大束“黑黄金”将大显身手!上海石化48K大丝束碳纤维项目开建,以国代进助力中国智造|走近重大项目


作者:沙情奕
编辑:沙情奕
时间:2021-01-04 10:26:54

1月4日,2021年上海市重大产业项目集中开工仪式在上海展览中心举行。总投资达35亿元的中国石化上海石化“2.4万吨/年原丝、1.2万吨/年48K大丝束碳纤维”项目,作为市重大产业项目正式开工建设。

该项目计划至2024年全部完成,项目投产后,将一举改变我国大丝束碳纤维全部依赖进口、长期供不应求的局面。

填补国内空白,大束“黑黄金”破炉而出

2018年3月,经过聚合、纺丝、牵伸“热身”,再入氧化碳化“炉烤”,一身黑亮的大束“黑黄金”破炉而出—— 上海石化成功试制出48K大丝束碳纤维,并通过国内权威专家组鉴定,整体技术达到国际先进水平。

“黑黄金”碳纤维到底是个啥?

什么又是48K大丝束碳纤维?

碳纤维是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量新型纤维材料。其力学性能优异,比重不到钢的1/4,强度却是钢的7—9倍,并且还具有耐腐蚀性、高模量的特性,被称为“新材料之王”,广泛应用于航空航天、能源装备、交通运输、体育休闲等领域。

在碳纤维行业内,通常将每束碳纤维根数大于48000根(简称48K)的称为大丝束碳纤维。目前,国内每束碳纤维基本处于1000根(1K)~12000根(12K)之间,称为小丝束。

48K大丝束最大的优势,就是在相同的生产条件下,可大幅度提高碳纤维单线产能和质量性能,并实现生产低成本化,从而打破碳纤维高昂价格带来的应用局限。

十年磨一剑,“产学研用”协同创新

上海石化副总经理黄翔宇介绍,从12K小丝束到48K大丝束,并不是把喷丝口数量从1.2万个放大到4.8万个这么简单,中间要走过一条十分艰难的攻关之路,这需要深厚的科研理论作指导,丰富的实践经验作支撑,才能解决很多关键的技术难点,而上海石化经过10年磨一剑,才创造了这一条件。

碳纤维技术有着森严的技术壁垒,迄今为止也只有日本、美国等少数发达国家拥有并掌握。对此,上海石化在中国石化、上海市的大力支持下,与上海石油化工研究院、上海工程公司、复旦大学等数十家科研院所、高校、企业等一起,走出了一条以企业为主体的“产、学、研、用”相结合的协同创新之路。

2008年11月,建成中试装置;2009年3月,成功研制出12K原丝;2012年9月,年产3000吨原丝、1500吨碳纤维项目一阶段工程建成投产,到2020年底二阶段工程中交,形成了每年1500吨碳纤维的工业化生产能力;2016年5月,开展碳纤维48K大丝束原丝工业化研究试验;2018年1月,成功开发了大丝束碳纤维的聚合、纺丝、氧化炭化工艺技术,形成了千吨级PAN基48K大丝束碳纤维成套技术工艺包的技术基础。同年3月,成功试制出了国内真正意义上的48K大丝束碳纤维,并贯通工艺全流程。

可以说,从12K到48K的成功突破,标志着上海石化碳纤维技术从量变到质变的飞跃,不仅填补了国内空白,而且达到了国际先进水平,这将对“中国智造”产生巨大的推动作用。

碳纤维大显身手,应用前景更加广阔

在莫桑比克N6公路、天津津滨高速立交桥、沈阳至丹东铁路线、辽宁蓡窝水库等基础设施维修工程中……上海石化碳纤维都已一显身手。2018年,上海石化碳纤维补强材料首次应用于南京机场改扩建项目,工程使用碳纤维编织布超1万平方米,创出该产品在单次工程项目中的最大用量纪录。

碳纤维补强材料有什么优势?为什么南京机场改扩建会选用它呢?

使用碳纤维编织布对屋顶、梁、柱、楼板等主次承力结构进行加固补强,有效解决了因使用年限较长引起的混凝土疏松、破损、承载力下降等问题。由于碳纤维编织布加固方法简便,可进一步加快航站楼复杂部位施工作业,降低工程造价。采用碳纤维拉挤板材加固,不仅施工高效便捷,而且结构承载力明显提高。

在碳纤维齿轮替代进口塑料齿轮,以及加固修补液相丙烯、抽余碳四、火炬气、甲烷氢、氮气、污水等石化管道、高腐蚀设备、化工车间受腐蚀建筑等方面得到示范应用,效果良好。

上海石化还与胜利油田分公司及其改制企业新大管业科技有限公司合作,开发碳纤维抽油杆,经过5个批次的试验后,抽油杆性能优良,同国外碳纤维水平相当,完全可以取代进口。截至2017年底,胜利油田已使用上海石化碳纤维连续抽油杆试验应用共93口井,累计用杆20.9万米,目前正在进一步推广应用,特别是西北高腐蚀深井。

随着48K大丝束碳纤维的面世,上海石化碳纤维技术有了支撑产业发展的强大动力,迎来更加广阔的应用前景。

目前,上海石化已与海上风电、大型风电、汽车行业等相关项目展开合作意向。

规模生产以国代进,助力中国智造

中国石化上海石化是国内第一家率先突破48K大丝束碳纤维产业化技术的企业。此次项目上马,标志着该公司大丝束碳纤维从研发试产、产业化,成功走上规模化生产之路。

项目采用自主开发的PAN (聚丙烯腈)基大丝束原丝、碳纤维技术,工艺路线为NaSCN(硫氰酸钠)连续溶液聚合湿法纺丝原丝、氧化、低温炭化、高温炭化及后处理,建设2个原丝系列,产能2.4万吨/年;3 个氧化炭化车间,每个车间配置2条 2000 吨/年碳纤维生产线。

上海石化副总经理黄翔宇透露:

目前,各项施工准备已按计划顺利开展,具备开工条件。

该项目计划至2024年全部完成,项目投产后,将一举改变我国大丝束碳纤维全部依赖进口、长期供不应求的局面,有力推动国产碳纤维产业发展,助力‘中国智造’。”

📝 上海石化碳纤维大事记 >>>


▪ 2007年

上海石化部署启动碳纤维研发和产业化工作

2008年11月

建成碳纤维中试装置

2009年

研制出12K原丝

2012年9月

年产3000吨原丝、1500吨碳纤维项目一阶段工程建成投产

2016年

开展碳纤维48K大丝束

原丝工业化研究试验

2018年3月

成功试制出48K大丝束碳纤维

2019年3月

上海石化碳纤维事业部正式成立

▪2021年1月4日

2.4万吨/年原丝、1.2万吨/年48K大丝束碳纤维项目正式开工建设

走近重大项目

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图片:上海石化
来源:周到