工业领域绿色低碳技术应用案例6 高品质原液着色聚酯原位法连续聚合技术应用项目.docx

案例6高品质原液着色聚酯原位法连续聚合技术应用项目主要完成单位：中国石油化工股份有限公司洛阳分公司主要完成人员：王明东、曹豫鑫、周海宾、李锋、崔欣、张玉梅、牛宏宇有色聚酯纤维是一种具有明显颜色的合成纤维，常用于纺织和服装制造、家居用品及工业 材料等领域。而原液着色聚酯纤维（也称无染纤维或纺前染色纤维）是指在纺丝熔体中加入着色 剂，经纺丝过程得到的有色纤维，具有节能环保、提高生产效率、稳定产品品质等优势。一、项目背景目前，国内大部分有色聚酯纤维是由后道制线企业制备，需排放大量印染污水；少部分有 色聚酯纤维产品采用添加色母粒法生产，但受颜料分散性、母粒流动性等限制，在生产深色、细 旦、高强的高品质有色聚酯纤维品种时较为困难，难以满足客户需求。原液着色聚酯纤维加工成 纺织品可省去染色工序，减少大量废水和二氧化碳排放，节能降耗，环境友好特征突出，能从源 头上有效解决传统印染行业面临的高能耗、高水耗和高COD排放等突出问题。中国石油化工股份有限公司洛阳分公司开展高品质原液着色聚酯原位法连续聚合技术应用 项目，基于中国石油化工股份有限公司洛阳分公司现有杜邦工艺三釜流程10万吨/年聚酯连续聚 合熔体直纺短纤维生产线的工艺技术特点，依据石油化工装置工艺设计包（成套技术工艺包） 内容规定（SPMP-STD-EM2001）的内容要求，开发了 10万吨/年高品质原液着色聚酯原位法连 续聚合生产线工艺包。项目采用“原位法连续聚合与熔体直接纺丝技术”，在连续聚合化学反应过 程中，精确加入高浓度、分散性优异、相容性好的超细粉色浆体系，与主原料对苯二甲酸、乙二 醇均匀混合，依次经酯化、预聚、终聚等反应工序，制得高品质特黑聚酯切片及聚酯短纤维。建 成全球首台套10万吨/年产业化示范线，并首次实现了色粉含量为2wt%的原位聚合特黑聚酯工业 化稳定生产。图1原液着色聚酯原位法在产业线上的应用二、创新点及相关技术内容创新点1:开发高品质原位聚合特黑聚酯切片产品传统染色产品通常是将预先合成好的聚合物进行加工制备，依赖于切割、成型等后续加工 环节，生产周期长且成本较高，且较难控制聚合物的分子结构和形貌，使得产品在力学性能、耐 热性等方面的表现较弱。针对上述问题，项目研发了高浓度、稳定高效的超细粉色浆体系，并应 用于在特黑聚酯切片生产过程中。其粒径小而均匀，与聚酯基体具有更强的界面结合力，在聚酯 的分子结构中均匀分散，产品过滤性能好，大大延长了纺丝过滤器和组件的使用周期;由其制得 的纤维具有更平滑、光亮的表面，在纺丝加工过程中无“黑粉”产生；在后续的机织、针织过程 中，对织针磨损小、可减少钩针现象。表1原位聚合特黑聚酯切片（特优级）质量分析序号分析项目质量指标化验分析1特性黏度/ （dLg）0.625± O.O1O0.6212二甘醇含量（质量分数）/%1.0± 0.151.073水分（质量分数）/%0.40.044粉末/ (mgkg)10005异状切片（质量分数）/%0.40.006色度L值报告15.1b值-0.5± 0.15-0.57外观黑色颗粒，无色差黑色颗粒，无色差8压滤值/ (MPacm2g)0.150.02创新点2：开发高颜料含量原位聚合原液着色聚酯大容量熔体直纺短纤维产品传统产品通常采用预先合成的聚合物，染色通常是在成品纤维形成之后的后续工序，通常 受到颜料溶解度的限制，容易受到染色工艺、操作技术等外界因素的影响，生产效率和环保性能 相对较低。针对上述现实问题，项目采用原液聚酯纤维具有色牢度高、色泽均匀、综合使用成本 低等特点，后道应用可省去染色工序，能够避免在常规染色工艺中易出现的色差、色斑和色花等染色缺陷。采用原位聚合特黑聚酯高强短纤维加工缝纫线，可省去筒子纱染色工序。表2原位聚合特黑短纤维1.56dtex产品与其他品牌黑色产品性能对比序号分析项目其他厂家黑色纤维产品原位聚合特黑1.56dtex短纤维1纤度1.561.562线密度偏差率/%1.9-1.33断裂强度/(cNdtex)5.125.634断裂强度变异系数/%10.98.85断裂伸长率/%17.922.7610%定伸长强度/(cNdtex)3.74.097长度偏差率/%2.4-0.38超长纤维率/%0.30.39倍长纤维含量 /(mg100g)0.40.510卷曲数/(个/25ITlITl)1211.811卷曲率/%12.212.012疵点含量/(mg100g)0.50.113180C。干热收缩率/%5.374.2914比电阻/(MQcm)125215含油率/%0.150.1616色度L值-0.44-0.45b值13.1712.25表3 原位聚合特黑短纤维1.56dtex产品与本白产品对比序号分析项目本白成品丝原位聚合特黑成品丝1.33dtex1.56dtex1.33dtex1.56dtex1线密度偏差率/%1.500.8-1.32断裂强度/(cNdtex)6.356.076.045.633断裂强度变异系数/%8.687.68.84断裂伸长率/%2221.918.822.7510%定伸长强度/ (cN/dtex)4.54.274.424.096长度偏差率/%1.8-0.3-1.6-0.37超长纤维率/%0.30.30.30.38倍长纤维含量 /(mg100g)0.60.50.50.59卷曲数/(个/2 5mm)12.11211.211.810卷曲率/%12.512.511.912.011疵点含量/(mg/IOOg)0.10.10.10.112180干热收缩率/%5.454.994.074.2913比电阻/(MQ cm)8091325214含油率/%0.150.160.170.16创新点3：生产过程清洁环保传统产业线的循环水系统普遍存在水质不佳、含杂质多、易产生污垢和沉积物等问题，以 及前后纺油剂使用不当或质量不佳、易产生黑色污染，影响纤维质量和生产环境等问题，需要频 繁更换水质、粉尘控制与进行废弃物排放处理。针对上述问题，项目建设清洁环保的产业化示范 线，循环乙二醇溶液高透明度、切粒循环水清洁干净、前后纺油剂无黑色污染、短纤维现场无黑 粉飘落、聚酯短纤维污水排放正常，无黑色污染。相比传统产业线，示范产业线在确保生产过程 清洁环保的同时，还具有更高的环保标准、更好的生产环境、更稳定的产品质量。三、经验总结与推广价值项目研发产出的原位聚合特黑聚酯切片适用于加工各种纺织品纤维领域的长丝、短纤维产 品。特别适用于加工细旦、异形、中强丝等差别化长丝及短纤维产品。此外，通过对原位聚合特 黑聚酯切片进行分子量和结晶速率的改性，可以拓展其在高强工业丝、BOPET薄膜、吸塑膜片、 工程塑料等领域的应用。项目经济效益显著。以色粉含量2wt%的原液着色聚酯纤维进行测算，采用原位聚合法，每 吨纤维需消耗色粉浓度为20wt%的黑色色浆IOOkg1原料成本增加值为10.9元kg （色浆价格） ×100kg-5 ukg （乙二醇价格）XIoOkgX80%-6 元kg （常规聚酯价格）XloOkgX20%=680 元，原 位聚合过程中能耗增加成本约130元市场现有特黑涤短的价格整体高于普通本白涤纶短纤1500- 1800元/吨左右。减去原位聚合增加的成本，特黑涤短每吨增效在690-1000元以上，按年产量 Ioooo吨计，可增效70。-Iooo万。同时项目符合绿色低碳发展战略和科技规划的要求，环境效益 显著。根据道制线企业测算，特黑短纤维加工成缝纫线每吨可减少用电921度、用水300吨、CO2 排放08吨，可降低印染企业生产成本2000元左右。2022年我国聚酯纤维产量达到6697.8万吨，但是多数企业应用工艺较为传统，高品质原液着色聚酯原位法属于国内先进技术，经济效益与环境效益预期改善明显，具备较为显著的推广 潜力。