“腈纶原丝融并发展战略”系列研讨·（一）中国腈纶工业发展现状
◾编者按
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
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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。
本研讨第一期，将推出宓林坤老专家的一些研究与思考：
宓先生准备了系列文章，将陆续在本公众号刊出：
中国腈纶产业发展现状☜
中国腈纶工业的解困之路-腈纶与原丝融并发展
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）
聚丙烯腈碳纤维大丝束原丝工艺流程设计实践
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。
中国腈纶工业发展现状
腈纶是我国聚丙烯腈纤维的商品名称。中国腈纶行业经历2008年的金融危机后，装置产能得到整合，缩减至75.5万吨。在2018年，经过10年的发展总产能保持在82.5万吨的水平，但产能利用率仅维持在63%左右。从市场需求看，2003年当时的中国腈纶产量63.0万吨，总需求108万吨，进口量达到近46万吨，腈纶的自给率为58%。自2010年以后，中国腈纶表观消费量保持在80万吨附近，自给率达到了80%以上，而自2017年开始产能利用率低于70%。2021年起，上海石化腈纶南装置5万吨产能停产改造，退出生产普通腈纶领域，改生产聚丙烯腈基碳纤维大丝束原丝并供下游生产碳纤维自用。中国腈纶总产能维持在77.5万吨，占全球腈纶总量的三分之一。虽然中国腈纶是世界腈纶生产和消费中心，但中国腈纶发展进入了瓶颈期，甚至出现负增长，下游市场对腈纶产品需求的饱和以及萎缩，更是受能源、环境、其他化纤产品性能改进替代腈纶的影响和冲击，腈纶产能出现过剩、产能利用率较低的尴尬窘境。
目前世界腈纶的技术路线与产能相对集中的是以DMAc为溶剂和以NaSCN为溶剂的二步法湿法纺丝生产装置，前者是有机溶剂，后者是无机溶剂，同为湿法纺丝，两种技术路线的总产能约占72%。其他单套的目前以生产碳纤维原丝为主有日本东丽DMSO一步法湿法纺丝和干喷湿纺，日本帝人Zncl2一步法湿法纺丝，中国台湾的台塑是以DMF为溶剂的一步法湿法纺丝。而日本三菱既有以DMF为溶剂的干法纺丝及干喷湿纺，也是以DMAc为溶剂二步法湿法纺丝的主要装置之一。同时，日本钟渊是丙酮作溶剂二步法湿法纺丝生产阻燃腈纶为主的唯一的一套装置。
当前，中国腈纶纤维行业在大陆地区的产能主要集中在以DMAc为溶剂和以NaSCN为溶剂的这两种技术路线上，总产能占了92%。其中三分之二是采用DMAc作溶剂的装置，而这个技术路线在2006年时全球产能最大的有二家：一家是土耳其的Aksa, 25万吨产能规模，另一家是日本三菱，当时产能是13万吨，同时生产干纺短纤维、腈纶长丝等。目前这二家公司通过改造在生产聚丙烯腈基碳纤维大丝束原丝方面取得了重大成就。
中国腈纶以DMAc为溶剂的生产装置主要企业是吉林奇峰和吉盟，以NaSCN为溶剂的生产装置所在企业是上海石化，而这二家企业也都在进行聚丙烯腈基碳纤维的生产。
以DMAc为溶剂的生产企业还有：浙江宁波的中新腈纶和杭州湾腈纶这二家。河北的艾科瑞6万吨装置属于吉林化纤。以NaSCN为溶剂的生产装置还有与上海石化同属中国石化旗下的安庆腈纶，属于中国石油旗下的大庆腈纶。这样，中国腈纶还有一套属于中国石化齐鲁石化的齐鲁腈纶，这是一套干法纺丝腈纶装置。
从世界聚丙烯腈纤维的发展历程看出，三种占统治地位的工艺是聚丙烯腈纤维生产在世界范围内扩展的基础：美国杜邦（Du Pont）公司用二甲基甲酰胺（DMF）为溶剂、丙烯酸甲酯作染色改性剂工业化的干法纺丝工艺；美国钱斯特兰（Chemstrand）公司用二甲基乙酰胺（DMAc）作溶剂、醋酸乙烯脂作染色改性剂工业化的湿法纺丝工艺和英国考陶尔茨（Courtaulds）公司用硫氰酸钠（NaSCN）水溶液为溶剂、甲基丙烯酸甲酯作染色改性剂的一步法湿法纺丝工艺。其他大多数的整套新装置均以这三种体系为基础。这里要说明的是，美国钱斯特兰（Chemstrand）公司在1964年被置于其母公司美国孟山都（Monsanto）公司名下运行。世界腈纶工业发展到上个世界九十年代，无论是采用干法纺丝还是湿法纺丝，无论是采用无机溶剂还是有机溶剂，只要是两步法的腈纶生产工艺，其中的聚合生产工艺，包括意大利蒙特公司在内的美国、日本等公司的企业，基本上大同小异，处在同一个水平线上。作为二甲基乙酰胺溶剂的湿式两步法腈纶生产工艺，世界上原有三大集团：美国的孟山都（商品名Acrilan）、日本的三菱（商品名Vonnel）、意大利的蒙特（Leacril）各自经过数十年的不断改进、改造、提高、研发，都形成了各自的特点和产品风格。
目前，中国正常运营的吉林化纤、中新腈纶、杭州湾腈纶三家腈纶企业，生产上都采用水相聚合二步法纺丝路线，以AN为第一单体、VA为第二单体，水相悬浮聚合生产聚丙烯腈聚合物，，纺丝采用DMAc为溶剂湿法二步法纺丝技术，生产纤维级聚丙烯腈产品。有意思的是，这三家企业所采用的技术路线实际上都是由美国孟山都公司开发并于1952年实现工业化生产的。杭州湾腈纶采用德国拜耳公司湿法纺丝生产技术，实际上是1961年当时的美国钱斯特兰（Chemstrand）公司（1964年被置于其母公司美国Monsanto名下运行）在联邦德国林根（Lingen）建立的工厂，于1983年卖给了拜耳公司，最能够体现孟山都公司当时开发的这套工艺技术和装备水平的恰恰是杭州湾腈纶；意大利蒙特公司在对孟山都公司的技术作了改进后，于1957年建厂投入运营，纺丝段工艺实现二道牵伸，这就是现在吉林化纤的腈纶生产技术，日本三菱人造丝引进孟山都公司技术建厂，于1959年投产，并于2005年在中国宁波与伊藤忠商事等合资建设5万吨规模的腈纶厂，2009年日方退出卖给了南通商人，即现在的中新腈纶，这套腈纶装置可以说是最能体现三菱技术和装备水平的生产线。
虽然同是二步法湿法纺丝技术路线但使用无机溶剂NaSCN的生产装置，上海石化腈纶和安庆石化腈纶、大庆石化腈纶这二家又有所区别，引进技术的背景也有不同。NaSCN二步法腈纶湿法纺丝工艺首先是由美国氰胺公司（ACC）开发，在1951年公开发布用该法试制的腈纶产品，1956年日本住友化学与日本东洋纺合作成立依克司兰公司（Exlan Co.Ltd） 进行试验,1958年4月实现工业化生产，商品名Exlan,而这年的11月ACC在佛罗里达州的工厂也实现了工业化生产，商品名Creslan。大庆腈纶和安庆腈纶引进ACC技术路线，采用甲酯为第二单体的二元共聚物、连续汽蒸定型，腈纶产品风格属于低强高伸；上海石化腈纶采用的是依克司兰技术，间歇汽蒸定型，并使用甲基丙烯磺酸钠为第三单体（MAS）的三元共聚物，腈纶产品风格属于高强高伸。
对于齐鲁腈纶的一套干法纺丝生产装置，这里不作讨论。
Q&A
前面已经说过，两步法的腈纶生产工艺，其中的聚合生产工艺基本上大同小异，处在同一个水平线上。那么，我们比较一下同样是湿法纺丝，DMAc和NaSCN这两种不同溶剂的特点是什么？
DMAc
聚合物不用第三单体，二元共聚，第二单体采用成本较低的VAc，纺丝原液固含量20%以上；采用高浓高温凝固浴，成形相对激烈，纤维截面大多为肾形；典型的先水洗同时完成热水牵伸，一道上油，紧张式热辊干燥致密化，纺丝、水洗、干燥在同一单元，流程短，全长不超过40米。间歇汽蒸定型工艺。
NaSCN
聚合物使用第三单体，三元共聚，第二单体使用丙烯酸甲酯或甲基丙烯酸甲酯，第三单体采用ITA或MAS等，主要作用是改善染色性能；纺丝原液固含量13%左右；采用高浓低温，缓慢成形，纤维截面呈圆形；先集束溶剂低倍牵伸，再水洗与沸水牵伸；无张力干燥致密化，有连续定型和间歇汽蒸定型两种；工艺流程相对较长。
本文来源：宓林坤先生、赛奥碳纤维
