PTA技術(shù)國產(chǎn)化中的主要化學工程問題及其研究思路

曹雄志

摘 要：PTA技術(shù)即精對苯而計算制備技術(shù)，主要是將石油制成精對苯二甲酸。它是重要的有機原料之一，也是世界物資制作的重要原料。PTA被廣泛應用在國民生活的方方面面，在電子和輕工業(yè)方面也有涉及，是纖維和生產(chǎn)聚酯薄膜等塑料制品的原材料。因此PTA技術(shù)是國家非常重視的一項技術(shù)，本文就淺談PTA技術(shù)國產(chǎn)化中的主要化學工程問題及其研究思路。

關(guān)鍵詞：PTA技術(shù) 國產(chǎn)化 化學工程 問題及研究

現(xiàn)階段擁有PTA專利技術(shù)的國家主要有美國、英國和日本，我國引進了三個國家的專項技術(shù)，并且自PTA技術(shù)工藝的制備上有了很大的提升。PTA技術(shù)涉及的方面有很多，總的來說是就以二甲苯為原料，通過高溫氧化、精制分離所得到的粗對苯二甲酸，精對苯二甲酸主要是在反應未完成之前就將4-羚基苯甲酸轉(zhuǎn)化成甲基苯甲酸，然后除去精制分離即可得到精對苯二甲酸，這其中的化學反應操作流程要求精密，所以需要進行深入研究。

一、PTA國有化工業(yè)化學工程的問題和研究

（一）氧化反應器。從某種程度上說，養(yǎng)化反應器是PTA生產(chǎn)工藝的核心。在現(xiàn)階段所采用的氧化反應器的結(jié)構(gòu)是三星攪拌釜式，能夠停留的時間有60分鐘到90分鐘之間，此外壓力是1.0到2.0之間，所反應的溫度是185到205度。當然，各大企業(yè)多引進的設(shè)備不僅相同，也有采用雙層槳形拌釜，還有的是采用攪拌釜并聯(lián)操作，也有的是三井技術(shù)，即塔板狀的釜式反應器。由于設(shè)備裝置不同，其所操作的條件也有著一定的出入。氧化反應器是PTA生產(chǎn)的核心，設(shè)計帶的知識產(chǎn)權(quán)領(lǐng)域和級別也比較高，包括催化劑和反應條件，擋板的配置和釜體的構(gòu)造，一會攪拌器的尺寸結(jié)構(gòu)和大小，都有專利覆蓋，因此對于氧化反應器的運行機理還不是很明確，需要進行大量的實驗進行摸索。

（二）高溫氧化特性和過程模擬化的研究。二甲苯的氧化是非常復雜的三相反應，也是強放熱氣液固的混合反應，涉及到化學的吸收以及液體轉(zhuǎn)化中一系列的固體結(jié)晶和傳熱傳質(zhì)以及自由基的反應過程。因此，在實驗研究的過程中主要是分析三個方面：一是溫度和其他的反應的條件的問題;二是生產(chǎn)樣品的一個測試;三是如何在高溫高壓的條件下，保留樣品最真實的特性。為了能夠獲得比較真實且準確的動力學數(shù)據(jù)，為PTA國有化提供有力的數(shù)據(jù)支撐，我國企業(yè)已經(jīng)建立比較完善的反應實驗裝置，并且開發(fā)出合理的實驗分析檢測技術(shù)，并且能夠控制反應的時間和條件，檢測反應中產(chǎn)生的物體。通過實驗所得，溫度和催化劑的影響對于反應的影響很大，此外尾氧濃度以及反應物濃度反應的影響也非常的大。

（三）產(chǎn)能集中、周期失控。由于專利法的約束，我國在PTA生產(chǎn)的過程中需要采取國外的專利專項技術(shù)，因此就需要額外的進行專利費用的繳納。但是由于我國花費了大量的資金，開發(fā)了成套的知識產(chǎn)權(quán)，這在一定程度上壓低了技術(shù)引進的成本，也減少了投資的金額，緩解了PTA產(chǎn)業(yè)的資金流動的困難局面。但同時也誘發(fā)了新的問題，由于在15年國內(nèi)龍頭PTA企業(yè)浙江遠東石化和福建漳州騰龍以為各種各樣的事故導致停產(chǎn)，化工產(chǎn)業(yè)進行資本重組，形成了全新的PTA產(chǎn)品市場供應能力。然而由于目前PTA產(chǎn)地主要集中在南方的江蘇浙江和福建一帶，再加上我國強大的工業(yè)實力和龐大的人口資源，在短短的幾年時間接使得PTA產(chǎn)品的產(chǎn)能過剩，再加上產(chǎn)地比較集中，整個的生產(chǎn)體系的周期失控。

（四）過分進口，技術(shù)受限。從整體的產(chǎn)業(yè)鏈上來看，雖然我國已經(jīng)研制出成套的設(shè)備，但仍然對PX有著非常嚴重的引進問題，從17年的進口數(shù)據(jù)來看，所進口的占總數(shù)量的一半以上。并且，由于國外的供應商和國內(nèi)的商家有著穩(wěn)定的、長期的合作關(guān)系，導致成為了國有企業(yè)的強力的競爭對手。相比較PTA技術(shù)來說，PX更容易形成對產(chǎn)業(yè)上游技術(shù)的壟斷，因此對于國有企業(yè)的中石化、中石油等是一個巨大的威脅，嚴重影響了國有企業(yè)的發(fā)展空間，并且，不完整的產(chǎn)業(yè)鏈本身的抵抗風險的能力不強，很容易受到產(chǎn)業(yè)環(huán)境的影響。

二、PTA技術(shù)國產(chǎn)化中的主要化學工程研究思路

（一）氧化反應器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化。氧化反應器一種都是PTA技術(shù)重點和難點，也會是國有化的阻礙。在以往的研究中，由于缺乏對其反應機理的了解，也缺乏冷漠研究的一個基礎(chǔ)，因此在氧化反應器的研究和改進的過程中很難得到推進。但是隨著近些年來對動力學的研究和深入，并且在冷模的研究中也得到進展，因此對于氧化反應器的優(yōu)化有了發(fā)展和研究的可能。我們在氧化反應器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化中，可以采用新型攪拌槳的結(jié)構(gòu)形狀來代替原有的攪拌器，代替的原則是符合動力學，并且要滿足其反應的速率和反應的溫度之間的運行控制，還要滿足氣液傳動，另外還要保證對于固體的懸浮不會有粘壁和堵塞的作用。除此之外，對于反應器另一個方面的優(yōu)化就是設(shè)計構(gòu)型的巨大化。氧化反應器結(jié)構(gòu)的巨大化是一種發(fā)展趨勢，但是由于氧化反應器的特性，導致很難在增大體形后還能保持其原有的反應速率以及接受的能力，不僅僅是應為PX的氧化反應能力，還因為其單一反應器在放大后效率會極速下降。因此，針對這種情況，可以采取塔式反應器來進行優(yōu)化措施，在放大氧化反應器體形的同時，會更以有利于氣液的傳質(zhì)，也能夠提高轉(zhuǎn)化率和高收率，同時還能夠使溫度分布均勻，強化反應器的性能。

（二）催化劑的開發(fā)和優(yōu)化。PTA現(xiàn)階段的主流工藝是以Amoco-MC為主的高溫氧化工藝，對于催化劑的構(gòu)成主要是鈷、錳、溴三種元素構(gòu)成，而且經(jīng)過多年的運用，這一體系的催化劑已經(jīng)使用的非常成熟，對于整體工藝的運行條件、催化劑的濃度、催化劑的數(shù)量以及催化劑運行的機理都有了比較完善的體系。所以很難在PTA工藝中尋找到新的催化劑使用系統(tǒng)。所以需要研究的是在Amoco-MC催化劑的反應體系中，尋找少量的其他化學元素來改善反應體系的性能。在我國目前的研究過程中，主要是以少量化學元素來優(yōu)化原有的催化劑的性能，提高其化學反應的活性，并且降低催化劑的副作用。

（三）PTA成產(chǎn)工藝的集成優(yōu)化。事實上，從我國PTA技術(shù)進行國產(chǎn)化開展工作以來，所遇到的化學上和設(shè)備上的難題已經(jīng)逐步得到解決，這也就給生產(chǎn)工藝的集成化提供了便利的條件。所以在進行PTA生產(chǎn)技術(shù)的優(yōu)化中，是從兩個方面進行研究的，一是從汽輪機到壓縮機再到氧化反應器，然后是尾氣膨脹機，通過這幾動力設(shè)備的集成控制，能夠有效的提升工作的效率。另一個方法是PTA全流程的計算機模擬，這種方法是比較常見的，計算機仿真技術(shù)為其提供了必要的條件。

結(jié)束語

PTA技術(shù)的國有化歸根結(jié)底是化學工程的問題，因此要研究在反應的過程中所有的化學變化，建立科學合理的實驗手段，并且進行模型化、信息化、系統(tǒng)化的集成優(yōu)化。通過氧化反應器、催化劑等多方面的優(yōu)化措施，來改善PTA生產(chǎn)工藝中的化學反應環(huán)境，進一步的提高生產(chǎn)的效率，并創(chuàng)新一項新的技術(shù)。

參考文獻

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