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聚酯产业中复杂分离过程集成技术开发及应用
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  • 公布年份:
    2018
  • 中图分类:
    TQ342.2
  • 关键词:
  • 成果简介:
    纺织行业是重要的民生产业,在国民经济中占有支柱地位。中国是全球第一大聚酯纤维生产和消费国,约占全球产能的51%。精对苯二甲酸(PTA)是“精对苯二甲酸-聚酯纤维-纺织品”产业链中生产聚酯纤维的重要基础原料,由对二甲苯与空气在醋酸溶剂中发生氧化反应制得,需求量为4200万吨/年。 醋酸是生产聚酯纤维原料PTA的重要溶剂,由于对二甲苯氧化后会生成水,醋酸质量浓度由93〜95%降至30~70%,稀醋酸量达到了1亿吨/年,必须对其进行回收利用。稀醋酸中除了醋酸和水,还含有对二甲苯、醋酸甲酯等组分,且体系中组分易发生缔合,非理想性极强,分离回收循环利用难度较大,是国际公认的难题;在对二甲苯氧化过程中,溶剂醋酸也会部分发生氧化反应,生成75万吨/年质量浓度为90%的醋酸甲酯,利用价值不高。针对上述问题,该项目在国家科技支撑计划、中国石化科技开发计划等项目的支持下,经过15年攻关,在复杂分离过程集成技术开发及应用上取得了重大突破,主要技术创新点如下: 创新开发了基于计算机辅助分子设计方法的分离溶剂筛选应用软件包,解决了搜索效率低和筛选周期长的难题,实现了分离溶剂的快速优选。优化了编码方案,改进了遗传算法操作算子,创立了涵盖分离溶剂基本物性的模糊综合评价的优化筛选方法,首次研发出基于计算机辅助分子设计方法的缔合体系用分离溶剂筛选应用软件包,实现了分离溶剂的精准、快速优选。 自主研发了聚酯纤维原料生产中溶剂分离的能质耦合集成工艺和装备,解决了分离效率低和能耗高的难题,实现了物质和能量的最优化利用。优选了环境友好的分离溶剂,扩展了缔合体系热力学数据库,合作开发了高效多孔碳化硅规整填料,首创了萃取-共沸精馏集成工艺。能耗仅为46千克标煤/吨PTA,比世界最先进的美国Invista工艺的分离能耗(50千克标煤/吨PTA)降低了8%,实现了醋酸溶剂分离技术国产化,填补了国内空白。 创造发明了聚酯纤维原料生产中醋酸甲酯高价值利用的反应与分离集成工艺和装备,解决了单程转化率低的难题,实现了过程能耗的大幅降低。研制了新型碳基固体磺酸催化剂,开发了捆扎包式催化填料,首创了萃取-反应-催化精馏集成工艺,建成了首套萃取-反应-催化精馏工艺的工业化装置,醋酸甲酯单程转化率提升到57.6%,比世界最先进的韩国ANT工艺的醋酸甲酯单程转化率(46.3%)提髙了22.4%,大幅降低了分离能耗,实现了醋酸甲酯高价值利用。 该项目共获授权国家发明专利11项,其中1项核心专利获中国石油和化学工业联合会优秀专利奖;发表高水平学术论文35篇;研究成果已在中国石化扬子石油化工有限公司、江苏华伦化工有限公司等企业应用,近三年累计新增利润(节支)5.2亿元,社会和经济效益显著;经专家鉴定,该项目核心技术达到了国际先进水平,突破了国外专利技术封锁;2013年获中国石油与化学工业联合会技术发明奖一等奖,以部分研究成果编著了卓越工程师教育培养计划系列教材——《化工多学科工程设计与实例》,实现了教学与科研的有机结合,培养了研究生32名。该项目的实施促进了轻工、化工和医药等相关产业的技术升级,推动了中国聚酯产业分离技术水平的进步,形成了较强的国际影响力。
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