上海石化pta装置能源优化改造.pdf

・・一、PTA 装置概述 （一）装置简介中国石化上海石油化工股份有限公司涤纶事业部现有精对苯二甲酸装置 ( 简称 PTA 装置 )、聚酯装置、工业长丝装置及短丝装置，主要生产精对苯二甲酸、聚酯切片、涤纶短丝、涤纶工业长丝等 4 类 60 余种产品其中 PTA 装置是为聚酯装置配套的原料生产装置，该装置于 1978 年从日本三井油化株式会社和日本三井造船工程公司成套引进，设计生产能力为 22.5 万吨 / 年，由日本三井油化株式会社提供专利技术，工艺路线采用三井 - 阿莫柯工艺技术，是国内最早引进的年产 22.5 万吨 PTA 装置该装置 1984 年 5 月投料试车，于 1991年全面达标 二 ) 生产工艺全套装置分成氧化和精制两个部分1. 氧化单元PTA 生产工艺采用低温氧化法，以对二甲苯 (PX) 为原料用空气氧化该生产方法将原料 PX 和钴、锰、溴催化剂溶于醋酸溶剂中，在较低的温度和压力条件下加入适量空气进行氧化反应生成对苯二甲酸 (TA)、水及其他副产物，氧化反应为放热反应，反应产物通过降压闪蒸结晶，经离心分离和真空过滤后与溶剂分离并干燥得到粗 TA2. 精制单元在精制过程中，粗 TA 与脱离子水混合，加压加热到加氢反应压力和温度后送入加氢反应器，通过钯碳催化剂的催化作用，把粗 TA 中的氧化反应副产物 4-CBA 转化为对甲基苯甲酸 (PT- 酸 )。

利用溶液中 TA 与 PT- 酸的溶解度差异，经逐级闪蒸降压结晶和分离，TA 结晶和溶液中的PT- 酸就被分离开来TA 结晶经再次用脱离子水打浆、洗涤、分离和干燥，就得到了纤维级高纯度对苯二甲酸产品PTA 生产的工艺流程示意图见附图 1 和附图 2上海石化 PTA 装置能源优化改造张林春上海石化涤纶事业部摘 要： 上海石化涤纶事业部 PTA 装置原设计生产能力为 22.5 万吨 / 年，2004 年装置经过 40 万吨 / 年 扩产改造后，综合能耗由 240kg 标油 /t 下降到了 186kg 标油 /t，之后几年综合能耗基本维持在165kg 标油 /t 左右经对装置耗能构成及主要影响装置进一步降低产品综合能耗的分析，提出了三项节能改造项目：采用本装置氧化反应副产低压蒸汽供蒸汽透平驱动工艺空气压缩机，可以节电 8970 万 kWh；通过采用压力过滤机系统替代压力离心机分离的技术，可以节电 360 万 kWh；通过采用两级膜过滤技术回收精制母液并循环使用，可以节约纯水 50t/h，并减少排放废水 50t/h本项目的节能效益显著，项目实施后，吨产品综合能耗可以下降至 131kg 标油，年节约能源19600 吨标油，折合 28000 吨标煤。

・・ 附图 1、氧化单元工艺流程图附图 2、精制单元工艺流程图2001 年上海石化 PTA 装置完成 30 万吨 / 年扩产改造， “PTA 装置扩产 30 万吨 / 年 PTA 技术”项目于2002 年 3 月 21 日通过中国石化集团公司技术鉴定2002 年上海石化启动 2#PTA 装置 40 万吨 / 年增能技术开发和扩产改造 “PTA 装置 40 万吨 / 年增量技术及软件包开发”项目于 2004 年 4 月通过中国石化集团公司技术审查并于 2004 年 8 ～ 9 月实施 PTA 装置 40 万吨 / 年扩产改造，形成了中国石化上海石化 40 万吨 / 年 PTA 自有技术 三 )2004 年扩产改造采用的主要节能技术如下：离心机改成真空过滤机：将 TA 和 PTA 单元的二三级离心机改成真空过滤机，节约电能；氧化反应热回收：氧化反应热回收系统增加 2 台换热器，回收 3S、2S 蒸汽闪蒸蒸汽直接加热预热器：将结晶器闪蒸蒸汽间接换热改成直接送往浆料预热器，提高热回收闪蒸蒸汽直接加热预热器：将结晶器闪蒸蒸汽间接换热改成直接送往浆料预热器，提高热回收高压气送系统改造：将原由压缩机输送改用氧化反应尾气经过精制以后作为输送载体。

本装置引进时间早，设计综合能耗为 264kg 标油 /t装置经过扩产及节能降耗改造，2005 年综合能耗由2004 年的 240kg 标油 /t 下降到了 186kg 标油 /t，下降了 22.5%，2006 年至 2008 年综合能耗基本维持 165kg标油 /t 左右扩产及节能降耗改造后综合能耗虽有明显降低，但与先进装置相比仍较高，目前国内外新装置设计能耗可达到 130kg 标油 /t 以下二、PTA 装置能源优化改造的现状及必要性 （一）PTA 装置能源使用现状上海石化涤纶部 PTA 装置年产 40 万吨扩能改造已于 2004 年 8 月和 2005 年 10 月分两次实施完成目前装置基本运转正常；生产负荷达到 40 万吨 / 年能力；产品质量稳定；各项消耗基本达到设计指标2006 年装进料系统氧化反应离心分离真空过滤干燥料仓废气处理低压气送排放结晶闪蒸闪蒸醋酸母液、洗液PTACTA进料加氢反应结晶离心分离真空过滤干燥PTA气送PET装置氢气进料热媒系统溶剂回收残渣、废水处理・・置按设计达标组织生产，PX 投料负荷最高达到 33.8t/h，PTA 日产量最高超过 1250 吨，产品综合能耗较之前大幅度降低，装置综合能耗由改造前的 240kg 标油 /t 下降到了 170kg 标油 /t 以下，节能效果显著，装置改造前后 2003 年～ 2007 年涤纶部 PTA 装置综合能耗见图 3。

图 3、2004 年～ 2007 年涤纶部 PTA 装置综合能耗图从图 3 中可以看出，装置改造前的 2003 年、2004 年装置综合能耗基本保持在 240kg 标油 /t 左右，经过2004 年改造后，2005 年综合能耗下降到了 186kg 标油 /t，下降了 22.5%，2006 年、2007 年基本保持在 165kg标油 /t 左右通过对改造后2007年本套PTA装置耗能情况进行统计分析， 得出2007年PTA装置耗能构成见表1及图4表 1. 2007 年 PTA 装置耗能构成表序号能源种类百分比（%）1电53.53 2燃料油18.73 3中压汽10.97 4循环水9.77 5纯水4.06 6低压汽1.75 7氮气1.14 8工业水0.05 9冷冻水0.01 图 4、 2007 年 PTA 装置耗能构成图0501001502002503002003年2004年2005年2006年2007年 日期综合能耗（kg标油/t）电 5 3 . 5 3 %循环水 9 . 7 7 %氮气 1 . 1 4 %工业水 0 . 0 5 %燃料油 1 8 . 7 3 %中压汽 1 0 . 9 7 %纯水 4 . 0 6 %低压汽 1 . 7 5 %冷冻水 0 . 0 1 %・0・ 从表 1 和图 4 中可看出，电在装置综合能耗中占了一半以上。

而在电耗中，TC-201、TC-202 两台空压机耗电量 2007 年占装置总耗电量的 71.1%因此本节能方案从节电着手， 通过对工艺空气压缩机系统等的改造，充分合理地利用装置余热，降低电耗，达到节水减排降低能耗的效果二）PTA 装置能源优化改造的必要性目前随着装置 40 万吨 / 年改造完成，连续运行三年来，分析装置能耗较高的原因，主要有以下影响装置进一步降低产品综合能耗的因素：PTA 装置 40 万吨 / 年改造投运后，随着 PX 负荷的提高，PX 氧化反应热回收的低压蒸汽大量增加新增回收 2S 蒸汽约 40t/h 和 1S 蒸汽约 20t/h，除部分无偿送到下游装置推动溴冷机制冷冻水利用并回收冷凝液循环外，还有较多排空而目前装置空压机为电动机驱动，没有采用先进的低压蒸气透平驱动，所以 40 万吨/ 年改后新增的低品位蒸汽无法为装置直接利用，进而影响了装置改造后综合能耗的进一步降低同时排空低品位蒸汽既浪费能源又影响了环境本装置改造后 PTA 精制分离仍采用压力离心机加真空过滤系统两级完成近期新建 PTA 装置已经开始采用压力过滤加真空过滤系统两级甚或压力过滤一级完成的新技术通过使用压力过滤技术替代压力离心机不仅可以大幅降低设备投资，同时生产运行中电耗和设备维护费用也大为降低。

因此通过使用压力过滤技术可以更进一步降低产品的能耗和生产成本本装置通过改造后，伴随 PTA 产能的提升， PTA 装置精制母液的循环量也相应增加为了减少 PTA 装置的废水排放、节约用水，对装置精制母液再利用是一明显有效手段目前国内外同类装置都在对精制母液循环利用进行大量试验与运用从技术上分析，采用两级膜过滤回收精制母液，用于 PTA 再打浆是完全可行的，精制母液循环率可以达到 70%，将使 PTA 产品的纯水消耗降低 1.0t/t 以上，节水减排的经济效益和社会效益都十分显著三、系统优化节能降耗技术方案根据表 1 和图 4 分析，电在装置综合能耗中占了一半以上，而 TC-201、TC-202 两台空压机耗电量占装置总能耗的 38%因此本节能方案主要通过对工艺空气压缩机系统改造，充分合理地利用装置余热，降低电耗 ；对精制压力过滤机的改造同样起到节电作用；而精制母液回收系统的改造则起到节水减排降低能耗的效果具体方案如下：( 一 ) 工艺空气压缩机系统上海石化涤纶部现有 40 万吨 / 年 PTA 装置，已新增一台小空压机与原有空压机合并，供气能力可达到103,000Nm3/h( 干气 )。

但是由于装置现有空压机均为电机驱动，加之氧化反应条件一直处于上限瓶颈操作，而 PTA 装置 40 万吨 / 年改造投入运转后， PX 氧化反应热回收的低压蒸汽大量增加，富余的 2S 和 1S 低温位蒸汽无法利用，除部分无偿送到下游装置推动溴冷机制冷冻水利用并回收冷凝液循环外，余下部分只能排空，既浪费能源又影响环境，进而影响装置改造后综合能耗的进一步降低而现有空压机组采用电机与加废气膨胀透平联合驱动，电机消耗的电量约占整个装置的 70%，运行时需要外供电能此外，该机组系 70 年代老产品，效率低功耗大根据 40 万吨 / 年 PTA 装置蒸汽平衡，氧化反应副产的 3S、2S 和 1S 蒸汽共约 170t/h 左右因此，建议用一台供气能力为 100000Nm3/h、采用蒸汽透平加废气膨胀透平驱动空气压缩机组，以取代现有的电机加废气膨胀透平驱动的空压机组，不仅可以满足装置氧化反应的工艺空气供给，还能够充分利用自身副产的蒸汽，可节省空压机运行电消耗约 11500kW，可降低产品电的单耗约 224kWh/t PTA 二 ) 精制压力过滤机40 万吨 / 年 PTA 装置改造后，精制分离采用压力离心机加真空过滤系统两级完成。

目前国内外最新PTA 生产技术已经开始采用压力过滤替代压力离心机来完成产品分离压力过滤替代压力离心机不仅可以降低设备投资，还能大大降低运行电耗和设备维护费用，进一步降低产品的综合能耗上海石化涤纶部已经开始与国内过滤机制造厂和上海工程公司联合开发，研制一套满足 40 万吨 / 年处理能力的压力过滤机系统，预计・・改造后可以降低电消耗约 450kW，年节电 360 万 kWh，同时节省大量维修工作和费用，具有较好的经济效益1．具体改造方案将现有五级结晶工艺改为四级结晶工艺，将第五台结晶器 PD-305 用作压力过滤机进料缓冲罐将原压力离心机进料泵 PP-305A/B 入口管线改接到第四结晶器 PD-304，即将压力离心机进料改接自 PD-304 第四结晶器，同时将 PP-305A/B 的位号改为 PP-304A/B增加从 PP-304A/B 打入 PD-305 的管线，达到由第四结晶器 PD-304 向压力过滤机进料缓冲罐 PD-305 供料的目的增加 PP-305A/B 压力过滤机进料泵，将来自 PD-305 的浆料在液位控制下输送至新增的压力过滤机 PM-401D，过滤得到的滤饼进入现有的再打浆罐PD-401，分离出来的滤液进入现有的母液罐 PD-403。

新增的压力过滤机 P。