「头条」用技术创新开创传统造纸业高质量发展新局面

用技术创新开创传统造纸业高质量发展新局面

靳福明

中国中轻国际工程有限公司首席专家

摘要：简述了制浆造纸行业几十年的发展及面临的问题，分析了新形势下行业创新发展的途径。从纤维资源高效利用、浆厂提质增效、特种浆生产工艺技术突破、提升产品质量和扩展产品功能等方面总结了需要进一步研发和创新的技术及其应用。

关键词：造纸业；技术创新；高质量发展

造纸产业与国民经济和社会发展关系密切，是技术、资金、资源、能源密集型，规模效益显著，具有可持续发展特点的连续、高效生产的基础原料工业[1]，也是我国最早进行改革开放、市场化程度最高、竞争最充分的一个行业。几十年的发展，制浆造纸行业发生了巨大的变化。纸及纸板年产量从建国初期1949 年的22.8 万t，到1988 年1290 万t，再到2012 年破亿，达到年产10250 万t，并从此多年保持产量过亿，产量占全球总产量的25%~26%，位列世界第一；行业前10名企业平均规模从2014 年的378 万t 发展到2024 年的673 万t ；纸机单机规格从1956 年投产的第一台引进的幅宽3940 mm、设计车速450 m/min 的新闻纸机，到目前国内多台世界领先的幅宽达10 m、设计车速1800m/min 以上的文化纸机建成投产，以及国产幅宽8600mm、设计车速1200 m/min 的包装用纸机投产和通过鉴定；制浆生产线单线建设规模也从20 世纪80 年代年产10 万~15 万t，提高到目前年产150 万t 以上，国产制浆生产线技术装备供货能力也能满足年产40 万~ 50万t 的规模；纸及纸板产品品种、质量和整体技术水平都得到了大幅提升；造纸行业在2010 年后实现增产不增污、增产不增能耗，行业单位产品污染物排放量和能耗水平居世界先进行列。

尽管如此，行业多年来面临的原料资源短缺、能源供应紧张、环境压力加大和满足产品市场需求向新、向全、向精能力不足等问题在持续向行业施压。新形势下的限废、碳达峰、碳中和、单位产品能耗强制性国家标准实施、水效领跑示范标杆建立等，为行业进一步塑形提供了必要条件。2024 年8 月，中国造纸协会与其他7 家行业协会联合向行业发出了推行绿色设计、强化清洁生产、提高能效水平、加快设备更新、发展循环经济、加大科技创新、健全标准体系、打造绿色供应链、提升自身能力和加强国际合作的倡议[2]。该倡议为传统的制浆造纸行业发展指明了方向，行业需要进一步做好培育新质生产力、向高质量发展这篇大作。

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制浆造纸行业高质量发展的途径

多年来，世界范围内的制浆造纸生产装备与技术相对成熟、稳定。从各种不同的制浆工艺及装备，到长网、叠网和夹网等不同配置的纸机，基本上是处于优化提高的过程中，没有本质的、革命性的变化。因此，制浆造纸行业同其他的传统行业一样，随着新时代我国经济从高速增长转向高质量发展新阶段，需要从过去依靠要素驱动的低成本竞争增长转向工业转型与产业升级，要充分体现行业的创新性和革命性。

制浆造纸行业转型升级的本质是高质量发展，其重要途径是引入新质生产力，包括现有技术装备的进一步优化提高、创新技术的应用以及将跨行业的新技术与传统的技术装备相结合等。但本质上，无论是将创新技术直接应用到产品上，通过改进产品的种类和性能满足用户多样化、差异化、个性化和精细化的要求，还是将互联网、物联网、在线测量、人工智能、机器学习等技术应用到生产制造或管理过程中，其结果都是提升了产品在市场中的竞争力，这是企业高质量发展的终极目的。

党的“十八大”以来，制浆造纸行业以企业为主体，以市场为导向，在强制关停落后生产力的同时，通过技术引进、技术改造、技术创新提升行业技术装备水平，积极主动实施供给侧结构性改革和加快新旧动能转换，行业的转型升级取得了长足进展，在“十四五”收官和迎来“十五五”新发展阶段的新时期，行业应持续坚持创新驱动、加大创新技术应用、培育新质生产力，进一步提升行业高质量发展水平。

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制浆造纸行业创新技术及应用

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纤维资源高效利用

2.1.1 针对特定原料的蒸煮和脱木质素工艺研究及应用

持续加大原料预处理、黑液预浸、低温蒸煮、延伸脱木质素技术组合在特定纤维原料蒸煮过程对制浆得率、纸浆强度指标的影响研究，进一步优化蒸煮工艺条件，选择性去除纤维原料中的木质素，降低纤维素特别是半纤维素成分在脱木素过程中的降解和溶解，在已有生产线获得提高粗浆得率、降低碱回收黑液总固形物量和获得高强度纸浆的效果，最大限度将紧缺的、依靠大量进口的纤维资源转化为纸浆。总之，不同企业加强对各自原料和生产线的深度了解和适用技术的优化研究，是提高企业竞争优势和抵消原料成本劣势的重要突破点。

2.1.2 低成本浆种的高质化利用

纸浆成本的主要组成部分是纤维原料成本，即受纤维原料的种植或采购成本，再附加制浆得率差异的影响。在各类浆种中，高得率的化机浆、阔叶木半化学浆、针叶木半化学浆、阔叶木化学浆和针叶木化学浆随制浆得率依次降低，其制造成本依次升高。在造纸生产中提高高得率纸浆的配比，用相对低成本纸浆替代高成本纸浆或直接使用低成本浆种开发新纸种，一方面提高了纤维原料的利用率，同时也能有效获得成本差异的效益。如巴西Klabin 生产的Eucaliner 100%桉木浆牛皮纸及书赞桉诺生产的桉木系列不同用途纸浆产品等，将纤维原料的性能发挥到了较高的水平。因此，应根据不同纸种的性能指标对纸浆性能的要求，以目标产品质量要求为出发点，在实现高得率浆种替代低得率浆种或低成本浆种替代高成本浆种方面，加大研发的投入和生产实践。

2.1.3 同浆种纤维的分质利用

相同的制浆工艺应用于不同的纤维原料，得到的纸浆质量会有差异。优化原料选择和制浆工艺，可实现高得率浆种的性能指标接近低得率浆种的性能指标。同时，同浆种纸浆中也存在纤维的差异，特别是化学竹浆或再生纸浆在纤维长度、强度等指标差异更大，采用现代的纸浆分级技术和装备，可实现已获得浆种中不同质量纤维的分级，配合适宜的打浆和抄造技术，可生产优于本浆种可生产的纸种，进而提高这部分纤维使用的附加值。

2.1.4 充分利用非木纤维资源

我国森林资源较为匮乏，造纸工业每年都需要进口大量的木浆或木片，原料对外依存度高达60%，在巨大的原料缺口下，充分挖掘国内资源拓展纤维原料来源是保障纤维供应链安全和调剂进口资源价格的主要手段。因此，除加快营造人工林、竹林，深入推进“林/竹-浆-纸”一体化的发展外，应充分和合理地利用国内非木纤维原料资源。

加大研发农业秸秆、湿地芦苇、蔗渣等非木纤维资源的新型绿色低碳制浆技术的投入，提高资源利用效率。已工程化且成熟可靠的非木制浆应用和经验应加大推广力度，如北京林业大学利用制浆废液生产改性酚醛树脂粘合剂、原泉林纸业利用制浆废液生产有机复合肥等替代碱回收的制浆废液处理技术等，可有效支撑低单位产品投资的非木纤维制浆生产线建设，提高非木纤维制浆成本的竞争性。

2.2

浆厂提质增效

2.2.1 深化浆厂物料平衡

浆厂是一个复杂的化工系统，包括了流体输送、搅拌等动量传递过程；热交换、蒸发等热量传递过程；吸收、吸附、结晶、精馏、汽（气）提、筛选、过滤、置换、扩散、沉降等质量传递过程；化学反应涵盖了氧化、还原、放热、吸热、中和、置换、分解、取代等反应。这样一个庞大的物料和能量系统，其平衡是浆厂提质增效的基础。加大力度研发和配置适合各自生产系统的白液氧化、碱灰硝盐分离回收、臭气收集及制备硫或硫酸、二氧化氯制备副产过氧化氢和聚合氯化铝（PAC）等技术，平衡生产线钠和硫，降低影响工艺运行的氯、钾离子含量，全面利用二氧化氯制备的副产品，实现浆厂各类化学品的平衡。

2.2.2 推进无化石燃料浆厂建设

我国提出的2030 碳达峰、2060 碳中和目标，不仅是对世界的承诺，更是我国提高经济发展质量和效益，推动创新驱动发展和制造业绿色转型的自我加压之举。绿色低碳是造纸行业“十四五”及中长期发展的方向之一。化学浆厂，特别是大中型化学木浆厂通常都是热能自足，电能富余，最有条件实现无化石燃料工厂目标。可采用的技术主要包括使用备料产生的树皮、木屑，甚至外购生物质气化设备生产生物质气并用于石灰回收窑，替代化石燃料，高效利用生产过程中的副产品（如黑液、皂化物、甲醇等）。国内已有多条化学木浆生产线采用生物质气替代石灰窑化石燃料燃烧，利用蒸发工段汽提塔产汽分离甲醇并单独用于需要助燃的生产场景等，已向无化石燃料浆厂阔步迈进。

2.2.3 黑液木质素高附加值利用

化学浆生产主要去除的是纤维原料中的木质素。针叶木纤维原料中木质素占25%~ 32%，阔叶木纤维原料中木质素占18%~ 28%，这部分木质素在化学浆厂均作为燃料送碱回收炉烧掉用来产汽。木质素是一种极具工农业价值的有机原料，在橡胶、塑料、金属离子的吸附、黏合剂、皮革鞣剂的制备，分散剂和表面活性剂以及肥料、农药缓释剂、植物生长调节剂、沙土稳定剂、土壤改良剂等方面得到了广泛的应用[3]。一个年产100 万t 的阔叶木化学木浆厂，每年送碱回收炉32 万~ 50 万t 木质素，在不影响碱回收系统运行的情况下提取部分木质素，生产高附加值木质素产品，不仅可以提高企业的市场竞争力，同时可提高浆厂运行效率、降低碱回收炉大气污染物排放量。因此，与碱木质素相关的木质素提取及木质素后加工技术和装备的研发和产业化应用必将大有作为。

2.2.4 半纤维素降解产物的高附加值利用

半纤维素是制浆纤维原料中木糖、甘露糖、葡萄糖、阿拉伯糖和半乳糖等几种单糖聚合物混合物的总称。在化学制浆特别是预水解硫酸盐法生产溶解浆的过程中，聚糖类物质水解进入水解液。研发蒸煮前预处理提取半纤维素并进一步将半纤维素水解，生产单糖或经发酵工艺生产生物燃料都是可以研发投入的课题。太阳纸业多年来用于研发的资金投入不断加大，采用创新的工艺，成功从制浆的水解液中提取出木糖、木糖醇，成为行业的示范。

2.3

特种浆生产工艺技术

2.3.1 溶解浆生产技术仍有待提高

溶解浆是用于生产各类改性纤维素和纤维素衍生物的、纯纤维素含量要求高的浆种。可用于生产纤维、胶片、塑料、炸药、涂料及增稠剂等工业产品。我国是全球最大的溶解浆消费国之一，2023 年我国溶解浆表观消费量485 万t，国产溶解浆产量65 万t，进口溶解浆397 万t，进口溶解浆依存度多年持续高于75%。然而，我国实际可产溶解浆的生产线产能可达300 万t/a，大部分产能是视市场情况来确定生产造纸浆还是生产溶解浆。纸改溶解浆品质的不稳定性，使得进口溶解浆成为下游用户的最优选择 [4]。

除常规的黏胶纤维用的溶解浆外，国内莱赛尔纤维生产和食品、医药行业用溶解浆需求也不容小觑，但国产溶解浆质量如何满足下游企业对原料的品质要求，是国内溶解浆及纸改溶解浆企业不可回避的课题。此外，还包括其他溶解级纤维素产品，如醋酸纤维、铜氨纤维用溶解浆等，目前仅有美、日和部分欧洲国家生产，我国尚处于空白阶段。有条件的企业应积极与下游企业合作，从需求端获得研发方向，增加面向溶解浆产品品质和品种的科研投入，提高溶解浆生产的技术水平，补强溶解浆下游产品生产的产业链。

2.3.2 绒毛浆生产技术

随着我国女性卫生用品和成人失禁用品需求的持续提升，生产吸收性用品用绒毛浆的需求量会不断提高。我国目前绒毛浆主要依靠进口，这其中诚然有原料劣势的因素，但这不能成为不迈过这道坎、鲜少涉足这部分市场份额的缘由。一方面应积极寻求上游原料供应方的合作与共赢，拓展原料供应渠道。另一方面针对可获得原料、基于产品特有的质量要求研发专用的工艺技术及适宜产品，提高国产产品的供给率，有效改善目前进口浆为主，国产浆为辅的市场供需局面。

2.4

提升纸品质量，扩展产品功能

2.4.1 注重产品质量提高

随着低成本纤维替代、高填料纸种开发等技术的应用，保持或提升纸产品质量成为重点关注且需要进一步研发和加强科技投入的工作。如目前常用的在文化用纸生产中取消长纤维原料、用漂白化机浆替代化学浆、将纸张填料比例提高到25%~30% 等，这些操作在很大程度上降低了生产成本，但在相应的技术措施如打浆、流送、干湿部化学品、填料制备、纸机配置等工艺技术不能有效支撑这种消减制造成本手段的情况下，产品质量很难保障，在纸品应用过程中会出现较为严重的质量问题，如掉粉、掉毛，这都严重影响产品的应用。同样，在瓦楞纸和箱纸板这样的大宗产品生产中添加质量不高的高得率浆种导致产品质量不满足使用要求、纤维回用污染增加以及为此盲目规划产能等，是行业付出的学费和代价，但也为产学研融合创新指明了方向。

2.4.2 需求推动，拓展纸张功能

我国特种纸产量由2010 年的180 万t 增长至2024年的485 万t，年均复合增长率远高于其他纸种。这不仅得益于消费升级和环保意识的增强，禁塑令、以纸代塑等相关政策及企业积极的科研投入也是特种纸产量大幅提升的推手。纸企的以纸代塑产品逐年丰富，从餐饮一次性产品到产品包装，应用领域涵盖食品、 医药、建筑、物流、商务、印刷、烟草等，随着需求增加，纸企特种纸产品市场紧俏，出现供不应求状态 [5]。随着特种纸企业的研发投入和社会消费需求的多样化，中国特种纸行业的产品种类仍在不断增加，新产品、新纸种会不断出现，我国特种纸行业与国外的差距在快速缩小。但我们还应看到与国外特种纸生产企业的差距，在生产技术和产品开发方面不断创新，以满足消费者需求的不断变化，为市场提供更多选择。此外，绿色环保与可持续发展是中国特种纸行业的重要发展方向。有的特种纸生产线水耗、能耗高，其成本被高于常规纸种的效益掩盖，随着全球环保意识的提升，特种纸企业应加大清洁生产和环保投入，通过技术创新和工艺改进，降低生产过程中的能耗和排放。

2.4.3 加强纸基功能材料研发和产业化

纸基功能材料是生物质基材料的一个重要分支，在生物基阻隔、防油、疏水、电池隔膜、绿色包装、无人机、生物传感器、轻质高强新材料等方面，有着巨大的发展前景[6]。由于纸基功能材料可能是原有非纸基材料的替代、优化和升级，也可能是全新功能或用途材料的应用，因此，在针对材料替代的研发和产业化应用方面应着重于提高产品竞争力的成本降低及生产过程连续化、低能耗、低或无污染；对于新功能或新用途材料的研发和产业化应着重于产品的性能、质量的稳定性及服役寿命。不可忽视的是，通常这些材料产业化的生产规模小、无成熟或专用的技术和装备。因此，跨行业、跨学科的技术集成、协同攻关以及产品的供需双方共同携手克难是弥补单打独斗缺陷的重要手段。

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结语

供给和需求是经济活动中的2 个基本方面，习近平总书记指出：“一个国家发展从根本上要靠供给侧推动”，同时，“放弃需求侧谈供给侧或放弃供给侧谈需求侧都是片面的”“ 深化供给侧结构性改革，核心是以科技创新推动产业创新，特别是以颠覆性技术和前沿技术催生新产业、新模式、新动能，发展新质生产力。”在当前我国市场经济环境下，再先进的企业如果不追求创新，寻求新的发展点，满足下游客户端需求，践行自我变革，必将落后于同行。

从产业链角度看，任何一个企业都同时兼具需求和供给2 个角色。因此，行业技术创新在聚焦于自身变革的同时，作为需求侧要促进上游供给侧的变革，与企业的供给方合作和协作，满足企业生产的需要。而作为供给侧自身的变革，则必须了解企业产品下游需求方的各种要求，有的放矢地进行创新和改革。所以，企业在遵纪守法、合规操作、降低消耗、降低成本、提高经济效益的基础上，加强对下游使用方需求的了解，以这些需求和了解为基础开展科研、开发、创新和改革。

同时，大学、科研机构应视企业为自己的需求侧，切实实施产学研用的融合而不是联合，让科研下沉于基层，让创新服务于企业，帮扶或直接参与企业的创新和研发直至产业化。最后，应强调跨行业交流、跨学科研发，实现技术的交叉集成、企业的协同创新、关键问题的聚焦突破。在信息化高速发展的现代，应引入互联网、物联网、在线测量、人工智能、机器学习等技术，提高行业智能化、数字化水平。总之，要各展其能，用技术创新开创传统造纸业高质量发展新局面。

参考文献

[1] 中国造纸协会. 造纸行业“十四五”及中长期高质量发展纲要[J]. 造纸信息, 2022(1): 9.

[2] 中国造纸协会. 关于全面推行绿色生产方式的倡议书[EB/OL].[2024-08-16]. http://www.chinappi.org/news/20240816090042584556.html.

[3] 靳福明. 低木质素含量黑液碱回收工程技术应用研究[D].广东: 华南理工大学, 2018.

[4] 中国造纸学会. 中国造纸年鉴2024[M]. 北京：中国轻工业出版社, 2024: 155.

[5] 黄翔. “以纸代塑”驱动新需求 纸企加速特种纸产能布局[N].证券时报:2024-11-28(A06).

[6] 姚献平.纸基功能材料发展新方向[J]. 中华纸业,2024(7): 42.

中国造纸杂志社

来源：市场资讯