聚酯酯化蒸氣余熱的利用及改造措施

寇艷蘭 張 影

(中國(guó)石化股份有限公司天津分公司，天津300271)

中國(guó)石化股份有限公司天津分公司200 kt/a聚酯裝置是引進(jìn)德國(guó)吉瑪五釜工藝流程，以精對(duì)苯二甲酸(PTA)和乙二醇(EG)為原料的連續(xù)聚酯(PET)熔體生產(chǎn)裝置。其中酯化反應(yīng)是在一定溫度和壓力下，由PTA和EG反應(yīng)生成對(duì)苯二甲酸乙二醇酯，反應(yīng)中生成水蒸氣，同時(shí)伴有少量EG、醚、醛等氣體，產(chǎn)生的混合蒸氣通過(guò)反應(yīng)器頂部管道排到工藝塔進(jìn)行分餾提純;工藝塔將混合蒸氣中的輕組分如水、醚和醛等從塔頂蒸出，這部分氣體被稱(chēng)為酯化蒸氣，其攜帶大量熱量通過(guò)冷卻水冷卻后排放，該處理過(guò)程造成大量的熱量損失。目前，各聚酯生產(chǎn)廠家都在這方面進(jìn)行節(jié)能改造。作者對(duì)200 kt/a聚酯裝置蒸氣余熱回收系統(tǒng)進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)酯化蒸氣余熱的有效利用。

1 聚酯裝置酯化蒸氣余熱利用及需求現(xiàn)狀

1.1酯化蒸氣系統(tǒng)現(xiàn)狀

聚酯裝置酯化反應(yīng)系統(tǒng)產(chǎn)生酯化蒸氣進(jìn)入工藝塔進(jìn)行精餾，塔頂分離出的酯化蒸氣壓力為0.007 MPa，溫度100℃，在聚酯裝置720 t/d生產(chǎn)負(fù)荷下，產(chǎn)生酯化蒸氣約10 t/h，此部分酯化蒸氣需經(jīng)換熱器冷卻后進(jìn)入汽提塔進(jìn)行處理，現(xiàn)有的生產(chǎn)處理工藝不僅使酯化蒸氣的潛熱白白損失，同時(shí)為冷卻酯化蒸氣造成約400 m3/h冷卻水消耗。

1.2 裝置用熱需求現(xiàn)狀

1.2.1 溴冷機(jī)冷劑水用熱需求

200 kt/a聚酯裝置新增8 372 kJ溴化鋰吸收式制冷機(jī)1臺(tái)，用于裝置區(qū)內(nèi)夏季冷凍水供給。溴化鋰吸收式制冷機(jī)是以溴化鋰溶液為吸收劑，以水為制冷劑，利用水在高真空、低壓狀態(tài)下蒸發(fā)、吸熱達(dá)到制冷的目的。一定溫度和濃度的溴化鋰溶液飽和壓力比同一溫度下水的飽和蒸氣壓低得多，如環(huán)境溫度30℃，溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%，其飽和蒸氣壓力分別為4.24 kPa和0.47 kPa。由于溴化鋰溶液和水之間存在蒸氣壓力差，溴化鋰溶液即吸收水蒸氣。為使制冷過(guò)程能連續(xù)不斷地進(jìn)行下去，必須不斷取走冷劑水蒸發(fā)出來(lái)的水蒸氣以維持蒸發(fā)器中很低的壓力，同時(shí)還必須不斷的補(bǔ)充蒸發(fā)掉的冷劑水。而制冷過(guò)程中所需冷劑水目前是通過(guò)新鮮蒸氣進(jìn)行加熱，造成大量新鮮蒸氣消耗。而通過(guò)酯化蒸氣余熱回收升溫冷劑水，可節(jié)約新鮮蒸氣。

1.2.2 采暖水用熱需求

裝置區(qū)及辦公區(qū)冬季采暖水分別通過(guò)新鮮蒸氣升溫提供。為優(yōu)化冬季采暖運(yùn)行，將采暖系統(tǒng)整合，利用聚酯酯化蒸氣進(jìn)行采暖水加熱，原熱力站換熱器做為輔助換熱設(shè)備，可有效降低新鮮蒸氣消耗。

2 酯化蒸氣余熱利用的改造方案

2.1 酯化蒸氣余熱回收系統(tǒng)的改造

聚酯裝置在保持原有酯化蒸氣冷卻系統(tǒng)的同時(shí)，增設(shè)1臺(tái)余熱回收冷凝器，酯化蒸氣余熱回收系統(tǒng)與原有酯化蒸氣冷卻系統(tǒng)實(shí)施串聯(lián)使用［2］，即酯化蒸氣首先經(jīng)過(guò)余熱回收冷凝器，再經(jīng)原有冷卻系統(tǒng)進(jìn)行冷卻(如圖1所示)，實(shí)現(xiàn)最大效率地利用酯化蒸氣攜帶的熱能，同時(shí)減少冷卻水的消耗。

圖1 改造后的酯化蒸氣余熱回收系統(tǒng)示意Fig.1 Schematic diagram of esterification steam heat recovery system after transformation

酯化蒸氣余熱回收系統(tǒng)投用后，對(duì)裝置酯化系統(tǒng)造成一定的影響，繼而導(dǎo)致工藝水控制指標(biāo)超出合格范圍，可通過(guò)工藝水排出系統(tǒng)，改造和投用期間的工藝優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)工藝水指標(biāo)平穩(wěn)，余熱得到充分利用。

2.2 酯化蒸氣余熱回收系統(tǒng)投用存在的問(wèn)題

2.2.1 冬季采暖的影響

酯化蒸氣余熱回收系統(tǒng)冬季用于采暖使用時(shí)，暖氣水要求的升溫溫度為60～80℃，暖氣水的回水溫度在45～65℃，暖氣水作為新增余熱回收冷凝器循環(huán)冷卻水，其對(duì)酯化蒸氣冷卻效果基本能夠滿(mǎn)足生產(chǎn)需要，但在其投用期間依然造成工藝塔塔頂溫度有小幅度升高，使得工藝水中的EG含量和COD值略有升高(見(jiàn)表1)，但工藝水指標(biāo)能控制在正常范圍。

表1 酯化蒸氣余熱回收系統(tǒng)投用前后工藝水中COD及EG含量Tab.1 COD and EG contents of process water before and after esterification steam heat recovery system transformation

2.2.2 夏季用于溴冷機(jī)的影響

酯化蒸氣余熱回收系統(tǒng)夏季用于溴冷機(jī)冷劑水升溫?zé)嵩磿r(shí)，溴冷機(jī)所用冷劑水溫度控制在80～85℃即可滿(mǎn)足溴冷機(jī)使用要求時(shí)，聚酯裝置生產(chǎn)工況平穩(wěn)，各項(xiàng)工藝水指標(biāo)均處于合格范圍內(nèi)。但當(dāng)投用溴冷機(jī)冷劑水用量增大，所用冷劑水溫度需控制在85～90℃以上才能滿(mǎn)足溴冷機(jī)使用要求時(shí)，由于冷劑水控制溫度較高，冷劑水作為新增余熱冷凝器的循環(huán)冷卻水，冷凝器對(duì)酯化蒸氣冷卻效果不好，造成酯化Ⅱ反應(yīng)釜出現(xiàn)憋壓現(xiàn)象，酯化Ⅱ反應(yīng)釜持續(xù)憋壓，進(jìn)而導(dǎo)致工藝塔塔頂溫度升高至100.2℃以上(正常值為97.5～99.5℃)。聚酯裝置工藝塔頂溫度是工藝廢水中COD控制的主要控制參數(shù)［2］，工藝塔頂溫度升高，工藝水中夾帶EG含量明顯上升，EG質(zhì)量分?jǐn)?shù)由0.06% ～0.12%上升至 0.16% ～0.28%;汽提塔工藝水COD值顯著升高，由2 500～2 800 mg/L上升到3 500～4 600 mg/L。

2.3 工藝水質(zhì)量控制措施

2.3.1 工藝水排出系統(tǒng)改造

工藝水排出管線上增設(shè)1臺(tái)管道泵(見(jiàn)圖2)，可以有效減少工藝廢水在酯化廢水排出系統(tǒng)的停留時(shí)間，有效緩解系統(tǒng)憋壓現(xiàn)象。

圖2 工藝水排出管線改造示意Fig.2 Schematic diagram of process water drainage pipeline

2.3.2 工藝塔參數(shù)優(yōu)化

酯化蒸氣余熱回收系統(tǒng)投用于夏季溴冷機(jī)期間，根據(jù)塔頂塔底產(chǎn)品的分析指標(biāo)，進(jìn)行塔釜溫度及中段溫度的合理匹配(見(jiàn)表2)，可控制工藝塔排出水中EG質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.15%，有效減少塔頂EG的排出。

表2 回收系統(tǒng)投用前后工藝塔參數(shù)對(duì)比Tab.2 Process column parameters before and after recovery system transformation

2.3.3 汽提塔參數(shù)優(yōu)化

酯化蒸氣余熱回收系統(tǒng)投用后，對(duì)汽提塔工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，可降低COD值，聚酯裝置汽提塔為填料塔，在保證汽提塔和尾氣進(jìn)熱媒爐焚燒系統(tǒng)穩(wěn)定的同時(shí)，通過(guò)增加汽提塔塔頂壓力和塔頂噴淋量(見(jiàn)表3)，可提高汽提塔的處理能力，有效降低工藝水COD值，COD值小于2 800 mg/L。

表3 回收系統(tǒng)投用前后汽提塔參數(shù)對(duì)比Tab.3 Stripper parameters before and after recovery system transformation

2.4 酯化蒸氣余熱回收系統(tǒng)投用效果

酯化蒸氣經(jīng)換熱器進(jìn)行熱交換使溴冷機(jī)冷劑水升溫，冷劑水溫度可上升至80～90℃，滿(mǎn)足溴冷機(jī)生產(chǎn)冷凍水400 t/h，冷凍水溫度7～9℃，所需冷劑水升溫需求。冬季各用戶(hù)全部投用，可使暖氣水出口溫度上升至70～80℃，滿(mǎn)足裝置區(qū)采暖供熱需求。夏季溴冷機(jī)冷劑水升溫，節(jié)約0.8 MPa新鮮蒸氣6 939 t/a，年增加經(jīng)濟(jì)效益107萬(wàn)元;酯化蒸氣余熱回收系統(tǒng)用于冬季采暖，節(jié)約0.8 MPa新鮮蒸氣約14 375 t/a，年增加經(jīng)濟(jì)效益222.8 萬(wàn)元。

3 結(jié)論

a.酯化余熱回收系統(tǒng)改造可在保留原有管線的基礎(chǔ)上，通過(guò)并入余熱回收冷凝器，實(shí)現(xiàn)酯化蒸氣余熱的有效利用。

b.酯化蒸氣余熱回收系統(tǒng)在投用過(guò)程中，會(huì)對(duì)工藝水質(zhì)量造成影響，可通過(guò)工藝水排出系統(tǒng)改造，工藝塔及汽提塔工藝優(yōu)化，有效控制工藝水質(zhì)量。

c.酯化蒸氣余熱回收系統(tǒng)改造投用后，實(shí)現(xiàn)夏季溴冷機(jī)冷劑水和冬季取暖水的升溫，有效節(jié)約新鮮蒸氣，降低循環(huán)水消耗，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

［1］ 武術(shù)芳.聚酯廢水中COD影響因素探討［J］.合成纖維工業(yè)，2013，36(3):61 －63.

［2］ 周天.天津石化化工部酯化蒸汽綜合利用節(jié)能改造［J］.石油和化工節(jié)能，2012(5):33－37.