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打破垄断 让中国制浆造纸技术走向世界

中国绿色时报
2016-11-23
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 近日在中国-中东欧领导人峰会上,国务院总理李克强与匈牙利、塞尔维亚等十六国领导人共同见证了匈塞铁路匈牙利段建设合同等两个重要文件的签署,标志着中国铁路成套技术和装备将首次进入欧洲市场。中国制造业在世界舞台再次展露“肌肉”。

  与钢铁、机械等重工业相比,制浆造纸工业属于轻工业范畴。但随着我国纸张消费量和生产量的快速增长,主营业务收入和利润总额的增加,制浆造纸工业已成为中国制造业的重要组成部分。

  近年来,中国制浆造纸业按照《中国制造2025》和“十三五”规划提出的实施制造强国战略目标,不断提高创新能力,培育竞争新优势,加快结构调整和转型升级步伐,创新成果不断涌现。中国林科院林产化学工业研究所副所长房桂干牵头主持的“低等级木材高得率制浆清洁生产关键技术”项目,就是其中的一个。

  

 

  房桂干(左二)在湖南泰格林纸集团抄纸车间进行技术指导

  项目一次获得中国林科院科技奖一等奖,两次获得中国专利奖优秀奖,近期荣获梁希林业科技奖一等奖。项目为何屡获嘉奖?它到底有何创新之处,受到业界广泛关注和造纸龙头企业的青睐?这项技术成果的成功推广,对于新常态下,以结构调整和产业升级为主要任务的中国造纸工业来说,又有哪些现实意义?

  减少依赖,低等级木材需要高值化利用

  纸和纸品消费量是衡量国民经济发展水平的重要标志。我国自2009年起,纸张消费量和生产量均超过美国,位居世界第一。2015年,我国纸和纸品的生产量和消费量分别为1.18亿吨和1.14亿吨,继续保持世界第一。

  随着国民对纸和纸品需求量的增加,我国造纸工业纤维原料供应缺口加大,国产纸浆已远远满足不了国内需求,需要大量进口木浆、废纸及商品木片,来缓解我国造纸原料紧张的局面。2015年,我国进口木浆1985万吨、废纸2928万吨、木片970万吨,成为全球第一大木浆进口国,进口纤维原料占总纤维用量47%以上。过高的进口依存度,严重影响行业健康安全发展。随着我国国有林区停止天然林商业性采伐,我国造纸工业纤维原料缺口将继续扩大。

  与此同时,我国造纸工业纤维原料结构不尽合理,优质纤维原料十分短缺。以2015年为例,全国纸浆消耗总量9731万吨,其中木浆占纸浆消耗总量的28%、废纸浆占65%、非木浆占7%。

  而我国每年产生2亿吨林木剩余物,如果将其大量用于制浆造纸工业,不仅可有效改善纸浆原料结构,而且能大大缓解我国造纸原料短缺局面。

  问题接踵而来。

  目前我国每年用于制浆造纸工业的林木剩余物仅300万吨,使用占比不足0.2%,其不合理处置也带来了严重的大气污染和生态环境问题;而且已有制浆技术和装备尚不能高值化利用这部分纤维资源。

  如何做到物尽其用,将小径材、枝桠材和木材加工剩余物充分地用于木浆造纸,减少对外依存度?“低等级木材高得率制浆清洁生产关键技术”项目由此应运而生。

  打破垄断,取得多项发明创新成果

  “低等级木材高得率制浆清洁生产关键技术”项目是“八五”“九五”“十一五”国家攻关(支撑)项目,江苏省重大科技项目及中央级科研院所重点专项等科技项目。项目技术属于高得率制浆领域,是当今世界快速发展的新一代清洁制浆技术。

  与传统化学制浆相比,新型高得率浆制浆生产技术具有巨大发展潜力。使用这种技术,资源利用率高、工程投资省,吨浆节约木材可达2立方米,污染物发生量仅为传统化学法制浆的1/6-1/10。

  开发节能型高得率制浆清洁生产技术和装备,高值化利用低等级木材及木材加工剩余物,一直是国内外制浆领域的研究热点。但是,我国高得率浆生产线超过90%以上均采用国外技术和装备,主要由安德里茨和维美德两家跨国公司所垄断。引进的技术和装备,针对新鲜木材等优质木材原料设计,不能适应我国利用低质纤维原料的高得率制浆生产需要,普遍存在木片浸渍困难、纤维解离效果差、能耗和化学品消耗高、用水量大等共性问题,且投资大,导致企业生产成本高、市场竞争力弱,不利于企业长远发展。

  为此,房桂干带领研究团队在木片均质浸渍、节能磨浆、节水漂白和废水深度处理等关键技术上开展了基础研究和技术开发,创新集成出节能清洁制浆产业化技术,并开发出配套核心装备,实现了低质纤维原料生产高品质漂白浆技术和装备的自主化,打破了国外制浆装备生产商对我国的垄断。

  项目创新了木片高效均质浸渍及节能磨浆技术,提高了木片吸液能力和纸浆品质,木片吸液能力提高1.8倍,吨浆电耗从850-1400千瓦时降到650-750千瓦时,节能30%以上。开发了节水型梯度用药漂白及药液回用关键技术,实现了漂白的高效率,可节约化学品20%-30%。发明了多相效催化氧化废水处理和回用技术,降低了化学品消耗和运行成本,废水总COD去除率超过98%,处理后出水回用率提高45%以上,综合处理成本降低26%以上。发明了高效利用低质木材原料的节能型清洁制浆生产技术,并成功进行了产业化应用。

  在第七届梁希林业科技奖专家评审会上,专家一致认为,该项目具有显著的节能减排特征,整体技术达到国际先进水平,生产消耗指标居国际领先水平,为提升我国造纸行业技术和装备水平发挥了积极作用,同时也为林纸行业的结构调整、产业升级和技术进步起到了有力的推动作用。

  应用推广,实现成套技术及装备出口

  针对原料短缺、能耗偏高以及环保欠账等中国造纸工业三大难题,房桂干率领他的研究团队,连续承担了多项国家科技攻关、支撑项目,携手相关企业,潜心进行“低等级混合材高得率制浆清洁生产关键技术及产业化”研究,解决了低等级混合材制高质量纸浆国际性难题,研发出具有自主知识产权的节能双螺杆挤压浸渍机和无架桥无短流高效漂白反应仓等关键装备,有效解决了进口设备在我国水土不服的难题,走出了一条造纸工业清洁生产光明之路。

  目前,项目已形成“技术研发-装备制造-工程设计-工程转化”产学研联合创新和产业化应用体系。利用创新和集成的成套技术和装备主持设计建造全国产装备高得率清洁制浆生产线7条、高得率清洁制浆装备生产基地1个;相关技术成果和核心装备先后成功推广应用到山东华泰集团、湖南泰格林纸、山东晨鸣纸业、河南龙丰纸业、河南瑞丰纸业、福建腾荣达等30多家造纸企业生产线的工程设计、技术升级及工艺优化等项目中,并实现了成套技术及装备出口马来西亚。技术成果在本领域的覆盖率达到60%以上。

  与此同时,使用此项技术成果改造、新建和技术应用的高得率浆生产线总产能为389万吨。每年利用林木剩余物等低等级木材纤维原料约460万吨,替代优质木材原料约1100万立方米,增加林农收入35亿元,节水4668万立方米,节电10.9亿千瓦时,减少COD排放4.55万吨。

  项目技术实现了低质纤维原料的高值化利用,市场应用前景广阔。专家预测,到2020年,我国木浆需求量达到4400万吨才能满足我国造纸工业的需求。若此项技术成果应用普及率按40%计算,则可每年利用低质木材约2140万吨,替代优质木材资源约7000万立方米,新增GDP产值616亿元,创造就业岗位5.2万个,林农增加直接经济收入超过300亿元。技术成果的推广应用,对缓解我国纸浆纤维资源缺乏状况,保护森林资源、降低企业生产成本、减少污染物排放、提高林农收益,实现造纸工业的可持续发展均具有重要的现实意义。

  不忘初心,为实现国产化梦想继续努力

  作为项目的第一完成人,今年50岁的房桂干,从大学研究生开始,从事制浆造纸研究逾30年。他始终站在国际制浆造纸科技最前沿,潜心钻研、忘我工作,成为中国制浆造纸及环境工程学科的带头人、领军人。

  房桂干说:“科研工作是我生活中不可或缺的一部分,工作时我会十分投入,可以达到忘我境界。”

  他先后承担了国家“八五”“九五”“十五”“十一五”“十二五”规划期间的科技支撑项目,自然科学基金倾斜项目、国家“948”项目、省部级项目和国际合作项目等30余项。首次对40多种相思树、桉树制浆造纸性能进行了系统研究和综合评估,同时对国产杨木、桉木、桦木、松木和杉木等数十种速生材制浆造纸性能进行了系统研究和综合评估。由于他的突出贡献,使得林化所成为速生木材制浆性能评估研究权威单位。

  由他主持的国家自然科学基金重点倾斜项目“木质素生物降解机理及其在清洁高效制浆过程中的作用”,为生物制浆技术和清洁生产技术研究与开发提供了理论指导。房桂干主持承担的欧盟第四框架计划“草浆生物漂白及废水处理工业化技术研究”课题,成功开发出先进的清洁生产工艺和废水生物净化技术,并应用于我国多家大型造纸企业,取得了良好的生态、经济和社会效益。参与此项目合作的加拿大专家被我国国务院授予“国际友谊奖”,中国林科院林化所被国家外国专家局授予“木材制浆清洁生产技术引智基地”。

  在世界最大规模的BCTMP生产线(山东晨鸣纸业单机年产量30万吨)上,房桂干与他的研究团队攻克了混合商品低质木片无法制得优质BCTMP浆的难题,为高效资源化利用我国丰富的农林剩余物提供了技术支撑。自主开发的制浆清洁生产新技术,实现了全系统装备国产化,打破了高得率制浆装备完全依赖进口的局面。

  “十三五”时期是我国全面建成小康社会的决定性阶段。对于中国造纸工业来说,是实现产业升级,由大变强、由快变好的重要时期,是实施创新驱动发展的关键时期。

  房桂干认为,造纸是基础原材料工业,关乎国计民生。我国人均纸产品消费量仅处于世界中游水平,发展空间巨大。对于从事制浆造纸研究的林业科研人员来说,应努力成为我国造纸技术赶超世界先进水平的贡献者,为实现造纸工艺设备关键技术国产化的梦想而努力。

  “我们这一代林业造纸人完全有信心、有能力实现造纸界工艺设备关键技术的国产化。”房桂干说,面对越来越凸显的资源、能源、环境问题,发展高得率制浆技术,是兼顾环境效益和社会效益的最佳解决方案之一。它可以最大限度利用木材资源,同时尽可能地降低废弃物的排放,降低资源消耗和化学品消耗,减少污染排放,使中国造纸业真正成为高效、节能、可持续发展的现代绿色造纸业。

  在记者截稿之际,房桂干团队又传来喜讯,主持的“十二五”国家支撑科技项目“竹材高得率制浆和废水高效处理新技术研究与开发”取得了突破性进展。房桂干和他的研究团队在科研的路上拼搏奋进、逐梦前行,正创造着一个又一个辉煌。


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