PTA裝置氧化干燥機(jī)節(jié)能措施分析

王小豐

(中國(guó)昆侖工程公司，北京100037)

精對(duì)苯二甲酸(PTA)是生產(chǎn)聚酯薄膜、纖維及樹脂等的原料，也是一種應(yīng)用十分廣泛的基礎(chǔ)化工原料。目前PTA主要用于與乙二醇酯化生產(chǎn)聚酯切片，再熔融紡絲制得聚酯纖維，廣泛用于紡織，此外聚酯還用于電影膠片、涂料、油漆及聚酯塑料的生產(chǎn)。近幾年，隨著國(guó)內(nèi)PTA市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈，在不斷擴(kuò)大裝置生產(chǎn)能力的同時(shí)，致力于降低裝置的能耗和物耗，從而降低生產(chǎn)成本，增加市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，已成為PTA生產(chǎn)企業(yè)的工作重點(diǎn)。作者以PTA裝置中氧化單元的氧化干燥機(jī)為例，通過對(duì)比分析闡述了降低裝置能耗和物耗的措施。

1 氧化干燥機(jī)的特性及其工作流程

1.1 氧化干燥機(jī)的特性

PTA裝置氧化干燥機(jī)屬于密閉型間接加熱式回轉(zhuǎn)干燥機(jī)，主要部件有進(jìn)料、進(jìn)料密封、機(jī)體、自由端托輪、固定端托擋輪、傳動(dòng)裝置、汽室及出料、旋轉(zhuǎn)接頭及吊架、滾圈罩及大齒輪罩、潤(rùn)滑系統(tǒng)以及隨機(jī)儀表和電氣等。常見國(guó)產(chǎn)氧化干燥機(jī)型號(hào)如GZJZ 3.8 70，屬重力中心出料干燥機(jī)，干燥機(jī)直徑3.8 m，生產(chǎn)能力70 t/h［1］。

干燥機(jī)的筒體本身帶有一定的斜度，物料通過進(jìn)料螺旋輸送機(jī)送入筒體內(nèi)，筒體末端裝有擋料環(huán)，保證物料有一定的料層高度。筒體內(nèi)沿機(jī)身方向，加熱管以同心圓方式排成若干圈，干燥所需熱量主要由列管提供。蒸汽通過旋轉(zhuǎn)接頭及汽室被分配到各加熱管中，對(duì)列管間的物料進(jìn)行間接加熱，換熱完畢后，凝液從旋轉(zhuǎn)接頭排出。物料被轉(zhuǎn)筒內(nèi)部的加熱管干燥后，干的粉末從干燥機(jī)出料端排出。干燥所需載氣(惰性氣體)從干燥機(jī)物料出口側(cè)進(jìn)入干燥機(jī)內(nèi)部，逆物料流動(dòng)方向至干燥機(jī)物料進(jìn)口側(cè)，攜帶物料中蒸發(fā)出的濕氣，從干燥機(jī)煙囪排出。

1.2 氧化干燥機(jī)工作流程

目前，大部分 PTA裝置由粗對(duì)苯二甲酸(CTA)氧化和精制兩個(gè)單元組成。其中在氧化單元，來自第三結(jié)晶器的漿料，經(jīng)真空過濾機(jī)過濾洗滌后的濾餅由螺旋輸送機(jī)輸送至氧化干燥機(jī)，蒸發(fā)其中揮發(fā)分(約質(zhì)量分?jǐn)?shù)90%的醋酸和10%水)，將濾餅的含濕率從12.0%～15.0%降至約0.1%［2］，再經(jīng)氣力輸送至精制單元，見圖1。

圖1 氧化干燥機(jī)工作流程示意Fig.1 Flow chart of oxidation dryer

CTA濾餅的干燥效果對(duì)于精制單元的操作產(chǎn)生直接影響。若干燥效果差，物料會(huì)結(jié)塊或在設(shè)備管道上掛壁，嚴(yán)重時(shí)會(huì)堵塞氣力輸送管道或設(shè)備，造成不必要的停車，增加裝置物耗;另外，帶有醋酸的CTA粉料進(jìn)入精制單元，在增加醋酸消耗的同時(shí)，會(huì)對(duì)精制單元中設(shè)備管道造成腐蝕。

2 節(jié)能降耗措施分析

以生產(chǎn)能力1 000 kt/a PTA裝置中氧化干燥機(jī)為例，熱源為0.7 MPa飽和蒸汽，實(shí)際運(yùn)行按0.60 MPa(165℃)計(jì)，為防止粉塵泄露到空氣中，干燥機(jī)一般采用微負(fù)壓操作，濾餅入口溫度約90℃，粉體出口溫度約140℃，載氣進(jìn)口溫度約140℃，分析操作過程中的最佳運(yùn)行參數(shù)，以達(dá)到降低能耗的目的。

2.1 CTA濾餅含濕率

一般經(jīng)真空過濾機(jī)后的CTA濾餅含濕率約為12%。進(jìn)入干燥機(jī)的揮發(fā)分越少，蒸汽消耗越少。以現(xiàn)場(chǎng)操作中常見的含濕率15%和12%為例，通過能量守恒，對(duì)比干燥機(jī)的蒸汽消耗。

在計(jì)算過程中，作如下處理:(1)載氣進(jìn)出口溫度相近，所需熱量忽略不計(jì);(2)在兩種工況下，干燥過程中熱損失和對(duì)苯二甲酸干基升溫所需熱量相同;(3)揮發(fā)分主要是醋酸和水，忽略其他組份。所以，在不同含濕率時(shí)，所需熱量不同主要是加熱揮發(fā)分所需熱量不同。干燥過程所需總的熱量即:對(duì)苯二甲酸干基升溫所需熱量、醋酸升溫所需熱量、水升溫所需熱量、載氣升溫所需熱量以及熱損失之和［3］。

在干燥機(jī)的處理能力一定時(shí)(假定干基量為160 t/h)，根據(jù)含濕率可計(jì)算出主要揮發(fā)分醋酸和水的質(zhì)量流量。根據(jù)計(jì)算，15%和12%含濕率工況下，操作所需熱量之差約為4.8×106kJ/h。 0.60 MPa蒸汽液化熱為2 088 kJ/kg，即含濕率降低3%，則可節(jié)省蒸汽約2 300 kg/h，即每噸產(chǎn)品將降低14.4 kg的蒸汽用量。通常，在PTA裝置中，氧化干燥機(jī)所用0.7 MPa蒸汽主要來自裝置副產(chǎn)蒸汽，其余不足部分來自新鮮的9.0 MPa高壓蒸汽。考慮到9.0 MPa高壓蒸汽熱焓與0.7 MPa蒸汽熱焓相近，近似認(rèn)為含濕率降低3%，可降低9.0 MPa蒸汽消耗14.4 kg/t。按照GB/T 50441—2007《石油化工能耗計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)》，折算產(chǎn)品能耗降低55.47 MJ/t。

降低濾餅的含濕率主要是控制其上游真空過濾機(jī)的出口濾餅含濕率。正常工作時(shí)，該過濾機(jī)出口的濾餅含濕率一般能控制在12%以下，但運(yùn)行一段時(shí)間后，過濾干燥能力下降，會(huì)導(dǎo)致出口濾餅的含濕率上升。因此，在運(yùn)行一定的周期后，對(duì)真空過濾機(jī)進(jìn)行堿洗也可維持其處理能力和處理效果，從而降低濾餅的含濕率。

2.2 干燥機(jī)出口粉料溫度

CTA濾餅中濕組分主要是來自溶劑中的醋酸和水，其中醋酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為90%，水約為10%。氧化干燥機(jī)內(nèi)部操作壓力為微負(fù)壓，在該操作條件下，醋酸和水的飽和蒸汽壓約112℃，所以粉體出口溫度應(yīng)該高于112℃，而且溫度越高，越利于濾餅的干燥。但是，溫度越高，消耗的蒸汽量越大，所以在保證干燥能力和干燥效果的前提下，出口溫度不宜過高。氧化干燥機(jī)在同樣條件下，粉體出口溫度從150℃降至140℃，計(jì)算加熱所需熱量之差為2.3×106kJ/h，節(jié)省蒸汽消耗約1 100 kg/h，每噸產(chǎn)品可降低6.9 kg的蒸汽用量，即產(chǎn)品能耗可降低26.58 MJ/t。

2.3 干燥機(jī)列管結(jié)垢

隨著干燥機(jī)運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，干燥機(jī)列管外壁黏附物會(huì)越來越多，污垢熱阻越來越大，減少干燥機(jī)列管外壁黏附物的量就可以減小污垢熱阻。干燥機(jī)列管結(jié)垢是由于CTA濾餅中苯甲酸、對(duì)甲基苯甲酸和偏苯三酸等雜質(zhì)的存在造成的。苯甲酸、對(duì)甲基苯甲酸和偏苯三酸是非常強(qiáng)的黏性物質(zhì)，黏附在干燥機(jī)列管上后，就造成干燥機(jī)列管結(jié)垢［4］。所以在運(yùn)行一定周期后，需對(duì)干燥機(jī)進(jìn)行徹底堿洗。堿洗周期越長(zhǎng)，噸產(chǎn)品的原料消耗越低。因此，控制濾餅的雜質(zhì)含量，延長(zhǎng)堿洗周期有利于降低原材料消耗。

控制進(jìn)入干燥機(jī)濾餅雜質(zhì)的措施如下:(1)通過優(yōu)化氧化結(jié)晶過程來控制CTA粒徑，從而改善真空過濾機(jī)過濾洗滌效果，減少濾餅中雜質(zhì)含量;(2)加強(qiáng)氧化循環(huán)母液除雜。由于氧化母液循環(huán)使用，定量除雜能夠控制循環(huán)母液中的雜質(zhì)含量在合理的范圍內(nèi);(3)維持真空過濾機(jī)濾餅洗滌溶液的量。濾餅洗滌溶液是經(jīng)過脫水后的醋酸溶液，保持一定比例的沖洗酸，有助于除去濾餅外表面的雜質(zhì)。

3 結(jié)論

a.在真空過濾機(jī)干燥能力范圍內(nèi)，PTA裝置氧化干燥機(jī)進(jìn)口濾餅含濕率每降低3%，產(chǎn)品能耗降低55.47 MJ/t。

b.在保證干燥機(jī)出口粉體干燥效果的前提下，粉體出口溫度每降低10℃，產(chǎn)品能耗降低26.58 MJ/t。

c.優(yōu)化氧化結(jié)晶反應(yīng)條件，加強(qiáng)氧化循環(huán)母液除雜，維持濾餅洗滌溶液的量，可以減少進(jìn)入干燥濾餅中的雜質(zhì)含量，有利于減小干燥機(jī)列管的污垢熱阻，延長(zhǎng)干燥的堿洗周期，從而降低產(chǎn)品原材料消耗。

［1］ 中華人民共和國(guó)國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì).HG/T 3914—2006蒸汽加熱管式回轉(zhuǎn)圓筒干燥機(jī)［S］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

［2］ 李大仰.粗對(duì)苯二甲酸濾餅干燥機(jī)存在的問題及對(duì)策［J］.石油化工設(shè)備技術(shù)，2003，24(3):35.

［3］ 呂新宇，王猛，楊歡，等.間接換熱式列管回轉(zhuǎn)干燥機(jī)傳熱系數(shù)的研究［J］.常州大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，22(2):40.

［4］ 邱滔，王猛，呂新宇，等.PTA蒸汽管回轉(zhuǎn)干燥機(jī)結(jié)垢原因分析［J］.合成纖維工業(yè)，2010，33(5):62－63.