北美漿紙工業(yè)技術(shù)發(fā)展及其對中國的影響

北美漿紙工業(yè)技術(shù)發(fā)展及其對中國的影響趙汝和博士，加拿大不列顛哥倫比亞大學(xué)（University of British Columbia，UBC）教授，查韋環(huán)境研究院首席科學(xué)家和CEO，英國皇家化學(xué)學(xué)會Fellow (Fellow of The Royal Society of Chemistry UK, FRSC)，加拿大紙漿和造紙協(xié)會Fellow (Fellow of Pulp and Paper Technical Association of Canada, PAPTAC Fellow)，國際工程技術(shù)學(xué)會 Fellow (Fellow of Institution of Engineering and Technology, FIET)，國際科學(xué)和數(shù)學(xué)科學(xué)院 Fellow (Fellow of International Academy of Science and Math, FIASM)，國際木材科學(xué)院Fellow (Fellow of International Academy of Wood Science, FIAWS)；齊魯工業(yè)大學(xué)特聘教授，清華大學(xué)、華南理工大學(xué)、廣西大學(xué)客座教授；美國科學(xué)協(xié)會會員，美國化學(xué)學(xué)會會員，美國流變學(xué)學(xué)會會員，美國制漿造紙工業(yè)技術(shù)協(xié)會會員，加拿大化工研究院、化學(xué)工程學(xué)會終身會員，加拿大森林管理委員會成員，加拿大綠色建筑委員會成員，加拿大制漿造紙技術(shù)協(xié)會會員，加拿大BC專業(yè)工程師和地質(zhì)科學(xué)家協(xié)會注冊專業(yè)工程師，英國皇家化學(xué)學(xué)會特許化學(xué)家。

趙汝和博士是華南理工大學(xué)制漿造紙工程77級學(xué)生，1982年獲學(xué)士學(xué)位，1985年獲碩士學(xué)位，1987年獲博士學(xué)位，是華南理工大學(xué)培養(yǎng)的中國第一位制漿造紙工程博士。1987年至1988年英國牛津大學(xué)凱瑟琳學(xué)院主修英文、應(yīng)用數(shù)學(xué)和動力學(xué)，1989年至1991年UBC化學(xué)和生物工程完成博士后。從事制漿造紙和相關(guān)行業(yè)工作30多年，在專業(yè)刊物發(fā)表100多篇文章，獲得20多項(xiàng)專利授權(quán)和多項(xiàng)注冊商標(biāo)。

北美漿紙工業(yè)技術(shù)發(fā)展主要特點(diǎn)

（1）在過去20年，北美漿紙工業(yè)是一個(gè)增長比較緩慢但已成熟的大宗商品行業(yè)。

（2）與世界其他國家和地區(qū)相比，北美漿紙廠的設(shè)備資產(chǎn)相對較為陳舊。

（3）北美漿紙廠一直致力于通過技術(shù)改革提高工廠效率，雖有顯著的改善，但最近這十幾年沒有出現(xiàn)顛覆性的技術(shù)創(chuàng)新，不像上世紀(jì)八九十年代那樣。

（4）北美漿紙工業(yè)一直享有非常豐富且重要的植物纖維資源和先進(jìn)的物流設(shè)施，但面臨廢紙、能源等生產(chǎn)成本方面的壓力。

漿紙工業(yè)技術(shù)發(fā)展趨勢

現(xiàn)今社會，科技發(fā)展水平飛速提高，人們生活水平也相應(yīng)提高。理論上，紙品消耗量應(yīng)呈現(xiàn)增加趨勢。但實(shí)際上，包裝用紙、生活用紙的消耗量是增加的，印刷書寫用紙的消耗量卻在減少。漿紙工業(yè)的發(fā)展趨勢也出現(xiàn)相應(yīng)的調(diào)整。

1  紙機(jī)向更快、更寬、更好的方向發(fā)展

更高速的紙機(jī)：目的：提高經(jīng)濟(jì)性。可行性：小幅增加速度是可行的。風(fēng)險(xiǎn)：引紙時(shí)更高頻率紙張斷頭。對策：進(jìn)一步提高紙張壓榨后干度；配置額外的干燥設(shè)備；更好的紙漿配料。

更寬的紙機(jī)：目的：提高經(jīng)濟(jì)性�？尚行裕盒》�度增加幅寬是可行的。挑戰(zhàn)：紙機(jī)設(shè)計(jì)和制造；輥的維護(hù)。

2  向生物精煉的方向發(fā)展

生物質(zhì)產(chǎn)品與造紙行業(yè)的相關(guān)性較小，例如纖維素納米晶體CNC、生物質(zhì)燃料、木質(zhì)素應(yīng)用等，與傳統(tǒng)的制漿造紙并沒有直接聯(lián)系。

木質(zhì)素產(chǎn)品，可以作為生物質(zhì)燃料、樹脂和改良劑、分散劑和絮凝劑、膠粘劑、塑料添加劑、冰激凌添加劑等。

◆生物精煉成功案例一

美國北卡 Domtar’s Plymouth漿廠（Domtar’s Plymouth N.C. Mill），該廠1937年建成運(yùn)行，年生產(chǎn)能力39萬噸硫酸鹽漿。擁有全球第一套木素回收運(yùn)行裝置，2013年初運(yùn)行，采用維美德 Lignoboost技術(shù)，木素產(chǎn)量75噸/日。提取木素后，減少了回收鍋爐負(fù)荷，提高漿產(chǎn)量，分離的木素替代化石燃料燃燒。

◆生物精煉成功案例二

芬蘭斯道拉恩索Sunila漿廠（Stora Enso’s Sunila Mill in Finland）, 該廠1938年建成運(yùn)行，150名雇員，年生產(chǎn)能力37.5萬噸硫酸鹽漿。采用維美德Lignoboost技術(shù)提取木素，2015年1月運(yùn)行，建設(shè)工期18個(gè)月，木素產(chǎn)量140噸/日。這是第一家生產(chǎn)商業(yè)木素產(chǎn)品的紙漿公司，并對外銷售。提取木素，不是為了減少回收鍋爐負(fù)荷和提高漿產(chǎn)量。

◆生物精煉成功案例三

加拿大威斯福Hinton漿廠（West Fraser’s Hinton Mill），地點(diǎn)在阿爾伯特省。該廠采用加拿大林產(chǎn)品創(chuàng)新研究院/NORAM Engineering Lignoforce技術(shù)，聯(lián)邦政府+省政府+工廠共同投資3000萬加幣 (約1.7億人民幣) 建設(shè)，建設(shè)工期17個(gè)月，2015年8月開始生產(chǎn)，日產(chǎn)30噸木素。目的是替代石化產(chǎn)品。

◆生物精煉成功案例四

芬蘭芬歐匯川Lappeenranta生物精煉廠（UPM’s Lappeenranta Biorefinery），該廠是世界上第一家從妥爾油商業(yè)生產(chǎn)生物柴油（BioVerno）的企業(yè)。投資1.79億歐 (合15億人民幣)，年生產(chǎn)能力10萬噸。2012年夏天動工，2年工期， 2015年1月開始生產(chǎn)。200名員工（雇員50人，間接雇員150人）。

◆生物精煉失敗案例一

硫酸鹽制漿前半纖維素預(yù)抽提（Hemi-cellulose pre-extraction before kraft pulping）。白液預(yù)抽提，不影響漿得率和漿性能，但木聚糖濃度太低，工業(yè)界對其回收不感興趣；熱水預(yù)抽提，木聚糖濃度高并且降解少，但是影響制漿強(qiáng)度性能。

◆生物精煉失敗案例二

黑液氣化（Black liquor gasification）。950℃，存在腐蝕問題，耐火材料損失嚴(yán)重；每6個(gè)月要停機(jī)維護(hù) (通常維護(hù)間隔為12個(gè)月)；經(jīng)濟(jì)性差。

◆TMP生物精煉——加拿大林產(chǎn)創(chuàng)新研究院

利用現(xiàn)有的制漿造紙廠基礎(chǔ)設(shè)施并保留工作機(jī)會，從非糧生物質(zhì)獲得糖和木素。2017年，在加拿大Thunder Bay建立中試工廠，處理能力100噸/年生物質(zhì)。處理過程如圖13。

◆納米晶體纖維素

納米晶體纖維素得益于其生物相容性、高強(qiáng)度、高長徑比等優(yōu)良特性，研究較多的應(yīng)用在增強(qiáng)復(fù)合材料、石油/天然氣探勘鉆井、涂料、汽車工業(yè)、食品、催化劑載體等方面。產(chǎn)品具有價(jià)格高、產(chǎn)量低、對制漿造紙行業(yè)的影響較小等特點(diǎn)。下面是幾個(gè)實(shí)例：

在加拿大，CelluForce Inc.公司, 每天生產(chǎn)1噸納米纖維素；InnoTech Alberta/Alberta-Pacific Forest Industries Inc.公司,每天生產(chǎn)20千克納米纖維素；Blue Goose Biorefineries Inc.公司,每天生產(chǎn)10千克納米纖維素；Advanced Cellulosic Material Inc.(formerly BioVision Technology Enterprises Inc.) 公司,每天生產(chǎn)4千克納米纖維素。

在美國，American Process Inc.公司，每天生產(chǎn)0.5噸納米纖維素；USDA‐Forest Service‐Forest Products Laboratory (FPL) Madison, WI，每天生產(chǎn)10千克納米纖維素；Innotech Materials LLC.公司，每天生產(chǎn)4千克納米纖維素。

3 紙和纖維產(chǎn)品發(fā)展應(yīng)用新方向

紙和纖維產(chǎn)品在建筑行業(yè)、汽車行業(yè)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面的應(yīng)用是漿紙行業(yè)發(fā)展的新方向，有很大的發(fā)展空間，應(yīng)該多進(jìn)行這些方面的研究工作。例如，建筑材料方面，纖維可制造控溫材料、蜂窩紙芯結(jié)構(gòu)用于建筑物保溫板，有利于建筑節(jié)能；汽車行業(yè)方面，將特種紙用于電動車電池的隔膜；農(nóng)業(yè)方面，用纖維做大棚農(nóng)用膜等。纖維應(yīng)用的熱點(diǎn)領(lǐng)域如圖14。

加拿大查韋環(huán)境研究院是加拿大的高科技公司，總公司在加拿大卑詩省溫哥華。主要業(yè)務(wù)領(lǐng)域包括環(huán)境保護(hù)、污水處理、制漿造紙高新技術(shù)和節(jié)能等。其典型研究成果之一是纖維用于制造控溫材料和蜂窩紙芯結(jié)構(gòu)用于建筑物保溫板，實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能，如圖15、圖16。這兩種紙基功能材料附加值高、市場潛力大、應(yīng)用前景廣闊。

4 特種紙

特種紙生產(chǎn)依然是漿紙行業(yè)的一個(gè)重要分支，與傳統(tǒng)的制漿造紙業(yè)密不可分。

北美漿紙工業(yè)技術(shù)發(fā)展對中國的影響

全球商品漿的總生產(chǎn)量持續(xù)下降。加拿大和美國占據(jù)了針葉木漿市場的主要地位，拉丁美洲占據(jù)了闊葉木漿市場的主導(dǎo)地位。北美和西歐是全球最主要的廢紙出口地區(qū)，亞洲則是最大的廢紙進(jìn)口地區(qū)。

再看中國，消耗了全世界一半以上的廢紙，預(yù)測將消耗55%的廢紙，而隨著西方紙和紙板用量減少，廢紙產(chǎn)生量將減少，難以滿足中國對回收廢紙的需求，這對全球廢紙的供應(yīng)和質(zhì)量造成非常大的影響，導(dǎo)致了廢紙價(jià)格上行的壓力。雖然中國消耗了加拿大一半針葉木漿的產(chǎn)量，但西方國家木漿產(chǎn)量總體是減少的。全球范圍內(nèi)，再生纖維的總產(chǎn)量超過原生纖維總產(chǎn)量的40%。因此，供應(yīng)和需求的不平衡，導(dǎo)致廢紙的價(jià)格持續(xù)上升。

加強(qiáng)中國與北美之間合作

●中國造紙的發(fā)展必須依靠科技創(chuàng)新，需要更多、更好、更實(shí)用的成果出現(xiàn)。

●加強(qiáng)國際交流，學(xué)習(xí)國外先進(jìn)管理經(jīng)驗(yàn)。

●科研機(jī)構(gòu)和高校不但要做前沿研究，也要關(guān)注實(shí)際問題，研究紙?jiān)诮ㄖ�、農(nóng)業(yè)和汽車等領(lǐng)域的應(yīng)用以及廢紙有效回收回用等。

●與國外企業(yè)合作，“走出去”建設(shè)漿廠和紙廠，把紙漿紙產(chǎn)品運(yùn)回來，解決中國漿紙行業(yè)原材料短缺的問題。

總結(jié)

●北美制漿造紙工業(yè)技術(shù)進(jìn)步主要發(fā)生在2000年以前，得益于化學(xué)技術(shù)、石油化工產(chǎn)品技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展。2000年以后，制漿造紙工業(yè)技術(shù)進(jìn)展不大。

●生物精煉技術(shù)可能會解決造紙行業(yè)的一些挑戰(zhàn)，但不能解決根本性、全局性的問題。

●提高漿廠能源利用效率，盡量減少化石燃料使用。

●纖維和紙張用于建筑節(jié)能，開辟了纖維和紙張利用的新途徑，包括秸稈等非木材纖維原料的開發(fā)利用。

●與國外企業(yè)合作，“走出去”建設(shè)漿廠和紙廠，把紙漿紙產(chǎn)品運(yùn)回來，這是解決原材料問題的一個(gè)方法。

責(zé)任編輯：葛鴻燕