造紙工業范文精選

1納米技術簡介

(1)特殊的力學性質:常規陶瓷材料呈脆性，而納米超微顆粒制成的納米陶瓷材料具有良好的韌性，這是因為納米超微顆粒制成的固體材料具有較大的界面，界面原子排列混亂，原子在外力變形條件下容易遷移，表現出一定的延展性。

(2)特殊的磁性:研究表明小尺寸超微粒子的磁性比大塊材料強許多倍，當尺寸進一步減小時(小于6nm)時，其矯頑力反而又下降到零，表現出超順磁性。利用這些特點，可制作高存儲密度的磁記錄粉，如磁帶、磁盤、磁卡等。其次，表面效應－———表面效應是指納米粒子的表面原子數與總原子數之比隨著納米粒子尺寸的減小而大幅度增加，由于表面原子周圍缺少相鄰的原子，有許多懸空鍵，具有不飽和性，易與其他原子相結合而穩定下來，故表現出很高的化學活性。第三:量子尺寸效應。第四:宏觀量子隧道效應———它限定了磁帶，磁盤進行信息儲存的時間極限等。

2納米技術在造紙工業的應用

納米技術主要是納米材料的應用，可使紙張的填料、膠料和色料的聚集狀態發生很大的變化，導致無論是光學性能、力學性能、阻隔性能、潤濕性、導電性、導光性等都發生超常的變化。和制漿造紙中有關的是納米化學和納米材料學，它可能會對造紙工業的發展造成新的飛躍，使印刷品的品質將再次提高。

2．1納米技術在造紙行業原材料及制漿過程中的應用

1生物質精煉技術及綜合林業生物質精煉工廠

工業革命以來,化石資源一直是人類的主要能源和化學品資源。然而地球上可利用的化石資源非常有限。樂觀估計,石油資源(包括新發現的石油和油砂儲量)將在100年內消耗殆盡。然而地球上的生物質資源其生產周期在1月到80年不等,相對于化石資源,卻是可再生的,合理使用,可實現長期可持續性經營。可中列出了主要生物質的再生循環周期。地球上植物生物質或木質纖維素生物質(Ligno-cellulosicbiomass)總年生產量為1700億噸,其中森林面積約占地球面積的9.5%、陸地面積的32%,年生產量最大,約為730億噸,約占總的木質纖維素生物質的42.9%;其次是草類木質纖維素生物質,其年生產量為187億噸,約占總木質纖維素生物質的11%。生物質精煉技術(BiorefineryTechnolo-gy)是最大化地利用生物質資源,將其轉化為各種生物質產品和能源等技術,可實現生物質能源、生物質材料、生物質化學品、生物質燃料與生物質之間的可持續循環,是一項高效率、低成本、綠色無污染的技術;采取能量和碳元素的“捕捉-釋放”的使用方式,不會額外增加大氣環境的CO2排放量,減緩地球氣溫變暖速度,同時滿足人們當前對化學品、材料和能源等各方面的需求,符合可持續發展的要求,目前主要包括生物發酵、提取分離、綠色制漿、熱解、氣化等技術。近年來,北美森林工業面臨巨大的挑戰,有多方面原因:高昂的能源費,不斷增加的纖維成本,未得到充分更新的老化設備。北美森林工業的領導者們正在尋求創造性的措施以重振該工業,綜合林業生物精煉工廠(IntegratedFor-estBiorefinery,IFBR)工廠對他們來說無疑是個很好的選擇,過去的幾年中呈現了勃勃生機。美國紐約州立大學環境科學與林業科學學院(SUNYESF)、緬因州州立大學化學與生物工程系等研究單位提出了IFBR的概念,對傳統的漂白硫酸鹽漿廠進行改變,使之不再僅僅局限于生產紙漿和與其相關的紙產品,還將生產具有更高附加值的生物產品,諸如乙醇、有機聚合物、碳纖維和內燃機燃料等。這種新型工廠將以木材為原料,生產出多種生物制品和能源。是SUNYESF提出的生物精煉工廠的流程圖。中黑體表示的該工廠可能生產的產品或副產品。其主要特征如下:(1)在制漿前先從木片中抽提出半纖維素,再轉化成乙醇和糖基聚合物,進一步生產各種化學品;(2)將黑液和樹皮廢料等生物質進行氣化以提供能源(電力、蒸汽)和可制造燃液的合成氣;(3)沉析出的木質素制取聚氨酯、膠粘劑、或表面活性劑等化學品;(4)保留生產本色紙漿或漂白木漿。傳統制漿造紙企業是一些以大量生產傳統產品,如紙漿、紙板或其他纖維素產品的企業,其特點是輸入的原料量和化學品很多,所消耗的能源巨大,輸出品單一,對生態環境的負面影響大。由于優良制漿造紙原料的短缺,石油等傳統資源價格的持續上漲,勞動力成本的上升,以及全球化競爭所帶來的巨大壓力,傳統制漿造紙企業面臨著前所未有的困難,將原木僅僅轉變成基于纖維素的制漿造紙產品的這種老的商業模式已不適用,而充分利用生物質資源生產多種產品的綜合林業生物質精煉工廠將呈現良好的發展前景。

2造紙工廠改造為綜合生物質精煉工廠的原理

植物生物質(或木質纖維素)主要由纖維素、半纖維素和木質素三種主要基本成分和少量揮發性抽出物組成。現代造紙工廠主要通過蒸煮(例如化學制漿)和化學與機械結合的方法(例如機械制漿)將木材或其它植物纖維(例如竹材、葦、麥草等原料)分離成單根纖維即紙漿的過程。化學制漿過程中,木質素從紙漿中分離出來,脫除的木質素進入液相(黑液),通過堿回收系統回收能源和化學品(主要是NaOH和Na2S);制得的紙漿纖維(主要成分是纖維素,還含少量木質素和半纖維素)進入后續紙品生產系統,木片中大部分半纖維素在蒸煮時進入液相,少量隨紙漿纖維進入后續工序。生物質主要組分在造紙工廠和IFBR工廠的轉化路線。中實線箭頭表示現在造紙工廠的工藝路線,其設備系統和工藝技術已經相當成熟。虛線表示綜合生物質精煉工廠新增的產品路線。對現有造紙工業的設備系統進行適當改造就可以做到半纖維素、木質素、纖維素和揮發性抽出物的分離。在木片進行硫酸鹽制漿前,使用近中性或酸性的水基抽提技術(Water-basedExtraction),可以做到將大部分的半纖維素從木片中抽提出來。DrvanHeinigen等人(美國緬因州立大學化工系)提出使用近中性的水基抽提技術,可以從木材組分中抽提出大約10%的木材物質(主要是半纖維素),抽提液通過微生物發酵可以用來生產乙醇和乙酸產品。NikolaiDeMartini等人(美國喬治亞技術學院造紙科學技術研究所)使用1%硫酸對木材原料進行抽提,可以抽提出約10%~18%的木材組分用于生產乙醇產品。水基抽提后對木材的制漿漂白性能不僅沒有不良影響,還可以對制漿系統帶來積極的作用[4]。水基抽提加制漿造紙的綜合生物質精煉工廠在美國已開始投資運作。紙漿纖維(化機漿除外)主要成分是纖維素,可以使用生物技術生產乙醇。這樣造紙工廠轉化IFBR工廠就面臨是否保留紙漿生產的爭議。從目前北美情況看,考慮到成本和經濟效益,一般認為IFBR工廠的新生物產品應由半纖維素和木素轉化而來,而不是立即停止紙漿生產,將纖維素亦轉化為新生物產品。但研究人員沒有停止將紙漿轉化為生物質燃料的積極嘗試。TsutomuIkeda等人(日本林業和林產品研究所木材化學實驗室)通過堿預處理,脫除木片中的木質素,通過生物技術生產生物燃料。纖維素是一種由單一葡萄糖基通過β-O-4甙鍵連接的天然長鏈高分子均聚物。通過機械或酶處理方法,似乎纖維素長鏈斷開聯結鍵生成葡萄糖單糖似乎非常簡單,但事實并非如此。自然選擇的結果,形成了以纖維素和木質素結合為主要結構的生物材料,具有較高的抗拒生物菌酶的降解能力,否則樹木易倒伏或木質植物長不高。但目前為止,把纖維素中的六碳葡萄糖結構通過生物技術轉化為乙醇的經濟型路線仍然是重要的研究課題。其原因有:(1)植物生物質個體組織結構復雜;(2)木質素的存在大大降低了生物發酵時微生物和酶的作用效果。用植物纖維素生產乙醇比用谷物生產乙醇成本要高很多。

3造紙工廠改造為綜合林業生物質精煉工廠的幾種模式

木材造紙工廠改造為林業生物質精煉工廠有三種類型:(1)首先對木片進行酸性或堿性預抽提,抽提液經進一步分離和水解為易于生物發酵的糖類物質,抽提后的木片進入傳統造紙工廠的制漿漂白生產系統;(2)使用傳統造紙工廠的制漿系統首先對木片進行脫木質素,然后紙漿進行水解和發酵,生產乙醇等生物質燃料和化學品;(3)對木質纖維素生物質進行分級利用,通過預抽提分離出半纖維素物質,水解發酵生產乙醇、乙酸和其它化學品,然后對抽提后的木片進行用制漿方法分離出木質素,分離出的木質素生產表面活性劑等化學品;脫除木質素后的紙漿纖維進行水解和發酵,生產乙醇等燃料和化學品。

1.我國造紙工業的特點

（1）中小型造紙企業多據統計

我國的造紙及紙制品廠的數量非常龐大，比除我國之外的其他國家的總數還要多。對這些造紙及紙制品廠進行仔細研究發現，這個龐大的數量當中包括了眾多的紙制品廠，而紙制品廠就是紙加工廠，與制漿造紙廠有著實質性區別，至少幾乎沒有任何顯著的水污染問題，也不生產紙或紙板。另外該統計可能包括了眾多的村辦或個體戶辦的紙廠。我國的造紙企業（很少有只產漿不產紙的企業）在幾十年中隨國家政治經濟形勢的變化，曾出現過幾次令人深思時大起大落，但許多小造紙廠有著頑強的生命力，數量在不斷擴大。我國的中小造紙企業數量眾多且其產量占造紙總產量的比例大，這是我國造紙工業的一大特征。

（2）中小草漿企業多

前文已經講到在世界范圍內制漿造紙所用到的原材料主要是木材，而我國的情況又如何呢？我國的造紙工業所用的原材料主要是草類，木材類原料的利用正逐年下降，占的比例越來越少。如果不計廢紙，以原生纖維原料計算，則我國造紙工業機制紙漿的漿種結構以原生植物纖維（不計廢紙）比較，我國各種機制草漿（包括其他纖維原料，如竹、蔗渣、葦等）可占總產量的絕大多數。同時也可以看到，我國造紙企業的主要制漿方法為硫酸鹽法（含堿法），占總制漿產量的72%而其中禾草漿（主要是稻麥草漿）占硫酸鹽祛漿的52%，占總產漿量的38%。如果考慮到亞鈉、亞鐵、石灰法制漿也基本上使用禾草纖維原料，則單純禾草漿就可占總產量的50%以上。可以說中小型造紙企業和中小草漿企業數量眾多是我國造紙工業的一大特點。在考慮我國造紙工業的污染防治以及行業的健康發展時，就必須牢記這兩個現實特點。

（3）造紙企業污染嚴重據統計

根據國家生物技術信息中心（NCBI）國家醫學圖書館的信息，煤炭一直是中國經濟增長和向全國人口輸送電力的基本燃料。

NCBI的報告表示，“中國現在是全球最大的煤炭生產國和消費國，消耗了全球一半的煤炭產量，2018年全球煤炭交易量的20%被中國進口；同時，中國也是世界上建造新燃煤電廠的主要國際融資機構。2018年，煤炭占中國一次能源消費的60%，貢獻了中國50%的微細顆粒物（PM2.5）污染物和70%的碳排放”。

中國長期奉行解決“霧霾問題、減少環境有害物質排放、促進能源系統優化和開發清潔低碳能源”的國家政策，這包括淘汰落后的燃煤鍋爐和生物質鍋爐，將其更換為清潔的燃氣鍋爐。因此，全國各省市紛紛出臺新能源規劃和行動方案。北方地區集中供熱和工業用電生產并重，南方地區主要集中工業用電生產。

根據東莞環境保護局最近的一份公告，東莞市正在推動大規模從煤電向燃氣發電的轉變。為了支持這一新變化，該市開始建設17座新電廠，同時關閉了12座燃煤和生物質鍋爐。

根據Fisher的數據，中國的制漿造紙工業嚴重依賴煤炭作為燃料，而不像歐洲和美國造紙行業主要依賴天然氣等清潔能源。目前，國內超過380家制漿造紙廠以煤炭為主要燃料來源。其中，河北、廣東、山東、浙江、廣西的制漿造紙廠數量約占全國紙企總數的50%。根據各省政策，“十四五”期間（2021—2025年）這些紙企的鍋爐可能會被完全改造或淘汰。

對于東莞的許多制漿造紙廠來說，由于能源將從煤炭轉向天然氣，燃料成本的增加可能是其面臨的挑戰。就燃料成本而言，天然氣是煤炭的兩倍多。根據廣東省的測算，標準天然氣價格為2.06元/m3（可浮動20%），省級管網運輸價格為0.15～0.2元/m3，城市燃氣管道運輸費為0.2～2.0元/m3，最終用戶凈價合計為2.41～4.2元/m3。5例如，根據Fisher數據，目前中國使用燃煤發電的箱紙板制造商的平均燃料成本約為300～400元/t。如果以天然氣代替煤炭，造紙的現金生產成本可增加300～400元/t。從成本的角度來看，這增加了許多小企業無法承受的巨大壓力。因此，這些企業可能會被擠出市場，并將進一步推動行業整合。

1研究方法

1.1數據來源2005～2012年我國造紙工業的主要數據包括:企業數量、產品產量、用水量、廢水排放量、COD排放量、氨氮排放量等，這些數據均來源于2005～2012年的《中國環境統計年報》，并采用中國國家統計局網站公布的數據以及中國造紙協會公開的《造紙工業年度報告》對這些數據進行校核。單位企業的產品產量、主要水污染物(COD和氨氮)排放強度、單位產品的用水量等均由以上數據計算獲得。

1.2分析方法為明確我國造紙工業的用水量、廢水排放量、主要水污染物排放量等各項指標之間的相關關系和影響程度，并從中篩選出影響我國造紙工業主要水污染物排放量變化的關鍵要素，采用灰色關聯度分析法對我國造紙工業的各要素數據進行分析。相對于其他分析方法，灰色關聯度分析法具有思路明晰、信息損失小、對數據要求較低、工作量較少等優點。灰色關聯度分析法是將研究對象及影響因素的因子數值視為一條線上的點，并與待識別對象及影響因素的因子數值所繪制的曲線進行比較，比較它們之間的貼近度，分別量化計算出研究對象與待識別對象各影響因素之間的關聯度，通過比較各關聯度的大小來判斷待識別對象對研究對象的影響程度。由于計算出的關聯系數較多，采用取平均值的方法將各點的系數集中為一個值，即為關聯度。子因素數列的關聯度大小代表了該要素與母因素數列的關系密切程度，數值越大，表示該子因素與母因素的關系越密切，影響程度越大。

2結果

2.1我國造紙工業主要水污染物排放特征采用我國造紙工業2005～2012年的企業數量、產品產量、取水量、用水量、廢水排放量等數據綜合分析了我國造紙工業主要水污染物排放量的變化情況。2005～2012年間，我國造紙工業的單位產品(以噸計)用水量沒有顯著變化，在123.5～110.7t之間，2012年單位產品用水量比2005年的降低了10.4%。單位產品取水量與單位產品廢水排放量降低較為顯著，且兩者的變化規律較為一致。單位產品取水量從2005年的68.5t降低到2012年的37.2t，降低了45.7%;單位產品廢水排放量從2005年的59.2t降至2012年的31.3t，降低了47.1%。單位產品的取水量和廢水排放量的降低得益于我國造紙企業持續開展中水回用工程，減少新鮮水的消耗量。據統計，2012年我國造紙工業生產過程水的平均回用率達66.4%。我國造紙工業單位產品的取水量和廢水排放量持續減少的同時，主要水污染物排放強度持續降低。2005～2012年，我國造紙工業的COD排放強度從25.73kg/t產品降低到5.69kg/t產品，降低了77.9%，年均降幅達24.1%，且有進一步持續降低的趨勢;氨氮排放強度由2005年的0.67kg/t產品降低到2012年的0.19kg/t產品，降幅達71.6%。氨氮排放強度在2005～2008年間快速降低，年均降低32.5%;2008年以后，氨氮排放強度降幅減小，年均降低10.9%。我國造紙行業開展了深入的水污染治理工作，主要水污染物的排放量在2005～2012年間顯著減少。COD排放量從2005年的159.7萬t減少到2012年的62.3萬t，減少了61%，占全國工業COD排放總量的比例從2005年的32.4%降至2012年的20.5%;氨氮排放量從2005年的4.14萬t減少到2012年的2.07萬t，減少了50%，占全國工業氨氮排放總量的比例從2005年的8.6%降至2012年的8.5%。

2.2我國造紙工業主要水污染物排放量灰色關聯度分析結果選擇總量類指標(用水量、取水量、廢水排放量等)與強度類指標(單位企業產品產量、單位產品用水量、單位產品取水量、單位產品廢水排放量、主要水污染物排放強度等)的相關數據，對我國造紙工業主要水污染物排放量與總量類指標和強度類指標的關聯度進行了分析。我國造紙工業COD排放量與總量類指標和強度類指標的關聯度分析結果。我國造紙工業COD排放量與強度類指標間的關聯度顯著大于總量類指標。其中，單位產品廢水排放量、單位產品取水量及COD排放強度的關聯度指標位列前三;取水量、用水量、單位企業產品產量與COD排放量的關聯度較弱。我國造紙工業氨氮排放量與總量類指標和強度類指標的關聯度分析結果。與COD排放量類似，氨氮排放量與強度類指標的關聯度也顯著大于總量類指標。其中，氨氮排放強度、單位產品廢水排放量和單位產品取水量與氨氮排放量的關聯度位列前三;取水量、單位企業產品產量和用水量與氨氮排放量的關聯度較弱。從關聯度分析結果可以看出，強度類指標與我國造紙工業主要水污染物排放量變化的關聯度顯著大于總量類指標。這表明，我國造紙企業持續開展了工藝改進與環境治理工程，實際生產工藝和污染治理水平顯著提高。我國造紙工業主要水污染物排放量減少與單位產品取水量和單位產品廢水排放量的減少密切相關。這主要是由于近年來我國造紙企業持續開展中水回用項目，提高了水資源利用效率，減少了新鮮水取用量。此外，單位企業產品產量與主要水污染物排放量的關聯度較弱表明，我國中小造紙企業也開展了較為深入的污染物治理工程，主要水污染物的總量控制工作具備良好的基礎。用水量、廢水排放量等數據與主要水污染物排放量的關聯度較弱表明，近10年的時間里，我國造紙工業的治污水平有一定程度的提高。但我國造紙工業生產工藝與國際先進水平之間仍存在一定差距，需要在后續的污染物總量控制工作中持續推進清潔生產，從源頭減少污染物的產生量，降低主要水污染物排放量與排放強度。