优化操作降低PTA装置醋酸单耗

陈兴伟，井 丹

(中国石油化工股份有限公司洛阳分公司，河南洛阳 471012)

洛阳石化精对苯二甲酸(PTA)装置采用BPAMOCO专利技术，设计生产能力为22.5万 t/a，2000年5月正式投产，2003年7月完成扩能改造，生产能力提高到32.5万t/a。

PTA生产过程中，溶剂醋酸单耗是需要重点关注的一项重要生产指标。洛阳石化PTA装置2010年醋酸单耗为每吨PTA 46.87 kg，高于中石化每吨PTA 45.62 kg的平均水平。目前，国内采用先进技术的装置醋酸单耗已经达到每吨PTA 42 kg醋酸，国外有的甚至已经达到38 kg［1］。因此，如何进行工艺调整和设备升级，以降低醋酸单耗，就成为一个急需认真探索解决的技术难题。

1 影响醋酸单耗因素分析

影响PTA装置醋酸单耗的因素是多方面的，概括起来主要有以下几个方面:①氧化反应过程中燃烧损失;②随氧化反应尾气流失;③BT403塔顶醋酸流失;④随BM403残渣排出;⑤生产停工损失;⑥系统进碱;⑦跑、冒、滴、漏造成的醋酸损耗。

2 改进措施

2.1 优化氧化反应器BR106操作

PX氧化生成TA(对苯二甲酸)的同时，一部分醋酸和PX还会发生燃烧反应，CO2、CO是主要的燃烧产物。氧化反应尾气中CO2、CO的60%来自于醋酸燃烧，40%来自PX燃烧;在醋酸的燃烧中，大约75%的醋酸生成CO2、CO和水，25%生成醋酸甲酯等其他副产物［2］。

醋酸燃烧损失是影响PTA装置醋酸单耗的最主要原因。据AMOCO工艺包提供的数据，在工业操作条件下醋酸氧化生成CO2、CO和醋酸甲酯造成的损失为每千克PX 0.053～0.060 kg醋酸，或者每经过一次氧化反应损失2%的醋酸，折合成每吨PTA 为33.8 ～38.3 kg。

氧化反应中，催化剂、压力、温度等操作参数的变化，将直接影响到醋酸燃烧反应的剧烈程度，具体如表1所示。正常生产中，氧化反应器BR106反应温度一般控制在189℃，压力1.20 MPa(G)，液位82%。当发现反应温度或尾气中COx含量出现异常，我们要及时对 BD105配料中 Co2+、Mn2+、Br－浓度、水含量，BR106压力、液位、抽出水含量进行调整，在保证产品质量的前提下，尽可能降低氧化反应器内“醋酸燃烧”反应。

表1 可变因素对氧化反应影响

2.2 尾气冷凝换热器更换升级

氧化反应蒸汽要依次通过BE112～BE115冷凝换热器进行冷凝，不凝气进入高压吸收塔BT111进行洗涤，回收未反应的PX和溶剂醋酸。BT111塔顶洗涤气通过废气缓冲罐BD－101排除夹带的液体后，一部分送往废气干燥器BM－1101A/B，其余驱动尾气膨胀机BC－102/102A做功。

由于原有设计能力限制，加上BE115管程内漏，BE115、BT111塔顶出口气相温度偏高，分别为70℃、62℃，远高于36℃、37℃的设计值，BT111顶部气相中酸含量偏高，醋酸流失比较严重。

2011年9月化工车间对BE113、BE113A、BE115进行更换，同时BE115换热面积由690 m2增加至770 m2，BE115出口气相、BT111塔顶温度均下降为33℃，BD－101排出液体酸味明显降低。

2.3 溶剂脱水塔BT403优化改造

溶剂脱水塔BT403采用常规精馏，扩容改造后，BT403也经过数次改造。2004年洛阳石化与南京凯宁分公司合作，采用原筛板塔盘与新型复合孔微型阀高效塔盘相结合的方法，对塔盘结构作了改进，塔顶外排污水酸含量降至0.8%以下。

以2011年BT403塔顶冷凝液酸含量平均值0.82%计算，BT403塔顶醋酸流失量约为每吨PTA 1.09 kg。特别是当装置高负荷运行时，氧化溶剂脱水塔处理能力很难满足生产需要。2011年9月大检修后，PX生产负荷提至29 t/h，BT403顶部冷凝液酸含量基本在1.1%以上，最高甚至达到1.9%，远高于其设计值。

因此，工艺参数调整，优化BT403操作或BT403系统改造升级，比如采用共沸精馏(共沸精馏与普通精馏对比见表2)，降低BT403顶部醋酸流失是大家以后研究工作的热点。

表2 共沸精馏与普通精馏对比

2.4 改善薄膜蒸发器BM403操作

薄膜蒸发器BM403采用内刮膜、外加热蒸发回收醋酸。根据工艺设计，残渣中的醋酸含量不能超过3%，但由于我们PTA装置的薄膜蒸发器的尺寸比较小，要使残渣中的醋酸含量达到3%难度很大。以2011年残渣再打浆罐BD403中的醋酸含量均值5.61%计算，BM403醋酸流失量约为每吨PTA2.26 kg。

因此，正常生产中我们必须密切关注薄膜蒸发器BM403底部温度TI421、BD403压力PI412变化，TI421控制在145～180℃，PI412控制在95～125 kPa(G)，发现异常及时进行相应处理，保证BD403中酸含量在5%以下。

2.5 BM301碱洗程序优化

PTA装置旋转真空过滤机有三台BM301A/B/C，实现反应物料中TA的过滤分离。三台过滤机每天碱洗一台，三天为一轮次。碱洗时，首先把酸喷淋阀关闭，然后用碱进行碱洗浸泡，最后用凝液进行置换。

由于设计缺陷，醋酸喷淋阀组安装高度低于过滤机，碱洗过程中，醋酸喷淋阀关闭后管内残存的醋酸无法自行返回到系统。三台过滤机酸喷淋总阀距过滤机醋酸喷嘴距离依次为 17.2 m、23.1 m、28.2 m，管线内径0.05 m，以年开工率7 600 h计算，每年将有14.9 t醋酸随碱液排出系统。

我们建议对碱洗程序进行优化，进碱前首先用凝液置换1 min，将管线残存醋酸置换进BD301，减少碱洗过程中醋酸流失。

2.6 BM302/BM302A载气系统分开

2003年PTA装置扩能改造时，氧化单元过滤干燥系统增上了一台过滤机和一台干燥机，BM302/BM302A两台干燥机并联操作，共用一套载气洗涤系统。

载气洗涤系统由于设计能力有限，远不能满足工艺要求，主要表现为:①干燥机洗涤塔BT301底部温度、塔压分别为80℃、－1.0 kPA(G)，达不到70℃、－1.5 kPA(G)设计值;②载湿气带液(醋酸)带料(TA)严重，干燥机碱洗频繁;③设备腐蚀比较严重、现场酸味大。2011年9月装置大检修期间，装置增上一套载气洗涤系统，BM302和BM302A载气洗涤系统分开，过滤—干燥系统冒料频繁、现场酸味大、BM302/BM302A碱洗频繁等一系列问题将得到了根本解决。

2.7 强化管理，减少生产波动

2.7.1 加强关键机组和隐患设备特护，控制和减少非计划停工

对关键部位(如氧化反应器 BR106、空压机(BC101/A、BC102/A)实施特护，及时发现隐患，减少非计划停工。

我们对2010年四次晃电停工过程中当班醋酸单耗进行分析，结果如表3所示。从表3可以看出，停车过程中醋酸单耗明显超标。国外专家曾经计算过，年产22.5万t PTA的装置，氧化反应器每停车1次，大约损失 24 t醋酸［4］。

表3 2010年装置晃电停工当班醋酸单耗

2.7.2 对涉碱作业严格控制

我们对2010年2～3月份母液罐BD306 Na+含量与醋酸单耗关系进行了跟踪，结果如表4所示。从表4可以看出，BD306中Na+含量较高时，醋酸单耗显著增加。据AMOCO专家考证，年产22.5万t PTA的装置，氧化反应的混合进料中Na+每增加10×10－6，则醋酸消耗将会增加 1 kg［5］。

为了防止碱无故进入系统，化工车间对BM301A/B/C碱洗、BE306切换等涉碱作业制定作业指导书;同时根据氧化反应状况及时对母液罐BD306 Na+含量进行跟踪。发现异常，及时采取相应措施，基本保证BD306中Na+在30×10－6以下。

2.7.3 现场查漏补缺

2011年1月至今，经过化工车间检查，先后发现BE115管程漏酸、BE403与BT403上法兰连接处滴酸、BM302A烟囱斜管漏酸气等一系列重大安全及事故隐患。化工车间采取了积极有效的措施，并利用2011年9月份装置大检修成功完成设备消缺，在保证安全平稳生产的同时有效地降低了酸耗。

3 结果与讨论

经过一年的努力，我们在降低醋酸单耗方面取得了较为显著的成绩，2011年全年每吨PTA醋酸单耗均值46.6 kg，顺利完成分公司46.8 kg控制指标。在中石化5家PTA装置中排名第三，整体处于中游水平。但是，距中石化股份公司每吨PTA醋酸单耗44.02 kg的先进水平还有一定的差距，我们一方面要继续优化操作，同时还要从生产管理、流程优化、设备改造升级等几个方面挖掘装置潜力，进一步降低醋酸单耗，提高装置的经济和环保效益。

［1］王振新.PTA生产中降低醋酸消耗的探讨［J］.聚酯工业，2003，16(5):36－39.

［2］孙静珉，陆德民，吴孝炽，等.聚酯工艺［M］.北京:化学工业出版社，1985.

［3］中国石油化工集团公司人事部、中国石油天然气集团公司人事服务中心.精对苯二甲酸装置操作工［M］.北京:中国石化出版社，2008.

［4］顾祥万.PTA生产降低醋酸单耗的技术［J］.聚酯工业，2003，16(4):36－38.