中温中压PTA工艺流程及空压机组设计解析

王圣驰 段亚琼 艾宏伟 刘斌

【摘 要】简介了中温中压PTA工艺流程，介绍了在中温中压PTA工艺流程中压缩机组的配置、设计要点和机组布置。

【关键词】PTA；工艺流程；压缩机组

引言

PTA即精对苯二甲酸（Pure Terephthalic Acid）的英文缩写，其主要用途是生产聚酯纤维（涤纶）、聚酯瓶片和聚酯薄膜，广泛用于与化学纤维、轻工、电子、建筑等国民经济的各个方面，是一种非常重要的有机原料。

以往PTA工艺流程配置压缩机组基本为国外垄断，我集团公司组织精干力量，对国外企业的垄断地位发起了挑战，最终研制成功中温中亚PTA流程配套压缩机组，打破垄断。

1 PTA流程简介

石油经过一定的工艺过程生产出轻汽油（别名石脑油），从石脑油中提炼出MX（混二甲苯），再提炼出PX（对二甲苯）。PTA以PX（配方占65%-67%）为原料，以醋酸为溶剂，在催化剂的作用下经空气氧化（氧气占35%-33%），生成粗对苯二甲酸。然后对粗对苯二甲酸进行加氢精制，去除杂质，再经结晶、分离、干燥、制得精对苯二酸产品，即PTA成品。

三合一机组是中温中压PTA工艺流程空气压缩机组的通常配置，即全凝式低压补汽汽轮机与尾气膨胀机联合作为驱动机驱动氧化反应用空气压缩机。在氧化反应器中，经过压缩具有一定压力的空气与PX进行氧化反应，反应后气体有一定的压力并富含有机产物，进行催化焚烧升温后形成一定压力与温度的尾气，由尾气膨胀机回收尾气中的能量；PX的氧化反应是一个放热反应，反应热通过尾气冷凝器生成等级不同的低压蒸汽，这些低压蒸汽驱动全凝式汽轮机。

开车时由外界提供新鲜蒸汽驱动汽轮机启动机组，当压缩机出口压力达到氧化反应器所需最低压力要求时，开始向氧化反应器输入压缩空气，反应器开始氧化反应。氧化反应产出副产蒸汽及尾气后，将副产蒸汽切入汽轮机，将尾气切入膨胀机，随着副产蒸汽和尾气产生量的增加，逐步替换并最终取代新鲜蒸汽驱动机组。压缩机组在正常生产时将不再需要外界提供能量，最大程度地减少功率消耗，甚至可以外送副产蒸汽以供其他用热设备单元。

2机组主要设备配置

2.1空气压缩机

PTA工艺中使用的整体组装式压缩机是沈鼓集团在引进技术基础之上，综合数十年透平压缩机研究发展的技术成果，自主开发设计制造的整体组装式离心压缩机。压缩机采用4级高效半开式整体铣制三元叶轮进行4段压缩。

在第一级叶轮前设置自动控制的进口导叶调节性能（其他各级也允许加进口导叶），确保较宽的稳定运转范围为正常工况点的70～110%。

2.2尾气膨胀机

尾气膨胀机是沈鼓集团在多年开发的尾气向心膨胀机基础上，自主开发、设计、制造的整体组装式向心膨胀机。

采用2级2段膨胀，采用半开式均采用半开式整体铣制三元叶轮，第一级与第二级采用不同转速，分别与两个小齿轮连接，确保较高的能量回收效率与可靠的性能。

一二级之间采用级间加热器提高一级膨胀后尾气的温度以达到较高的效率和能量回收率。

每级叶轮进口采用可调进口喷嘴叶片，采用自动控制（可手动操作）调节性能，稳定运转范围宽，变工况条件效率高。

膨胀机用齿轮箱齿轮均为双工作面。

2.3全凝式低压补汽汽轮机

汽轮机采用从德国西门子引进的积木块反动式工业汽轮机技术设计、制造的单流、单出轴、全凝式低压补汽汽轮机。

以3种不同品质的副产蒸汽为能量源进行驱动：品质较高的蒸汽作为主驱动汽源，通过调节汽阀进入汽轮机并由调速汽阀控制流量以稳定机组转速。中品质蒸汽和低品质蒸汽依次在合适位置补入汽轮机。

汽轮机采用前部向下进汽、中间向上补汽和向下排汽的结构，汽轮机带有保温材料，汽缸上设有疏水口，所有的疏水经管线最后都汇集到疏水膨胀箱。汽轮机带有表面式冷凝器和凝结水液位自动调节装置，并配有两级射汽抽气装置以保证冷凝器能正常工作。

2.4其他辅助设备

中温中压PTA工艺压缩机组配备其他的辅助设备有：汽液分离器、气体冷却器、级间加热器、级间加热器、空气过滤器、各种消音器，控制系统等。

3设计要点

3.1合理选择汽轮机选型工况，对机组整個设计来说是非常重要的，总体要求：保证汽轮机在较低的一个运行条件下单独驱动压缩机在一定负荷下稳定运行，又要尽量降低汽轮机总体消耗，即汽轮机选型不能过大也不能过小。

3.2对压缩机、膨胀机叶轮进行强度分析、固有频率分析，有效避开转速引起的激振频率、进口导叶和扩压器叶片引起的激振频率。膨胀机叶轮材质的选择，既要防腐又要强度合格。

3.3对压缩机、汽轮机、膨胀机转子分别、整合进行阻尼不平衡响应分析，包括0%、25%、70%、100%、110%气量的工作负荷，以模拟开车和跳车时负荷对临界转速的影响。

对压缩机、汽轮机、膨胀机轴系进行轴系扭振分析，保证机组多轴系统长期稳定运行。

3.4设置冷却空气及能量回收管线

压缩机出口管线分支设置冷却空气管线和能量回收管线，其作用是：机组开停车时，提供冷却空气以保护膨胀机带走热量，空气压缩机升压开车，而氧化反应器不投料时，压缩空气通过能量回收管线使膨胀机发功回收能量，从而减少蒸汽消耗。

4 PTA工艺空气压缩机组布置

1）带减速器布置

由于汽轮机转速较高，为了保证合适的结构布置空间，在压缩机和汽轮机之间增设一个传动齿轮箱进行减速。减速器分别与汽轮机轴头和空压机大齿轮轴通过弹性联轴器联接。尾气膨胀机与压缩机大齿轮轴通过弹性联轴器联接。布置简图如图1所示

2）惰轴布置

压缩机齿轮箱增设一个大齿轮作为中间传动齿轮。大齿轮与两个压缩级齿轮轴水平布置，汽轮机输入齿轮轴（惰轴）布置在大齿轮轴下方。蒸汽轮机与空压机大齿轮轴正下方的惰轴通过弹性联轴器联接。尾气膨胀机与压缩机大齿轮轴通过弹性联轴器联接。布置简图如图2所示

5结语

随着市场的发展，必然会对已有各项技术提出进一步要求，只有紧靠市场，开发研制出满足市场需要的产品才能生存。想要发展，更是要根据市场的具体要求，对产品进行不断的完善与改进，这正是科技发展的根本动力，也是完成工业腾飞的必经之路。

参考文献：

[1]郑志国.杨树华等.大型PTA公益气压缩机组国产化技术概述.通用机械，2010（2）：26-27

[2]郑志国.李凤民等.向心膨胀机在PTA工艺空气压缩机组国产化中的应用.风机技术，2009（2）：65-66

[3]蒋国光.崔国刚.PTA工艺空气压缩机组国产化.通用机械，2013（5）：40-42

[4]宋颖梅.PTA装置中压缩机喘振控制的设计与实现.风机技术，2012（3）：81-85

[5]胡茂容.空压机组在PTA装置中的应用于国产化趋势.通用机械，2009（1）

[6]余勇兴陈莜金.PT装置装备国产化分析.通用机械，2006（6）

[7]宋颖梅孙春华瑞梅.PTA装置中速度控制的设计与实现.风机技术，2012（5）