200 kt/a聚酯裝置縮聚釜三甘醇清洗工藝的優化

何 達

(中國石化股份有限公司天津分公司化工部,天津 300271)

中國石化股份有限公司天津分公司(簡稱天津石化)化工部200 kt/a聚酯裝置是引進德國吉瑪工藝技術，以精對苯二甲酸(PTA)和乙二醇(EG)為原料，連續生產聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)熔體,由2條生產線(14區、15區)組成。吉瑪工藝采用經典的五釜流程，設2個酯化釜、3個縮聚釜。裝置停車后通過熱EG洗釜可以將酯化Ⅰ釜、酯化Ⅱ釜附壁物料基本清除，裝置檢修中輔之人工清掃，可以達到酯化釜內潔凈的目的[1]。但是，縮聚釜特別是預縮聚Ⅱ釜及終聚釜降溫后釜壁、盤環、攪拌軸、釜底殘留大量物料，殘留物料冷卻后變得堅硬，難以人工清除；在裝置開車升溫后掛壁物料受熱發生降解和碳化，致使開車后PET熔體色相長時間不合格，造成放流量增加、產品降等等問題。

2016年，天津石化開始探索使用三甘醇(TEG)對200 kt/a聚酯裝置14區的聚合釜進行清洗，在清洗過程中由于時間短、方案不全面，無任何操作經驗，出現設備泄漏、反應釜及管線中殘留TEG等問題[2-5]。作者在原清洗作業的基礎上對聚合釜TEG清洗工藝進行了改進優化，在確保作業安全、達到清洗效果的前提下，減輕了人工清掃的勞動強度，減少了TEG殘留和熔體放流量，改善了開車后PET熔體色相。

1 TEG清洗原理

縮聚釜內冷卻結焦物屬于酯類有機物和碳化物[2]。酯與醇在一定條件下發生醇解反應，該反應屬于可逆反應，加入TEG可以使釜內酯類有機物不斷醇解。TEG是一種溶劑，可以使部分熔體溶解，即使碳化物也可以被松動。結焦物在TEG中的醇解和溶解與溫度有較大關系，當溫度升至熔體熔點，晶格破壞，分子熱運動加劇，有利于TEG分子滲透到熔體分子之間，使熔體逐步溶脹直至溶解[3]。理論上TEG清洗溫度越高，溶解效果越好，清洗效果越好。但是，常壓TEG沸點為278.3 ℃，溫度過高，會導致TEG大量蒸發，降低清洗效果。

2 TEG清洗工藝方案

2.1 原TEG清洗工藝方案

2016年，聚合裝置TEG清洗作業包括對14區和15區酯化釜和縮聚釜的清洗，以14區為例，清洗工藝方案主要有以下步驟。

(1)14區各反應釜升溫后，從漿料罐頂部加料口經桶式泵打入25 t TEG。

(2)TEG經漿料泵打入酯化Ⅰ釜內，保持酯化Ⅰ釜溫度在200～220 ℃，壓力為微正壓20～30 kPa，同時檢查壓差、浮筒液位計。

(3)酯化Ⅰ釜進完TEG后，通過氮氣加壓將TEG輸送到酯化Ⅱ釜中，酯化Ⅱ釜溫度保持在220～230 ℃，壓力為微正壓10 kPa，此時由于酯化Ⅱ釜通過工藝塔進行放空，因此需要現場隨時補加氮氣維持酯化Ⅱ釜壓力，同時檢查壓差、浮桶液位計。

(4)液位計標定完成后，通過氮氣加壓將TEG輸送至預縮聚Ⅰ釜，關閉預縮聚Ⅰ釜真空檢測端，現場充氮氣，保持預縮聚Ⅰ釜微正壓，溫度230～240 ℃，同時檢查浮桶液位計。

(5)通過氮氣加壓將TEG移送到預縮聚Ⅱ釜，關閉預縮聚Ⅱ釜真空檢測端，緩慢調節預縮聚Ⅱ釜熱媒加熱溫度，升溫至265 ℃，同時現場充氮氣，保持預縮聚Ⅱ釜微正壓，根據液位指示啟動攪拌，清洗4～6 h。

(6)預縮聚Ⅱ釜清洗后，通過氮氣加壓和啟動1臺預縮聚物輸送泵將TEG壓送到終縮聚釜，關閉終縮聚釜真空檢測端，保持釜溫在265～268 ℃，現場充氮氣，保持終縮聚釜微正壓，根據液位指示啟動攪拌，清洗6～8 h。

(7)清洗后，在熔體輸送泵出口排閥處接DN25臨時不銹鋼管線，臨時管線經過水槽冷卻后接往14區樓外，水槽內裝0.5 t冷TEG，槽內有一組盤管，盤管內通入冷卻水進行冷卻，14區樓外設置固定管線和閥門的架臺，安裝兩個旋塞閥，閥下連接一段軟管伸入排放桶內，低速啟動1臺88泵，將解聚料排入桶內回收。

2.2 TEG清洗工藝優化方案

2020年，對聚合裝置原TEG清洗工藝方案進行了優化：(1)2個酯化釜不進行TEG清洗，只對3個縮聚釜進行TEG清洗，簡化了清洗方案，縮短了清洗時間；(2)裝置TEG清洗用量100 t，每區用量為50 t，比2016年增加25 t，增大清洗效果；(3)清洗作業選在裝置停車后、系統降溫前。

在系統升溫后裝置開車前進行清洗作業存在較多弊端：(1)即使縮聚系統升溫至284 ℃蒸煮殘留TEG，也不能保證將TEG全部排出，反應后會導致熔體發生醇解反應；(2)TEG清洗后，必須啟動EG循環泵，對真空浸沒罐進行多次水洗，若開車前系統內水分不能排凈，系統加入EG后，將影響真空系統的建立；(3)不能直觀檢查清洗效果。

根據原清洗經驗，TEG清洗作業難點是TEG進系統和清洗后外排。2020年，對TEG進料和清洗后外排方式進行了改進。槽車內TEG由1臺揚程為45 m的離心泵打入縮聚釜，離心泵出口管線安裝1個四通閥，現場臨時管線分別與3個縮聚釜本體DN25氦檢漏口相連，臨時管線總長度60 m。清洗后的TEG通過熔體泵經熔體放流閥排出系統，排放路線為終聚釜、熔體泵、熔體過濾器、熔體分配閥、熔體放流閥、TEG收集槽、槽車。改進后的TEG清洗工藝流程見圖1。

圖1 改進后的TEG清洗工藝流程Fig.1 Improved TEG cleaning process1，12—槽車；2,11—離心泵；3—預縮聚Ⅰ釜；4—預縮聚Ⅱ釜；5—縮聚釜；6—預縮聚物泵；7—熔體泵；8—熔體過濾器；9—熔體放流閥；10—TEG收集槽

3 TEG清洗優化工藝的實施

3.1 準備工作

(1)在熔體放流口焊接法蘭，安裝排出管線，疏通熔體放流口。

(2)停車過程中將各縮聚釜、管道內的物料排凈。

(3)縮聚釜排料作業過程中，將真空系統內EG排凈至收集桶。

(4)縮聚系統內EG全部排凈后，現場接好臨時管線，立即向預縮聚Ⅰ釜、預縮聚Ⅱ釜、終聚釜真空浸沒罐注水，液位保持在80%。

(5)TEG進料之前，必須確認以下閥門處于關閉狀態：酯化Ⅱ釜取樣閥、預縮聚Ⅰ釜與預縮聚Ⅱ釜及終聚釜液位自動調節閥、預縮聚物泵入口閥、出口排閥、預縮聚物過濾器入出口排閥、熔體泵入口閥、出口排閥、熔體過濾器排閥、熔體放流閥、切粒機熔體排閥。在切粒機鑄帶頭處安裝盲板，防止TEG泄漏。

(6)由于裝置上很多動設備都是采用填料密封，TEG具有較強的滲透性和揮發性，特別是在高溫條件下極容易導致設備泄漏，引發安全事故。因此，向反應釜進TEG之前，縮聚釜、TEG進料軟管必須多次進行氮氣置換；消防報警控制系統、分散式進風及排風系統運轉正常。

3.2 TEG清洗步驟

(1)預縮聚I釜熱清洗

預縮聚Ⅰ釜有效容積僅為22 m3，因此清洗時TEG進料量約10 t，對應浮筒液位計顯示為95%。將TEG輸送至預縮聚I釜后，控制預縮聚Ⅰ釜溫度270 ℃，用氮氣保持預縮聚I釜微正壓，浸泡4～6 h。為了更好地控制預縮聚Ⅰ溫度，在熱清洗過程中，由液相熱媒控制釜溫，汽相熱媒停止使用。由于預縮聚Ⅰ釜沒有攪拌，因此清洗作業只依靠熱態TEG在釜內浸泡。

(2)預縮聚Ⅱ釜及終聚釜熱清洗

清洗中每區TEG用量為50 t，因此在預縮聚Ⅰ釜內始終保持10 t熱TEG進行浸泡的前提下向預縮聚Ⅱ釜進料TEG。控制預縮聚Ⅱ釜溫度270℃，用氮氣保持釜內微正壓，當液位達到15%時，啟動預縮聚Ⅱ釜攪拌，當預縮聚Ⅱ釜液位達到70%時TEG進料量約20 t，隨著液位的升高，攪拌轉速逐漸提高至2.5 r/min。預縮聚Ⅱ釜熱清洗期間，釜內TEG始終保持20 t，清洗10～12 h。

終聚釜熱清洗與預縮聚Ⅱ釜熱清洗區別不大，終聚釜溫度控制在270 ℃，用氮氣保持釜內微正壓，當液位達到15%時，啟動終聚釜攪拌，當液位達到55%時TEG進料量約20 t，隨著液位的升高，攪拌轉速逐漸提高至2.3 r/min。清洗12～14 h后通入氮氣將料壓出排凈。

(3)縮聚釜TEG移料

終聚釜液位自動閥開度保持10%，啟動1臺預縮聚物泵，開始向終聚釜移料。根據終聚釜、預縮聚Ⅱ釜液位變化，逐漸提高預縮聚物泵負荷至30%，增大向終聚釜的移料量。在移料過程中，通過控制終聚釜液位自動閥開度，預縮聚物過濾器入口壓力始終控制在0.15 MPa以內，防止TEG泄漏。當終聚釜液位升高至80%時，啟動熔體泵，向收集槽內排放TEG。在排放過程中，熔體泵負荷最高不高于40%。預縮聚Ⅱ釜向終聚釜移料同時，打開預縮聚Ⅱ釜液位自動閥，通過氮氣加壓和位差，進行預縮聚Ⅰ釜向預縮聚Ⅱ釜移料。

3.3 優化前后清洗效果對比

TEG清洗工藝優化后，預縮聚Ⅰ釜、預縮聚Ⅱ釜及終聚釜清洗效果明顯。預縮聚Ⅰ釜通過TEG浸泡，盤管、液位計浮筒、釜壁潔凈見本色，此外，TEG蒸汽冷凝過程中，對EG真空降液管也起到了一定的自潔作用；預縮聚Ⅱ釜攪拌軸、堰板、盤環、盤環支撐、釜壁物料經過清洗基本被清除，真空刮板冷凝器緩沖罐、真空噴淋塔潔凈見本色；終聚釜攪拌軸、堰板、盤環、盤環支撐、釜壁物料基本被清除，真空刮板冷凝器緩沖罐、真空噴淋塔潔凈見本色。

TEG清洗工藝優化后，由于沒有對酯化系統進行清洗，因此整個清洗過程(包括進料、清洗、排料)用時為43 h，而優化前整個清洗過程用時長達72 h。優化前，每個縮聚釜清洗時間僅為6～8 h，優化后因每區TEG用量增加為50 t，預縮聚Ⅰ釜、預縮聚Ⅱ釜、終聚釜的清洗時間得到延長，分別為6，12，14 h，縮聚釜的清洗效果明顯提高。

與原清洗工藝相比，清洗工藝優化后，預縮聚Ⅰ釜至刮板冷凝器氣相管線附壁碳化黑色物料減少約10 kg，預縮聚Ⅱ釜至刮板冷凝器氣相管線之間碳化黑色物料減少約15 kg，終聚釜至刮板冷凝器氣相管線之間碳化黑色物料減少約10 kg。

工藝優化前，裝置開車初期熔體色相b值高達8～10，開車放流為51.07 t；工藝優化后，裝置開車初期熔體色相b值保持在6～7，開車放流為32.69 t。

4 結論

a.根據原來的TEG清洗經驗，對聚酯裝置聚合釜TEG清洗方案進行了改進優化，達到良好的清洗效果。

b.TEG清洗工藝優化措施主要為：不對2個酯化釜進行TEG清洗，只對3個縮聚釜進行TEG清洗；每區TEG清洗用量50 t，比原來增加25 t；在裝置停車后、系統降溫前進行清洗作業。

c.通過改進優化TEG清洗方案，沒有對酯化系統進行TEG清洗，因而縮短了整個清洗過程的時間；且清洗縮聚釜的過程中增加了TEG用量，清洗時間延長，縮聚釜的清洗效果明顯提高。

d.以14區縮聚釜的清洗為例，與原清洗工藝相比，清洗工藝優化后，縮聚釜的碳化黑色物料明顯減少，開車后熔體色相b值降低至6～7、熔體放流量降低至32.69 t。