迎接竹柳造纸的新时代

2016-09-05袁志平中图分类号TS721文献标识码A文章编号10072225201602002504

造纸化学品 2016年2期

关键词：纸浆制浆有机酸

袁志平中图分类号：TS721文献标识码：A文章编号：1007-2225（2016）02-0025-04

迎接竹柳造纸的新时代

袁志平
中图分类号：TS721文献标识码：A文章编号：1007-2225（2016）02-0025-04

1　前言

造纸是中国古代四大发明之一，最初的原料是稻草和树皮，其制浆工艺是在弱碱性条件下，经过太阳紫外光的催化氧化和手工分散打浆、竹帘抄造做成纸页，再经过火墙烤干得到白色的宣纸。上述第1代的造纸技术经过上千年的传承，至今仍然是书画界的瑰宝。

工业革命以后北美和北欧依靠丰富的森林和淡水资源，完成了大规模生产纸品的技术体系，这应该说是纸业发展历史上的第2个时代。

随着现代工业的飞速发展，地球大气中二氧化碳的迅速增长，导致两极冰川融化，岛屿淹没。气候的变化，已威胁到人类的生存，当务之急是开发清洁能源，禁止燃烧煤炭，以及禁止砍伐森林。这2个议题都和纸业息息相关，它是催生第3代造纸体系诞生的强大动力。

2　选择竹柳为造纸原料的理由

选择竹柳为造纸原料的理由如下。

（1）竹柳是美国加州农大和几家纸业公司研究成功的新物种，在所有能用于造纸的植物纤维原料中，生长最快的莫过于竹柳。和速生杨木比，其密植的程度高几十倍[杨树每亩40株（每公顷600株），适合造纸用的小径竹柳每亩则可以数千株]；每亩1年的生长量可提高至50 t（每公顷750 t）。

关于种植纸浆林的一个例子：每亩植2 668株（行距50 cm×50 cm）（每公顷40 020株），种后3年胸径10～12 cm，高12～13 m，亩产鲜材150 t，平均每年每亩生长50 t，伐后第2批长势更猛，可比第1批增产30%，以后7～8次都是3年1伐，所以被称作“绿色银行”。以竹柳为原料选用化学机械法制浆的出浆率高于85%。

（2）材质优良、自然白度60，并且纸浆的强度好，在打浆度46°SR时，其裂断长9.4 km，耐折度1 270次。

（3）制浆黄液可以做有机酸钾肥：竹柳的热水溶出物中60%是多醣类物质，使用KOH+H2O2做APMP纸浆，所得制浆黄液主要是有机酸钾。我国农田普遍缺钾，这是十分难得的大好事，一方面解决了我国农田缺钾问题，另一方面又根除了制浆污染。说到利用生产农肥取消庞大的水处理设备的投资和运行费用，人们首先的疑问是亚氨法制浆的失败。此事应做具体分析：亚氨法制浆的收率约40%，即生产每万吨纸浆要有总固形物25 000 t的有机物到农田里去，这些有机物若搞商品化，其生产规模比纸厂还要大好几倍，实际是搞不得。

而这里说的竹柳却相反，其效果会出奇的好，原因是竹柳化机浆收率很高，约90%，故所用KOH+H2O2制有机酸钾，含K2O约50%，每10万t纸浆仅生产1.25万t有机酸钾,品质又极高，当然是可行之路。

（4）竹柳种植不需要好地，它是耐盐碱的植物，在土壤含盐0.8%、pH=8.5的条件下均可生长，环境温度在-35～40℃均可存活。竹柳制浆的洗浆水中含有机钾盐，经过返至田间轮流喷淋，不断带来改良土壤的机会。各种农作物的秸秆进入热电站焚烧，所得含钾含磷的炉灰均可用作改良土壤的底肥，在专家的指导下几年后原来的盐碱地可升级为可用的农田，国家18亿亩（1.2亿公顷）农田的底线，会出现正增长，这是了不起的大事。

（5）漂白洗浆水，含钾和有机物已经很少，不需要搞混凝和曝气工程，而是轮流喷淋竹柳田，可使竹柳丰产。竹柳喜水，喜肥，特别是小相对分子质量有机物。这是把水排到竹柳田中、可净化的原因。

我国木材资源有限，面对庞大的需求量，过去只有进口一条路可走，如今有了竹柳这样对路的资源若还是观望不前，那就是坐失良机了。

3　以竹柳为造纸原料的生产工艺流程

以竹柳为造纸原料的生产工艺流程如图1所示。

图1　以竹柳为造纸原料的生产工艺流程示意图

该工艺流程使用的电力和蒸气最好来自以秸秆为燃料的热电站，如果已有燃煤热电站，可继续使用，待下一步再改进，总之迟早要使用再生能源。国家为支持秸秆发电，每发1千瓦小时电补贴0.25元，以0.50元每千瓦小时为成本计算，每吨蒸气是120元。

地球每年经光合作用产生的生物质总计有1 730亿t，所蕴含的能量相当于全世界每年消费能量的10～20倍，目前利用率只有3%，现在仍然发生田间焚烧秸秆的事件，秸秆应该收集用于生物质能源。

如今发明了秸秆压块机，极大地压缩了体积，方便了贮运，秸秆发电、产生蒸气是未来纸厂必然要纳入计划的项目。

同时，电站炉灰用热水溶出钾盐，磷酸盐送至竹柳田中做底肥。

4　生产10万tAPMP漂白浆的成本预测

4.1原材料成本

纸浆收率以85%计时，每年原料需用11.76万t。每吨风干原料成本按550元计，每年费用为6 468万元。折算到每吨浆成本为647元。

4.2化工原料

KOH，耗用6%（对原料），每年是7 056 t，费用是5 044.8万元。H2O2耗用3%（对原料），是3 520 t（100%计），每吨5 000元，费用是1 764万元。尿素，每日在喷淋水中补加2 t，每吨1 700元，每年费用112万元。以上每年化工原料费用合计为752元/t（浆）。

4.3能耗

电力：900 kW·h，费用为450元/t（浆）；蒸气：2 t（纸机）+0.3 t（APMP）2.3 t，费用为276元/t（浆）。能源费用合计为726元/t。

4.4设备折旧和人工等各项费用

设备折旧和人工等各项费用按每吨1 000元计。

上述各项成本合计的总成本为3 125元/t（纸）。每吨纸品收入约4 800元-3 125元=1 655元/t；按年产10万t浆计，每年收入约为1.7亿元。

5　有机酸钾肥的生产

我国钾肥的生产经过多年努力，成功地创新生产了钾叶面肥，即通过作物叶面微孔施肥的有机酸钾（要点是含水溶性有机物380 g/L、K2O 220 g/L），并已经积累了各种作物丰产和改进品质的经验。

5.1本项目黄液中有机酸钾含量

钾的总量，以KOH计为7 056 t/a。水溶性有机物总量为9 400 t/a（该产品已经出口至美国，在国内农业专家的座谈会上受到高度的好评）。每年用KOH 7 056 t，以K2O表示是6 000 t；形成有机物钾盐的有机物9 400 t，共计有机物钾盐是1.5万t。

此产品和无机钾盐如K2SO4和KCl相比，没有硫酸根和氯根，更适合农业使用；特别是没有原料成本，即钾和可溶性有机物的成本都已计入纸浆生产，所以生产成本极低，只涉及蒸气费、电力和人工及设备折旧和包装费用；但是因兼顾竹柳的生产，黄液提取率85%进入商品生产；其余15%留在洗浆水中作为喷淋水用于竹柳施肥；所以有机酸钾肥的年产量是1.25万t。

5.2有机钾肥的生产成本

（1）每年多效蒸发器减压蒸发系统的动力费为：50 kW/h，需要费用20万元，每吨合16元。

（2）每年蒸气费用：APMP制浆浓度约20%，所以黄液总量是40万t；黄液提取率85%，其他15%未提出部分用在竹柳的田间喷淋施肥，用于蒸发的量是34万t。多效蒸发费用：至每吨钾肥浓溶液的费用每年是850元。

（3）产品包装费应根据分装的用户需要而定，如容量、形状、说明书等和费用由用户管理。

（4）设备折旧和人工等费200元。总计1066元/t。

（5）农作物有机钾叶面肥的市场价，现在每吨约4 000元（K2O为220 g/kg,有机物为380 g/kg）。若能成倍下降其使用费，必将彻底改变我国农田普遍缺钾的现状，会给农业大丰收创造条件；同时造纸工业木材原料缺乏的困境也会因此而改变。

6　碱性H2O2水溶液和氧气发生器

大规模发展氧化法制浆，需要重视氧化剂的供给。本文所说年产10万t APMP生产线，需要购买H2O2约2万t，为此需要完善此危险化学品的贮运系统，或者落实天然气造氢的来源，自建蒽醌法制H2O2的附属工厂并要重视工厂的安全。另一条路就是研究开发下述技术：空气中的氧通过阴极还原发生碱性H2O2水溶液，同时在阳极得到氧气。此事在我国已有几十年的历史，我们走的是催化还原的技术路线，设备简易可行，最好的成绩是建立了日发生1 100 kg H2O2（100%计）的工业生产装置，连续运行了4年半时间，用在苇浆三段漂的EP段。后来因设备生产厂为了多赚几万元加工费而采用了再生塑料代替聚丙烯塑料招致耐热性能差而变形，最终停止了运行。

碱性H2O2水溶液和氧气发生器的产物是KOH、K+、HOO-和O2。该项技术应用于竹柳制浆有2个办法。要点是：竹柳含约10%的热水溶出物，成分主要是多醣类物质。先用发生器发生的氧气经氧化水解得到有机酸，然后用其中和强碱性的阴极产物K+、OH-和HO2-，最后就得到弱碱性的K+和HO2-，用于APMP的工作液，这样把没有用的氧气也利用上了。再一个办法是：用强碱性H2O2水溶液加适量的H3PO4，得到弱碱性的K+H2O2溶液，成为有磷、钾的弱碱性APMA工作溶液。

只有几台发生器的一个车间和蒽醌法制双氧水的工厂不能比，投资和运行费不是同一个等级；尤其是发生器车间的原料是空气，所需电力是拥有热电站浆厂的强项，不需要单独筹划氢气来源。

7　竹柳造纸项目的突出优点

（1）通过制浆黄液生产出钾肥行业需要的廉价有机酸钾浓溶液——造纸工业和钾肥工业紧密合作，既产生出巨大的新生产力，又避免了巨额治污费用。钾肥工业可以大规模发展有机钾叶面肥，扭转我国土壤严重缺钾的状况，为农作物的大丰产创造条件。

（2）不占用农田种竹柳，目标是利用盐碱地和/或荒地，据调查，我国盐碱地有5.2亿亩（约3 467万公顷），宜农荒地5.3亿亩（约3 533万公顷），如将其中各取5%用于竹柳种植，即可满足万家纸浆和钾肥生产企业的原材料的需求。如上述设想得以实现，每年可生产纸浆10亿t，有机酸钾肥1.2亿t，将从根本上改变我国纸业和农业的面貌，并将成为优质纸浆和优质钾肥的出口大国。

（3）使用可再生能源。凡可利用秸秆压块的地方，通过收购用作热电站的燃料。在条件不具备的地方，新项目设计时，则选用竹柳作燃料发电供热，及预留出竹柳种植区域。总之不再采用烧煤的锅炉，使我国在应对气候变化方面走在国际的前列。

［1］张俊苗，吴英，刘一山，等.竹柳材性、纤维形态及其特性的研究［J］.纸和造纸，2014，33（4）：9-12.

［2］袁志平.碱性H2O2水溶液和氧气发生器［J］.人造纤维，2000，30（1）：6-10.

［3］薛崇昀，贺文明，聂怡，等.竹柳材性、纤维质量及制浆性能的研究［J］.中华纸业，2009，20（15）：60-63.

本文文献格式：袁志平．迎接竹柳造纸的新时代[J]．造纸化学品，2016，28（2）∶28-28．

新加坡研发废纸纤维气凝胶吸收油污

油槽车漏油必须尽快清理油污，以免污染环境和阻碍交通，但目前市面上的吸油材料清洁效果不理想，清理时间较长。新加坡国立大学研究人员日前成功把废纸制成无毒、无味的纤维气凝胶，吸油能力比一般商用吸油材料高出3倍。

据新加坡国立大学工程系有关研究人员介绍，废纸纤维气凝胶轻盈、强韧，吸收力强，适用于吸收石油、柴油和润滑油。这种材料去除油污的效力比一般商用聚丙烯海绵高出3倍，预计能减少约20%的油污清理时间。若要回收污油，纤维气凝胶能挤出高达99%所吸收的油污，避免浪费，还可反复使用多达8次。

研究人员为气凝胶涂上一层甲基三甲氧基硅烷化学品，以增强其抗水特性。这样一来，在下雨天或在海面上使用时，就不会因吸饱水分而无法发挥吸油效用。

目前，研究小组已在美国、中国、印度等国为他们的研发成果申请专利权，新加坡一家公司准备在今年5月把产品推向市场。

（李振远）

麦当劳和英国一造纸企业开始尝试回收试验