混合材高得率清洁制浆关键技术及产业化-国家林业局.docVIP

2019年度国家科学技术进步奖提名项目公示一、项目名称混合材高得率清洁制浆关键技术及产业化 二、提名意见制浆造纸是重要的基础原材料产业，我国已成为世界第一生产和消费大国，在国民经济中具有举足轻重的地位。提高原料利用效率、节能节水减排、技术与装备自主化等已经成为保证林纸行业可持续发展的重要战略。项目组历经20多年的科技攻关，系统研究揭示了木片药液渗透与均质软化、纤维低温定向解离、高效漂白等机理和基础理论问题；针对我国速生混合材材性特征，创制了变压浸渍软化、节能磨浆、纸浆清洁漂白和生产废水处理回用等系列产业化关键技术；创制了多级差速揉搓变压浸渍、功能分区高能效磨浆、双功效软化漂白和高效废水处理等核心装备。积极开展了创新技术的产业化应用和推广工作，设计建成混合材高得率制浆生产线16条，升级改造进口高得率浆生产线32条，技术成果覆盖我国高得率制浆产能的70%以上。获得授权发明专利18件，发表学术论文157篇，SCI、EI收录47篇。关键技术成果获梁希林业科学技术一等奖、中国专利优秀奖等奖励6项。近三年利用混合材1870万吨，林农增收224亿元；新增销售收入227.8亿元、新增利润19.9亿元；节约木材500万立方米，节水1.8亿立方米，节电69.6亿度，COD减排15万吨。高得率制浆技术和装备的自主化打破了核心技术与装备被国外长期垄断的局面，实现了低质原料高值化利用的目标，整体提升了我国高得率制浆技术和装备水平，推动造纸产业向资源节约、环境友好、产品结构合理的可持续发展方式转变，产生了显著经济、社会和生态效益。提名该项目为国家科学技术进步奖 二 等奖。三、项目简介该项目属林产化工领域。造纸产业在国民经济和社会发展中具有十分重要地位。纸和纸板消费水平是衡量一个国家现代化和文明程度的重要标志之一。项目针对制约造纸工业发展的“资源、环境、结构”三大瓶颈问题，在国家基金和科技攻关等项目的资助下，创新开展混合材均质软化处理、纤维低温定向解离、化学品减量、中水处理回用等技术攻关和核心装备创制，为实现造纸工业的低碳、绿色、可持续发展提供强有力的技术支撑。项目取得了如下科技创新和突破：1. 创制了混合材多级变压浸渍均质软化技术。针对混合材种类多、材性差异大，系统研究了不同木材微细结构、化学组成和分布特性，揭示了木片药液渗透机理；创制了混合材多级变压浸渍均质软化新技术。木片吸液能力从1.0 1.8 m3/t提升到2.8 m3/t以上，浸渍化学品减量30%以上，有效实现差异化木片均质软化，彻底解决了传统技术无法利用混合材生产优质纸浆的难题。2. 创制了纤维低温定向解离的高得率节能磨浆关键技术。针对传统技术木质素溶出多纸浆得率偏低，建立了纤维低温定向解离磨浆理论，纤维在细胞壁S2层定向解离，克服木质素迁移引起的纤维表面玻璃化。创制了盘磨功能分区高能效磨浆关键技术。制浆得率从75% 80%提高到85%以上，磨浆节电53%、纤维结合强度从10 15 N.m/g提高到25 N.m/g以上。3. 创制了高得率浆清洁高效漂白关键技术。针对传统技术化学品用量大、污染负荷高，揭示了过氧化氢稳定化机制和高效漂白机理。发明了多价金属离子螯合转移技术，开发了多段施药挤提高效漂白和逃逸H2O2捕捉等化学品减量化、中水高比例回用等关键技术。吨浆化学品消耗由90 120kg降低到50 70kg，中水回用率由40%提高到65%以上，综合处理成本降低20%以上。4. 研制了节能型高得率清洁制浆成套核心装备。针对高得率制浆装备全面依赖进口，研制了多级差速挤压揉搓浸渍装备、软化漂白双功效反应塔、功能分区的高能效磨浆单元等制浆核心装备；发明了推流混流耦合和脉动湍流新型厌氧反应器、多相效协同催化氧化反应器等废水高效处理核心装备。同等规模下，设备投资仅为进口装备的30%。发表学术论文157篇，获授权发明专利18件，制订标准3项。关键技术成果获梁希林业科技一等奖、中国林业科学研究院科技一等奖、中国林业产业创新奖和中国专利优秀奖等奖励6项。建成全国产化装备清洁制浆生产线16条，升级改造进口生产线32条，技术成果覆盖高得率浆总产能的70%以上。高得率制浆技术和装备的自主化打破了国外公司的长期垄断。近三年利用混合材1870万t，林农增收224亿元；新增销售收入227.8亿元、新增利润19.9亿元；节约木材500万m3左右，节水1.8亿m3、节电69.6亿kWh、COD减排15万t。培养研究生68名、企业技术骨干180名。项目的实施，整体提升了我国清洁制浆生产技术水平，有力促进了行业的技术进步，产生了显著的经济、社会和生态环境效益。四、客观评价 1. 查新结论经江苏省科技查新咨询中心国内外联机检索，出具的查新结论：1）未见多级差速揉搓变压浸渍和均质软化技术、低温解离和高浓精磨组合磨浆关键技术报道；2）未见多价金属离子螯合转移技术、多段施药-挤提漂白技术等高得率浆高效漂白关键技术报道；3）未见集成混合材节能型清洁制浆产业化文献报道；未见多级差速搓揉挤压浸渍机、软化漂白双功效反应器等核心制浆装备、脉动式折流厌氧反应器、多相效一体化协同催化氧化反应器等报道。2. 鉴定和验收意见1) “短周期工业材制高得率浆工艺技术研究”鉴定意见： “该项成果总体技术属国内领先地位；制高得率浆适应性综合评估技术达到了国际先进水平；杉木、针/阔叶木混合化机浆技术具有世界创新性”；2) “基于TS螺旋浸渍的农林废弃物清洁制浆技术”鉴定意见：“对紧凑流程清洁制浆技术进行了集成创新，在全流程中合理分配加药量、电能输入及中水回用”，“可实现节水70%左右、节电2535%、节约化学品20% 30%”。“在同等纸浆质量情况下，水、电、化学品消耗指标达到国际领先水平”；3) “TSP系列双螺杆浸渍机”鉴定意见：“采用逆向压缩和膨胀-揉搓混合压力浸渍机理，突破了均质化浸渍技术瓶颈，强化了药液渗透和润胀作用，显著降低了化学品消耗和机械磨浆电耗”。“该项成果达到了国际先进水平”； 4）“木材清洁高效制浆技术（国家科技支撑2006BAD18B05）”验收意见：“在低质木片均质软化，有效降低磨浆能耗、提高纸浆白度和白度稳定性、化机浆在高档纸浆产品中的应用等方面突破了7项关键技术；集成创新了小径材、加工剩余物、速生木材高效清洁制浆造纸工艺技术等4项产业化成果”； 5）“低能耗、高强度、高得率木浆生产技术研究（国家科技攻关96-011-01-09）”验收意见：“低能耗、高强度、高得率木浆生产技术在我国有良好的推广前景”； 6) “高效低能耗造纸废水处理工业应用技术（林业科学技术推广项目2006-104）”验收意见：“在废水处理好氧池应用了动态曝气技术，显著降低了大功率风机的耗电量。在福建腾荣达、无锡荣成环保科技公司等单位得到了推广应用，节约能耗26.51%”；7）“林木加工剩余物预浸系统开发及产业化示范（江苏省科技计划产学研前瞻性项目BY2012043）”验收意见：“完成林木加工剩余物均质浸渍、反架桥反应仓等关键设备的研制”，“磨浆电耗节省53%”。3. 技术检测和监测报告1）杨木漂白化机浆 加拿大游离度290 mLCSF，纤维束含量0.08%，松厚度2.5cm3/g，白度79.9 %ISO，抗张强度25.4Nm/g；利用杨木剩余物可以制造优质漂白化机浆，可完全替代进口纸浆用于轻型纸、液体包装纸、防伪白卡纸和生活用纸等各类高档纸及纸板产品抄造；2）纸产品质量检测报告纸及纸板产品名称检测标准检测单位检测结果涂布白卡纸（防伪）GB/T10335.3-2004山东省纸张质量监督检验站合格高档低定量涂布纸GB/T10335.5-2003合格高档铜板纸GB/T10335.1-2005合格轻型印刷纸GB/T 26705-2011合格3）废水检测报告 山东省寿光市环境监测站、福建省将乐县环境监测站对使用该项目创新技术企业外排放废水进行连续监测，各项指标全部达标（GB3544-2008）。4. 同行评价“混合材高得率清洁制浆关键技术及产业化”成果突破了传统磨浆和漂白技术理论，实现成套工程技术和装备制造的产业化并实现出口，打破了国外公司对我国制浆技术和装备的垄断。5. 重要科技奖励1）低等级木材高得率制浆清洁生产关键技术，获梁希林业科学技术一等奖；2）小径材高得率制浆清洁生产关键技术及产业化，获中国林业科学研究院科技一等奖；3）低等级木材高得率制浆清洁生产技术，获中国林业产业创新奖；4）造纸清洁生产与节水关键技术及应用，获教育部高校优秀科技成果科技进步二等奖；5）利用杨木加工剩余物制取文化用纸配抄漂白化机浆的方法，获十五届中国专利优秀奖；6）一种化学机械制浆废水的生物处理减排方法，获十七届中国专利优秀奖。6. 媒体报道中国绿色时报（林浆纸周刊）2014年6月19日（第309期）报道 “我国清洁制浆技术已步入国际先进行列”。中国绿色时报2016年11月22日（第4637期）头版报道本项目技术“打破垄断，让中国制浆造纸技术走向世界”。五、应用情况1） 设计建造全国产装备高得率清洁生产线 在福建、四川、江苏、安徽等地建成了16条清洁制浆生产线，产品的各项质量指标达国际先进水平。与同类进口生产线相比：磨浆节电53%、化学品减量20% 30%，具有显著地节能减排特征；2） 升级改造进口高得率浆生产线 对山东晨鸣、山东华泰、江苏金东、广西金桂、福建腾荣达、河南瑞丰、湖南岳阳等国内20多家企业的32条进口生产线进行了改造和技术升级。其中金东纸业（江苏）有限公司等企业入选工信部首批43家清洁生产示范企业；3） 建立了清洁制浆核心装备生产基地 在江苏金沃机械有限公司建成高得率浆装备制造基地，2014年入选国家火炬计划产业化示范项目。进行多级差速揉搓变压浸渍装备、软化漂白双功效反应塔、功能分区的高能效磨浆单元等高得率清洁制浆系列核心装备的生产，产品销往国内17个省、自治区和直辖市。其中，双螺杆挤压浸渍机获高新技术产品认定、江苏省首台（套）重大装备产品证书；4）高得率浆技术和装备的出口 通过产学研合作，该项目清洁制浆成套技术和装备成功出口马来西亚、埃及、朝鲜等国家。为奥地利、马来西亚、伊朗、孟加拉国等国家企业提供了技术服务；5） 项目技术具有普适性 适用于各类木材原料制造符合不同产品需求的高得率纸浆，实现了制浆造纸产业原料类型多元化、目标产品高值化、核心装备自主化和生产过程清洁化的目标。14 六、主要知识产权证明目录（不超过10项，前3项为核心知识产权）：序号知识产权类别知识产权具体名称国家授权号授权日期证书编号权利人发明人专利有效状态1发明专利一种化学机械法制浆中木片的挤压方法及所用设备中国ZL201110423293.02014年12月3日1533213中国林业科学研究院林产化学工业研究所邓拥军、房桂干、丁来保等有效2发明专利利用杨木加工剩余物制取文化用纸配抄用漂白化机浆的方法中国ZL200910181331.92011年1月5日725277中国林业科学研究院林产化学工业研究所邓拥军、房桂干、韩善明等有效3发明专利一种化学机械制浆废水的生物处理减排方法中国ZL201010227575.92012年4月25日835892中国林业科学研究院林产化学工业研究所房桂干、施英乔、丁来保等有效4发明专利植物组织切片的制作方法、植物组织切片及其应用中国ZL201310430671.72015年9月23日1796589北京林业大学许凤，马建锋，张逊有效5发明专利利用桑树枝全杆制漂白化学机械浆的方法中国ZL200910181332.32010年12月8日708187中国林业科学研究院林产化学工业研究所邓拥军、房桂干、韩善明等有效6发明专利造纸湿部多价金属阳离子垃圾清除剂与制备方法及应用中国ZL200810122983.02011年5月18日781506南京林业大学戴红旗，尤峰，叶春洪等有效7发明专利一种催化氧化深度处理高浓化学机械浆废水的方法中国ZL201210168690.22013年12月25日1325027中国林业科学研究院林产化学工业研究所房桂干、施英乔、盘爱享等有效8发明专利多相效废水深度处理反应器中国ZL201410342416.12016年4月27日2050610中国林业科学研究院林产化学工业研究所盘爱享、房桂干、邓拥军等有效9发明专利多转鼓式洗涤分离装置中国ZL201410349177.22016年8月17日2172591江苏金沃机械有限公司曹堪洲、范刚华、徐涛有效10实用新型同向旋转重叠式双螺杆磨浆机中国ZL201020257518.02011年2月9日1692284中国林业科学研究院林产化学工业研究所，江苏金沃机械有限公司房桂干、徐义洪、施英乔等有效 七、主要完成人情况排序姓名工作单位完成单位技术职称行政职务对本项目的贡献1房桂干中国林科院林产化学工业研究所中国林科院林产化学工业研究所研究员 项目总负责人，对创新点1 4做出创造性贡献。负责并指导开发了关键技术及装备、高得率清洁制浆工程化成套技术的集成和推广应用。2邓拥军中国林科院林产化学工业研究所中国林科院林产化学工业研究所副研究员项目主要技术负责人，对创新点1、创新点2和创新点4做出了创造性贡献。3戴红旗南京林业大学南京林业大学教授系主任对创新点3 创新点4做出了创造性贡献。研制的多项污染物控制技术在项目清洁制浆工程中获得应用。4许 凤北京林业大学北京林业大学教授副院长 对创新点1做出了创造性贡献。5耿光林山东晨鸣纸业集团股份有限公司山东晨鸣纸业集团股份有限公司高级经济师副总经理 对创新点2 创新点4做出了突出贡献。6刘燕韶山东华泰纸业股份有限公司山东华泰纸业股份有限公司高级工程师研发部长 对创新点2 4做出了重要贡献。7沈葵忠中国林科院林产化学工业研究所中国林科院林产化学工业研究所研究员 对创新点2 4做出了重要贡献。8范刚华江苏金沃机械有限公司江苏金沃机械有限公司中级总经理 对创新点2 4做出了重要贡献。9丁来保中国林科院林产化学工业研究所中国林科院林产化学工业研究所副研究员 对创新点3 4做出了重要贡献。10盘爱享中国林科院林产化学工业研究所中国林科院林产化学工业研究所高级工程师 对创新点2 4做出了重要贡献。八、主要完成单位及创新推广贡献 1. 中国林业科学研究院林产化学工业研究所，第1完成单位主持了本项目的研究工作。开发了变压浸渍均质软化、低温解离节能磨浆、高效清洁漂白、废水处理回用等高得率清洁制浆关键技术，创制了多级差速搓揉挤压浸渍、软化漂白双功效反应塔、多相效催化氧化、脉动式折流厌氧反应器等系列国产化核心装备，集成了国产化装备低等级木材成套清洁制浆生产技术。获授权发明专利10件、实用新型专利5件，制定标准1项，发表研究论文116篇、出版专著1部。主持建成10多条全国产化装备的清洁制浆生产线，改造了32条大型进口高得率浆生产线，并实现了成套技术与装备的出口，为我国造纸行业的科技进步和节能减排做出了突出贡献。先后获得梁希林业科学技术奖一等奖1项、中国林业产业创新奖1项、中国专利优秀奖2项等多项奖励。2. 南京林业大学，第2完成单位主要开展了对高得率浆漂白过程中水溶性无机盐电解质的控制与转移、高得率浆清洁生产工艺优化等关键技术研究。发明多价金属离子控制剂及其应用技术成功替代传统螯合剂，消除了多价金属离子在系统中的积累和污染；研制的溶解与胶体性有机物控制与转移技术等有效降低了过程中水需要处理的量及处理负荷，为后续废水处理推流-混流耦合、多相效协同催化氧化废水处理技术高效的工作创造了条件。相关技术成果先后在山东晨鸣、江苏金东、江苏玖龙、河北玖龙等单位推广应用，产生了显著的经济和社会效益，极大提升了行业清洁生产技术水平。 3. 北京林业大学，第3完成单位系统开展了木材生物学解剖特征、微细结构、分层化学分布及胞腔内附着物聚集状态等基础研究，创新完成多种木材微观结构原位检测分析方法，实现了拉曼显微镜下原位分析纤维素及木质素等主要组分区域化学分布信息并采集成像，实现了纤维细胞壁各亚层组分原位快速检测，系统探明了不同材性木材浸渍软化前后纤维细胞壁组分变化规律，为高得率制浆过程中木片均质浸渍、低温解离节能磨浆和高效清洁漂白等关键技术研发提供了基础理论支撑。4. 山东晨鸣纸业集团有限公司，第4完成单位重点开展了混合材均质软化、低温解离节能磨浆、高效清洁漂白和气相过氧化氢捕捉、废水处理回用等关键技术的工程化应用，并积极推广应用到公司所有进口高得率浆生产线。利用低质混合木片生产出优质纸浆，可用于各类高档纸品的生产，生产消耗指标和产品质量达国际领先水平，取得了良好的经济和社会效益。在项目技术成果的转化和应用中做出了突出贡献。与项目第一完成单位共同获梁希林业科学技术奖一等奖1项、与第二完成单位共同获教育部科技进步二等奖1项。5. 山东华泰纸业股份有限公司，第5完成单位参加了国家科技支撑计划“木材清洁高效制浆技术”等主要课题中有关木片变压浸渍均质软化、低温解离节能磨浆、高效清洁漂白和气相过氧化氢捕捉利用、废水处理回用等技术的创新工作，并应用项目技术成果对本公司年产10万吨BCTMP生产线进行了升级改造。在项目技术成果的转化和应用中做出了突出贡献。与项目第一完成单位共同获梁希林业科学技术奖一等奖1项，制订国家标准1项。6. 江苏金沃机械有限公司，第6完成单位 通过与中国林业科学研究院林产化学工业研究所的“产学研”合作，成功开发出多级差速揉搓变压浸渍机、高浓混合器、双螺杆洗涤机、软化漂白双功效反应塔等成套清洁制浆核心装备，主要产品销往全国十多省区，成套装备出口马来西亚等国家和地区，实现了项目技术成果的规模化应用。获授权专利13件，制订企业标准1项。与项目第一完成单位共同完成“产学研”合作项目3项，获梁希林业科学技术奖一等奖等多项奖励。 九、完成人合作关系说明第一完成单位 中国林业科学研究院林产化学工业研究所 1991年起，先后承担国家和省部级研究项目12项，完成了项目核心技术的研究工作，发表论文116篇，申请专利15件；在创新点1至创新点4做出了突出贡献；主持设计和建成生产线10多条并实现国产装备清洁制浆生产线的出口，实现了项目技术从基础理论研究到大规模工程化应用的突破。房桂干、邓拥军、沈葵忠、丁来保、盘爱享等5名完成人，在本项目创新点1至创新点4的研究和关键技术产业化过程中发挥了各自的作用，为项目的完成做出了应有的贡献。第二完成单位 南京林业大学积极完成项目有关高得率浆漂白、制浆清洁生产技术与过程水循环回用等基础理论及应用研究；自2008年起与我单位合作，联合在山东晨鸣、江苏金东等企业推广应用木片浸渍多价金属离子控制与转移技术、清洁生产技术等集成及成果熟化。完