PTA压缩机组设计研究初探

一、PTA简介
PTA是精对苯二甲酸（Purified Terephthalic Acid）的简称。PTA是生产聚脂纤维和包装业的基本材料，是化纤业的主要原料，由于该生产装置工艺路线复杂，技术含量高，几十年来由国外大公司所垄断。随着我国聚酯工业的不断发展，近几年来PTA产品的市场需求量迅速增长。扩大PTA生产能力，大力发展PTA生产技术成为推动聚酯工业发展的一项重要内容。
二、工艺流程及技术特点
1．基本化学反应
用乙酸钴做催化剂、用醋酸做溶剂、用空气做氧源对二甲苯（PX）进行液相氧化反应，生成粗对苯二甲酸(CTA)。

对二甲苯（PX）?? 对苯二甲酸(TA)
分子量＝106.17??? 分子量＝166.14
再用钯－碳催化剂和氢气对TA进行加氢还原反应去除其中的杂质4—羧基甲醛（4—CBA），生成精对苯二甲酸(PTA)。

4—羧基甲醛（4—CBA） 对苯甲酸（P—TA）
分子量＝150.14???????? 分子量＝136.15
氧化反应的温度为188℃左右，压力为1.3~1.5MPa。
反应中生成尾气的温度为180℃左右，压力为1.0MPa，成分见下表。
表??? 氧化反应后的气体成分

2．工艺流程
PTA氧化工段的压缩空气的工艺流程如图1所示。

在实际生产中用空气做为氧源，以反应过程中放出的热量维持反应器内温度（188℃左右），对反应中产生的尾气（温度为180℃）通过换热器（废热锅炉）进行热能回收、通过尾气透平进行压力能的回收。
换热后尾气（温度为40℃ ）在通过高压吸收塔后再加热到130~170℃，然后进入尾透，并从尾透中膨胀到3~5MPa时抽出15%~20%尾气用作TA的输送，从尾透排出的尾气进入焚烧炉中焚烧后排放到大气，以保证尾气的排放质量能满足环保的要求。
三、机组的技术特点及难点
1．机组配置
通常PTA机组由压缩机、透平膨胀机、汽轮机组成，其中又可分为由单轴压缩机组成的单轴机组和由齿轮式压缩机组成的多轴机组。
单轴机组：高压空压机、低压空压机、透平膨胀机、汽轮机。
多轴机组：多轴压缩机、透平膨胀机、汽轮机。
2．能量平衡
尾气通过换热器（废热锅炉）回收的热能和通过尾气透平回收的压力能稍大于空压机的耗能，因此在装置正常工况时，机组的能量是平衡的，不需要外供能源。
3．压力匹配
装置正常生产时氧化反应的压力为1.5MPa，单缸空压机已难实现，常要用到双缸，当装置规模大时，空压机流量也大，则可能会采用轴流压缩机和离心压缩机来组合。
4．尾透中抽
由于需从尾透抽出15%~20%尾气用作TA的输送，这就使尾透的结构受到一些限制，采用向心式透平就成为必然的选择。
5．低压、补汽型汽轮机
由于从氧化反应器出来的尾气温度只有180℃左右，为尽可能多的回收能量，采用了分段回收的方法，产出的蒸汽为三档，0.3 MPa、0.24 MPa和0.05 MPa，这样就要求汽轮机的进汽压力很低，同时又要在之间补充压力更低的蒸汽。
6．机组的起动
装置的起动负荷在正常负荷的70%左右，要求的压力为13~15 MPa，温度为188℃。
机组起动时需有外供的蒸汽来起动机组，在装置自产蒸汽、尾透做功后逐步切除外供蒸汽，全部由自产蒸汽和尾气驱动机组运行。
四、技术发展趋势
1．装置规模
装置规模在逐步地增大，从5万t/a到30万t/a，再到40万t/a，再到80万t/a，在未来的市场上，新上装置规模均在100万t/a。装置规模的大型化将导致机组规模的大型化，装置规模到100万t/a时，相当于8万m3/h空分，空压机是非常大的，世界上只有少数厂家能产。
2．多轴机组
由齿轮式压缩机组成的多轴机组越来越多的应用于PTA装置。
图2为国外一家公司PTA机组的发展过程的对比。
另外还有将尾透与压缩机直接做在同一个齿轮箱上的机组，称为压缩膨胀机组，结构就更为紧凑。

3．尾气燃烧及高温透平
常见的尾气燃烧均设在尾透之后，现在已有将尾气的燃烧设在尾透之前的技术，这样尾气的温度就会提高到500～600℃，回收功率会大大的提高。
4．富氧氧化
增加反应的含氧量会提高产量，采用富氧鼓风的富氧氧化技术正在研发之中。
相关链接：
◎陕鼓轴流压缩机
陕鼓研制的轴流压缩机分为A和AV系列，A系列为静叶不可调，AV系列为全静叶可调。其特点是系列化水平高，机组流量大，效率高，工况调节范围宽，能很好地满足用户不同工况的需求。
◎陕鼓轴流压缩机应用案例
化肥工业的硝酸装置广泛选用陕鼓研制的“三合一”、“四合一”机组，目前已使用10余台。该机组的配置是：工业汽轮机—氧化氮压缩机—高速齿轮箱—轴流压缩机—尾气透平膨胀机。除工业汽轮机外，陕鼓均可配套。