200 kt/a聚酯装置缩聚釜三甘醇清洗工艺的优化

何 达

(中国石化股份有限公司天津分公司化工部,天津 300271)

中国石化股份有限公司天津分公司(简称天津石化)化工部200 kt/a聚酯装置是引进德国吉玛工艺技术，以精对苯二甲酸(PTA)和乙二醇(EG)为原料，连续生产聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)熔体,由2条生产线(14区、15区)组成。吉玛工艺采用经典的五釜流程，设2个酯化釜、3个缩聚釜。装置停车后通过热EG洗釜可以将酯化Ⅰ釜、酯化Ⅱ釜附壁物料基本清除，装置检修中辅之人工清扫，可以达到酯化釜内洁净的目的[1]。但是，缩聚釜特别是预缩聚Ⅱ釜及终聚釜降温后釜壁、盘环、搅拌轴、釜底残留大量物料，残留物料冷却后变得坚硬，难以人工清除；在装置开车升温后挂壁物料受热发生降解和碳化，致使开车后PET熔体色相长时间不合格，造成放流量增加、产品降等等问题。

2016年，天津石化开始探索使用三甘醇(TEG)对200 kt/a聚酯装置14区的聚合釜进行清洗，在清洗过程中由于时间短、方案不全面，无任何操作经验，出现设备泄漏、反应釜及管线中残留TEG等问题[2-5]。作者在原清洗作业的基础上对聚合釜TEG清洗工艺进行了改进优化，在确保作业安全、达到清洗效果的前提下，减轻了人工清扫的劳动强度，减少了TEG残留和熔体放流量，改善了开车后PET熔体色相。

1 TEG清洗原理

缩聚釜内冷却结焦物属于酯类有机物和碳化物[2]。酯与醇在一定条件下发生醇解反应，该反应属于可逆反应，加入TEG可以使釜内酯类有机物不断醇解。TEG是一种溶剂，可以使部分熔体溶解，即使碳化物也可以被松动。结焦物在TEG中的醇解和溶解与温度有较大关系，当温度升至熔体熔点，晶格破坏，分子热运动加剧，有利于TEG分子渗透到熔体分子之间，使熔体逐步溶胀直至溶解[3]。理论上TEG清洗温度越高，溶解效果越好，清洗效果越好。但是，常压TEG沸点为278.3 ℃，温度过高，会导致TEG大量蒸发，降低清洗效果。

2 TEG清洗工艺方案

2.1 原TEG清洗工艺方案

2016年，聚合装置TEG清洗作业包括对14区和15区酯化釜和缩聚釜的清洗，以14区为例，清洗工艺方案主要有以下步骤。

(1)14区各反应釜升温后，从浆料罐顶部加料口经桶式泵打入25 t TEG。

(2)TEG经浆料泵打入酯化Ⅰ釜内，保持酯化Ⅰ釜温度在200～220 ℃，压力为微正压20～30 kPa，同时检查压差、浮筒液位计。

(3)酯化Ⅰ釜进完TEG后，通过氮气加压将TEG输送到酯化Ⅱ釜中，酯化Ⅱ釜温度保持在220～230 ℃，压力为微正压10 kPa，此时由于酯化Ⅱ釜通过工艺塔进行放空，因此需要现场随时补加氮气维持酯化Ⅱ釜压力，同时检查压差、浮桶液位计。

(4)液位计标定完成后，通过氮气加压将TEG输送至预缩聚Ⅰ釜，关闭预缩聚Ⅰ釜真空检测端，现场充氮气，保持预缩聚Ⅰ釜微正压，温度230～240 ℃，同时检查浮桶液位计。

(5)通过氮气加压将TEG移送到预缩聚Ⅱ釜，关闭预缩聚Ⅱ釜真空检测端，缓慢调节预缩聚Ⅱ釜热媒加热温度，升温至265 ℃，同时现场充氮气，保持预缩聚Ⅱ釜微正压，根据液位指示启动搅拌，清洗4～6 h。

(6)预缩聚Ⅱ釜清洗后，通过氮气加压和启动1台预缩聚物输送泵将TEG压送到终缩聚釜，关闭终缩聚釜真空检测端，保持釜温在265～268 ℃，现场充氮气，保持终缩聚釜微正压，根据液位指示启动搅拌，清洗6～8 h。

(7)清洗后，在熔体输送泵出口排阀处接DN25临时不锈钢管线，临时管线经过水槽冷却后接往14区楼外，水槽内装0.5 t冷TEG，槽内有一组盘管，盘管内通入冷却水进行冷却，14区楼外设置固定管线和阀门的架台，安装两个旋塞阀，阀下连接一段软管伸入排放桶内，低速启动1台88泵，将解聚料排入桶内回收。

2.2 TEG清洗工艺优化方案

2020年，对聚合装置原TEG清洗工艺方案进行了优化：(1)2个酯化釜不进行TEG清洗，只对3个缩聚釜进行TEG清洗，简化了清洗方案，缩短了清洗时间；(2)装置TEG清洗用量100 t，每区用量为50 t，比2016年增加25 t，增大清洗效果；(3)清洗作业选在装置停车后、系统降温前。

在系统升温后装置开车前进行清洗作业存在较多弊端：(1)即使缩聚系统升温至284 ℃蒸煮残留TEG，也不能保证将TEG全部排出，反应后会导致熔体发生醇解反应；(2)TEG清洗后，必须启动EG循环泵，对真空浸没罐进行多次水洗，若开车前系统内水分不能排净，系统加入EG后，将影响真空系统的建立；(3)不能直观检查清洗效果。

根据原清洗经验，TEG清洗作业难点是TEG进系统和清洗后外排。2020年，对TEG进料和清洗后外排方式进行了改进。槽车内TEG由1台扬程为45 m的离心泵打入缩聚釜，离心泵出口管线安装1个四通阀，现场临时管线分别与3个缩聚釜本体DN25氦检漏口相连，临时管线总长度60 m。清洗后的TEG通过熔体泵经熔体放流阀排出系统，排放路线为终聚釜、熔体泵、熔体过滤器、熔体分配阀、熔体放流阀、TEG收集槽、槽车。改进后的TEG清洗工艺流程见图1。

图1 改进后的TEG清洗工艺流程Fig.1 Improved TEG cleaning process1，12—槽车；2,11—离心泵；3—预缩聚Ⅰ釜；4—预缩聚Ⅱ釜；5—缩聚釜；6—预缩聚物泵；7—熔体泵；8—熔体过滤器；9—熔体放流阀；10—TEG收集槽

3 TEG清洗优化工艺的实施

3.1 准备工作

(1)在熔体放流口焊接法兰，安装排出管线，疏通熔体放流口。

(2)停车过程中将各缩聚釜、管道内的物料排净。

(3)缩聚釜排料作业过程中，将真空系统内EG排净至收集桶。

(4)缩聚系统内EG全部排净后，现场接好临时管线，立即向预缩聚Ⅰ釜、预缩聚Ⅱ釜、终聚釜真空浸没罐注水，液位保持在80%。

(5)TEG进料之前，必须确认以下阀门处于关闭状态：酯化Ⅱ釜取样阀、预缩聚Ⅰ釜与预缩聚Ⅱ釜及终聚釜液位自动调节阀、预缩聚物泵入口阀、出口排阀、预缩聚物过滤器入出口排阀、熔体泵入口阀、出口排阀、熔体过滤器排阀、熔体放流阀、切粒机熔体排阀。在切粒机铸带头处安装盲板，防止TEG泄漏。

(6)由于装置上很多动设备都是采用填料密封，TEG具有较强的渗透性和挥发性，特别是在高温条件下极容易导致设备泄漏，引发安全事故。因此，向反应釜进TEG之前，缩聚釜、TEG进料软管必须多次进行氮气置换；消防报警控制系统、分散式进风及排风系统运转正常。

3.2 TEG清洗步骤

(1)预缩聚I釜热清洗

预缩聚Ⅰ釜有效容积仅为22 m3，因此清洗时TEG进料量约10 t，对应浮筒液位计显示为95%。将TEG输送至预缩聚I釜后，控制预缩聚Ⅰ釜温度270 ℃，用氮气保持预缩聚I釜微正压，浸泡4～6 h。为了更好地控制预缩聚Ⅰ温度，在热清洗过程中，由液相热媒控制釜温，汽相热媒停止使用。由于预缩聚Ⅰ釜没有搅拌，因此清洗作业只依靠热态TEG在釜内浸泡。

(2)预缩聚Ⅱ釜及终聚釜热清洗

清洗中每区TEG用量为50 t，因此在预缩聚Ⅰ釜内始终保持10 t热TEG进行浸泡的前提下向预缩聚Ⅱ釜进料TEG。控制预缩聚Ⅱ釜温度270℃，用氮气保持釜内微正压，当液位达到15%时，启动预缩聚Ⅱ釜搅拌，当预缩聚Ⅱ釜液位达到70%时TEG进料量约20 t，随着液位的升高，搅拌转速逐渐提高至2.5 r/min。预缩聚Ⅱ釜热清洗期间，釜内TEG始终保持20 t，清洗10～12 h。

终聚釜热清洗与预缩聚Ⅱ釜热清洗区别不大，终聚釜温度控制在270 ℃，用氮气保持釜内微正压，当液位达到15%时，启动终聚釜搅拌，当液位达到55%时TEG进料量约20 t，随着液位的升高，搅拌转速逐渐提高至2.3 r/min。清洗12～14 h后通入氮气将料压出排净。

(3)缩聚釜TEG移料

终聚釜液位自动阀开度保持10%，启动1台预缩聚物泵，开始向终聚釜移料。根据终聚釜、预缩聚Ⅱ釜液位变化，逐渐提高预缩聚物泵负荷至30%，增大向终聚釜的移料量。在移料过程中，通过控制终聚釜液位自动阀开度，预缩聚物过滤器入口压力始终控制在0.15 MPa以内，防止TEG泄漏。当终聚釜液位升高至80%时，启动熔体泵，向收集槽内排放TEG。在排放过程中，熔体泵负荷最高不高于40%。预缩聚Ⅱ釜向终聚釜移料同时，打开预缩聚Ⅱ釜液位自动阀，通过氮气加压和位差，进行预缩聚Ⅰ釜向预缩聚Ⅱ釜移料。

3.3 优化前后清洗效果对比

TEG清洗工艺优化后，预缩聚Ⅰ釜、预缩聚Ⅱ釜及终聚釜清洗效果明显。预缩聚Ⅰ釜通过TEG浸泡，盘管、液位计浮筒、釜壁洁净见本色，此外，TEG蒸汽冷凝过程中，对EG真空降液管也起到了一定的自洁作用；预缩聚Ⅱ釜搅拌轴、堰板、盘环、盘环支撑、釜壁物料经过清洗基本被清除，真空刮板冷凝器缓冲罐、真空喷淋塔洁净见本色；终聚釜搅拌轴、堰板、盘环、盘环支撑、釜壁物料基本被清除，真空刮板冷凝器缓冲罐、真空喷淋塔洁净见本色。

TEG清洗工艺优化后，由于没有对酯化系统进行清洗，因此整个清洗过程(包括进料、清洗、排料)用时为43 h，而优化前整个清洗过程用时长达72 h。优化前，每个缩聚釜清洗时间仅为6～8 h，优化后因每区TEG用量增加为50 t，预缩聚Ⅰ釜、预缩聚Ⅱ釜、终聚釜的清洗时间得到延长，分别为6，12，14 h，缩聚釜的清洗效果明显提高。

与原清洗工艺相比，清洗工艺优化后，预缩聚Ⅰ釜至刮板冷凝器气相管线附壁碳化黑色物料减少约10 kg，预缩聚Ⅱ釜至刮板冷凝器气相管线之间碳化黑色物料减少约15 kg，终聚釜至刮板冷凝器气相管线之间碳化黑色物料减少约10 kg。

工艺优化前，装置开车初期熔体色相b值高达8～10，开车放流为51.07 t；工艺优化后，装置开车初期熔体色相b值保持在6～7，开车放流为32.69 t。

4 结论

a.根据原来的TEG清洗经验，对聚酯装置聚合釜TEG清洗方案进行了改进优化，达到良好的清洗效果。

b.TEG清洗工艺优化措施主要为：不对2个酯化釜进行TEG清洗，只对3个缩聚釜进行TEG清洗；每区TEG清洗用量50 t，比原来增加25 t；在装置停车后、系统降温前进行清洗作业。

c.通过改进优化TEG清洗方案，没有对酯化系统进行TEG清洗，因而缩短了整个清洗过程的时间；且清洗缩聚釜的过程中增加了TEG用量，清洗时间延长，缩聚釜的清洗效果明显提高。

d.以14区缩聚釜的清洗为例，与原清洗工艺相比，清洗工艺优化后，缩聚釜的碳化黑色物料明显减少，开车后熔体色相b值降低至6～7、熔体放流量降低至32.69 t。