從溶解漿到微晶纖維素的生產可行性分析

朱宏偉 李甘霖

（岳陽林紙股份有限公司，湖南岳陽，414002）

我國高檔皮革制造中使用的微晶纖維素大部分依賴進口，成本較高。微晶纖維素可在化學漿或溶解漿的基礎上進一步化學降解得到，利用溶解漿生產微晶纖維素，可實現溶解漿企業(yè)的轉型升級、提高漿廠盈利能力。本文對微晶纖維素及其國內外市場、投資規(guī)模和回報情況等內容進行了介紹，供相關企業(yè)及技術人員決策參考。

1 微晶纖維素

纖維素是自然界中最豐富的天然高分子材料，在一定條件下對其進行酸水解，得到的短棒狀或無定形結晶粉末稱為微晶纖維素（microcrystalline cellulose，MCC）。MCC具有高度可變形性，通常粒徑在20～80 μm間，不溶于水、稀釋的酸和多數的有機溶劑，在羧甲基化、乙?；?、酯化過程中具有較高的反應性能。由于具有較低聚合度和較大的比表面積等特殊性質，MCC 被廣泛應用于醫(yī)藥、食品、化妝品以及輕化工行業(yè)。

1.1 MCC的應用

MCC 可用于醫(yī)藥、食品及飲料、化妝品、保健品、合成革和人造革等產業(yè)，還可用于石油、油漆、隔熱罩和防火板制備等其他領域。

1.1.1 醫(yī)藥工業(yè)

MCC 在藥用輔料方面用途廣泛，可直接用于干粉壓片，以及藥物賦形劑、黏合劑、流變改性劑、填充物、崩解劑、抗黏劑、吸附劑和膠囊稀釋劑等。與淀粉或淀粉衍生物相比，MCC 用于醫(yī)藥工業(yè)具有以下優(yōu)勢：①易于崩解，即藥物進入胃后容易崩解并被人體吸收；②由于淀粉是屬于α-葡萄糖構型，纖維素是β-葡萄糖構型，淀粉酶不能水解纖維素，因此纖維素不易發(fā)霉；③纖維素不易被人體吸收，且與承載藥物不易反應，因此安全性更高。

1.1.2 日用化工

MCC 是化妝品的基本原料，集加填、增稠和乳化作用于一身，對油性物質有很好的乳化能力。MCC可用于多種化妝品、皮膚治療與護理用品及清潔洗滌劑的制造，并且可以替代化妝品中的滑石，減少化妝品中致癌物質（石棉）的含量。

1.1.3 食品工業(yè)

因為MCC 與人們日常攝入的纖維素組分相同，所以是一種安全、可靠的食品添加劑。MCC 用于食品添加，作為膠化劑和懸浮劑，可以保持乳化和起泡的穩(wěn)定性，保持高溫穩(wěn)定性，提高液體的穩(wěn)定性；作為非營養(yǎng)性填充物和增稠劑，可以改善食物結構；加入冷凍甜食中可提高整體乳化效果，控制冰晶形成，改善口感；還可用于作為減肥輔助用品，減少食品含熱量，如低熱量冰淇淋（代替部分奶脂肪）和沙拉醬（代替部分奶脂肪）等；此外，MCC 與羧甲基纖維素合用還可增加乳飲料中粉劑的懸浮性。

1.1.4 輕化工

MCC 可添加到陶土中以增加濕坯強度，提高半成品率；添加至涂料中可使涂料具有觸變性，以控制涂料的黏度、流動性與涂刷性能；MCC 還可用于油漆、指甲油（尤其是硝基漆型）的制造。在濕法制造人造革工業(yè)過程中，將MCC 作為增黏劑和填料使用，可以使人造革表面平滑、厚度均勻；在合成革生產過程中，MCC 粉末作為增黏劑和微孔劑，已獲得普遍應用。

此外，MCC 還可用作多功能添加劑，如作為復寫紙配料、橡膠和塑料填充劑、過濾助劑、電焊條黏合劑和助燃劑使用。

1.2 MCC的制備

目前國內MCC 的生產主要以棉、木溶解漿為原料，成本較高；以棉短絨、稻草和甘蔗渣為原料制備MCC 還未形成工業(yè)化生產規(guī)模。由于稻草等原料來源廣泛，成本較低，能夠創(chuàng)造較高的經濟效益，將其用于MCC 的制備是對其進行開發(fā)利用的方向之一。制備MCC 的工藝流程和條件如下：原料在90～100℃的酸化液內保溫1～2 h，酸化液濃度0.2～0.8 mol/L，達到要求的水解程度后進行冷卻降溫；待溫度降到60℃以下，用板框壓濾機對其洗滌后按15%～18%的固液比進行調漿和濕磨；通過噴霧使霧滴在約200℃下瞬間損失水分，再進行篩分即可得到MCC 產品。傳統(tǒng)和新型MCC生產工藝流程圖如圖1所示。

圖1 MCC生產工藝流程圖Fig.1 Schematic of MCC production process

2 市場容量及趨勢

2.1 國際市場

由于低脂食品的需求增長和藥品賦形劑行業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展，全球MCC 市場在2014—2020 年表現出適度增長。因全球食品和飲料行業(yè)需求增長，MCC 市場復合年均增長率達到5.8%，從2013 年的6.33 億美元增長到2020 年的9.36 億美元。全球MCC 市場份額如圖2 所示，從圖2 可以看出，MCC 市場中，藥品行業(yè)占比最大，2013 年為35%，2020 年達到38%；就市值而言，2015—2020 年的復合年增長率將達到7.9%，為各類用途中最高[1]。在全球關鍵國家和地區(qū)市場中，由于北美的食品、飲料及藥品行業(yè)對MCC 具有強勁需求，因此，北美成為了最大的地區(qū)市場，占全球MCC 市場份額的30%以上；而實現MCC 市場份額最快增長的為亞太地區(qū)市場。

由于美國、德國、法國、中國和印度等國家和地區(qū)終端用戶的高需求，MCC 市場在過去幾年呈現出強勁的增長勢頭，其中發(fā)展中經濟體（如中國和印度）的MCC 增長速度較快。全球MCC 市場主要受MCC 在食品加工行業(yè)和藥品行業(yè)不斷增長的需求推動，發(fā)展速度越來越快；藥品行業(yè)的增長速度居各行業(yè)之首，化妝品和保健品行業(yè)對MCC 市場的發(fā)展也起到了重要貢獻。

最近，美國食品和藥品監(jiān)督局同意將MCC 作為一種食用安全添加劑，有望進一步促進全球MCC 市場的發(fā)展；同時，全球繁榮的低脂食品市場也象征著MCC市場具有良好的發(fā)展機會。

據全球最大MCC 生產企業(yè)——美國FMC 公司的相關數據，MCC國際市場現狀如下。

（1）市場：目前，全球MCC 的總產量約10 萬t，產值約為6.5 億～7 億美元；2020 年預計達到10 億美元。美國占MCC 國際市場份額的1/3，亞洲占1/3，世界其他地方占1/3。具有較先進生產力的MCC 企業(yè)分別位于美國、德國、巴西和中國臺灣。

圖2 全球MCC市場份額Fig.2 Global MCC market share

（2）產品和價格：MCC 主要用作醫(yī)藥產品的黏合劑，價格約3～5 美元/kg；接近納米級的MCC 主要用作食品添加劑，價格約7～12美元/kg。

（3）生產方法：有鹽酸水解法和硫酸水解法兩種生產工藝，前者對設備要求較高，生產產品質量也較高。

（4）規(guī)模：年產能至少1 萬t。如果是單獨建廠，項目投資需1億美元左右；如果利用已投產的溶解漿廠進行MCC 生產，則項目投資約4000～6000 萬美元（每噸產品投資額可控制在4000～6000美元），可從一定程度上節(jié)省投資。具體投資和生產規(guī)模取決于產品級別和質量。

2.2 中國市場

由于我國市場的MCC 產品品質、用途及統(tǒng)計口徑存在差異，部分數據與國際統(tǒng)計數據相比有較大差距，但有一點可以肯定，我國的MCC 市場呈持續(xù)增長趨勢。

早在2008 年，我國MCC 行業(yè)就發(fā)展迅速，產品生產出現持續(xù)擴張趨勢。在國家產業(yè)政策鼓勵及投資者對企業(yè)新增投資項目的關注下，MCC 產業(yè)向高技術產品方向發(fā)展，進一步促進了我國MCC 行業(yè)的發(fā)展。2009—2012年是我國MCC 行業(yè)發(fā)展的關鍵時期，也是我國從“十一五”邁向“十二五”的過渡期；在全球金融危機環(huán)境及國內嚴峻的經濟形勢下，一系列新的政策陸續(xù)出臺，對MCC 行業(yè)的發(fā)展產生重大影響，一批國家重大工程項目陸續(xù)開工建設，對MCC行業(yè)需求市場產生了極大的拉動作用。2010 年前，我國MCC 的年產量已超過1 萬t；2010 年，我國MCC的年產量約為2 萬t，并已廣泛應用到食品和化工等行業(yè)；2015 年，我國MCC 的年產量已超過8.4 萬t，市場規(guī)模約26.84 億元。目前，我國市場MCC 產品價格約為22～26元/kg。

纖維素填料在合成革生產中用量較大，出口的服裝革和高性能鞋革均會利用進口MCC 作為填料，其用量一般為聚氨酯的20%～30%。2015 年，人造革和合成革的產量約300萬t，填料用量約60萬t。一家服裝革企業(yè)的纖維素填料年用量約1000 t，其中包括進口MCC和通過物理方法研磨得到的小尺寸纖維素。

近年來，人們不斷深入研究MCC 的制備方法、性質和結構，并將其廣泛應用于化工、醫(yī)藥及食品等領域。MCC 以其自身豐富的功能性，極具實際生產開發(fā)價值，在國民經濟發(fā)展中占有十分重要的地位。由于我國擁有豐富的棉短絨資源，生產MCC 的原料廣泛，隨著MCC 的應用進一步推廣，未來我國將有望成為世界上最大的MCC生產和消費國。

3 投資規(guī)模和回報情況

在自有溶解漿廠（年產量23 萬t）建設一條年產3萬t（絕干）MCC 生產線，物料及能源平衡圖如圖3所示[2]。

經過商業(yè)分析，計算的投資規(guī)模和回報情況如下。

（1）MCC生產規(guī)模：年產量3萬t。

（2）投資總額：2500 萬歐元，包括征地、建筑、土建、設備（包括槽罐和管道）、公用設施、電氣設備、工藝控制、咨詢服務、設備的安裝和開機等。通常還需準備投資金額20%的預備金。

（3）年銷售收入：5330萬歐元。

（4）年總運作成本：3300萬歐元。

（5）第一年稅前凈利潤：2040 萬歐元（20%設備折舊）。

圖3 自備溶解漿廠生產MCC的物料及能源平衡圖Fig.3 Material and energy balance diagram of MCC by the self-provided dissolving pulp plant

（6）第一年稅收凈利潤：1730 萬歐元（20%設備折舊）。

（7）投資回報率：69.2%。

（8）溶解漿料附加值：77.2%。

（9）定員：20人（五班工作制）。

如圖3所示，以岳陽林紙股份有限公司為例，依據岳陽市物價，即水費1.658元/t、電費0.339元/kWh、氣費31.235 元/GJ、硫酸成本0.650 元/kg、工資60000元/（a·人）、溶解漿（風干）成本6000 元/t；自產濕漿所帶的水為77098 t/a，溶解的碳氫化合物3333 t/a可送堿回收燃燒回收熱能以節(jié)省成本；進行經濟測算，結果如下：

（1）水費：15000 t/a×1.685元/t÷30000 t/a=0.84元/t

（2）電費：280 kWh/t×0.339元/kWh=94.92元/t

（3）氣費：（3.1+1.9）GJ/t×31.235元/GJ=156.18元/t

（4）硫酸成本：500 t/a÷30000 t/a×0.650 元/kg=0.01元/t

（5）回收汽費用：-0.7GJ/t×31.235元/GJ=-21.86元/t

（6）溶解漿成本：33333 t/a÷30000 t/a÷0.9×6000元/t=7407.33元/t

（7）人工：60000元/（a·人）×20人÷30000 t/a=40元/t

經計算可知，MCC（絕干）成本為7677.42 元/t，折算成風干成本為6909.68 元/t；目前我國MCC 市場銷售價格為2 萬～2.5 萬元/t，因此，投資生產MCC 具有較大的利潤空間。

綜上所述，國內已運行和投產的溶解漿廠可以利用先進的生產技術優(yōu)勢，在MCC 的可投資項目方面加大市場技術調研力度，形成可行性研究報告，早日決策，使MCC 生產線成為公司新的經濟利潤增長點，實現成功轉型；與國內用戶（如皮革制造商）進行商討，確認需求和國產MCC 產品的使用問題，建立潛在客戶，積極尋找合作伙伴；調研生產其他特種纖維素產品（如醋酸纖維素）的可能性，降低商業(yè)風險，避免生產MCC 的產能過剩；也可與國際知名MCC 生產公司合作，減少技術風險的同時積極參與國際市場競爭。

4 結 語

MCC 作為天然產品，其生產及應用具有得天獨厚的優(yōu)勢，如能加強其基礎研究及開發(fā)利用，對解決目前資源短缺、環(huán)境惡化等問題具有重要意義；目前，MCC 在醫(yī)藥、食品、輕化工和日用化工等領域獲得了廣泛的應用。作為天然植物纖維原料制品，MCC 在醫(yī)藥和食品工業(yè)中具有先天優(yōu)勢和獨特性質，可以作為多功能助劑以代替合成產品而應用，從而開辟MCC 應用的途徑。為了進一步實現市場效益，未來仍需不斷探索，利用更廉價的原料和更環(huán)保的方法來制備MCC，并積極探究其潛在用途。