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2단계는 1단계 공사 완공 관련 김정일의 현지방문을 계기로 시작되었는데, 염화비닐과 가성소다 생산을 위한 새로운 생산공정을 완비하여 초산, 알코올, 옥탄올을 비롯한 화학제품 생산을 늘리고 농약과 물감(염료) 생산공정 복구를 위한 사업으로 추정된다. 2009년 11월 촉매공정 개건작업을 완료하고 시운전을 개시하였다. 이때까지 진행된 과정을 보면, 카바이드 생산용 전기로를 복구하고 초산과 알코올, 염화비닐 생산공정을 개건하였으며 관련된 촉매 생산공정 등을 새로 건설하였다. 이 중에서 초산과 알콜은 비날론 생산의 기본원료로 1, 2단계 공사의 핵심은 비날론 생산 복구였다. 이후 2010년 3월 비날론 공장을 준공하였다. 당시 북한은 김정일 앞에서 비날론 생산을 시연하였으며 이를 기념하기 위해 함흥시 군중대회, 기념음악회 등 경축행사를 진행하였는데 군중대회에는 이례적으로 김정일이 참석하였다. 노동신문은 “16년 만에 재가동에 들어간 2.8비날론”이라는 평가를 달았으며 이후 이를 3차 핵실험 성공에 비견되는 성과로 부각하며 주체섬유라는 명칭을 붙여 산업분야 김정일의 치적 중 하나로 선전하였다.
1, 2단계 공사의 핵심은 비날론 생산 복구로 2010년 3월 비날론 공장을 준공하였다. 노동신문은 이를 산업분야에서의 김정일의 치적 중 하나로 선전하였다.