6月20日,位于江苏南通的南通醋酸纤维有限公司“高效优质低耗二醋片生产成套技术研究”顺利通过国家局组织的鉴定。在鉴定之前,南纤董事长边有伦并没有紧张,而是“信心满怀”,因为这一项目成果不但已经在南纤生产中进行了应用,并且已经取得了显著的成效。
二醋酸纤维素片(以下简称醋片),是生产烟用二醋酸纤维素丝束(以下简称丝束)的主原料,长期以来,只有美国、日本等少数发达国家掌握醋片生产技术,并基本垄断醋片的世界市场。
该项目从2003年5月正式立项,到研发完成,历时5年。随着国内丝素产量的迅速提升,醋片需求量大大提升,达到了12万吨/年。南纤公司是国内唯一的醋片生产厂家,5万吨/年的生产能力远远满足不了需求,需要扩建。扩建之时,南纤面临两种方案:一是照搬现有技术,再增加三条生产线,使醋片总生产能力达到12万吨/年;二是研究改进现有工艺,提高生产装置能力,只增资扩建两条生产线,使新、老四条生产线的总能力达到12万吨/年以上。南纤公司总经理孙桂泉说:“多上一条醋片生产线,要多花5亿元,是一笔不小的开支。经过科学的分析评估,我们最终确定只上两条线。因为,南纤一直走的都是创新发展的路子,当时已经在丝束生产领域取得了一系列成功,并且建立起了一套比较完善的创新机制,这都使我们对自身的科研创新能力充满了信心。”

项目研究突破了预处理装置醋化器的容积限制
让人“一头雾水”的新项目
南纤公司技术中心工程师马晓龙是少数从立项一直到项目鉴定全程参与的技术人员之一。回忆起2003年刚参加这个项目时的情形,他说:“刚拿到这个项目的时候简直是‘一头雾水’。”他们几乎没有可以直接借鉴的研究成果,对从何处开始着手、该做什么实验、用什么仪器来试验、用什么表征方法等等问题一概不知。关于烟用二醋片,国际上的研究文献也非常少。
于是,马晓龙和他的同事们就从最基础的反应机理开始研究。马晓龙一头扎到南京工业大学的理学实验室,在那里泡了3个月,硬是从基础研究开始,建立了纤维素活化性能的表征方法,为后来开发新的预处理工艺奠定了基础。
“你看我们的试验报告这么厚,就是因为我们进行了很多机理性研究,这些才是我们的核心资源。”马晓龙兴奋地告诉记者,“不过,写实验报告的时候,真是百感交集,这些都是我们的心血啊,完全是一点点摸索出来的。”
做试验是个极其辛苦的工作。在醋片生产中,有醋酸、硫酸参与反应,醋酸刺激性气味重,硫酸腐蚀性强。因此,他们在试验过程中,必须全副武装,穿防护服、戴防毒面具、戴手套。试验室里不能装空调,在此环境下做实验,“夏天像在火炉,冬天像在冰窖。”马晓龙笑着回忆说。
“研究过程就像捅竹竿”
南纤技术中心主任张杰用“煮米饭”的比喻,形象地说明了整个研究的路径和关键点。
项目最初的出发点是增加醋片产量。这就像煮米饭,要想增加单位时间内的米饭产量,途径有两个:每锅多放米,缩短每锅米饭煮制时间。增加醋片产量而言,就是提高木浆(醋片的原材料)的单批次的投放量,这就类似每锅多放米;缩短乙酰化反应时间,这就类似缩短每锅米饭煮制时间。
锅的容积是一定的,米放多了、时间短了,米饭要是夹生的怎么办?“就像我们煮前可以先将米泡一下,我们当时考虑在木浆的预处理环节找突破口。”通过开发新的预处理工艺,对乙酰化反应器结构进行改进,突破了设备容积对提高生产能力的限制,通过开发高效乙酰化反应工艺,提高了乙酰化反应周期。但是这并没有完全解决醋片质量受影响的问题,为此,他们又开发了选择性水解反应工艺。
“其实,整个研究过程就像捅竹竿一样,每个研究阶段都会面临不同的瓶颈。”参与项目研究的徐松伟说,“当一个个瓶颈迎刃而解,也就到了我们项目鉴定的时候了。”
这些瓶颈的攻克,带来的不仅是产能的提升,更重要的是,南纤公司掌握了醋片生产的成套技术。“其实,在立项之初,我们的‘野心’就是要搞成套技术研究。”马晓龙说。
张杰也指出,这个项目的关键就是解决系统问题。“我们研究的是通过抓住整个醋片生产系统的关键环节,在关键部位,比如预处理、沉析环节放大,从而提高整个系统的产能。一条生产线要投资几亿元,但一个关键设备只需投资100万元左右,两相对比,项目的经济价值就体现出来了。”
走出实验室,艰难转化
工业试验一般要在试验室经过小试、中试,然后才能进入生产线开展大试。在试验室里,所有环节一目了然,而在生产车间,到处是密布的管道、设备,它们体积庞大、错综复杂。在项目进展过程中,南纤公司技术中心还没有成立,厂里只有小试装置,没有中试装置,小试之后就要直接开展大试,这给大试带来了更多的不确定因素。
为了保证试验安全进行,研究人员都要将小试反复2到3次,反复验证结果后,再提交生产部门开展大试。大试前,科研人员、生产部门工程师还有机器设备生产厂家代表坐在一起,制订缜密的安全试验预案。在试验阶段,这些人员都住在厂里,随时待命。“我们给自己立了规矩,大试中出现的问题,必须要在两天内解决。”马晓龙说。
实际上,项目进展过程中,生产部门和科研部门的密切配合无处不在。“木浆单批次投料量从575公斤增加到650公斤的这个过程是一点点增加的。”醋片生产段段长、项目组成员之一的张凯说,“这样一方面是保证安全,另一方面通过在生产部门一点点增加投料量,有助于使影响试验结果的各种因素逐步、充分地显露出来,方便科研部门进一步展开有针对性的改进工作。”
多重跨越
“高效优质低耗二醋片生产成套技术研究”项目完成,不仅为南纤带来了经济效益,更使南纤实现了多重跨越。
首先,南纤实现了由掌握生产工艺到拥有核心技术的跨越。专家鉴定报告指出:该项目研究成果总体达到国际先进水平,尤其在纤维素高效乙酰化和水解工艺方面已经达到国际领先水平。边有伦认为:“这个项目使南纤掌握了拥有自主知识产权的醋片生产技术,在市场换技术的发展策略中,我们的市场不但没有缩小,而且还掌握了核心技术。”
其次,南纤的醋片产能实现了增产25%的超越。通过该项目成果的应用,南纤单条醋片生产线产能增幅达25%,远远超出行业一般水平。目前,南纤公司醋片产量已经超过12.5万吨/年,完全可以满足国内市场对醋片的需求,珠纤、昆纤也将结束进口醋片的历史。
最后,产能提升的同时,能耗也随之降低。通过该项目成果的实施,在醋片产量提高25%的同时,醋片质量不降反升,能耗不升反降。应用新的醋片后,南纤丝束月断头率、飞花大幅下降,创造了国际醋纤行业的最低纪录;在能耗方面,南纤醋片生产的汽耗、电耗、煤耗、醋酸异丙酯用量也明显下降,每年可节约6.25万吨蒸汽、375万千瓦时电、1500吨醋酸异丙酯、2万吨标准煤,废水COD排放总量下降40%。这些进步强化了项目带来的经济效益。据测算,2005年至2006年的两年间,南纤在两条醋片生产线应用研究成果,创造直接经济效益共约1.4亿元;2007年开始,南纤在四条生产线应用研究成果,每年增产降耗增加效益可达1.34亿元。
南纤的科研创新能力,在此项目中也得到了充分的锻炼和显著的提升。2007年,塞拉尼斯公司(南纤公司股东之一,也是国际上一家生产醋片的主要公司)的技术人员到南纤公司进行交流,很惊讶于醋片实验室的一套装置。南纤的技术人员告诉他们,这是他们自己设计的醋片小试装置,不仅体积小了很多,而且操作更加方便,原来两天才能完成的小试,用这套装置1天就能完成。
边有伦曾颇有感触地说:“在南纤,我们对于所有的创新项目,都是一路绿灯。”正是这种对创新的执著追求与艰辛探索,成就了南纤单厂规模亚洲第一、世界第三的辉煌。