秸秆化机浆新工艺研发报告

#秸秆化机浆新工艺研发报告一、研发单位与研发领军人企业名称：洛阳辰龙科技开发有限公司。住址：洛阳市涧西区科技工业园。法定代表人：齐玉兰。经营范围：植物秸秆综合利用及新技术研发、节能产品的开发、技术咨询服务及研制。公司董事长、研发领军人高铭，是一位团级转业干部，勇于和善于技术创新，曾拥有九项专利技术。他对“三农”秸秆的科学利用问题，是在2006年12月至2012年4月，历时6年，在自己建造的实验厂，进行了100多次反复实验，耗资600多万元，终于找到了化学与机械相结合的方法，用100%的麦草秸秆制造出了合格的瓦楞原纸，并且做到水的循环利用，无外排。600mm实验造纸机白水，20n年5月10日委托三门峡市环境监测（中心）站分析结果：PH值为7.97,化学耗氧量（mg/L）为647,五日生化需氧量（mg/L）为146。宜阳天龙纸业有限公司，2009年7月25日至29日，使用辰龙科技开发有限公司实验厂提供的秸秆化机纸浆,在废纸浆中配入30%、40%、60%、80%、100%,在1450mm园网造纸机上，生产出的瓦楞原纸,2009年9月1日,由农业部纸及纸制品质量监督检验测试中心检验,纸张的定量、横向环压指数、裂断长,所检项目符合GB-T13023-2008（合格品）的规定。并且做到废水无外排。二、曲折的研发过程1、“秸秆禁烧令”和媒体报导造纸污染中,萌发攻关秸秆制浆造纸课题①从落实国务院“秸秆禁烧令”中萌发秸秆科学利用的课题。在下乡调研工作时看到,每逢夏收秋收时节,县乡两级干部,为落实国务院秸秆禁烧令,跑农村蹲地头,工作非常辛苦。投入大量人力物力财力严把死守，也难以有效制止秸秆焚烧现象，形成了“秸秆当时不烧避风头。过后焚烧腾地头”的尴尬局面，大量的秸秆还是被焚烧，既污染了环境，又浪费了宝贵资源，严酷的现实令人堪忧：“农民—烧秸秆无奈，环境—烧秸秆污染。资源—烧秸秆浪费，政府—烧秸秆头疼。”对秸秆的焚烧问题，能否找到一种以疏代堵的科学方法呢？②从电视煤体报导中，得知造纸行业因排污超标，带来了严重的水污染问题，致使许多无力治理无法达标的造纸企业纷纷被关停。能否找到一种不污染、微污染的制浆造纸方法呢？2、组建科技开发公司后，从膨化食品的制作中受到了一定的启发。在研发的原始阶段，选用：饲料粉碎机（粉碎秸秆）f加膨化剂密闭堆放（膨化）一钢碾压机加热熟化（沸点熟化）-350单盘磨磨浆-600双网双缸实验造纸机（造纸）的工艺技术。在实验中发现这套制浆工艺技术，有三个弊端：一是膨化时间长，不适应大型规模化生产要求；二是碾压机沸点温度不好掌控，不适应自动化控制需要；三是单盘磨磨浆浓度低，纤维被过多切断，不适应产品质量指标要求。3、组建制浆造纸专业团队，深入调研，精细分析被关停秸秆造纸企业存在的关健问题。针对问题研发攻关课题，制定全面的攻坚克难措施。①全面剖析传统的各种秸秆制浆造纸技术的共同点和污染因素，寻求攻关对策。——化学浆，用强碱（烧碱）蒸煮，烧碱和蒸煮助剂一次性加入，高压（0.6—0.8mpa）、高温（160—175℃）蒸著条件，化学介质呈强碱性，化学漂白纸浆得率为38~42%，即55%以上的降解物溶于废水中。为治理废水污染，需配套建设碱回收工程和大型废水处理设施。产品单位水耗三85m3/t。——半化学浆，用4.5—6.0%烧碱，高压高温蒸煮，蒸解溶出物相对较少，纸浆得率70%左右，即30%左右的降解物溶于废水中，化学介质呈碱性。但由于黑液固含量低，可燃物少，发热值低，无法配套碱回收工程，废水处理难度大、成本高，而被逐步淘汰。石灰法半化学浆，亦因废水无法处理，而被关停。——亚铵法化学浆、半化学浆，废液中含有氮、磷、钾元素，理论上虽能作农灌肥料，但实际上，灌溉配套设施和制浆生产的连续性、农灌的季节性的矛盾无法解决，而被淘汰。——爆破法制浆，在草片中加入少量石灰水或烧碱，在超高压超高温的爆破罐中，瞬间放压，使草片爆破成浆。国内爆破法制浆曾风靡一时，终因纸浆在后工序中，有大量污染物转移，废水难以处理而夭折。②综合以上所述几种秸秆制浆造纸技术，皆面临着严峻的水污染问题，具体分析，有着极相似的共性缺陷：一是原料处理过于传统低效，不利于高效蒸解；二是蒸煮条件过于强烈，采用传统的高压高温蒸解工艺，溶出物多，制浆得率低，废水污染严重；三是蒸煮药剂过于单一，而且是一次性加入，不利于实施先进的集成技术；四是蒸煮终点蒸煮液呈强碱性，使大量蒸解物在洗选工序中被水介质溶出，加重废水的污染；五是在中段制浆中，选用的是低浓洗浆、低浓磨浆、低浓筛选工艺设备，不利于节水降耗减污。六是在造纸中，忽视留着技术，不利于节能降耗减污。通过对传统秸秆纸浆造纸的剖析，一致认为：因秸秆原料结构松软，而仿用却是木材结构紧密的木浆蒸煮工艺，长期沿用，创新不够。因而绿色制浆造纸法应向传统的秸秆制浆造纸法进行挑战，破旧立新，反其道而行之，才能创新出崭新的新技术、新工艺，新方法、新设备、新成果，造福于“三农”秸秆。③建设试验基地，完善试验手段秸秆化机浆新工艺，是一个复杂的集成技术系统工程，工艺技术参数多，相互关联因素多，质量要求高，水污染要求严，进行科技研发，需要建立一个基本试验基地，从小样实验到付诸生产，能够进行科学研发，以科学的手段，保障超前的研发创新。④研发数据的产生与验证科技研发的成果必须要有数据支撑，而数据又必须经过反复验证，证明其准确无误。辰龙科技对《秸秆化机浆新工艺》的研发，历时6年，耗资600多万，就是在不断探索，精心研发和反复认证优选数据中渡过的。A蒸解原料形态的研发根据植物纤维原料蒸煮液纵向渗透为主和原料表面积与渗透速率成正比的原理，要求原料不但要有一定的长度，而且要有合适的细度（直径）。据此原理，在实验室中反复对比传统草片蒸解与新工艺丝状蒸解的蒸解速率。实验表明：在蒸解条件相对固定的条件下，丝状形态比片状形态原料，蒸解速度快30分钟左右，为实施常压低温蒸解创造了条件。B复合药剂的自主研发传统的蒸煮药剂比较单一，基本上是强碱药剂+催化渗透剂，一次性加入。我们根据秸秆化机浆的特点，运用集成技术研发复合药剂，按药剂功能分段加入。先从实验室做1kg原料对比实验，实验成功后，由生产检验。试验表明：单一的蒸解药剂蒸解的纸浆耗时长，未蒸解份高，手工抄纸纸面粗糙，不适应化机纸浆生产需求；复合药剂蒸解的纸浆耗时短，未蒸解份纸，抄纸细腻。药剂加入的基本顺序：高解剂、渗透剂；生物霉（考虑品种介质温度、PH值要求）；氧化剂、熬合剂；调节剂。蒸煮浓不是传统的高PH值的重污染的黑色黑液，而是新的PH值7.0-7.5轻污染的可回用的淡黄色废液。传统工艺半化学浆黑液CODcrNl0000kg/L,新工艺废液CODcrN3000kg/L；经制浆回用后，检测纸机的白水其水污染物为:CODcr647、BOD5146kg/L、PH值7.97。C蒸煮条件的研发——药剂与原料比率。是在立顾成浆质量，兼顾生产成本的统筹兼顾原则下确定的。——蒸煮浓比。是考虑到实验室的蒸锅和反应釜的搅拌情况下确定的，浓比为1：4。——蒸煮压力温度。压力是按节能减污的原则，经实验确定为常压；温度是按药剂功效，经实验优选为60~98℃。——蒸煮有效时间。是按自定蒸煮粗浆半成品质量标准掌控的。掌握标准为：本色秸秆化机浆K值30±3,漂白秸秆化机浆K值19±3。实验与生产有效蒸解时间W3。D制浆得率的研究秸秆化机浆得率的研究是在实验室中反复验证的。现举例两个较典型的实验数据如下：实验1：称取除尘分丝风麦草原料1kg倒入蒸锅中，依次加入一定量的离解剂、渗透剂、生物霉、氧化剂、熬合剂、调节剂。操作要点：液比1：5，先用温开水将固体药剂溶开，倒入草丝中，搅拌均匀；依次加入药剂，边加边搅拌，文火蒸煮至终点停炉。取样检测，蒸煮液Ph值为8,粗浆K值为22,打浆度为24°5区，得率75%。实验2：称取除尘分丝麦草风干原料10kg,进行生产性试验。将原料倒入生产反应釜中,依次加入一定量的药剂,液比1：5。先将固体药剂用一定温度的水溶解,依次掌控水量,分段加入药剂,保持最高温度W98℃至终点停止通蒸汽加温。取样检测：蒸解液Ph值7.5,粗浆K值27,打浆度20°SR.,湿重3.5g,粗浆得率80%。实验室实验与生产性验证数据表明；蒸煮粗浆K值越高，打浆度越低，湿重越高，得率越高，废液污染越低。通过实验室实验与生产性验证，在广开原料资源试验中表明：本秸秆化机浆新工艺对原料的适用性很强，既适用于一年生农作物秸秆原料，也适用于非秸秆植物纤维原料，生产本色浆或漂白浆。E中段制浆采用高浓工艺装备的研究中段制浆选用高浓工艺装备的目的，一是利用高浓磨浆设备对粗浆纤维进行分丝，使其细纤维化，保护秸秆纤维的有效长度，提高制纸强度；二是利用高浓洗浆、筛选、漂白设备节水节能降耗减污。——高浓磨浆。规模化生产，拟在横管连续蒸煮器的出料口，设置高浓热磨机，借蒸煮粗浆热力，实施高浓热磨浆，磨浆浆浓度15%左右；后段高浓磨浆浆浓25-30%。——高浓洗浆。洗浆机入口浆浓2-3%，出口浆浓25-30%。——高浓筛选。高浓筛选机浆浓2-3%。——高浓漂白。高浓漂白塔浆浓25-30%。——浆中重杂质的净化，拟设置在造纸流送部，利用纸机上网浓度筛选，不增水耗。F关于浆水平衡问题。现有生产试验线，只设置了一台试验用小型高浓磨浆机，浆浓10-15%，未设高洗浆设备和高浓磨浆设备及高浓漂白设备。工艺流程比较简单，与规模化大型生产工艺流程和技术装备有较大差异。所以，制浆系统的浆水平衡尚不能准确做出来。但是，可以预测规模化大型生产会比小试有更大的收益。瓦楞原纸生产水平衡图(t/d)和黄板纸生产水平衡图(t/d),请参阅《可行性研究报告》末页。一是建立简易实用的实验室，开展秸秆制浆实验。主要实验器具有：计量器具，不锈钢蒸锅和蒸解反应器，可调温电炉、PH值测定仪和试纸，食用打汁机（代用疏解），打浆度测定仪、手工抄纸器和挤压机等。主要实验方法为对比—检测—排除—认证。从实验中，对比优选原料形态，得知丝状秸秆原料形态比片状形态蒸解速度快，蒸解均一性好，成纸质量高；对复合蒸煮药剂与单一药剂进行对比，得知复合药剂比单一药剂蒸解效果的；按药剂功效分段加入，比一次性加入效果好；对比各种不同的蒸解条件：药剂对秸秆原料比率，加入顺序，蒸煮液比，蒸解温度，优选最佳蒸煮工艺。认证以常压低温蒸煮工艺，制取高得率、低污染化机纸浆。二是建立生产性试验工厂，验证实验成果，优选高效制浆设备，为大型生产提供技术支撑。主要技术装备有：秸杆切片机、干法除尘器、分丝机、蒸解反应釜、高浓磨浆机、450双盘磨浆机、600双圆网双缸造纸机等。通过生产验证实验研发成果。三是挂牌辰龙《纸浆研究所》，对合作客户提供的制浆原料进行研发。既研发农作物秸秆原料，又研发非秸秆植物原料，例如：芦苇、芒杆、竹、木等。原料越好，产品质量越高。对制浆原料的研发实践表明、化机纸浆技术对原料的适用性很强。所有研发工作的根本目的，皆是为了科技成果转化成生产力，促进绿色纸浆造纸业的持续健康发展。三、绿色秸秆化机浆新工艺，技术创新成果要点1、对秸秆草片进行絮状分丝预处理，借以增大其表面积，为加速蒸解创造条件。2、采用复合药剂，按机理分段加入。其主要功能是：①离解剂，解决草丝的蒸解问题，分解植物木质素；②渗透剂，加速药液对草丝的渗透③氧化剂，对木质素、色素进行适当处理；④熬合剂，保护氧化剂的有效作用；⑤生物酶，催化蒸解进程；⑥调节剂，使蒸解介质呈中性或微碱性，预防蒸解物在后工序中大量溶出，造成水污染。3、打破秸秆高压高温蒸解的常规禁区，实施秸秆常压低温（60-98℃）蒸煮新工艺，全程时间为3h，制取高得率（80—85%），微污染的化机纸浆。4、以机械的方法，解决轻度蒸煮，植物纤维离解不足的问题，选用高浓度热磨浆（浆浓12—15%），高浓度洗浆（浆浓25—30%），高浓度磨浆（浆浓25—30%），高浓度筛选（浆浓2.0—3.0%）的工艺设备，力求最大限度的节水降耗减污。5、造纸工序，采用高效留着技术，使纸机白水纸料留着率三85%,降耗减污。产品单位水耗Wl0m3/t,国际上称谓“零”排放水平。6、品种搭配，调节水质。以农作物秸秆为原料，采用不同的工艺和技术装备，可以制造出性能不同的纸浆，生产不同的纸和纸板。秸秆原生浆，掺配一定的比例的废纸再生浆，可以生产出多个品种，例如：低定量高强度瓦楞原纸和高定量纱管纸板；麦草、稻草秸秆浆，可以生产黄纸板。利用纸板品种和废纸再生纸浆，对成纸水份标准高和水质要求低的特点，搭配品种，分污清流，调度水质，优水优用，劣水劣用，控制成品纸水份上限，多带走一些水，也是减污的技术手段。7、完善配套设施，构建资源节约型、环境友好型的新型现代化企业。①按产品单位水耗15m3/t，配套废水处理设施，厌氧单元产生沼气，用作燃料；达标废水（CODcrW90mg/L）,回收用于黄纸板和废纸处理系统。②企业规模三10万t/a者，配套热电联产机组，使锅炉蒸汽二次利用；造纸机设封闭汽罩，充分回收利用烘缸干燥蒸发余热节能。本《秸秆化机浆新工艺》，运用集成技术，科学调节工艺，改变蒸煮药剂比率和加入程序，既可生产秸秆本色浆，用于制造瓦楞原纸、纱管纸板和黄纸板，又可生产秸秆漂白纸浆，用于制造文化用纸和生活用纸。四、科技查新报告2012年5月17日，由河南省科学技术信息研究院提供的《科技查新报告》查新要点和查新要求认为：“利用秸杆制化机浆；在制浆中段，采用高浓唐浆和筛选工艺；在造纸末段，采用高留着技术。通过查新，证明在所查范围内国内无相同研究”。五、科技成果鉴定2012年5月31日，由河南省科学技术厅组织的7人专家鉴定委员会形成的《鉴定意见》认为：（1）提供的鉴定资料基本齐全。（2）该项目以秸杆为原料，经过分丝处理，采用分段加入自主研发的复配药剂（离解剂、渗透剂、氧化剂、螯合剂、生物酶等），常压低温（80〜9℃）蒸解工艺，经过高浓唐浆、高浓筛选，制浆得率达80〜85，降低了污染物的产生量。（3）利用该项目工艺技术生产的秸杆化机浆，搭配30的%国产废纸箱纸浆，生产的瓦楞原纸，经农业部纸及纸制品质量监督检验测试中心检验，产品指标符合 （合格品）的规定。（4）经用户使用表明，产品质量较好，符合要求，预期经济效益、环境效益和社会效益显著。综上所述，该项目符合国家产业政策，具有明显的创新性，其工艺技术居国内领先水平。鉴定委员会同意该项目通过科技成果鉴定。六、科技成果的可行性研究与实施洛阳良龙科技开发有限公司的《秸秆制浆年产30万吨包装纸建设项目》的可行性研究报告，已于2012年1月由国家发改委颁发工程咨询单位资格证书（证书编号：工咨乙12020070024）的河南轻工设计院有限公司编写完成。报告结论认为：“通过各项指标综合分析，本项目作为资源节约型，环境友好型项目，无论是在生产工艺技术方面还是经济效益、环境效益方面都是可行的”。1、规模化基本工艺流程简图秸秆原料一刀辊切草机一羊角干法除尘器一草片分丝机一「药液、蒸汽计量除铁输送皮带一横管连续蒸煮器一热磨机一储浆塔一高浓洗浆机一高浓磨浆机一高农压力筛一配浆池一抄前浆池一长网多缸（表面施胶）造纸机一打包计量入库2、建设规模：机制包装纸年产30万吨，其中：低定量高强度瓦楞原纸20万吨，纸板10万吨，配套建设秸秆瓦楞纸浆年产能20万吨，废纸再生浆年产能10万吨。热电联产机组，循环流化床蒸汽锅炉3台，35t/h,汽轮发电机9000kw3、占地：250亩。4、总投资4.2亿元人民币：其中建设投资3.2亿元，流动资金1亿元（其中：铺底流动资金3000万元）5、主要经济指标：正常年销售收入8.4亿元，年利润总额1.7亿元，平均税后利润1.28亿元。6、项目资金筹措：建设投资由股份制股东出资，流动资金由银行贷款解决。7、财务评价：单位产品占用建设投资1073元/吨，投资利润率40.46%，投资利税率56.19%，销售利润率15.48%，项目资本金净利润率39.35%，全部投资内部收益率（所得税后）30.13%，全部投资回收期5年（含建设期2年）。七、科技创新亮点：本绿色“秸秆化机浆新工艺”创新项目，通过科技查新报告认定为国内首创，意义重大。1、运用集成技术，从秸秆原料预处理，到蒸煮首段复合药剂分段加入，常压低温（60-98℃）蒸解，制浆中段热磨浆，高浓洗浆，高浓磨浆，高浓筛选，造纸末段高效留着技术和品种搭配调节水质技术，热电水综合利用技术等全方位全面技术创新，制出了高得率微污染秸秆化机纸浆，破解了秸秆制浆污染的老大难题，产品单位水耗W10m3/t,达到国际水平。促进秸秆制浆造纸走上绿色发展之路。2、这种秸秆制浆新工艺、新技术、新方法、新设备的集成创新，孕育着技术装备的创新，是制浆造纸行业的一次技术革命，将对纸业节能消耗减污产生深远的影响，为企业创造新的经济效益。3、本“绿色秸秆化机纸浆法”不但适用于麦草、稻草、棉杆等农作物秸秆制浆，而且适用于芦苇、芒杆、木片、竹片等非秸秆植物纤维制浆，广开造纸原料资源，应用范围广阔。4、在纸档纸品种生产中，利用高效留着技术，在纸机流送部添加高效助留剂，对造纸排水曝气沉淀后，长期封闭循环回用，不变质，不发臭，不外排。5、发挥秸秆原料资源优势，缓解造纸原料制约。中国的造纸产业，原料对外依存度很大，2010年进口纸浆1137万吨（相当于生产纸1428万吨），废纸2435万吨。（相当于生产2213万吨），进口纸及纸板336万，进口木片约生产200万吨纸浆（相当于生产纸250万吨），进口量约合纸4227万吨，占消费量9127万吨的46.3%。这些数据表明，中国造纸业的持续发展，要受到原料的制约。如何科学合理地开发与利用国内可再生原料是一个不容忽视的课题。八、纸及纸板市场前景广阔1、人均消费量2012年为68kg,高于世界平均水平，远远落后于发展国家水平的194〜317kg，发展潜力巨大。2、随着商品市场的发展，包装物有很大需求，多年来瓦楞纸板消费量逐步