纖維原料

Polymetrix：瓶級(jí)PET的生產(chǎn)技術(shù)

介紹了瑞士Polymetrix公司新開(kāi)發(fā)的生產(chǎn)瓶級(jí)PET的EcoSphere技術(shù)。該技術(shù)將日益增長(zhǎng)的節(jié)能需求與提高加工穩(wěn)定性、產(chǎn)量和聚合物質(zhì)量相結(jié)合。技術(shù)的主要特點(diǎn)是將熔融聚合與固相聚合連接在一起，同時(shí)又為獨(dú)立操作留有余地，其低黏度轉(zhuǎn)換可滿足高質(zhì)量的需求，且從熔融相回收能量還可減少能耗。EcoSphere技術(shù)可更經(jīng)濟(jì)地達(dá)到前所未有的在一套設(shè)備上實(shí)現(xiàn)超過(guò)100萬(wàn)t 的生產(chǎn)規(guī)模。

EcoSphere技術(shù)； 熔融聚合； 固相聚合

一般來(lái)看，EcoSphere技術(shù)是一種將連續(xù)熔融聚合與固相聚合簡(jiǎn)單連接的技術(shù)，該工藝過(guò)程中不需要儲(chǔ)存無(wú)定型的聚酯(PET)中間體切片，從而也使PET熔融階段回收的熱量可用于結(jié)晶階段(圖1)。

圖1 傳統(tǒng)的熔融/固相聚合與EcoSphere技術(shù)的加工流程

具體而言，EcoSphere技術(shù)改進(jìn)了熔融/固相聚合過(guò)程的穩(wěn)定性、能源效率、工廠布局、產(chǎn)能及產(chǎn)品質(zhì)量。它是將一個(gè)或多個(gè)水下造粒生產(chǎn)線生產(chǎn)的粒子喂入一個(gè)加熱結(jié)晶器實(shí)現(xiàn)的，其主要的固相聚合設(shè)備與傳統(tǒng)的氮?dú)夥諊碌墓滔嗑酆显O(shè)備類似，不同之處在于結(jié)晶設(shè)備更小，并添加了除塵器與乙二醇(EG)氣體清潔洗滌塔。結(jié)晶反應(yīng)也可在氮?dú)夥諊逻M(jìn)行(圖2)。

在過(guò)去，尤其是加工初始特性黏度值較低的PET時(shí)，傳統(tǒng)的固相聚合與熔融聚合加工相互獨(dú)立，因此在熔融聚合過(guò)程中回收熱量是不可能的。

盡管20世紀(jì)60年代就已開(kāi)發(fā)出很多針對(duì)不同初始特性黏度的反應(yīng)能量回收技術(shù)，但其僅在直接紡絲工藝中才可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)，而直接紡絲工藝要求需在相當(dāng)高的特性黏度下實(shí)現(xiàn)熔體到固體的轉(zhuǎn)變。

圖2 EcoSphere技術(shù)的詳細(xì)工藝流程

因此，客戶只能在節(jié)能和降低產(chǎn)品質(zhì)量之間做出選擇。而EcoSphere技術(shù)可以解決這個(gè)問(wèn)題，其在節(jié)約成本的同時(shí)，可確保產(chǎn)品質(zhì)量。若能清楚獲知每個(gè)加工步驟中溫度的變化，將可節(jié)約很多能源。在傳統(tǒng)的PET固相聚合過(guò)程中，需將290 ℃左右的PET熔體冷卻后，再將PET切片從室溫加熱至210 ℃并維持一段時(shí)間。EcoSphere技術(shù)則可將冷卻結(jié)晶溫度限制在約150 ℃。這使得固相聚合工廠可以節(jié)約一半以上的能源消耗(圖3)。

圖3 傳統(tǒng)熔融/固相聚合與EcoSphere技術(shù)加工過(guò)程中的溫度情況

初始特性黏度較低的技術(shù)具有很大的質(zhì)量?jī)?yōu)勢(shì)，固相聚合時(shí)形成的高特性黏度將導(dǎo)致較低的聚合物含量與乙醛(AA)含量，以及更少的2-甲基，1，3-二氧戊環(huán)(MOD)的形成。MOD是由AA和EG形成的，尤其是當(dāng)PET在空氣條件下處理時(shí)更易形成。當(dāng)與水接觸后，MOD會(huì)分解成AA和EG。因此MOD基本上是隱性的AA，通常會(huì)在PET切片質(zhì)量控制時(shí)被忽略。

在熔融狀態(tài)時(shí)減少剪切可以避免凝膠和黑點(diǎn)的形成。

固相反應(yīng)器中的滯留階段不是成本耗費(fèi)的主要原因，但其可降低催化劑的濃度，這對(duì)市場(chǎng)上受限的銻的濃度而言非常重要。伴隨著剪切力的降低，產(chǎn)物將具有更高的亮度和較低的黃度。對(duì)于回收PET而言，這些優(yōu)點(diǎn)尤其明顯。

盡管中間體的貯存不利于節(jié)能，但可使熔融聚合與固相聚合的獨(dú)立操作更為靈活。同時(shí)，由于更加寬廣的操作窗口，可使初始特性黏度較低時(shí)工廠的整體穩(wěn)定性增加。

EcoSphere技術(shù)具有兩方面的優(yōu)勢(shì)：操作靈活和比傳統(tǒng)固相聚合穩(wěn)定性更好。最重要的工藝優(yōu)點(diǎn)是在中等黏度尤其是黏度低于0.6 dL/g的熔融聚合時(shí)，可以不間斷操作。此外，EcoSphere技術(shù)還允許分別獨(dú)立操作熔融聚合和固相聚合。

聚合工廠可以靈活布局，采用燭形或網(wǎng)式過(guò)濾器并預(yù)留一些位置放置切割設(shè)備，從而使設(shè)備操作、維修及改造工作更加方便。

更重要的一點(diǎn)是，PET生產(chǎn)工廠可獲得A級(jí)優(yōu)質(zhì)原料。

PET縮聚反應(yīng)產(chǎn)生的EG可在PET熔融聚合階段回收，但在傳統(tǒng)的固相聚合過(guò)程中，EG通常是通過(guò)氮?dú)鈨艋b置的催化燃燒系統(tǒng)被燃燒掉。作為一種替代方法，縮聚反應(yīng)產(chǎn)生的EG可通過(guò)氮?dú)饧兓到y(tǒng)提純回收再用于熔融加工過(guò)程。很多固相聚合工廠都采用了該方法，它也是EcoSphere技術(shù)的一部分。

EcoSphere技術(shù)的兩個(gè)獨(dú)特之處在于可以避免不合格材料的產(chǎn)生，一是△Q結(jié)晶器可以提供溫度和結(jié)晶度的調(diào)整及獨(dú)立的造粒條件；二是在固相聚合時(shí)可通過(guò)△Q結(jié)晶器從離線倉(cāng)儲(chǔ)中重新喂料。這些特點(diǎn)最大限度地提高了PET工廠的產(chǎn)量。

采用低初始特性黏度的聚合物水下造粒還可帶來(lái)產(chǎn)量上的優(yōu)勢(shì)，且在造粒過(guò)程中模板處產(chǎn)生的粉塵少，刀具和模板的使用壽命得以延長(zhǎng)，這減少了刀具和模板的更換，因此減少了開(kāi)車(chē)時(shí)的浪費(fèi)。

EcoSphere技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)單線生產(chǎn)。傳統(tǒng)固相聚合的初始特性黏度覆蓋的范圍較廣，并且工廠的產(chǎn)能已超過(guò)900 t/d。按定義，直接熔融聚合的初始特性黏度較高，產(chǎn)能無(wú)法達(dá)到該水平。

EcoSphere技術(shù)的極限產(chǎn)能更高，首套設(shè)備的產(chǎn)能已超過(guò)600 t/d。目前，Polymetrix公司建立的2個(gè)固相聚合工廠的產(chǎn)能分別超過(guò)了1 500 t/d。Chemtex公司的2個(gè)熔融聚合工廠也實(shí)現(xiàn)了同樣的產(chǎn)能。

圖4 EcoSphere技術(shù)的大型工廠布局

EcoSphere技術(shù)對(duì)新建工廠沒(méi)有限制(圖4)。在多數(shù)情況下，可通過(guò)改變?cè)炝Ｏ到y(tǒng)和增加ΔQ結(jié)晶器對(duì)老的傳統(tǒng)熔融聚合/固相聚合工廠進(jìn)行改造，同時(shí)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能的增加。與造粒工藝類似，也可以有選擇地改造直接熔融加工技術(shù)。

EcoSphere技術(shù)提高了加工過(guò)程的穩(wěn)定性、靈活性，提升了產(chǎn)品質(zhì)量，并增加了生產(chǎn)過(guò)程的高效性。

EcoSphere為注冊(cè)商標(biāo)

鐘曉慧 譯 王依民 校

Polymetrix： Bottle grade virgin PET production technology

The latest technological developments in bottle grade virgin PET production were introduced by Polymetrix AG，Oberbüren/Switzerland，with the EcoSphere technology. It integrates the raising demand for energy-saving processes with maximum process robustness，increased yield and optimal polymer quality. Key features of this technology are the link between melt phase and solid phase polymerization while still leaving the option for independent operation，the low transition viscosity to fulfill high quality demands，and the recovery of energy from the melt phase for reduced energy consumption. At the same time this technology allows new economy of scale levels to be reached with an unprecedented overall capacity of over 1 million tons in one installation.

EcoSphere technology； melt phase polymerization； solid phase polymerization