首页/文章/ 详情

腈纶原丝融并发展战略系列研讨·(三)关于腈纶生产和大丝束原丝生产共存的运行方式

5月前浏览1149

本文摘要:(由ai生成)

本文讨论了腈纶工业与PAN基碳纤维产业的融合发展战略,指出腈纶市场萎缩而碳纤维需求增长,提出利用腈纶设备生产原丝以降低成本。介绍了宓林坤的丰富腈纶生产经验,并以6万吨腈纶生产装置为例,详细阐述了设备配置、生产调度和工艺流程,旨在促进腈纶与原丝生产的技术融合和市场适应性。

者按

世界碳纤维巨头,大都曾经是腈纶工业的巨头,原丝制备技术是源于腈纶工业的。近些年,由于其他化纤的竞争,腈纶市场逐年萎缩,而PAN基碳纤维正处于蓬勃发展的态势。今后十年,随着风电叶片、压力容器、汽车轨交、太阳能等工业应用的发展,必将引起一轮低成本碳纤维工业革命。从目前国际碳纤维技术看,“提束提速”是降低成本的有效途径,其中提束的思路,就会让原丝的生产接近于腈纶工业。国际上,卓尔泰克利用腈纶装置制造原丝,已经形成了成功的经验;西班牙蒙特纤维(Montefibre Carbon)在其腈纶厂基础上,已经开始了80-480K原丝的生产。中国碳纤维发展历史上,原丝与腈纶曾经是两张皮,原丝看不上腈纶的“工艺粗犷”,而腈纶瞧不起原丝的“小锅细炒”。随着逐步发展,主要腈纶厂进入了原丝批量生产,而“小锅”都在逐年放大,技术融通是个必然趋势。中国目前依然是腈纶生产消费大国,依然有较完备的自主产业体系及经验丰富的技术生产团队,这无疑是中国工业应用碳纤维持续发展与壮大的坚强基础。我们提出“腈纶原丝融并发展战略”,主要是针对目前腈纶的颓势与碳纤维的迅猛发展,为中国腈纶产业探索一条“老厨师炒新菜”之路,这其中,厨房设备、菜肴的配方、火候的掌握,需要什么程度的更新或创新?希望获得国内腈纶与原丝专家的共鸣与研讨。


人物介绍 PROFILE

宓林坤

生在新社会(49年全国解放后),长在红旗下。66年初中毕业到崇明农场锻炼;74年进入上海石化,到兰州化纤厂(302)纺丝楼下实习,回金山后担任纺丝运转乙班班长;79年调计划调度科任调度长、副科长、科长;92年任生产厂长;94年评委中石化劳动模范;97年担任兼并浙江腈纶厂调研组组长;98年起任金甬公司总经理党委书记;88年通过自学考试获大专文凭;2000年获得工商管理硕士。

退休后,在宁波中新腈纶公司、恒神股份工作过,经历过NaSCN一步法、二步法,对DMF、DMSO、DMAc二步法生产工艺技术路线的锻炼,具有较丰富的腈纶生产实践经验。

欢迎各位中国蛰伏的腈纶专家和站在舞台中央的原丝专家积极参与“腈纶原丝融并发展战略”的讨论。


 

关于腈纶生产和大丝束原丝生产共存的运行方式

(调度作业模式)

6.0万吨腈纶生产装置为例)


国内腈纶生产装置目前以生产普通纺织用聚丙烯腈纤维为主。生产上采用水相聚合二步法纺丝技术路线。以AN为第一单体、VA(或MA)为第二单体,水相悬浮聚合生产聚丙烯腈聚合物,纺丝使用DMAc (占61%) 及NaSCN(占32%)两种溶剂,湿法二步法纺丝技术。每套产能规模5~6万吨/年,基本配置为一/二釜(聚合)、二套原液制备、四/六条线(纺丝),再配溶剂回收一套。单线纺丝产能1.0万吨/年左右。

设备基本配置

1、聚合单元

一般配有10m3左右的聚合釜2~3台,超过20m3的聚合釜配置1台;脱单、水洗过滤、造粒干燥设备各一套,其中使用NaSCN无机溶剂的装置不需要对聚合物进行干燥,故造粒干燥设备不用配置。为衔接纺丝平衡及聚合物的储存需要,配有聚合物料仓不少于2个,同时配有不合格料仓1个。


原料储存、配料、助剂调制、供料等系统(包括相应的过滤设施)均按照装置产能规模配置。


需要增加的部分:第三单体调配和供料系统,如溶解槽、供料槽、供料泵、过滤器等,包括相关电、仪控制系统。


重要的是:运用PAN聚合物共聚单体的不同比例、不同共聚单体的选择,再通过原液制备在纺丝线上实现多品种生产,建立生产线与运行系统的柔性机制,适应市场对品种变化的需求,这是中国腈纶企业的一块短板。


2、原液制备单元

(与使用有机溶剂相适应的)聚合物料仓(100m3左右)2个;聚合物浆料化制备系统2套;原液过滤系统2道,分为第一过滤机和第二过滤机,大多为板框式滤布过滤机;静态脱泡设备1套;消光浆料调配系统1套;供纺原液储罐和供纺原液泵(2~3台);配备有废原液、废丝处理设备1套。

3、溶剂回收单元

溶剂回收设备1套。


4、纺丝单元

纺丝配备4~6条线,每条线配有凝固浴槽6~8个,纺位数在24~40个,凝固浴槽纺位之间有的设置隔离涌道,有不设涌道;纺丝线配有水洗牵伸上油一体设备,使用NaSCN溶剂预牵伸、水洗、沸水牵伸设备分开设置;干燥致密化设备分为辊筒干燥和链板干燥机。纺丝速度使用DMAc溶剂一般最高80m/min,使用NaSCN溶剂可达200m/min。


5、

公用工程按照产能规模匹配,部分动力资源外购满足生产需要。


生产规模与产品方案


大丝束原丝生产工艺流程

1、典型的先牵后洗NaSCN溶剂二步法的湿纺工艺

两段凝固、两段热水牵伸,转向纺丝,二凝和第一段热水牵伸被称为预牵伸,第二段热水(温度较高)牵伸同时进行水洗后上油,采用链板干燥机实现无张力干燥致密化。


2、以DMAc为溶剂的湿纺工艺

两段凝固完成溶剂牵伸,水洗同时实现热水主牵伸,上油后采用热辊干燥致密化,可实现干热牵伸工艺。


3、适合生产高密度大丝束原丝采用多种技术集成的湿法纺丝工艺

二级凝固浴凝固成形、五级水洗和梯度水洗工艺、四段热水逐级牵伸、多辊上油成膜、四段梯度升温干燥致密化,并可实现干热牵伸工艺。


生产运行调度作业方式

根据年度生产经营计划的安排,编制生产作业计划。按照聚合生产能力与纺丝产能平衡安排开车周期,腈纶生产和原丝生产需要聚合物的生产、储存达到平衡量,形成周期性的计划安排交替作业。


1、聚合单元基本参数

聚合釜7.0万吨生产能力,年运行周期8000小时,每次停釜清理扫线需要72小时,运行周期60天/次,聚合物料仓按照实际储存500吨/个聚合物计算,原液料仓按照50吨/个计量。不计罐位和管道填充量。



2、聚合物组成

选择AN、MA、ITA三元共聚,生产腈纶时三种单体比例为91.492.0:7.88.2:0.20.4;生产大丝束原丝时三种单体比例为95.0:4.0:1.0或96.0:3.0:1.0(以下前者称聚合物A、称后者聚合物为B)


3、纺丝产能

6.0万吨,年运行8000小时,7.5吨/时,180吨/日,纺丝线月度安排一次更换喷丝板、辊面和浴槽清洁工作停车。


4、月度聚合釜运行计划安排

当一组共聚单体配方运行14天后在线切换到另一组共聚单体配方,当聚合物A切换为B时,过渡料切换入不合格料仓;当聚合物B切换为A时,过渡料不作隔离,随聚合物A入罐。


5、维修计划安排

当聚合釜运行周期即将满60天,作业安排停釜清理维修等任务时,提前调整纺丝生产负荷,结合安排纺丝线周期性维修、更换喷丝板等,衔接平衡聚合物料仓储存量。


6、生产平衡需要满足的基本储存条件

脱单后的浆料罐(带搅拌)按相同规格增加1个;

聚合物料仓配置4个,按照2个一组分成二个系列分别供料;

供纺丝原液的聚合物料仓增加1个,分成二个系列分别供给溶解;

溶解后供纺原液储槽增加1个,分成二个系列分别供纺丝。


流程框图

原 辅 料 精 制


                   


原 辅 料 配 制


                   


                聚   


                   


一 次 过 滤


                   


脱 单 体


                   


混 合 中 和


                   


二 次 过 滤


                   


脱   泡


                   


三 次 过 滤


                   


纺   丝


                   ↓           ———

–———

牵   

      

                   

水 洗、 牵 伸

水   洗

      

                  ↓           ———───

——–—

柔 软 处 理



干 燥 热 牵 伸



热 处 理



抗 静 电 处 理


 


收   丝



包   装




来源:宓林坤先生、赛奥碳纤维

特别声明:公 众号部分文章和图片来源于网络,发布的目的在于传递更多信息及分享,并不代表本公 众号赞同其观点和对其真实性负责,也不构成任何其他建议。版权归原作者所有,任何组织或个人对文章版权或内容的准确性存在疑议,请第一时间联系我们,我们会及时修改或删除。

广告免责声明:为了公 众号稳定发展,本公众 号会不定时承接行业广告、产品推广、会议培训推广等广告展示方式有文章前/中/后以图片形式展示、软文展示、产品链接展示等。本公 众号只提供发布平台,对广告内容的真实性或有效性不做评价,请自行判别。所有广告内容及相关事项与本公 众号无关,特此声明。

来源:碳纤维生产技术
汽车太阳能控制纺织
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2024-06-19
最近编辑:5月前
碳纤维生产技术
助力国内碳纤维行业发展
获赞 28粉丝 37文章 3754课程 0
点赞
收藏
作者推荐

氢能聚焦·院士解读:“本田宣布终止氢能车生产”对中国是坏消息吗?

本文摘要:(由ai生成)日本车企本田、日产减少对氢燃料电池汽车的投入,但中国工程院院士衣宝廉认为这不影响中国氢燃料电池车发展。他强调发展“绿氢”,预测中国氢能将快速发展,特别是氢燃料卡车与商用车。他建议通过技术创新、优化制氢储运方案、国产化燃料电池材料和部件等方式降低成本,并利用可再生能源制氢,通过管网输送氢气,以促进氢能在中国的发展。近日,日本汽车厂商本田汽车突然宣布,自2021年8月开始,终止以氢气为燃料的氢燃料电池汽车(FCV)的生产。无独有偶。今年年初,日系中的日产也宣布暂停与戴姆勒及福特合作开发燃料电池车的计划,将力量集中于发展电动汽车。此前,日本是FCV的重要拥趸,是目前拥有加氢站最多的国家。日产、本田相继宣告退出,是新能源汽车的氢能路线走不通了吗?对于中国发展氢燃料电池车有何影响?对此,中国工程院院士、中国科学院大连化学物理研究所研究员衣宝廉明确回应:“本田宣布停产燃料电池车,不过是燃料电池车发展过程中的插曲,不会影响坚定发展燃料电池车人的初心与信念。”衣宝廉院士还说道:“汽车在转型,电动化、智能化、网联化时代,什么事都有可能发生,正像有人不停报道锂离子电动车燃烧爆炸一样。”日本FCV出现“插曲”,中国氢燃料电池车产业将去向何处?衣宝廉肯定地说:“我国氢能会获得快速发展。”衣宝廉院士认为,中国的氢燃料电池车发展,关键在于“绿氢”(即可再生能源制氢)。“有了绿氢,燃料电池是氢转化为电的最适宜技术,所以燃料电池会获得快速进展——特别是氢燃料卡车与商用车,用高比能量的燃料电池优于锂离子电池。”衣宝廉说,商用车进展反过来还会促进燃料电池的进步,促进乘用车商业化。衣宝廉表示,为实现“碳中和”,就要大力发展可再生能源;而为消除可再生能源发展的上限,一定要发展氢能及可再生能源电解水制绿氢。衣宝廉院士说,燃料电池车是氢能利用的突破口。但现在燃料电池车没有政府补贴,企业是赔钱的。但是,中国因为地方政府或特殊企业买单,燃料电池车还有市场,所以丰田、现代、巴拉德等均进入中国。衣宝廉介绍,本田燃料电池车技术几经变动,并没有大量进入市场,它的技术还需创新和降低成本。因此它在停产同时,还和美国通用在发展燃料电池车技术。谈及中国在发展FCV方面有哪些优势和要做好的工作,衣宝廉表示,在政策的支持下,要突破燃料电池电堆等卡脖子技术,并实现批量生产,大幅度降低成本。此外,在进行燃料电池商用车示范运行的同时,还要有技术创新,进一步提高电堆的比功率、降低成本,进一步推动FCV乘用车实现产业化。在早前6月26~28日在南京召开的2021全球智慧出行大会暨第二届中国(南京)国际新能源和智能网联汽车展览会(GIMC 2021)上,衣宝廉院士就作了题为“燃料电池车的现状与愿景”的报告。在报告中他指出,燃料电池车(FCV或FCEV)绿色、动力性能、安全性等优势明显,但未来要实现规模应用,降低燃料电池车与运行成本是关键。对于如何降低成本,衣宝廉分别从燃料电池创新、优化制氢和氢能储运方案等角度,提出三条“锦囊”。FCV优势多,且具有更高安全性FCV的的动力燃料主要是氢能。“FCV与传统内燃机汽车很相似:FCV的氢瓶相当于传统汽车的油箱,燃料电池发动机相当于内燃机,但传统汽车的尾气排放是污染物,氢燃料电池车的尾排是水。”衣宝廉认为,与其他电动车(混合动力车、纯电动汽车)相比,燃料电池车具有续驶里程长、动力性能高、燃料加注时间短、安全性好等优点。他解释说,由于燃料电池的比能量高,可达0.5-1.0KWH/Kg,因此特别适合重载卡车或大客车;同时,氢燃料电池车的续驶里程、加氢时间、驾驶舒适性均可与燃油车媲美。此外,由于FCV的电堆与氢罐是分开的,电堆不会产生爆炸,提高了发动机的安全性。衣宝廉提到,人们已经习惯于以汽油作燃料,但是对氢气这种燃料还缺乏了解。事实上,氢的物理特性让其更能保障应用安全。“在开放空间,氢气的扩散系数是汽油的12倍。利用氢易于检测、扩散速度快等特点,在可能有氢泄漏的地方加装氢传感器,当氢浓度高于千分之五时,联动风机自动启动,可确保氢安全。”他说。退一步讲,即便发生爆炸事故,氢的危险程度也更小。衣宝廉解释说:“发生爆炸时,氢气燃料由于密度远低于空气,会迅速上升扩散,爆炸将发生在气源上方;对比而言,汽油发生爆炸是在燃料的泄漏处,危险程度要远大于氢气。数据显示,汽油的爆炸能量是相同体积气体的氢气的22倍。”降低成本是“必须要攻克的难点”氢燃料电池汽车的优点显著,但成本等制约其发展的因素也摆在桌面上:目前不仅燃料电池发动机贵,加氢站的建设成本、制氢加氢成本等都居高不下。衣宝廉列出了一组数字:目前由于燃料电池发动机贵,导致一辆车售价是燃油车的2~3倍,锂离子电池车的1.5~2.0倍;一座加氢站的建设费用,高达1200~1500万元;高成本的加氢站导致加氢费用居高不下,当前每公斤高达60~80元。“只有加氢费用降到每公斤30元以下,FCV才能与燃油车竞争。”衣宝廉说,要实现无补贴的FCV商业化,必须大幅度降低燃料电池发动机的成本和氢气的成本,同时降低加氢站的建设费用,“这些是必须要攻克的难点。”2020年4月,财政部发布《关于开展燃料电池汽车示范推广的通知》(征求意见稿),重点支持珠三角、长三角、京津冀及中部地区的城市开展燃料电池产业化示范应用,示范为期4年。值得注意的是,该示范并非直接补贴。示范期间中央财政将按照结果导向,对围绕FCV关键零部件核心技术攻关、采取科学有效措施降低各类成本的示范城市,采取“以奖代补”方式给予奖励。降本增效的三条“锦囊”要降低FCV的成本,要从燃料电池上作文章。而燃料电池的基本单元——单电池又由膜电极组件(MEA,由电解质膜、电催化剂、扩散层等组成)和双极板组成,因此,降低成本的技术创新还要从膜电极组件下手。衣宝廉介绍说,大连化物所相关研究团队已经通过改进电催化剂、质子交换膜,提高MEA性能、探索MEA批量生产技术等科技攻关,取得了一定的进展。比如,他们制取的“超小铂铜合金催化剂”,质量比活性是传统铂碳催化剂的3.8倍;通过对MEA催化层、气体扩散层的配方和工艺的优化,实现了MEA性能提高、铂用量降低等。基于这些研究成果,他们开发了不同功率和规格的系列化燃料电池电堆,并在一些新能源车型中试用。“实现燃料电池关键材料和部件国产化、批量生产,同时提高电堆的比功率,就可以大幅度降低燃料电池发动机的成本,进而降低燃料电池车的成本。”衣宝廉说,此外,还要依据工况和电堆适宜运行条件制定控制策略,以确保电池系统的可靠性与耐久性。PCV降成本靠电池,PCV加氢降成本靠什么?衣宝廉给出的“锦囊”是:优化制氢来源和储运方式。“制氢的方案有三种:工业副产制氢、化石燃料制氢和可再生能源制氢。三种方法中,石油化工、焦化、氯碱合成氨、甲醇等工业副产氢潜力巨大,但这需要我们发展精准对燃料电池有毒杂质的净化方法、制定标准、规定检测方法和仪器;同时也要开发新的化石燃料制氢方法,比如采用天然气热催化裂解法,制备氢气和固态碳,做到零碳排放。”衣宝廉说:“而最好的办法,就是大幅度发展可再生能源制氢。”衣宝廉说,我国仅四川、云南两地每年弃水电量就超过400亿千瓦时,三北地区弃风电量近500亿千瓦时,西北五省平均弃光率20%,若将弃风、弃水、弃光电量用于电解制氢,年产可达300万吨。因此,他建议,应利用丰富的可再生能源,大力发展目前较为成熟的质子交换膜(PEM)电解水制氢,然后采用管网输送氢气——氢气可借道天然气管网,在需要氢气地方,当氢浓度高时(如大于5%)可采用膜分离器从天燃气和氢混合物中提取纯氢,当氢的浓度低时,可抽取等热值天然气进行重整制氢。如此,加氢站加氢成本可降至每公斤30元以下,“就可以和燃油车竞争了”。据了解,大连化物所开展PEM电解水技术研发的历史已有二十多年,技术已趋成熟落地。2020年,他们承担了国网安徽省电力有限公司兆瓦级氢能综合利用站科技示范项目,采用的就是PEM电解水制氢。衣宝廉还给降低加氢站建设成本提供了一个“锦囊”:“实现氢气压缩机、高压储氢瓶等国产化和批量生产,建油、氢、电合建站,就可大幅度降低加氢站的建设费用。”“基于上述‘锦囊’,我们可以先商业化对加氢站依赖度低的商用车,待加氢站达到一定密度,再示范、商业化DCV乘用车。”衣宝廉最后表示。来源:未来科技相关文章:本田宣布终止生产氢能源汽车特别声明:公 众号部分文章和图片来源于网络,发布的目的在于传递更多信息及分享,并不代表本公 众号赞同其观点和对其真实性负责,也不构成任何其他建议。版权归原作者所有,任何组织或个人对文章版权或内容的准确性存在疑议,请第一时间联系我们,我们会及时修改或删除。广告免责声明:为了公 众号稳定发展,本公众 号会不定时承接行业广告、产品推广、会议培训推广等广告展示方式有文章前/中/后以图片形式展示、软文展示、产品链接展示等。本公 众号只提供发布平台,对广告内容的真实性或有效性不做评价,请自行判别。所有广告内容及相关事项与本公 众号无关,特此声明。来源:碳纤维生产技术

未登录
还没有评论
课程
培训
服务
行家
VIP会员 学习 福利任务 兑换礼品
下载APP
联系我们
帮助与反馈