一、裝置簡(jiǎn)介
(一)裝置發(fā)展及類型
1．裝置發(fā)展
精對(duì)苯二甲酸(PYA)是關(guān)系到國(guó)民生計(jì)的衣用滌綸化纖聚酯產(chǎn)品的原料。目前在我國(guó)滌綸化纖因其品質(zhì)優(yōu)良，是化學(xué)纖維中的首選品種，它已占整個(gè)化纖產(chǎn)品的76％以上。近年來，在化學(xué)纖維中聚酯工業(yè)發(fā)展的速度最快，世界聚酯產(chǎn)量年增長(zhǎng)率約為8％左右。隨著聚酯應(yīng)用技術(shù)的不斷發(fā)展，近十年來聚酯用途不斷擴(kuò)大，已延伸到聚酯薄膜、聚酯瓶、工業(yè)用聚酯以及其他新聚酯產(chǎn)品等領(lǐng)域中，其中又以工業(yè)用聚酯發(fā)展更快。
根據(jù)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)分析，1999年，我國(guó)聚酯生產(chǎn)能力達(dá)398X104t／a，PTA的需求量為344X104t／a，而產(chǎn)量則為169．1?X104t／a，缺口達(dá)172．9X104t／a。2001年P(guān)YA進(jìn)口量達(dá)到311．7X104to 2001年國(guó)內(nèi)聚酯年生產(chǎn)能力已經(jīng)發(fā)展到700-800X104t／a，當(dāng)年產(chǎn)量已達(dá)611X104t，需PYA約531．6X104t，但國(guó)內(nèi)PYA生產(chǎn)能力(包括DMT應(yīng)算到PYA的產(chǎn)能)到2001年約為242．5X104t／a，當(dāng)年實(shí)際產(chǎn)量約為219．9X104t，PYA缺口達(dá)300X104t以上。通過對(duì)國(guó)內(nèi)PYA市場(chǎng)需求的分析預(yù)測(cè)，到2005年底我國(guó)PYA市場(chǎng)需求將達(dá)到597—699X104t／a。
2。生產(chǎn)工藝路線
精對(duì)苯二甲酸(PYA)是生產(chǎn)聚酯(PET)的重要化工原料，當(dāng)前主要的工藝路線有二條。一種是二甲苯(PX)合并氧化合并酯化生產(chǎn)工藝(也叫DMT法)。另一種是對(duì)二甲苯(PX)直接氧化法(即DM法)生產(chǎn)工藝，它是以美國(guó)BP—Amoco公司、美國(guó)DuPont—ICI公司和日本三井油化公司為代表的中溫氧化，加氫精制生產(chǎn)PTA的工藝技術(shù)。我國(guó)較為先進(jìn)的已建成投產(chǎn)的PYA裝置(如揚(yáng)子石化)多采用Amoco公司(現(xiàn)為英國(guó)BP公司)工藝技術(shù)。并對(duì)經(jīng)過對(duì)BP、DuPont、三井油化三家公司技術(shù)方案從技術(shù)路線、產(chǎn)品質(zhì)量、原材料單耗、催化劑回收、公用工程單耗以及最為關(guān)鍵單臺(tái)氧化反應(yīng)器設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力和設(shè)備投資狀況進(jìn)行反復(fù)的技術(shù)優(yōu)化，同時(shí)結(jié)合70年代我國(guó)引進(jìn)PTA裝置30年來的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，在引進(jìn)、消化、吸收上所取得的成就(特別是揚(yáng)子石化)基礎(chǔ)上，成功地對(duì)老裝置進(jìn)行大膽的革新、改造，使裝置生產(chǎn)能力由原來的45X104t／a增加到60X104t／a(目前可達(dá)70X104t／a產(chǎn)量)。能耗由原來的469kg標(biāo)油降低到339kg標(biāo)油，最低可達(dá)290—300kg標(biāo)油。通過革新創(chuàng)造已形成了許多自己獨(dú)有的PYA生產(chǎn)技術(shù)，目前已有4項(xiàng)技術(shù)成果獲得專利授予權(quán)，5項(xiàng)技術(shù)成果正在申請(qǐng)專利，形成14項(xiàng)之多的專有技術(shù)。這里重點(diǎn)以對(duì)二甲苯(PX)直接氧化法(即DM法)生產(chǎn)工藝做進(jìn)一步詳細(xì)論述。
(二)反應(yīng)原理及特點(diǎn)
1．反應(yīng)原理
采用直接氧化法生產(chǎn)PYA的工藝原理是在氧化單元中以對(duì)二甲苯(PX)為原料、醋酸為溶劑、以醋酸鈷、醋酸錳為催化劑、溴化氫為促進(jìn)劑，在一定的溫度和壓力條件下(如DuPont為201吧、1．5MPa)在反應(yīng)器內(nèi)與氧反應(yīng)生成粗對(duì)苯二甲酸(PYA)，反應(yīng)過程為劇烈的放熱反應(yīng)。
精制單元采用加氫還原法除去反應(yīng)副產(chǎn)物。加氫反應(yīng)在正常操作溫度288℃，操作壓力8．2—8．8MPa(表)條件下，在碳鈀催化劑的作用下，將TA中的對(duì)羧基苯甲醛(4—CBA)等雜質(zhì)還原成易溶于水的PT酸(POL)。最終產(chǎn)品為精對(duì)苯二甲酸(PTA)。
2．反應(yīng)的特點(diǎn)
通過對(duì)BP、DuPont、三井油化三家工藝技術(shù)比較，其中精制技術(shù)比較接近，裝置采用國(guó)產(chǎn)化精制技術(shù)與三家公司的精制技術(shù)基本相同。而將引進(jìn)的國(guó)外氧化技術(shù)BP與DuPom比較接近，差別只在氧化反應(yīng)的操作條件，并與三井油化氧化工藝是稍低的反應(yīng)操作溫度和操作壓力，不設(shè)結(jié)晶器等有較大的差異。工藝技術(shù)、設(shè)備基本上是以DuPont公司的技術(shù)路線為主，其主要的技術(shù)特點(diǎn)是：
(1)單臺(tái)氧化反應(yīng)器節(jié)約投資，能耗降低，占地面積小。
(2)溶劑回收采用共沸精餾，在回收醋酸的精餾塔中加入共沸劑醋酸正丁酯，它和水形成共沸物從塔頂流出，采用此法可以降低回流比，減少塔板數(shù)和直徑，大大降低了能耗和設(shè)備投資。
(3)設(shè)置催化劑回收系統(tǒng)，可回收催化劑水溶液中部分鈷、錳，經(jīng)濃縮后返回氧化反應(yīng)器，回收后的殘?jiān)龠\(yùn)出工廠處理。
(4)加氫精制部分不設(shè)熱媒加熱爐，用結(jié)晶器和外供高壓蒸汽加熱進(jìn)料預(yù)熱器。
(5)工藝流程簡(jiǎn)單，反應(yīng)快，設(shè)備效率高。
(6)產(chǎn)品收率高。
(7)產(chǎn)品純度高，且消耗較低。
(8)由于反應(yīng)溶劑為醋酸，且以溴為助催化劑，因此物料的腐蝕性強(qiáng)，使得設(shè)備與管材的選材材質(zhì)高。
(三)裝置單元組成與工藝流程
1．裝置單元的組成
PTA裝置主要由氧化單元、精制單元、包裝、公用工程和輔助設(shè)施等四部分組成。
(1)氧化單元：主要包括空氣壓縮、進(jìn)料準(zhǔn)備、氧化反應(yīng)、結(jié)晶、過濾分離、干燥、溶劑回收等。
(2)精制單元：主要包括漿料制備、加氫反應(yīng)、PTA結(jié)晶、分離過濾、干燥和產(chǎn)品輸送等。
(3)輔助設(shè)施：主要包括控制室、變配電所、MCC、化驗(yàn)室、原料及化工原料中間罐區(qū)、成品包裝。
(4)公用工程：主要為供電、供氣、供風(fēng)、供水等，如高低壓蒸汽系統(tǒng)、循環(huán)水、冷凝水、脫鹽水、工藝排水、污水預(yù)處理以及氫氣站、氮?dú)狻x表風(fēng)、雜用風(fēng)等。
