PTA工业的一次革命

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化工网如果一个行业的产品制造成本可以降低一半，产品质量大幅提高，投资成本降低，那么我们可以说这个行业经历了一次革命。现在，全球PTA工业正面临一次这样的革命，并且源于中国的一项PTA技术创新。在《第十四届中国国际化纤会议》上，中国石化化工事业部周向进主管报告了这项关于PTA的新的技术。  
    PTA工业的一次革命  
    PTA是聚酯的原料，商品名称是精对苯二甲酸。PTA是最大的合成纤维原料品种，其产能和产量占合成纤维原料总和的一半以上。  
    传统的PTA生产工艺主要包括氧化和精制两个部分。新技术省略了“精制”，只保留“氧化”，装置的燃料动力能耗因此降低50%~55%(精制工序的能耗占PTA生产总能耗的55%)，平均每吨PTA产品降低能耗约90~100kg标准原油。采用新工艺，可以降低对二甲苯原料消耗、降低醋酸溶剂消耗，产品质量却提高到极限。采用新技术，平均每吨PTA产品可以降低生产成本800~1000元人民币。对于新建设的PTA装置则降低投资成本30%~35%。  
    传统PTA生产技术的困惑  
    除去TA中杂质的难题
从氧化反应器得到的对苯二甲酸结晶体(TA)中含有4-CBA和p-TA杂质。4-CBA含量过高将使产品容易着色，严重影响产品品质，不能作为聚酯的原料。这种含杂质的对苯二甲酸必须经过“精制”除去杂质得到精对苯二甲酸(PTA)。  
    PTA产品的质量标准4-CBA含量小于25ppm，p-TA含量小于150ppm。现在市场上PTA产品的实际杂质含量4-CBA在15ppm左右，p-TA在100ppm左右。几十年来，PTA产业界和相关研究人员做了很多工作，在优化“精制”工艺，降低生产成本方面取得了很多成绩，但是精制并不能消除上述2项杂质，只是降低杂质的含量，因此始终没有彻底解决这个难题。  
    温度对氧化反应速度的影响与醋酸消耗的矛盾  
    生产企业都希望提高装置生产能力，提高氧化反应温度有利于提高氧化反应速度，但是PX需要溶解在醋酸溶剂中才能均匀地与催化剂接触，过分提高氧化反应温度将大幅度增加醋酸消耗，尤其是增加单位TA产量的醋酸消耗，醋酸被氧化为CO2和CO。而降低反应温度可以降低醋酸消耗，但是氧化反应速度降低。
现在生产工艺中的氧化反应温度设定就是在平衡这对矛盾利弊的基础上做出的一种妥协。一般温度为180~200℃，此时醋酸消耗为40~50kg/t左右。  
    温度对TA溶解度的影响与醋酸消耗的矛盾  
    在现在的氧化温度条件下，TA在醋酸和少量水溶剂中的溶解度仅仅为0.1%~1.0%左右，如果要控制氧化反应器内部TA浓度不超过饱和溶解度，则需要循环的母液比例很高、流量很大，TA溶液在结晶器减压降温析出晶体时释放的热量超过了氧化反应所产生的热量，不具备经济性。要提高TA的溶解度就需要提高反应器温度，而较高的TA溶解度所对应的温度将使得醋酸消耗指标变得完全不能承受。  
    新的PTA氧化技术  
    新技术是怎样化解矛盾、解决难题的呢？新技术通过对氧化工艺流程的优化和工艺参数的调整，使得对苯二甲酸(TA)只在结晶器结晶，而且结晶时反应物料中原料PX和反应中间物料已经全部被氧化成对苯二甲酸，所以TA结晶中不会含有4-CBA和p-TA两项杂质。TA经过水洗和干燥后即得到PTA产品。  
    新技术区别对待连串反应的4个步骤
新技术对连串反应的4个步骤采用不同的反应条件，对于从对二甲苯(PX)→对甲基苯甲酸(p-TA)，因为反应容易进行，所以采用低温氧化工艺条件。醋酸消耗降低，PX消耗降低。对于从对甲基苯甲酸(p-TA)→对苯二甲酸(TA)，因为反应比较难，所以采用高温氧化工艺条件，同时采用水作为辅助溶剂。醋酸消耗降低，PX消耗也降低。  
    新技术采用水作为p-TA氧化反应的溶剂，采用提高反应温度的方法提高氧化反应的速度，回避了提高温度会增加醋酸消耗的矛盾。由于水是参与氧化反应的有机物被氧化为COX的副反应的抑制剂，大量水的存在，p-TA、4-CBA、TA以及醋酸被氧化成COx的副反应被抑制，所以PX消耗和醋酸消耗降低。由于实际上反应器内醋酸含量很低，所以醋酸消耗几乎可以忽略，总体醋酸消耗控制在5~10kg/t范围内。采用水做溶剂，尽管反应温度很高，p-TA氧化为4-CBA以及4-CBA氧化为TA的反应速度仍然是受控的，而且与反应物料全部是有机物的情况不同，降低了因为剧烈氧化反应而发生爆炸的危险性。  
    新的氧化反应器结构
根据新技术的设计思想，理想的反应器结构能够使得氧化反应按照连串氧化反应的次序进行。即在反应器内部，液相物料从进料口到出料口形成上下游关系。新的氧化反应器结构是新PTA生产技术的另一个重要创新内容。  
    新技术的创新点  
    新技术回避了关于PX氧化反应体系初始含水率的禁区；化解了醋酸溶剂不能承受高温氧化条件的矛盾；充分尊重PX和TA不溶解于水(180~200℃条件下)的客观现实，利用p-TA溶解于水的特点，创造性地采用水作为p-TA氧化反应的溶剂，从而找到了化解矛盾、解决问题的突破口；新技术与传统技术相比，在原料结构、催化体系、反应机理3个方面都没有变化，对于现有装置技术改造会比较容易，投资很低；新技术安排连串氧化反应分段进行，提高TA水溶液温度增加TA溶解度，很好地解决了上述矛盾和难题，为PTA产业技术进步和节能降耗做出了重要贡献。  
    新技术的经济优势  
    新的PTA生产技术与传统的PTA生产技术相比较，具有以下几方面的优势：降低对二甲苯原料消耗，或者增加最终产品收率；降低醋酸溶剂消耗；降低燃料动力能源消耗；减少水的消耗；减少氧化催化剂(钴、锰、溴)的消耗；
避免使用昂贵的加氢精制(钯-碳)催化剂；不消耗氢气；降低尾气中氧气的含量、减少副反应，提高压缩空气的利用率；提高产品质量(杂质含量为0)；增加了生产控制(氧化反应)的安全性；单位反应器容积产能增加；对于建设新的PTA装置，可以大幅度降低投资费用。  
    有业内专家认为，这次技术创新是一次重大的技术革命，多少年来我们进行了很多技术创新，实际上是跟在人家后面转，有些技术创新只是为了回避人家的专利，像这样提出全新技术思路，对PTA生产技术进行根本改变的创新是以前没有过的，而且技术经济价值非常明确、非常显著。