PTA技術國產化中的主要化學工程問題及其研究思路

曹雄志

摘 要：PTA技術即精對苯而計算制備技術，主要是將石油制成精對苯二甲酸。它是重要的有機原料之一，也是世界物資制作的重要原料。PTA被廣泛應用在國民生活的方方面面，在電子和輕工業方面也有涉及，是纖維和生產聚酯薄膜等塑料制品的原材料。因此PTA技術是國家非常重視的一項技術，本文就淺談PTA技術國產化中的主要化學工程問題及其研究思路。

關鍵詞：PTA技術 國產化 化學工程 問題及研究

現階段擁有PTA專利技術的國家主要有美國、英國和日本，我國引進了三個國家的專項技術，并且自PTA技術工藝的制備上有了很大的提升。PTA技術涉及的方面有很多，總的來說是就以二甲苯為原料，通過高溫氧化、精制分離所得到的粗對苯二甲酸，精對苯二甲酸主要是在反應未完成之前就將4-羚基苯甲酸轉化成甲基苯甲酸，然后除去精制分離即可得到精對苯二甲酸，這其中的化學反應操作流程要求精密，所以需要進行深入研究。

一、PTA國有化工業化學工程的問題和研究

（一）氧化反應器。從某種程度上說，養化反應器是PTA生產工藝的核心。在現階段所采用的氧化反應器的結構是三星攪拌釜式，能夠停留的時間有60分鐘到90分鐘之間，此外壓力是1.0到2.0之間，所反應的溫度是185到205度。當然，各大企業多引進的設備不僅相同，也有采用雙層槳形拌釜，還有的是采用攪拌釜并聯操作，也有的是三井技術，即塔板狀的釜式反應器。由于設備裝置不同，其所操作的條件也有著一定的出入。氧化反應器是PTA生產的核心，設計帶的知識產權領域和級別也比較高，包括催化劑和反應條件，擋板的配置和釜體的構造，一會攪拌器的尺寸結構和大小，都有專利覆蓋，因此對于氧化反應器的運行機理還不是很明確，需要進行大量的實驗進行摸索。

（二）高溫氧化特性和過程模擬化的研究。二甲苯的氧化是非常復雜的三相反應，也是強放熱氣液固的混合反應，涉及到化學的吸收以及液體轉化中一系列的固體結晶和傳熱傳質以及自由基的反應過程。因此，在實驗研究的過程中主要是分析三個方面：一是溫度和其他的反應的條件的問題;二是生產樣品的一個測試;三是如何在高溫高壓的條件下，保留樣品最真實的特性。為了能夠獲得比較真實且準確的動力學數據，為PTA國有化提供有力的數據支撐，我國企業已經建立比較完善的反應實驗裝置，并且開發出合理的實驗分析檢測技術，并且能夠控制反應的時間和條件，檢測反應中產生的物體。通過實驗所得，溫度和催化劑的影響對于反應的影響很大，此外尾氧濃度以及反應物濃度反應的影響也非常的大。

（三）產能集中、周期失控。由于專利法的約束，我國在PTA生產的過程中需要采取國外的專利專項技術，因此就需要額外的進行專利費用的繳納。但是由于我國花費了大量的資金，開發了成套的知識產權，這在一定程度上壓低了技術引進的成本，也減少了投資的金額，緩解了PTA產業的資金流動的困難局面。但同時也誘發了新的問題，由于在15年國內龍頭PTA企業浙江遠東石化和福建漳州騰龍以為各種各樣的事故導致停產，化工產業進行資本重組，形成了全新的PTA產品市場供應能力。然而由于目前PTA產地主要集中在南方的江蘇浙江和福建一帶，再加上我國強大的工業實力和龐大的人口資源，在短短的幾年時間接使得PTA產品的產能過剩，再加上產地比較集中，整個的生產體系的周期失控。

（四）過分進口，技術受限。從整體的產業鏈上來看，雖然我國已經研制出成套的設備，但仍然對PX有著非常嚴重的引進問題，從17年的進口數據來看，所進口的占總數量的一半以上。并且，由于國外的供應商和國內的商家有著穩定的、長期的合作關系，導致成為了國有企業的強力的競爭對手。相比較PTA技術來說，PX更容易形成對產業上游技術的壟斷，因此對于國有企業的中石化、中石油等是一個巨大的威脅，嚴重影響了國有企業的發展空間，并且，不完整的產業鏈本身的抵抗風險的能力不強，很容易受到產業環境的影響。

二、PTA技術國產化中的主要化學工程研究思路

（一）氧化反應器的結構優化。氧化反應器一種都是PTA技術重點和難點，也會是國有化的阻礙。在以往的研究中，由于缺乏對其反應機理的了解，也缺乏冷漠研究的一個基礎，因此在氧化反應器的研究和改進的過程中很難得到推進。但是隨著近些年來對動力學的研究和深入，并且在冷模的研究中也得到進展，因此對于氧化反應器的優化有了發展和研究的可能。我們在氧化反應器的結構優化中，可以采用新型攪拌槳的結構形狀來代替原有的攪拌器，代替的原則是符合動力學，并且要滿足其反應的速率和反應的溫度之間的運行控制，還要滿足氣液傳動，另外還要保證對于固體的懸浮不會有粘壁和堵塞的作用。除此之外，對于反應器另一個方面的優化就是設計構型的巨大化。氧化反應器結構的巨大化是一種發展趨勢，但是由于氧化反應器的特性，導致很難在增大體形后還能保持其原有的反應速率以及接受的能力，不僅僅是應為PX的氧化反應能力，還因為其單一反應器在放大后效率會極速下降。因此，針對這種情況，可以采取塔式反應器來進行優化措施，在放大氧化反應器體形的同時，會更以有利于氣液的傳質，也能夠提高轉化率和高收率，同時還能夠使溫度分布均勻，強化反應器的性能。

（二）催化劑的開發和優化。PTA現階段的主流工藝是以Amoco-MC為主的高溫氧化工藝，對于催化劑的構成主要是鈷、錳、溴三種元素構成，而且經過多年的運用，這一體系的催化劑已經使用的非常成熟，對于整體工藝的運行條件、催化劑的濃度、催化劑的數量以及催化劑運行的機理都有了比較完善的體系。所以很難在PTA工藝中尋找到新的催化劑使用系統。所以需要研究的是在Amoco-MC催化劑的反應體系中，尋找少量的其他化學元素來改善反應體系的性能。在我國目前的研究過程中，主要是以少量化學元素來優化原有的催化劑的性能，提高其化學反應的活性，并且降低催化劑的副作用。

（三）PTA成產工藝的集成優化。事實上，從我國PTA技術進行國產化開展工作以來，所遇到的化學上和設備上的難題已經逐步得到解決，這也就給生產工藝的集成化提供了便利的條件。所以在進行PTA生產技術的優化中，是從兩個方面進行研究的，一是從汽輪機到壓縮機再到氧化反應器，然后是尾氣膨脹機，通過這幾動力設備的集成控制，能夠有效的提升工作的效率。另一個方法是PTA全流程的計算機模擬，這種方法是比較常見的，計算機仿真技術為其提供了必要的條件。

結束語

PTA技術的國有化歸根結底是化學工程的問題，因此要研究在反應的過程中所有的化學變化，建立科學合理的實驗手段，并且進行模型化、信息化、系統化的集成優化。通過氧化反應器、催化劑等多方面的優化措施，來改善PTA生產工藝中的化學反應環境，進一步的提高生產的效率，并創新一項新的技術。

參考文獻

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