聚丙烯腈氮气闭路循环干燥技术开发

王仕君 何德强 张麦奎 张继春 贾 敏 王 慧

(天华化工机械及自动化研究设计院有限公司)

石化行业中许多易燃易爆物料如聚丙烯腈、己二酸、HDPE、LDPE、UHMW-PE、ABS、SAN及工程塑料等，采用以热空气为干燥介质的开路气流干燥、流化床干燥或喷雾干燥技术，存在问题较多，如：系统存在安全隐患，生产能耗高及尾气环境污染大等问题。笔者以聚丙烯腈干燥为例，开发一种密闭氮气循环闭路干燥技术，解决了上述系统存在的问题。

1 传统工艺

传统聚丙烯腈干燥过程中一般采用以空气为热载体的喷雾干燥系统。流程中浆料经加料泵进入喷雾干燥塔，经分散器(或高压雾化)均匀地分布在干燥器内，空气经过加热后进入干燥器，与雾化的湿物料接触，湿物料被热空气迅速加热，同时物料中的水逐渐减少，干燥合格后与热空气一起进入布袋除尘器，干燥尾气净化后放空。

聚丙烯腈具有易燃特性，干燥系统采用空气干燥，系统存在安全隐患。干燥系统尾气排放量大，排放的空气夹带颗粒多，污染环境。聚丙烯腈浆料含水量高，直接雾化干燥蒸发量大，需要的热量多，系统的能耗高。

2 新型工艺

聚丙烯腈氮气循环干燥工艺流程如图1所示。

聚丙烯腈浆料经机械预脱水形成滤饼，湿物料通过螺旋输送机输送到微粉干燥机中，同时经循环风机增压。通过蒸汽加热器、电加热器二级加热的160℃氮气进入微粉干燥机。在搅拌器和热氮气的作用下物料被干燥、破碎，并处于流态化状态，水气化进入到氮气中；干燥后的物料随热氮气在干燥室内旋转上升，粒度适宜、湿分合格的物料通过干燥室上部的淘析环，最后被气流带入到布袋除尘器中分离；分离所得的干燥产品经旋转卸料器排出；净化后的湿氮气进入洗涤塔，利用工艺水喷淋冷却，氮气中的水蒸气冷却为水进入塔底，由循环泵排出；氮气除雾后进循环风机形成氮气闭路循环干燥系统，氮气循环再利用。

聚丙烯腈氮气循环干燥系统采取了氮气干燥、氮气密闭循环和机械预脱水技术，具有以下优势：

a. 采用热氮气对物料进行干燥，干燥系统稳定安全，解决了传统干燥存在的安全隐患问题；

b. 氮气循环利用，尾气排放量少，对环境污染小；

c. 采用机械预脱水，干燥系统的能耗低。

图1 聚丙烯腈氮气闭路循环干燥工艺流程

微粉干燥机是聚丙烯腈氮气循环干燥的核心设备(图2)，主要由螺旋加料器、干燥室、打散器和分级器组成。热气体从干燥机底部进入干燥室，在打散器的共同作用下，颗粒被打散成细小颗粒。物料在热风的作用下处于流态化状态并沿着干燥室器壁旋转上升。细小的颗粒通过选粉机被气流带出，在除尘器中分离收集；较大的颗粒则返回干燥机与后续的湿物料混合后被进一步干燥打散，直至合格后被气流带出干燥机到除尘器进行分离。

图2 微粉干燥机简图

微粉干燥机干燥具有如下特点：

a. 产品均匀。干燥、打散、分级在一个系统中完成，产品的湿含量和粒度均匀一致。

b. 产品粒度无级可调。微粉干燥机的出口有分级器，可以很方便地控制产品的粒径。

c. 产品湿含量可调。通过调节热风温度和物料的停留时间，产品的湿含量很容易控制在0.1%以下。

d. 总传热系数大。由于搅拌器的打散作用，物料的表面积迅速增大，换热过程大大增强。另外分级器的搅拌作用也提高了传热系数。

e. 节省空间。由于总传热系数大，干燥、破碎、分级在一个系统中完成，故设备结构紧凑，占地面积小且热损失比常规的热风型干燥机小。

f. 停留时间短。因物料停留时间很短，在进口热风温度较高时物料不会发生变质。

3 技术经济性对比

以4 500t/a聚丙烯腈装置为例，对两种干燥工艺的技术经济性比较，具体见表1。

表1 干燥系统性能对比

注：饱和蒸汽按110元/t计算、工业用电按0.5元/kW·h计算。

通过以上两种工艺经济性对比，可以看出，相同规模的两种工艺中，聚丙烯腈氮气闭路循环干燥工艺电耗低，蒸汽用量少，系统安全性高，废气排放量少，装置的占地面积小，系统的整体投资低，工艺相对经济。

4 结束语

微粉干燥机是针对浆状物料制粉研发的一种新型干燥机，已取得多项专利。以微粉干燥机为核心设备的聚丙烯腈氮气闭路循环干燥系统，在满足聚丙烯腈工艺的同时，具有安全、环保、节能和技术实用的特点。该技术解决了聚丙烯腈干燥系统存在的安全、尾气排放大、能耗高问题。氮气闭路循环干燥技术也可向其他具有易燃易爆特点的物料干燥方面推广。