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几种PTA装置工艺路线及装置用空气压缩机技术

【摘要】:
PTA是精对苯二甲酸(PurifiedTerephthalicAcid)的简称。PTA是生产聚脂纤维和包装业的基本材料,是化纤业的主要原料。   PTA工业特点   PTA工业具有资金密集、技术密集等特点。国内所有PTA装置的工艺包和关键设备长期以来一直是成套引进国外的技术和装备,全部由外商垄断。由于该生产装置工艺路线复杂,技术含量高,几十年来由国外大公司所垄断。   PTA市场生产情况   全球
PTA是精对苯二甲酸(PurifiedTerephthalicAcid)的简称。PTA是生产聚脂纤维和包装业的基本材料,是化纤业的主要原料。
 
  PTA工业特点
 
  PTA工业具有资金密集、技术密集等特点。国内所有PTA装置的工艺包和关键设备长期以来一直是成套引进国外的技术和装备,全部由外商垄断。由于该生产装置工艺路线复杂,技术含量高,几十年来由国外大公司所垄断。
 
  PTA市场生产情况
 
  全球PTA生产主要集中在亚洲,截止至2003年底,中国大陆的PTA产能规模为398万吨,仅低于台湾和韩国,位居全球第三。尽管这些年我国的PTA产能规模不断扩大,但还远远不能满足市场需求,市场缺口依然巨大。2002年进口约430万吨,2003年进口约454万吨,国际市场依存度超过60%。
 
  随着我国聚酯工业的不断发展,近几年来PTA产品的市场需求量迅速增长。扩大PTA生产能力,大力发展PTA生产技术成为推动聚酯工业发展的一项重要内容。
 
  PTA基本化学反应
 
  用乙酸钴做催化剂、用醋酸做溶剂、用空气做氧源对二甲苯(PX)进行液相氧化反应,生成粗对苯二甲酸(CTA)。
 
  工艺流程
 
  在实际生产中用空气做为氧源,以反应过程中放出的热量维持反应器内温度(188℃左右),对反应中产生的尾气(温度为180℃)通过换热器(废热锅炉)进行热能回收、通过尾气透平进行压力能的回收。
 
  换热后尾气(温度为40℃)在通过高压吸收塔后再加热到130~170℃,然后进入尾透,并从尾透中膨胀到3~5MPa时抽出15%~20%尾气用作TA的输送,从尾透排出的尾气进入焚烧炉中焚烧后排放到大气,以保证尾气的排放质量能满足环保的要求。
 
  机组配置
 
  通常PTA机组由压缩机、透平膨胀机、汽轮机组成,其中又可分为由单轴压缩机组成的单轴机组和由齿轮式压缩机组成的多轴机组。
 
  单轴机组:高压空压机、低压空压机、透平膨胀机、汽轮机。
 
  多轴机组:多轴压缩机、透平膨胀机、汽轮机。
 
  目前PTA装置空气压缩机组典型的配置方案为:汽轮机+空气压缩机组+尾气膨胀机(三机一组)或汽轮机+空气压缩机+发电机+尾气膨胀机(四机一组)。
 
  装置的几种工艺特点
 
  不同PTA装置的工艺路线之间的差别大多集中在氧化反应方式以及氧化反应器上,现有的专利保护也基本集中在此。50万吨以下容量的PTA装置,其氧化反应器一般可以简单的分类为以下三种:(1)低温、低压氧化反应器;(2)中温、中压氧化反应器;(3)高压氧化反应器。PTA装置中所采用的氧化反应方式不同将导致空气压缩机组的配置存在较大的差别。
 
  1.低温、低压氧化反应
 
  低温、低压氧化反应方式其压缩机出口压力不超过10bar,流程中产生的余热蒸汽、尾气流量小,温度低;装置正常运行期间余热蒸汽和尾气提供的能量不足以完全提供压缩机组的消耗,难以实现整个装置的能量平衡。
 
  因此,一般空气压缩机都采用电机驱动,正常运行后尾气膨胀机将提供一部分能量以减少电机功率的消耗。这种装置结构比较简单,投资费用低;但是由于流程中的很大一部分余热蒸汽没有得到充分利用,造成装置后期运行费用过高,方案的整体经济性差。低温、低压氧化反应在小型PTA装置中具有强大的竞争力,而对于大型PTA装置就具有很明显的缺陷。
 
  2.高压氧化反应
 
  高温氧化反应在大型PTA装置中应用是近几年才开始的。由于提高了氧化反应器内的压力和温度,使得流程中产生的余热蒸汽、尾气流量大,温度高,可以转化为较多的能量以提供给压缩机的消耗,甚至略有剩余;为有效利用能量,以Dupont公司为代表的专利技术对流程中的
 
  尾气进行了高温氧化处理,最大可能地提高尾气膨胀机的输出功率。因此,在其空气压缩机组的配置方案设备清单中将增加一套发电机组或者是启动电机与发电机组的联合设备。如果具备很好的条件,如:装置中的多余电量允许并网对外销售,那么高压反应方式无疑具有很好的经济性。不足的是,高压反应方式要求过高的一次性投资,还有过大的使用、维护费用;为了保证发电机组的正常工作,空气压缩机组所有动设备其转速必须恒定在1500rpm,降低了压缩机组调节性能,影响了装置的运行效率及变工况调节的灵活性。
 
  3.中温、中压氧化反应
 
  中温、中压的氧化反应方式是目前大型PTA装置中普遍采用的工艺流程。由于中温、中压的氧化工艺既可以充分利用整个装置的能源,具有很高经济性;同时由于一次投资费用的降低,机组配置方案简洁,操作、维护简便,在大型PTA装置中具有很强的竞争力。
 
  中温、中压的氧化反应可以将流程中产生的全部余热蒸汽、尾气充分地加以利用,建立了完全意义上的能量平衡;由于压缩机组采用可变转速机械进行驱动,使得装置具有很高的操作灵活性,特别是对于变工况的调节。压缩机组可以实现和工艺流程完美的协调,并在任何一个可能的操作点上保持高效率运行。与其它两种氧化反应方式相比,中温、中压的氧化工艺技术成熟,运行稳定、操作和维护费用低。
 
  PTA装置中的核心设备
 
  空气压缩机是整个PTA装置中的核心设备之一。由于工艺流程的特殊性,PTA装置中压缩机的形式一般都固定在以下几类:单轴型离心式压缩机和多轴型离心式压缩机。从原理上分析,采用轴流压缩机也可以在一定程度上满足工艺的要求。但是,PTA装置中由于空气压力高,大气中很大的含水量以及工厂环境当中较高的醋酸含量给金属带来的腐蚀效应使机器设备处于巨大的风险,因此,目前所有的PTA装置中还没有轴流压缩机的使用业绩。这是由工艺流程的特殊性和压缩机自身的特点共同决定的。
 
  单轴和多轴离心压缩机在石油、化工流程中都有着广泛的应用。从统计数据中可以看到,单轴型离心式压缩机的应用无论在数量还是在使用领域上都比多轴型离心压缩机要大得多。这是因为单轴型离心压缩机运转中超强的稳定性所决定的。而且这也是众多石化企业青睐单轴压缩机的重要原因。然而,不可否认的事实是:PTA装置中采用多轴型离心压缩机的数量要远多于单轴型压缩机,而且拥有很好的运行业绩。
 
  国内压缩机制造商生产情况
 
  对于PTA装置的空气压缩机,国内沈阳鼓风机(集团)有限责任公司的现有的压缩机技术可以满足需要,属于成熟技术,与其他空气压缩机相比,只是工艺参数的变化而已。沈鼓的SRR系列和MCL系列压缩机可以满足PTA装置空气压缩机的需要。其中SRR系列压缩机是单轴、单缸压缩机,采用半开式和闭式高效三元叶轮,使压缩过程接近等温压缩,大大降低压缩机的功耗;压缩机流量调节方便,压缩机可以在70%~105%流量的范围内进行调节;压缩机转子重量轻,启动相对容易;而且占地面积小,易于维护和检修。MCL系列压缩机采用双缸、高效闭式三元叶轮,布置合理,轴向推力小,技术比较成熟,可靠性高。