低能耗物耗、少废物排放的pta生产方法和系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种PTA生产方法，相比传统的PTA生产方法其原料、工艺溶剂、催化剂以及蒸汽消耗均显著降低，是一种低能耗低物耗的新型PTA生产工艺。
【背景技术】
[0002]精对苯二甲酸(Purified Terephthalic Acid，简称PTA)是生产聚酯纤维和树脂的主要原料，常温下为无毒无味的白色晶体或粉末，是重要的大宗化工产品，与人民的日常生活息息相关。
[0003]PTA目前主要采用对二甲苯(p-Xylene，简称PX)空气氧化法生产，工艺过程主要包括氧化和精制两个工段，并与氧化母液处理和氧化尾气处理等配套工艺形成一整套工艺系统，图2是传统PTA生产工艺的一个实施例的流程图。
[0004]( I)氧化
原料PX300在氧化反应器201中以醋酸为溶剂在钴锰溴催化剂302作用下与空气301中氧气发生氧化反应生成对苯二甲酸TA，大部分对苯二甲酸在反应器中结晶出来形成浆料；浆料经过氧化结晶器202-204逐级降温降压闪蒸和结晶后送入氧化过滤机205(通常为旋转真空过滤机)，浆料在过滤机中依次完成过滤、滤饼洗涤、吹气干燥共三个过程:首先进行过滤，即将大部分液相与TA晶体分离，滤饼含湿率控制在28wt%，过滤母液为91%的醋酸，除少部分送至母液处理子系统外，大部分母液返回至氧化反应器；然后对滤饼进行洗涤，洗涤过程采用一道含10%水的醋酸溶液洗涤；最后进行吹气干燥，干燥气体为干燥后的氧化尾气，过滤机出来的滤饼经干燥机206干燥后得到中间产品粗对苯二甲酸(简称CTA)，用风送系统送至中间料仓207，过滤机205过滤得到的氧化母液大部分返回氧化反应器、少部分抽出去进行氧化母液处理。
[0005](2)精制
从中间料仓207出来的粗对苯二甲酸粉料与热水在精制浆料调配罐208中进行打浆得到浆料，浆料经过六级精制浆料加热器209-214逐级加热，经过加热的浆料在加氢反应器215中与氢气303进行加氢反应，加氢反应催化剂为钯炭固体颗粒，加氢反应使CTA中的杂质对羧基苯甲醛(简称4-CBA)与氢气发生反应还原为较易溶于水的PT酸(即对甲基苯甲酸，也是CTA中另一种杂质成分)，加氢反应器215的出料经精制结晶器216-220进行降温降压闪蒸、结晶，精制结晶器220底部出料送至精制压力过滤机221进行固液分离，经过精制压力过滤机221中的依次过滤、滤饼洗涤和气体干燥得到滤饼和精制母液(由过滤滤液和洗涤滤液组成)，滤饼经PTA干燥机222干燥后成为PTA产品304，精制母液依次经闪蒸、降温、过滤处理，滤液以精制废水的形式直接排放至污水站。
[0006](3)溶剂回收
从氧化反应器201顶部出来的氧化尾气依次经过蒸汽发生器231-234冷凝并副产水蒸汽，然后再经过除盐水冷却器235继续冷却后去反应器回流罐236进行气液分离，回流罐出口气相经冷却器237冷却后送去氧化尾气处理(进入高压吸收塔238)，回流罐236出口液相(含水醋酸)一部分去脱水塔251 (共沸剂为乙酸正丁酯)进行共沸精馏脱水，其余回氧化反应器201 ;脱水塔251底部出口液相少量返回至氧化反应器201，主要用作装置喷淋酸，一部分作为整个系统的冲洗醋酸306，其余作为洗涤醋酸经冷凝器252送至高压吸收塔238 ;脱水塔251塔顶气相经冷却器253冷却后在倾析器254中实现油相和水相的分离，油相返回至脱水塔循环使用，水相送入共沸剂回收塔255，醋酸甲酯被汽提从共沸剂回收塔255塔顶排出经过冷却器256冷却回收至氧化反应器201，塔中部共沸剂采出送至倾析器254，塔釜液作为废水排出装置送至污水处理站257。
[0007](4)氧化尾气处理
氧化尾气处理的目的是对氧化尾气进行净化利用，处理过程是:来自冷却器237的氧化尾气进入高压吸收塔238塔底，高压吸收塔中部采用从脱水塔251底部经冷却器252冷却后的浓醋酸喷淋，顶部采用除盐水305喷淋，高压吸收塔顶部出口气相去尾气焚烧系统239净化，净化后的尾气去尾气膨胀机240减压做功，减压做功后的尾气去尾气洗涤塔241经碱洗后最终排放至大气中。
[0008]( 5 )氧化母液处理
氧化母液先经过醋酸汽提塔261提浓同时回收醋酸，醋酸汽提塔底出料为母液残渣浆料，母液残渣浆料进入薄膜蒸发器262，在薄膜蒸发器内进一步蒸发回收醋酸，设备底部排出母液残渣进入催化剂水萃取罐263，同时向催化剂水萃取罐263中加入水进行搅拌，水来新鲜冷冻水307，催化剂水萃取罐出料去残渣离心机264分离出氧化残渣308外运，液相进入浓缩液加热器265进行加热后送至催化剂回收罐266，在催化剂回收罐中打浆后返回至氧化反应器201回收利用。
[0009]传统的PTA生产工艺流程长、能耗和物耗高。以年产120万吨PTA装置为例，每吨PTA 产品原料 PX 单耗 655-657kg/tPTA、醋酸单耗 38_40kg/tPTA，蒸汽单耗 0.7-1.0t/tPTA，除盐水单耗2.2-3.0t/tPTA，尤其是污水沉淀池捞出的水池废料就有2000-4000吨/年，折合PX单耗1.2-2.4kg/tPTA，全厂污水量达360万吨/年，COD排放达1.5万吨/年，折合吨产品 COD 为 12.5kg/tPTAo
[0010]传统PTA工艺的弊病具体表现在以下五个方面:
(I)氧化工段采用真空过滤+干燥方式，能耗高。氧化子系统采用旋转真空过滤机过滤和醋酸洗涤方式，过滤机出料采用干燥机干燥以回收醋酸，干燥后得到的CTA通过风送至中间料仓存储。这样，为过滤机配套的真空系统需耗电8-12KW/tPTA，干燥机消耗5barG以上压力水蒸汽0.1-0.2t/tPTA，风送系统消耗高压尾气从而减少尾气膨胀做功约5KW/tPTAo
[0011](2)脱水系统能耗高。为脱除氧化反应的生成水及高压吸收塔尾气洗涤的加入水，需要设置醋酸脱水系统。但由于醋酸与水的相对挥发度接近1，故一般采用共沸精馏进行脱水，脱除每吨水需消耗水蒸汽1.4-2.0t，蒸汽能耗高，导致装置能耗较高。
[0012](3 )氧化母液除杂过程能耗高。为控制PTA产品质量，需要抽出部分氧化母液去母液处理以去除母液中的杂质，该母液先经醋酸气提塔提浓，再经薄膜蒸发器进一步回收醋酸，薄膜蒸发器需耗用外界高压蒸汽来加热，增加了装置的蒸汽消耗0.03t/tPTA。
[0013](4)氧化残渣没有有效利用。薄膜蒸发器下料残渣中的醋酸和催化剂没有回收，造成醋酸消耗0.5-1.0kg/tPTA、钴消耗0.0lkg/tPTA、锰消耗0.02kg/tPTA ;薄膜蒸发器下料残渣经过水打浆和冷却后直接外排，其中的苯甲酸、对苯二甲酸、间苯二甲酸、钴锰均未回收利用，折算PX单耗约2-3kg/tPTA、钴单耗0.03kg//tPTA、锰单耗0.03kg//tPTA，醋酸单耗2kg/tPTA。
[0014](5)精制母液没有得到有效回收利用。精制母液通常采用先闪蒸降温至101°C、再冷却至约45°C、然后过滤的方案进行处理，滤液以精制废水的形式直接排放至污水站，排放的精制废水折合2-3t/tPTA，同时水中还含有300-600ppm (质量浓度)的醋酸、300-600ppm的PT酸、1ppmw的4-CBA和200-500ppmw的TA ;另外，精制母液中的杂质如PT酸在母液冷却过程中，会在设备及管道中结垢，严重影响装置的连续操作，同时，在清洗过程中会造成PT酸的损失，折合PX消耗约为0.5kg/tPTA。也有中国专利CN201210382308.8、CN201210428330.1分别提出采用吸附离子交换及萃取方式回收有机物，废水回用的成本较高，难以实际运行。
[0015]综上，鉴于传统PTA生产工艺能耗、物耗均较高，有必要寻找全新的工艺方案来降低原料PX、工艺溶剂醋酸和水、蒸汽能耗和催化剂等消耗，促进清洁生产和节能降耗。
【发明内容】
[0016]为了克服现有技术下的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种低能耗物耗、少废物排放的PTA生产方法和系统，该方法和系统不仅可有效控制尾气、废水中的醋酸消耗，高效回收精制母液的有机物并实现水的重复利用，降低蒸汽、电能消耗，减少废物排放，而且还增加了苯甲酸、混苯二甲酸等副产品，且工艺流程短、可操作性强、生产成本低、装置投资低。
[0017]本发明的技术方案是:
一种低能耗物耗、少废物排放的PTA生产方法，包括氧化工段和精制工段，所述氧化工段的氧化反应器顶部出来的氧化尾气先进入第一级蒸汽发生器副产蒸汽，第一级蒸汽发生器的热介质出口气相从塔底进入醋酸回收塔，所述醋酸回收塔塔顶气相出料依次经过多个蒸汽发生器串联组成的蒸汽发生器组进行多级冷凝并副产蒸汽，所述醋酸回收塔的大部分塔底液相回流到所述氧化反应器的塔顶脱水段，所述精制工段的精制母液从所述醋酸回收塔的最上面一块塔盘之上进入所述醋酸回收塔。
[0018]所述低能耗物耗、少废物排放的PTA生产方法还包括对所述醋酸回收塔的小部分塔底液相的溶剂回收，所述溶剂回收可以包括萃取、萃取剂回收和萃取剂精馏步骤，所述萃取步骤是对经冷却的待处理液进行萃取得到萃取油相和萃取水相，萃取剂优选采用乙酸甲酯、乙酸异丙酯、乙酸正丁酯、乙酸异丁酯中的任意一种或几种的任意比例的混合物，所述萃取剂回收步骤是对所述萃取水相进一步分离得到气态萃取剂和水，其中气态萃取剂冷却后回用到所述萃取步骤，所述萃取剂精馏步骤是对所述萃取油相精馏得到气相混合物和浓醋酸，其中气相混合物经冷却后进行油水分离，得到油相萃取剂回用到所述萃取步骤，得到水相物质回流到所述萃取剂回收步骤，所述浓醋酸回用到氧化反应中和/或用作整个系统的冲洗醋酸。
[0019]所述氧化工段中所述氧化反应生成的对苯二甲酸结晶析出形成浆料，所述浆料依次经过若干结晶器结晶后送入压力过滤机依次进行过滤、滤饼干燥和滤饼多级洗涤得到粗对苯二甲酸湿滤饼、氧化母液和洗涤滤液，所述粗对苯二甲酸湿滤饼作为主要原料直接送去精制工段进行浆料调配，将大部分所述氧化母液返回至所述氧化反应，其余部分所述氧化母液送去氧化母液处理，干燥用气优选采用干燥后的氧化尾气、新鲜氮气或水蒸汽中的一种或多种，所述洗涤滤液回流至所述醋酸回收塔进行醋酸回收，所述滤饼多级洗涤中最后一级洗涤和所述浆料调配用液均采用水，所述水优选采用所述蒸汽发生器组输出的气相经气液分离所得到的液相。
[0020]氧化工段的所述滤饼多级洗涤中最后一级洗涤用