2019年度國(guó)家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)獲得者王雙飛

2020年1月10日，2019年度國(guó)家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)在北京人民大會(huì)堂隆重舉行。由廣西大學(xué)輕工與食品工程學(xué)院王雙飛教授作為項(xiàng)目第一完成人的“大型二氧化氯制備系統(tǒng)及紙漿無素氯漂白關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”項(xiàng)目榮獲國(guó)家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。為了與業(yè)內(nèi)同仁共同分享這一獲獎(jiǎng)項(xiàng)目的研究成果，記者特對(duì)王雙飛教授進(jìn)行了專訪。

獲獎(jiǎng)項(xiàng)目名稱：大型二氧化氯制備系統(tǒng)及紙漿無素氯漂白關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用

王雙飛教授，中國(guó)共產(chǎn)黨第十九次全國(guó)代表大會(huì)代表，現(xiàn)任廣西大學(xué)輕工與食品工程學(xué)院教授、廣西清潔化制漿造紙與污染控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任、廣西一流學(xué)科輕工技術(shù)與工程學(xué)科帶頭人、享受國(guó)務(wù)院特殊津貼專家、首批新世紀(jì)“百千萬人才工程”國(guó)家級(jí)人選、廣西八桂學(xué)者，兼任國(guó)務(wù)院學(xué)位委員會(huì)學(xué)科評(píng)議組成員、廣西學(xué)位委員會(huì)委員、廣西造紙行業(yè)協(xié)會(huì)榮譽(yù)會(huì)長(zhǎng)、廣西發(fā)明協(xié)會(huì)會(huì)長(zhǎng)、廣西環(huán)保產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)副會(huì)長(zhǎng)。先后榮獲教育部骨干教師，全國(guó)模范教師、全國(guó)“五一”勞動(dòng)獎(jiǎng)?wù)碌葮s譽(yù)稱號(hào)。

王雙飛教授1995年博士畢業(yè)，一直扎根廣西，致力于造紙清潔生產(chǎn)與末端治理的基礎(chǔ)理論、關(guān)鍵技術(shù)及成果產(chǎn)業(yè)化方面的研究，在紙漿清潔漂白與廢紙制漿廢水資源化處理領(lǐng)域取得了一系列重要成果。作為第一完成人，獲國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)和科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)各1項(xiàng)，省部級(jí)特等獎(jiǎng)1項(xiàng)、一等獎(jiǎng)5項(xiàng)；在國(guó)內(nèi)外期刊上發(fā)表學(xué)術(shù)論文200多篇，以第一作者或通信作者發(fā)表SCI收錄論文75篇，主編中文專著2部、譯著1部，參編中文專著1部；獲授權(quán)美國(guó)、加拿大等國(guó)發(fā)明專利8件，中國(guó)發(fā)明專利34件。

記者：

王教授您好！首先，祝賀您作為第一完成人的項(xiàng)目能夠獲得國(guó)家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。請(qǐng)您介紹一下獲獎(jiǎng)項(xiàng)目的主要研究背景、核心技術(shù)成果及對(duì)行業(yè)發(fā)展帶來的重要意義！

王雙飛：

項(xiàng)目研究背景

造紙工業(yè)是關(guān)系民生的重要產(chǎn)業(yè)。傳統(tǒng)紙漿漂白以氯氣和次氯酸鹽作為主要漂白劑。漂白過程中，氯離子、次氯酸根離子與紙漿中的木質(zhì)素等發(fā)生氯化反應(yīng)，生成大量有毒有害的可吸附有機(jī)鹵化物（AOX），如氯酚、氯苯、二噁英等，具有強(qiáng)致畸、致癌性，生物毒性極大，排放到水體后難以降解，對(duì)環(huán)境造成極大污染，嚴(yán)重影響人們的身體健康和生活質(zhì)量。

解決這一問題的主要途徑是采用全無氯（TCF）漂白或采用以二氧化氯為主要漂白劑的無素氯（ECF）清潔漂白技術(shù)。TCF和ECF漂白均可大幅度降低廢水中AOX含量、實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放，但TCF漂白紙漿存在強(qiáng)度較差、白度和得率較低、生產(chǎn)成本高等弊端，而ECF漂白生產(chǎn)成本低、紙漿質(zhì)量高，可實(shí)現(xiàn)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益的有效統(tǒng)一。因此，西方發(fā)達(dá)國(guó)家在20世紀(jì)末已基本普及ECF漂白；以北美洲為例，21世紀(jì)初，其ECF漂白漿產(chǎn)量已占漂白化學(xué)漿總量的96%。

要實(shí)現(xiàn)ECF漂白，就必須在紙漿廠實(shí)時(shí)大規(guī)模制備二氧化氯。因此ECF漂白的核心技術(shù)在于二氧化氯制備。目前紙漿漂白二氧化氯制備主要有綜合法和還原法兩種方法。

①綜合法是將氯酸鈉制備、二氧化氯反應(yīng)和鹽酸合成集成在一起的綜合性工藝，生產(chǎn)原料主要是氯氣和電力；適合于電力供應(yīng)充足、有氯氣供給和其余化學(xué)品供給不方便的大中型紙漿廠；其優(yōu)點(diǎn)在于除氯氣外無需外購(gòu)其余化學(xué)品、二氧化氯，生產(chǎn)成本低，劣勢(shì)則在于建設(shè)投資大、建設(shè)周期略長(zhǎng)。

②還原法是外購(gòu)氯酸鈉、硫酸、甲醇、雙氧水等生產(chǎn)二氧化氯；適合于化學(xué)品供應(yīng)方便的中小型紙漿廠，其優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備投資較小、建設(shè)周期短，但生產(chǎn)成本較高。這兩種二氧化氯生產(chǎn)方法長(zhǎng)期被加拿大和瑞典的三家企業(yè)壟斷，導(dǎo)致用于紙漿漂白的二氧化氯制備系統(tǒng)投資和運(yùn)行成本高；此外對(duì)紙漿二氧化氯漂白過程中AOX的生成機(jī)制及關(guān)鍵因素認(rèn)識(shí)不夠深入，對(duì)如何高效進(jìn)行二氧化氯漂白也缺乏系統(tǒng)研究，這些因素都嚴(yán)重阻礙我國(guó)造紙行業(yè)的清潔化發(fā)展，成為我國(guó)清潔漂白的“卡脖子”技術(shù)。

核心技術(shù)成果

本項(xiàng)目歷時(shí)十多年攻關(guān)，攻克了二氧化氯漂白和二氧化氯制備體系核心技術(shù)瓶頸，構(gòu)建了完整的技術(shù)體系，實(shí)現(xiàn)了紙漿漂白AOX超低排放；形成了完整自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的同時(shí)，打破國(guó)外技術(shù)壟斷，解決了我國(guó)紙漿清潔漂白的關(guān)鍵技術(shù)難題。主要包括3個(gè)方面：

第一， 對(duì)紙漿漂白過程中可吸附有機(jī)鹵化物（AOX）的形成及抑制機(jī)制進(jìn)行了研究，發(fā)明了基于控制AOX生成的多重強(qiáng)化紙漿無素氯漂白技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了高效率的紙漿無素氯漂白，大幅節(jié)約了漂白化學(xué)品，同時(shí)顯著降低了AOX的產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)了紙漿清潔漂白。

第二，對(duì)二氧化氯制備技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)研究，發(fā)明了組合還原劑法和穩(wěn)定、高效、不產(chǎn)生固形物的綜合法兩種二氧化氯制備技術(shù)，形成了完整的適用于紙漿漂白的實(shí)時(shí)大規(guī)模二氧化氯制備技術(shù)體系，可滿足不同規(guī)模紙漿廠的漂白生產(chǎn)需求；制備出的二氧化氯溶液純度高，氯氣含量低，有利于降低漂白過程中AOX的生成。

第三，開發(fā)了具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的大規(guī)模二氧化氯制備和紙漿清潔二氧化氯漂白的核心裝備系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化推廣與應(yīng)用，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境效益，為推動(dòng)我國(guó)造紙工業(yè)的清潔化進(jìn)程提供了重要的技術(shù)支撐。

記者：

在獲獎(jiǎng)項(xiàng)目技術(shù)攻關(guān)過程中，您及您的團(tuán)隊(duì)遇到的最棘手的問題及難點(diǎn)是什么？

王雙飛：

我們遇到的主要難點(diǎn)問題有：

其一，盡管我國(guó)在20世紀(jì)90年代就有部分企業(yè)采用了二氧化氯進(jìn)行漂白，但長(zhǎng)期以來，我們對(duì)紙漿在二氧化氯漂白過程中的AOX生成機(jī)制以及關(guān)鍵因素認(rèn)識(shí)不夠深入，尤其是甘蔗渣、竹、速生桉木等我國(guó)主要的植物纖維原料中各組分在漂白過程中對(duì)AOX生成的影響。而這一問題是控制二氧化氯漂白過程AOX生成、實(shí)現(xiàn)高效率漂白的關(guān)鍵。通過多年深入的基礎(chǔ)研究，我們發(fā)現(xiàn)了二氧化氯溶液中殘留氯氣與紙漿中木質(zhì)素、己烯糖醛酸等組分反應(yīng)形成有機(jī)氯化物對(duì)漂白廢水AOX含量的重要影響。因此我們提出了控制二氧化氯漂白過程AOX生成的兩種路徑：多重強(qiáng)化的紙漿無素氯漂白技術(shù)，提高紙漿的可漂性，減少二氧化氯用量，顯著降低AOX排放量；同時(shí)，開發(fā)高純度的二氧化氯制備技術(shù)，嚴(yán)格控制二氧化氯溶液中的氯氣含量，減少漂白過程AOX的生成。

其二，基于上述研究，要實(shí)現(xiàn)紙漿ECF漂白并減少AOX的生成，就必須開發(fā)出用于紙漿漂白的高純度二氧化氯制備技術(shù)，既要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品高純度、生產(chǎn)高效率，又要確保技術(shù)安全和清潔生產(chǎn)。面對(duì)這一難題，我們深入研究了二氧化氯生成中氯離子、氯酸根離子等在酸性條件下對(duì)氯自由基的誘發(fā)作用以及組合還原劑對(duì)副產(chǎn)物氯氣生成的抑制作用。在此基礎(chǔ)上，發(fā)明了高效穩(wěn)定不產(chǎn)生固形物的綜合法二氧化氯技術(shù)和組合還原劑法二氧化氯制備技術(shù)。其中，通過強(qiáng)弱氯酸鈉溶液均質(zhì)調(diào)控和氣體分離技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了綜合法二氧化氯制備中各子系統(tǒng)的同步最優(yōu)化生產(chǎn)，有效提升了系統(tǒng)的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品濃度；通過組合還原劑減少了氯氣生成，提高了氯酸鈉轉(zhuǎn)化率，顯著降低了二氧化氯溶液中氯氣含量，并發(fā)明了針對(duì)副產(chǎn)物酸性芒硝的綜合處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了副產(chǎn)品的高值資源化利用。

記者：

請(qǐng)您結(jié)合項(xiàng)目的研究成果，具體介紹一下項(xiàng)目技術(shù)與其他現(xiàn)行技術(shù)相比所具有的優(yōu)勢(shì)是什么？項(xiàng)目的推廣應(yīng)用情況如何以及帶來了哪些環(huán)境、經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益？

王雙飛：

與行業(yè)現(xiàn)行其他技術(shù)相比，本項(xiàng)目技術(shù)是涵蓋二氧化氯漂白和二氧化氯制備的全過程技術(shù)。

紙漿漂白技術(shù)：通過包括漂前預(yù)處理和高溫二氧化氯漂白等的多重強(qiáng)化漂白技術(shù)，提高了紙漿的可漂性，降低了漂白二氧化氯用量，AOX生成量也明顯降低，減少?gòu)U水污染負(fù)荷的同時(shí)降低了生產(chǎn)成本。

綜合法二氧化氯制備技術(shù)：生產(chǎn)過程中不產(chǎn)生固形物，消除了因產(chǎn)生固形物帶來的多種工藝弊端，尤其是實(shí)現(xiàn)了氯酸鈉電解和二氧化氯生成的同步優(yōu)化生產(chǎn)，提升了系統(tǒng)效率，二氧化氯溶液中氯氣含量顯著降低；電解產(chǎn)生的氫氣中氧含量也大幅下降，提高了安全冗余，確保安全生產(chǎn)。

組合還原法二氧化氯制備技術(shù)：通過采用組合還原劑，使反應(yīng)過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品氯氣進(jìn)一步參與二氧化氯生成，提高了氯酸鈉轉(zhuǎn)化率、降低了二氧化氯溶液中氯氣含量，并實(shí)現(xiàn)了副產(chǎn)品酸性芒硝的高值資源化利用，解決了困擾行業(yè)多年的酸性芒硝處理的難題。

采用本項(xiàng)目技術(shù)建設(shè)的35t/d 綜合法二氧化氯制備系統(tǒng)

本項(xiàng)目技術(shù)成果2009年開始產(chǎn)業(yè)化推廣，第一套裝置于2010年建成投產(chǎn)，建設(shè)完成了我國(guó)首條蔗渣漿ECF漂白生產(chǎn)線，此后該項(xiàng)目技術(shù)在國(guó)內(nèi)得到了快速推廣；2012年首次實(shí)現(xiàn)了我國(guó)二氧化氯制備成套技術(shù)出口海外。目前本技術(shù)市場(chǎng)需求度高，國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)，已在中國(guó)、印度尼西亞、印度、越南、加拿大、美國(guó)、俄羅斯等國(guó)的23家大中型知名造紙企業(yè)如金光集團(tuán)APP紙業(yè)、海南金海漿紙、Kuantum Papers Ltd（印度）、泰盛集團(tuán)、永豐漿紙、宜賓紙業(yè)、新亞紙業(yè)、貴糖集團(tuán)、南華糖業(yè)集團(tuán)等推廣應(yīng)用超過30余套；此外還正在積極推進(jìn)與非洲、歐洲等區(qū)域的交流與應(yīng)用。目前應(yīng)用的單套二氧化氯制備裝置最大產(chǎn)能已達(dá)35t/d，可滿足年產(chǎn)100萬t紙漿漂白企業(yè)需求，實(shí)現(xiàn)了制漿造紙工業(yè)重大技術(shù)創(chuàng)新，為促進(jìn)行業(yè)科技進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級(jí)做出了重大貢獻(xiàn)。

截止到2018年12月31日，應(yīng)用企業(yè)累計(jì)生產(chǎn)ECF漂白紙漿約1500萬t，與傳統(tǒng)氯氣漂白相比，AOX排放量減少約3萬t，COD的排放量減少約45萬t，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)與環(huán)境效益，為造紙行業(yè)落實(shí)國(guó)家“水污染防治行動(dòng)”提供了有力的技術(shù)與裝備支撐，對(duì)改善造紙工業(yè)生態(tài)環(huán)境、使我國(guó)由造紙大國(guó)轉(zhuǎn)向造紙強(qiáng)國(guó)做出了積極的貢獻(xiàn)。

記者：

目前，國(guó)際上獲獎(jiǎng)項(xiàng)目相關(guān)技術(shù)的研究水平大致情況如何？與其相比，您主持的這一項(xiàng)目技術(shù)成果處于何種水平？您認(rèn)為該領(lǐng)域未來的研究重點(diǎn)方向應(yīng)該是什么？

王雙飛：

國(guó)際上對(duì)于紙漿清潔漂白的研究以木漿為主，針對(duì)清潔漂白技術(shù)與二氧化氯制備領(lǐng)域的研究多是分開進(jìn)行，彼此關(guān)聯(lián)性不強(qiáng)。本項(xiàng)目著眼于二氧化氯清潔漂白中AOX的超低排放，結(jié)合我國(guó)造紙纖維原料木漿與非木漿并存的實(shí)際情況，從AOX生成機(jī)理、纖維組分、漂白技術(shù)和二氧化氯制備技術(shù)等方面系統(tǒng)進(jìn)行研究，因此系統(tǒng)性強(qiáng)，創(chuàng)新性突出、知識(shí)產(chǎn)權(quán)體系完整。本項(xiàng)目已獲授權(quán)專利52件，其中國(guó)外發(fā)明專利8件，中國(guó)發(fā)明專利24件，擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，核心系統(tǒng)與裝備均已實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，大幅降低了投資成本，且本技術(shù)裝備設(shè)計(jì)與制造達(dá)到歐美裝備制造強(qiáng)國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)，各經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，因此在國(guó)外市場(chǎng)受到了用戶的廣泛好評(píng)，已成為國(guó)際上該領(lǐng)域內(nèi)的主要技術(shù)與裝備提供者。

當(dāng)前造紙行業(yè)的集約度正逐步提升、單線產(chǎn)能不斷擴(kuò)大，更加重視生產(chǎn)成本控制，加上環(huán)保要求日益嚴(yán)格，這對(duì)紙漿清潔漂白與生產(chǎn)都提出了更高的要求。因此在現(xiàn)有研究基礎(chǔ)上，除更深入對(duì)二氧化氯制備和漂白技術(shù)進(jìn)行研究外，還需注重與其他清潔漂白技術(shù)的融合，開發(fā)能匹配更大制漿產(chǎn)能的成套裝備，并采用計(jì)算機(jī)技術(shù)與智能技術(shù)等對(duì)生產(chǎn)全過程進(jìn)行管理，進(jìn)一步降低紙漿漂白過程化學(xué)品和能源消耗、更好實(shí)現(xiàn)廢水和污染物超低排放，提高行業(yè)清潔化生產(chǎn)水平。

記者：

您作為一直奮戰(zhàn)在制漿造紙行業(yè)科研、產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用第一線的一名老兵，您有什么樣的心得體會(huì)。對(duì)于新一代的科研工作者您有什么樣的寄語(yǔ)和希望？

王雙飛：

科研要服務(wù)于產(chǎn)業(yè)，要將基礎(chǔ)研究與工程技術(shù)開發(fā)、行業(yè)生產(chǎn)實(shí)際緊密結(jié)合，建立起“行業(yè)提出需求- 高校與研究機(jī)構(gòu)基礎(chǔ)研究- 多方合作開發(fā)-行業(yè)推廣應(yīng)用”這一循環(huán)式的科研機(jī)制，加速成果的產(chǎn)業(yè)化。

基礎(chǔ)研究的課題應(yīng)該以來源于行業(yè)實(shí)際生產(chǎn)過程中遇到的關(guān)鍵瓶頸技術(shù)難題為主，研究項(xiàng)目也應(yīng)該圍繞著行業(yè)和企業(yè)的發(fā)展需求。首先，擁有豐富基礎(chǔ)理論的科研人員要積極聯(lián)合企業(yè)技術(shù)人員共同推動(dòng)關(guān)鍵共性技術(shù)難題攻關(guān)。其次，技術(shù)在產(chǎn)業(yè)化過程中，基礎(chǔ)研究人員也應(yīng)深入企業(yè)一線，與企業(yè)技術(shù)人員一起解決產(chǎn)業(yè)化過程中遇到的技術(shù)難題，加快技術(shù)成果的推廣，提高技術(shù)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。此外，企業(yè)要對(duì)基礎(chǔ)研究團(tuán)隊(duì)及時(shí)反哺，為基礎(chǔ)研究、團(tuán)隊(duì)建設(shè)、學(xué)科發(fā)展提供各種支持，促進(jìn)科研能力和水平的提升。

造紙產(chǎn)業(yè)是記錄文明、關(guān)系民生的重要產(chǎn)業(yè)，不僅有著久遠(yuǎn)的歷史，在新時(shí)代條件下更是充滿了生機(jī)。經(jīng)過改革開放近40年來、尤其是進(jìn)入21世紀(jì)的近20年發(fā)展，造紙行業(yè)已成長(zhǎng)為資金密集和技術(shù)密集型行業(yè)，我國(guó)也已成為了名副其實(shí)的造紙大國(guó)，這是全體造紙人包括造紙科研工作者共同努力的結(jié)果。但我們也注意到，我國(guó)造紙行業(yè)的一些共性問題如纖維原料短缺、環(huán)境承壓大、自主創(chuàng)新能力弱等問題還沒有得到很好的解決。作為行業(yè)科研工作者，我們更應(yīng)正視短板，主動(dòng)擔(dān)當(dāng)，腳踏實(shí)地做好相關(guān)技術(shù)研究和推廣應(yīng)用工作，為我國(guó)早日實(shí)現(xiàn)由“造紙大國(guó)”向“造紙強(qiáng)國(guó)”的轉(zhuǎn)變貢獻(xiàn)我們的力量。

責(zé)任編輯：趙曉一