精对苯二甲酸

PTA 播客文字稿

MH：
欢迎大家收听新一期 Servomex 播客。我是 Servomex 的应用开发经理 Matt Halsey，本期播客继续由我主持。最近几期播客中，大家应该已经多次听到我的声音了。

今天我们讨论的主题是 PTA. 精对苯二甲酸。我邀请了两位专家嘉宾。首先是我们的业务发展经理 Stephen Firth。你好，Stephen。

SF：
早上好。

MH：
Stephen 之前还担任过 Servomex 全球系统团队负责人，因此在 PTA 系统方面拥有非常丰富的经验。而系统在整个 PTA 工艺中占据着极其重要的位置，稍后大家会听到更多相关内容。
同时，我还邀请了亚太地区应用开发工程师 Min-Woo Lim。你好，Min-Woo。

ML：
你好。

MH：
Min-Woo 实际上常驻韩国。

ML：
是的。

MH：
PTA 指的是聚合级或精对苯二甲酸。这是一种典型的大宗化学品，主要作为其他产品的前驱体。我们在播客开头通常会做一些事实背景介绍。全球每年 PTA 的产量大约在 8000 万到 1 亿吨之间，而且绝大多数产能集中在亚洲。全球最大的两家 PTA 工厂都位于亚洲，第三和第四名分布在其他地区，随后排名靠前的几家又回到了亚洲。

因此，PTA 的生产和需求高度集中在亚洲，尤其是中国。另一个有趣的事实是，中国的 PTA 需求占全球总需求的 60% 以上。这是因为 PTA 是制造 PET. 聚对苯二甲酸乙二醇酯的重要前驱体。大多数人最熟悉 PET 的应用是塑料饮料瓶，每年生产的数量以数十亿计。此外，PTA 还广泛用于聚酯纤维，也就是服装材料。

聚酯纤维的出现曾经给服装行业带来巨大变革，因为它易于清洗、耐用性强。PTA 在生成后通常以白色粉末或晶体形式存在，熔点非常高，超过 400 摄氏度，这也是它在塑料应用中非常重要的原因之一，因为材料在高温下也不会轻易熔化。

从本质上来说，这一切都与氧气安全密切相关。Stephen，你能给我们介绍一下 Servomex 是如何开始参与 PTA 应用的吗？

SF：
从历史角度来看，Servomex 大约在 1987 年开始参与 PTA 项目。当时我们与 ICI 在英国 Wilton 工厂合作，参与一种当时较新的 PTA 生产工艺，用于制造聚酯纤维和塑料瓶。那时，这项工艺还相对新颖。随后，ICI 的工艺不断发展，后来被 Invista 收购，而 Invista 又隶属于 Koch Technologies。

此外，还有其他工艺许可方，例如 BP Amoco. 现在同样属于 Invista，以及三井、三菱、伊士曼、Tecnimont 等公司。多年来，Servomex 几乎参与过所有这些许可路线的项目。我本人也曾参与其中。虽然各家工艺在细节上略有不同，但基本原理和总体结构是相同的。

不久前，我为一位客户做了一次关于 Invista.Koch 工艺的演示，我们估算 Servomex 至少参与了 40 套该许可方的 PTA 装置建设，同时在其他许可路线下也参与了相当数量的项目。

一个非常有意思的共性是，所有 PTA 工艺许可方都会在反应器上采用二取三投票系统，并使用高精度氧分析仪进行控制。对反应器的精确控制是实现高效率的关键。操作人员需要将反应驱动到最佳效率点，但不能再进一步，否则就会导致反应失控，甚至发生爆炸。

因此，反应器上的氧气测量至关重要。这一点与乙烯氧化物和环氧丙烷的生产非常相似。测量必须准确可靠，并且具备足够快的响应速度。通常认为，在 PTA 反应器上，响应时间小于 60 秒就属于良好表现。这能够帮助装置在安全的前提下，实现最佳产量和效率。

另一个关键测量点是结晶器。这里的重点更多在于安全。PTA 晶体在干燥过程中会释放出高度挥发且易燃的醋酸，因此需要进行惰化控制，确保氧含量始终低于爆炸极限。这里同样对氧气测量有着极高要求。

总体来看，各种 PTA 工艺许可路线都遵循类似的流程。包括反应器、换热器、分离系统、结晶器和干燥器。除此之外，还有配套的公用工程单元。例如工艺加热炉，其燃烧控制通常由 Servomex 的 SERVOTOUGH FluegasExact 2700 来完成。同时，还涉及排放监测，以及 PSA 或空分装置提供的氮气，用于结晶器和干燥器的惰化。因为醋酸不仅具有强腐蚀性，也高度易燃，因此必须非常谨慎。

MH：
确实如此。从测量角度来看，醋酸往往是最具挑战性的部分。如果样气中含有醋酸并进入分析系统，就需要额外的保护措施。例如，露点控制非常重要，以防止样气冷凝。这也是为什么在过去，一些客户会指定使用我们提供的镀金测量池。

SF：
是的。我在上世纪 90 年代初加入 Servomex，当时 ICI 正在努力完善这套工艺。他们很早就发现，高温醋酸的腐蚀性极强，普通不锈钢在几天内就会被严重腐蚀。

我记得最早参与的一套取样系统中，我们在前端使用了 Hastelloy 压力调节器，以抵抗腐蚀。但即便如此，它也只坚持了大约三周。后来拆解后发现，几乎已经被完全腐蚀掉了。

最终，反应器本体以及取样系统前端通常都采用钛或高等级钛材料。PTA 反应器本身通常是直径约 5 米、高度约 25 米的钛衬里设备，制造周期很长，需要提前多年预订产能。我曾有机会参观日本的一家制造商，他们的订单表排到了好几年之后。

因此，在取样系统设计中，采用钛材料、持续水洗、良好的干燥设计都至关重要。如果湿醋酸进入普通不锈钢测量池，设备很快就会损坏。Servomex 提供的镀金测量池正是为此类严苛工况提供额外保护。

MH：
这通常还会配合 Hastelloy 管路使用。虽然我们不期望设备长期暴露在这种极端条件下，但在偶发情况下，它依然能够安全存活。这正是 PTA 应用中系统工程如此重要的原因。这可以说是分析仪成套系统的典型应用场景。

SF：
没错。实际上，取样系统才是最关键的部分。当然，分析仪本身必须可靠，但取样系统的重要性甚至更高。为了实现更快的反应器控制，取样点通常尽量靠近反应器，有些许可方甚至直接在反应器本体上取样。这就意味着取样系统需要在 200 摄氏度、约 10 bar 的高温高压下处理极具腐蚀性的醋酸。

因此，在反应器和结晶器上的取样系统往往是整体解决方案的核心部分。这绝不是可以随意拼凑的系统，而是必须深度融入工艺设计之中。

ML：
我想问一下 PTA 工艺中的氧化反应器。气体成分包括氮气、氧气、二氧化碳、一氧化碳、醋酸和水。如果安装 Servomex 2200 分析仪，该分析仪需要干燥、洁净的样气。那么在取样系统中，我们应如何去除水分。是通过安装除湿器或冷却装置吗？

SF：
基本原理在各家许可工艺中都差不多。取样气体中确实含有大量水和醋酸。通常的做法是先进行水洗，将醋酸、催化剂微粒以及少量溴洗掉。随后通过冷却系统将样气冷却至大约 5 到 10 摄氏度，然后使用常规冷却器去除剩余水分。这样得到的样气主要是氧气、氮气、二氧化碳和一氧化碳，已经相当干净，适合进入分析仪。

结晶器的处理方式也类似。关键在于水洗和冷却。至于具体细节，则取决于取样点的位置和工艺条件。

SpectraExact 2500 的优势在于其测量池与电子部件完全分离。测量池坚固耐用，具备耐溶剂 O 形圈和氟化钙窗口，即便偶尔有湿醋酸进入，也很容易清洗，对红外测量几乎没有影响。

MH：
说到分析仪，OxyExact 2200 的一个重要特点是多变送器结构。Stephen 多次强调反应器和结晶器上的安全氧测量通常采用投票系统。Min-Woo，你能解释一下这种投票系统吗？

ML：
是的。由于安全要求极高，如果氧分析仪失效，就无法判断氧浓度是否超限，从而可能引发爆炸。因此客户通常要求在 PTA 装置中使用冗余系统。冗余配置可以显著提升系统安全性。

MH：
完全正确。投票系统的核心理念是，必须有多个分析仪对氧含量给出一致结果，测量才是可信的。同时，这也允许在不中断生产的情况下，对单台分析仪进行维护。

ML：
另外，从服务角度来看，冗余系统也更有利于维护。如果一台分析仪发生故障，装置无需立即停机，服务人员可以更从容地进行检查和维修。

MH：
非常正确。接下来我想问一个常见问题。Servomex 提供两款顺磁氧分析仪。Oxy 1900 和 OxyExact 2200。它们在应用范围上有较大重叠。那么为什么在 PTA 应用中，客户更倾向于选择 OxyExact 2200 呢？

ML：
主要原因在于材料选择。OxyExact 2200 可以采用 Hastelloy 管路，而 Oxy 1900 无法实现这一点。样气中含有醋酸和水，如果使用普通不锈钢管路，很容易发生腐蚀。采用 Hastelloy 能有效避免这一问题。

MH：
正是如此。材料结构是关键原因之一。此外，OxyExact 2200 在精度上也略胜一筹。Oxy 的精度约为 0.05%，而 OxyExact 可达到 0.02%。虽然两者都非常优秀，但在 PTA 这类低氧浓度应用中，更高精度往往更受青睐。

SF：
确实如此。很多客户还会选择压力补偿功能，以进一步提高测量精度。虽然提升幅度有限，但在某些场合，这一点点提升就能带来更高的效率和收益。此外，OxyExact 2200 还支持双 4-20 mA 输出，这在安全回路和控制回路分离方面非常有用。

ML：
另外，OxyExact 2200 本身就支持多变送器投票系统。一个控制单元可以连接三个变送器，而 Oxy 1900 则需要单独配置多个独立分析仪。

MH：
没错。这正是 OxyExact 2200 的一大优势。Stephen，从系统角度来看，PTA 分析小屋通常是什么样的配置？

SF：
典型的 PTA 分析小屋尺寸大约为 3 米乘 10 米，内部安装反应器和结晶器所需的氧分析仪，以及 CO.CO₂ 红外分析仪。取样系统通常在反应器附近完成降压和水洗，然后将样气输送到地面的分析小屋。

分析小屋内还配备气体探测器、报警系统和 HVAC 系统。有些装置会将分析小屋定义为 Zone 1 区域，因此氧分析仪本身也需要具备 Zone 1 认证。这也是 OxyExact 2200 宽环境温度范围能力的重要原因。

分析小屋不仅便于集中维护，也为工程师提供了相对舒适的工作环境，尤其是在亚洲和印度等高温地区。

MH：
这确实解释了为什么 PTA 装置普遍采用分析小屋。

SF：
是的。相比安装在反应器顶部，在地面分析小屋中维护分析仪要安全、舒适得多。同时，通过投票系统，可以在不中断生产的情况下对单台分析仪进行维护。

MH：
感谢大家收听本期 Servomex 播客。感谢 Stephen 和 Min-Woo 的精彩分享。欢迎访问 servomex.com，了解更多 PTA 解决方案。网站上还提供应用说明、视频以及本期和往期播客内容。我们下期再见。