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除尘关键材料!雾霾频发凸显聚酰亚胺纤维产业重要性

2015-12-02 17:403330新材料产业微信

11月30日,北京单站PM2.5小时浓度最高超过900微克/立方米,20时,35个监测站点中,有23个达到六级严重污染。北京发布2015年首个霾橙色预警,为今年首次罕见的空气重污染和霾橙色预警齐发,中央气象台将大雾和霾预警双双升至橙色。从11月27日开始,北京开始了这次严重的污染过程,已持续4天,为2015年以来最严重的污染过程。

据中央气象台消息,11月27日至30日早晨,华北中南部、黄淮西北部出现中度霾,局地重度霾,大部地区PM2.5浓度均高于150微克/立方米,呈重度污染。其中北京南部、天津、河北中南部、山东北部、山西南部、河南北部等地部分地区PM2.5浓度高于250微克/立方米,出现严重污染。此外,华北中南部、黄淮、江淮东部、江汉北部等地出现了能见度不足1000米的大雾,局地有能见度不足200米的强浓雾,个别站点能见度不足100米。华北黄淮地区近日又遭受入秋以来最强的一次雾霾天气过程。

严重的雾霾天气给工业生产、交通运输和居民生活带来了极大的不便,雾霾成为政府和社会最头疼的问题之一。

除了严格控制污染排放,有效除尘成为治理雾霾的有效手段之一。聚酰亚胺(PI)纤维作为除尘的关键材料,其发展日益受到关注。

一、雾霾频发凸显聚酰亚胺纤维产业的重要性

聚酰亚胺纤维作为袋式除尘器的高温、高端滤料,其未来市场前景广阔。

我国快速工业化过程中积累的环境矛盾是造成严重雾霾天气的深层次原因。火力发电、垃圾焚烧发电、水泥、钢铁、有色、化工等高能耗、高污染行业排放的工业废气中含有的可吸入颗粒物是破坏大气环境的首要污染物。据统计,在京津冀区域PM2.5的来源中,燃煤占34%,机动车占16%,其余50%来源于工业、外来运输、扬尘和其他。可见减少颗粒物排放,工业除尘是关键。

目前我国工业领域主要采用静电除尘方式进行工业除尘,该方法仅限于捕集特定粉尘,相对来说总体除尘效果并不理想。而除尘效果较好、能更有效地减少固体颗粒排放的袋式除尘在我国工业领域的应用有限,并且多为低档产品,使用寿命短、除尘效率低,不能满足环保要求。

酰亚胺目前是最佳的除尘过滤材料

袋式除尘可以采用多种过滤材料,聚酰亚胺纤维的优异性能决定了它是目前袋式除尘材料的最佳选择。聚酰亚胺纤维具有高强高模的特性,其机械性能优异,在粉尘浓度加大后能够承受较大阻力而不被磨损。

聚酰亚胺纤维还具有耐高温、耐化学腐蚀、耐辐射、阻燃等优异性能,与性能完善、应用相仿的Kevlar 49纤维相比,尽管处理时间稍长,但性能下降比率仅为Kevlar 49的几分之一,各项性能优势显著。水泥、钢铁、垃圾焚烧等领域因产生烟气条件和工况的不同,对袋式除尘滤料的耐温、耐腐蚀性能要求很高,聚酰亚胺纤维能够充分保障滤料的过滤效率,延长其使用寿命,减少更换次数,大大降低企业的停产损失。此外,聚酰亚胺纤维不规则的截面结构特点,大大提高了其捕集尘粒的能力和过滤效率,粉尘大多被集中到滤料的表面,较难渗透到滤料的内部堵塞孔隙。因此,聚酰亚胺纤维对粉尘的捕集能力大大强于一般纤维,竞争优势明显。

聚酰亚胺纤维市场前景广阔

我国是钢铁生产的大国,袋式除尘占钢铁行业除尘设备的95%,其超高温的烟尘处理环境为聚酰亚胺纤维提供了广大的市场需求,年消耗量至少为1 000t。水泥行业中袋式除尘器占据了主导地位,由于其烟气温度较高在250℃左右,除尘滤料主要采用P84、玻璃纤维或两者的混纺,由于玻璃纤维脆性较大,其必将被聚酰亚胺纤维取代,预计每年聚酰亚胺纤维的用量在3 000t以上。

火力发电方面,我国每年消耗煤炭超过27亿t,煤燃烧产生的烟尘占悬浮微粒总量的60%,按20%电厂采用袋式除尘器,则每年的滤料纤维用量可达8 800t,即使采用聚酰亚胺纤维与其他纤维混纺的方式来进行保守估算,火电厂每年对聚酰亚胺纤维的需求量也在1 000t以上。金属冶炼行业对聚酰亚胺纤维的需求量同样很大。铁合金炉、电解铝、金属铜、铅、锌等冶炼炉窑的烟气净化都需要采用袋式除尘器,由于金属冶金所产生的烟气条件和工况的不同,对袋式除尘滤料的耐温、耐腐蚀性能要求很高,作为最佳的烟气过滤材料,聚酰亚胺纤维的年需求量在500t以上。

综合防护服、作战服、消防服等其他应用领域的需求,保守估计我国聚酰亚胺纤维每年的需求量在7 000~8 000t。

我国聚酰亚胺纤维产业发展尚处于初级阶段

作为大型袋式除尘器高温、高端滤料的核心材料,聚酰亚胺纤维在我国已经实现了工业化生产,如中国科学院长春应用化学研究所建成了国内首条300t/a可连续生产聚酰亚胺短纤维的生产线,但总体上我国聚酰亚胺产业规模较小,产能较低,无法满足电力、水泥、钢铁、有色等行业每年7 000~8 000t的聚酰亚胺纤维需求量,产品严重依赖进口。而全球唯一商业化的聚酰亚胺纤维产品P84由奥地利Evonic公司生产,不仅价格高昂,还对我国实行限量销售,造成国内聚酰亚胺纤维市场需求得不到满足,也限制了我国工业除尘装备技术水平的提高。

二、制约我国聚酰亚胺纤维产业发展的因素

目前,我国的聚酰亚胺纤维尚处于产业化初级阶段,生产难以满足市场需求。我国的聚酰亚胺纤维发展缓慢的主要原因有以下3点:政府部门、学术界等对聚酰亚胺的重视程度不够由于聚酰亚胺在除尘、国防等领域的广泛应用,近30年来各国政府都加大了研究力度,特别是最近10年,每年新发布的聚酰亚胺文献的数量都在3 000条以上。美国自20世纪80年代起,每2~3年都会组织召开专门交流探讨聚酰亚胺材料的研究发展情况的国际会议。日本、欧洲也定期召开聚酰亚胺主题会议,争相抢占聚酰亚胺领先地位。我国与发达国家同时展开了聚酰亚胺纤维的研究工作,但受缺乏政策推广引导、市场认知度低等影响,聚酰亚胺的应用研究进展缓慢。

聚酰亚胺纤维制造加工能力和关键技术设计不足

原材料供给方面,目前我国已经能够自主生产纺制聚酰亚胺纤维所需的各类原材料,但产出不稳定,产品质量得不到保障,不能为聚酰亚胺纤维产业化提供坚实基础。基础研究方面,国内对聚酰亚胺纤维制备的工艺、成分、结构、性能间的关联关系等关键性基础问题模糊不清,直接导致生产的纤维性能不稳定、成本居高不下、应用无法拓展等问题。技术装备方面,我国聚酰亚胺纤维的工艺技术环节还比较薄弱,有些领域甚至是空白,制约了聚酰亚胺的产业化发展,例如我国缺乏配套的从二酐和二胺单体、聚酰亚胺聚合体到纤维纺丝制造的系列生产装置以及全套成熟的关键性技术,制约了产品的规模化生产,使得生产成本偏高,产品缺乏竞争力。同时,由于发达国家对高新技术纤维特别是高性能纤维的技术和装备实行严格封锁,所以国内企业只能自行设计研发,现有主要生产厂家采用的基本都是非标设备,各家设备千差万别,一定程度上增大了统一攻关技术难题的难度。

科研成果转化率较低

一是学术交流少,我国还没有搭建起促进聚酰亚胺学术交流合作的有效平台,国内同行业之间由于专利技术保护等问题无法开展深入合作,只能采取“广种薄收”的方法,技术资源无法共享,相互协作少,导致重复研究和研究脱节现象时有发生。二是产学研用结合不紧密,企业与大专院校、科研院所合作不够,导致研究方向和部分科研成果与技术需求脱节,产品的应用规模和范围较小,无法满足市场需求。三是科技成果转化渠道不畅通,没有形成有效促进成果转化的市场、资金和政策支持机制,一些科研成果产业化速度缓慢,大学和科研院所的科技成果无法扩散,只能自己小规模转化,而企业又难以获取合适的科技成果,导致先进技术成果的经济和社会效益不能有效发挥。

三、聚酰亚胺产业发展建议

通过以上分析,笔者给我国聚酰亚胺产业发展提出以下几点建议:

加大聚酰亚胺纤维产业政策扶持力度

政府部门应加强对聚酰亚胺产业的指导,加大对聚酰亚胺纤维基础和应用研究的重视和支持力度,增加研发投入,推动聚酰亚胺纤维产业化技术的研发,提高生产工艺水平和设备的配套能力;加大骨干企业培育力度,对研发力度较大的企业,加大财政、金融政策支持,鼓励具有规模优势、较强创新实力、具备发展潜力的骨干企业加快发展;利用国家在 “十二五”期间加大对新材料产业扶持力度的机会,通过国家各项重大科技专项,推动大吨位先进聚酰亚胺生产线的建立,促进高强高模聚酰亚胺纤维逐步实现产业化,完善聚酰亚胺纤维产品的系列化,以满足不同应用领域的需求。

加快形成产学研紧密结合的创新体系

推动高校、科研院所与企业的研发合作,搭建产学研用合作平台,打破研发机构与企业间的信息不对称,促进科研院所与企业间的技术、人才、信息交流,提高研发技术的市场针对性,加速科研成果的市场转化。加快建立校企合作的研发基地,加大各方研发投入,利用各方优势联合进行科技攻关,共同对接产业发展需求。尽快形成聚酰亚胺的孵化和产业化基地,充分整合各方资源为科技型企业提供良好的信息、金融、科技等公共服务,消除企业发展过程中的制度性障碍,推动企业做大做强。

积极发展聚酰亚胺纤维终端应用市场

增强企业的环保意识,加强对高污染企业除尘效果的监督,在钢铁、有色、建材等高耗能行业大力推广袋式除尘技术,扩大聚酰亚胺纤维的市场需求,提高自主纺制纤维在袋式除尘领域的市场份额,逐步取代进口P84纤维的主导地位。提高公众对聚酰亚胺的认知和认可度,进一步拓宽聚酰亚胺的市场应用领域(如绝缘领域),以市场需求为导向壮大聚酰亚胺纤维产业,逐渐替代相对耐候性较差的芳纶以及脆性较高、密度较大的碳纤维等高性能纤维在一些关键领域的应用,实现聚酰亚胺产业的规模化生产,提高国内聚酰亚胺纤维产业的国际竞争力。

推动成立聚酰亚胺纤维产业联盟

组织上下游重点企业和行业协会,联合成立聚酰亚胺纤维产业联盟。通过联盟实现行业内部资源整合,加强企业间的互相协作,促进聚酰亚胺纤维生产企业与上游原材料企业、下游应用环节用户的紧密合作,以下游应用需求带动生产企业技术升级并实现企业由提供产品向提供综合性解决方案转变,同时促使上游原材料企业丰富产品种类、提高产品质量,实现上下游环节的工艺参数和制备过程无缝对接。充分发挥产业联盟的信息优势,实现利益共享和资源综合利用,推动相关的专有设备和复合技术的发展,提高全产业链的竞争优势。

引导聚酰亚胺纤维产业合理布局

在聚酰亚胺纤维产业发展初期,聚酰亚胺企业可以根据上游原料企业和下游应用企业的分布进行合理布局,发挥集聚效应,打造聚酰亚胺集聚区,提高产业整体竞争力。同时鼓励不同企业间实现差异化发展,明确企业自身的发展定位,专注不同技术或者市场领域,开拓有竞争力的产品,逐步调整产品结构,降低中低端产品的生产成本、提高产品品质,加大高端产品的研发力度,早日打破国外技术壁垒。防止一哄而上、盲目跟风建设,避免产能过剩和低水平重复建设现象的发生。

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