PTA国产化新工艺与成套技术
李希
　　我国从20世纪70年代开始大量引进精对苯二甲酸(PTA)装置，至今已有16套。为了实现PTA技术与装置的国
产化，浙江大学针对PTA工艺过程展开了系统的化学工程研究，开发出具有自主知识产权的新型氧化反应器与更为
先进的氧化工艺，可使PTA新建项目总投资比引进装置节省20%～30%，国产化工艺的能量消耗比目前引进的PTA
装置节能20%以上，目前已申请专利12项（已获授权6项）。
    1.开发思路
　　PX氧化涉及气液固一系列自由基反应、化学吸收、反应结晶、强放热与蒸发移热，机理十分复杂。氧化流程
涉及反应、精馏、蒸发、吸收、结晶、过滤、换热、干燥、能量回收等多个单元，系统结构也十分复杂。过程的开
发包括2部分工作：一是氧化反应器的开发，二是氧化流程的最优设计，前者采用化学反应工程的方法进行研究，
后者采用过程系统工程的方法进行模拟和优化。整个开发工作包括热模实验、冷模实验、数学模拟、新型氧化反应
器的开发、工业实验、流程模拟、系统集成与优化设计。
　　2.工艺技术特征
　　PTA的生产分为两大工序：氧化工序与加氢精制工序。目前各类PTA工艺在加氢精制方面的设计基本相同，差
别主要在氧化部分，分为高温工艺（Dupont-ICI：201～205℃；BP-AMOCO：190～196℃）、中温工艺（三井185℃）、
低温工艺（Lurgi-Eastman：155～165℃）三类。除氧化反应条件不同外，各类工艺在氧化反应器单元、尾气处理
系统、浆料处理系统的设计方面都有显著差异。
　　根据目前PTA装置日趋大型化的要求，该PTA工艺的设计产能为60万～80万t/a，其中氧化反应器采用2台
并联操作，其他设备均采用单系列。流程可分为4个模块：氧化反应器单元、尾气处理单元、浆料处理单元、加氢
精制单元。原料对二甲苯、溶剂醋酸、催化剂、空气加入氧化反应器进行氧化反应，反应热通过溶剂蒸发转换成蒸
汽与尾气一道从塔顶移出，进入尾气处理单元，尾气经过多级换热、吸收、气体净化、精馏脱水，回收能量和溶剂，
然后排放。反应器生成的TA浆料从底部排出，进入浆料处理单元，浆料通过多级结晶和补充氧化、过滤、干燥进
行液固分离，分离出的母液大部分返回氧化反应器，少部分抽出净化。干燥后的粗对苯二甲酸（CTA）送到加氢单
元进行精制得到PTA。具体工艺流程见图1。
   （1）氧化反应器单元：采用反应/精馏一体化设计，下部为无搅拌的鼓泡塔反应器，上部为精馏塔。精馏段采
用规整填料（专利200310107889.5，200320108899.6）或多块高效塔板（专利200510048977.1，200520100244.3）
直接利用反应热进行溶剂脱水。反应段下部设气体分布器，底部出料，反应段高径比为4～7。单台反应器产能设
计为30万～40万t/a，直径4.7～5.2m，总高30～35m。反应温度在185～190℃，溶剂比、停留时间、含水量等
条件的设定兼顾了氧化反应、结晶粒径、溶剂消耗等方面的要求。实验室研究与工业实验均表明，该反应器能够满
足氧化反应的多方面需求。与引进的搅拌釜反应器比较，同样产能的鼓泡塔反应器体积要大25%～30%，但由于其
呈细长结构，且无运动部件，造价和操作费用反而比搅拌釜低廉得多。同时，由于直接利用反应热进行精馏，在节
能降耗方面比搅拌釜具有更大的优势。
   （2）尾气后处理单元：反应器尾气合并后进入多级冷凝器并流冷凝，冷凝器同时副产不同能级的蒸汽，大部分
蒸汽通入蒸汽透平回收能量，一部分用于脱水塔供热；冷凝后的尾气通过2段吸收塔回收PX和醋酸，然后通过尾
气净化去除有机成分，进入尾气膨胀机回收能量、排放。塔顶冷凝液大部分回流到氧化反应器，少部分抽出到脱水
塔脱水，脱水塔采用共沸精馏技术，有利节能与减少醋酸消耗。压缩机、蒸汽透平、尾气膨胀机采用共轴连接，除
开车启动外，不再需要外部提供能量。尾气处理流程的这种设计借鉴了杜邦与三井工艺的长处，既消除了脱水与换
热的瓶颈，又最大限度利用了反应热。
　　（3）浆料后处理单元：氧化反应器出口浆料合并后进入三级串连结晶器，第一结晶器通入少量空气进行补充
氧化；浆料经后续的结晶器减压蒸发浓缩后进入真空过滤机分离固体，过滤母液大部分回流反应器，少部分抽出进
行除杂和催化剂回收；固体进入干燥机干燥后制成CTA粉料，再加氢精制得PTA产品。浆料处理流程的设计主要借
鉴了Amoco工艺的思路，有利于结晶和干燥，可消除粒径和干燥方面的瓶颈。