PTA技术国产化中的主要化学工程问题及其研究思路

曹雄志

摘 要：PTA技术即精对苯而计算制备技术，主要是将石油制成精对苯二甲酸。它是重要的有机原料之一，也是世界物资制作的重要原料。PTA被广泛应用在国民生活的方方面面，在电子和轻工业方面也有涉及，是纤维和生产聚酯薄膜等塑料制品的原材料。因此PTA技术是国家非常重视的一项技术，本文就浅谈PTA技术国产化中的主要化学工程问题及其研究思路。

关键词：PTA技术 国产化 化学工程 问题及研究

现阶段拥有PTA专利技术的国家主要有美国、英国和日本，我国引进了三个国家的专项技术，并且自PTA技术工艺的制备上有了很大的提升。PTA技术涉及的方面有很多，总的来说是就以二甲苯为原料，通过高温氧化、精制分离所得到的粗对苯二甲酸，精对苯二甲酸主要是在反应未完成之前就将4-羚基苯甲酸转化成甲基苯甲酸，然后除去精制分离即可得到精对苯二甲酸，这其中的化学反应操作流程要求精密，所以需要进行深入研究。

一、PTA国有化工业化学工程的问题和研究

（一）氧化反应器。从某种程度上说，养化反应器是PTA生产工艺的核心。在现阶段所采用的氧化反应器的结构是三星搅拌釜式，能够停留的时间有60分钟到90分钟之间，此外压力是1.0到2.0之间，所反应的温度是185到205度。当然，各大企业多引进的设备不仅相同，也有采用双层桨形拌釜，还有的是采用搅拌釜并联操作，也有的是三井技术，即塔板状的釜式反应器。由于设备装置不同，其所操作的条件也有着一定的出入。氧化反应器是PTA生产的核心，设计带的知识产权领域和级别也比较高，包括催化剂和反应条件，挡板的配置和釜体的构造，一会搅拌器的尺寸结构和大小，都有专利覆盖，因此对于氧化反应器的运行机理还不是很明确，需要进行大量的实验进行摸索。

（二）高温氧化特性和过程模拟化的研究。二甲苯的氧化是非常复杂的三相反应，也是强放热气液固的混合反应，涉及到化学的吸收以及液体转化中一系列的固体结晶和传热传质以及自由基的反应过程。因此，在实验研究的过程中主要是分析三个方面：一是温度和其他的反应的条件的问题;二是生产样品的一个测试;三是如何在高温高压的条件下，保留样品最真实的特性。为了能够获得比较真实且准确的动力学数据，为PTA国有化提供有力的数据支撑，我国企业已经建立比较完善的反应实验装置，并且开发出合理的实验分析检测技术，并且能够控制反应的时间和条件，检测反应中产生的物体。通过实验所得，温度和催化剂的影响对于反应的影响很大，此外尾氧浓度以及反应物浓度反应的影响也非常的大。

（三）产能集中、周期失控。由于专利法的约束，我国在PTA生产的过程中需要采取国外的专利专项技术，因此就需要额外的进行专利费用的缴纳。但是由于我国花费了大量的资金，开发了成套的知识产权，这在一定程度上压低了技术引进的成本，也减少了投资的金额，缓解了PTA产业的资金流动的困难局面。但同时也诱发了新的问题，由于在15年国内龙头PTA企业浙江远东石化和福建漳州腾龙以为各种各样的事故导致停产，化工产业进行资本重组，形成了全新的PTA产品市场供应能力。然而由于目前PTA产地主要集中在南方的江苏浙江和福建一带，再加上我国强大的工业实力和庞大的人口资源，在短短的几年时间接使得PTA产品的产能过剩，再加上产地比较集中，整个的生产体系的周期失控。

（四）过分进口，技术受限。从整体的产业链上来看，虽然我国已经研制出成套的设备，但仍然对PX有着非常严重的引进问题，从17年的进口数据来看，所进口的占总数量的一半以上。并且，由于国外的供应商和国内的商家有着稳定的、长期的合作关系，导致成为了国有企业的强力的竞争对手。相比较PTA技术来说，PX更容易形成对产业上游技术的垄断，因此对于国有企业的中石化、中石油等是一个巨大的威胁，严重影响了国有企业的发展空间，并且，不完整的产业链本身的抵抗风险的能力不强，很容易受到产业环境的影响。

二、PTA技术国产化中的主要化学工程研究思路

（一）氧化反应器的结构优化。氧化反应器一种都是PTA技术重点和难点，也会是国有化的阻碍。在以往的研究中，由于缺乏对其反应机理的了解，也缺乏冷漠研究的一个基础，因此在氧化反应器的研究和改进的过程中很难得到推进。但是随着近些年来对动力学的研究和深入，并且在冷模的研究中也得到进展，因此对于氧化反应器的优化有了发展和研究的可能。我们在氧化反应器的结构优化中，可以采用新型搅拌桨的结构形状来代替原有的搅拌器，代替的原则是符合动力学，并且要满足其反应的速率和反应的温度之间的运行控制，还要满足气液传动，另外还要保证对于固体的悬浮不会有粘壁和堵塞的作用。除此之外，对于反应器另一个方面的优化就是设计构型的巨大化。氧化反应器结构的巨大化是一种发展趋势，但是由于氧化反应器的特性，导致很难在增大体形后还能保持其原有的反应速率以及接受的能力，不仅仅是应为PX的氧化反应能力，还因为其单一反应器在放大后效率会极速下降。因此，针对这种情况，可以采取塔式反应器来进行优化措施，在放大氧化反应器体形的同时，会更以有利于气液的传质，也能够提高转化率和高收率，同时还能够使温度分布均匀，强化反应器的性能。

（二）催化剂的开发和优化。PTA现阶段的主流工艺是以Amoco-MC为主的高温氧化工艺，对于催化剂的构成主要是钴、锰、溴三种元素构成，而且经过多年的运用，这一体系的催化剂已經使用的非常成熟，对于整体工艺的运行条件、催化剂的浓度、催化剂的数量以及催化剂运行的机理都有了比较完善的体系。所以很难在PTA工艺中寻找到新的催化剂使用系统。所以需要研究的是在Amoco-MC催化剂的反应体系中，寻找少量的其他化学元素来改善反应体系的性能。在我国目前的研究过程中，主要是以少量化学元素来优化原有的催化剂的性能，提高其化学反应的活性，并且降低催化剂的副作用。

（三）PTA成产工艺的集成优化。事实上，从我国PTA技术进行国产化开展工作以来，所遇到的化学上和设备上的难题已经逐步得到解决，这也就给生产工艺的集成化提供了便利的条件。所以在进行PTA生产技术的优化中，是从两个方面进行研究的，一是从汽轮机到压缩机再到氧化反应器，然后是尾气膨胀机，通过这几动力设备的集成控制，能够有效的提升工作的效率。另一个方法是PTA全流程的计算机模拟，这种方法是比较常见的，计算机仿真技术为其提供了必要的条件。

结束语

PTA技术的国有化归根结底是化学工程的问题，因此要研究在反应的过程中所有的化学变化，建立科学合理的实验手段，并且进行模型化、信息化、系统化的集成优化。通过氧化反应器、催化剂等多方面的优化措施，来改善PTA生产工艺中的化学反应环境，进一步的提高生产的效率，并创新一项新的技术。

参考文献

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[2] 刘毅.国内典型PTA装置特点及运行状况[J].样子石油化工1998.13（03）：61-64