大容量差别化聚酯工程技术探讨(三)

（接上期）

4.国内大容量差别化聚酯项目的技术特点及发展方向

在对聚酯改性，尤其是共缩聚改性研究的基础上，国内开始出现工业化生产差别化聚酯产品，起先当然与参考国外的差别化产品开发有一定的关系，但更多的是与自1995年以来国内众多高校与研究机构纷纷开展差别化聚酯产品的研制有关，这些研制工作带动了一些国有企业研发试制差别化聚酯产品。如天津石化与上海石化为国内开发生产差别化聚酯产品起了很好的带头作用，而后一些民营企业纷纷进入这一生产行列，並在2007-2010年间形成开发高潮。

由于最早是在间歇式聚酯装置上生产差别化产品，存在质量差异不一和副反应多的缺点，而且聚酯产品在最后出料时未经过熔体过滤，纺丝时成品率不高，组件周期短，因此连续聚酯直纺技术开始应用于差别化产品的生产。在竞争激烈的市场中，差别化产品的生产成本竞争也日渐突出，因此其生产逐渐向低成本方向发展，一些企业开始投资熔体直纺差别化聚酯项目，国内大容量聚酯直纺项目也随之开始向差别化方向发展，典型的聚酯工程如表8所示。

4.1差别化聚酯工程的发展

从世界聚酯的总体发展情况来看，差别化聚酯直纺工程技术的起步並不是很早，国内的技术投入与发展也基本能跟上世界发展趋势。从表8可以看出，国内差别化聚酯直纺工程集中于阳离子长丝/短纤、全消光或低熔点短纤等领域。而差别化纤维的品种呈多样化，如常压阳离子染料可染聚酯（ECDP）、阻燃纤维、抗菌纤维、远红外纤维、抗静电纤维、亲水性纤维、细旦纤维、发光纤维、三异纤维、混纤复合丝等。

国内外在开发差别化纤维方面的一个重要趋势是多种功能的复合化，如国外近几年开发的阻燃纤维，除具有阻燃功能外，还兼有抗静电、抗起球、抗菌和防霉等功能。日本帝人公司生产的抗污和防油的阻燃涤纶，东洋纺公司生产的抗起球阻燃涤纶，都是为了适应石油、化工、消防和煤炭等部门的特殊要求。在国内，某纺织厂曾用阻燃涤纶与导电纤维交织，以制取具有抗静电性能的阻燃织物。可以预讹在国内市场上必将出现具有各种功能的差别化纤维，以便为各行各业更好地服务，但目前实际形成较大量生产的差别化品种並不多，尤其要在高产能优势的直纺工程中生产，品种的市场接受量很难预测，况且还存在很现实的经济核算问题。因此近几年差别化聚酯直纺工程多体现在阳离子长丝/短纤、全消光及阻燃聚酯等领域，而对其它品种的推广使用及生产则极为谨慎。

4.2差别化聚酯直纺工程的大容量化情况分析

大容量差别化聚酯工程项目主要采用一头两尾的产能配制方式，一般30万t/a的生产装置，其中常规产品为20万t/a，差别化产品为10万/a，这是由于差别化产品的市场容量相对而言不如常规产品，过高的产能会造成销售困难。根据市场分析，10万t/a的生产规模比较适合差别化品种，产能设计过高会造成投产后库存压力增加。

4.2.1产品的选择

与常规聚酯相比，差别化聚酯产品的市场份额较小，这就意味着设计产能也不如常规聚酯高，根据目前差别化聚酯产品的市场推广情况，阳离子长丝/短纤、全消光及阻燃聚酯是首选，其余品种多为客户试验性生产，並无明显的采购意向，对产品进行技术储备是众多厂家的选择。

4.2.2生产线的分配

在生产线的规划设计方面，一般的差别化大容量聚酯工程都兼顾了常规聚酯产品，一是为了提高总产能，以进一步降低生产运行成本；二是借用常规聚酯产品的市场带动差别化聚酯产品的推广和销售。在此基础上，往往将聚酯装置一分为二，四釜工艺流程从第二酯化反应器开始分为两条生产工艺路线，因为共聚组分需要从第二酯化反应器中加入；三釜工艺流程从酯化反应器出口管道开始分成两条生产线，因为共聚组分需要从酯化物管道中加入。

4.2.3纺丝品种的配套设计

差别化聚酯产品一般分为长丝与短纤，虽然聚酯的性能不同，但纺丝产品的规格与常规聚酯一样，一般长丝为55.5～388.8 dtex，孔数一般为36～144孔，短纤一般为1.56 dtex或1.33 dtex。但纺丝的工艺与常规聚酯完全不同，一般熔体输送系统为低温短流程，而纺丝温度略偏高，以克服改性聚酯在熔融状态下的高剪切力影响，确保喷丝板出丝稳定，卷绕速度一般低于常规聚酯产品，以适应强度偏低的情况，最终提高纤维的成品率。

4.3大容量差别化聚酯直纺项目的技术难点及发展方向

4.3.1反应器的设计

与常规聚酯产品不同，改性聚酯产品在生产过程中需要添加一些单体或助剂，对于第二酯化釜的设计就与常规聚酯不同，可能是卧式釜，釜内有多个反应室，以供不同的共聚原料加入，这就要求不仅要考虑常规聚酯反应器对停留时间的设计要求，而且对其他不同的共聚原料也必须根据物料的特性设计气液混合的模拟状态，主要技术难点包括：

（1）因为反应器内的气液混合分布、气液混合进入精馏塔的气通量、塔内的填料选型及塔釜再沸器的设计选型对气相压力的稳定影响很大，而气相压力控制的稳定决定了第一酯化反应器与第二酯化反应器之间的物料平衡；

（2）多反应室的设计带来较多的设备与仪表要求，搅拌器的密封、温度液位测量点、气相压力取压点都需重新设计选型，需要考虑搅拌密封的与冷却、液位测量点防止积料，气相压力取压点防止堵塞及温度测量点正确反映反应温度等因素；

（3）物料从前多反应室溢流人下一反应室，物料平衡需控制最后一个反应室液位，物料流动时控制滞后是影响装置稳定运行的一个因素，需通过自动控制技术解决。

4.3.2物料输送

与常规聚酯不同的是，除了高温及高压两大难题外，物料的输送需要克服改性聚酯高温下易降解的困难，其中改性聚酯的热稳定性差是产生降解的主要原因，具体为：

（1）因为降解物料容易堵塞熔体泵滑动轴承的通道，使轴承存在长时间干磨的可能，会进而使轴承裂开，齿轮运行时出现晃动卡齿，最终造成熔体泵突发性故障停运；

（2）由于改性聚酯往往存在分子结构的空间位阻，凝聚粒子及灰分的含量大大高于常规聚酯，熔体过滤器压差上升也明显快于常规聚酯，过滤器切换操作充填时存在物料降解加快的现象，排料量明显多于常规聚酯。切换过多使物料平衡打破的机会大大增加。设计上考虑增加过滤面积，但不宜增加过大，因为过多的过滤面积会增加物料降解的机会；

（3）由于物料降解造成粘度过度下降，熔体输送进入纺丝箱体后出现纺丝飘丝现象，情况严重时会使正常生产中断。

有些改性聚酯的表观粘度很高，输送时的高剪切也是此类改性聚酯的一个特点，这远远高于常规聚酯的剪切力，对输送设备也提出了较高的要求。

4.3.3开停车的操作

差别化聚酯在开停车过程中产生的废品或降级产品往往很难处理，降级品往往作为废品处理，装置开停车的消耗较常规聚酯明显高，熔体过滤器的滤芯也会由于改性聚酯的物料特点变得更加难以操作，过快的压差上升速度会令操作人员无法适应，频繁的过滤器切换也使生产消耗明显上升。另外，开车操作时也会由于降解物料堵塞输送管道使物料输送中断，进而存在停产的风险。

解决以上几个设计选型工作难点也是国内大容量差别化聚酯直纺工程技术改进的发展方向，即重点研究符合多原料使用特性的工艺技术，着重开发高温下高剪切力输送设备，而开停车时的消耗降低问题属于生产技术，这是国内众多高校、专业设计院、设备制造商及生产型企业需要共同研究的课题，因此对于以上技术难点的理论研究、生产试验及项目推广是必不可少的。

5.结论

通过对国内外聚酯工程技术的比较，本文提出了国内发展差别化聚酯直纺工程技术的理论研究方向和自控机械技术的发展方向，並在此基础上探讨了差别化聚酯直纺工程的技术特点和开发难点，得出以下结论：

（1）世界聚酯工程技术发展很快，常规聚酯项目的设计、工业化运行在亚洲地区特别是在中国发展迅速；

（2）国内大容量聚酯工程的开发经历了反应工程的理论分析、DCS系统的自主开发、反应釜搅拌器密封技术、高温熔体输送设备及高精密度轴承的以国产代进口等研究工作，直至总体技术应用的国产化，目前已具备替代国外先进技术的能力；

（3）大容量差别化聚酯技术关键点之一在于共聚组分加入时的工艺设计，涉及酯化、预缩聚和后缩聚阶段，对共聚组分的特性研究很重要；

（4）大容量差别化聚酯直纺工程开发的技术难点主要在于反应釜设计的多物料特性工艺模拟、物料输送高温易降解及开停车物料消耗高、操作困难等几个方面，因此对其理论和应用的研究不可缺少。