Polymetrix：瓶级PET的生产技术

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Polymetrix：瓶级PET的生产技术

介绍了瑞士Polymetrix公司新开发的生产瓶级PET的EcoSphere技术。该技术将日益增长的节能需求与提高加工稳定性、产量和聚合物质量相结合。技术的主要特点是将熔融聚合与固相聚合连接在一起，同时又为独立操作留有余地，其低黏度转换可满足高质量的需求，且从熔融相回收能量还可减少能耗。EcoSphere技术可更经济地达到前所未有的在一套设备上实现超过100万t 的生产规模。

EcoSphere技术； 熔融聚合； 固相聚合

一般来看，EcoSphere技术是一种将连续熔融聚合与固相聚合简单连接的技术，该工艺过程中不需要储存无定型的聚酯(PET)中间体切片，从而也使PET熔融阶段回收的热量可用于结晶阶段(图1)。

图1 传统的熔融/固相聚合与EcoSphere技术的加工流程

具体而言，EcoSphere技术改进了熔融/固相聚合过程的稳定性、能源效率、工厂布局、产能及产品质量。它是将一个或多个水下造粒生产线生产的粒子喂入一个加热结晶器实现的，其主要的固相聚合设备与传统的氮气氛围下的固相聚合设备类似，不同之处在于结晶设备更小，并添加了除尘器与乙二醇(EG)气体清洁洗涤塔。结晶反应也可在氮气氛围下进行(图2)。

在过去，尤其是加工初始特性黏度值较低的PET时，传统的固相聚合与熔融聚合加工相互独立，因此在熔融聚合过程中回收热量是不可能的。

尽管20世纪60年代就已开发出很多针对不同初始特性黏度的反应能量回收技术，但其仅在直接纺丝工艺中才可实现大规模商业化生产，而直接纺丝工艺要求需在相当高的特性黏度下实现熔体到固体的转变。

图2 EcoSphere技术的详细工艺流程

因此，客户只能在节能和降低产品质量之间做出选择。而EcoSphere技术可以解决这个问题，其在节约成本的同时，可确保产品质量。若能清楚获知每个加工步骤中温度的变化，将可节约很多能源。在传统的PET固相聚合过程中，需将290 ℃左右的PET熔体冷却后，再将PET切片从室温加热至210 ℃并维持一段时间。EcoSphere技术则可将冷却结晶温度限制在约150 ℃。这使得固相聚合工厂可以节约一半以上的能源消耗(图3)。

图3 传统熔融/固相聚合与EcoSphere技术加工过程中的温度情况

初始特性黏度较低的技术具有很大的质量优势，固相聚合时形成的高特性黏度将导致较低的聚合物含量与乙醛(AA)含量，以及更少的2-甲基，1，3-二氧戊环(MOD)的形成。MOD是由AA和EG形成的，尤其是当PET在空气条件下处理时更易形成。当与水接触后，MOD会分解成AA和EG。因此MOD基本上是隐性的AA，通常会在PET切片质量控制时被忽略。

在熔融状态时减少剪切可以避免凝胶和黑点的形成。

固相反应器中的滞留阶段不是成本耗费的主要原因，但其可降低催化剂的浓度，这对市场上受限的锑的浓度而言非常重要。伴随着剪切力的降低，产物将具有更高的亮度和较低的黄度。对于回收PET而言，这些优点尤其明显。

尽管中间体的贮存不利于节能，但可使熔融聚合与固相聚合的独立操作更为灵活。同时，由于更加宽广的操作窗口，可使初始特性黏度较低时工厂的整体稳定性增加。

EcoSphere技术具有两方面的优势：操作灵活和比传统固相聚合稳定性更好。最重要的工艺优点是在中等黏度尤其是黏度低于0.6 dL/g的熔融聚合时，可以不间断操作。此外，EcoSphere技术还允许分别独立操作熔融聚合和固相聚合。

聚合工厂可以灵活布局，采用烛形或网式过滤器并预留一些位置放置切割设备，从而使设备操作、维修及改造工作更加方便。

更重要的一点是，PET生产工厂可获得A级优质原料。

PET缩聚反应产生的EG可在PET熔融聚合阶段回收，但在传统的固相聚合过程中，EG通常是通过氮气净化装置的催化燃烧系统被燃烧掉。作为一种替代方法，缩聚反应产生的EG可通过氮气纯化系统提纯回收再用于熔融加工过程。很多固相聚合工厂都采用了该方法，它也是EcoSphere技术的一部分。

EcoSphere技术的两个独特之处在于可以避免不合格材料的产生，一是△Q结晶器可以提供温度和结晶度的调整及独立的造粒条件；二是在固相聚合时可通过△Q结晶器从离线仓储中重新喂料。这些特点最大限度地提高了PET工厂的产量。

采用低初始特性黏度的聚合物水下造粒还可带来产量上的优势，且在造粒过程中模板处产生的粉尘少，刀具和模板的使用寿命得以延长，这减少了刀具和模板的更换，因此减少了开车时的浪费。

EcoSphere技术还可以实现单线生产。传统固相聚合的初始特性黏度覆盖的范围较广，并且工厂的产能已超过900 t/d。按定义，直接熔融聚合的初始特性黏度较高，产能无法达到该水平。

EcoSphere技术的极限产能更高，首套设备的产能已超过600 t/d。目前，Polymetrix公司建立的2个固相聚合工厂的产能分别超过了1 500 t/d。Chemtex公司的2个熔融聚合工厂也实现了同样的产能。

图4 EcoSphere技术的大型工厂布局

EcoSphere技术对新建工厂没有限制(图4)。在多数情况下，可通过改变造粒系统和增加ΔQ结晶器对老的传统熔融聚合/固相聚合工厂进行改造，同时实现产能的增加。与造粒工艺类似，也可以有选择地改造直接熔融加工技术。

EcoSphere技术提高了加工过程的稳定性、灵活性，提升了产品质量，并增加了生产过程的高效性。

EcoSphere为注册商标

钟晓慧 译 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