从资源和能源可持续发展的角度,陈述并分析制浆各个工段工艺与设备的技术进步路线图。
制浆工业是一个典型的将农(林)业资源转变为工业原料的制造行业,无论是利用化学、物理及机械的方法,其最终目的是破坏植物单体致密的组织结构,得到适用于造纸用的一定形态、颜色的均匀无定形状纤维介质。根据用于所造不同纸种的要求,对植物组织组分的处理方法可分为化学制浆,高得率制浆以及针对回用纤维的废纸制浆。
化学制浆是{zx0}得到大规模工业应用的制浆方法,从中国xxx的石灰法,到烧碱法、硫酸盐法,亚硫酸盐法,其目的都是在高温高压环境中用酸碱介质处理植物结构, 使木素大分子结构破坏为小分子,从而溶于液体中,通过洗浆脱出体系,纤维素和部分半纤维素得以保留用作造纸原料。这种方法思路沿袭传统制浆思维,容易理解,但带来太多问题:纤维素在蒸煮中易于降解损失,溶解出的木素小分子资源化利用道路并不宽广,整个制浆过程能耗太高,并不符合绿色制造的要求。得到的化学浆纤维质量优良,但成本太高,只能通过规模化来降低成本,这从而使制浆工业走向集约化经营的道路。
化学制浆设备{zx0}是使用蒸球进行间歇蒸煮,它的优点是设备简单,使用方便,配套设备需要较少,可以灵活控制蒸煮工艺,对于小批量,特别原料的蒸煮有可用之处。但它的缺点是显而易见的,对热能的利用并不充分,特别是出浆时,大量热量散失到空气中,废气、挥发性有机物、黑液回收有不充分的地方,操作环境差,并且单位产量低,经济效率不高。现在这种设备在大规模化制浆厂中已很难看到。
立式蒸煮锅部分xx了蒸球的缺点,特别是对能量和资源的回用上,通过全程的密封操作保证能量的尽可能得到充分利用,全封闭环境中以使资源(浆料、黑液、挥发性气体)得到{zd0}利用的可能。
连续蒸煮系统不仅提高了制浆单元的产能,而且在能量使用上避免了间歇系统的浪费,无疑是化学制浆系统的一大技术进步,通过提高生产规模降低边际成本,使回用能量,木素和药品的有利可图不再是一种奢求。目前能影响连蒸系统的因素包括原料的收购半径(收购成本),这使一定面积的区域内只能容纳少数的制浆工厂;庞大的投资建设和运营流动资金需求,保证GDP爱好者能够满意;漫长的建设周期,众多的配套工厂和设备,也使现代的制浆工厂成为一个庞然大物。
从资源利用的角度来看,化学制浆并没有使植物资源得到{zd0}的利益利用和环保利用,木素、树皮等边材都只是利用作为燃料,典型的高碳经济模式。因此,高得率制浆方法应运而生。
高得率制浆目的在于将植物原料中的全部成分都进行{zd0}化的利用,包括以前认为不适合于用于纸的木素及半纤维素,通过机械方法,{zx0}是磨石磨木法,然后逐渐到盘磨法,用机械力将植物组织破坏成适合造纸用材料的大小片段,然后再按以往化学制浆路线进行筛、漂、打浆和抄造,所制成纸再通过过程处理、添加助剂方法以达到化学浆纸的性能水平,为了减少制浆能耗(单纯依靠机械力撕裂致密的植物组织需要的能量,大家可以用手撕撕木头和竹子试试)和提高成纸质量(毕竟造纸产品除了报纸外还有很多,特别是高白度的品种),开始有了结合化学法的化机浆,以降低能耗(如先用热量、化学药品软化植物组织,溶出部分成分),提高成浆白度(如APMP)等,这样,在浆的质量和产率上达到了平衡,成为目前国内外厂家最钟爱的制浆方法。
高得率制浆还是要用生物资源,虽然是可再生的,速生材是很多以木材为原料生产的厂家的新选择,通过基因技术缩短成材时间,减少木素含量,如国内的三倍体毛白杨等,这种方法纸张产量与对土地的需求量成正比,对于地大物博的国家似乎不成问题,但用于造纸植材的土地的收益率,与种植农业产品的收益率相比,还是太低,这就决定了用于造纸植材的土地,一般是山地或丘陵不适宜种植农产品。另外一种思路则是与农林业相结合,用其废弃物作为原料,如棉杆、蔗渣、麦杆、稻草等,但这些农业植物都是为了果实的{zd0}化而进行的基因、品种改良,并没有考虑到作为造纸用的原料而进行的杆径纤维质量和组分构成的改良,今后如果能在这方面进行生物改良的努力,可能会得到一种农-工结合的新型企业。
废纸制浆是造纸工业为数不多的亮点,它把废物的处理提高到资源的{zd0}化利用的高度,无论在环保上还是经济效益上都获得双赢。国家支持、民众喝采、厂家得益,简直是xx无缺。国内十年前中小制浆厂在面临环保压力前,几乎不约而同选择了二次纤维作为原料来源而砍掉了倍受诟难的化学制浆。但问题是废纸来源,中国正处于城市化进程中,高集中度的废纸量应不成问题,但国家鼓励废纸的资源化利用,却不花大力气建立垃圾分类回收制度,导致国内真正进入回收的废纸量很少,而且大部分由于被污染,只能作低档次箱板纸,大部分要依靠已建立起完善回收制度的发达国家,如美废、欧废(这也造就了张茵这个亿万富翁),这方面我觉得应向小日本好好学习。
待续........