节能减排是当前粘胶纤维行业发展的紧迫任务

节能减排是当前粘胶纤维行业发展的紧迫任务1前言改革开放以来，我国化纤工业持续较快的发展。在1980年我国化纤产量仅45万吨，只是世界产量4％，而到2007年我国化纤产量将近2400万吨，超过世界产量50％。进入新世纪以来，我国化纤发展速度更快，2000年化纤产量为649万吨，到2007年已达2389万吨。平均年增248万吨。但伴随而来的资源与环境的双重约束也日益加剧，成为制约行业持续发展的两个主要因素。在我国化纤领域，排污较大的粘胶纤维新世纪以来也取得了快速发展。2000年我国粘胶纤维产量为56.4万吨，约占世界粘胶总产量28％，到2007年我国粘胶纤维产量已达154.3万吨，占世界产量51%。我国粘胶行业能耗及排污量大增，引起各方面重视和关注。近年来，在政府、企业和社会各界的艰苦努力下，我国节能减排措施换来了积极的成效，工作力度也是前所未有的。国家采取了一系列的重大措施，包括淘汰落后生产能力、限制高耗能产业的发展、实施重大的节能减排工程等。但节能减排工作依然很不理想。“十五”以来，化纤行业加大了在节能减排方面的投入力度，并取得了一些明显成效。首先，聚酯、涤纶及氨纶等大型成套技术装备的国产化大幅降低了单位产品的投资成本和能耗、物耗水平；其次是加快淘汰落后产能，例如近几年聚酯行业年均淘汰低效率、高能耗的小聚酯产能80多万吨；三是部分环境压力较大的行业和企业改造生产工艺、加快技术研发，例如氨纶、腈纶行业改用新型溶剂DMAC；粘胶行业装备大型化，采用膜技术处理生产废水等；四是聚酯瓶及其他聚酯废料的回收利用卓有成效，目前全国再生涤纶短纤年产能已达300万吨，再生涤纶长丝和再生瓶片等也已投产；更重要的是各企业实施精细化管理，提高了产品优等品率，减少废品同时加大了公用工程、包装材料以及废丝等的循环利用。1－17尽管近些年行业在节能降耗方面取得一些成效，但行业在环保方面依然存在许多问题，在节约能源、清洁生产、环境保护及可再生原料开发和利用等方面与发达国家还存在较大差距。主要表现在行业整体能耗水平比国际先进水平高出10－30％左右，特别是在粘胶、腈纶、维纶等行业的一些湿法纺丝企业仍存在一些技术较为落后的工艺装备；在“三废”治理方面，还主要停留在终端治理阶段，对源头控制和过程监控重视不够，办法不多。甚至有些企业只重视产量，放松对节能减排的管理，不愿在改善环境方面进行投资。我国粘胶纤维不仅产量是世界第一，也应做到产品质量以及节能减排位例世界前列。2粘胶纤维生产节能减排的特殊性2.1.粘胶纤维生产的特殊性粘胶纤维的生产是通过一种十分特殊的湿法纺丝工艺，和其他湿法纺丝纤维例如：腈纶、腈氯纶、维纶、氨纶、芳纶以及铜氨纤维等湿法纺丝工艺不同。一般湿法纺丝纤维都是采用不同溶剂直接溶解聚合体，制成可用于纺丝的溶液来纺制纤维。而粘胶纤维则是将浆粕（纤维素）经NaOH碱化生成碱纤维素，再用CS2进行磺化生成纤维素磺酸钠，然后再溶解于NaOH水溶液内制成纺丝溶液，在纺丝过程中通过含有Na2SO4，H2SO4，ZnSO4的酸性凝固浴再生，昀终还是以纤维素形态析出，其工艺流程见图1。粘胶纤维的原料和昀终成品都是纤维素，只是结构形态不完全相同。在生产中所加入的各种化工料几乎完全以“三废”形态排出，其中的有害部分以废气排放量为昀大。粘胶纤维工厂排出的废气中含有硫化氢和二硫化碳，足以污染大气，而排出的废水中的锌盐以及其它有害物质则能毒害水源。我国粘胶纤维工厂在建设中基本上是执行了国家的规定，但当时由于技术和资金的原因，在治理“三废”方面，主要是废气和废水治理存在欠缺。我国目前只有少数粘胶纤维工厂有废气治理装置，多数为超标排放。在上世纪国家原定的废气排放标准，120米高的排气烟囱每小时允许排放二硫化碳气体95kg和硫化氢气体17kg的规定已经废止。现已要求所有的粘胶纤维工厂在规定的期限内都建设废气治理装置，达到国家规定的排放标准。不能再用牺牲环境的代价谋取低成本作为市场竞争的手段。2－17图1粘胶纤维主要生产工艺流程图3－172.2.采用洁净的粘胶纤维生产工艺，大大降低对环境的影响2.2.1.使用DCS对粘胶纤维生产的重要性近年来传统的粘胶纤维的生产的特点是引入节能减排的环保内容，包括密闭式循环及能量的重复利用。在粘胶工艺及设备本身方面重大的变化，特别是利用新型设备，促使粘胶纤维生产达到全线连续化，并使整个工艺同步的产品有可靠的测定方法。生产工艺主要由诸如压力，温度，重量和体积等物理参数控制，加上计算机系统浓度及流速等也较易控制。这些数据对用DCS自动化及整体化控制来说当然是极为重要的，工艺指示不精确就不能达到完全稳定的成品质量，同时也不利粘胶纤维生产节能减排。至今粘胶生产设备及在线成品测定仍需继续革新。特别是DCS控制系统的应用是十分必要的。DCS的工艺控制系统对劳动力节约及产品稳定有巨大作用，在我国往往被粘胶纤维生产厂所忽视。过去几年来工艺自动化控制增加，这使生产厂能大大地降低对工作人员的需求，并增加了生产不同纤维品种的灵活性。附加DCS系统有利于生产细旦纤维，细旦纤维很受市场欢迎，并代表了纺织应用的一种流行趋势。这也是近年来促使粘胶短纤价格上涨的主要因素。为了实现粘胶纤维生产线的DCS自动化及整体化控制必须对目前我国粘胶纤维生产的主要工艺步骤及设备进行研究分析，找到薄弱环节加以改进。重点对目前广泛存在的问题磺化及过滤设备提出改进建议。2.3.节能减排重要工艺步骤2.3.1.连续磺化美国杜邦公司利用连续运输带磺化法已很成功。它是将碱纤维素送入一个大的罐中，落在罐中由特殊材料制成的上下两段传送带上。在上段传送带上喷入；冷却CS2，当碱纤维素从上段传送带送到下段时，磺化反应结束。纤维素黄酸酯落入设在罐体下部的碱槽中，立即成粗制粘胶。磺化机内需定时注入氮气，并定时测定机内含氧量，以确保安全。现有的连续磺化机（简称CBX）每台生产能力为30－40吨/日，50吨/日以上的也易制造，简单结构如图2所示。该机的主要优点是：制成的粘胶质量好；结构简单，保全保养操作方便，传送带使用寿4－17命已达一年以上；很少维修，可连续运转一年以上；全部采用监控操作，可避免操作事故；碱纤维、CS2、溶解碱液没有损耗，CS2用量比普通磺化法少；无CS2的泄漏现象，生产环境好；比普通磺化法消耗动力少。图2连续磺化机示意图2.3.2.连续自动过滤粘胶连续自动过滤机有：瑞士公司制造的芬达机；瑞典散茨公司制造的粘胶自动筛滤机；美国杜邦公司的压滤机新法，即在普通压滤机的基础上稍加改良，采用较厚的尼龙毡作滤材。这些滤机都各有特点，而且达到全自动化水平，使粘胶过滤工艺大大发展了一步。粘胶自动筛滤机的结构如图3所示。这种滤机的主要优点是：过滤能力高，对普通短纤维粘胶来说，生产能力为200－300升/分*米2；安装简单；所占空间小；占用人力少；操作费用低；维修费用低。在欧盟国家中还广泛采用高分子聚烯烃（聚丙烯、聚乙烯）制作滤板和滤框，主要优点是：重量轻；使用寿命长；密封性好；易清洗；维修少。5－17图3筛滤机结构图而使用连续磺化及杜邦过滤机的美国chemtex公司所生产的粘胶纤维性能及上海进口质量指标见表1、表2。从下述短纤指标可看出粘胶纤维都已达到或超过我国棉型粘胶短纤质量指标（GB/T14463-93）,说明连续磺化机及滤机在工业生产是成熟的。表1美国康泰斯（Chemtex）公司的粘纤性能6－17品种性能普通短纤高强短纤高湿模量短纤纤度（dtex）1.71.71.7干强（dN/tex）2.42.63.7湿强（dN/tex）1.31.72.6伸长（%）干伸211915湿伸272518湿模量（5%伸度）11表2由上海港进口的粘纤及其质量指标合同指标（1982年）厂商牌号规格（旦xmm）长度（mm）强度（dN/tex）伸长（%）湿强（dN/tex）（日）钟纺公司Bell牌无光2.0x5151±51.8160.9东邦公司Tovls无光1.5x381.8160.9日东纺公司Paramafii无光2.0x5151±51.8160.9（加拿大）康泰斯公司有光1.5x3838±21.816-28（奥地利）林茨公司Unicel无光1.5x3838±22.116-221.1注：旦数x0.11＝tex数7－172.4.奥地利兰精公司（LENZING）在粘胶纤维生产节能减排的贡献2.4.1.所有工艺步骤及回收系统都以节能减排为中心兰精粘胶纤维100%使用山毛榉为原料，采用由浆粕直到纤维生产的全联合生产工厂。多年来兰精公司通过发展并完成的新技术来改善环境，其原材料是剥了皮，削成片的山毛榉，用亚硫酸氢镁工艺蒸煮，其中大约有40％的纤维素形式被提取出来，另外7.5％通过独特的萃取工艺以副产品醋酸、糠醛及木糖等形式提取，而其它是木材中包括树皮等的残留物，它们可通过焚烧以蒸汽或电的形式加以利用。漂白工艺使用氧，过氧化氢及臭氧。为了避免形成有机氯化物，不使用氯化物。带有许多有机化合物的漂白设备的废液经过蒸发浓缩后燃烧掉。由于紧密密闭循环式的操作系统及回收工艺的使用，SO2排放量降至昀低。全部无氯的浆粕用于制造粘胶纤维。关于粘胶工艺使用的三种不同排放气体回收系统：zSUPERSORBON超吸附设备，用于在烧碱洗去H2S后回收CS2。zSULFSORBON硫吸附设备，它可将H2S转化成硫，昀后回收CS2及硫。zSULFURICACID回收硫酸设备，它可将H2S富气以硫酸的形式回收。粘胶纤维经过数道洗涤，用过氧化钠漂白，开松，干燥然后打包。从粘胶厂出来的废水与浆粕厂及一个小造纸厂出来的废水一起，先沉淀锌然后用二步法的生化纯化设备加以净化。2.4.2.粘胶纤维的洁净生产为了实现粘胶纤维的洁净生产，在粘胶生产工艺中还有更多的工艺步骤加以仔细考虑。下列改进使得兰精公司成为洁净的生产现场：z纺丝浴及牵伸浴的密封循环运行。z高得率的硫酸钠回收z浸渍碱液透析提纯z废碱液焚烧以回收苏打z纤维无氯漂白8－17z使用生物可降解的添加剂z从废液中除去锌所有这些措施将因世界上对环保事业急速增长的良知得到回报。兰精公司在环保工作方面已处于领先地位。2.4.3.环保是重大的革新大多数的工艺变化是在纤维素生产之外，虽然对产品没有直接增加价值，但可增加以下方面效益：z节约能耗方面的生产成本z节约原材料，化工料及公用工程方面的生产成本z节约劳动力方面的生产成本z提高产品质量以保持竞争力2.4.4.兰精公司对该公司生产的粘胶纤维和棉花生产的生态比较棉兰精粘胶纤维土地使用率可耕地17,000m3/吨纤维天然森林8,000m3/吨纤维水的消耗7,000-2900m3/吨纤维（灌溉湖泊面积）500m3/吨纤维（工艺水及冷却水）能量消耗大约40GJ/吨纤维大约75GJ/吨纤维(生物量约75%)肥料700-1100Kg/吨纤维无肥料毒性状况杀虫剂、除莠剂、落叶剂五氯苯酚用于防腐高毒性高达30Kg杀虫剂/吨纤维无杀虫剂无五氯苯酚从粘胶及粘胶生产排放气体人类安全状况WHO（杂质）对农药的统计数字：每年受毒人数：1,500,000人/年CS2及H2S在排放允许范围内9－17棉兰精粘胶纤维每年死亡人数：28,000人/年五氯苯酚含有痕量的Dioxin德国禁用表3棉对粘胶纤维的生态比较兰精公司在20年前比较粘胶纤维和棉花对比，目前新的数据如下：羊毛棉粘胶纤维合成纤维土地使用率（公顷/吨纤维）671.30.80水的消耗（m3/吨纤维）25,0003504表4吨产品不同纤维品种所需土地及消耗水量考虑所有这些因素，说明了“天然”产品棉在纤维素纤维生产中并不是从各方面来说是生态学上是昀好的选择。从解决世界人口不断增长所需食品增长来看，增加粘胶纤维及合成纤维，解决穿衣以其它纤维下游用途，也有助于解决世界粮食紧缺造成粮食价格不断上涨的世界首要难题。3我国和世界粘胶纤维行业的现状及发展趋势3.1.21世纪以来我国粘胶纤维快速增长及其原因表5列出自21世纪以来我国粘胶纤维产量及占世界粘胶纤维产量比例。表5中国粘胶纤维产量以及占世界粘胶产量的比例（2000－07）单位：kt/a年份中国粘胶纤维产量（kt）比上年