国产化聚酯装置的现状和展望

国产化聚酯装置的现状和展望【作者：郭兴永】我国聚酯工业的现状我国聚酯工业发展简况:最早的世界聚酯是由杜邦公司于1928年用脂肪族二酸与脂肪族二醇合成的，但因其熔点低(～65 `}C )、易水解、不耐碱而无实用价值。

1941年英国的温菲尔德(whinfield )选用对苯二甲酸(PTA)与乙二醇(EG)合成聚对苯二甲酸乙二酯，制成具有实用价值的聚酯，自此以后，聚酯工业逐渐发展起来。

我国聚酯起步较晚，70年代初，金山、辽化和天化从国外成套引进了DMT生产工艺路线的聚酯生产装置。

上世纪70年代中国内地开始在上海、辽宁、天津等地建设大型连续化聚酯生产装置。

1985年，仪征化纤一期工程正式投产，标志着内地聚酯工业开始快速发展。

到1990年，中国内地聚酯年产能力达到115万吨，占世界总产能的9％，居世界第四位。

90年代前后，国家又相继批准引进十余套聚酯装置。

但由于引进的先进连续缩聚技术和设备价格高昂，投资成本太大，1998年以前受资金、原料制约，中国内地聚酯产能和产量增速缓慢。

1998年，中国内地聚酯年产能力为275万吨，排在美国、韩国及中国台湾省之后，位居世界第四位。

在1999年到2000年期间，聚酯业的利润高起，当时每吨聚酯切片利润高达2000元左右，在高额利益的驱使下，吸引了大量民营资本，加之国产聚酯技术的日渐成熟投资下降，使聚酯发展迅速升温。

随着市场发育逐步成熟，中国内地资源配置作用在纺织领域更加趋向明显。

内地许多民营纺织企业在生产规模扩大后，直接感受到了来自原料的制约。

为了延伸产业链，抵御市场风险，获取更大效益，这些企业想方设法上聚酯项目，致使国内东部地区在2000年前后形成一股兴建小聚酯装置（主要是间歇式聚合装置）热潮，其中江苏省局部地区几乎每个乡镇都建了聚酯厂。

到2000年底，中国内地聚酯年产能力达到568万吨，产量512万吨，一跃成为世界第一。

进入21世纪后，中国内地聚酯工业发展又有重大突破。

设备国产化的技术逐渐，聚酯投资成本也比上世纪90年代初下降七八成，进而掀起了新一轮聚酯投资热。

2000~2002年，中国内地新增聚酯年产能力462万吨，占世界新增总产能的72％。

2002年世界聚酯总年产能力达3944万吨，国内产能为1032万吨，中国内地占了1/4多。

发展到2003年至1260多万吨，短短三年增加了一倍多。

尤其是2001年产能增幅最大由2000年595万吨迅速增加为881万吨，年增长率达到了48%。

民营企业已成为聚酯行业的生力军，占据半壁江山。

近几年来，世界其他国家几乎没有新的聚酯装置投产，在中国内地产能快速增长，2004年底时国内聚酯产能达1650万吨，2005年1-7月又有19条大聚酯线投产，共计299万吨产能。

目前仍有390万吨在建聚酯产能，去除小聚酯长年闲置的约140万吨产能，预计到2005年底国内实际可能形成的有效聚酯产能约1950-2000万吨之间。

目前中国聚酯能力已占全球总能力的近50%。

在纺织工业强劲拉动下， 2005年中国内地聚酯需求量达到1300万吨。

聚酯技术方面的发展：20世纪70年代以前，只有零星小的间歇聚酯。

70年代后期燕山石化公司及仪化公司又成套引进了PTA工艺技术，最大单线公称生产能力为200吨/天。

以后全国许多省份也都陆续从吉玛、杜邦、英文塔等公司引进了聚酯装置。

引进方式，也从70年代的成套引进，发展到设备部分国内分交，由国外承担基础设计，国内完成施工程图设计。

时至1992年仪化公司、中国纺织工业设计院和华东理工大学，3个单位合作，开始聚酯国产化的攻关。

逐渐形成我国自有的聚酯技术。

至今我国已掌握建设单线生产能力为15万吨/年的国产化技术。

现在单线生产规模在逐步增大，单线生产能力为20万吨/年以上，经过近几十年的发展，我国聚酯产业技术水平已经明显提高，以国产化为核心的技术创新为我国聚酯业的发展提供了强大的动力。

聚酯10万吨/年装置、20万吨/年装置，熔体直纺1.5万吨/年、3万吨/年短纤维以及聚酯长丝生产设备的国产化，使我国聚酯企业投资成本减少80%，大大提高了产业的竞争力。

加上这一技术与民营资本的结合，更促进了我国聚酯产业的突飞猛进的发展，造就了我国聚酯业持续发展的奇迹。

技术状况:经过8年来的研究和开发工作，我国国产连续缩聚聚酯技术已达到国外20世纪90年代的水平，产品质量及消耗都与国外公司处于同一个水平上，尤其质量指标及操作稳定性方面，还略优于90年代从国外引进的装置。

目前国产聚酯的单线生产能力已达到20万吨/年。

能够根据用户的要求，设计三釜、四釜和五釜流程的聚酯装置。

同时也具备了对现有生产线进行增容改造的能力。

现达到的质量及消耗指标为: 原材料消耗指标精对苯二甲酸(PTA) 0.858(吨/吨)乙二醇(EG) 0.335吨/吨)催化剂0.00037(吨/吨)1996年开始已利用此技术，进行了多条聚酯线的增容改造，这些线都是一次投产成功，达到了预期的目的。

2000年12月8日国产化聚酯第一条生产线10万～15万吨/年在仪征化纤有限公司投产，浙江萧山民营企业浙江恒逸聚合物有限公司也在2001年5月18日投产运行国产化聚酯年产18万吨的装置，运行情况比较良好，该企业为民营企业第一家涉足聚酯行业，带动很多民营企业进入了聚酯行业，也为聚酯装置国产化的发展起了一个很好的开端。

此外我国尚有半连续法生产聚酯的国产技术，并已建成一批小聚酯。

但由于受到规模、消耗、质量及不能熔体直接纺等因素制约，其生产的产品，在中国进入WTO后，则难与国外竞争。

本文不再对其展开。

国产化聚酯的科研及工程开发聚酯国产化是国家经贸委的攻关课题，由仪化公司、中国纺织工业设计院及华东理工大学3家组成产、学、研三结合的攻关班子。

该项目是以最终建成10万吨/年的聚酯装置为目标。

其特点为，以工程开发的需要确定科研内容，工程开发又以科研的结果为依据进行工程放大。

科研课题目的性及针对性强，与工程开发直接挂钩，形成了科研、工程开发、设计放大，建设和投运一条龙的国产化开发链。

信息流与物料流在其内部序贯并行流动。

此外中石化公司也组织了产能400吨/天的三釜流程的攻关工作，由上海石化公司、中国纺织工业设计院、华东理工大学组成的科研开发小组承担了该项工作。

一、国产化聚酯的理论研究对聚酯的理论研究，国内外都有不少的报导和做了大量的研究工作，在本次聚酯国产化攻关中，是在过去国内外研究的基础上，根据本项目工程开发的要求，做进一步的冷模、热模实验，得出酯化及缩聚的数学模型和工程放大所需的物性数据、热力学数据及动力学数据等，并用现有装置的数据对模型进行标定和修正。

由于每一个聚酯工艺包含酯化、预缩聚和缩聚3个阶段，为此针对这3·个阶段做了各种研究并取得如下的成果。

1.浆料调配以液固分散理论为基础，研究了分散过程、悬浮过程、影响固体悬浮操作的因素、临界转速、悬浮液中叶轮的选择及功率消耗等。

从而得出浆料悬浮的合宜的桨型及功率放大的准则。

2.酯化在已发表的国内外文献的基础上，通过实验对直接酯化过程中清晰点、影响酯化过程的因素和水与乙二醇的分离过程等进行了研究，从而得出，PTA溶解度方程、酯化反应动力学模型、生成DEG的副反应动力学模型及酯化过程中的热力学计算等。

为了能使酯化反应得以很好的实施，又对酯化反应器本身，从化学工程的角度进行了有关的基础理论研究，进行了冷模实验，分析了反应器内的物料流动模型，找出了酯化反应器适合结构。

此外还对酯化反应的桨型选择与混合性能进行研究，确定了桨型和功率放大所需的功率准数。

3.缩聚首先对预缩聚过程进行了研究，得出反应时间、温度、压力和传质对反应过程的影响，同时也对预缩聚过程中，二甘醇的生成进行了研究。

在上述研究的基础上建立了缩聚动力学模型和端梭基变化动力学模型并对模型在已有的聚酯装置上进行了标定。

由于聚酯缩聚过程是反应及脱挥的祸合过程，尤其在终缩聚阶段粘度又比较高，因此给研究工作带来了一定的难度。

虽然国内外已对聚酯反应机理、反应动力学、扩散系数测定、过程模拟等做过大量的工作，但由于建立的模型和所用的实验研究的方法不同，其所得到的动力学常数和平衡常数没有适当考虑反应和脱挥的藕合关系，而且，也无具体的传质速率及传质系数的表达式和对聚酯缩聚过程中的脱挥机理的探讨，若将其用于实际的工业反应器的设计中，会产生极大的偏差。

为此，在国产化的研究中，经对聚酯缩聚过程及缩聚反应器分析后，首先通过实验分别对反应动力学规律及聚酯缩聚过程中的传质规律进行了探索。

摸索到了小分子的界面浓度、反应动力学和端梭基变化规律，同时在传质规律方面，剖析出脱挥机理并建立了泡沫脱挥速率模型。

为能与后序的工程放大接轨，在上述理论研究的基础上，又专门通过实验，对降膜反应器中的聚酯缩聚过程，反应器的成膜与更新状况及过程模拟开展了进一步的工作，并得出仿真过程中，温度、压力、停留时间、盘数、转速和负荷等因素的影响，为工业化反应器的设计提供了依据。

总之通过冷模实验，对反应器的搅拌与混合、成膜与更新、流动与传质等规律及功率特性进行了研究。

除此之外，在国产化的工作中，还对目前已引进的各种流程进行了消化吸收，同时结合对各种流程，做了补充实验，扩大了数学模型的适应性。

二、国产化聚酯工艺技术开发及国产化工艺技术国产化工作，包含了国产化的工艺流程、相应于流程的软件包和生产操作工艺软件。

1.国产化的工艺流程按前所述，聚酯工艺包含了3个阶段，由于每个阶段所构成的釜数不同，因而衍生出了三釜、四釜及五釜流程。

甚至最近个别外商提出在与SSP(固相缩聚)相配套的聚酯装置中，可以采用两个釜。

结合引进技术及国内国产化的研发工作，目前国产化的三釜、四釜及五釜工艺流程都已分别用于已建及在建的聚酯装置中，第一条五釜流程的生产线已在12月8日投产，其它在建装置近期内将陆续投产。

2.国产化的工艺软件国产化攻关以前，聚酯生产所使用的工艺软件，皆随成套引进购得，且各家外商都各有其自己的专利。

通过国产化的工作，目前已有了我国自己的工艺软件，国产工艺软件的特点是:①酯化上艺采用较低反应温度、较长反应时间。

第一酯化的}a化率，接近该工况下的平衡酯化率，生产操作上的波动、对酯化率变化影响小，从而使酯化率稳定。

②缩聚工艺采用逐步降低3个缩聚反应器的操作压力，来分配反应器的负荷。

以延长反应时间来提高聚合度，减少了第一预缩聚反应器和第二预缩聚反应器进料段产生的夹带，降低了因气相夹带物进人真空系统，而堵塞设备管道的可能性，有利于实现装置稳定运行和减少原料消耗。

③用乙二醇蒸汽喷射产生真空，从而达到能耗较低和不产生向外排放废液，有利于环境保护。

④新鲜乙二醇分别加人到后缩聚的刮板冷凝器、乙二醇蒸发器和液环泵，有利于改善真空系统工况条件，提高装置运转的稳定性。