PTA装置概况与流程说明工程科技.docx
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PTA装置概况与流程说明工程科技
一、装置概况
（一）概况
本装置是以对二甲苯为原料生产纤维级精对苯二甲酸的成套装置，简称精对苯二甲酸（PTA）装置。
PTA为精对苯二甲酸的英文名称PurifiedTerephthalicAcid的缩写。
本装置是成套引进装置，合同情况如下：
合同号：
CGD—78416
签字日期：
1978年12月22日
生效日期：
1979年1月22日
承包商：
西德法兰克福/（梅因）鲁奇矿物油技术有限公司
专利商：
美国标准油公司（印第安那）的阿莫柯化学公司
生产规模：
年产45万吨精对苯二甲酸
价格：
设备材料及技术服务费305,495,200DM
专利费19,466,667US$
工程投资61105.46万元
本装置产品主要作为聚酯原料，与仪征化纤公司同期向西德吉玛公司引进的54万吨/年聚酯装置相配套。
由于1981年国民经济调整，装置一度停缓建，1983年11月我方与卖方签订了《修改合同协议书》，延续合同关系至1985年10月。
1985年6月装置正式动工兴建，并于89年9月试车一次成功。
1995年PTA装置逐步实施改造至1997年形成了60万吨/年的规模并达标。
2012年3月，新一轮的PTA节能改造项目正式开工。
PTA装置由精对苯二甲酸生产装置区、公用区及灰浆沉降区三部分组成。
生产装置区包括中央控制室、总降变配电站、贮罐区、脱离子水生产系统、氢氮压缩及贮存系统等设施。
公用区包括循环冷却水系统、设备维修站、综合维修站、化学品仓库、压缩空气站、堆场等。
装置占地总面积17.9万平方米。
PTA装置共引进设备1202台，工艺管道22.4万米，引进仪表9568台（件），调节控制回路630余套。
PTA60万吨改造时，改造和新增设备290台件，增加工艺配管2万米，阀门700台，铺设电缆50000米，增加仪表调节回路100条，电气设备200台。
经改造后仪表控制系统全部改为DCS控制。
新一轮的PTA节能改造项目，改造和新增设备122台（套），增加工艺配管16263米，阀门1407台，铺设电缆、光缆125610米，增加仪表设备757台。
（二）生产规模
本装置原设计生产能力为年产PTA45万吨，年开工时间为7884小时，每小时产量为57吨，由两条年产PTA22.5万吨生产线组成。
经过扩容、改造，现装置生产能力达72万吨/年，年开工时间为8000小时，每小时产量90吨。
二、产品说明
（一）产品名称
产品名称：
精对苯二甲酸（PTA）
分子式：
C8H6O4
结构式：
分子量：
166.13
（二）产品规格
产品质量指标（SH/T1612.1－2005）
项目及单位
优等品
一等品
外观
白色粉末
白色粉末
酸值，mg（KOH）/g
675±2
675±2
对羧基苯甲醛（4-CBA），mg/kg
≤25
≤25
灰份，mg/kg
≤8
≤15
总重金属（Mo,Cr,Ni,Co,Fe,Ti,Mn），mg/kg
≤5
≤10
铁，mg/kg
≤1
≤2
水份，%（Wt）
≤0.2
≤0.5
5%DMF色度，铂-钴色号
≤10
≤10
对甲基苯甲酸，mg/kg
≤150
200
B*值
供需商定
粒度分布
供需商定
（四）产品物化性质
对苯二甲酸为无毒、易燃的白色晶体，与空气混合，在一定范围内遇火即燃烧，甚至发生爆炸。
主要物性常数如下：
（1）分子式：
C6H4（COOH）2
（2）分子量：
166.13
（3）比重，d415.5（固体）1.55
（4）熔点，℃384～421
（5）升华点，℃402
（6）自燃点，℃680
（7）溶解度
1在250℃时，对苯二甲酸在各种溶剂中的溶解度如下：
溶剂
溶解度
g/100g
溶剂
溶解度
g/100g
95%硫酸
95%甲酸
二甲基甲酰胺（DMF）
甲醇
2.0
0.5
6.7
0.1
冰醋酸
二甲基亚砜
乙醇
乙醚
0.035
20.0
热时微溶
不溶
②在水中溶解度
温度℃
溶解度g/100g水
温度℃
溶解度g/100g水
25
100
120
160
185
0.0019
0.034
0.07
0.38
1.0
200
225
242
259
272
1.8
5.0
10.0
20.0
27.2
③在醋酸中溶解度
温度℃
溶解度%（重量）
温度℃
溶解度%（重量）
150
159
171
186
0.97
1.30
1.57
2.02
199
212
219
2.51
2.97
3.63
④在甲醇中溶解度
温度℃
0
25
160
200
溶解度（g/100g溶剂）
—
0.1
2.90
15.0
（8）离解常数
①在水中的离解常数：
K1=3.1×10-4
K2=1.5×10-5
②在50%甲醇水溶解中的离解常数：
K1=4.1×10-5
K2=8.3×10-7
（9）爆炸常数
①对苯二甲酸的最低爆炸浓度为0.05g/l；
②极限氧浓度（电火花点火）为15%；
③爆炸浓度
浓度
（g/l）
最大压力
（MPa）
压力升高（MPa）
平均
最大
0.1
0.2
0.5
1.0
1.2
0.228
0.448
0.503
0.579
0.531
3.448
13.1
11.7
9.65
4.14
13.8
55.16
41.4
25.5
8.27
（五）产品用途
精对苯二甲酸是生产聚酯的重要原料，它可直接与乙二醇进行缩聚反应生成聚对苯二甲酸二乙二醇酯，即聚酯。
聚酯经加工可制成长丝、短纤维、聚酯薄膜、聚酯漆等。
长丝可用于制造轮胎帘子线、伞绳和船舶缆绳。
短纤维可经加工成布料。
聚酯薄膜是制造照相材料、电影胶片、电器绝缘薄膜等的优质材料。
聚酯漆是用于的船舶底部的重要优质防锈防微生物漆。
对苯二甲酸还可以制成工程聚酯塑料及聚酯瓶。
五、生产方法、工艺路线与基本原理
（一）粗对苯二甲酸（TA）的工艺路线、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：
+2H2O
氧化反应实际上是分步进行的，各步的反应方程式表示如下：
对二甲苯对甲基苯甲醛对甲基苯甲酸对羧基苯甲醛对苯二甲酸
（PX）（TALD）（PT酸）（4-CBA）（TA）
各步的反应速度不同，K4相对的反应速度最慢，所以由对羧基苯甲醛（4-CBA）氧化成为对苯二甲酸的反应成为整个反应的控制步骤。
因此，4-CBA为氧化反应的主要副产物。
影响氧化反应的主要因素有：
催化剂浓度与原子比、反应温度与压力、氧浓度、溶剂比、反应液中水含量以及反应中物料停留时间等。
（二）精对苯二甲酸（PTA）的工艺路线、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281℃和6.8MPa（表）压力下，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：
+2H2O
（4-CBA） （PT酸）
加氢精制的对苯二甲酸溶液通过结晶、分离、干燥得到4-CBA含量小于25mg/kg纤维级标准的精对苯二甲酸产品。
六、工艺流程简述
（一）氧化单元工艺流程
1、空气压缩
1.1、润滑油系统
本系统是整个空压机组配备的一个独立的油系统，承担整个机组的润滑油、调节油、冷却油供应。
油箱HF-101为整个装置的贮油系统，机组各处的回油全部返回到油箱内。
油箱设有纵向垂直隔板，以利于回油的流向稳定及与回油中气相的分离，油箱底部设有加热系统，为了各路回油畅通，在油箱顶部装有两台排风机HC-109A/B，油箱内的油气经风机后通过油汽分离器排向室外，另外油箱上设有液位计LC-1101和低液位报警1/2LAL-1101保证正常供油。
两台润滑油泵HG-104A/B将油从油箱抽出供给机组，HG-104A/B互为备用，且均由电机驱动。
从油泵出来的油通过两台可以相互切换并列布置的油冷却器HE-104A/B冷却，再经过两台可以相互切换的并列放置的油过滤器HM-106A/B过滤后分成三股：
一股提供机组作润滑油；一股作为调速器的控制油；另一股则通向空压机房顶的高位油槽HF-102。
在润滑油管线上有8个蓄压器HD-102A～H，HD-102A～H可以平缓油压的波动。
事故油泵HG-103在两台润滑油泵都发生故障时或危急情况下向各润滑点供油。
1.2、空气压缩系统
氧化反应所需要的空气是在四级离心式压缩机中压缩的，压缩机的动力由蒸汽透平HC-103提供。
空气吸入口装有入口过滤器HM-101，当当过滤器压差PI-1121高报时需更换过滤块。
空气经空压机经过四级压缩后，压力达到1.65MpaG。
一/二三级出口的空气都需经过冷却器和雾沫分离器分离，以保证下一段进口一定的温度、湿度。
压缩空气可由三种线路排出：
a提供到反应器和第一结晶器的反应空气。
b当供给到反应器的空气被切断的情况下，由FIC-1121和HM-103向大气放空防止小流量运行时喘振。
c跨接管线联结到另一条生产线。
1.3、蒸汽凝液系统
蒸汽透平机HC-103既可以在通常下工作又可在没有尾气膨胀透平回收能量的情况下工作。
HC-103由S14/S5.3/S2.4蒸汽驱动，所有蒸汽直至被利用到真空状态。
正常情况下，HC-103的转速由S14蒸汽控制。
开车期间，因装置未发生S5.3及S2.4蒸汽，HC-103由S14蒸汽驱动，待反应器引发后，逐渐将S5.3/S2.4蒸汽引入蒸汽透平。
在大约0.035MPa（绝压）的压力下，离开透平机的蒸汽凝液进入抽真空状态的透平凝汽器HE-110，经过冷凝后的凝液进入热井，后经凝液泵HG-101A/B送至HE-303/HD-901。
HE-110系统所需的真空度通过蒸汽喷射泵HC-105/105A/B产生，其中HC-105仅在开车时使用，喷射动力为S10蒸汽，为了保证系统稳定，真空度被控制在0.06-0.085MPa。
1.4、尾气透平机系统
反应器的反应尾气主要是进入尾气透平，进行能量回收。
从压力调节阀PV-1403A出来的尾气进入透平前先在加热器HE-405A/406A中分别用5.3bar/10bar蒸汽加热至175℃，然后，进入尾气透平一级入口进行膨胀做功。
尾气透平一级出来的尾气，再经过加热器HE-405/406分别用5.3bar/10bar蒸汽加热至175℃，然后，进入尾气透平二级入口进行膨胀做功。
离开尾气透平的气体去尾气处理单元，经过净化后放空。
2、进料准备
（1）催化剂溶液
正常情况下，液体催化剂由界外的槽车提供，由HG-210输送至HD-206/210。
但是，在特殊情况下，液体催化剂无法提供时，装置自行配制催化剂：
固体醋酸钴、醋酸锰加入催化剂混合罐HD-206，用来自HG-702出口的冷凝水（或HD-901凝液）和HD-202的HAC分批配制。
配制好的催化剂用HG-210泵送入中间贮罐HD-210，再经催化剂缓冲计量罐HD-207送入进料混合罐HD-204。
（2）助催化剂四溴乙烷（BST）
将桶装BST用泵打入BST贮罐HF-1403，使用时，用HG-1405将其送入BST混合罐HD-203中，在此按BST：
PX=1：
6比例与PX贮罐来的PX充分混合均匀后放入HD-205计量罐，再用HG-1405将此混合物送入进料混合罐HD-204。
BST-PX计量罐HD-205不但作为附加的流量校正器，同时也作为每批配料时的缓冲罐。
（3）由罐区来的PX用泵0HG-201经过滤器HM-204进入加料混合罐HD-204。
（4）溶剂进料罐HD-202内溶剂的来源，初开车时是将0HF-1401罐的醋酸经泵0HG-1402送至脱水溶剂罐HD-705，再由泵HG-705输入HD-202。
正常生产时HD-202物料主要来源为PX洗涤塔釜液、干燥机洗涤塔釜液和再循环母液组成的混合液。
（5）上述PX、HD-202内溶剂及催化剂在进入加料混合罐HD-204之前，都要连续计量按比例调节，使溶剂和催化剂物流对PX保持定量的进料比例，为了提高催化剂、促进剂配比的稳定性，HD-204罐中催化剂、促进剂浓度可由在线分析仪自动检测含量调整配比。
HD-204罐内物料经HG-204泵加压并经计量后送入1HR-301A～C/2HR-301反应器。
3、氧化反应
一线：
氧化反应是在三个并联操作的反应器1HR-301A～C中进行，每台反应器中设置有一个双速立式双层浆叶的搅拌器，它使气体充分分散并使固体颗粒处于悬浮状态。
来自1HD-204罐的混合物料，经离心泵1HG-204A/B加压后进入氧化反应器。
空气由相距180°的两根对称进料管进入反应器，每根进料管线上均装有流量调节阀，控制进入反应器的空气流量。
反应器排出尾气的含氧量控制在2.5～4.5%（Vol）。
反应器在恒定的温度下操作，温度由反应器气相压力间接调节控制。
正常操作时反应压力为1.37MPaG，温度为191.5℃。
反应物料在反应器内停留约40分钟，充气层高6420mm。
生成的TA有93%以上在反应器内析出，反应器内浆料浓度为28.5%（Wt）。
物料通过反应器中部的一根内部插入出料管排出，在底部封头上还设有一根辅助内插入管，用于停车时退空反应器内物料。
氧化反应放出的热量由溶剂蒸发而移走，蒸发出的溶剂蒸汽经四级冷凝。
首先，在并联的立式下流式反应器冷凝器1HE-301/305中冷凝到177℃，这时约有70%的蒸汽被冷凝下来，余下的蒸汽再进入带汽包冷凝器1HE-304，产生S2.4蒸汽。
从1HE-304出来的反应尾气进入冷凝器1HE-302和1HE-303完成冷凝和冷却。
这时蒸汽中所含的溶剂基本上被冷凝下来，收集在尾气冷凝器集液封头内，从这里引出一部分称作“抽出水”的凝液作为汽提塔和1HT-701的回流液，同时控制反应器中水的浓度，其余的凝液则回流到反应器。
反应器排出的尾气温度小于40℃，压力是1.3MPa，合并后一起送入PX洗涤塔1HT-400中回收对二甲苯。
在1HT-400中用脱水溶剂罐1HD-705来的并经1HE-400冷凝器冷却的脱水醋酸溶剂，由泵1HG-400送到塔顶逆流吸收反应尾气中对二甲苯，洗涤后的气体由塔顶排出进入高压吸收塔1HT-401。
在1HT-401用来自1HG-704的水逆流洗涤回收气体中醋酸，经过吸收后的这股洗涤水送往脱水塔1HT-701。
洗涤后的反应尾气进入气液分离罐1HD101A进行分离，经过气液分离后的反应尾气一部分进入膨胀透平1HC-102回收能量，另一部分尾气再经过气液分离罐1HD101B进行分离、经过氧化铝干燥后作为产品输送用气。
二线：
氧化反应用的空气来自空压机2HC-101，通过调节通入氧化反应器的4根独立空气分配管线上的流量控制器（2FV-1304、1305、1306和1307）来调节进入氧化反应器的空气流量。
反应混合料通过2HG204A/B输送至氧化反应器中，在紧急进料切断阀（2HV1306/7）下游，管道由8″变为12″，连接由回流冷却器2HE-305出来的回流液，然后两股液体一起混合进入反应器内。
操作人员通过调节通入氧化反应器的液体管线上的流量控制器（2FV-1302）来调节进入氧化反应器的混合料流量。
进入反应器的液体进料量和空气流量可以进行进一步的微调控制。
2HD204液位信号、连同进入反应器的PX流量信号一起提供给计算模块2FFY-1301，2FFY-1301用来计算进入反应器总空气质量流量对液体流量的比率。
为了在氧化反应器开车时对系统升温预加热，在进料管线上游设有管线与开车加热器2HE-201相连，然后再回到下游的氧化反应器进料管线。
在2HA301搅拌器的搅拌作用下，进入到2HR301氧化反应器内的反应料与空气扩散、混合，并在氧化反应器内进行氧化反应。
氧化反应为强放热反应，反应热通过醋酸、水溶剂的挥发，从反应器上部蒸汽出口移出。
蒸汽中包含空气进料中的氮气、二氧化碳、一氧化碳和未反应的氧气，经36″的管线由氧化反应器顶部至反应器第一冷凝器HE-301，进入顶部气相冷凝系统。
在反应器蒸汽出口处，管线内设喷嘴，用一股高压溶剂通入喷嘴，洗涤去除反应尾气夹带的固体。
氧化反应器的第一冷凝器是卧式带汽包的列管式热交换器，含氮气、二氧化碳、一氧化碳和未反应的氧气等不凝气的蒸汽在列管管内部分冷凝，同时传递热量给壳侧水，使壳程的水汽化产生低压蒸汽（0.53MPaG）。
管内冷凝下来的凝液和含不凝气的蒸汽在2HE301出口处分离，2HE301出口处有一个用于收集溶剂的溢流堰，收集的溶剂靠重力部分通过两根管线进入氧化反应器搅拌器的甩液盘，部分进入氧化反应器喷淋器，约60%进入反应器中部回流管线。
为了对进入甩液盘、喷淋器和进入进料口回流液的流量有一个定量的了解，甩液盘管路、喷淋器回流液流量分别采用了超声波流量计进行计量（2FT1303A、2FT1303B，而进入进料口回流液的流量采用电磁流量计进行计量（2FT-1303C），进入中部回流口的流量采用电磁流量计进行计量（2FT-1303D），并用手操阀进行控制流量大小。
未冷凝汽（气）体进入第二冷凝器2HE-302，2HE-302也是带汽包的列管式热交换器，与2HE301相同，通过管/壳间热量传递，壳侧产生0.24MPa低压水蒸汽（壳程）。
管侧冷凝的溶剂靠重力进入氧化反应器回流冷却器2HE-305，未冷凝汽（气）体去第三冷凝器2HE-303。
在冷凝器2HE-303中，气相在管程冷却和冷凝，来自蒸汽透平的凝液在壳侧被加热。
第三冷凝器出口的冷凝溶剂靠重力排放至氧化反应器回流/抽出水总管线，部分进入冷却器2HE-305总管，未冷凝蒸气和气体去尾气冷却器2HE-304。
2HE302和2HE303冷凝器的冷凝液，进入回流冷却器2HE305管侧进一步冷却，冷却后的冷凝溶剂离开回流冷却器2HE305进入回流总管，与氧化反应器的进料管线汇合在一起进入氧化反应器。
第三冷凝器2HE303出口的的气（汽）体，进入到尾气冷却器2HE304管侧中，通过壳程冷却水，气相被冷却和冷凝。
尾气冷却器的凝液靠重力进入到氧化反应器回流/抽出水总管，而冷却后的不凝气进入高压吸收塔2HT400回收PX和醋酸甲酯。
2HT400塔底部物料进入到反应器加料罐2HD202中，而经过洗涤后的氧化尾气进入两台并联的2HT401A/B塔中进一步水洗。
2HT401A/B塔底物料进入到共沸精馏塔2HT701中，进行醋酸水分离。
2HT401A/B塔顶尾气大部分进入尾气透平系统回收能量后，少部分去风送系统作输送气体，尾气透平系统出来的气体进入尾气单元处理后放空。
氧化反应器顶部系统中冷凝的富含水的溶剂（抽出水），收集在氧化反应器抽出水总管中，这部分物流统称为抽出水。
抽出水大部分进入共沸精馏塔2HT701，进行醋酸提浓处理，少部分送往溶剂汽提塔2HT605，作为该塔的洗涤液。
氧化反应器回流/抽出水系统的设计是要保证氧化反应器内水含量控制在合理的水平。
实施中优先将尾气冷却器中产生的冷凝液作为抽出水，抽出水的流量与进料量（PX流量）成比例。
在氧化反应器中生成的CTA浆液，靠压差从氧化反应器排至CTA第一结晶器2HD-401。
通过PTA母液过滤机2JM-402回收精制母液中的固体，经用醋酸再打浆后循环至反应器，通过将杂质进一步氧化来回收对苯二甲酸，以提高装置的总收率。
4、结晶
本单元共有三个串联操作的结晶器HD-401、HD-402、HD-403。
它们的作用是：
二次氧化降压、进一步结晶、除去富含水份的蒸汽和作为反应器与过滤机进料罐之间的缓冲罐。
结晶器正常操作条件为：
位号
压力（MPa）
温度（℃）
停留时间（分）
HD-401
1.0
187
25
HD-402
0.3
158
25
HD-403
-0.055
92
30
实际上只有少量TA在结晶器里析出，由于物料在结晶器中降压使水和溶剂进一步蒸发，从HD-403排出的TA浆料浓度达到42.9%（wt）。
为使物料中尚未氧化的中间产物进一步氧化，提高TA收率，在HD-401中通入少量空气进行二次氧化，空气流量控制在使气相中氧浓度为2-5%（Vol）（不凝性气体）。
HD-401闪蒸汽相经HE-401A、B，HT-402水洗处理后，液相送入HT-605，气相送至氧化铝系统或直接放空。
三个结晶器均装有搅拌器HA-401、402、403，保持浆料处于悬浮状态。
为了减少输送管线堵塞的可能性，所有结晶器中的输送管线进出口都装在正常液面之下。
且结晶器输送线进出口选用贴壁式阀门，调节阀为脉冲开关式。
为了降低液相温度使物料充分结晶，HD-403在-0.055MPa压力下操作。
抽真空系统HM-403包括一个蒸汽喷射器和一个后冷却器，由蒸汽喷射系统出来的放空气体及冷凝液体分别进入常压吸收塔HT-603的洗涤区及塔釜。
从HD-403排出的气体经HE-403冷凝后回流到HD-403。
5、过滤
HD-403出料经泵HG-403送入过滤机进料罐HD-501，然后经泵HG-501输入回转真空过滤机。
HM-501A/B两台回转真空过滤机同时使用，分别有自己的真空回路和附属系统，在必要时HC-501A/B互为备用，或以一拖二形式应急运行。
过滤机的母液和洗液先进入HD-502罐，再经泵HG-502送入母液罐HD-602。
HD-502的气相经冷凝器HE-502冷凝后输入真空泵HC-501。
过滤机滤饼用来自HG-705的脱水溶剂进行洗涤。
真空过滤系统由离心式液环真空泵HC-501、真空泵气液分离罐HD-503、密封液泵HG-503A/B和密封液冷却器HE-503A/B组成。
经HE-502A/B冷凝后的母液蒸汽吸入液环式真空泵HC-501，排出物送入分离罐HD-503进行汽液分离。
排出汽由HD-503顶输出，送入回转真空过滤机作为反吹气卸下滤饼。
HG-503出料分两股：
一股经冷凝器HE-503A/B冷凝后作HC-501密封用，另一股送入HD-602母液罐。
过滤机卸下的滤饼经过滤机出料螺旋输送器HP-505和干燥机进料螺旋输送器HP-501进入干燥机HM-503进行干燥。
其中二线有两台干燥机并联使用。
并有各自的风机和HT-601塔系统。
6、干燥
粗对苯二甲酸在回转蒸汽管干燥机HM-503中除去残留的醋酸溶剂。
干燥机用的加热蒸汽为0.53MPa或1.0MPa蒸汽。
干燥机出口温度为>120℃，出料挥发份含量<0.3%（wt），干燥后的TA通过气流输送到HF-501A/B中间产品料仓。
在干燥机中蒸发出来的溶剂，用一股逆流循环的载气带出。
载气进入干燥器前先加热到104℃左右，在干燥机内被溶剂蒸汽饱和后，离开干燥机，排出气体温度107℃左右。
离开干燥机的气体夹带有粗对苯二甲酸，送入干燥机洗涤器HT-601进行洗涤。
干燥机排出的气体从塔下部进入塔内，被来自HD-705的并经HE-601冷却的溶剂醋酸逆流洗涤，洗涤器底部物料经泵HG-601A/B送出分为两股，一股作为循环液在塔中
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