尘系统,能将粉尘、轻杂质等沉降后集中排放, 无污染。主要设备参数如下:处理量30001cg/h,整机 尺寸长x宽x高为3950mm x 2920mm x 3550mm,筛面 尺寸长x宽为2000mm x 1500mm,净度英97%,总功 率 10_5 kW,重量 1900 kgo 2.2破碎
通常各种干豆都可以通过石磨机(图3)进行 破碎加工,处理量大,破碎完整。清选干净后的瓜 尔豆,通过上部的料斗均勻落入石磨机,进人两个 平行的石磨中间,一个石磨静止,另一个以900ipm 速度旋转,将种子破裂为两瓣胚乳片和胚芽,豆皮 依然黏附在胚乳片上。控制两石磨之间的间距,可 以控制未被破裂的种子少于5%。破裂的种子混合 物被输送到筛子上,胚芽通过10目的筛网被分离 掉。本工序是生产优质、纯净、高黏度胚乳片的关 键。主要设备参数如下:处理量3000kg/h,整机尺 寸长 x 宽 x 高为 1250mm x 1250mm x 1500mm,石磨 直径750mm,电机功率llkW,转速960rpm。除石 磨机外,还可以选择其他破碎设备例如针磨机,它 由相邻表面上具有针棒的两个钢盘组成。内盘固定 不动,外盘作高速转动破碎。主要设备参数如下: 处理量3000 kg/h,整机尺寸长x宽x高为750mm x 700_x 900mm,钢磨直径450mm,电机功率7. 5 kW,转速 1440rpm。
2.3脱皮
瓜尔豆经过破裂得到两瓣胚乳片,豆皮依然黏 附在胚乳片上。脱皮过程是使胚乳片在90s的时间 里通过加热炉。
加热炉(图3)利用燃气加热,含有适当湿度 的胚乳片被迅速加温至l〇5t:,此时胚乳片变得有 韧性和弹性,而豆皮依然是脆性易碎,容易被锤击 粉碎并被气动去除。胚乳在高温时易发生降解,影 响胶体黏度。为避免热损伤,胚乳加温不能超过 115^。通过加热炉后,胚乳片温度要快速降低到 60^,然后被输送到脱皮机(图3)。脱皮机通常 是一个有两层的仓,每层有一个旋转的锯齿刀片, 使豆皮与胚乳分离。豆皮被风选去除,完整的胚乳 片由一个20目的筛网分离出来。通常情况下,如 果没有很好地控制加热温度和时间,以及加热后没 有迅速降温到60T,会造成热损伤。这种胚乳片 的得粉率、水合速度以及化学改性能力都会降低。 脱壳率用含铁量来测定,一般应大于93%。
加热炉主要设备参数如下:加热温度100 ~ 115^,处理量4500kg/h,整机尺寸长x宽x高为 3800mm x 1100mm x 1250mm,电机功率 5. 5kW, 转速960 rpm。脱皮机主要设备参数如下:处理量 2000kg/h,整机尺寸长x宽x高为3940mm x ll45mmx3l7〇mm,刀片直径750mm,电机功率 4kW,转速960 rpm,减速比45 : 1。
3胶粉加工
首先对原料胚乳片进行清选,除去里面的草 棍、石子、铁器等,向反应釜中加入胚乳片、碱 液,向夹套中通人热水保温,开启搅拌完成碱化反 应,然后加人环氧丙烷进行醚化反应,最后加人酸 液进行中和。改性反应结束后,胚乳片经增黏、干 燥、粉碎、筛分、均质等加工步骤得到成品羟丙基 瓜尔胶粉。下面主要针对重点工序进行说明。
3.1改性工序
瓜尔胶胚乳片是一种粒状固体物料,其比重 大,导热率低,新疆油田瓜尔胶产业链发展,遇水后黏性较大。与液体物料相 比,物料翻动困难,反应温度不易保证。若使用液 体物料反应釜装置对瓜尔胶胚乳片进行加工处理, 由于反应温度波动大,物料搅拌不均匀,物料在釜 壁上大量黏附,使得加工的产品黏度低,水不溶物 过高。由此可见,为生产出优质的瓜尔胶产品,必 须研制专用的瓜尔胶反应设备。本反应釜(图4) 是我们为满足改性瓜尔胶工业化生产而研制的专用 设备,它具有独特的结构,可完全满足瓜尔胶反应 的要求。
反应釜的主要设备参数如下:整机高度和直径 分别为3988mm、2500mm,罐体高和直径为 2527mm、2452 mm,物料装填量200kg,加热方式 为热水加热,电动机为隔爆型三相异步电动机,额 定功率7. 5kW;减速机为立式行星摆线针轮减速 机,传动比59: 1,额定工作温度50 ~100^,额 定工作压力〇• 3MPa,最高工作压力0• 5MPa。
3.2增黏工序
本工序的工艺要求是将水合后的胚乳片进行增 黏,增黏工序是采用对辊破碎机对水合后的胚乳片 进行搓碾和剪切,使完整的胚乳片被磨碎成小颗粒 状或小细条状,新疆油田瓜尔胶产业链发展,既能够破坏胚乳细胞的细胞壁,使 胶质渗透出来,又能够破坏半乳甘露聚糖的结晶状 态,使大分子完全由卷曲的螺旋状态伸展开来,获 得最佳的理化性能。对辊式破碎机(图4)主要由 辊轮、辊轮支撑轴承、压紧和调节装置以及驱动装 置等部分组成。水合后的物料从进料口通过辊轮, 经碾压而破碎,然后从底架下面排出。辊子直径 600 ~ 1000mm,辊子长度900 ~ 1500mm,电机功率 30x2kW,处理量为 1500~ 2000kg/h。
3.3粉碎工序
本工序的工艺要求是将初步干燥的物料进行粉 碎,达到规定的细度要求。主要设备是立轴反射型 超细粉碎机(图4),能同时完成微粉碎和微粒分 选,而且能不停机调节粒度,能加工一般微粉碎机 难于粉碎的靭性物料。物料从粉碎机下口负压吸 人,粉碎分级,上口出料,细度达到99%通过120 目,95%通过200目,粉碎转子盘电机功率75kW, 转速 1500rpm’ 处理能力 2000 ~ 2500kg/ho 
 
4发展前景
该项目的实施可以对新疆农业产业结构进行调 整,带动种植区农民共同致富,对促进农村繁荣稳 定具有重要的战略意义。瓜尔豆在新疆的种植,不 仅填补了我国大面积种植瓜尔豆的空白,而且改变 了我国瓜尔胶原料全部依赖进口的局面,给新疆农 民带来经济上的丰厚收益,为新疆开发一个新的经 济增长点,开拓一个新的产业。
瓜尔胶是石油工业和页岩气开发的战略物资和 重要原料,瓜尔胶加工产业是石油工业产业链的延 伸,在新疆进行瓜尔豆种植、加工和全产业链开 发,将对我国油气资源开发及今后页岩气勘探、开 发起到保障和促进作用
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