PTA装置氧化干燥机节能措施分析

2014-03-19王小丰

合成纤维工业 2014年3期

王小丰

(中国昆仑工程公司，北京100037)

精对苯二甲酸(PTA)是生产聚酯薄膜、纤维及树脂等的原料，也是一种应用十分广泛的基础化工原料。目前PTA主要用于与乙二醇酯化生产聚酯切片，再熔融纺丝制得聚酯纤维，广泛用于纺织，此外聚酯还用于电影胶片、涂料、油漆及聚酯塑料的生产。近几年，随着国内PTA市场竞争的日益激烈，在不断扩大装置生产能力的同时，致力于降低装置的能耗和物耗，从而降低生产成本，增加市场竞争力，已成为PTA生产企业的工作重点。作者以PTA装置中氧化单元的氧化干燥机为例，通过对比分析阐述了降低装置能耗和物耗的措施。

1 氧化干燥机的特性及其工作流程

1.1 氧化干燥机的特性

PTA装置氧化干燥机属于密闭型间接加热式回转干燥机，主要部件有进料、进料密封、机体、自由端托轮、固定端托挡轮、传动装置、汽室及出料、旋转接头及吊架、滚圈罩及大齿轮罩、润滑系统以及随机仪表和电气等。常见国产氧化干燥机型号如GZJZ 3.8 70，属重力中心出料干燥机，干燥机直径3.8 m，生产能力70 t/h［1］。

干燥机的筒体本身带有一定的斜度，物料通过进料螺旋输送机送入筒体内，筒体末端装有挡料环，保证物料有一定的料层高度。筒体内沿机身方向，加热管以同心圆方式排成若干圈，干燥所需热量主要由列管提供。蒸汽通过旋转接头及汽室被分配到各加热管中，对列管间的物料进行间接加热，换热完毕后，凝液从旋转接头排出。物料被转筒内部的加热管干燥后，干的粉末从干燥机出料端排出。干燥所需载气(惰性气体)从干燥机物料出口侧进入干燥机内部，逆物料流动方向至干燥机物料进口侧，携带物料中蒸发出的湿气，从干燥机烟囱排出。

1.2 氧化干燥机工作流程

目前，大部分 PTA装置由粗对苯二甲酸(CTA)氧化和精制两个单元组成。其中在氧化单元，来自第三结晶器的浆料，经真空过滤机过滤洗涤后的滤饼由螺旋输送机输送至氧化干燥机，蒸发其中挥发分(约质量分数90%的醋酸和10%水)，将滤饼的含湿率从12.0%～15.0%降至约0.1%［2］，再经气力输送至精制单元，见图1。

图1 氧化干燥机工作流程示意Fig.1 Flow chart of oxidation dryer

CTA滤饼的干燥效果对于精制单元的操作产生直接影响。若干燥效果差，物料会结块或在设备管道上挂壁，严重时会堵塞气力输送管道或设备，造成不必要的停车，增加装置物耗;另外，带有醋酸的CTA粉料进入精制单元，在增加醋酸消耗的同时，会对精制单元中设备管道造成腐蚀。

2 节能降耗措施分析

以生产能力1 000 kt/a PTA装置中氧化干燥机为例，热源为0.7 MPa饱和蒸汽，实际运行按0.60 MPa(165℃)计，为防止粉尘泄露到空气中，干燥机一般采用微负压操作，滤饼入口温度约90℃，粉体出口温度约140℃，载气进口温度约140℃，分析操作过程中的最佳运行参数，以达到降低能耗的目的。

2.1 CTA滤饼含湿率

一般经真空过滤机后的CTA滤饼含湿率约为12%。进入干燥机的挥发分越少，蒸汽消耗越少。以现场操作中常见的含湿率15%和12%为例，通过能量守恒，对比干燥机的蒸汽消耗。

在计算过程中，作如下处理:(1)载气进出口温度相近，所需热量忽略不计;(2)在两种工况下，干燥过程中热损失和对苯二甲酸干基升温所需热量相同;(3)挥发分主要是醋酸和水，忽略其他组份。所以，在不同含湿率时，所需热量不同主要是加热挥发分所需热量不同。干燥过程所需总的热量即:对苯二甲酸干基升温所需热量、醋酸升温所需热量、水升温所需热量、载气升温所需热量以及热损失之和［3］。

在干燥机的处理能力一定时(假定干基量为160 t/h)，根据含湿率可计算出主要挥发分醋酸和水的质量流量。根据计算，15%和12%含湿率工况下，操作所需热量之差约为4.8×106kJ/h。 0.60 MPa蒸汽液化热为2 088 kJ/kg，即含湿率降低3%，则可节省蒸汽约2 300 kg/h，即每吨产品将降低14.4 kg的蒸汽用量。通常，在PTA装置中，氧化干燥机所用0.7 MPa蒸汽主要来自装置副产蒸汽，其余不足部分来自新鲜的9.0 MPa高压蒸汽。考虑到9.0 MPa高压蒸汽热焓与0.7 MPa蒸汽热焓相近，近似认为含湿率降低3%，可降低9.0 MPa蒸汽消耗14.4 kg/t。按照GB/T 50441—2007《石油化工能耗计算标准》，折算产品能耗降低55.47 MJ/t。

降低滤饼的含湿率主要是控制其上游真空过滤机的出口滤饼含湿率。正常工作时，该过滤机出口的滤饼含湿率一般能控制在12%以下，但运行一段时间后，过滤干燥能力下降，会导致出口滤饼的含湿率上升。因此，在运行一定的周期后，对真空过滤机进行碱洗也可维持其处理能力和处理效果，从而降低滤饼的含湿率。

2.2 干燥机出口粉料温度

CTA滤饼中湿组分主要是来自溶剂中的醋酸和水，其中醋酸质量分数约为90%，水约为10%。氧化干燥机内部操作压力为微负压，在该操作条件下，醋酸和水的饱和蒸汽压约112℃，所以粉体出口温度应该高于112℃，而且温度越高，越利于滤饼的干燥。但是，温度越高，消耗的蒸汽量越大，所以在保证干燥能力和干燥效果的前提下，出口温度不宜过高。氧化干燥机在同样条件下，粉体出口温度从150℃降至140℃，计算加热所需热量之差为2.3×106kJ/h，节省蒸汽消耗约1 100 kg/h，每吨产品可降低6.9 kg的蒸汽用量，即产品能耗可降低26.58 MJ/t。

2.3 干燥机列管结垢

随着干燥机运行时间的延长，干燥机列管外壁黏附物会越来越多，污垢热阻越来越大，减少干燥机列管外壁黏附物的量就可以减小污垢热阻。干燥机列管结垢是由于CTA滤饼中苯甲酸、对甲基苯甲酸和偏苯三酸等杂质的存在造成的。苯甲酸、对甲基苯甲酸和偏苯三酸是非常强的黏性物质，黏附在干燥机列管上后，就造成干燥机列管结垢［4］。所以在运行一定周期后，需对干燥机进行彻底碱洗。碱洗周期越长，吨产品的原料消耗越低。因此，控制滤饼的杂质含量，延长碱洗周期有利于降低原材料消耗。

控制进入干燥机滤饼杂质的措施如下:(1)通过优化氧化结晶过程来控制CTA粒径，从而改善真空过滤机过滤洗涤效果，减少滤饼中杂质含量;(2)加强氧化循环母液除杂。由于氧化母液循环使用，定量除杂能够控制循环母液中的杂质含量在合理的范围内;(3)维持真空过滤机滤饼洗涤溶液的量。滤饼洗涤溶液是经过脱水后的醋酸溶液，保持一定比例的冲洗酸，有助于除去滤饼外表面的杂质。