PTA與PET裝置質量聯(lián)動調優(yōu)措施淺析

徐銘浩，翟立國

(1.天津大學 化工學院，天津 300350；2.中國石化天津分公司，天津 300271)

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PTA與PET裝置質量聯(lián)動調優(yōu)措施淺析

徐銘浩1，翟立國2

(1.天津大學 化工學院，天津 300350；2.中國石化天津分公司，天津 300271)

針對精對苯二甲酸(PTA)裝置、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)裝置的生產(chǎn)工況，討論了PTA的色相b值、粒徑、灰分對PET產(chǎn)品質量的影響，提出了PTA裝置與PET裝置聯(lián)動調優(yōu)的控制中心值及措施。結果表明：生產(chǎn)過程中調整PTA裝置氧化單元、精制單元工藝參數(shù)，可將PTA的b值控制在0.5～1.1，PET產(chǎn)品b值控制在3.5～4.5； PTA的粒徑主要影響PTA/乙二醇的漿料性質和酯化反應速度，實際生產(chǎn)操作中可通過控制結晶器壓力、液位來調整PTA粒徑，以PTA平均粒徑175μm作為日常優(yōu)化中心值，PET產(chǎn)品的b值控制在3.5～4.5；控制粗對苯二甲酸中灰分含量小于25 mg/kg，可保證PTA灰分含量小于6 mg/kg，從而保證PET產(chǎn)品質量。

精對苯二甲酸 聚對苯二甲酸乙二醇酯 灰分 粒徑 色相

中國石化股份有限公司天津分公司化工部擁有精對苯二甲酸(PTA)裝置及聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)裝置。PTA裝置生產(chǎn)的產(chǎn)品是PET裝置的主要原料，兩套裝置的產(chǎn)品質量緊密聯(lián)系。在兩套裝置聯(lián)動運行中，上游PTA質量對下游PET產(chǎn)品質量的影響一直是生產(chǎn)質量控制的重點。作者根據(jù)生產(chǎn)實踐，分析了PTA產(chǎn)品b值、粒徑、灰分對PET產(chǎn)品質量的影響，實現(xiàn)了兩套裝置的聯(lián)動優(yōu)化運行和產(chǎn)品質量的提升。

1 PTA及PET生產(chǎn)裝置簡介

PTA裝置采用日本三井油化學株式會社專利技術，主要包括粗對苯二甲酸(CTA)和PTA兩個工藝單元，主要以對二甲苯(PX)為原料，以醋酸鈷、醋酸錳和四溴乙烷為催化劑生產(chǎn)PTA，原設計生產(chǎn)能力為250kt/a，經(jīng)過兩次擴產(chǎn)改造，現(xiàn)生產(chǎn)能力為340 kt/a。PET裝置引進德國吉瑪公司技術，分為14區(qū)、15區(qū)兩條生產(chǎn)線，采用五釜流程，以PTA和乙二醇(EG)為原料，連續(xù)生產(chǎn)PET熔體，單線設計生產(chǎn)能力為300 t/d，后經(jīng)過不斷完善操作、優(yōu)化工藝，目前PET裝置負荷可穩(wěn)定達到380 t/d。

2 PTA質量對PET產(chǎn)品質量的影響與控制

2.1 b值

b值是PTA產(chǎn)品的一個光學質量指標，反映PTA產(chǎn)品的黃色度，主要與PTA產(chǎn)品中的多環(huán)芳烴族黃色有機物有關[1-2]。PTA產(chǎn)品的b值與PET產(chǎn)品b值有直接的關系，原料PTA的b值升高，PET產(chǎn)品b值也會升高。生產(chǎn)中兩者對應值見表1。

表1 PTA色相b值對PET切片b值的影響

Tab.1 Effect of blue b value of PTA on b value of PET chip

PTA色相b值PET切片b值0．542．90．613．00．773．30．823．50．963．71．103．81．684．32．184．8

為降低PET產(chǎn)品b值，調整PTA裝置產(chǎn)出的PTA產(chǎn)品b值是一種有效手段。PTA產(chǎn)品b值與氧化單元、精制單元的工藝參數(shù)均有一定的相關性。氧化單元的主要影響因素有氧化反應溫度、尾氣氧含量、氧化反應停留時間等，主要表征參數(shù)用CTA的光透率來反映。根據(jù)美國AMOCO公司研究表明，CTA產(chǎn)品透光率增加5%，PTA產(chǎn)品b值下降4%。精制單元的主要影響因素是加氫反應壓力、反應負荷、鈀碳催化劑的應用周期等。實際生產(chǎn)中，PTA產(chǎn)品b值控制在0.5～1.1，PET產(chǎn)品b值控制在3.5～4.5。

2.2 粒徑

PTA粒徑的測定方法主要有振動篩和激光法兩種。振動篩測量的結果重復性較差，且只有幾個不同篩目的篩子；激光法能夠得到PTA的完整粒徑分布。生產(chǎn)實踐中發(fā)現(xiàn)，PTA平均粒徑與PET產(chǎn)品的b值有一定對應關系，見表2。PTA平均粒徑越小, PET的b值就越大，這是因為帶黃色基團的雜質與PTA共結晶并吸附在PTA顆粒表面所致, PTA顆粒越小,單位質量的PTA 表面積越大,吸附的帶黃色基團的雜質就越多,PTA的b值就越大，從而引起PET產(chǎn)品b值的升高。實際生產(chǎn)操作中可通過提高結晶器壓力、液位來提高PTA產(chǎn)品粒徑，以激光粒度儀分析方法為手段，控制平均粒徑175 μm(篩分法在140 μm)作為日常優(yōu)化中心值，波動范圍為±10 μm，得到的PET產(chǎn)品b值可控制在3.5～4.5。

表2 PTA平均粒徑對PET產(chǎn)品b值的影響

Tab.2 Effect of PTA average particle size on b value of PET

PTA平均粒徑/μmPET切片b值109．64．3122．84．4135．64．5168．74．2173．23．9174．94．0187．93．6207．23．9

PTA平均粒徑對PTA/EG漿料的漿成性和酯化反應速度有較大影響。PTA平均粒徑偏小時，在同樣的漿料摩爾比和溫度下，PTA/EG漿料黏度和密度增大，表現(xiàn)為漿料罐攪拌電流增大，漿料輸送難度增加；PTA，EG酯化反應時，若PTA粒徑小，則其比表面積大，與EG的接觸面積大，溶解、反應速度快，從而導致酯化轉化率提高，PET的聚合度下降，影響PET的黏度。生產(chǎn)實踐表明，當PTA平均粒徑由175 μm 降到95 μm時，酯化轉化率提高了1.2%，通過提高酯化反應溫度、PTA/EG摩爾比可有效實現(xiàn)PET聚合度的控制。PTA粒徑分布也是影響PTA/EG漿料性能的重要因素，若PTA的粒徑分布不均勻，則PTA在EG中溶解速度差別大，影響PET產(chǎn)品的質量穩(wěn)定性，實際生產(chǎn)中需要通過調整酯化溫度、PTA/EG摩爾比來進行控制。

2.3 灰分含量

灰分含量為PTA產(chǎn)品中不可燃燒的金屬等無機化合物含量之和，灰分含量過高會使PET生產(chǎn)中過濾器壽命縮短和噴絲板堵塞，從而增加PET裝置生產(chǎn)的運行成本與維修成本。

另外，灰分含量對PET產(chǎn)品色相也有很大的影響，當灰分中的特種金屬如鐵的含量大于GB/T 30921.1—2014規(guī)定的產(chǎn)品質量指標1 mg/kg時，將嚴重影響PET產(chǎn)品色相，這是因為鐵等金屬在PET的縮聚反應過程中是熔體降解反應的催化劑，鐵含量增多將使斷鏈逆反應加速，熔體黏度下降，副產(chǎn)物增多，影響PET產(chǎn)品色相，尤其是PET切片的b值升高。

生產(chǎn)中通過控制CTA中灰分含量小于25 mg/kg來保證PTA中灰分含量小于6 mg/kg，得到PET產(chǎn)品b值控制在3.5～4.5。控制手段有：降低氧化單元溴催化劑添加量，減少溴腐蝕；控制CTA的洗滌酸量與CTA質量比大于0.285，充分回收鈷錳催化劑；控制氧化單元干燥機TM-304出料溫度在142 ℃以上，保證CTA產(chǎn)品中的醋酸質量分數(shù)小于0.2%，減少PTA單元腐蝕。另外，PTA裝置的堿洗也會將鈉離子帶入產(chǎn)品，一般認為也是對聚酯裝置有較大影響的金屬雜質。

3 結論

a. 通過PTA及PET裝置的聯(lián)動調優(yōu)，可平穩(wěn)控制PTA產(chǎn)品b值、粒徑、灰分等指標，PET產(chǎn)品的b值控制有較大改善，PTA，PET產(chǎn)品質量均有所提高。

b. PTA裝置與PET裝置上下游緊密聯(lián)系，確定調優(yōu)方向后，通過工藝控制達到了質量控制的目標，兩套裝置聯(lián)動調優(yōu)效果明顯。

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Preliminary analysis of quality optimization linkage control of PTA and PET plants

Xu Minghao1, Zhai Liguo2

(1.SchoolofChemicalEngineeringandTechnology,TianjinUniversity,Tianjin300350; 2.SINOPECTianjinCompany,Tianjin300271)

The effects of the b value, particle size and ash content of purified terephthalic aicd (PTA) on the quality of polyethylene terephthalate (PET) were discussed based on the operation situation of PTA and PET plants. The set values and measures of the quality optimization linkage control were put forward for PTA and PET plants. The results showed that the b value of PTA and PET could be controlled as 0.5-1.1 and 3.5-4.5 respectively, by adjusting the process parameters of oxidation and refining units; the particle size of PTA dominantly affected the properties and esterification rate of PTA/ethylene glycol slurry, which could be adjusted by controlling crystallizer pressure and liquid level; the b value of PET could be controlled as 3.5-4.5 when the average particle size of PTA was decided as 175 μm for daily optimization; and the PET quality could be guaranteed when the ash content of PTA was controlled below 6 mg/kg by controlling the ash content of crude terephthalic acid below 25 mg/kg.

purified terephthalic acid; polyethylene terephthalate; ash content; particle size; hue

2016- 06- 08； 修改稿收到日期：2016-11- 09。

徐銘浩(1996—)，男，研究生，主要研究方向為化學工程。E-mail：dgqxmh2008@126.com。

TQ340.63

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1001- 0041(2016)06- 0068- 02