绿色纤维可行性技术报告

1、绿色纤维可行性研究技术论证报告上海聚友化工有限公司2006年3月一.国内绿色纤维的发展现状国内绿色纤维的研究起始于1987年，成都科技大学最先开始了NMMO溶剂法纤维素纤维小试研究。1997年“八·五”科技攻关滚动项目由成都科大牵头，在宜宾化纤厂建设了50吨/年的试验装置。东华大学于1994年起也开始了Lyocell纤维的实验室研究。1997年下半年，设立了Lyocell纤维的研究开发中心，在溶解和纺丝等方面的基础理论领域进行了探索，发表了一些研究论文。与此同时，在原纺织总会科技发展中心的领导下，由科技发展中心、中国纺织科学研究院、东华大学参加成立了983科研课题组，在中国纺织科学研

2、究院建立了小试纺丝实验线，分别对原料准备、溶液制备的各种方法、溶液流动管道设计、预过滤器设计、喷丝组件、喷丝板结构、干湿纺气隙成形条件、凝固浴漏斗结构、初生纤维脱溶剂等进行了反复试验。通过20吨/年小试设备的多次实践，打通了小试流程，纺出了合格纤维，纤维强度指标已达到3.6cN/dtex，伸长指标10左右，其他指标与进口纤维也基本接近。溶剂回收方面对初生丝的洗涤回收进行了较为详细的试验，探索溶剂的回收工艺过程，已证明用回收的溶剂溶解纤维素没有问题。2001年，由上海纺织控股（集团）公司承担年产千吨级Lyocell纤维项目，被国家发展与改革委员会列入国家高技术产业化新材料专项计划。2003年2月

3、，年产千吨规模Lyocell纤维的工业化生产样板厂，在上海市奉贤星火开发区内进行建设，计划2005年10月试生产，直至2006年2月生产出产品，目前没有稳定生产。这个样板厂采取引进消化吸收的方式，由德国TITK技术专家提供工艺基础设计，工艺关键设备如浆粕溶解设备由瑞士LIST公司提供，纺丝设备由德国苏拉集团纽马格提供。年产1000吨工厂总投资1.4亿元人民币。总之，中国目前的发展现状是：产品应用开发和织造、染整技术与纺织品生产已有一定基础，而所需的原料“绿色纤维”依靠进口。到目前为止，国内还没有形成具有自主知识产权的绿色纤维制造技术和生产装置。二 绿色纤维项目建设的必要性绿色纤维的化学结构与粘

4、胶纤维基本相同，除了具有天然纤维本身的特性如吸湿性、透气性、舒适性、光泽性、可染色性和可生物降解性外，还具有合成纤维的高强度的优点，其强度与涤纶接近，远高于棉和普通的粘胶，尤其是它的湿强比棉花的干强还高，有利于染整处理，适用于多种染料，上染率高。它还具有良好的强伸特性，适宜与其他天然纤维或合成纤维混纺。还能经受剧烈的机械和化学处理，使织物有仿丝、棉、麻、毛等各种手感。在服用方面，舒适吸湿、保水性好、湿强、湿模高、热稳定性好、经久耐用，可通过原纤化技术使其手感丰满。此种纤维集合成纤维与天然纤维的优点于一身，代表了未来人类服装原料的发展方向。事实上，中国纺织工业协会、有关科研院校和企业早已重视了再

5、生纤维素纤维绿色生产的研究和开发，涉足此项目工作的单位不下20个。80年代就开始做实验室研究，90年代进行了放大试验和中试。无论是在基础研究和工程探索上都取得了重大的进展，技术日趋成熟。但由于我国投资渠道等方面的原因，工程化和产业化的进展不够理想，至今尚未实现产业化，尚未形成具有我国自主知识产权的生产工艺技术。与此同时，我国在使用绿色纤维方面经过了多年的努力已取得突破性的进展，开发出多种纯纺和混纺的纺织品，受到国内外市场欢迎，因此绿色纤维的加工量逐年增加。但由于我国尚未工业化生产绿色纤维，只能依赖进口，外国公司高价出售，我们也只好接受，曾与外商商谈转让生产技术的可能，均因开价太高，谈判不能进行

6、。在此种情况下，我们只能奋发图强，依靠我们自己的力量，在已取得的成果基础上，联合攻关，予以突破，开发具有我国自主知识产权的生产工艺技术，解决工程放大中遇到的问题，研制关键生产装备，才能早日实现国产化的再生纤维素纤维绿色生产，摆脱依赖进口，受制于人的被动局面。从加强环境保护，坚持走可持续发展道路的要求来看，开发再生纤维素纤维的绿色制造工艺更具有重要意义。绿色纤维不仅其生产过程是绿色的、环保的，而且其所用浆粕来自天然的木材和其它纤维素资源，溶剂NMMO也是无毒的，溶剂回收率可达99以上，可以循环使用，生产过程中不会污染环境，产品可自然降解，因此它是一种可再生的、可生物降解的环保型纤维产品，不会造成

7、白色污染。这种生产代表了现代纤维生产的发展方向。因此，“新溶剂法纤维素纤维（绿色纤维Lyocell）成套技术装备的开发”被列入我国<十一·五>期间化纤工业规划发展的重点技术项目。我院开展绿色纤维研究的方向是，开发具有自主知识产权的再生纤维素纤维绿色生产的工艺技术，摸索出有自己特色的生产工艺，努力缩小与发达国家在绿色纤维方面的差距。我们的阶段目标是，首先建设一个1000吨/年的中试样板生产装置线，在此基础上再进行技术和工程放大。最终目标是使国内真正具备建设万吨级以上工业生产线的工艺设计、设备制造和生产管理综合能力。我们的品种发展方向是，先发展绿色纤维的普通短纤产品，进而开发

8、差别化和功能性品种，将来条件成熟时再发展长丝产品，直接成条产品和非织造布，并努力满足下游纺织企业的各种需要。经过8年的实验攻关，我们对绿色纤维有一定的理论基础和感性认识，对国际先进技术也有一定的了解，现在是到了真正自己开发出成绩的时候了，由于国际竞争激烈，这项技术的开发宜早不宜迟，否则等到国外的技术在国内以至世界普及了，我们的开发就没有意义了，也就没有我们的市场份额了。我们相信，由于绿色纤维凭其卓越的服用性能，对环保的无害性和对石油无依赖性，将极有可能是粘胶纤维和其它一些纤维品种的替代产品。许多国家正争先恐后加紧研究开发，以使在竞争中争取走在前列。我国绿色纤维项目的顺利建成投产，肯定能提升国家

9、的纤维研究和制造水平，带动一些化工、纺织及设备制造企业。三 市场分析与预测绿色纤维有优良的加工性能和服用性能，它的机械性能优于棉纤维和粘胶纤维，穿着舒适性与棉纤维和粘胶纤维相似。可纯纺，也可和其他天然纤维或化学纤维混纺，制成各式各样风格迥异的产品，我国纺织加工的“天丝”产品不仅在国内市场受消费者欢迎，也大量出口国外，其发展前景是十分广阔的。从上世纪90年代起，我国开始进口绿色纤维，由于消费者欢迎，用量逐年扩大，以近几年的数据报导看，2000年我国使用5000吨，2003年增至25000吨，2005年达到了3万吨。随着绿色纤维产品的生产技术成熟及产品质量的提高，下游纺织行业的技术不断创新与推广，

10、原材料（溶剂NMMO的大生产规模化后成本的降低）的成本下降及纤维生产过程成本的降低，绿色纤维与其它纤维相比将具有很强的竞争力并且将赢得广阔的化纤市场。根据2005年浆粕、NMMO的市场价格及公用工程能耗的综合分析，按年产1000吨绿色纤维的规模计算，产品成本在19878元/吨左右。2005年进口绿色纤维的价格在30000元/吨左右,而我们预测同比情况下国内生产的绿色纤维售价在26000元/吨左右（由于国内产品属于初级阶段水平，相对于国外的产品质量有所偏低，所以售价也应偏低），在价格上有明显优势和利润空间。由于市场认知度的不断提高，因此，今后市场对绿色纤维的需求将继续稳定增加。根据国内、国外的市

11、场容量预测，绿色纤维的需求将在较长一段时间内稳定增长，因此，短时间内几乎不存在市场需求方面的风险。为了满足此类纺织加工的需要，必须加大力度，努力加速发展自己的纤维生产技术。四.项目建设方案1 项目建设规模与产品方案综合考虑到国内的绿色纤维研究和生产只是达到初级水平，以及部分关键设备的生产能力及国内工艺技术的水平和生产管理经验，本项目的建设规模定为年产1000吨（8000小时），每小时生产125公斤产品为纺织服装用规格的绿色短纤维，产品规格可根据客户实际需要再做生产调整。产品质量指标如下：纤度： 1.673.33dtex纤维长度： 3851mm干强度： 3.3cN/dtex断裂伸长率(%)： 1

12、115湿强度： 80以上（对比干强度）回潮率(%)： 10.52 厂址选择方案绿色纤维的生产由于与粘胶纤维生产有一定的相关性，在某些技术上有值得借鉴。新乡化纤股份有限公司地理位置优越，交通发达，自然资源和自然条件较好，经济技术因素优越。建厂30多年来，公司坚持“技术开发、技术改进、技术改造和技术更新”的方针，不断通过技术创新和技术改造，加大新产品的研发力度，企业有很高的整体生产技术与研究水平，在生产技术与管理方面也有很大优势，另一方面新乡化纤集团有自己的设计和施工力量，因此在厂房建设、公用工程建设、设备安装等方面可以依托自己的力量完成，可以节约投资，因此本项目的选址定为河南新乡化纤集团。在经济

13、投资节约和技术支持、运行保障方面是有一定优势的。生产主厂房占地面积为1134m2，+/-0.00m，+6.00m，+10.50m，+15.00m 共四个楼层。3.项目合作方式与分工方案本项目将依托中国纺织科学研究院上海聚友化工有限公司研究开发的绿色纤维生产线，我院负责为年产1000吨绿色纤维中试装置提供工艺包和成套技术；为中试生产线提供预溶解、溶解、纺丝共三部分所需设备，为节约资金，我院承担的设备尽量由中丽机械制造公司制造；郑州纺织机械股份有限公司负责为该中试生产线提供纺丝水洗、后加工处理、纤维打包、溶剂（浓缩）回收共四部分所需设备；河南新乡化纤股份公司负责提供装置所需的厂房、公用工程、生产所

14、需原料和辅料，承担工程施工安装和开车工作。4.工艺技术方案在整个生产流程中,我院所承担的是工艺和设备的核心技术,是关系到项目成功与否的关键。自从98年3月以来,本院研究人员一直致力于绿色纤维的工艺实验,已摸索出了一套能够溶解和纺丝的适用工艺,并在实验线上纺出了绿色纤维,983项目总结了实验中的许多有价值数据和宝贵经验。其工艺流程如下：浆粕 补充新鲜NMMO NMMO回收浓缩NMMO 粉碎 精炼牵伸水洗切断纺丝浸润溶解烘干打包成品 a浆粕的粉碎：成卷或成包的浆粕可切条或切成片，然后用于浸润，最好选用反应性能好、含金属离子和杂质少的木浆。b预溶解：切成条或成片的浆粕与加热的80的NMMO进行搅拌混

15、合，转速4080rpm，温度80，混合时间68min。溶液纤维素浓度约12，NMMO和水约占88，稳定剂为蓓酸丙酯。（国外有的用酸活化，用碱中和，PH值调为8，也有的用蒸汽活化，有压榨机压干后去溶解）c溶解：溶解是整个生产工艺中难度较大的工序，我们准备采用具有传热效率高、水分蒸发快、混合均匀的适合高分子高粘度流体的成膜装置，溶解温度80，溶解时间3060min，真空度小于800Pa，设备、管道夹套的加热采用热媒加热。d熟化：熟化相当于后溶解，在工艺上与溶解相当，设备有所区别。是补充溶解和使大分子处于舒展、稳定、平衡状态,也能使流体混合更均匀,再次脱去气泡和水分，使流体更透亮，提高了可纺性，设备

16、内要有在线折光分析仪和粘度检测仪，以监控溶解效果。e.过滤：过滤采用和聚酯熔体过滤相似的方式，纤维素溶液通过增压泵的增压而穿过滤孔为15的金属滤网，根据过滤器前后的压力差定期更换清洗清洗滤网。f.纺丝：我们准备采用组合喷丝头纺丝，正在实验的每个喷丝头600孔，每个纺位锭16个喷丝头，共32个纺位锭子，喷丝头孔径为直径0.1mm，长径比为23，纺丝温度85100，喷丝头挤出速度为510m/min,纺丝牵伸速度40-60米/分钟，气隙长度2060mm，中心吹风温度20-25，吹风量为0.08L/孔/分钟。凝固浴温度20。溶剂析出率5054。 g.牵伸、切断：一道牵伸浴温度40，溶剂析出率为1624

17、，二道牵伸浴温度60，溶剂析出率为915。切断采用普通的具有50万旦切断能力的简易切断机。 h.精炼：精炼采用郑纺机制造的成套精炼机设备，结构与生产粘胶纤维的精炼机相似，工艺路线依次为：绒毛成形，水洗，漂白，交联，上油，压榨六部分，工艺参数要根据实际生产确定。 i.烘干、打包：烘干、打包采用郑纺机的现有成套设备，工艺简单易操作控制。 j.溶剂蒸发与回收：溶剂回收量的多少是降低成本的关键。我们取用来自纺丝凝固浴的2030浓度的NMMO溶液去絮凝、除杂、离子交换（除金属离子）、氧化再生、蒸发增浓，然后用新的溶剂调配，再次蒸发增浓到所需的浓度。精炼水和牵伸浴是从后往前循环使用的。总循环量为5m3/h

18、。采用三效降膜蒸发。离子交换的方法和交换树脂的选型要根据实验确定。蒸发、浓缩、精炼、烘干等工段用热采用蒸汽加热。 所有输送溶剂、浆粥、纤维素溶液的管道采用不锈钢管，与其相连的设备和容器为不锈钢材料。 5、需研究开发的关键工艺技术和设备 经过多年的努力，我院相关的研究人员已基本掌握了绿色纤维生产所需的工艺理论知识，能纺出绿色纤维产品，但对设计和生产控制所需的技术数据还相差甚远，当前的工艺和设备数据还不足以满足工业化的生产线的需要，因为生产不止是能生产产品，还需考虑产品质量和消耗的经济问题，这是企业生存最关键的问题。我们要通过以后有针对性的实验，将逐步获取更多实用参数，尽量做到有数据的定量分析，而

19、非只是定性说明。现在非常迫切的任务是一方面尽快抓紧能做的实验，找出比较可行的系统的实验或生产参数，为下一步设计和试生产做基础准备，另一方面关键的工业化大型生产设备还需研制并进行实验验证，保证设备的开发进度满足安装的需要。由于本项目的时间紧迫性，我们将着重进行一下几方面的工艺和设备技术的研究开发。(1) 连续浸润技术浸润是粉碎的浆粕条或小片与80的NMMO溶剂混合、膨润、分散的过程，机械的搅拌和撕碎作用使纤维蓬松，有助于溶解，因此实质是预溶解过程。PH值为8的碱性环境有助于纤维素溶液的稳定。根据原来实验情况，我们提出了既能推进，又能撕碎研磨的浸润设备构想，原理和结构简单易于实验。连续的浸润设备虽

20、然已确定方案，但我们还有待实验验证。上海里奥公司的实验线采用的是活化后浸渍、压榨再粉碎，此法与粘胶纤维生产的浸渍、压榨、粉碎工序基本类似。我们的工艺比他们的简单，但浸润效果是否比他们的好，对溶解和产品质量的影响有待实践证明。(2) 高效连续溶解技术我们已在实验室以间歇溶解方式制备了纤维素溶液，但由于溶解是在高真空状态下进行，所以不宜以频繁开启的间歇式进行工业化生产，而且由于高粘度特点，间歇操作混合的不均匀性将造成批与批之间的巨大差异，以致纺丝液物理参数波动，产品质量不均匀，所以大规模生产，连续化溶解是很必要的。溶解设备为绿色纤维生产中最为关键的设备，它既要起到浆粥混合、加热、蒸发脱水的作用，又

21、要起到高粘度流体的加热、脱气、脱水、混合均匀作用。它需要保证有良好的密封性能、良好的传热效率，能提供特高粘度流体流动的推力和保证高效水分蒸发的特殊溶解装置。我们已提出了三种可供选择的实验设备，基本都认定以刮膜方式蒸发，刮膜设备能满足这种高分子溶液的蒸发特点，但此类设备制造复杂、投资大，实验难度大，不确定性因素多。其中一种形式的溶解机就是类似List设备形式，它依靠强烈的搅拌进行混合、加热，同时抽真空脱水，但由于不能很好的成膜，蒸发面积有限，所以水分的蒸发效果有限，因此对浸润的浆粥纤维素和NMMO浓度要求含量高，即必须要求蒸发少量的水就能溶解，上海里奥引进的就是这种形式的设备。Lenzing公司

22、采用的就是刮膜技术进行工业化生产，我院对高粘度流体的特性已有很多研究经验，希望在原有的液相增粘的拉膜理论基础上加紧研发，甚至熟化设备可以利用原有的液相增粘设备，或稍做修改就可以利用。(3) 多孔纺丝组合组件和纺丝配套技术开发每纺丝位孔数为7200孔的喷丝板和32位纺丝机的初期研究工作已在进行，现在我们正在实验600孔喷丝头的纺丝工作，一旦进展顺利，将立即转入成套纺丝机设备的研制，它包括喷丝头、凝固浴槽、吹风等。由于实验条件的局限，关于纺丝我们已取得有工程放大价值的数据不多，以后还需要获得纤维素溶液在最佳可纺性时的浓度、温度、吹风条件、喷丝速度、牵伸速度、凝固浴温度、凝固浴浓度等参数，以及各参数

23、的变化对纺丝成形和产品质量的影响。这些参数可通过不断的改变纺丝条件获得，它将为以后的生产提供依据。 (4) 牵伸水洗技术牵伸水洗的技术关系到成品丝的质量和溶剂的回收量，牵伸比、一道水洗温度、流量和溶剂含量、二道水洗温度、流量和溶剂含量对产品质量的影响也要有定量实验和分析。（5）精炼装置及技术此设备基本类似于粘胶的精炼机，由绒毛成形、水洗、漂白、交联、上油、压榨等部分组成，属成套大型设备，性能稳定，操作难度小，但我们要探索出使用何种交联剂，何种交联条件最能更好的控制原纤化。但这不是很突出的技术问题，这个问题可以在实验室进行小实验，得出结论后为以后的生产打基础。(5) NMMO回收技术这是一个非常

24、值得关注的重要问题，生产中昂贵的NMMO的溶剂每浪费一个百分点，成本将增加5000元。按99的溶剂回收，每吨绿色纤维成本要20000元，市场售价26000元，每吨粘胶纤维总的成本才11000元，市场售价13000元，也就是说我们的溶剂回收不能超过99，否则生产绿色纤维就没有经济意义和竞争力，它在经济竞争方面与粘胶纤维相差太大。以前我们的溶剂回收只是简单的试验过，但没有进行系统的工艺和设备的研究。根据文献介绍的流程，它的设备和工艺流程虽然不复杂，但各工序的分解量、如何将分解后的溶剂再反应生NMMMO以及回收的操作参数都没有实验的数据，这些数据只有做了实验才能做到心中有数，国外都是花了大量的人力和

25、财力才取得溶剂回收99.6的成绩，上海试生产中溶剂过早地用完了，说明溶剂回收不是一个简单的问题。对于溶剂回收必须要进行深入的工艺探索，使项目不仅在技术上可行，在经济上也可行。6、技术目标a) 实现绿色纤维技术与装备的国产化。b) 规模：年产1000吨绿色纤维生产线。c) 关键设备国产化率95以上，形成具有自主知识产权的软件包技术。d) 溶剂（NMMO）回收率99.0。e) 开机后连续72小时稳定正常运行并生产合格的产品。7.拟投入资金 本项目总投资为4200万元人民币，其中我院所承担的研究开发、设备制造、设备采购、工程实施等费用共计约2620万元人民币。在估算的设备费中，已包含一定的设备开发研

26、究预备费，也考虑了设备不锈钢重量的材料价与加工费。工艺流程的变更、生产设备的增减、开发设备的研究费用以及将来设备制造的难度的变化将导致总投资数额的显著变化。如果实验顺利，我们的核心设备（浸润机、溶解机、纺丝机）能按预期设想完成，我们承担的总的费用将有很大的降低，因为这些设备的制造材料的总重量只有60吨左右。具体投资估算如下：工程投资估算与三方投资费用范围科目三方投资费用负责范围甲方(纺科院)乙方(郑纺机)丙方(新乡化纤)(一)直接费用 1.设备费 其中:原液工段1250 纺丝工段780 真空、热媒系统170牵伸、切断、精炼、烘干、打包、溶剂回收工段 600 2. 电气、仪表材料及安装200 3

27、.设备安装材料及安装费4004.业务费(试生产) (1)材料费360 (2)燃料及动力费80 (3)外协测试化验与加工费30 (5)差旅费6020 (二)间接费用3.直接管理人员费2020204.其它间接费用101020(三)协作研究支出(含设计)1002030总计262067091042008.拟投入项目组人员（暂定）本项目为绿色纤维短纤维生产与研究综合为目的的技术性合作开发项目，建设期为1年，我院拟投入精干技术人员22人 ，为了保证质量和进度，主要技术人员由聚友和中丽两公司骨干力量参与。项目负责人：1人 工程技术人员：2人 工艺研发技术人员：6人 设备研发技术人员：5人 仪电研发技术人员：

28、2人 技术顾问：2人 操作维修工：4人9.风险分析a.技术风险：在工艺方面，我院虽然进行了多年的研究与开发，但还有许多参数没有获取或验证，基础数据不够完善，对于工程放大乃至实现产业化，还有许多工艺和设备方面的实验需要多次进行，从而对结果进行比较、优化和总结，面对现在时间紧、任务重的关键时刻，我们只能一方面抓大放小，努力攻破浸润、溶解、纺丝、溶剂回收等关键工艺技术，另一方面多获取有关技术信息，多参考已有的文献和专利，做到取长补短，少走弯路。 在设备方面，能连续生产的浸润、溶解、纺丝等大型的关键设备还没有实验和开发，需要加大研发力度，肯定要进行艰巨的工艺探索和设备攻关，有条件的能进行的实验尽早进行

29、，以免影响其它实验的进度。对于整个工程，郑纺机和新乡化纤厂不存在大的技术、经济和进度难点，他们提供的是现有的设备、技术、原材料、人力等资源。主要的技术、经济和进度压力在我院一方，首先我们还有许多未知的设备要研发、制造，许多工艺要摸索、实验，而根据国外研究绿色纤维的进程都是经历了一个比较长的研究过程，我们面临的困难和任务还很多，不能盲目乐观，要做好打攻关战的准备。但我们将以现有的试验结果为基础，综合各方面的力量，熟练掌握相关的绿色纤维知识，加速对工艺的完善和设备的深层次开发，坚持走自主创新之路，坚信由能力将具有完全自主知识产权的科技成果通过工程化放大，坚信有能力尽快实现“再生纤维素纤维的绿色制造

30、”生产工艺技术与装备制造的真正工业化、规模化、国产化。b.进度风险：考虑到市场对绿色纤维的迫切需求，考虑到合作伙伴的投资信心和投资利益，工期不能做得太长，否则，就可能失去合作伙伴。所以我们不能按部就班，要有超越和超前意识，所以要将工期尽量缩短到一年，这么短的时间要完成浸润、溶解、纺丝、溶剂回收等这么多高难度技术任务，困难是可想而知的。因此，必须要对整个项目进行系统的分析，精心的组织和筹划，组织各专业精干的技术力量进行高效务实的工作和多方面的系统攻关，才有可能降低进度方面的风险，赢得时间上的保证。c.投资风险：本项目的投资估算是建立在以后的工艺、设备以及价格市场没有大的变化的基础上的理想计算，主要设备和管道基本是不锈钢材料，以满足NMMO溶剂的特性和纺丝质量的要求。所以虽然工艺流程短，但投资成本也比较高，尤其是浸润、溶解、纺丝设备的未定型，给我们的投资估算增加了不确定性，所以在估算时增加适当了一些