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精对苯二甲酸PTA的大型生产设备国产化


实验室k / 2018-09-22

       PTA装置主要生产设备有350多台,其中反应器2台,塔器8台,换热器90台,容器67台,压缩机和风机15台,泵91台,料仓13台,专用机械44台,输送设备29台。关键设备包括氧化反应器、空气压缩机、回转干燥机、结晶器、真空过滤机、氢气压缩机、钛材换热器等。由于其生产介质大都含有醋酸和溴化物,对设备的腐蚀极强,有不少设备需要用低碳不锈钢或钛材制造。20世纪90年代初,国内建设了辽阳、天津、洛阳、仪征、上海等一批20万吨/年PTA装置,当时由于国内对PTA的生产工艺和设备很不了解,其工艺和设备基本成套引进。经过十多年的生产运行,这些PTA装置大都面临着改造和扩建。目前国内对PTA设备已有了较深的了解,开始进行设备国产化的尝试,如国产的PTA回转干燥机、钛材换热器、压力离心机等在仪征化纤、扬子石化、辽阳化纤22万吨/年PTA装置中得到应用。

       2000年,中石化仪征化纤公司经批准建设45万吨/年PTA装置,这种规模的PTA生产装置当时在世界上也是属于最大的。当时由于45万吨/年PTA工艺技术全部来自国外,工程初步设计也由国外承担,大部分转动设备和钛材设备基本进口,国内只生产了一般的碳钢或不锈钢设备。经国家批准,仪征化纤公司将再建设一套100万吨/年PTA工程。为了改变PTA装置主要设备长期依赖进口的局面,国家确定以仪征100万吨/年PTA项目为依托,对关键设备进行国产化攻关,实现大型PTA主要设备国产化。
       目前国内机械制造企业装备能力和技术水平有了很大提高,而且仪征100万吨/年PTA工程的工艺和工程设计由中石化上海工程公司承担,这都为PTA重大装备的国产化提供了良好条件。
       (1)氧化反应器    为立式带搅拌返混式反应器。搅拌器采用电机驱动,设二层搅拌桨,上层为6个直叶涡轮式搅拌桨,下层为4叶桨式搅拌桨,桨叶呈45度倾斜。搅拌器为钛材制造,驱动搅拌器的电机功率1500kW。反应器壳体为碳钢衬钛复合板,设计压力2MPa,设计温度252℃。
       过去国内建设的PTA装置氧化反应器均从国外引进,属于国外专利设备,特别是搅拌器和气液分布器是其技术关键。仪征100万吨/年PTA项目将采用国内开发的工艺技术,在设备方面只要有设计单位能够提供设计条件,国内南化公司机械厂、西安西北有色金属研究院、南京宝色钛业公司、宝鸡有色金属加工厂等都可以完成施工图设计和制造,这些企业大都有碳钢、钛材爆炸复合的技术和钛材设备的制造经验。氧化反应器的制造难点,一是钛复合板材的爆炸贴合和成型,要防止贴合面的分离;二是钛材和复合钛材的焊接、探伤和热处理技术;三是大型反应器的组装和试验技术;四是要具备清洁的净化车间,以达到防止污染的目的。至于反应器内搅拌器,国内莱宁(中国)搅拌设备公司、大连佐竹公司、锦西化机厂都有系列设计和制造的技术和经验。
       (2)空气压缩机组    一般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。单轴机组由高压空压机、低压空压机、透平膨胀机、汽轮机组成,多轴机组由多轴压缩机、透平膨胀机、汽轮机组成。百万吨级PTA空气压缩机的主要技术参数为:入口流量386976Nm3/h,出口压力1.975MPa,设计温度162℃,轴功率55000kW。
       PTA装置用空气压缩机,沈阳鼓风机集团已具有成熟技术,与其它空气压缩机相比,只是工艺参数的变化而已。该公司的SRR和MCL系列压缩机可以满足PTA装置空气压缩机的需要,驱动汽轮机完全可以采用杭州汽轮机厂现有技术。存在的问题是沈阳鼓风机集团目前还没有尾气膨胀透平的设计和制造技术,需要其它厂家配套。陕西鼓风机集团研制生产的轴流式压缩机也可满足大型PTA装置的要求,另外该厂还有设计制造尾气回收透平的技术。
       (3)回转式干燥机    分氧化干燥机和精制干燥机两种,其作用是将过滤机输送的粗对苯二甲酸和精对苯二甲酸滤饼去除多余的醋酸和水分。回转式干燥机采用蒸汽作为加热介质,其技术关键是大齿圈的设计加工制造和进出料端旋转密封及防物料粘贴技术。
       国外对密闭型蒸汽管回转干燥机的开发较早,国内天华化工机械研究设计院也已有自己的专有技术和多年的研发经验,掌握了工程放大技术,建立了工艺模型,完善了工艺计算方法,形成了干燥机关键部件结构的专有技术,掌握了加工工艺成套技术,并进行了干燥单元设备成套化开发。最近几年该院及南化公司机械厂、锦西化机厂曾为燕山石化聚乙烯、仪征化纤PTA装置、洛阳石化PTA装置等提供过筒体直径为1800~3800mm的回转干燥机系列产品,筒径为4000mm的干燥机设计已经完成。对于百万吨级PTA回转干燥机,虽然在制造和运输上会有不少困难,但国内设计制造还是有一定的基础。
       (4)压力离心机    离心机转鼓直径1200mm,转速2000r/min,处理能力50t/h,技术关键在于大功率高精度行星差速器技术、不锈钢转鼓离心浇注技术、大直径双端面机械密封制造技术。
       国内专业制造企业有重庆江北机械厂和吉林化工机械厂,他们都有自己的设计软件,进行过系列离心机开发,另外上海石化机械制造公司和辽阳化纤公司机械厂也都为PTA装置研制过压力离心机。吉林化工机械厂先后开发过多种型号的离心机,如500型、630型、850型等多系列卧式螺旋卸料离心机,及1200型、1600型、1800型等系列刮刀卸料离心机,已广泛应用于石油、化工、农药等领域。重庆江北机械厂集科研、开发、制造、服务为一体,先后开发出GKH型系列虹吸过滤刮刀卸料离心机、IW630-N卧式离心卸料离心机、WH-800、WH800-N型活塞推料离心机、SGZ(SXZ)型三足式下部卸料自动离心机等。辽阳化纤公司机械厂研制的LW12001980N卧式螺旋卸料沉降离心机,是目前国内带压工况下最大规格的PTA离心机。但这些厂家都没有研制过大直径、高转速的立式螺旋沉降式差速离心机的经验,需组织有针对性的研发。
       (5)其它设备    包括结晶器、换热器、冷凝器、过滤机、加氢反应器等,材质有低碳不锈钢、复合钛材、双相不锈钢、铬钼钢等,国内南化公司机械厂、金州重型机器厂、锦西化机厂、抚顺市机械厂都有长期的制造经验,实现国产化问题不大。PTA装置中加氢用隔膜式氢气压缩机,要求无泄漏、无污染,国内上海大隆机器厂有多年设计制造隔膜式压缩机的经验,能够满足PTA氢气压缩机的要求。另外PTA装置用离心泵参数并不复杂,除了PVDC材质、哈氏合金衬里、Du-plexss材质的泵国内还不能生产外,其余PTA用泵国内基本可以生产,特别是大连苏尔寿泵及压缩机公司的产品系列可以满足PTA用泵的需要。
       作为目前国内同类在建项目中投资最低、进度最快、设备国产化率(大于75%)最高的年产百万吨PTA(精对苯二甲酸)工程项目,重庆蓬威PTA的项目建设进展顺利,实现大型PTA项目设备国产化目标指日可待。重庆蓬威PTA的项目是东方希望集团投资的大型石化项目。作为一家民营企业,该公司在认可国内设计院工艺流程设计和国内设备制造业水平的前提下,承担起首台首套重大石化装备国产化的重任。该项目采用中国纺织工业设计院自行研发的国产化PTA工艺技术,为关键设备国产化提供了便利条件。据了解,重庆蓬威PTA项目原设计年产60万吨,随着装置规模经济的提升,目前已调整为年产90万吨,加上设计余量,实际可达年产100万吨。由于实现了工艺国产化和关键设备立足于国内制造,将大大降低工程造价,预计工程总投资为26.44亿元。尤其是其中的大型PTA装置工艺空气压缩机组,是我国在进口20多套以后首次实现国产化,该空压机组可以稳定、可靠地满足工艺要求,显著地节约设备造价。重庆蓬威PTA项目已陆续订货。其中包括PTA装置的核心设备及配套装置,都是由陕西鼓风机集团公司、杭州汽轮机股份公司、锦西化工机械制造公司、江苏南京宝色钛业有限公司、成都翔云飞机附件厂、航天科技动力研究所等设计制造。由中纺院设计,中国二重集团制造的大型加氢精制反应器是国内首台(套)实现国产化的大型PTA精制反应器。按照国家发改委近期发布的《关于加快推进大型石化装备自主化实施方案),“十一五”期间我国60万~100万吨/年大型PTA等石化成套装备自主设计制造的目标是自主化率达到75%以上。仪征化纤、济南化工新材料和重庆蓬威石化3个大型PTA项目,已被确定为大型PTA项目设备国产化的依托工程。
       总之,由于国内长期对PTA主要设备的了解和国内机械制造企业多年来的技术进步,由国内研制百万吨级PTA主要设备是可行的,不能长期依赖进口国外设备,应通过科研、设计、制造、用户的通力合作,实现大型PTA工艺技术和主要设备的国产化。


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