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我国精对苯二甲酸PTA生产装置的自主新技术


实验室k / 2018-09-21

       华东理工大学与中国石化扬子石油化工有限公司共同完成的“粗对苯二甲酸(CTA)加氢精制过程流程模拟与优化”项目,2007年12月份通过了中国石油化工股份有限公司组织的鉴定。该项成果可为国家“十一五”期间重点建设的百万吨装置提供技术支撑。该项目应用流程模拟与优化操作技术,解决了年产72万吨PTA生产装置的操作瓶颈,实现了加氢反应过程在现有生产装备条件下的效益最大化。科研人员首先基于实验室反应动力学的小试研究,应用数据一致性与优化校正技术,建立了工业装置CTA加氢精制反应过程工艺机理模型,据此优化了CTA配料浓度、反应温度、氢气流量等关键性工艺操作参数,在保证产品质量的前提下,增加了产量,减少了消耗,年新增直接经济效益约1200万元。

重庆理工大学


       由扬子石化、重庆理工大学、浙江大学、华东理工大学共同承担的中国石化“十条龙”攻关项目之一的扬子石化精对苯二甲酸(PTA)成套技术,已开发出具有自主知识产权的新型氧化反应器与更为先进的氧化工艺,可使PTA新建项目总投资比引进装置节省20%~30%,国产化工艺的能量消耗比目前引进的PTA装置节能20%以上,目前已申请专利12项(已获授权6项)。成套工艺包中PX氧化主要技术指标达到20世纪90年代末国内引进装置的技术水平,TA精制技术经济指标和产品质量达到国际先进水平。转鼓式真空过滤机的国产化研究、小流量高温高压高速离心泵研究,填补了PTA精制生产中国产化转鼓式真空过滤机的空白。PTA加氢精制过程反应研究项目打通装置全流程,加氢后物料中4-CBA含量优于国家标准。同时扬子石化独立开发了国内第一套连续式PTA加氢精制过程模拟装置。这些技术已在扬子石化PTA装置改造中得以应用。

       中国石油辽阳石化公司聚酯厂年产28万吨PTA生产装置的应用实践表明,由上海石化科技开发公司生产的CTP-Ⅱ钯-炭催化剂的加氢精制处理能力已达到当前国际先进水平。CTP-Ⅱ钯-炭催化剂在辽化公司聚酯厂得到工业应用,该催化剂加氢处理能力为2万吨/吨,通过精心操作和管理,加氢处理能力达到3万吨/吨,从而使该催化剂一跃而进入当前国际先进水平行列。
       MPB5型钯-炭是一种高技术含量、价格昂贵的催化剂,它主要用在PTA的精制生产中。一般情况下每吨催化剂的设计寿命为生产3万吨PTA,但和国外4万吨以上PTA/吨催化剂的先进水平相比,我国的催化剂使用还有不小的差距,仅为其60%左右。同时,每次更换催化剂的原料费用较高。中国仪征化纤股份有限公司化工厂设计了催化剂使用的新工艺,自主开发了一种延长钯-炭催化剂寿命的工艺技术,在催化剂可能中毒的早期就进行处理,采用自有技术恢复催化剂活性,延长其使用寿命。创下MPB5型钯-炭催化剂使用寿命全国最长纪录。新催化剂使用寿命达到4.1万吨PTA/吨钯-炭催化剂,超过国内外平均水平,已经达到日本等国的先进水平。
       扬子石化研究院依托PX(对二甲苯)氧化试验装置成功开发出新型PTA催化添加剂,可满足该公司PTA装置生产需要,并能进一步降低生产成本。该催化添加剂的研究已完成工业实施的应用方案,为下一步的工业化应用打下了基础。扬子石化研究院PX项目组在PX氧化试验装置、PX间歇试验装置上做了大量的间歇、半连续试验,开发出这种新型催化添加剂。小试研究表明,在原有体系中添加一定量催化添加剂,将提高对二甲苯氧化反应活性,降低产品中间产物含量,从而降低生产成本,增加经济效益。
       由中石化上海石油化工股份有限公司和中石化上海工程有限公司研发的80万吨/年精对苯二甲酸(PTA)成套技术工艺包,通过由中石化集团组织的鉴定。该工艺包技术先进可靠,物耗、能耗低,可满足工程设计要求,是国内具有自主知识产权的最大规格的PTA成套生产技术。上海石化为提高聚酯链产品综合竞争能力,自1995年起,在消化吸收引进PTA装置技术的基础上,与浙江大学、中石化上海工程公司合作,对数学模型和氧化反应动力学、氧化反应器内流体流动与传递、PTA结晶分离技术、尾气处理技术等进行实验室研究和工程技术开发,并将其成功应用到技术改造中,实现了从年产22.5万吨到30万吨/年再到40万吨/年的“二级跳跃”,为研发年产80万吨自主知识产权的PTA技术提供了有力支撑。年产80万吨PTA装置国产化成套技术的研发成功,打破了国外大公司在聚酯原料领域的技术垄断,有利于提高中国石化在聚酯和聚酯原料领域的技术地位,为建设世界规模的先进PTA装置提供了技术保障。
       国外公司近年开发了富氧氧化的PTA生产技术,通过在进料空气中加入富余纯氧,提高混合空气中的氧含量,从而达到提高PTA产量的目的。上海石化公司利用生产氮气过程中有大量未有效利用的副产氧气,在PTA装置成功试用富氧氧化技术。上海石化涤纶事业部二号氧化联合装置于20世纪70年代从日本成套引进,是国内最早引进的PTA装置之一。上海石化先后使该装置年产能力扩大到25万吨、28万吨和31万吨。2004年再次对其进行扩产改造,使年产能力达到40万吨。在改造中,上海石化在国内同类装置首次采用了多项自有技术:首家采用自行研发、达国际先进水平的富氧氧化专利技术;首家实现大型钛材设备国产化。改用离心分离器为真空过滤器时所采用的全套国产化设备在国内亦属首次。这些自有技术的应用可有效降低生产成本,据统计,仅生产用电一项,每年就可节约近3000万千瓦时。

       上海石化公司开发的对二甲苯(PX)经氧化制对苯二甲酸(PTA)的氧化反应装置因其实用性,获第四届上海市发明创造专利奖。据介绍,该氧化反应装置分两部分,上部是蒸馏脱水段,下部是反应段。这项专利技术通过在蒸馏脱水段中安置一种斜槽波纹金属填料等创新手段,改变了气相原料进入方式。氧化反应装置在上海石化涤纶事业部二号氧化联合装置增量改造中被应用后,不仅解决了氧化反应进行时反应液上部形成泡沫层这一技术问题,使反应器反应段的体积接近理论上需要的氧化反应空间,而且使得整个塔的压差降低了50%~60%,物料流通处理能力提高了70%~80%,脱水效率提高了70%~85%。这一技术使原装置在不更换氧化反应器的前提下,仅通过对塔内件的构造进行改造,就提高了反应器的分离效率和处理能力。
       作为国际唯一一家拥有两套世界先进对苯二甲酸(PTA)生产工艺的生产厂家浙江华联三鑫石化有限公司两套60万吨/年PTA生产线成功实现满负荷运行。围绕这两套装置的达标达产,华联三鑫先后实施了七十余项技改项目,确保了装置在国内的领先地位。华联三鑫首期60万吨/年PTA项目虽然在国内首次采用了国际领先的工艺技术,但由于工艺设计存在问题,投产后实际产能只达到设计产能的70%。为此,该公司与国外专家一起攻关,在短短一个多月时间里,使装置负荷提高到100%。随后,在产能已达到设计能力的情况下,又陆续投入近亿元资金实施压力离心机振动、打包机改造等二十多项技改项目,使产能达到设计能力的107%,年产值增加3亿元。为确保装置的领先地位,华联三鑫公司2006年又先后完成了五十余项技改项目,其中一期的烛芯过滤器程序优化、循环水泵叶轮改造和DCS扩容,实现了静设备国产化率97%、动设备国产化率71%,被美国伊士曼公司评价为最优秀的伊士曼技术生产线。二期的蒸汽冷凝水回用、母液过滤、烯烃改造等项目优化了装置运行,降低了能耗,提高了产品性能和质量。此外,华联三鑫还投巨资自行建设PTA实验室,围绕一、二期工艺开展EPTA氧化、EPTA后氧化、PTA氧化等技术研发,不断提高创新能力。携手浙江大学完成了“PTA生产全流程模拟软件”开发,为装置的增容降耗、优化运行提供了理论依据,并取得良好效果,目前已获得国家出版局软件版权授权。研发的SSC-PTA生产工艺,与传统PTA工艺相比,具有投资少、原材料消耗低、排放尾气清洁等优势,通过省级科学技术成果鉴定。


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