摘要：Lyocell纤维作为创新的生物基再生纤维，有着自己独特的优势，近年来在国内掀起了建设热潮，但是成本偏高。降低成本是Lyocell纤维从业者面临的一大课题。介绍了Lyocell纤维生产技术、国内发展概况，并从投资成本、开车调试成本、生产运行成本、原材料成本四个方面入手，详细介绍了如何控制Lyocell纤维的生产成本。
关键词：Lyocell；投资成本；调试成本；生产运行成本；原材料成本
Lyocell纤维是以N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)为溶剂，用干喷湿纺法纺制的再生纤维素纤维，废弃物可自然降解。1980年德国Akzo-No⁃bel公司首先取得Lyocell纤维的工艺和产品专利，1989年由国际人造纤维和合成纤维委员会正式命名。截至2020年3月份，全世界Lyocell纤维生产能力约为36万t。国外主要生产商为兰精公司，其生产工厂分布在英国、美国、奥地利三个国家，合计产能约24万t。此外，印度有1.5万t产能，韩国有少量生产。国内自2010年保定天鹅引进第一条生产线，2015年正式投产，2016年中纺院绿色纤维股份公司建成国内拥有独立自主知识产权的第一条生产线后，掀起了一股Lyocell纤维建设热潮。2020年3月底，国内已建成Lyocell纤维产能超过10万t，还有至少12万t在建。据调查各公司未来5年规划还要新增100万t以上产能。
1Lyocell纤维生产技术及优势
目前世界上拥有Lyocell纤维万吨级规模化生产成套技术的有三家公司：兰精公司、one-A(昂一)、中国纺织科学研究院。兰精公司和中国纺织科学研究院技术均不对外，因此除这两家公司以外的技术基本来自one-A。我国Lyocell纤维研究始于20世纪90年代初期，1998年中国纺织科学研究院等四家单位开始了基于Lyocell纤维的研究，但是因为种种原因，大部分都在有阶段性成果后终止或半途而废了，只有中国纺织科学研究院一直在坚持持续化的研究，最终形成了产业化规模。我国Lyocell纤维规模化生产尝试最早的是上海里奥，其于1997年率先建成了2000t试验生产线，采用LIST溶解技术以及德国的纺丝技术，经过4年多的调试，开车顺利，并且开发了包括竹赛尔在内的系列产品。但因为种种原因，没有扩大规模，试验线也停掉了，其中成本高是主要的原因之一。Lyocell纤维作为创新的生物基再生纤维，有着自己独特的优势。(1)Lyocell纤维的制备工艺从源头上解决了环境污染问题。其原料纤维素浆粕来自于自然界的可再生资源，溶剂NMMO无毒并可99.5%以上高效回收利用，生产过程无废气排放、无明显噪音，且废水排放量非常少，产品用后亦可自然降解，所以此纤维被称为“绿色纤维”。(2)Lyocell纤维的物理指标和使用性能优良。Lyocell纤维的化学结构与黏胶纤维基本相同，除了具有天然纤维本身的特性如吸湿性、透气性、舒适性、光泽性、可染色性和可生物降解性外，还具有干、湿强度和湿模量较高的优点；织物的缩水率很低，其织物尺寸稳定性较好，具有洗可穿性[1]，服用性能优良。Lyocell纤维在产业用纺织品方面也有着广阔的应用前景。
2Lyocell纤维的成本控制
Lyocell纤维因其产业化技术含量高、开发难度大，是国际纤维界公认的高科技项目。尽管相对于黏胶纤维工艺而言，Lyocell纤维工艺流程短、绿色环保，但对包括溶剂回收在内的过程控制要求很高。虽然Lyocell纤维与黏胶短纤维均属于再生纤维素纤维，但两者在手感、织物风格方面依旧存在差异，市场中Lyocell纤维也是作为一种差别化纤维存在，而非黏胶纤维的绿色替代产品，Lyocell纤维也没有比较优于黏胶纤维的独特优势，不能形成产品替代[2]。国内Lyocell纤维扩建正掀起一股新的热潮，随着国内规模的逐渐扩大，将来一定会形成激烈的竞争格局，如果仅仅寄托于国家政策，替代黏胶是不大可能的，因此如何降低成本是摆在Lyocell纤维从业者面前的一大课题。如果不能有效降低Lyocell纤维的生产成本，Lyocell纤维的发展就没有竞争力，可能面临极大的困难。控制Lyocell纤维生产成本需要从投资成本、开车调试成本、生产运行成本、原材料成本四个方面入手。
2.1投资成本。因为Lyocell纤维存在的高科技特性和自身工艺特点，设备、容器、管路等都要求使用314不锈钢以上材质，投资成本高。从前期已经投产的企业的投资情况看，目前Lyocell纤维万吨投资总额在4亿元以上，约为黏胶短纤万吨投资总额(9000万元)的4~6倍[3]，见表1(材料价格取2019年10月价格)。由表1可知：正常生产情况下，二者生产成本相差不大；其成本差异主要在设备折旧方面，Lyocell纤维设备折旧单位成本比黏胶高出将近3000元。此外，用工方面，黏胶比Lyocell要多，因为占比较小，所以本文不进行分析。Lyocell纤维投资成本高的原因有很多。保定化纤和山东英利系国内首批采用引进生产线的公司，设备基本全是进口，报价比较高。随着国内新建生产企业的增多，设备投资会有一定幅度的降低，但是使用引进设备投资额不可能有太大幅度降低。中纺院绿色纤维股份公司使用全国产设备，万吨投资额也在2.5亿元左右，即便如此，吨纤维设备折旧成本也在2375元左右，比黏胶高出了1500元以上。笔者认为，通过技术攻关和大力培植国内相关设备制造业，尤其大型设备、核心设备的国产化是降低投资成本的必要途径。经过测算，通过培育国内设备制造，优化工艺流程，万吨投资成本可降低至1.8~2亿元，吨纤维设备折旧成本就可以控制在1700~1900元，比传统黏胶纤维高约1000元左右，这样Lyocell纤维将会焕发出强大的生命力。
2.2安装和开车调试成本因为。Lyocell纤维有其独特的工艺路线和工艺控制技术，是国际公认的高科技技术项目，国内还没有形成强大的全套掌握规模化生产的团队，技术人才缺乏，开车调试成本变得不容忽视，甚至有可能造成较大的包袱。因为投资成本大，各种原材料价格较高，如果建设周期延长，开车调试时间延长，将会造成巨大的损失。从公开资料得知，保定天鹅2001年启动了Lyocell纤维生产线，但因为种种原因，项目搁置了，直到2010年与one-A合作才又重启了该项目，并于2014年12月投产，2017年全面达产，产品质量稳定，并于2015年10月投资25亿元在顺平启动了年产6万t的Lyocell纤维项目。山东英利的年产3万t溶剂法纤维素纤维项目，总投资10.2亿元，建设1.5万t/a的Lyocell短纤维生产线两条。该项目于2011年11月动工建设，最终于2015年4月16日顺利开车。中纺院绿色纤维股份公司Lyocell纤维项目于2016年元月破土动工，2016年12月打通了工艺流程，2017年3月2日一次开车成功，并于2017年7月15日实现全面达产。保定天鹅建设周期和调试时间分别用了约4a和2.5a，山东英利分别用了3a和1.5a，而中纺院绿色纤维股份公司分别用了1a和0.5a。事实上，作为一个新项目的开车调试，每推迟1d开车，都会带来较大的损失。按国内目前平均约3亿元/万t的投资，每天设备折旧成本就高达8万元。因为Lyocell纤维生产的特殊性，无论产量多少，大型设备基本需要处于全开状态，即使不能达产，水电汽消耗并不会降低多少，并且还会伴随着物料的流失和浪费，这样会造成单位制造成本特别高。表2是某公司的几个周期统计表(满产能1.5万t，产量略有出入)。2看，Lyocell纤维生产中产能对成本影响特别大。因此，在Lyocell纤维生产大力缩短建设周期的同时，还要进行前期的技术试验和技术储备，从而降低开车调试成本。曾经进行过估算，在不考虑因调试造成的质量成本损失(假定都是一等品)的情况下，每减少一个月的开车调试时间，对年产1.5万t规模的生产线而言，就会减少损失350万~600万元，极端情况下，会超过1000万元。
2.3生产运行成本。在经过设备安装、开车调试成功后，就是正常的生产运行，如何控制和降低生产运行成本，是Lyocell纤维生产的重中之重。从表2中看到，Lyocell纤维生产成本受产量影响很大，因此在Lyocell纤维生产过程中，稳定生产是控制生产成本最重要的一环，提高单线生产能力是降低成本的最重要手段。但是提高产量要在保证质量的前提下，生产线一旦确定，锭位数也就确定了。提高产量的主要手段就只有提高纺速和保证生产稳定这两个手段了。纺丝速度的提高不是无限度的，到了一定的速度，产品质量一定会下降，因此需要针对自己的工艺路线设计极限，尽快摸索出纺速和产品质量的关系，从而确定不同品种下的极限纺速。实际上，尽管Lyocell纤维生产流程比黏胶纤维短，但设备基本上是单线串联状态，一台设备出现问题，整条生产线就会处于不稳定状态。实践经验是，Lyocell纤维生产从业者要花更大的精力，做好生产控制，保证生产稳定，从而使生产线持续处于满产状态。这是降低Lyocell纤维生产成本最有效的手段，也是最困难的。要降低Lyocell纤维生产成本，还需要设法降低各种原材料的消耗。Lyocell纤维生产全过程需要的原材料有浆粕、NMMO溶剂、絮凝剂、盐酸、烧碱、稳定剂等。稳定生产、降低废料和残次品的产生能有效降低各种原材料消耗。这里影响最大也是最难控制的是如何降低溶剂NMMO的消耗。Lyocell纤维生产过程中溶剂的流失主要途径有：废料废丝残留，成品纤维残留，溶剂回收过程中泥饼和废酸夹带，以及生产过程中的溶剂分解和跑冒滴漏等。对这些项目进行了分析，如表3所示。从表3看，废酸和泥饼中夹带的溶剂流失合计占比高达88%，如何回收这部分溶剂是摆在科技工作者面前的一个课题。首先，泥饼中溶剂质量分数在2%~4%之间，回收困难；其次，废酸中溶剂浓度也很低，直接回收经济上不划算。目前有研究人员正在采用膜渗透技术进行研究，还没有阶段性成果。要降低Lyocell纤维生产成本，还需要设法在正常生产状态下，降低水电汽的消耗。水用量一般在5t/t左右的水平，但不同企业电、汽消耗差别很大。电、汽不同的计价政策，需要引起业界的重视和深入研究。中纺院绿色纤维股份公司在溶剂回收工序中采用了蒸汽机械再压缩技术(MVR)工艺，蒸汽消耗大大降低，但是电耗明显上升。有过测算，蒸汽价格为65元/t时，二者能够达到平衡；当蒸汽价格为120元/t时，可节约成本320元/t左右。通过技术攻关，提高纺丝液的组成比，将大大降低各种综合能耗和原材料消耗。目前国内大部分公司纺丝液中，甲纤质量分数在12%以下，而兰精公司已经能控制在13%以上。实际上纺丝液组成中甲纤质量分数每提高1%，将会使综合成本降低300元/t以上。当然，通过加强现场管理，杜绝跑冒滴漏，也会一定程度上降低Lyocell纤维生产运行成本。
2.4原材料成本。本文所说的原材料成本，主要是从供应和价格方面来说的。目前Lyocell纤维在国内刚刚兴起，国际上大部分产量都由兰精公司生产，兰精公司经过20多年的浸润，已经有了自己独特的供货渠道。国内Lyocell纤维生产原材料存在供货渠道单一，价格不合理的现象。如浆粕目前基本上都是来自国外一家公司的产品，价格偏高。如目前黏胶短丝浆粕在630~680美元/t，而Lyocell纤维浆粕普遍在950美元/t以上，从价格定位上来看是不合理的。一般从成本上而言，Lyocell纤维浆粕成本只比黏胶短丝浆粕成本高10%左右。再如溶剂，目前国内基本上从印度采购，价格在23000元/t左右，而目前市场上吗啉价格在12000元/t左右，这样来看NMMO成本价格应在15000~17000/t之间，因此，NMMO价格也有下降的空间。好在国内已经有多家公司进行了NMMO规模化生产研究，并能生产出合格的NMMO成品，相信价格很快会有所回落。还有羟胺溶液，价格在140元/kg以上，因为目前国内没有厂家能规模化大批量生产，价格一直居高不下，因此也需要尽快培育羟胺溶液生产企业。
3结语
综合来看，随着国内Lyocell纤维规模的不断扩大，国产化设备逐渐成熟，一批高水平的Lyocell纤维科技人才队伍会涌现出来并逐渐攻克Lyocell纤维生产中的系列难题。通过不断优化工艺，Lyocell纤维生产成本会逐渐略高于甚至平行于黏胶纤维，加上Lyocell纤维有着自己独特的生态环保优势和优良的物理性能，相信其会走上快速、健康发展的道路。
作者:贾保良 单位:中纺院绿色纤维股份公司