基于我国纤维原料特征的化机浆工艺流程选择和装备配置

来源：好走旅游网

专题special

随着限塑令和固废禁止进口政策的实施，我国造纸工业纤维原料供应缺口达到3000万吨以上。与传统化学法制浆工艺比较，化学机械法制浆过程可实现植物纤维组分的最大化利用，是一种高得率制浆工艺。为了进一步了解高得率制浆，中国林科院首席专家房桂干博士在研讨会上作了题为《基于我国纤维原料特征的化机浆工艺流程选择和装备配置》的演讲。他为大家分享了化机浆的工艺优势与制浆装备开发过程中的注意事项与创新点。

⊙ 房桂干

房桂干先生

博士，二级研究员，博士生导师；中国林科院林产化学工业研究所副所长；国家重点研发计划首席专家、国家科技奖励评审专家、国际木材科学院院士（Fellow, IAWS）、国际杰出机械浆科学家协会会士（Fellow，ERGS）、法国波尔多第一大学外聘教授、南京林业大学与陕西科技大学外聘教授、中国造纸学会常务理事。

获得全国优秀科技工作者、全国优秀林业科技工作者、全国生态建设先进个人、中国林业青年科技奖、中国蔡伦青年科技奖、茅以升木材科学提名奖等荣誉称号。

在高得率清洁制浆生产技术、废水高效处理工程技术研发领域取得了多项具有自主知识产权的关键技术成果，并实现了产业化。先后主持建成全国产业化装备和技术的化机浆生产线多条，实现了我国化机浆清洁生产成套技术和装备的首次出口，相关成果成功应用到几十家企业进口生产线的建设和技术改造项目上，为我国清洁制浆和装备的技术进步做出了突出贡献。

第42卷第21期 2021年11月

1 化学机械浆的发展和应用

1.1化学机械浆

按化学预处理程度，制浆过程可分为机械法（得率90%～96%）、化学机械法（得率80%～90%）。与化学浆比较，化学机械浆有资源利用率高、化学品用量低、总能耗低（含热能、化学能）的特点。1.2我国化机浆发展阶段

我国现代化的化机浆生产的标志性阶段是从1995年开始，最有代表性的项目是当时的吉林造纸厂将TMP生产线改造成CTMP工艺的技术改造工作，标志着化学机械浆在中国的起步。1995年以后，宜宾纸业上马APP和岳阳纸业上马APMP生产线，但是当时的产能规模比较小(30～50 t/d)。

真正进入快速发展阶段是在2000年之后，单条生产线的年规模可以达到30万t。2018年，世纪阳光纸业非木材化机浆生产线的启动，标志着利用非木材生产化机浆开始起步。见图1。

1.3化学机械浆的应用

传统的化机浆主要应用于各类纸和纸板，包括白卡纸、白纸板、液体包装纸、低定量涂布纸、铜版纸、轻型纸（蒙肯纸）、印刷书写纸、生活用纸等。随着全球对碳增排的石化产品的限制使用，作为植物纤维的化机浆有了新的应用方向，比如预包装食品（代塑）、特种用途纤维基材料（轻质、高强度结构材料）、过滤材料、纸浆模塑、可降解地膜和育苗营养钵等。

专题提高磨浆电耗等方法。在预浸、漂白过程中化学品的使用，还会导致废水污染负荷的增高。很多纸厂在项目设计的时候，以拟采用的木片原料特征为依据，进行工艺流程确定和设备选型，然而到实际生产的时候，原料变化很大，因此很少有纸厂在生产线试车时达到预期的效果。尽管影响因素多种多样，但归根到底第一个原因就是原材料太杂品质不可控。基于以上原因，给有意向上马生产化机浆的造纸企业提几点建议，供参考。2.2制浆工艺方案的选择

首先必须要有两个明确的原则：一是使用什么原料来制浆，二是生产出来的纸浆将用于什么纸种的生产。然后，依据以上两点，充分考虑原料的差异和特性、纸浆需要达到的性能来选择合适的工艺方案。2.2.1原料的差异与工艺方案

无论是BCTMP还是APMP，事实上纤维原材料的差异和目标产品之间是有关联性的，工艺流程配置是有非常大的差异。但现实情况是，很多企业都在照搬已有的工艺流程。比如，桉木和相思木片，它们的特点是密度高、硬度高，特别是碱用量（预浸温度）对很多桉木纸浆的初始白度很敏感。如果选择相思木、桉木作为原料制漂白化机浆的话，工艺配置就得考虑多段预浸、多次适量加碱组合的常压预浸方法。而杨木、桦木是非常好的生产化机浆的原料，预浸过程就可以采用现已成熟的流程。

针叶木中，化机浆最好的原料首选云杉，可惜中国目前没有那么多资源。我们现在用得最多的针叶材是马尾松，但是马尾松树脂含量高，如果用针叶材制浆，我强烈推荐用CTMP工艺，而且要用热磨。

禾草类原料结构比较杂，有含髓量高的比如玉米秸秆、甘蔗渣；有少髓多叶多节的，比如稻麦草。它们秸秆的生物学结构差异非常大。非木材原料的使用必须特别要强调提高备料损失。在进入制浆系统前，备料过程中先将不利于制浆过程的组分尽量去除，这些去掉的有机质成分可以用来做生物质颗粒燃料，也可以转化成沼气、复合肥等等。这跟我们在上世纪八十年代提出的麦草化学浆要强化备料是一个道理。

2.2.2纸浆性能与配抄的目标产品

化学机械浆能够配抄的目标产品主要有四大类，一是板纸类产品，追求的是低定量、高松厚度、高环压、高挺度。

2 制浆工艺方案的选择

2.1化学机械浆存在的共性问题

我国的化机浆发展过程中（包括未来的非木纤维化机浆），普遍存在的共性问题是木片品种比较杂，质量不可控，已有的工艺流程和生产装备不适应原材料特征。为了改善预浸效果保证纸浆的品质，往往通过添加过量的化学品、

图1 我国化机浆发展阶段

因此我们在选择工艺时，必须保证在纸浆高松厚度前提下，

China Pulp & Paper IndustryNov., 2021 Vol.42, No.2129

废水的污染负荷高，增加废水的处理成本。二是水分含量。过于干燥的木片，会引起化学预浸困难，化学品用量大，出现生片，导致磨浆电耗高、成浆中纤维束含量高。另外，在使用不太新鲜的（腐变）木片时，预处理过程要强化抽出物的去除，对节约化学品效果是非常显著的。

木材的来源、树种不确定时，往往木片的材性差异非常大，要实现均质预浸软化是非常困难的。建议在合格木片仓增加喷淋装置，另一个是强化预汽蒸，适当提高蒸汽温度（>110 ℃），有效利用蒸汽的穿透性，对平衡木片水分有很好的作用，而且会产生微预水解的作用，挤压过程中，可以大量脱除影响化学品渗透、扩散或无效消耗化学品的小分子物质，对改善预浸效果、减少化学品消耗有明显作用。

对于混合木片，制定工艺条件前，必须要了解木片品种及混合比例，针对不同的混合比来确定合适的预处理条件。有些企业因为单一种类的木片不够，需要加入其他木片，这就要参照一个混合的原则，即两种木片密度相近，就可以任意比例混合。

对于针阔混合材的使用，BCTMP制浆流程，适应性较强，适当调整化学品用量即可；针阔混合材一般不适用碱性过氧化氢化机浆工艺流程。

表1 全国产装备杨木高得率浆线技术指标

指标吨浆消耗指标

杨木加工剩余物/t

H2O2用量/%NaOH用量/%电能消耗/kW·h

漂白浆质量指标松厚度/cm3.g-1@310 mL CSF白度/%ISO

抗张强度/N.m.g-1纤维束含量/%

数值1.25.04.5550～6502.4以上82.328.00.06

纤维间还要有良好的结合强度。大家都知道，松厚度和纤维间结合强度成反比，但是选择合适的工艺是可以让两者达到协调统一。二和三是文化用纸和生活用纸，因为大家生产经验积累丰富，这里就不多做介绍了。四是强韧纸袋纸，用于以纸代塑。这类纸浆就可以使用适当高总用药水平下的多段预浸、两段高浓磨浆这个流程，以确保纤维的长度和纤维间的结合强度。以化机浆为主来抄造强韧纸袋纸，通过中试验证证实是可行的。

2.3非木原料化机浆生产线建设地点

已经有利用废纸生产本色的瓦楞原纸、箱板纸生产线的企业，如果想新上化机浆生产线，建议尽量在原厂区建设，不要再另外选址建设。一个原因是草类化机浆在储存时间长的情况下，容易发生水化作用，应该现做现用；另一个原因是非木材化机浆的废液的可生化性比废纸产生的废液要好，这两类废水合在一起可以产生协同效应。如果配合得好，可以达到增产不增污的效果，而且还能大幅度降低废水处理的成本。

2.4工艺流程方案的确定

对新建化机浆生产线的企业在选择方案的时候，首先要对同类企业进行广泛调研，调研之后研讨方案，联合有条件有资质的科研单位、高校等进行验证。之后在跟设计院交流方案的时候，最好请相关的参与验证的单位共同制定工艺流程方案。

3 装备产能和配置的选择

3.1木片品质管理

在前面所提到的化机浆生产过程中存在的共性问题，其实多是由原材料品种材性的不可控引起的。针对这个问题，我们团队已经研究了近10年，开发了木片快速分析检验系统。可以实现在生产现场分析出混合木片由哪些树种组成，以及混合比例、木片的基本密度、含水率和主要化学组成等等。可为后续制定合适的工艺条件、减少化学品消耗提供及时的参考。特别对原材料采购的木片供应部门在收购木片的时候，实时管控木片的品质和定价是非常有效的。

木片的品质直接影响到制浆成本和纸浆质量。木片的品质参数主要有：一是木片的新鲜程度。国际上公认化机浆生产，都是提倡现使用现采伐现削片的新鲜木片。基于我国原料供应现状，品种混杂新旧程度不一，甚至还有腐朽情况，造成化学品消耗高、细小组分高、纸浆得率低；还导致

表2 漂白桉木化机浆生产线技术指标

指标吨浆消耗指标

桉木木片/t

H2O2用量/%NaOH用量/%电能消耗/kW·h松厚度/cm3.g-1白度/%ISO

抗张强度/N.m.g-1纤维束含量/%

数值1.186.04700～8002.6以上81240.12

漂白浆质量指标@330 mL CSF

第42卷第21期 2021年11月

用于化机浆生产过程的原料，木片的基本密度不能高于450～480 kg/m3。如果密度偏高、木材结构致密、力学硬度大，即使装备再先进，各种消耗也会很高，纸浆的物理强度、光学性能大都不好。3.2预浸系统

预浸系统的选择或开发要着重关注两个目标，一个是能否有效平衡木片水分，均匀的水分分布可以促进化学品在木片中的渗透和扩散；另一个是能否有利于木片得到充分均质的软化。根据原料的不同，预浸系统的配置是有很大区别的，比如用相思木和杨木的混合材，如果选用统一的压缩比来挤压，一定是杨木片挤开了，相思木挤不到。因为压缩比的原理是：1∶4即为将四立方米的木片压缩到一立方米的空间里，松软木片和坚硬木片在一起挤压，效果就比较差。同样对于比较蓬松的禾草类原料，挤压效果更差。

因此，原料如果是混合木片且比例未知或者是禾草类的原料，我建议挤压方式选择双螺旋挤压，能够将原料充分的撕裂，而不是简单的挤压。这种方式可以排除空气、移去抽出物、拆解组织结构（避免过多地切断纤维）、大幅度提高物料比表面积，从而起到改善预浸效果的作用。比如，可以提高物料吸液能力、促进药液的均匀吸收、提高反应可及度等。

均质软化通常使用高浓停留反应仓，要选用双向的布料方式，保证物料在反应仓的时间均匀，才能确保物料的软

表3 高得率浆线升级改造（杉木）

指标（产能由60 t.d-1提高到120 t.d-1）吨浆消耗指标

杉木小径材/剩余物/t

H2O2用量/%电能消耗/kW·h松厚度/cm3.g-1白度/%ISO

抗张强度/N.m.g-1纤维束含量/%

数值1.256.0900～10003.4以上>7818<0.1

专题化程度，对提高后续的磨浆效果有很大的帮助。设定反应仓的温度和停留时间时，一定要留有余量，如果未来原材料发生变化，可以更好地适应。反应仓还要有控制架桥、短流的机械措施。3.3磨浆机

磨浆机的功能是为了拆解木材生物组织，减少纤维切断，促进纤维分丝帚化作用。关于磨浆机的配置，建议：

(1）设备选用。现在国际上主流的设计是一段高浓，二段低浓。结合我国原料的特点，谈一点我的看法。我国的木材原料，阔叶材的杨木和桉木一般是5-7年生，针叶材的马尾松一般是12年生，与国外原料是有区别的；禾草类的纤维也偏短，因此我建议如果要做纤维强度好的纸浆，两段都采用高浓磨。

(2）喂料前缓冲仓。这个装置是不能省的，再好的磨，也希望均匀稳定地运行，特别是比较大的高浓磨，如果喂料形成脉冲，磨的运行一定会产生震动，影响磨浆质量，还会缩短设备的使用寿命。

(3）喂料螺旋。不同原料适用的喂料螺旋是不一样的，供应商要针对客户原材料的不同进行差异化的设计，而不是通用的。

(4）磨区划分。如果是禾草类原料，建议取消破碎区，粗磨区占1/4，精磨区占3/4；如果是阔叶材，通过双螺旋挤压设备预浸的，按照粗磨区占1/3、精磨区占2/3设计，这样有很好的节能效果。

(5）功率补偿。为了纸浆的稳定，在配置装备的时候，建议把电机的容量适当加大，有利于后期的运行稳定。接线时注意相间的负荷平衡，采取功率补偿技术。

漂白浆质量指标

@500 mL CSF

4 工程应用实例

表1～表4为我们近几年为国内纸厂完成的化机浆项目的应用案例。

表4 进口高得率浆线改造（杨木浆年产能10万t）

指标（产能由280 t.d-1提高到350 t.d-1）吨浆消耗指标漂白浆质量指标@350 mL CSF

H2O2用量/kg.t-1磨浆电耗节约/%松厚度/cm3.g-1白度/%ISO

抗张强度/N.m.g-1纤维束含量/%

数值55 >25>2.5以上>84.7>21.2<0.08

5 结论

(1）流程选择时，必须基于所用原料材性特征，结合目标产品的要求进行确定。

(2）强化预处理，实现原料均质浸渍软化，是做好化机浆的关键节点。

(3）禾草类原料生产化机浆时，要尽量提高备料损失。一般不建议生产漂白纸浆。

China Pulp & Paper IndustryNov., 2021 Vol.42, No.2131

责任的制浆造纸设备供应商的积极态度。

一路同行，感谢有你：维美德嘉定15周年维美德嘉定十五周年庆典启动仪式作为今年维美德媒体见面会的重要内容之一，随着维美德运营副总裁Kari Humalajoki和维美德嘉定工厂总经理吴世民缓缓翻开记载着维美德嘉定发展里程碑的册子，也将现场人的思绪一起带到了那些记载着嘉定工厂重大发展的年份。2006年的夏天，芬兰维美德（原美卓）造纸机械公司完成了对上海晨鸣造纸机械有限公司100%的股权收购，成立了维美德（原美卓）造纸机械技术（上海）有限公司。自此，前身为上海造纸机械厂的这家拥有80多年历史的工厂，正式告别了它的国有企业生涯，成为了芬兰维美德继西安（维美德）之后，在中国的又一个生产制造基地，更是成为了维美德推动本土战略的又一里程碑。

随后的15年里，维美德嘉定工厂渐入佳境，特别是在2014年完成制浆设备车间从外高桥搬迁至嘉定及维美德中国区制浆与能源业务线将人员整合至嘉定发展后，嘉定工厂便进入了发展快车道，而2018年嘉定工厂积累完成生产4000根缸辊便是发展的见证，更是在2018年达到了年产量19台湿部、29台辅机、铸造16600吨和650根缸辊的能力，并创下了历时新纪

Focus

关注录。嘉定工厂不仅在生产能力上不断拓展提高，在加工精度和关键部件的生产能力上也不断提升，2019年，嘉定工厂钢制缸试制成功，完成了上海工厂最大双靴压压榨部的装配任务；2020年，全球最大网宽压榨部在上海嘉定工厂完成成功交付，紧接着第一根最长的钢制烘缸也成功制造下线，这一项项史无前例的成功均代表着维美德服务中国市场能力的提高。

嘉定工厂在发展的15年里，变化的不止是生产能力、加工水平，工厂的管理也在向着更加高效和智能化发展。记得我第一次参观嘉定工厂是在3年前，而本次媒体会已经是我第二次进入嘉定工厂，一样的整洁有序，一样的精细化管理，不一样的是，现在嘉定工厂的很多管理方式和采取的手段更加高效和智能。比如吴世民总经理提到的每天都要进行的项目进度汇报会，通过数字化和可视化手段和方式，目前的汇报时间已经从原来的1个小时缩短到现在的半个小时以内，而像这样的例子在参观车间里还能看到很多处类似的情况。

正是基于嘉定工厂15年来卓越的发展业绩，近两年维美德相继做出将中国地区总部设立在嘉定工厂并将维美德中国自动化搬迁至嘉定的决定。未来

China Pulp & Paper IndustryNov., 2021 Vol.42, No.217

因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容

查看全文