Polymetrix：瓶級PET的生產(chǎn)技術

纖維原料

Polymetrix：瓶級PET的生產(chǎn)技術

介紹了瑞士Polymetrix公司新開發(fā)的生產(chǎn)瓶級PET的EcoSphere技術。該技術將日益增長的節(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。技術的主要特點是將熔融聚合與固相聚合連接在一起，同時又為獨立操作留有余地，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技術可更經(jīng)濟地達到前所未有的在一套設備上實現(xiàn)超過100萬t 的生產(chǎn)規(guī)模。

EcoSphere技術； 熔融聚合； 固相聚合

一般來看，EcoSphere技術是一種將連續(xù)熔融聚合與固相聚合簡單連接的技術，該工藝過程中不需要儲存無定型的聚酯(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技術的加工流程

具體而言，EcoSphere技術改進了熔融/固相聚合過程的穩(wěn)定性、能源效率、工廠布局、產(chǎn)能及產(chǎn)品質(zhì)量。它是將一個或多個水下造粒生產(chǎn)線生產(chǎn)的粒子喂入一個加熱結(jié)晶器實現(xiàn)的，其主要的固相聚合設備與傳統(tǒng)的氮氣氛圍下的固相聚合設備類似，不同之處在于結(jié)晶設備更小，并添加了除塵器與乙二醇(EG)氣體清潔洗滌塔。結(jié)晶反應也可在氮氣氛圍下進行(圖2)。

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

盡管20世紀60年代就已開發(fā)出很多針對不同初始特性黏度的反應能量回收技術，但其僅在直接紡絲工藝中才可實現(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高的特性黏度下實現(xiàn)熔體到固體的轉(zhuǎn)變。

圖2 EcoSphere技術的詳細工藝流程

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技術可以解決這個問題，其在節(jié)約成本的同時，可確保產(chǎn)品質(zhì)量。若能清楚獲知每個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 ℃并維持一段時間。EcoSphere技術則可將冷卻結(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技術加工過程中的溫度情況

初始特性黏度較低的技術具有很大的質(zhì)量優(yōu)勢，固相聚合時形成的高特性黏度將導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PET在空氣條件下處理時更易形成。當與水接觸后，MOD會分解成AA和EG。因此MOD基本上是隱性的AA，通常會在PET切片質(zhì)量控制時被忽略。

在熔融狀態(tài)時減少剪切可以避免凝膠和黑點的形成。

固相反應器中的滯留階段不是成本耗費的主要原因，但其可降低催化劑的濃度，這對市場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。對于回收PET而言，這些優(yōu)點尤其明顯。

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立操作更為靈活。同時，由于更加寬廣的操作窗口，可使初始特性黏度較低時工廠的整體穩(wěn)定性增加。

EcoSphere技術具有兩方面的優(yōu)勢：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)點是在中等黏度尤其是黏度低于0.6 dL/g的熔融聚合時，可以不間斷操作。此外，EcoSphere技術還允許分別獨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)式過濾器并預留一些位置放置切割設備，從而使設備操作、維修及改造工作更加方便。

更重要的一點是，PET生產(chǎn)工廠可獲得A級優(yōu)質(zhì)原料。

PET縮聚反應產(chǎn)生的EG可在PET熔融聚合階段回收，但在傳統(tǒng)的固相聚合過程中，EG通常是通過氮氣凈化裝置的催化燃燒系統(tǒng)被燃燒掉。作為一種替代方法，縮聚反應產(chǎn)生的EG可通過氮氣純化系統(tǒng)提純回收再用于熔融加工過程。很多固相聚合工廠都采用了該方法，它也是EcoSphere技術的一部分。

EcoSphere技術的兩個獨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)整及獨立的造粒條件；二是在固相聚合時可通過△Q結(jié)晶器從離線倉儲中重新喂料。這些特點最大限度地提高了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產(chǎn)量上的優(yōu)勢，且在造粒過程中模板處產(chǎn)生的粉塵少，刀具和模板的使用壽命得以延長，這減少了刀具和模板的更換，因此減少了開車時的浪費。

EcoSphere技術還可以實現(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)能無法達到該水平。

EcoSphere技術的極限產(chǎn)能更高，首套設備的產(chǎn)能已超過600 t/d。目前，Polymetrix公司建立的2個固相聚合工廠的產(chǎn)能分別超過了1 500 t/d。Chemtex公司的2個熔融聚合工廠也實現(xiàn)了同樣的產(chǎn)能。

圖4 EcoSphere技術的大型工廠布局

EcoSphere技術對新建工廠沒有限制(圖4)。在多數(shù)情況下，可通過改變造粒系統(tǒng)和增加ΔQ結(jié)晶器對老的傳統(tǒng)熔融聚合/固相聚合工廠進行改造，同時實現(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。

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

EcoSphere為注冊商標

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