【正文】 A 消費(fèi)量約為 萬(wàn)噸，幾乎全部用于生產(chǎn)聚酯，極少量用于 PBT等領(lǐng)域。 2020 年我國(guó)聚酯工業(yè)消費(fèi) PTA 約 萬(wàn)噸，約占消費(fèi)總量的 %左右。 （ 2） PBT 近年隨著我國(guó)電子、電器工業(yè)的發(fā)展。隨著我國(guó)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和零配件逐步國(guó)產(chǎn)化，進(jìn)一步增加了 PBT 的需要量。 截止 2020 年，我國(guó) PBT 產(chǎn)能約為 14 萬(wàn)噸，主要生產(chǎn)企業(yè)有：江蘇常熟臺(tái)灣長(zhǎng)春石化集團(tuán)在江蘇常熟 6 萬(wàn)噸 /年、江陰和時(shí)利工程塑膠科技發(fā)展有限公司 2 萬(wàn)噸 /年、南通星辰合成材料有限公司新建的 6 萬(wàn)噸 /年裝置。由于目前國(guó)內(nèi) PBT 樹(shù)脂的新建擬建項(xiàng)目較多，預(yù)計(jì)未來(lái) 10 年國(guó)內(nèi) PBT 生產(chǎn)的增長(zhǎng)速度很快，對(duì) PTA 的需求量也將高速增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)到 2020 年國(guó)內(nèi) PBT樹(shù)脂行業(yè)消費(fèi) PTA 約 22 萬(wàn)噸，年均增長(zhǎng)率約為 %。 （ 5）工段產(chǎn)品為 精對(duì)苯二甲酸 精對(duì)苯二甲酸是生產(chǎn)聚酯纖維、樹(shù)脂、膠片及容器樹(shù)脂的主要原料，被廣泛應(yīng)用于化纖、容器、包裝、薄膜生產(chǎn)等領(lǐng)域。而 PTA是聚酯的原料，聚酯又是滌綸的原料，而化纖中 80%為滌綸，化纖占紡織業(yè)原料 36%的份額 。確定 PTA 生產(chǎn)規(guī)模的因素主要有：市場(chǎng)容量、 PX 供應(yīng)量和技術(shù)水準(zhǔn)等。單線生產(chǎn)規(guī)模越大則單位產(chǎn)量的建設(shè)成本就低，但是多條小規(guī)模生產(chǎn)線的建設(shè)成本不可能降低。 三種不同單線能力的 PTA 裝置建設(shè)成本比較（ ISBL） 小時(shí)產(chǎn)能 比較項(xiàng)目 75t/h（現(xiàn)有） 80t/h（新一代） 150t/h（新一代） 裝置建設(shè)成本 202 212 289 單位產(chǎn)品建設(shè)成本 337$ 331$ 258$ 從上表明顯可以看出，與現(xiàn)有 75t/h 的技術(shù)相比，新一代 80t/h 的技術(shù)在單位產(chǎn)品建設(shè)成本上降低不明顯（僅 %），而 140t/h 的技術(shù)顯著降低了 %。 生產(chǎn)能力和年操作時(shí)間確定 小時(shí)產(chǎn)能： 150t/h 年產(chǎn)能： 萬(wàn) 噸 /年（公稱(chēng)規(guī)模 60 萬(wàn)噸 /年） 年操作時(shí)間： 4000 小時(shí) 裝置操作彈性： 70～ 110% 產(chǎn)品 方案 和產(chǎn)品規(guī)格 產(chǎn)品方案 本項(xiàng)目 PTA 主裝置生產(chǎn)平均粒度為 115177。 北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 本科 生畢業(yè) 設(shè)計(jì) 13 產(chǎn)品規(guī)格 精對(duì)苯二甲酸（ PTA）產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)表 項(xiàng)目 單位 典型指標(biāo) 測(cè)試方法 外觀 白色結(jié)晶粉末 酸值 mg KOH/g 675177。15 DPT Method 390 北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2020屆 本科 生畢業(yè) 設(shè)計(jì) 13 4 工藝技術(shù)和設(shè)備方案 工藝技術(shù)的比較和選擇 國(guó)內(nèi)外工藝技術(shù)狀況 概述 精對(duì)苯二甲酸（ PTA）是聚酯產(chǎn)品的主要基礎(chǔ)原料，目前成熟的 PTA 生產(chǎn)技術(shù)均采用 PX 氧化 TA 精制兩步法。通常采用醋酸為溶劑將 PX 分散于其中，以強(qiáng)化反應(yīng)物的傳熱和傳質(zhì)，使用鈷、錳的醋酸鹽為催化劑，使用溴 (通常為溴化氫或四溴乙烷 )為促進(jìn) 劑，空氣為氧化劑，反應(yīng)同時(shí)即有大量 TA 顆粒析出，因此反應(yīng)為氣 液 固三相非均相反應(yīng)。 PX 氧化為鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，除了主產(chǎn)物 TA 以外，反應(yīng)過(guò)程中還會(huì)生成少量其他副產(chǎn)物，其中最主要的雜質(zhì)是對(duì)羧基苯甲醛 (4CBA)， 4CBA 的存在會(huì)嚴(yán)重影響 TA 的酯化性能，纖維級(jí) PTA 要求 4CBA 質(zhì)量分?jǐn)?shù)在 30X106 以下。工業(yè)上通過(guò)加氫將它還原成對(duì)甲基苯甲酸 (PT 酸 )，常溫下 PT 酸溶于水，而 TA 在常溫下幾乎不溶于水，這樣就可以將 4CBA 巧妙地脫除；同時(shí)，加氫還可以將粗 TA 中微量苯甲酸、偏苯三酸等影響產(chǎn)品色相的有色雜質(zhì)去除。其主要工藝過(guò)程是，將 TA 漿料升溫加壓至 285℃和 9 MPa，使它全 部溶于脫離子水中，在加氫反應(yīng)器中進(jìn)行加氫反應(yīng)。 PX 氧化 TA 精制生產(chǎn)工藝具有以下特點(diǎn)： TA 部分以醋酸為溶劑，物料具有較強(qiáng)的腐蝕性，對(duì)管道、閥門(mén)和機(jī)械設(shè)備的材質(zhì)要求較高。 由于 PTA 產(chǎn)品對(duì)鐵等金屬含量有嚴(yán)格的要求，所有與工藝物料接觸的設(shè)備、機(jī)械、管道和閥門(mén)均需采用不銹 鋼或復(fù)合材質(zhì)。 總之， PTA 裝置具有流程復(fù)雜、易堵塞、強(qiáng)腐蝕性，需要采用大量新工藝和新技術(shù)、新裝備和新材料。 PX 氧化是 PTA 生產(chǎn)的核心部分，也是各專(zhuān)利商競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)所在，氧化部分直接決定 TA 生產(chǎn)的產(chǎn)質(zhì)耗水平。主要的PTA 生產(chǎn)專(zhuān)利技術(shù)以 BPAmoco 技術(shù)、 Invista 技術(shù)、日本三井油化 (MPC)技術(shù)、EastmanLurgi 技術(shù)為代表。其中廈門(mén)翔鷺引進(jìn)澤陽(yáng)國(guó)際工程公司 (現(xiàn)已更名為萬(wàn)能?chē)?guó)際工程科技公司 )PTA 生產(chǎn)技術(shù)建設(shè)的 2 套 PTA 裝置經(jīng)擴(kuò)能后，單套裝置產(chǎn)能達(dá)到了 90 萬(wàn)噸 /年，在世界所有 PTA 生產(chǎn)裝置中列第二位，目前該公司正計(jì)劃將單套裝置產(chǎn)能繼續(xù)擴(kuò)至 120150 萬(wàn)噸 /年。美國(guó)石油公司 (American Oil Company)Amoco 于 1956年從 MC 公司購(gòu)得 MC 對(duì)二甲苯液相氧化工藝，并在此專(zhuān)利基礎(chǔ)上不斷改進(jìn)， 1965年 Amoco 公司成功開(kāi)發(fā)了 TA 加氫精制生產(chǎn)精對(duì)苯二甲酸 (PTA)，實(shí)現(xiàn)了 PTA 生產(chǎn)工業(yè)化，去除了高溫氧化過(guò)程 中形成的有害雜質(zhì)，特別是非常有效地除去了 4CBA雜質(zhì)。 20 世紀(jì) 80 年代，我國(guó) PTA 工業(yè)剛剛起步時(shí)，引進(jìn)裝置多采用 Amoco 工藝， 1989 年投產(chǎn)的揚(yáng)子石化公司 2 套 萬(wàn)噸 /年 PTA 裝置及 1995 年投產(chǎn)的儀征化纖 25 萬(wàn)噸 /年 PTA 裝置均為 Amoco 工藝技術(shù)。 北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2020屆 本科 生畢業(yè) 設(shè)計(jì) 15 Invista 工藝 Invista 工藝即原 Du PontICI 工藝。 ICI 公司于 1980年才由于技術(shù)上有獨(dú)創(chuàng)的改進(jìn)而獲得專(zhuān)利權(quán)。 2020 年， DuPont 公司將其服裝、室內(nèi)飾材、中間體制造等所有業(yè)務(wù)剝離給其新成立的公司 Invista 公司，同時(shí)杜邦公司和美國(guó)科氏工業(yè)集團(tuán)(Kochlndustries)公布協(xié)議，科氏旗下的 KOSA 子公司將出資 44 億美元現(xiàn)金購(gòu)買(mǎi)杜邦控股的 Invista 公司。 2020 年后，我國(guó)新投產(chǎn) 15 套 PTA 裝置，其中有 7 套采用 Invista 專(zhuān)利，采用 BPAmoco 專(zhuān)利技術(shù)的只有 3 套，而目前在建的 4 套 PTA 裝置有 2 套采用 Invista 專(zhuān)利 [2]。其主要特點(diǎn)有：采用反應(yīng) 脫水 2 段塔釜式反應(yīng)器，中溫氧化 (185℃ )，共沸精餾脫水回收溶劑及低壓蒸汽透平回收反應(yīng)熱等技術(shù)，工藝流程有其獨(dú)特之處。 EastmanLurgi 工藝 美國(guó) Eastman 公司于 1969 年獨(dú)立開(kāi)發(fā)了 PX 氧化和提純技術(shù)。反應(yīng)過(guò)程緩和，PX 和溶劑乙酸燃燒消耗低，因反應(yīng)釜內(nèi)壓力低，空壓機(jī)能耗低。 CTA 經(jīng)一系列工藝處理后進(jìn)人 3 臺(tái)串聯(lián)的后氧化器 (可稱(chēng)為熟化器 )：在較高的溫度下使它深度氧化和再結(jié)晶，去除 TA 中的 4CBA 和 PT 酸等雜質(zhì)。 Eastman 的 PTA 生產(chǎn)工藝由于省略了加氫精制 工段 ，代之以TA 的熟化 工段 ，得到的產(chǎn)品中 4CBA 含量高于一般的 PTA，稱(chēng)為 MTA(中純度對(duì)苯二甲酸 )， 2020 年后改名為 EPTA。 2020 年，魯奇公司獨(dú)家買(mǎi)斷Eastman 公司的專(zhuān)利技術(shù)，與 Eastman 公司及相關(guān)的公司合作，發(fā)揮魯奇工程公司的優(yōu)勢(shì)，以荷蘭鹿特丹的沃里丹 (Voridian)工廠為依托，不斷優(yōu)化完善 Eastman 的工藝技術(shù)。 2020 年 2月投產(chǎn)的浙江華聯(lián)三鑫一期 60 萬(wàn)噸 /年 PTA 裝置就是采用 EastmanLurgi 的工藝技術(shù)。該 PTA 裝置引進(jìn) Amoco 技術(shù)， 1976年 8 月開(kāi)工，經(jīng)過(guò)二十多年的穩(wěn)定生產(chǎn)，在消化吸收 Amoco 技術(shù)基礎(chǔ)上，通過(guò)不懈的努力，增加新的工藝步驟、改進(jìn)設(shè)計(jì)，不斷改進(jìn)技術(shù)，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)量、低能耗、優(yōu)質(zhì)和長(zhǎng)周期穩(wěn)定生產(chǎn)。雖然各專(zhuān)利商在工藝流程設(shè)計(jì)、能量利用方式等方面有所不同，對(duì)優(yōu)化的氧化條件認(rèn)識(shí)也有所區(qū)別。 氧化反應(yīng)主要工藝條件 項(xiàng)目 單位 BPAmoco Invista MPC Interquisa DOWINCA Eastman Lurgi 氧化反應(yīng)條件 ℃ 191 201 185 195 200 160 氧化反應(yīng)壓力 MPa Co/Mn 摩爾比 1： 2 1： 2 2： 1 1： 2~3 1： 2 Br/(Co+Mn) 摩爾比 1 ~ 1 北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2020屆 本科 生畢業(yè) 設(shè)計(jì) 17 改善加氫精制反應(yīng)條件 TA 加氫精制是一個(gè)氣－液－固三相反應(yīng)系統(tǒng)。但對(duì)苯二甲酸在水中的溶解度較小，要想提高反應(yīng)強(qiáng)度，又使操作經(jīng)濟(jì)合理，必須選擇合適的反應(yīng)溫度。例如 Amoco 公司將原有加氫反應(yīng)溫度 280℃提高到 288℃，進(jìn)料 TA 濃度由低于 26％增加至 31％； Invista 公司原有 加氫反應(yīng) CTA 濃度低于 28％，反應(yīng)溫度約為 280℃，通過(guò)增加 CTA 濃度至 30％，并提高反應(yīng)溫度至 286℃。在正常情況下，只抽出少量反應(yīng)母液進(jìn)行脫除雜質(zhì)的處理，就可維持系統(tǒng)總的副產(chǎn)物平衡，使得母液直接循環(huán)量大大提高。由于 PX 純度的提高， TA 單元產(chǎn)品 CTA 中 4－ CBA 和PT 酸含量降低，使得 PTA 單元的脫離子水循環(huán)率高，減少消耗 [1]。 節(jié)能改進(jìn) PTA 裝置有大量的低能級(jí)過(guò)程余熱，過(guò)去利用效率不高。 例如 Invista 專(zhuān)利氧化反應(yīng)熱的利 用，空壓機(jī)由蒸汽透平機(jī)和尾氣膨脹機(jī)共同驅(qū)動(dòng)。尾氣膨脹機(jī)主要利用氧化反應(yīng)器的排出廢氣，反應(yīng)尾氣經(jīng)接觸反應(yīng)燃燒器加熱后在尾氣膨脹機(jī)中膨脹 ,富余的能量送入到發(fā)電機(jī)發(fā)電。其次是加氫精制部分的閃蒸蒸汽，過(guò)去一直沒(méi)有直接有效利用。三井油化公司也把最后兩級(jí)結(jié)晶器的閃蒸蒸汽直接用于加熱加氫進(jìn)料。 優(yōu)化工藝、改進(jìn)設(shè)備 改進(jìn)氧化反應(yīng)器 氧化反應(yīng)屬動(dòng)力學(xué)控制，反應(yīng)主要發(fā)生在液相， 90％的反應(yīng)產(chǎn)物在反應(yīng)器內(nèi)已形成晶體，因此攪拌條件對(duì)控制 CTA 結(jié)晶形成及避免反應(yīng)器內(nèi)壁結(jié)垢十分重要。另外， Invista還改進(jìn)攪拌器的葉片曲線和角度，以保證良好的氣流攪動(dòng)及維持顆粒懸浮，從而大幅度提高了氧化反應(yīng)器效率。 Invista 公司新工藝取消了氧化反應(yīng)進(jìn)料混合罐，原料混合在管道中進(jìn)行，加氫反應(yīng)器材質(zhì)采用 304L 與低合金鋼的復(fù)合材料。 INCA 公司將 PTA 過(guò)濾機(jī)改為一道壓力離心機(jī)。 提高儀表控制水平 各公司分別采用 DCS 控制系統(tǒng)，將定期作業(yè)納入程序控 制，減少了手工操作；開(kāi)發(fā)單元操作控制軟件，保證工藝在優(yōu)化狀態(tài)下穩(wěn)定運(yùn)行；研制開(kāi)發(fā)滿足 PTA 工藝控制特殊需求的儀表等。 PTA 裝置單系列產(chǎn)能不斷擴(kuò)大 北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2020屆 本科 生畢業(yè) 設(shè)計(jì) 19 精對(duì)苯二甲酸裝置的建設(shè)在 90 年代處于一個(gè)較蓬勃發(fā)展?fàn)顟B(tài)，在世界范圍內(nèi)，大量的生產(chǎn)裝置建成、在建、正在設(shè)計(jì)或處于計(jì)劃當(dāng)中。 因此， PTA 裝置的大型化是一個(gè)必然趨勢(shì) [3]。主要 PTA專(zhuān)利商的工藝技術(shù)簡(jiǎn)介 詳見(jiàn) 0。 2 675177。 2 675177。 2 675177。 10 115177。 10 平均 100 90～ 100 100～ 140 北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2020屆 本科 生畢業(yè) 設(shè)計(jì) 24 工藝技術(shù)方案的選擇 鑒于 PTA 工藝技術(shù)復(fù)雜、設(shè)備材質(zhì)要求高、裝置生產(chǎn)規(guī)模大、專(zhuān)利控制嚴(yán)格，同時(shí)考慮佳龍一期年產(chǎn) 60 萬(wàn)噸 PTA 工程采用的是 INVISTA 技術(shù)，為加快工程進(jìn)度，經(jīng)與 INVISTA 公司交流、協(xié)商，二期工程擬繼續(xù)采用 INVISTA 公司專(zhuān)利技術(shù)。 工藝概述、流程及消耗定額 工藝概述 本裝置擬采用 INVISTA 公司生產(chǎn)精對(duì)苯二甲酸的工藝專(zhuān)利技術(shù)。下表是 INVISTA 公司自 1981 年以來(lái)技術(shù)轉(zhuǎn)讓情況一覽表 (其中轉(zhuǎn)讓給中國(guó)大陸的用加粗字體顯示 )。mica Suape 石化 巴西 蘇瓦佩 64 2020 Artenius 公司 葡萄牙 錫尼什 70 僅 FEED INVISTA 工藝近幾年主要有如下改進(jìn)： 單線設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力可達(dá)到 140t/h。 設(shè)計(jì)一個(gè)尾氣中間加熱器，以減少輔助燃料的使用。 反應(yīng)器頂部產(chǎn)生 VLP 蒸汽 。 增加一臺(tái)蒸汽發(fā)生器使得裝置額外產(chǎn)生 VLP 蒸汽，提高了通過(guò)蒸汽透平的發(fā)電量，降低了裝置的可變成本。 . 更大的氧化反應(yīng)器設(shè)計(jì) 。 加強(qiáng)了 熱聯(lián)合 優(yōu)化 設(shè)計(jì) 。 通過(guò)換熱器將熱量回收進(jìn)鍋爐給水，從而使裝置發(fā)電最大化，同時(shí)使得被循環(huán)冷卻北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2020屆 本科 生畢業(yè) 設(shè)計(jì) 26 水帶走的熱量最小化。 提高第一 CTA 結(jié)晶器壓力，可使得從第一 CTA 結(jié)晶器的放空氣直接在高壓吸收塔和 CCU 系統(tǒng)處理，不再需要放空氣壓縮機(jī)。另外，還可以小幅減少醋酸的用量。 通過(guò)改變 PTA 結(jié)晶器的操作條件和對(duì)預(yù)熱器的順序進(jìn)行重排，對(duì)精制單元的預(yù)熱系統(tǒng)重新進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，以達(dá)到盡可能減少高壓蒸汽用量的目的。 另外尾氣干燥系統(tǒng)增加了旁路，操作時(shí)可讓未處理的尾氣從旁路通過(guò)。 單級(jí)分離取代了原來(lái)兩級(jí)離心分離。每個(gè) RPF 中 的PTA 餅 通過(guò)一個(gè)旋轉(zhuǎn)閥進(jìn)入 PTA 干燥器，當(dāng) PTA 餅通