目錄

• 1、靳福明：從工程的視角看生物質(zhì)精煉技術(shù)與傳統(tǒng)制漿造紙工業(yè)的結(jié)合

• 2、農(nóng)光再：木素提取聯(lián)合堿回收的黑液處理方法

• 3、鄺仕均：制漿造紙工業(yè)與生物質(zhì)精煉

• 4、楊懋暹：自由基制漿法

【精彩發(fā)言】

1、靳福明：從工程的視角看生物質(zhì)精煉技術(shù)與傳統(tǒng)制漿造紙工業(yè)的結(jié)合

我是來自設(shè)計單位，對生物質(zhì)精煉沒有怎么接觸過，更多地是從工程的角度來看這個問題，今天想說三個方面。

首先，談談對這個題目的看法。對生物質(zhì)精煉的概念有一種說法是，只要用生物質(zhì)生產(chǎn)出一種以上的產(chǎn)品應該就算作生物質(zhì)精煉，從這個意義上來講，我們制漿造紙和生物質(zhì)精煉就是一致的，這個前面有很多專家都講過了。但是要從另外一個側(cè)面來看，生物質(zhì)精煉需要一些科學技術(shù)，要研究一些更尖端的東西，可從科學技術(shù)和傳統(tǒng)造紙工業(yè)來看，應該是現(xiàn)代科學技術(shù)和傳統(tǒng)技術(shù)的矛盾和對立。在這里說到傳統(tǒng)應該說有兩個含義，一個是傳統(tǒng)的工業(yè)，既然我們制漿造紙能成為傳統(tǒng)的工業(yè)，那么就一定會有一個堅強的社會需求，其主要的產(chǎn)品或技術(shù)，應該是很有社會基礎(chǔ)的，所以就不能脫離開社會需求來談其他的技術(shù)；另一個是傳統(tǒng)的企業(yè)會出現(xiàn)比如能源消耗、資源依賴以及環(huán)境污染，還有一些管理粗放等問題，也就是說傳統(tǒng)工業(yè)是有社會需求的，但是傳統(tǒng)企業(yè)存在的問題，又迫使傳統(tǒng)的工業(yè)和企業(yè)要去轉(zhuǎn)變。從制漿造紙上來說，現(xiàn)在是供略大于求，但因為一些傳統(tǒng)的管理、思維和工藝，很多情況下是供不適求，也就是說因為供不適求才需要搞一些科技開發(fā)，包括產(chǎn)品、結(jié)構(gòu)也在進行自身的變革和轉(zhuǎn)變。造紙工業(yè)的“十二五”規(guī)劃提出，要實現(xiàn)傳統(tǒng)造紙工業(yè)向現(xiàn)代工業(yè)的轉(zhuǎn)變，從這個視角來看，對我們這個題目，我的理解是現(xiàn)代的科技怎么和傳統(tǒng)造紙相結(jié)合，也就是說，要用科技來推動傳統(tǒng)工業(yè)或者是促進傳統(tǒng)工業(yè)的變革。

第二個看法，生物質(zhì)精煉技術(shù)和傳統(tǒng)造紙工業(yè)的結(jié)合，應該是以傳統(tǒng)的制漿造紙工業(yè)為平臺。剛才我說了，既然是傳統(tǒng)工業(yè)也就有一個社會需求，要體現(xiàn)它的社會性，也就是說會提出一個這樣的問題，如果造紙工業(yè)都去做了溶解漿、絲束或者乙醇，那么我們需要的漿和紙怎么辦?既然是傳統(tǒng)工業(yè)，制漿造紙的社會需求是不能改變的，我們還是應以制漿造紙的平臺為基礎(chǔ)來開展生物質(zhì)精煉，把傳統(tǒng)制漿造紙和一些現(xiàn)代的科學技術(shù)結(jié)合起來，比如說黑液氣化、乙醇、塔羅油、松節(jié)油，怎樣與制漿造紙結(jié)合起來，一起來考慮同步的發(fā)展，這是一個必須要考慮的問題。這里有三個問題:第一個問題，我們搞工程的時候，肯定是要做物料平衡、能量平衡，那么就有一個全廠的平衡問題。比如說針葉木制漿，我們把皂化物提取出來做塔羅油外賣，實際上現(xiàn)在我們投人了能耗、工藝以及設(shè)備，但是塔羅油卻賣不出價格，反而不如直接燒掉不經(jīng)過深加工處理合算，因為它畢竟是一個微量組分。從這方面講，如果把有熱值的東西都提取出去，包括木質(zhì)素，堿回收爐產(chǎn)汽量勢必就減少了，全廠的能量可能還要靠燃燒煤，靠動力爐來補充。這里肯定要有一個全廠的能量平衡問題。第二個是經(jīng)濟性問題，即產(chǎn)品的經(jīng)濟性。這個經(jīng)濟性體現(xiàn)在投人和產(chǎn)出，體現(xiàn)的是附加值不是價格，我可以把價格比較高的產(chǎn)品做出來，但是要考慮它的成本怎么樣。我們在說生物精煉時經(jīng)常說把纖維和其所含的糖類變成了乙醇，要比較與拿原糖、甘蔗的糖和其他的糖做酒精哪個更經(jīng)濟，附加值更高，必須橫向的比。如果要做其他的醚類，要比較其他的原料做是不是更經(jīng)濟，更有競爭力。無論酒精或醚類產(chǎn)品在市場上有多大競爭力是必須要考慮的，也就是它的經(jīng)濟性。我們也可以生產(chǎn)，但是要結(jié)合工藝，比如我們生產(chǎn)溶解漿，通過預水解，已經(jīng)溶解出了五碳糖等低碳的東西，要考慮怎樣把它提取出來，投人較少并結(jié)合到制漿造紙傳統(tǒng)的工藝里去。投人少、成本低、附加值高，這樣的產(chǎn)品是有經(jīng)濟性的。第三個問題是，附加值低的或成本高的產(chǎn)品是不是不進行研究了?我們還是要研究。科學技術(shù)是工程的基礎(chǔ)，所以科學研究一定要投人，做有準備之戰(zhàn)。科學是發(fā)現(xiàn)，科學的東西不等于正確的東西，也不等于有經(jīng)濟性的東西，它在這個時間范圍內(nèi)可能是不正確的、不經(jīng)濟的，但是可能過了一段時間是經(jīng)濟的、正確的，我覺得這個是最重要的。也就是說，如果沒有化石燃料了，可能拿生物質(zhì)來做酒精做燃料就有經(jīng)濟性了，所以不同歷史時期是不一樣的，科學研究必須先期投人。

最后一個看法，是生物質(zhì)精煉技術(shù)與制漿造紙結(jié)合的前景樂觀。生物質(zhì)氣化在制漿造紙行業(yè)是大有作為的，包括黑液氣化和生物質(zhì)廢料制燃氣，尤其在漿廠可以代替重油用于石灰窯，因為石灰窯必須燒重油或燒天然氣。如果黑液氣化研制出來了，拿這種燃氣直接用在石灰窯，樹皮、鋸末氣化了也直接用到石灰窯，會大大提高制漿造紙廠的經(jīng)濟效益。

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2、農(nóng)光再：木素提取聯(lián)合堿回收的黑液處理方法

我從2005年開始做黑液氣化的研究，已經(jīng)有7年了，現(xiàn)在碰到一個難題，就是大流量氣體升壓的問題。第一步升壓，就是將黑液氣化氣從10千克壓力升到35一37千克壓力，進行CO部分轉(zhuǎn)化為H2的反應;第二步升壓，是由原來35一37千克壓力進一步升到52一60千克壓力進行甲醇的合成反應;合成甲醇過程中，部分H2沒有反應完全，需要進一步分離并回用，一般采用是膜分離法，工作壓力達到71千克，所以又需要進行第三步升壓。這3步升壓在實驗室很容易做到，但是在工業(yè)上很難做到。比如說100噸的氣化爐，氣體流量約為5000 m3/h，需要很大的升壓輸送設(shè)備。當前在國外都很難找到這類特大型的升壓設(shè)備，這就是我們現(xiàn)在碰到的難以翻越的大山。由于碰到這個難題，我們嘗試走一條迂回的道路，尋找一種新的黑液處理方法，將木質(zhì)素提取和堿回收結(jié)合起來，該方法包括木質(zhì)素提取、濾液循環(huán)蒸煮、稀黑液蒸發(fā)濃縮、黑液燃燒、堿熔物氧化、H2SO4、制備、堿熔物殘渣溶解和苛化等8個工序。它的技術(shù)核心就是用H2SO4、來酸化黑液，經(jīng)過分離得到木質(zhì)素和酸化濾液，酸化濾液里面有N a2 S，再把N a2 S轉(zhuǎn)化成制漿廠需要的NaOH和H2SO4，實現(xiàn)H2SO4、和NaOH的循環(huán)利用。從理論上計算，木質(zhì)素回收率30%一50%，堿回收可以達到80%-90%，可以減少稀黑液蒸發(fā)量30% -- 50%，并且在系統(tǒng)里自己生產(chǎn)H2SO4、并循環(huán)利用。當前，這個方法存在木質(zhì)素銷路的難題，我非常希望有更多的人來參與木質(zhì)素應用的研究工作。

黑液經(jīng)過提取木質(zhì)素后，濾液的勃度有所下降，再經(jīng)過堿性中和及發(fā)酵處理，黍占度變得更小，可以采用蒸發(fā)結(jié)晶的方法把Na2SO4、六水結(jié)晶體分離出來，再由Na2SO4轉(zhuǎn)化為H2 SO4、和NaOH。 Na2SO4轉(zhuǎn)化為H2 SO4和NaOH是關(guān)鍵技術(shù)。其中，Na2SO4經(jīng)過堿爐灼燒后轉(zhuǎn)化為Na2S，這個是制漿造紙工業(yè)的成熟工藝；Na2 S再進一步氧化形成SO2。第一種方法，采用空氣直接氧化Na2S，可以得到SO2，但是轉(zhuǎn)化率比較低，產(chǎn)物選擇SO2的只有20%一30%;第二種方法，以水作為氧化劑，以N a2 S作為還原劑進行氧化還原反應，這一步反應結(jié)果就生成了SO2和H2，在系統(tǒng)里面H2和SO2自行反應又形成了H2S和H2O，得到的H2S進一步跟空氣反應形成SO2。SO2轉(zhuǎn)化成H2SO4，是我們工業(yè)上最常用的H2SO4、制造方法，這個技術(shù)就很可靠了。現(xiàn)在我們只是做了一些實驗研究，要達到真正的工業(yè)化應用，還需要大量的實驗和其他科研單位、兄弟院校一起合作。

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3、鄺仕均：制漿造紙工業(yè)與生物質(zhì)精煉

近年生物質(zhì)精煉概念在制漿造紙行業(yè)已成為熱點議題。所謂生物質(zhì)精煉其實是借鑒石油精煉的概念而來，希望充分利用生物質(zhì)的各種成分，加工成各種更有價值的產(chǎn)品。傳統(tǒng)的制漿造紙工業(yè)是把木材等植物纖維原料加工成紙漿和紙張，在20世紀這個行業(yè)主要是通過擴大規(guī)模、生產(chǎn)能力和集中度來獲取利潤。近年來，尤其在北美、北歐傳統(tǒng)造紙工業(yè)發(fā)達的地區(qū)，由于漿紙價格下降，木材、能源、勞動力成本不斷增加，已感到目前的制漿造紙經(jīng)營模式難以為繼，致使這些地區(qū)的制漿造紙企業(yè)關(guān)閉停產(chǎn)的不在少數(shù)。另一方面，鑒于全球化石能源口漸枯竭，出于能源安全的考慮，很多國家都在努力開發(fā)生物燃料，包括可以用在交通工具的生物乙醇、生物柴油等。在這一背景下，生物質(zhì)精煉與現(xiàn)有的制漿造紙工業(yè)相結(jié)合的新的工業(yè)模式便被提出來。因為在制漿過程中，已把木材等植物纖維原料的主要成分分離，在制得纖維素紙漿的同時，半纖維素和木質(zhì)素已溶在廢液內(nèi)，這為進一步加工成高附加值產(chǎn)品提供了便利條件，因此，制漿造紙企業(yè)最具備條件開發(fā)生物質(zhì)精煉產(chǎn)業(yè)。

過去50多年來，硫酸鹽法制漿已成為最主要的化學制漿方法，這種方法把占木材20% -- 30%重量的木質(zhì)素和半纖維素溶于制漿廢液內(nèi)，繼而隨黑液被一起送去燃燒，并沒有很好地利用這兩種成分的價值。理論上，從植物纖維原料三種主要成分即纖維素、半纖維素和木質(zhì)素出發(fā)，可以加工成很多高附加值的產(chǎn)品。纖維素可以生產(chǎn)紙漿、溶解漿，后者進而可以生產(chǎn)勃膠纖維、醋酸纖維等纖維素衍生物，纖維素還可以加工成納米纖維素等;半纖維素可以加工成木糖醇、甘露糖醇，可以生產(chǎn)水凝膠、糠醛、半纖維素基涂料、薄膜，可以生產(chǎn)燃料乙醇等;木質(zhì)素可以加工成勃合劑、分散劑、乳化劑、贅合劑、酚醛樹脂、碳纖維、電池添加劑等。然而這畢竟是一些可能性，有些純粹是一些科學家的想法，其中一些正在實驗室進行試驗，要真正付諸于工業(yè)生產(chǎn)實踐還有很長的路要走。也許隨著科學技術(shù)的進步，將來這些可能性都能在技術(shù)經(jīng)濟上變得可行，為企業(yè)真正創(chuàng)造效益。

其實今天被歐美等國家熱議的所謂生物質(zhì)精煉，對于制漿造紙工業(yè)來說并不陌生，這和20世紀70 —80年代也非常熱門的綜合利用概念實質(zhì)是一樣的。事實上，亞硫酸鹽法漿廠就是從事生物質(zhì)精煉很好的典范。20世紀60一70年代我國好幾個亞硫酸鹽法漿廠不但生產(chǎn)紙漿，還生產(chǎn)酒精、香蘭素、木素磺酸鹽，這些產(chǎn)品都有很好的市場和經(jīng)濟效益。目前國際上還有好幾家大型溶解漿廠還在正常運轉(zhuǎn)，他們不但生產(chǎn)溶解漿，還生產(chǎn)酒精、酵母、木質(zhì)素和香蘭素（如瑞典的Domsjo Fabriker AB，挪威的Borregarrd工廠），或是糠醛、醋酸和木糖(奧地利的Lenzing )。挪威的Borregarrd工廠建于1889年，該廠以云杉為原料，1噸木材原料可生產(chǎn)400千克溶解漿，400千克木質(zhì)素，50千克酒精，20千克酵母，3千克香蘭素。進人系統(tǒng)的生物質(zhì)原料90%以上可以成為可出售的產(chǎn)品；瑞典的Domsjo Fabriker AB每年生產(chǎn)25. 5萬噸溶解漿，同時可以生產(chǎn)5. 5萬噸木素磺酸鹽十粉、1.5萬噸乙醇。從生物質(zhì)精煉角度出發(fā)，亞硫酸鹽法制漿工藝應當?shù)玫街匾暫桶l(fā)展。與此相關(guān)的，近年芬蘭致力開發(fā)的有機酸制漿方法，同時可以獲得紙漿、木質(zhì)素、醋酸、糠醛等產(chǎn)品，這也是頗具吸引力的技術(shù)。遺憾的是，這一技術(shù)推廣多年始終未能工業(yè)化。因此，要利用制漿造紙工業(yè)開展生物質(zhì)精煉，最務實的思路是和開發(fā)新的制漿工藝結(jié)合起來。從這一意義上說，制漿造紙工業(yè)不但不會消亡，而且會有很多工作可做。

利用亞硫酸鹽廢液發(fā)酵生產(chǎn)酒精，過去是很難同用石油化學方法所制的酒精競爭的。但目前油價節(jié)節(jié)上升，廢液發(fā)酵生產(chǎn)酒精變得具有很強的競爭力。用亞硫酸鹽制漿廢液發(fā)酵生產(chǎn)乙醇這一技術(shù)商業(yè)化面臨的挑戰(zhàn)，一是要開發(fā)出能大規(guī)模有效地使戊糖發(fā)酵的方法，因為半纖維素含有大量戊糖;另外是要設(shè)法提高發(fā)酵產(chǎn)物的濃度。

如果在現(xiàn)有的硫酸鹽漿廠開展生物質(zhì)精煉工作，目前有兩項技術(shù)是比較成熟的。一是在制漿前對原料進行預處理，把部分或大部分半纖維素提取出來，對這部分半纖維素進行利用。這可避免傳統(tǒng)的制漿方法把半纖維素隨同木質(zhì)素一起付之一炬。半纖維素的熱值只有13.6 MJ/kg，把它燒掉是很可惜的。但水解出來半纖維素要加工成高附加值產(chǎn)品，雖然在理論上有很多可能性，但在技術(shù)經(jīng)濟上可行的選擇目前并不多，而且考慮到一個工廠的量，規(guī)模較小，恐怕選擇性就更少。現(xiàn)在看來比較可行的是用來發(fā)酵生產(chǎn)乙醇或生產(chǎn)木糖醇(甘露糖醇)。至于經(jīng)過半纖維素預提取后對后續(xù)制漿工藝、紙漿質(zhì)量的影響已有不少研究，從文獻所見負面影響較少。但是我認為半纖維素預抽提還是要適度，過量提取可能會影響紙漿的強度。提取半纖維素加以利用還可以有另一種思路，尤其是對非木材纖維原料，像麥草漿，它的雜細胞組分富含半纖維素，把它和纖維組分分開，既可利用纖維組分作為優(yōu)質(zhì)的造紙原料，也可利用雜細胞組分通過合適的方法生產(chǎn)乙醇或其他產(chǎn)品。

另一項可能用于硫酸鹽漿廠的生物質(zhì)精煉技術(shù)是黑液氣化。對現(xiàn)有的硫酸鹽漿廠，傳統(tǒng)堿回收系統(tǒng)已運行得很有成效，既回收化學藥品又為企業(yè)提供電、熱能源，在堿回收系統(tǒng)運行正常的企業(yè)似乎沒有新建黑液氣化裝置的迫切性和必要性。只有當企業(yè)因為現(xiàn)有堿回收系統(tǒng)能力不足，或因為現(xiàn)有堿回收系統(tǒng)太陳舊必須更新而進行技改時，才會考慮采用黑液氣化方法。無論是黑液氣化還是生物質(zhì)氣化，所生成的合成氣主要成分是CO和H2。它可以有以下幾種用途:一是送去動力鍋爐和石灰窯，代替化石能源；二是進行聯(lián)合循環(huán)發(fā)電，合成氣通過燃氣輪機和蒸汽透平機發(fā)電(所謂BLGCC方案)，除供企業(yè)用電外還可以外輸電力;三是利用合成氣生產(chǎn)液態(tài)燃料，如二甲醚、費托合成原油(進一步精煉成柴油和汽油，所謂BLGMF方案)。南非通過煤的氣化采用費托(Fischer Tropsch )重整方法生產(chǎn)車輛用燃油已有50多年歷史，這已是一項很成熟的技術(shù)。不同的應用方案對黑液氣化技術(shù)和裝置的要求也不盡相同。但總的來說投資要比堿回收爐高，內(nèi)部收益率卻要比堿回收爐好，還可以免除堿回收爐爆炸的危險。普林斯頓大學對美國南方以65/35混合闊葉木針葉木口產(chǎn)1580噸(絕十)硫酸鹽漿紙廠進行過測算，建造一個以二甲醚(DME)為產(chǎn)品的氣化系統(tǒng)投資為2. 52億美元(2005年數(shù)據(jù)，下同);以費托原油為產(chǎn)品的氣化系統(tǒng)投資為4. 65億美元，而更新一個堿爐系統(tǒng)為1. 362億美元。他們認為，當工廠更替堿回收爐時，基本原則應考慮采用氣化系統(tǒng)。工廠要繼續(xù)運行，即使這部分投資沒有回報，更換堿爐的開支還是必需的，至于是否選擇堿爐還是氣化系統(tǒng)主要關(guān)心的是所增加投資的回報率。如果油價在90一95美元/桶，二甲醚產(chǎn)品方案投資內(nèi)部收益率為25 %，費托原油產(chǎn)品結(jié)構(gòu)為28 %。普林斯頓大學研究表明，通過黑液和木材廢料氣化而生產(chǎn)液態(tài)燃料為硫酸鹽漿廠更替舊堿回收爐提供很有吸引力的內(nèi)部收益率。和更換一個堿爐相比，采用黑液氣化這種生物質(zhì)精煉技術(shù)要求更多的投資，但同時提供更高的能源效率，較少的空氣污染，更多樣化的產(chǎn)品。除了明顯的經(jīng)濟效益外還可以提供生物燃料取代進口石油，為國家能源安全作出貢獻。然而，作為一個制漿造紙企業(yè)，如果把黑液氣化生產(chǎn)生物燃料，那就必須設(shè)法為企業(yè)補充必要的熱能和電能。

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4、楊懋暹：自由基制漿法

對于我的發(fā)言題目大家可能聽著奇怪，什么是自由基制漿法呢?我要講一個故事，大概是1989年或1990年，當時鄭州滑縣一家造紙廠有一種新的制漿方法，希望我們幫他看看。但是看的時候要求只看不問。他的方法是先通過十濕法備料，然后裝鍋，裝鍋里面也加液，加什么東西我們不知道，然后那個鍋開始運轉(zhuǎn)，我們在旁邊看到有一臺超聲儀。蒸煮是從下午4點多開始，到晚上9點多放鍋，放鍋出來，水是白的，漿也是白的，相當于漂白和蒸煮在鍋內(nèi)同時完成了，但是放鍋的時候有一塊東西挺硬的我揀出來了，他說這是木頭，木頭煮不爛。回來以后一頭霧水，什么都不知道，后來我就找到了北京圖書館，差不多整整跑了一個月查超聲波產(chǎn)生自由基，那時候正好我女兒回國了，她在美國哈佛大學醫(yī)學院留學，她回去找了30多篇文章，全是醫(yī)學生物方面用自由基的文章。我認為這是自由基法，但是他們都不承認自己的方法是自由基法。

我現(xiàn)在講到自由基，自由基是什么?就是H2O2的OH里面有個共用電子，氧與氫共用，這個電子在外力打擊下跳出圍繞原子核轉(zhuǎn)動的圈，因此就變成·OH，帶正電荷，也叫自由基。它的性質(zhì)和物質(zhì)反應的規(guī)律不一樣，一起反應自由基馬上就把它氧化了，氧化后又生成新的自由基;新的自由基又氧化了，一直到最后氧化變成CO2和H2O結(jié)束。這個概念的形成不是他告訴我的，而是我自己查閱資料得到的。

在造紙行業(yè)里面除了蔡倫發(fā)明造紙這個功績以外，我覺得這也是一個功績，因為在制漿技術(shù)里堿法、硫酸鹽法幾乎占了統(tǒng)治地位，草或者木頭也不是什么都能做成漿，而且消耗的東西很少，30千克左右的硫酸鹽、芒硝、10噸水，其他是堿回收，就是補充芒硝。現(xiàn)在的硫酸鹽制漿是很先進的，就是4一5立方米的木材或者是3立方米麥草制成漿，堿回收以后只要補充8一9千克的芒硝，可以自己發(fā)電，就可完全解決問題。剛才我說的制漿方法，一是不用漂白，另外也不用堿回收，最后代謝出來的產(chǎn)物就是碳水化合物，變成低分子的，自由基變成CO2和H2O，很簡單，不用回收。

所以，我覺得這是造紙行業(yè)技術(shù)性革命的事情，傳統(tǒng)堿法制漿法中要溶解木質(zhì)素、分離出碳水化合物，新的制漿法就是氧化，自由基是很高強的氧化劑，它的氧化電位2. 8 , CIO2的氧化電位也不過1.5左右。昨天河南省造紙學會秘書長李尚武也來了，我就問他這個廠還存在嗎，他說還存在，所以我就想提出這個問題。因為今天出席的有研究院、生產(chǎn)單位還有設(shè)計單位，我想讓這件事引起大家重視，就是制漿除了一般的酸堿法，還應該有強氧化法的制漿，這樣把流程大大縮短了，不用漂白、不用堿回收，流程很短、投資也很省。現(xiàn)在1噸漿投資10000元，用強氧化法2000元就夠了。