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一、装置概况
(一)概况
本装置是以对二甲苯为原料生产纤维级精对苯二甲酸的成套装置,简称精对苯二甲酸(PTA)装置。PTA为精对苯二甲酸的英文名称Purified Terephthalic Acid的缩写。
本装置是成套引进装置,合同情况如下: 合同号:CGD—78416 签字日期:1978年12月22日 生效日期:1979年1月22日
承包商:西德法兰克福/(梅因)鲁奇矿物油技术 专利商:美国标准油公司(印第安那)的阿莫柯化学公司 生产规模:年产45万吨精对苯二甲酸 价格:设备材料及技术服务费305,495,200DM 专利费 19,466,667US$ 工程投资 61105.46万元
本装置产品主要作为聚酯原料,与仪征化纤公司同期向西德吉玛公司引进的54万吨/年聚酯装置相配套。由于1981年国民经济调整,装置一度停缓建,1983年11月我方与卖方签订了《修改合同协议书》,延续合同关系至1985年10月。1985年6月装置正式动工兴建,并于89年9月试车一次成功。1995年PTA装置逐步实施改造至1997年形成了60万吨/年的规模并达标。2012年3月,新一轮的PTA节能改造项目正式开工。
PTA装置由精对苯二甲酸生产装置区、公用区及灰浆沉降区三部分组成。生产装置区包括中央控制室、总降变配电站、贮罐区、脱离子水生产系统、氢氮压缩及贮存系统等设施。公用区包括循环冷却水系统、设备维修站、综合维修站、化学品仓库、压缩空气站、堆场等。装置占地总面积17.9万平方米。
PTA装置共引进设备1202台,工艺管道22.4万米,引进仪表9568台(件),调节控制回路630余套。PTA60万吨改造时,改造和新增设备290台件,增加工艺配管2万米,阀门700台,铺设电缆50000米,增加仪表调节回路100条,电气设备200台。经改造后仪表控制系统全部改为DCS控制。新一轮的PTA节能改造项目,改造和新增设备122台(套),增加工艺配管16263米,阀门1407台,铺设电缆、光缆125610米,增加仪表设备757台。
(二) 生产规模
本装置原设计生产能力为年产PTA45万吨,年开工时间为7884小时,每小时产量为57吨,
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由两条年产PTA22.5万吨生产线组成。经过扩容、改造,现装置生产能力达72万吨/年,年开工时间为8000小时,每小时产量90吨。
二、产品说明
(一) 产品名称
产品名称:精对苯二甲酸(PTA) 分子式:C8H6O4
结构式:
分子量:166.13
OHOCOHCO(二) 产品规格
产 品 质 量 指 标(SH/T1612.1-2005) 项 目 及 单 位 外观 酸值,mg(KOH)/g 对羧基苯甲醛(4-CBA),mg/kg 灰份,mg/kg 总重金属(Mo,Cr,Ni,Co,Fe,Ti,Mn),mg/kg 铁,mg/kg 水份,%(Wt) 5%DMF色度,铂-钴色号 对甲基苯甲酸,mg/kg B*值 粒度分布 优等品 白色粉末 675±2 ≤25 ≤8 ≤5 ≤1 ≤0.2 ≤10 ≤150 供需商定 供需商定 一等品 白色粉末 675±2 ≤25 ≤15 ≤10 ≤2 ≤0.5 ≤10 200
(四) 产品物化性质
对苯二甲酸为无毒、易燃的白色晶体,与空气混合,在一定围遇火即燃烧,甚至发生爆炸。主要物性常数如下:
(1) 分子式: C6H4(COOH)2 (2) 分子量: 166.13 (3) 比重,d415.5(固体) 1.55
(4) 熔点,℃ 384~421
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(5) 升华点,℃ 402
(6) 自燃点,℃ 680 (7) 溶解度
① 在250℃时,对苯二甲酸在各种溶剂中的溶解度如下: 溶 剂 95%硫酸 95%甲酸 二甲基甲酰胺(DMF) 甲 醇 溶 解 度 g/100g 2.0 0.5 6.7 0.1 冰 醋 酸 二甲基亚砜 乙 醇 乙 醚 溶 剂 溶 解 度 g/100g 0.035 20.0 热时微溶 不 溶
② 在水中溶解度 温 度 ℃ 25 100 120 160 185 溶解度g/100g水 0.0019 0.034 0.07 0.38 1.0 温 度 ℃ 200 225 242 259 272 溶解度g/100g水 1.8 5.0 10.0 20.0 27.2
③ 在醋酸中溶解度 温 度 ℃ 150 159 171 186 溶解度%(重量) 0.97 1.30 1.57 2.02 温 度 ℃ 199 212 219 溶解度%(重量) 2.51 2.97 3.63
④ 在甲醇中溶解度 温 度 ℃ 溶解度(g/100g溶剂) 0 — 25 0.1 160 2.90 200 15.0
(8) 离解常数
① 在水中的离解常数: K1=3.1×10-4 K2=1.5×10-5
② 在50%甲醇水溶解中的离解常数: K1=4.1×10-5 K2=8.3×10-7 (9) 爆炸常数
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① 对苯二甲酸的最低爆炸浓度为0.05g/l; ② 极限氧浓度(电火花点火)为15%; ③ 爆炸浓度 浓 度 (g/l) 0.1 0.2 0.5 1.0 1.2 最大压力 (MPa) 0.228 0.448 0.503 0.579 0.531 平 均 3.448 13.1 11.7 9.65 4.14 压 力 升 高 (MPa) 最 大 13.8 55.16 41.4 25.5 8.27
(五) 产品用途
精对苯二甲酸是生产聚酯的重要原料,它可直接与乙二醇进行缩聚反应生成聚对苯二甲酸二乙二醇酯,即聚酯。聚酯经加工可制成长丝、短纤维、聚酯薄膜、聚酯漆等。长丝可用于制造轮胎帘子线、伞绳和船舶缆绳。短纤维可经加工成布料。聚酯薄膜是制造照相材料、电影胶片、电器绝缘薄膜等的优质材料。聚酯漆是用于的船舶底部的重要优质防锈防微生物漆。对苯二甲酸还可以制成工程聚酯塑料及聚酯瓶。
五、生产方法、工艺路线与基本原理
(一) 粗对苯二甲酸(TA)的工艺路线、生产方法与基本原理
以高纯度对二甲苯(PX)为原料,醋酸为溶剂,醋酸钴和醋酸锰为催化剂,四溴乙烷为促进剂进行空气催化氧化,经结晶分离干燥,得到粗对苯二甲酸(TA)。其反应方程式如下:
COOH CH3
2+,Br-,HAc2+Co + 3O 2 , Mn +2H2O
190-200 ,1.2-1.6MPa℃ CH3COOH氧化反应实际上是分步进行的,各步的反应方程式表示如下: CH3CH3CHOCH3COOH
O2O2 1/2O2O2K1K2K4K3
CH3CHOCOOHCOOHCOOHS. . . . . ..
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对二甲苯 对甲基苯甲醛 对甲基苯甲酸 对羧基苯甲醛 对苯二甲酸 (PX) (TALD) (PT酸) (4-CBA) (TA)
各步的反应速度不同,K4相对的反应速度最慢,所以由对羧基苯甲醛(4-CBA)氧化成为对苯二甲酸的反应成为整个反应的控制步骤。因此,4-CBA为氧化反应的主要副产物。
影响氧化反应的主要因素有:催化剂浓度与原子比、反应温度与压力、氧浓度、溶剂比、反应液中水含量以及反应中物料停留时间等。
(二) 精对苯二甲酸(PTA)的工艺路线、生产方法与基本原理
粗对苯二甲酸中的主要杂质为4-CBA,采用4-CBA的加氢还原反应原理,在281℃和6.8MPa(表)压力下,通过钯—炭催化剂的作用进行加氢还原,使4-CBA转化为易溶于水的对甲基苯甲酸(PT酸)。在加氢反应过程中,其它有机杂质同时被还原。加氢还原反应的化学反应方程式表示如下:
CHO CH3
, Pd/ H 2 C +2H2O
281℃ ,6.81MPa COOHCOOH(4-CBA) (PT酸)
加氢精制的对苯二甲酸溶液通过结晶、分离、干燥得到4-CBA含量小于25mg/kg纤维级标准的精对苯二甲酸产品。
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