優(yōu)化操作降低PTA裝置醋酸單耗

陳興偉，井 丹

(中國石油化工股份有限公司洛陽分公司，河南洛陽 471012)

洛陽石化精對苯二甲酸(PTA)裝置采用BPAMOCO專利技術(shù)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為22.5萬 t/a，2000年5月正式投產(chǎn)，2003年7月完成擴(kuò)能改造，生產(chǎn)能力提高到32.5萬t/a。

PTA生產(chǎn)過程中，溶劑醋酸單耗是需要重點(diǎn)關(guān)注的一項(xiàng)重要生產(chǎn)指標(biāo)。洛陽石化PTA裝置2010年醋酸單耗為每噸PTA 46.87 kg，高于中石化每噸PTA 45.62 kg的平均水平。目前，國內(nèi)采用先進(jìn)技術(shù)的裝置醋酸單耗已經(jīng)達(dá)到每噸PTA 42 kg醋酸，國外有的甚至已經(jīng)達(dá)到38 kg［1］。因此，如何進(jìn)行工藝調(diào)整和設(shè)備升級，以降低醋酸單耗，就成為一個急需認(rèn)真探索解決的技術(shù)難題。

1 影響醋酸單耗因素分析

影響PTA裝置醋酸單耗的因素是多方面的，概括起來主要有以下幾個方面:①氧化反應(yīng)過程中燃燒損失;②隨氧化反應(yīng)尾氣流失;③BT403塔頂醋酸流失;④隨BM403殘?jiān)懦?⑤生產(chǎn)停工損失;⑥系統(tǒng)進(jìn)堿;⑦跑、冒、滴、漏造成的醋酸損耗。

2 改進(jìn)措施

2.1 優(yōu)化氧化反應(yīng)器BR106操作

PX氧化生成TA(對苯二甲酸)的同時，一部分醋酸和PX還會發(fā)生燃燒反應(yīng)，CO2、CO是主要的燃燒產(chǎn)物。氧化反應(yīng)尾氣中CO2、CO的60%來自于醋酸燃燒，40%來自PX燃燒;在醋酸的燃燒中，大約75%的醋酸生成CO2、CO和水，25%生成醋酸甲酯等其他副產(chǎn)物［2］。

醋酸燃燒損失是影響PTA裝置醋酸單耗的最主要原因。據(jù)AMOCO工藝包提供的數(shù)據(jù)，在工業(yè)操作條件下醋酸氧化生成CO2、CO和醋酸甲酯造成的損失為每千克PX 0.053～0.060 kg醋酸，或者每經(jīng)過一次氧化反應(yīng)損失2%的醋酸，折合成每噸PTA 為33.8 ～38.3 kg。

氧化反應(yīng)中，催化劑、壓力、溫度等操作參數(shù)的變化，將直接影響到醋酸燃燒反應(yīng)的劇烈程度，具體如表1所示。正常生產(chǎn)中，氧化反應(yīng)器BR106反應(yīng)溫度一般控制在189℃，壓力1.20 MPa(G)，液位82%。當(dāng)發(fā)現(xiàn)反應(yīng)溫度或尾氣中COx含量出現(xiàn)異常，我們要及時對 BD105配料中 Co2+、Mn2+、Br－濃度、水含量，BR106壓力、液位、抽出水含量進(jìn)行調(diào)整，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，盡可能降低氧化反應(yīng)器內(nèi)“醋酸燃燒”反應(yīng)。

表1 可變因素對氧化反應(yīng)影響

2.2 尾氣冷凝換熱器更換升級

氧化反應(yīng)蒸汽要依次通過BE112～BE115冷凝換熱器進(jìn)行冷凝，不凝氣進(jìn)入高壓吸收塔BT111進(jìn)行洗滌，回收未反應(yīng)的PX和溶劑醋酸。BT111塔頂洗滌氣通過廢氣緩沖罐BD－101排除夾帶的液體后，一部分送往廢氣干燥器BM－1101A/B，其余驅(qū)動尾氣膨脹機(jī)BC－102/102A做功。

由于原有設(shè)計(jì)能力限制，加上BE115管程內(nèi)漏，BE115、BT111塔頂出口氣相溫度偏高，分別為70℃、62℃，遠(yuǎn)高于36℃、37℃的設(shè)計(jì)值，BT111頂部氣相中酸含量偏高，醋酸流失比較嚴(yán)重。

2011年9月化工車間對BE113、BE113A、BE115進(jìn)行更換，同時BE115換熱面積由690 m2增加至770 m2，BE115出口氣相、BT111塔頂溫度均下降為33℃，BD－101排出液體酸味明顯降低。

2.3 溶劑脫水塔BT403優(yōu)化改造

溶劑脫水塔BT403采用常規(guī)精餾，擴(kuò)容改造后，BT403也經(jīng)過數(shù)次改造。2004年洛陽石化與南京凱寧分公司合作，采用原篩板塔盤與新型復(fù)合孔微型閥高效塔盤相結(jié)合的方法，對塔盤結(jié)構(gòu)作了改進(jìn)，塔頂外排污水酸含量降至0.8%以下。

以2011年BT403塔頂冷凝液酸含量平均值0.82%計(jì)算，BT403塔頂醋酸流失量約為每噸PTA 1.09 kg。特別是當(dāng)裝置高負(fù)荷運(yùn)行時，氧化溶劑脫水塔處理能力很難滿足生產(chǎn)需要。2011年9月大檢修后，PX生產(chǎn)負(fù)荷提至29 t/h，BT403頂部冷凝液酸含量基本在1.1%以上，最高甚至達(dá)到1.9%，遠(yuǎn)高于其設(shè)計(jì)值。

因此，工藝參數(shù)調(diào)整，優(yōu)化BT403操作或BT403系統(tǒng)改造升級，比如采用共沸精餾(共沸精餾與普通精餾對比見表2)，降低BT403頂部醋酸流失是大家以后研究工作的熱點(diǎn)。

表2 共沸精餾與普通精餾對比

2.4 改善薄膜蒸發(fā)器BM403操作

薄膜蒸發(fā)器BM403采用內(nèi)刮膜、外加熱蒸發(fā)回收醋酸。根據(jù)工藝設(shè)計(jì)，殘?jiān)械拇姿岷坎荒艹^3%，但由于我們PTA裝置的薄膜蒸發(fā)器的尺寸比較小，要使殘?jiān)械拇姿岷窟_(dá)到3%難度很大。以2011年殘?jiān)俅驖{罐BD403中的醋酸含量均值5.61%計(jì)算，BM403醋酸流失量約為每噸PTA2.26 kg。

因此，正常生產(chǎn)中我們必須密切關(guān)注薄膜蒸發(fā)器BM403底部溫度TI421、BD403壓力PI412變化，TI421控制在145～180℃，PI412控制在95～125 kPa(G)，發(fā)現(xiàn)異常及時進(jìn)行相應(yīng)處理，保證BD403中酸含量在5%以下。

2.5 BM301堿洗程序優(yōu)化

PTA裝置旋轉(zhuǎn)真空過濾機(jī)有三臺BM301A/B/C，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)物料中TA的過濾分離。三臺過濾機(jī)每天堿洗一臺，三天為一輪次。堿洗時，首先把酸噴淋閥關(guān)閉，然后用堿進(jìn)行堿洗浸泡，最后用凝液進(jìn)行置換。

由于設(shè)計(jì)缺陷，醋酸噴淋閥組安裝高度低于過濾機(jī)，堿洗過程中，醋酸噴淋閥關(guān)閉后管內(nèi)殘存的醋酸無法自行返回到系統(tǒng)。三臺過濾機(jī)酸噴淋總閥距過濾機(jī)醋酸噴嘴距離依次為 17.2 m、23.1 m、28.2 m，管線內(nèi)徑0.05 m，以年開工率7 600 h計(jì)算，每年將有14.9 t醋酸隨堿液排出系統(tǒng)。

我們建議對堿洗程序進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)堿前首先用凝液置換1 min，將管線殘存醋酸置換進(jìn)BD301，減少堿洗過程中醋酸流失。

2.6 BM302/BM302A載氣系統(tǒng)分開

2003年P(guān)TA裝置擴(kuò)能改造時，氧化單元過濾干燥系統(tǒng)增上了一臺過濾機(jī)和一臺干燥機(jī)，BM302/BM302A兩臺干燥機(jī)并聯(lián)操作，共用一套載氣洗滌系統(tǒng)。

載氣洗滌系統(tǒng)由于設(shè)計(jì)能力有限，遠(yuǎn)不能滿足工藝要求，主要表現(xiàn)為:①干燥機(jī)洗滌塔BT301底部溫度、塔壓分別為80℃、－1.0 kPA(G)，達(dá)不到70℃、－1.5 kPA(G)設(shè)計(jì)值;②載濕氣帶液(醋酸)帶料(TA)嚴(yán)重，干燥機(jī)堿洗頻繁;③設(shè)備腐蝕比較嚴(yán)重、現(xiàn)場酸味大。2011年9月裝置大檢修期間，裝置增上一套載氣洗滌系統(tǒng)，BM302和BM302A載氣洗滌系統(tǒng)分開，過濾—干燥系統(tǒng)冒料頻繁、現(xiàn)場酸味大、BM302/BM302A堿洗頻繁等一系列問題將得到了根本解決。

2.7 強(qiáng)化管理，減少生產(chǎn)波動

2.7.1 加強(qiáng)關(guān)鍵機(jī)組和隱患設(shè)備特護(hù)，控制和減少非計(jì)劃停工

對關(guān)鍵部位(如氧化反應(yīng)器 BR106、空壓機(jī)(BC101/A、BC102/A)實(shí)施特護(hù)，及時發(fā)現(xiàn)隱患，減少非計(jì)劃停工。

我們對2010年四次晃電停工過程中當(dāng)班醋酸單耗進(jìn)行分析，結(jié)果如表3所示。從表3可以看出，停車過程中醋酸單耗明顯超標(biāo)。國外專家曾經(jīng)計(jì)算過，年產(chǎn)22.5萬t PTA的裝置，氧化反應(yīng)器每停車1次，大約損失 24 t醋酸［4］。

表3 2010年裝置晃電停工當(dāng)班醋酸單耗

2.7.2 對涉堿作業(yè)嚴(yán)格控制

我們對2010年2～3月份母液罐BD306 Na+含量與醋酸單耗關(guān)系進(jìn)行了跟蹤，結(jié)果如表4所示。從表4可以看出，BD306中Na+含量較高時，醋酸單耗顯著增加。據(jù)AMOCO專家考證，年產(chǎn)22.5萬t PTA的裝置，氧化反應(yīng)的混合進(jìn)料中Na+每增加10×10－6，則醋酸消耗將會增加 1 kg［5］。

為了防止堿無故進(jìn)入系統(tǒng)，化工車間對BM301A/B/C堿洗、BE306切換等涉堿作業(yè)制定作業(yè)指導(dǎo)書;同時根據(jù)氧化反應(yīng)狀況及時對母液罐BD306 Na+含量進(jìn)行跟蹤。發(fā)現(xiàn)異常，及時采取相應(yīng)措施，基本保證BD306中Na+在30×10－6以下。

2.7.3 現(xiàn)場查漏補(bǔ)缺

2011年1月至今，經(jīng)過化工車間檢查，先后發(fā)現(xiàn)BE115管程漏酸、BE403與BT403上法蘭連接處滴酸、BM302A煙囪斜管漏酸氣等一系列重大安全及事故隱患?；ぼ囬g采取了積極有效的措施，并利用2011年9月份裝置大檢修成功完成設(shè)備消缺，在保證安全平穩(wěn)生產(chǎn)的同時有效地降低了酸耗。

3 結(jié)果與討論

經(jīng)過一年的努力，我們在降低醋酸單耗方面取得了較為顯著的成績，2011年全年每噸PTA醋酸單耗均值46.6 kg，順利完成分公司46.8 kg控制指標(biāo)。在中石化5家PTA裝置中排名第三，整體處于中游水平。但是，距中石化股份公司每噸PTA醋酸單耗44.02 kg的先進(jìn)水平還有一定的差距，我們一方面要繼續(xù)優(yōu)化操作，同時還要從生產(chǎn)管理、流程優(yōu)化、設(shè)備改造升級等幾個方面挖掘裝置潛力，進(jìn)一步降低醋酸單耗，提高裝置的經(jīng)濟(jì)和環(huán)保效益。

［1］王振新.PTA生產(chǎn)中降低醋酸消耗的探討［J］.聚酯工業(yè)，2003，16(5):36－39.

［2］孫靜珉，陸德民，吳孝熾，等.聚酯工藝［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，1985.

［3］中國石油化工集團(tuán)公司人事部、中國石油天然氣集團(tuán)公司人事服務(wù)中心.精對苯二甲酸裝置操作工［M］.北京:中國石化出版社，2008.

［4］顧祥萬.PTA生產(chǎn)降低醋酸單耗的技術(shù)［J］.聚酯工業(yè)，2003，16(4):36－38.