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非木纖維綠色制漿的曙光

2010-12-19 11:39 來源:《中華紙業》 責編:張健

摘要:
無需高溫、高壓、高堿的蒸煮,應走一條低溫、低壓、低堿的路子,加上厭氧發酵處理廢液增產沼氣,廢液達標排放。這條路子我們就稱之為綠色制漿道路。

  【CPP114】訊:造紙工業用的纖維,東漢蔡倫發明造紙時,使用漁網、破布、樹皮纖維等一年生植物制得。后來造紙術傳到西方,造紙原料擴大到木材,由于木材造紙的許多優點,使造紙工業成為一種現代化的大工業。至今國際上使用木材造紙占總量的95%。中國造紙工業1978年轉型為社會主義市場經濟后,獲得飛躍發展。生產使用的纖維原料也逐步轉到以木為主的軌道上。特別是2001年國家計委頒布了關于造紙工業原料基地建設的政策后,全國各地的造紙企業紛紛建立造紙林基地,加快了造紙原料木材化進展,F在有40%左右的大型造紙企業已成為現代化的造紙工業。但由于林木原料剛剛起步,一時尚難以滿足飛躍發展的原料需求,尋求擴大纖維原料的來源迫在眉睫。


  1 現代化制漿工藝特點


  目前化學漿的制造,基本上都使用大型高效化的硫酸鹽法制漿。生產中使用高溫、高壓、長時間的蒸煮,使纖維從植物中分離出來。在此過程中,木質素、半纖維素都遭到嚴重破壞,溶解出來成為黑液。纖維素纖維雖然分離出來可供造紙,但是淺色的纖維被變成深褐色的紙漿,生產上使用多段漂白才能漂成白色紙漿,使用了比蒸煮過程更為復雜的多段漂白過程。同時為了處理蒸煮的黑液,也用洗滌、蒸發、燃燒、苛化、石灰回收等過程,實行黑液堿回收。雖然回收了化學品、蒸汽和電源成為完善的循環經濟,但漂白和回收工程花費比蒸煮多幾倍的流程和投資,這就是現代制漿的一個簡單縮影。


  2 為什么還要研究非木材綠色制漿技術


  改革開放之前,中國使用非木原料制漿,也滿足了國民經濟發展的需求,但帶來了嚴重的污染。一個小紙廠污染一條河,以至使人誤解為造紙工業就是污染。實際上現代化的漿廠是不污染的。實行堿回收的堿100%回用,回收能源蒸汽和電也100%滿足制漿的要求,還略有富?梢酝怃N。但是草漿的堿回收存在著種種問題,回收率不高,達不到木漿的水平,這就導致政府關閉小草漿廠,實行以木為主的原料政策,F在進口紙漿、廢紙、木片,以達到以木為主的政策要求。


  2010年中國GDP的增長速度為8%,中國是個13億人口的大國,在經濟危機中GDP不能過快的降低,否則影響勞動就業,影響社會的安定。在8%或7%GDP遞增率的條件下,造紙工業的發展速度也不會低于8%或7%,造紙工業的發展與GDP是同步發展的。這樣中國造紙工業要求“十二五”期間要發展為1.4億噸,“十三五”期間發展為2.0億噸。對木材的需求在“十二五”期間將為7400萬立方米,“十三五”期間將為12744萬立方米。中國的木材2008年產量為8108萬立方米,在短短不到10年之內,滿足造紙工業如上所述需求量根本是不可能的。因此就提出擴大非木纖維的制漿要求。開發非木制漿,并不否定以木為主的原料方針,而是彌補這個方針。


  3 綠色制漿法


  一年生植物的物理結構與化學成分與木材是有很大區別的。一年生植物的冷熱水抽提物高,木質素含量低,結構也相應簡單。無需高溫、高壓、高堿的蒸煮,應走一條低溫、低壓、低堿的路子,加上厭氧發酵處理廢液增產沼氣,廢液達標排放。這條路子我們就稱之為綠色制漿道路。詳述如下:


  干濕法備料:在蒸煮之前應把原料弄干凈;


  蒸煮漂白:在同一個容器內,完成蒸煮、漂白兩個過程,中間沒有洗滌過程,蒸煮漂白完成后,有正常的洗滌與篩選過程。


  回收:洗滌出來的廢液少量回用于蒸煮,大部分進入厭氧、好氧、化學處理系統,處理過的廢水成為回收水用于生產或達標排放。


  氣體凈化:厭氧發酵出來的沼氣,經凈化系統,凈化為接近燃氣的燃料。


  生產熱、電:回收的沼氣用于生產熱、電。


  這一完整的技術是綠色制漿技術,包括兩個分部,缺一不可,就像硫酸鹽法制漿,包括蒸煮、漂白和回收一樣,它們之間有相對的獨立性,但又是不可分割的,現在有許多制漿新技術,沒有廢液處理技術配套,就不能稱為綠色制漿技術。


  3.1 干濕法備料


  非木纖維原料混雜夾帶許多雜質,不利蒸煮,這部分雜質在過去的草類纖維堿法制漿中不被重視,其實影響到后序蒸煮、漂白、篩選、回收等,帶來一系列嚴重問題。國內有羊角除雜和濕法備料。國外多為濕法備料,設備類似水力碎漿機,國內已有這樣的設備。濕法備料所用的水多經簡單沉淀加以回用,其中的COD高達5000毫克/升左右,多為可生化處理的水抽提物。處理過的水除部分回用外,要納入生化處理系統以回收其中的COD。經干濕法備料后,原料的清潔度大大提高了,20%~30%的水抽提物被去除后,提高了原料濕潤度,為提高化學品的浸漬潤濕提供了條件。


  3.2 草料的蒸解與漂白


  傳統的制漿法,蒸煮與漂白是分二段進行的。蒸煮后有四段洗滌,漂白也分段,每段之間也有洗滌,流程是很多的。綠色制漿法,蒸煮與漂白多合并為一。有的將蒸煮藥劑與漂白藥劑同時加入草中,既破壞植物組織將纖維分離出來,同時也將漿料漂成白漿,白度超過70%ISO。蒸煮使用滲透劑加速化學品濕潤,有利于將纖維加速分離出來,漂白用的是強氧化物,破壞植物組織中的發色基因,如共軛雙鍵醌型結構、查平酮結構、游離基、金屬與幾茶萘酚絡合物等。使漿的白度,不僅不變黑,還獲得進一步提高。有的使用超聲波處理,超聲波有空化使用,瞬時能使液體產生超高壓、超高溫作用,這種作用足以破壞化學鍵,有的大學博士研究生研究證明有這種作用,但蒸煮漂白作用的機理還有待實驗證明,不過草漿白度確有提高達76%ISO。有的使用紫外線處理,也有的使用微波處理。蒸煮漂白合一,大大簡化了工藝流程。


  3.3 回收甲烷氣


  木材蒸煮廢液回收堿,非木材纖維的蒸煮使用的無機物很少或沒有,沒有回收的價值。有機物多為冷熱水抽提物。如前述的濕法備料中,水抽提物大部分已抽出來了,蒸煮中除去木質素不是主要目的,只是分離纖維中難免有所波及。除去的有機物,均可使用生化處理。因此洗漿的目的不是去追求提取率。不用昂貴的提取設備,只要把漿洗干凈就可以了。洗出廢液是很好的濕潤劑可以部分回用于蒸煮。大部分進入廢水處理后可回用于生產。所得沼氣經過凈化提高甲烷的純度,其發熱量為25.92kJ/Nm3。每千克COD能產生沼氣0.5立方米左右,用于發電比煤發電便宜,外購電0.41元/千瓦時,自產沼氣發電0.12元/千瓦時。雖然廢液未走堿回收的路子,可是沼氣發電,仍然是屬于生物質發電,可謂殊途同歸。如果沼氣用于人民生活用氣,則一個年產10萬噸半化學漿廠的沼氣,可供8萬人的生活用氣。


  3.4 廢水的利用


  廢水經過上述處理可用于生產,有的工廠再剩下的處理水就很少,每半月只排一次。還有的廠存起來,每到春天用于小麥的春灌,深受農民歡迎。


  4 建議


  4.1 箱紙板、瓦楞原紙是國家的重要包裝材料,占全部紙和紙板的30%左右,現在支持這兩個品種的生產是靠進口的廢紙。今后的需求量激增,廢紙的進口很難滿足需要的增長,出路就得依靠半化學草漿的增產,在箱紙板、瓦楞原紙生產配比中多用半化學草漿。目前國內已有半化學漿的生產及其廢液厭氧發酵,生產沼氣發電的生產實踐,污染問題也基本解決了。今后可利用這一經驗來增產半化學漿,解決增產瓦楞原紙對原漿的需求。


  4.2 今后對膠印書刊紙及中小學生課本及作業本的需求也是大量的,也要依靠國內非木漿的生產來滿足這種需求,這也就是我們為什么要積極開發漂白的非木綠色制漿法的原因。現在國內所謂的綠色非木制漿都很不完善,沒有擴大生產的條件。中國要在現有開發的基礎上,加大開發步驟力度。在“十二五”規劃期內使之達到擴大生產要求。建議國家將綠色制漿法納入國家重點科技發展計劃,組織科研機構、大專院校的力量,在“十二五”規劃期內完成達到擴大生產的要求。上面已經提到局部的技術大多都已有實際應用,只要配套起來達到投產的要求是不困難的。


  4.3 高科技的手段,如超聲波、紫外線、微波、高強氧化劑等,目前還僅僅開始,許多工藝、機理還有待進一步深入研究。這是真正的技術進步,是高科技的工業化,要扎扎實實進行工作。


  4.4 開展綠色制漿的研究,要多學科的配合,不僅要有造紙的科研隊伍,還必須要有化學的、物理的、環保的、經濟的多學科的聯合作戰,才能起到事半功倍的效果。這件事名義上是增產造紙紙漿問題,但實際涉及到農民的收入、農業經濟、農村能源等問題,是一件國家大事,要求各方面支持促成其開發。

 

 

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