PTA裝置和工藝流程

李 明，馬 強(qiáng)

（盤錦市應(yīng)急管理事務(wù)服務(wù)中心，遼寧盤錦 124001）

1 PTA產(chǎn)品介紹

PTA 中文名為精對苯二甲酸,常溫常壓下為白色的晶體。其特性是無毒無味，是重要的大宗化工原料。PTA 的加工產(chǎn)物可以加工成長絲、短纖維、薄膜等。長絲能夠制作成船舶纜繩、傘繩。短纖維是制作布料的原料。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，用PTA 為原料的高科技產(chǎn)品越來越多，不僅應(yīng)用于食品的包裝，而且在醫(yī)藥化妝品等非食品包裝中也有廣闊的前景。

2 PTA的工藝流程及原理

2.1 PTA生產(chǎn)的原理

二甲苯是生產(chǎn)精對二甲苯酸的原料，在催化劑Co-Mn-Br的作用下和特定的溫度中發(fā)生液相氧化反應(yīng)，產(chǎn)生粗對苯二甲酸,再加氫生產(chǎn)高純度的精對二甲苯酸。

2.2 二甲苯的氧化反應(yīng)

（1）將二甲苯氧化轉(zhuǎn)化生成粗對二甲酸的轉(zhuǎn)化率比較高，可以達(dá)到96%～97%。醋酸作為二甲苯的溶解液，醋酸錳、醋酸鈷是這個(gè)反應(yīng)的催化劑。四溴乙烷是二甲苯和空氣進(jìn)行催化氧化反應(yīng)的促進(jìn)劑。再通過結(jié)晶分離以及干燥，從而生成粗對苯二甲酸。

3 PTA的工業(yè)化生產(chǎn)方法

PTA 產(chǎn)生的工藝基本為兩步法：①氧化，通過空氣和對二甲苯發(fā)生氧化反應(yīng)生成粗對二苯甲酸。②在高溫高壓下把粗對二苯甲酸溶解在除鹽水中，在催化劑作用下，加氫除去其中的雜質(zhì)，產(chǎn)生PTA。

3.1 氧化工藝簡介

使用MPC 專用的液相催化氧化對二甲苯的工藝，TA 單元主要是通過預(yù)備進(jìn)料、分離、氧化以及干燥和回收這4個(gè)步驟來完成的。基本的工藝流程是PX、溶劑、醋酸錳和醋酸鈷催化劑以及TBE 助催化劑同時(shí)進(jìn)到氧化反應(yīng)器，空氣和氧氣的混合氣體載流量控制下進(jìn)入到反應(yīng)器的底部，同時(shí)氧分析儀監(jiān)視排氣中氧的濃度。

反應(yīng)塔底部的生成物能夠連續(xù)排入漿料罐TD-203，同時(shí)底部有減壓裝置能夠減壓至常壓狀態(tài)。通過降壓和閃蒸來實(shí)現(xiàn)沉淀出TA，把漿液打至離心機(jī)TM-300，分離出來的濾餅流入再打漿液罐TD300后送到螺旋真空過濾機(jī)TM301。事TA和母液分離，母液再進(jìn)入系統(tǒng)中變成反應(yīng)溶劑。TA 濾餅進(jìn)入干燥機(jī)TM304內(nèi)干燥后得到CTA，利用反應(yīng)的排氣或者氮?dú)馑偷搅蟼}TTK-400中。

3.2 結(jié)晶

系統(tǒng)一般有三個(gè)串聯(lián)的結(jié)晶器，用途是：二次氧化降壓，進(jìn)一步的結(jié)晶、把不飽和蒸汽的水分去除。結(jié)晶的操作條件是：HD401 保證壓力在1MPa，溫度在187℃，停留時(shí)間25min；HD402保證壓力在0.3MPa，溫度在158℃，停留時(shí)間25min；HD403保證壓力0.055MPa，溫度92℃，停留時(shí)間30min；現(xiàn)實(shí)中只有很小一部分TA 從結(jié)晶器中分離出來，因?yàn)樵显诮Y(jié)晶器中壓力降低把水和溶劑進(jìn)一步蒸發(fā)，從HD403排出的TA原料濃度達(dá)到43%。為了讓原料中還沒有氧化的中間產(chǎn)物進(jìn)一步氧化，增加TA 的回收率。將HD401通入很少的空氣使其二次氧化，流量保持在使其氧含量在2%～5%。這三個(gè)結(jié)晶器HD401、402、403都有攪拌器，保持漿液處在懸浮狀態(tài)。為了降低輸送管路發(fā)生堵塞的故障，把所有結(jié)晶器的傳輸管道的進(jìn)出口都安裝在規(guī)定的液位下面，并保證傳輸管道使用貼壁式閥門，調(diào)節(jié)閥選擇脈沖開關(guān)式。為了使物料得到充分的結(jié)晶，要保證HD403壓力在0.055MPa 下操作。

3.3 過濾

第三個(gè)結(jié)晶器的出料通過泵送至過濾機(jī)進(jìn)料罐在被輸送泵送至回轉(zhuǎn)真空過濾機(jī)，真空過濾機(jī)要有備用設(shè)備，過濾機(jī)的母液和沖洗水先進(jìn)入HD502罐，再通過泵HG502送至母液罐HD602。HD502 的氣相通過凝汽器后送至真空泵HC501，過濾機(jī)的濾餅可以使用脫水劑來沖洗。真空系統(tǒng)由液環(huán)式真空泵、氣液分離器、密封水冷卻器以及密封泵構(gòu)成。過濾機(jī)沖洗出來的料餅通過出料輸送機(jī)和進(jìn)料螺旋機(jī)進(jìn)到干燥器干燥，干燥機(jī)均配有各自的風(fēng)機(jī)系統(tǒng)。

3.4 干燥

CTA 通過蒸汽管干燥器去掉殘存的醋酸溶劑，干燥器所使用的蒸汽壓力是0.53 或1.0MPa，干燥器出口溫度應(yīng)大于120℃，出料的揮發(fā)成分低于0.3%，干燥后的TA 通過氣流傳送至中間產(chǎn)品儲存?zhèn)}，干燥劑中溢出的溶劑通過逆流的干燥氣帶出，干燥氣體進(jìn)入干燥器前，將其加熱到104℃。在內(nèi)部被溶劑的蒸汽加熱到飽和，排氣溫度在107攝氏度上下。排出干燥器的氣體中含有CTA，應(yīng)將其送至洗滌機(jī)進(jìn)行洗滌。干燥器出來的氣體自他底部進(jìn)入，被從HT601出來的醋酸溶劑逆流洗滌，洗滌器底部的物料通過物料泵送出分為兩路，一路是作為循環(huán)液在塔中循環(huán)使用，另一路送到溶劑罐，泄放的部分氣體通過排氣系統(tǒng)被送入到常壓吸收塔內(nèi)。

3.5 溶劑回收

全部流程的低壓氣體，比如：儲罐的排氣，氮?dú)獾榷栊詺怏w的排氣，吹掃所需的尾氣，真空系統(tǒng)的排氣和干燥機(jī)洗滌塔、真空機(jī)、安全閥等排放泄漏的氣體都最后進(jìn)入常壓塔的底部，常壓吸收塔由水洗段和酸洗段兩部分組成。下面的酸洗段經(jīng)酸噴淋回收排放的醋酸甲酯。

上面的水洗段同樣經(jīng)噴淋部分的共沸劑來回收排氣的醋酸，廢水噴淋量由FV1606控制。酸洗段和水洗段用煙筒型隔板隔開。酸洗段的斧液經(jīng)HG608傳送到HD602，其他作為酸洗循環(huán)液在使用。為控制醋酸甲酯通過脫水系統(tǒng)的流量，要使一部分氣走脫水塔冷卻器的旁路，最后從脫水塔脫水塔冷卻器的接觸器中重新混合來保證溫度在正常范圍內(nèi)。在脫水塔的冷卻器的接觸器中，從脫水塔冷卻器來的液體和旁路其他緊密結(jié)合，使氣體和液體達(dá)到平衡，混合物出口溫度正常值為78℃。冷凝負(fù)荷可以通過脫水塔冷卻器來調(diào)整，來使裝置的符合變化范圍大的工況下，到共沸劑回收塔的氣相流量依然穩(wěn)定。所以要控制旁路的流量，維持從脫水塔到回收塔的氣流穩(wěn)定。

溶劑回收流程圖

3.6 產(chǎn)品輸送

（1）汽源輸送

裝置的中間產(chǎn)品粗對二甲苯酸和成品對二甲苯酸的傳輸均使用的是凈化處理后的氧化反應(yīng)的尾氣。當(dāng)做輸送氣的尾氣先送到氧化鋁干燥系統(tǒng)進(jìn)行干燥，去掉其雜質(zhì)和水分。

（2）汽源輸送系統(tǒng)

系統(tǒng)把從干燥機(jī)出來的粗對苯二甲酸原料送到HF501，當(dāng)出現(xiàn)設(shè)備故障等情況，能夠?qū)⒁粭l生產(chǎn)線的粗對苯二甲酸送到另一條生產(chǎn)線。干燥之后的粗對苯二甲酸經(jīng)干燥器進(jìn)入到螺旋輸送器HP502，再進(jìn)入螺旋下料器HP503，傳送汽源在下料器底部把粗對二苯甲酸流化送至儲料倉內(nèi)。

3.7 精致單元

在氧化單元得到的TA，通過升溫加壓溶解到除鹽水中，與氫氣在裝有催化劑的反應(yīng)器中進(jìn)行氧化還原反應(yīng)。把主要的雜質(zhì)4-CBA 除去，也能把其中的有色物質(zhì)還原。再通過結(jié)晶、分離、干燥，最后得到纖維級標(biāo)準(zhǔn)的PTA 原料。

（1）進(jìn)料準(zhǔn)備

TA 經(jīng)由料倉通過原料打漿罐螺旋輸送器和旋轉(zhuǎn)閥送到打漿罐中，漿料在多級加熱器中諸暨加熱。

（2）反應(yīng)和溶解

在加熱器中出來的物料，已經(jīng)全部被溶解成澄清的流體。流體進(jìn)入加氫反應(yīng)器，加氫反應(yīng)器中的壓力為7.7MPa，溫度為282℃。反應(yīng)器內(nèi)的氫氣分壓力是0.5-0.9MPa 左右。

（3）結(jié)晶

從加氫反應(yīng)器出來的物料進(jìn)入到串聯(lián)到一起的結(jié)晶器內(nèi)，進(jìn)行逐步減壓，同時(shí)水分逐漸被蒸發(fā)，溫度降低，精對二苯甲酸析出。

（4）產(chǎn)品輸送

結(jié)晶析出的PTA 經(jīng)過離心分離、真空過濾以及壓力過濾分離，再經(jīng)過干燥器干燥，最后在風(fēng)送氣的作用下有三個(gè)去處：

a.正常情況下，在JM403出口去日料罐，再通過揚(yáng)料罐送到大料倉或者小包裝料倉。

b.如產(chǎn)品質(zhì)量合格，但日料倉有故障，可直接送到大料倉。

c.當(dāng)產(chǎn)品不合格時(shí)可送回到氧化料倉。

4 結(jié)語

PAT 的生產(chǎn)工藝非常復(fù)雜，上面的講解只是把系統(tǒng)各個(gè)部分的主要工藝流程和主要設(shè)備進(jìn)行了講解，另外PTA 精致工藝電耗汽耗非常大，留給我們繼續(xù)優(yōu)化的地方還有很多。如果要徹底的了解PTA 的生產(chǎn)工藝流程最好的方法就是去實(shí)地考察學(xué)習(xí)，再配上本文的講解就會對這套工藝有更加深刻的認(rèn)識。