耐热聚酰亚胺纤维项目可行性分析_耐热聚酰亚胺的改性
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耐热聚酰亚胺纤维项目可行性分析
聚酰亚胺纤维是高性能纤维的主要品种之一，是目前使用温度最高的有机纤维，可以在 250-350oC 下长期使用，与芳纶、聚苯硫醚纤维比较，在耐光、吸水性、耐热性等方面都更优越，是航空航天、环保、防火等领域急需的材料。其中聚酰亚胺纤维的环保领域的主要用途是作为工业高温除尘过滤材料，随着国家对环保要求的日益提高，排放标准的日益严格，为了减少有害气体二氧化碳、二噁英等的产生和排放，要求提高焚烧炉的焚烧温度，这样焚烧炉的烟道气的温度也必然提高，对聚酰亚胺纤维需求迫切。
聚酰亚胺纤维的应用
聚酰亚胺纤维作为高性能纤维的主要品种之一，和其他高性能纤维（如芳纶纤维、聚苯并噁唑纤维、超高分子量聚乙烯纤维、聚苯硫醚纤维等）相比，除了作为先进复合材料的增强材料代替某些碳纤维外，还可以作为性能更为优越的防弹服织物、高比强度系留绳索、宇航服、消防服、高温滤材等，是与国民经济持续发展和国防安全密切相关的关键材料，是新一代战斗机等先进武器装备以及发展新型卫星、飞船等国防高技术必不可少的原材料，也是发达国家始终控制出口的商品。掌握这类纤维的生产技术对国家安全和经济发展至关重要，关系到国防建设和国民经济发展。
聚酰亚胺又是一种耐温更高的树脂，玻璃化温度高可达 360℃，长期运行温度高达 260℃以上，再加上聚酰亚胺优良的化学特性、耐氧化性及电特性，使得聚酰亚胺成为目前替代聚苯硫醚的最佳过滤材料，聚酰亚胺纤维将成为影响未来工业烟气除尘和环保行业的重要材料。
国内外现状及发展趋势
（1）国内外现状
在国内外与高性能耐热有机纤维相关的产品开发主要集中在三大品种上：
1）芳纶纤维：产能主要集中在美国、日本和欧洲。如美国杜邦公司的 NOMEX 和高端军用 Kevlar 纤维，日本帝人公司的 Technora 纤维等。国内对芳纶纤维研究了 30 多年，国家已经连续支持多年，芳纶 1313 已实现规模化生产。目前 1
我国芳纶纤维的产品质量稳定性仍有待提高。芳纶纤维的强度虽然较高，但其结构决定了此类纤维表现出高吸水率和不耐紫外光照的缺点，从而限制了其在某些领域中的使用。
2）聚苯硫醚纤维（PPS）：主要生产厂家集中与美国和日本，近年来国内也已形成了一定的产业化能力，其产品部分满足了过滤材料的需要。但由于耐热等级有限，仍无法满足连续使用温度较高的高温滤袋行业的实际需求。
3）聚酰亚胺纤维：奥地利 Evonic 公司生产耐热短纤维 P84，美国、日本未见产业化。俄罗斯已有高性能聚酰亚胺纤维的研究报导和应用实例，由于保密原因，未见任何有关纤维的商品出售或商品牌号的报导。2007年5月，美国通用电气公司与 FIT达成合作协议，拟开发聚酰亚胺纤维，预计生产规模 2,000 吨/年。国内长春高琦聚酰亚胺材料有限公司已成功完成中试，300 吨的规模化量产项目正在调试。
（2）未来发展趋势
随着国家对环保要求的日益提高，作为滤材的聚酰亚胺纤维市场需求正在以惊人的速度增长。由于聚酰亚胺纤维具有突出的防火性能（氧指数可达 40—70），可以预见在其他防火织物上的应用也会迅速增加，其市场前景是非常广阔的。聚酰亚胺纤维的另一主要用途包括航空航天中所使用的轻质电缆护套、耐高温特种编织电缆、大口径展开式卫星天线张力索和空间飞行器囊体材料的增强编织材料及防护服装等，其重要性不言而喻。
市场预测及分析
1、电力行业需求分析
截止到 2008 年底，全国发电设备容量 7.9 亿千瓦，其中火电 6 亿千瓦，占总容量的 76%。我国每年煤炭的消耗量已经超过 27 亿吨，仅电厂锅炉就超过 14亿吨，煤燃烧产生的烟尘占 TSP 总量的 60%。
火电厂燃煤锅炉烟气 80%采用电除尘器，但随着排放标准的严格，袋式除尘器的应用比率迅速增加，新建项目多采用袋式除尘器。现存的火电厂中使用的静电除尘器由于排放标准的升级，静电除尘器无法达到要求，电改袋的项目存在很大的潜在市场。
目前电厂袋式除尘器所用滤料主要为 PPS以及PPS+P84。从 2008 年袋式除
尘器委员会对电力行业袋式除尘器使用情况的调查来看，滤料的使用寿命普遍达不到 3 万小时，所以滤料作为消耗品，需求量很大。
据报道，2009 和 2010 年已经批准的火电已经超过 5,000 万千瓦，按新建电厂有20%采用袋式除尘器，老电厂改造有 20%采用袋式除尘器，则每年滤料用量 1,750 万平米，纤维用量可到 8,800 吨。按照最保守的估计，采用PPS与聚酰亚胺混纺的方式，火电厂聚酰亚胺纤维的用量至少也在每年 1,000 吨。
2、水泥行业需求
袋式除尘器在水泥行业的应用占据了主导地位。随着产业政策的调整，水泥工业立窑小水泥生产线大幅度减少，新型干法水泥生产线快速增加。随着国家拉动内需的政策出台，水泥行业投资表现出强劲的势头，对袋式除尘器的需求依然旺盛，以前回转窑的窑头、窑尾除尘主要采用电除尘器，这些电除尘器大多不能达标排放，现在多改造为袋式除尘器，并取得了很好的效果，烟尘排放浓度一般都在 20mg/m3以下，个别达到 10 mg/m3以下。2006 年仅 5000～10000t/d 规模的水泥窑就有约 200 座，全部采用袋式除尘器。
目前，水泥行业中还存在一些静电除尘器，但从国外发达国家来看，欧洲、北美等环保标准和执法都很严格，其水泥生产线绝大部分都采用袋式除尘器，窑头、窑尾大都采用袋式除尘器。德国水泥 90%的废气是通过袋式除尘器净化的，这使其水泥粉尘的散失量小于其产量的 0.05%。很好的保护了当地的大气环境。因此，现存的水泥厂中使用的静电除尘器由于排放标准的升级，无法达到要求，电改袋的项目存在很大的潜在市场。
水泥窑的烟气温度在 250℃左右，目前主要用 P84 与玻纤，或者两者混纺，由于玻纤具有脆性，聚酰亚胺纤维替代是必然。2008 年新上的新型干法水泥生产线较多，很多采用了玻纤覆膜滤料或 P84 滤料，并取得了较好的效果。我国的水泥年产量已经达到 16 亿吨，5000 吨生产线成为主流，水泥行业聚酰亚胺材料的年消耗量预计在 3000 吨以上。
3、钢铁行业需求
钢铁行业是袋式除尘行业的第一大用户，袋式除尘器在钢铁行业所占比例已经占到 95%。包括原料、焦化、石灰、高炉槽上槽下、出铁场、铁水预处理、铸铁机、转炉二次除尘、炼钢电炉、轧钢等工序的尘源点除尘，袋式除尘技术都
比较成熟、可靠、不仅高效除尘，还回收大量宝贵资源。
钢铁行业高炉煤气袋除尘近几年发展很快，高炉煤气净化传统工艺采用湿法，能耗高、水资源消耗大、腐蚀性强、水处理投资费用高，因此将湿法改为干法是节能减排最显著的成就。十年来，中小型高炉煤气袋式除尘技术基本普及。目前，大型高炉煤气袋式除尘表现出强劲的发展势头，2007 年 3,200 m3高炉煤气袋式除尘器净化已获成功，5000m3高炉袋式除尘的项目也在进行中。干法净化高炉煤气采用袋式除尘技术取代传统的双级文氏管湿法除尘技术。其突出的优点是总投资节约 30%，占地节省 50%，节水 200kg/t 铁，节电 70%以上，回收的煤气含水量低，且热值明显提高。应用该技术同时可减少管理人员，大幅减少烟尘排放量和废水排放量。煤气除尘大规模的改造，使袋除尘器滤料市场的增长很快。
另一长期为电除尘器所统治的领域是钢铁企业的烧结机烟气净化，烧结机机头、机尾除尘，原来大都采用电除尘器。由于烟尘排放标准提高到 50mg/m3，一些城市和企业排放标准达到 20~30mg/m3。对于小于 10μm 的微细颗粒物，电除尘器难以捕集，如增加电场或将电场断面扩大，其投资、能耗、运行费用都将显著增加，仍难以达标排放，近年来许多企业开始采用袋式除尘器或电改袋。转炉炼钢二次烟气和电炉烟气均采用的是脉冲袋式除尘器，也是钢铁行业除尘器大型化的应用场所，处理风量达 100 万~150 万 m3/h。转炉烟气的一次除尘目前大多还采用的是湿法，从节能减排政策的要求来看，用袋式除尘取代湿法意义重大。
我国是钢铁生产大国，年产钢约 6 亿吨、铁约 5 亿吨。钢铁冶炼中烧结、炼钢、炼铁、高炉煤气等许多工艺环节存在 200℃以上烟尘治理，目前主要是 P84与玻纤的复合，超高温的环境更为聚酰亚胺提供了广阔的市场需求，因此预计钢铁行业聚酰亚胺的年需求量至少在 1000 吨。
4、金属冶炼
各种有色金属冶炼同样需要大量的袋除尘器和滤料。从长远发展看，铁合金炉的容量规模都在 10000kvA，其烟气均采用袋式除尘器，并使用高温滤料。电解铝行业主要采用袋式除尘烟气净化技术，随着电解槽的加大，处理 100 万～300万 m3 风量的袋式除尘器也越来越多。金属铜、铅、锌等冶炼炉窑的烟气净
化采用袋式除尘器亦是一项较好技术，对高温滤料的需求较大。
由于金属冶炼的工艺不同，所产生的烟气条件和工况也不同。估计金属冶炼行业聚酰亚胺的年消耗量在 500 吨以上。
5、其它环保行业
此外，快速发展的交通筑路（沥青）、新型的垃圾焚烧等行业产生的烟尘由于温度更高，都存在使用聚酰亚胺的可行性和可能性，为聚酰亚胺提供至少每年500~1000 吨的市场容量。
6、国防军工和航空航天
聚酰亚胺纤维除了应用于高温烟尘净化尚有更广泛的应用，由于它比芳纶具有更好的耐温性，将有可能替代芳纶用做消防服、高温工作服、士兵作战服等。随着国内消防投入和军队战斗服投入的增加，以及炼钢、石油等行业的劳动防护意识的增强，我国用于防护服领域的特种纤维用量将以每年 30%以上的速度递 增。军队战斗服方面，估计年用量在百吨以上；消防服方面，目前全国现有一线 消防员和地方专职消防员计 13 万人，每年换装在 6 万余套，合计使用纤维超过54 吨；劳动防护服方面，我国冶金部门每年需隔热、透气、柔软的阻燃工作服 5万套，水电、核工业、地矿、石化、油田等部门年需 30 万套防护用服，年需耐高温阻燃特种防护服用纤维 300 吨。
航空航天应用领域，随着我国航空航天事业的飞速发展，特种纤维材料的应用必将有更大突破。同时由于我国在聚酰亚胺原料生产技术方面的优势，聚酰 胺纤维的国际市场的开拓也具有非常光明的前景。
总之，从环境保护、各种工业应用、军事装备等多方面的需求来看，我国聚酰亚胺每年的需求量保守估计在 7000-8000 吨。现在我国每年能进口到的聚酰亚胺纤维约为 200 吨，对于巨大的市场需求只是杯水车薪。
项目的技术方案
项目的技术可依托单位为中国科学院长春应用化学研究所，该所聚酰亚胺项 目组围绕聚酰亚胺新材料已开展 40 余年的研究工作，在这一研究领域已经发表 论文 200 多篇，申请专利 40 余项。同时长春应用化学研究所在国家军工 863、吉林省科技厅、院军工办项目的支持下，自 2003 年起集中开展了聚酰亚胺纤维 研究工作，综合技术在国内居领先水平。
