提升我国高强聚酯纱产业链竞争能力的技术途径探讨I.docx

1、提升我国高强聚酯纱产业链竞争能力的技术途径探讨I提升我国高强聚酯纱产业链竞争能力的技术途径探讨(I) 近年来,高粘度聚酯技术在两大热门市场 包装材料和产业用纤维的促进下不断进步,新型固相与液相缩聚工艺制备高粘度聚酯技术取得了长足进展。其中,新型固相缩聚、无SSP高粘度聚酯以及高粘度PET熔体直接成形或直纺等新技术都已投入工业化生产。与常规连续聚合、固相聚合等工艺相比,它们在投资/产能比、能耗、原料消耗、人力成本和生产弹性等方面具有明显的优势。 Recently, the production processes for high viscosity polyester are driven b

2、y two fast growing market segments the packing materials especially the PET bottles and the technical yarn production, and new solid and melt phase processes have taken a great advancement, as novel SSP process and direct high viscosity processes without SSP step have already been industrialization

3、successfully. Compared with conventional polycondensation and standard SSP process, new solid and melt phase processes are appreciated because of the economic advantages and flexibility. 高粘度聚酯技术的研究与开发始终伴以技术经济性和加工过程成套装备投资之间的权衡。随着原材料价格的波动和能耗支出的日益上涨,高粘度聚酯生产的运转成本亦面临严峻的市场挑战。这就要求从能耗和人力成本方面降低高粘度聚酯生产的运转成本;提

4、高单线设备的生产能力;改进生产线的弹性;减少副产物的产生(如AA或灰份);提高高粘度聚酯的品质,减少特性粘度(IV值)波动,获得比较低的结晶度产品等。 近年来,高粘度聚酯的技术开发取得了一系列进展,如新型固相聚合工艺、无SSP高粘聚酯新工艺、高粘度聚酯熔体直接成形或直接纺丝技术等均投入规模化运行。 1新型固相和液相高粘度聚酯技术追踪 1.1无SSP高粘度聚酯加工工艺 传统聚酯连续聚合工艺(CP)制得的聚合体的IV值一般为 0.55 0.62 dL/g,AA含量在 40 100 mg/kg范围内。为了满足包装材料和一般技术纺织品用纱的原料要求,获取IV值为 0.76 0.85 dL/g、AA含量

5、 1.2新型固相缩聚(SSP)技术的进步 PET固相缩聚技术目前有间歇工艺、半连续工艺和连续工艺等 3 种。连续工艺的生产能力达 150 t/d。在工业丝生产中,与其配套的SSP装置的产能一般为 1.5万 4.4 万t/a。意大利UOPSinco公司的SSP工艺与设备设计可实现固相增粘过程稳定、无障碍运转、产品的一级品率达 99.5%。目前UOPSinco公司所提供SSP装置的产能占全球产能的一半以上。 1.2.1Bepex固相缩聚装置 Bepex公司在固相缩聚领域有数十年的研究开发经历,其SSP技术具有如下的技术特点:(1)SSP装置即使在高反应温度条件下运行,仍具有维持工艺正常进行的功能;

6、(2)开车过程产生的废料量可达到最低;(3)设备开车时间短;(4)加工过程中物料转化率高;(5)反应过程中物料输送稳定,逆向流动的热加工过程平稳;(6)设备的通用性好,在更换加工物料如PEN、PTT、共聚酯材料时,能耗损失很小;(7)产品品质稳定。在生产规模为 48 t/d的SSP装置上,制备的帘子线用高粘度PET的IV值可达 1.043 dL/g。生产过程中物料的IV值的平均波动水平可在 0.01 dL/g以内。 Bepex固相缩聚装置主要由 5 部分组成,即一段预结晶与干燥、二段后结晶和浆叶净化器、固相缩聚工序、冷却与除尘及气体净化系统。 固相缩聚装置采用卧式预结晶器,配置浆叶式搅拌器。热

7、传导夹套使用蒸汽或热媒。物料停留时间的可控范围在数秒至 20 min之间。热传导效率约为 100 500 kcal/ (h・m2・)。预结晶器结构紧凑,能效高,维修保养十分 方便。 采用卧式圆盘预热器,加热面积可达 560 m2,热效率为 40 80 kcal/(h・m2・),能耗可下降 75%。设备结构设计合理,生产的容积率平均为 60% 90%。拖动马达转速低,仅 5 20r/min,维修工作量很低。预热器中物料的停留时间可在数分钟至数小时之间调节。 螺旋型叶片式净化器中,物料在螺旋型叶片的缓慢搅拌下,以间接和直接的方式完成热交换。物

8、料以推流的形式连续移动。 1.2.2瑞士布勒公司的高粘度聚酯新工艺S ? HIP 瑞士布勒公司开发的固相聚合新工艺S ? HIP被称为改良型SSP技术。该项工艺适宜与单釜聚合工艺生产线配合,如与Aquafil公司的UPR装置配合,以单釜UPR生产的IV值为 0.3 0.4 dL/g的切片作原料,送入S ? HIP装置。物料在空气/氮气下完成预结晶。后于氮气热状态下依次进入固相低缩聚釜(SLP)、固相高缩聚釜(SHP),后经过冷却器,成为IV值为 0.75 0.9 dL/g的聚合体。S ? HIP设备具有很宽的粘度加工范围,其产品可满足包装材料的加工要求,同时也可适应薄膜、帘子线切片的要求。S

9、? HIP工艺与传统的增粘工艺相似,其加工经济性十分突出,投资成本可降低 30%,运转成本降低 20% 30%,且聚合体品质良好,市场价格较高。 布勒公司目前正致力于降低PET ? SSP能耗的研究,即将高粘度PET生产的电耗降低 100 kW・h/t,该指标比目前工业化SSP装置的电耗降低了 25%。 1.3高粘度聚酯直接成形工艺 1.3.1高粘度PET直接成形技术 鲁奇吉玛公司开发的直接高粘度聚酯成形工艺制得的聚合体的IV值为 0.65 0.84 dL/g,加工温度为 260 ,AA含量低于 2 8 mg/kg,可直接用于成形加工(DTP)。当聚合体的IV值为 0.58 0.

10、7 dL/g、加工温度为 270 、AA含量低于 15 mg/kg时,可直接加工成食品包装材料(DTF)。与传统的缩聚工艺SSP路线相比,直接高粘度聚酯工艺在经济性上显示出了较高的优越性。 (1)在原料成本上的优势 由于没有SSP装置和相关消耗,每吨产品可减少切片消耗量 3 6 kg。对于 440 t/d的产能而言,每年约可节省 60 万 80 万欧元;660 t/d的产能,每年可节省 90 万 120 万欧元;1 320 t/d的产能,每年可节省 180 万 240 万欧元。 (2)在加工成本上的优势 DHI工艺的加工成本可降低 17%。节省的开支主要包括SSP装置的再加热和再冷却的循环能耗

11、、氮气消耗和提纯费用、切片的输送和常规结晶的费用以及SSP操作人员开支、维修保养费用等。 (3)在设备成本上的优势 DHI工艺的设备成本可下降 15%,主要是降低了加工设备和相关工程设备的投资,即省去了SSP设备和氮气提纯装置、中间物料的贮藏和处理设备以及辅助工程设备等的 开支。 1.3.2帘子线直接纺丝工艺 高粘度PET熔体直接纺制帘子线技术要求终缩聚釜出口物料的IV值在 0.9 1.05 dL/g范围内。目前帘子线直纺工艺的生产规模为 40 60 t/d,相关生产工厂已在美国、法国等地运转多年。 30年前,鲁奇吉玛公司已经取得了PET聚合体熔相IV值达到 1 dL/g的专门技术。目前该公司

12、和伍德伊文达菲瑟公司都掌握了PET帘子线直纺技术。 2国内高粘度聚酯工业的发展现状与技术差距 2.1国内高粘度聚酯工业的发展现状 20世纪80年代,国内陆续引进了 7 8 条产能为 2 000 2 500 t/a的小型聚酯工业丝生产设备,与之配套的SSP装置有Karl ? Fischer间歇工艺、美国Bouliny连续工艺等。随着上海石化大型涤纶工业丝生产线的引进,日本东丽、开平吉玛公司、无锡Bepex、布勒等公司的SSP设备陆续进入国内市场。立足于进口设备仿制和转换设计的河南、大连等地的国产化SSP生产设备也已投放市场多年。 在ITMA ASIA + CITME 2010上,大连合成纤维研究

13、设计院推出了产能为 100 t/d的SSP生产设备。据悉该装置的投资/产能比明显优化,设备投资比常规SSP下降了 1/3,目前该装置正在绍兴海富化纤有限公司进行运转。 使用进口设备的厂家是国内涤纶工业丝生产的主体,多以常规连续聚合切片为原料,经固相增粘工艺生产高强聚酯长丝。目前这些企业的技术力量相对薄弱,设备技术改造或新产品开发的投入很少。对引进技术进行消化吸收多被忽视,不少企业的技术引进在客观上已变相成为引进生产能力。开展高粘度聚酯固相或液相增粘技术研究工作需要巨大的资金投入、高素质的研究队伍和非常齐全的试验设备和装备条件,但国内相关生产企业、研究院所和大学尚不具备这些条件。高粘度聚酯领域的

14、研究工作一直是我国化纤工业的薄弱环节,随着科研体制的变革,为数不多的研究人员亦多流失。目前,相关课题的研究几乎呈空白状态。 2.2研究和试验条件需改善 高粘度PET作为新材料的一个品种,其开发过程必然伴有大量人力、物力和财力的投入,那些走在行业前端和高端的公司深谙其道。近年来,从高粘度聚酯生产的技术进步可以看出,德国鲁奇吉玛公司、伍德伊文达菲瑟公司,美国Bepex等之所以能持续发展,不断推出新的技术和产品,与它们有一个完善的技术中心有很大的关系。 Bepex公司在全球聚合物材料及其热加工技术领域占据着重要位置,从该公司技术中心的配置就可看出高粘度聚酯研究工作的艰辛和投入的巨大。其技术中心设置了

15、 3 个研究部,分别承担着聚合物材料、产品应用实验和新工艺的研究开发任务,并为用户加工技术的改进提供技术和信息服务。此外,该公司高素质的研究队伍、企业的生存周期和企业发展的稳定性亦非常值得关注。 聚合物研究部设置了聚合物研究中心“POLYQUEST”,这是一个完整的PET ? SSP实验装置。该装置具有多功能性,可适应项目和用户的各种要求,主要承接验证实验室的研究成果,为热加工技术的应用提供依据。 应用研究部占地 2 323 m2。该部配备 20 多套实验设备,包括化学加工设备、热加工设备和聚合物材料加工设备等。另有 4 个单元实验装置,连同相关的小批量材料实验室。该研究部还配备了 1 套完整

16、的SSP实验装置,可满足 15 种不同实验方案的要求。同时配备投料量为 1 t/h的切粒装置和 1 套研磨粉碎系统,并备有加热、干燥和冷却功能。 第三研究部承担着新加工工艺开发与传统加工技术的改进工作,兼有为客户提供技术服务和人员培训的功能。该研究部还有一条 20 t/d的商业化模拟生产线,可为新材料在投入实际生产前提供完整的综合技术数据。 德国伍德伊文达菲瑟公司的研发人员约占该公司从业人员的 25%,公司在德国柏林和瑞士Domat均建有自己的技术中心。 回顾国内涤纶工业丝产业,投入不算少,先后引进了间歇法SSP、连续法SSP等生产线。从生产规模来看,已达到万吨级生产规模,近来 20 万t/a

17、超大型生产工厂也已落户江苏。可现实是国内高粘度聚酯生产的核心技术仍受制于人,涤纶工业丝市场供求预测能力低下的状况仍没有根本性的改观。目前一些企业把目光投向了国外公司的“技术中心”,可技术中心是无法引进的。 3结束语 国内高粘度聚酯的生产基本上沿用了传统的CP ? SSP路线。在新工艺的研究开发方面,诸如新型固相与液相增粘制高粘度聚酯工艺、无SSP高粘聚酯工艺方面的研究显得非常薄弱。与国外先进技术相比,其差距表现在多个方面,包括生产装置的投资/产能比、项目建设中设备的工程量和安装量、能耗、原材料成本、维修保养成本以及生产弹性等。提升国内涤纶工业丝产业链的竞争能力,不仅需要一支优秀的高粘度聚酯领域的研发队伍,同时也应先改善一下相关产学研单位的研究试验条件。