PTA工艺概况课件.ppt

PTA工艺概况高级技师培训,PTA工艺概况,化工厂丁家海2011.3.22,2019/12/19,2,目录,PTA现状PTA生产工艺简介扬子石化PTA一/二装置简介扬子石化PTA三装置简介压力过滤机介绍PTA技术发展趋势,2019/12/19,3,PTA产品用途介绍,精对苯二甲酸（PTA)英文名Pureterephthalicacid，分子式C6H4(COOH)2PTA是重要的大宗有机原料之一，广泛用于与化学纤维、轻工、电子、建筑等国民经济的各个方面。同时，PTA的应用又比较集中，世界上90%以上的PTA用于生产聚对苯二甲酸乙二醇酯(简称聚酯，PET)。生产1吨PET需要0.850.86吨的PTA和0.33-0.34吨的MEG（乙二醇）。聚酯包括纤维切片、聚酯纤维、瓶用切片和薄膜切片。国内市场中，有75的PTA用于生产聚酯纤维；20用于生产瓶级聚酯，主要应用于各种饮料尤其是碳酸饮料的包装；5用于膜级聚酯，主要应用于包装材料、胶片和磁带。可见，PTA的下游延伸产品主要是聚酯纤维(俗称涤纶)。,2019/12/19,4,高速发展的中国PTA产业,20世纪70年代中期以来，我国PTA工业从无到有，得到了飞速发展。尤其是近几年来，由于需求的急剧增加，我国PTA产能迅速增长，新建装置不断投产，单套装置产能亦不断扩大，我国成为世界最大PTA生产国和消费国。据国家工业和信息化部有关负责人提供的数据显示，2008年，我国PTA能力、产量分别达到1210万吨、1150万吨，占世界总能力的26.7%、22.8%，均居全球第一。从2003年到2008年，6年间我国PTA产能和产量分别增长2.9倍，年均增长率分别为20.3%、19.2%，远高于同期经济增速。,2019/12/19,5,高速发展的中国PTA产业,回顾中国PTA产业发展史，近3年的PTA产业发展十分迅猛。纺织品配额在2005年取消后，PTA需求量随之激增，造成国内各地纷纷投资新的PTA生产线。自2005年年底，中国的PTA产能增至589.5万吨，一举超越韩国、台湾地区以及美国，成为世界第一PTA生产国；2006年年初开始即有上海亚东、翔鹭石化、三鑫石化、扬子石化45万吨装置在年中之前先后投产，当年中国PTA总产能达到870万吨左右；,2019/12/19,6,高速发展的中国PTA产业,至2007年年初有宁波三菱、宁波逸盛两套各60万吨装置投产，4月再有辽化60万吨新产能投产；至2007年年底中国的PTA产能已经达到1040万吨；2008年国内有BP珠海90万吨和台化宁波8090万吨PTA投产，中国PTA产能达到历史性的1210万吨。也就是说，中国PTA从2005年到2008年3年间产能增加了一倍多。,2019/12/19,7,高速发展的中国PTA产业,中国PTA产能已经完全占据全球老大的地位，目前中国PTA产能占全球PTA产能的1/4，亚洲PTA产能的1/3。目前我国PTA生产能力主要集中于消费中心和原料接卸条件较好的地区，如福建、浙江、江苏以及山东和大连的沿海一带，地理位置上的优势，使得这些地区形成中国PTA产业的“黄金带”。2010年浙江省PTA产能将占全国总产能的30%，成为我国最大的PTA生产基地,2019/12/19,8,高速发展的中国PTA产业,PTA行业概况(2010年)中国大陆目前有PTA生产企业18家；2009年底产能1487万吨，占全球产能31%；2009年产量1195.84万吨；2009年进口量625.68万吨；2009年PTA消费量约1821.39万吨；2009年PTA国产化自给率65.66%。,2019/12/19,9,高速发展的中国PTA产业,中国大陆PTA投资规模和产能预测2010年投产和在建的PTA装置产能：福建佳龙石化有限公司60万吨/年江阴汉邦石化有限公司75万吨/年江阴三房巷120万吨/年浙江桐昆100万吨/年逸盛大化改造75万吨/年逸盛二期工程200万吨/年大连长兴岛（恒力）200万吨/年,2019/12/19,10,高速发展的中国PTA产业,其它拟建PTA装置产能厦门翔鹭石化有限公司50万吨/年仪征化纤3#100万吨/年海南逸盛石化（洋浦）200万吨/年中石油乌鲁木齐分公司100万吨/年江阴汉邦二期125万吨/年福建佳龙二期工程110万吨/年大连长兴岛（恒力）二期工程200万吨/年四川南充120万吨/年,2019/12/19,11,高速发展的中国PTA产业,中国大陆PTA现有产能和产能预测现有产能：1547万吨/年现有在建：2317万吨/年现有在建拟建：3302万吨/年以上产能将在2014年下半年实现预测到2013年底，中国大陆PTA产能将达到3000万吨/年,2019/12/19,12,高速发展的中国PTA产业,2009年中国大陆PTA技术进步情况最先进的技术经济指标综合能耗：90kg标油/tPTA（宁波逸盛）PX消耗：654kg/tPTA醋酸消耗：36kg/tPTA（大连大化）最大的产能和装置规模最大规模氧化反应器：90万吨/年（珠海BP）最大规模PTA生产线165万吨/年（厦门翔鹭）最大PTA单一产地：180万吨/年（浙江远东石化）,2019/12/19,13,高速发展的中国PTA产业,国产化成套技术工业化应用大连逸盛大化：基本技术内涵是国产化技术重庆蓬威石化：采用中纺院成套技术，对于部分技术内容的独立性存在异议，但总体国产化技术的工业化应用是成功的。,2019/12/19,14,高速发展的中国PTA产业,中国大陆PTA行业未来展望:有3年相对稳定的市场环境技术进步的速度加快国产化装置越来越多装置规模越来越大，从传统的60-70万吨/年跃升到200-220万吨/年装置的物耗能耗指标进一步降低个别PTA装置考虑转产PIA。,2019/12/19,15,高速发展的中国PTA产业,全球PTA发展预测:,2019/12/19,16,高速发展的中国PTA产业,我国PTA产业发展的制约三要素首先，我国PTA应用领域范围还比较窄，尚需开发。PTA是一种用途相对单一的化工中间产品，主要用于生产纤维用聚酯。从国际上聚酯产品消费结果分析，近十多年以来，纤维用聚酯的PTA消费量约占2/3左右，非纤维聚酯占1/3，而我国PTA几乎全部用于生产涤纶用聚酯。其次，我国推进的本土化PTA技术均为传统工艺，在生产流程、能源消耗以及环境保护等方面，与世界领先水平相比，仍然存在着一定的差距。第三，原料因素已成为制约我国PTA产业发展的桎梏。尽管国内PTA生产能力快速发展，但其原料PX发展相对滞后。,2019/12/19,17,PTA生产方法与基本原理,PTA生产工艺都是以对二甲苯（PX）为原料，以钴、锰、溴为三元催化剂，以醋酸作溶剂，在一定的温度和压力下用空气氧化制得对苯二甲酸（TA）浆料，经结晶、分离和干燥后得到TA粉料，再经加氢精制、结晶、分离、干燥后得到PTA粉料。,2019/12/19,18,PTA生产方法与基本原理,粗对苯二甲酸(TA)生产方法与基本原理,以高纯度对二甲苯(PX)为原料，醋酸为溶剂，醋酸钴和醋酸锰为催化剂，四溴乙烷或氢溴酸为促进剂进行空气催化氧化，经结晶分离干燥，得到粗对苯二甲酸(TA)。其反应方程式如下：,分步反应方程式如下：,2019/12/19,19,PTA生产方法与基本原理,精对苯二甲酸(PTA)生产方法与基本原理,粗对苯二甲酸中的主要杂质为4-CBA，采用4-CBA的加氢还原反应原理，在高温高压下，通过钯炭催化剂的作用进行加氢还原，使4-CBA转化为易溶于水的对甲基苯甲酸(PT酸)。在加氢反应过程中，其它有机杂质同时被还原。加氢还原反应的化学反应方程式表示如下：,2019/12/19,20,技术来源,当前世界上最主要的PTA技术专利商：BP（原Amoco）INVISTA（原属ICI，后归Dupont，再独立为INVISTA）Mitsui（三井化学）其他还有：Mitsubishi（三菱化学）DawChemical（原属INCA，后被Daw并购）Eastman（生产EPTA）其中以BP、INVISTA生产技术的市场占有率为最高。,2019/12/19,21,国内技术现状,我国近年来研发加速，其中以中纺院开发的国产化装置已经在重庆投产和在三房巷建设,2019/12/19,22,代表性PTA生产技术的主要氧化参数比较,2019/12/19,23,PTA的生产工艺为阿莫科公司率先开发，1999年BP收购了Amoco，其PTA生产工艺相应改称BP-Amoco工艺。主要工艺为以对二甲苯（PX）为原料，以钴、锰、溴为三元催化剂，以醋酸作溶剂，在一定的温度和压力下用空气氧化制得对苯二甲酸（TA）浆料，经结晶、分离和干燥后得到TA粉料，再经加氢精制、结晶、分离、干燥后得到PTA粉料。BP-Amoco采用高温氧化，高速大功率搅拌，对氧化反应器的放大，采用了渐进的做法，BP曾用三台7.5万吨氧化反应器并联生产22.5万吨/年PTA，用二台22.5万吨氧化反应器并联生产45万吨/年PTA。,PTA工艺技术简介,2019/12/19,24,PTA工艺技术简介,Invista工艺，即原DuPont-ICI工艺，ICI（帝国化学）差不多与Amoco公司同时将PX高温氧化技术投入生产，1980年才由于技术上独创而获得专利权。Invista也采用高温氧化和高速大功率搅拌，装置的工程规模提升模式为15万吨/年、20（25）万吨/年、35（40）万吨/年和50万吨/年。目前Invista氧化反应器体积已达500m3，PTA产量达到60万吨/年以上。,2019/12/19,25,PTA工艺技术简介,20世纪70年代初，日本三井油化公司引进Amoco公司技术后，在此工艺基础研究开发了三井-Amoco技术。其主要特点有：采用反应-脱水2段塔釜式反应器，中温氧化（185），较高的钴锰比，共沸精馏脱水回收溶剂及低压蒸汽透平回收反应热等技术三井油化工艺由于其氧化反应器的操作和设计压力均低于Amoco和Invista工艺，采用鼓泡塔反应器，低速防沉淀搅拌。,2019/12/19,26,PTA工艺技术简介,伊士曼/鲁奇EPTA工艺技术主要由氧化单元、粗对苯二甲酸(CTA)分离单元、后氧化单元、EPTA分离单元以及催化剂回收单元五大部分组成，省去了加氢精制工序，能节约大量的投资成本和操作费用。主要特点是采用鼓泡塔反应器，不用搅拌桨，反应温度低(155165),压力小(0.56Mpa),因取消了精制单元，增加了后氧化反应单元，以生产中纯度PTA，即EPTA。反应过程缓和，PX和醋酸燃烧消耗低，因反应釜内压力低，空压机能耗低。Eastman生产工艺技术对氧化后的CTA后处理与Amoco有很大的不同。CTA经后氧化器(可称为熟化器)，在较高的温度下深度氧化和再结晶，去除TA中的4-CBA和P-TA等杂质。结晶、过滤、干燥后，得到EPTA。,扬子石化化工厂PTA装置简介,2019/12/19,28,装置产能,扬子PTA装置共有三条PTA生产线；PTA1#/2#线分别于1989/1990年投产，原设计单线生产能力为22.5万吨/年，经扩容改造后单线能力达35万吨/年；PTA3#线于2006年11月投产，设计能力53万吨/年，2009年达到67万吨/年。,2019/12/19,29,扬子PTA产量及国内PTA消费量,2019/12/19,30,PTA一/二装置介绍,扬子石化1#PTA和2#PTA装置于1978年引进美国Amoco专利技术，由于国民经济调整，于1989年9月投产，单条线22.5万吨/年。引进时采用高温液相氧化技术，基建时改进为中温氧化技术。,2019/12/19,31,PTA一/二装置介绍,19951997年在装置主流程不变、主要设备不变的情况下，通过消除装置“瓶颈”，将PTA装置生产能力由45万吨/年提高到60万吨/年，并在1997年当年产量达到61.45万吨。2005年产量为734778吨，创历史最高，当时正逢PTA价格高峰，扩产投资在短期内就已回收，取得了明显的经济利益,2019/12/19,32,PTA一/二装置工艺特点,空压机组配置为单轴多级离心压缩机、高压蒸汽透平（10.3MPa)、低温尾气膨胀透平；氧化反应器三台并联操作,单台体积95M3，顶部采用三级气相冷凝，一级回收低压蒸汽（0.53MPa)，二、三级用循环水冷却；溶剂脱水采用普通精馏，塔顶废水含酸高，蒸汽消耗高；,2019/12/19,33,可编辑,2019/12/19,34,PTA一/二装置扩能改造,氧化空压机组改造采用增压扩容技术，在空压机空气入口处增加增压机，使空压机最大供气能力提高了近60%。HT-400/401塔改造采用一条线将塔更新增大、换下旧塔搬至另一线与旧塔并联操作的方式，两条生产线分别更新了HT-400、HT-401塔。改造过程中充分利用了原有设备。,2019/12/19,35,PTA一/二装置扩能改造,氧化干燥机系统改造。精制干燥机系统改造由原制造厂日本TSK负责，采用增加干燥机转速，修改内部构造的方式，使干燥机能力由30t/h提高到45t/h。两条生产线有所区别，1#线增设了一台能力较大的国产化干燥机（国内第一台）以及相应的螺旋输送及风送系统；2#线利用一线换下的干燥机同原干燥机并联操作，并对螺旋输送及风送系统作了相应改造。,2019/12/19,36,PTA一/二装置扩能改造,精制加氢预热系统改造采用精制结晶器闪蒸蒸汽回收加热工艺，充分利用闪蒸蒸汽来加热精制反应浆料，回收能量。同时对该系统的输送设备进行了相应的扩容。精制常压离心机改造，采用国产化技术把原流程的常压离心分离改造成真空过滤分离（国内首创），改造后两条线能力都达到45t/h以上。,2019/12/19,37,PTA一/二装置扩能改造,DCS改造。仪表控制系统改造采用HoneywellTDC-3000控制系统，替换原Spec-200模拟仪表。,2019/12/19,38,PTA一/二装置新一轮节能改造,两条线在“九五”期间（9597年）完成了第一轮扩能改造，经过多年的摸索和技术改进，装置实际产能已经达到72万吨/年（大修年68万吨/年）。但由于装置引进较早，技术落后，主要技术经济指标与当前同类装置相比差距较大，主要表现在能耗和物耗高，已影响到我公司PTA的市场竞争能力。公司将于2011年10月份将对老装置进行技能改造。,2019/12/19,39,PTA一/二装置与三装置2010年指标对比,2019/12/19,40,PTA一/二装置节能改造,空压机组：两条线采用两台同样的压缩机组；空气压缩机采用蒸汽轮机和尾气膨胀机联合驱动，4级压缩；膨胀机采用2级膨胀；蒸汽轮机使用两个等级的蒸汽(0.5MPaG/0.21MPaG)。（开车期间或蒸气不足时，补充1.4MPaG蒸气）。,2019/12/19,41,PTA一/二装置节能改造,氧化反应系统,2019/12/19,42,PTA一/二装置新一轮改造,氧化结晶系统,PTA一线/二线均保留原第二、第三结晶器不作改造，第一结晶器气相增加回收0.24MPaG蒸汽。为配合三台小氧化反应器的降温操作，需增加二次氧化的效果，对原第一结晶器搅拌机进行改造。,溶剂脱水系统,共沸精馏改造,2019/12/19,43,PTA一/二装置节能改造,尾气处理单元,采用先进的尾气处理技术（低压催化燃烧法），对两条生产线的活性炭单元进行改造。,溶剂回收系统,常压吸收塔HT-603：（1）在水洗段增加一段填料，增加分离效果，减少醋酸的损失；（2）增加酸洗段，用来回收醋酸甲酯；（3）配置相应泵及冷却器。,蒸汽凝液系统,增加发生0.24MPaG蒸汽的中间罐，同时凝液处理系统增加除氧系统。,2019/12/19,44,PTA一/二装置节能改造,改造目标：装置能耗：降至145kg标油/tPTA。装置物耗：醋酸消耗降至42kg/tPTA。PX消耗降至656kg/tPTA。,2019/12/19,45,PTA三装置概况,由于PTA行业的高额利润，导致大批合资及民营企业进入PTA领域，在国内建设PTA工厂。新建PTA工厂技术领先，装置产能大，扬子PTA的市场竞争力大为下降，为了提高扬子PTA的市场竞争力，夺回曾经的市场地位，2000年公司决定再建一条PTA生产线；2000年3月,公司确定PTA改造项目启动；2000年4月，向集团公司送交改造项目建议书；,2019/12/19,46,PTA三装置概况,2001年7月项目建议书得到了原国家经贸委批复；2002年10月项目环评报告获得国家环保总局批复；2004年2月13日国务院批复可行性研究报告；2004年3月12日INVISTA工艺包引进商务合同签字；2004年3月22日项目正式启动；2006年11月18日投料开车一次开车成功。,2019/12/19,47,PTA三装置概况,PTA三装置依托现有装置及公用工程配套设施，采用英国INVISTA专利技术和工艺包，由中国石化工程建设公司(SEI)、上海工程建设有限公司(SSEC)和扬子石油化工设计工程有限责任公司(YPDI)分别承担装置氧化单元和精制单元及外围配套工程的基础设计和详细设计。,2019/12/19,48,空压机组工艺特点,空压机组为压缩机、蒸汽透平、尾气透平、电机、四机一体；压缩机为多轴式离心压缩机，6级压缩，出口压力1.825MPa(A)（1605），设置4级中间冷却器；蒸汽透平为低温透平，采用装置副产的三种等级蒸汽驱动；尾透为高温膨胀透平，尾气入口温度450-510，三级膨胀；采用同步电机调速，开车时作为驱动电机，装置正常生产时可发电；,2019/12/19,49,空压机组流程简图,2019/12/19,50,工艺改进点,设有催化燃烧处理系统（HPCCU），尾透改用高温透平，既增加了能量回收，又降低了尾气中的有机物总量，以符合当今更加严格的环保要求。氧化单元增加了结晶器排气压缩机3C-438，将第一结晶器的尾气压缩到反应器尾气中，不仅回收了能量，改善了环境性能，又能减少不凝尾气对脱水塔的影响，提高脱水塔的分离效率。溶剂脱水改为共沸精馏，大大降低蒸汽的消耗。设计了完善的脱水塔冷凝控制系统，确保了醋酸甲酯的有效回收，降低了装置的醋酸单耗。氧化单元不设置氧化反应器的配料系统和溶剂脱水塔的醋酸缓冲罐，简化了流程，节省了投资。,2019/12/19,51,工艺改进点,氧化单元反应器出料及结晶器配备了溶剂冲洗稀释系统，确保结晶器间物料管线不易堵塞，同时降低了偏苯三酸锰的含量，改善了产品质量。增加了安全阀排放洗涤塔3D-840，经安全阀、防爆膜排放的气体集中洗涤排放，增加安全性,防止污染环境。蒸汽透平改用低压蒸汽透平，在正常生产时，驱动蒸汽来自装置自产的0.35/0.2/0.01MPa的蒸汽，大幅降低了装置能耗。空压机组中设置电动机/发电机，在装置正常运行时，可以向外发电，使装置能耗进一步降低。,2019/12/19,52,工艺改进点,增加了催化剂回收系统（CRU），将氧化抽出母液中的催化剂和TA进行回收，既降低了催化剂和PX的单耗，又能延长溶剂汽提塔的操作周期。氧化料仓除尘采用3F-1202喷淋洗涤、3M-1202除尘系统，用来回收排气中夹带的TA粉尘。精制预热系统采用闪蒸蒸汽(通过3H-1217)和凝液(3E-1218的凝液)直接注入浆料中，提高了能源的回收利用。加氢反应器集溶解与反应段于一体，取消了溶解罐，缩短了工艺流程，减少了投资。,2019/12/19,53,工艺改进点,精制结晶器物料采用侧出侧进方式，并利用高压凝液进行自动冲洗，减少了管道的堵塞。精制单元高速泵采用卧式圣达因泵，产品分离采用卧式压力离心机，提高了单台设备的处理能力，节约了投资。装置多处设置了机械联锁阀，避免人为操作失误，使装置更加稳定和安全。本装置在催化剂回收、蒸汽回收、惰性气体的利用上考虑了和老装置的整合，使工厂PTA三套装置在物耗、能耗、安全等方面达到新的水平。,2019/12/19,54,装置评价,设备运行平稳，性能稳定；装置通过性能测试，全部达到设计指标；公用工程依托原有设施，进行改扩建，经考核，各项指标均达到设计要求；工程质量优良，能够满足安、稳、长、满、优生产的需要。目前装置维持115%负荷稳定运行，月产量达到59751吨，PX单耗655.78kg/tPTA，HAC单耗40.62kg/tPTA，综合能耗114.3kg标油/tPTA。2008/2009年在总部同类装置竞赛中排名第一。,2019/12/19,55,PTA压力过滤技术,2019/12/19,56,原分离工艺流程,我厂从国外引进的PTA生产装置是七十年代末八十年代初Amoco专利技术，该装置在精制部分的主要单元有：高温加氢、结晶、二级分离、母固回收和干燥单元。分离单元第一级为压力离心分离，浆料从结晶器出来进入压力离心机，温度在150左右，压力在0.4Mpa左右，进行压力离心分离，浆料中的杂质（主要是PT酸等）随母液进入母固系统，滤饼进入再打浆罐进行第二级分离。第二级分离为真空过滤分离，得到的滤饼进入干燥机。,2