聚酯行業技術進展

聚酯工藝路線有直接酯化法（PTA法）和酯交換法（DMT法）。PTA法具有原料消耗低、反應時間短等優勢，自80年代起己成為聚酯的主要工藝和首選技術路線。大規模生產線的為連續生產工藝，半連續及間歇生產工藝則適合中、小型多種生產裝置。PTA法連續工藝主要有德國吉瑪（Zimmer）公司、美國杜邦公司、瑞士伊文達（Inventa）公司和日本鐘紡（Konebo）公司等幾家技術。其中吉瑪、伊文達、鐘紡技術為5釜流程，杜邦則開發了3釜流程（目前正在開發2釜流程），兩者縮聚工藝基本相似，區別在于酯化工藝。如5釜流程采用較低溫度及壓力酯化，而3釜流程則采用高乙二醇（EG）/PTA摩爾比和較高的酯化溫度，以強化反應條件，加快反應速度，縮短反應時間。總的反應時間為5釜流程10小時，3釜流程3.5小時。目前世界大型聚酯公司都采用集散型（DCS）控制系統進行生產控制和管理，并對全流程或單釜流程進行仿真計算。

　　2003年初，伊文達-費希爾（Inventa-Fisher）（I-F）公司公布了其聚酯生產流程和能耗。該工藝從PTA或DMT與乙二醇（EG）反應生產樹脂級或紡織級聚酯。采用4釜（4R）工藝，由PTA和EG或熔融DMT和EG組成的漿液，進入第一酯化/酯交換反應器，反應在較高壓力和溫度（200～270℃）下進行，生成的低聚物進入第二串級攪拌式反應器，在較低壓力和較高溫度下進行反應，反應轉化率大于97%。然后在低于常壓和較高溫度下，藉第3臺串級反應器預聚合，縮聚程度大于20，經第4臺DISCAGE精制器后，使最終縮聚物的特性粘度(i.V.)提高到0.9。能耗為：電力55.0 kwh/t，燃料油61.0 kg/t，氮氣0.8 m3/t，空氣9.0 m3/t。采用該工藝已建有50多套裝置，其中13條生產線能力為100～700噸/天。現已有單系列700噸/天生產線投運。

　　用于聚酯生產縮聚反應的催化劑種類繁多，主要有銻系、鍺系、鈦系、錫系等。由于銻系催化劑在縮聚過程中能大大促進縮聚反應，而對熱降解反應的促進程度較小，因此目前聚酯工業普遍采用銻系催化劑，主要品種有三氧化二銻、醋酸銻以及近年來開始受到廣泛關注的乙二醇銻。此外，用于酯交換反應的錳、鋅、鈣、鈷、鉛等金屬的醋酸鹽對縮聚反應也有一定的催化作用。上海石化股份公司選擇乙二醇銻以及至少一種錳、鋅、鈣、鈷、鉛等金屬醋酸鹽共同組成高效催化劑體系，在2L間歇聚合釜和2m3半連續聚酯裝置上考察了高效催化劑的催化作用。與常規催化劑相比，使用高效催化劑可顯著提高縮聚反應速度，縮短縮聚反應時間20%以上，制備的聚酯切片質量指標達到常規催化劑制備切片的水平，切片的熱穩定性、可紡性和染色性能良好，縮聚反應宏觀動力學研究也表明使用高效催化劑的縮聚反應速率常數明顯高于常規催化劑。

　　近10年來，為改善環保和提高效益，致力于開發不含銻等重金屬的新型催化劑，如吉瑪公司用鋁、鍺等金屬，采用沸石、硅藻土等作載體，開發了Ecoat催化劑，其使用效果與銻類催化劑相當。Acordis公司開發基于TiO2的催化劑C-94，用該催化劑生產的聚酯，其外觀及后加工均優于傳統銻催化劑生產的聚酯。英國Syneti公司將生產聚酯的鈦基催化劑推向工業化，這種催化劑比常規的銻基催化劑可提高聚酯產率15%，成為解決裝置瓶頸制約的廉價方案。該催化劑由螯合的配位體環繞Ti核心構成，帶有配位體的催化金屬可很好地控制聚合，可生成無色的產品。而常規的鈦的醇鹽催化劑使反應太快，會生成副產品，致使聚合物顏色發黃。這種催化劑為可水解的穩定液體，完全可與反應物乙二醇互溶，而氧化銻催化劑需在高溫下進行特殊處理才能分散。使用新催化劑的聚合物產品中剩余的金屬含量為銻基催化劑的1/10。日本東洋紡織（Toyobo）公司開發的新催化劑，其生產的聚酯樹脂質量與用鍺催化劑生產的高度透明和耐熱的瓶級樹脂質量相同，但新催化劑費用比鍺型催化劑要低許多。新催化劑由幾種未透露的金屬組成，生產工藝條件與鍺催化劑制造聚酯纖維、聚酯薄膜和瓶級聚酯樹脂所用條件相似，為250～300℃和約10-1Torr。然而與鍺催化劑不同，新催化劑不會使樹脂留下深暗色或殘留的物質。該催化劑已將用于該公司的聚酯裝置。

　　信賴公司將采用杜邦公司NG-3樹脂技術在印度哈吉拉建設22萬噸/年聚酯瓶級樹脂裝置。該裝置鄰近信賴公司現有的8萬噸/年聚酯裝置。新裝置在世界上首次采用NG-3工藝，生產高分子量瓶級聚酯樹脂，用途包括碳酸軟飲料和瓶裝飲用水包裝。杜邦最近將UOP公司Sinco固態聚合技術組合到NG-3工藝中，據稱，采用NG-3技術可大大降低20萬噸/年以上PET裝置建設費用。

　　EMS 伊文達-費希爾（Inventa-Fisher）公司開發了創新的聚酯反應器技術，可降低生產聚酯的原材料消耗和提高產率。這種稱為ESPRE的塔式反應器可使轉化費用降低26%，提高銷售收益22%和改進聚酯質量。該反應器可用于靈活地生產所有聚酯家族，包括PET、PTT、PEN和PBT及其共聚酯。采用現有技術和新技術生產PET聚酯切片的生產費用對比見表7。在新工藝中，酯化和縮聚同時在降低了壓力和高溫下進行，有利于反應。可避免機械混合，反應體系自動進行，采用反應氣體或情性氣體完成相互混合。利用新反應器的反應體系，可避免產生不需要的副產物，可避免反應死區，也可達到優化的分子分布。除有一套1噸/天的中型裝置外，現已有三套聚酯裝置采用新的反應器技術：德國240噸/天裝置正在建設中，荷蘭180噸/天裝置處于基礎工程階段，中國臺灣120噸/天裝置已決定采用。