國家科技進步二等獎項目:大型PTA裝置節能降耗的優化運行技術研發與工業應用

如何降低生產PTA的能耗，是各個企業面臨的難題。該項目僅僅通過計算機軟件就可以實現技術優化，使裝置運行更健康，降低物耗、能耗，并且充分利用現有聯合裝置的操作彈性，減少放空浪費現象，3年來已經為企業累計新增10億元人民幣的利潤

現代生活離不開各種化纖材料，化纖材料是由聚酯通過拉絲、紡絲等工藝生產的。生產聚酯的重要原料是精對苯二甲酸(PTA)，而PTA就是化纖工業中的“龍頭產品”。我國目前的PTA產能已居世界第一，如何降低生產PTA的能耗?這成為各個企業的難題。華東理工大學錢鋒教授課題組通過集成創新和消化吸收再創新，在大型PTA裝置節能降耗的優化運行技術研發與工業應用方面取得了系列成果，并獲得今年的國家科技進步二等獎。

記者獲悉，錢鋒教授課題組的項目，是對軟件進行優化，而不是改動設備，3年來已經為企業累計新增10億元人民幣的利潤。

為石化裝置診療尋找節能方案

PTA的市場需求非常大，因此提高產能、節能降耗，成為迫切的任務。自2005年以來，我國PTA產能已居世界第一，全國有19家企業、20多套PTA生產裝置，建設或改造幾乎全部采用國外專利技術。自上世紀90年代以來，平均每套裝置的專利費、設計費、技術服務費高達數千萬美元。據課題組的杜文莉老師介紹，如果把大型PTA裝置比作一頭奶牛，為了讓它充分消化飼料，生產更多優質牛奶，產生更少的污染，就必須定時進行各種體檢，甚至“動手術”。課題組的研究，就是“做B超”、“實時模擬并優化消化過程”，僅僅通過計算機軟件就可以實現技術優化，使裝置運行更健康，降低物耗、能耗，不需要打斷正常生產過程，對企業的影響更小。

“PTA裝置主要由氧化過程、CTA(粗對苯二甲酸)加氫精制過程、醋酸溶劑脫水過程及配套公用工程等生產單元組成。”課題組的鐘偉民教授介紹道。氧化是PTA裝置的核心單元，其反應效率直接關系產品的質量、物耗及能耗。課題組自主創新了富氧氧化反應生產工藝，建立了富氧氧化反應宏觀動力學智能模型等系列模型，又據此首次建立了工業裝置加氫反應器模型，根據從企業采集來的裝置運行信息，對原有的生產模型進行校正，實現了流程模擬，在模型的基礎上，分析不同操作參數對生產結果的影響，找到了節能降耗增產的方向。

企業使用后產能年提高20%

CTA加氫反應的原料被“吃”進裝置前，需經過8級預熱器升溫溶解。其中，前5級預熱器的熱源來自裝置自身結晶器的副產蒸汽，后3級采用界外高壓蒸汽作為熱源。結晶器系統的工藝操作不僅影響PTA產品的質量，也直接關系裝置自身副產蒸汽的利用率。課題組建立了原料預熱與結晶器系統及其換熱網絡的聯合模型，優化了操作條件，減少了消耗。

鐘偉民教授介紹稱，PTA裝置運行過程中，因漿料輸送過程容易產生堆料、結壁等現象，如果定期停車作業或非計劃停車，會造成較大經濟損失。課題組研發的PTA聯合裝置資源優化配置技術包括聯合裝置之間蒸汽互送、氧化反應尾氣互送、漿料與母液互送等技術，充分利用現有聯合裝置的操作彈性，減少放空浪費現象，避免了整個裝置停車，有效降低了各種消耗。

課題組在建立一系列模型的基礎上，找到用能瓶頸，對用水、用汽、用電設備作了優化調整，使一套裝置的全年水耗下降9.5%左右，工業用電消耗下降10%左右，回收凝液80萬噸左右。該技術應用于揚子石化年產65萬噸PTA裝置加氫精制單元結晶器副產蒸汽優化利用的技術改造，實現了每小時節約高壓蒸汽2噸，節約低壓蒸汽3噸，基本消除了工業裝置“白龍”放空現象。實現了產能提高20%，綜合能耗從專利商設計的每噸產品消耗標油160公斤下降到100公斤以下。