PTA裝置氧化干燥機節能措施分析

王小豐

(中國昆侖工程公司，北京100037)

精對苯二甲酸(PTA)是生產聚酯薄膜、纖維及樹脂等的原料，也是一種應用十分廣泛的基礎化工原料。目前PTA主要用于與乙二醇酯化生產聚酯切片，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。近幾年，隨著國內PTA市場競爭的日益激烈，在不斷擴大裝置生產能力的同時，致力于降低裝置的能耗和物耗，從而降低生產成本，增加市場競爭力，已成為PTA生產企業的工作重點。作者以PTA裝置中氧化單元的氧化干燥機為例，通過對比分析闡述了降低裝置能耗和物耗的措施。

1 氧化干燥機的特性及其工作流程

1.1 氧化干燥機的特性

PTA裝置氧化干燥機屬于密閉型間接加熱式回轉干燥機，主要部件有進料、進料密封、機體、自由端托輪、固定端托擋輪、傳動裝置、汽室及出料、旋轉接頭及吊架、滾圈罩及大齒輪罩、潤滑系統以及隨機儀表和電氣等。常見國產氧化干燥機型號如GZJZ 3.8 70，屬重力中心出料干燥機，干燥機直徑3.8 m，生產能力70 t/h［1］。

干燥機的筒體本身帶有一定的斜度，物料通過進料螺旋輸送機送入筒體內，筒體末端裝有擋料環，保證物料有一定的料層高度。筒體內沿機身方向，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。蒸汽通過旋轉接頭及汽室被分配到各加熱管中，對列管間的物料進行間接加熱，換熱完畢后，凝液從旋轉接頭排出。物料被轉筒內部的加熱管干燥后，干的粉末從干燥機出料端排出。干燥所需載氣(惰性氣體)從干燥機物料出口側進入干燥機內部，逆物料流動方向至干燥機物料進口側，攜帶物料中蒸發出的濕氣，從干燥機煙囪排出。

1.2 氧化干燥機工作流程

目前，大部分 PTA裝置由粗對苯二甲酸(CTA)氧化和精制兩個單元組成。其中在氧化單元，來自第三結晶器的漿料，經真空過濾機過濾洗滌后的濾餅由螺旋輸送機輸送至氧化干燥機，蒸發其中揮發分(約質量分數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］，再經氣力輸送至精制單元，見圖1。

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

CTA濾餅的干燥效果對于精制單元的操作產生直接影響。若干燥效果差，物料會結塊或在設備管道上掛壁，嚴重時會堵塞氣力輸送管道或設備，造成不必要的停車，增加裝置物耗;另外，帶有醋酸的CTA粉料進入精制單元，在增加醋酸消耗的同時，會對精制單元中設備管道造成腐蝕。

2 節能降耗措施分析

以生產能力1 000 kt/a PTA裝置中氧化干燥機為例，熱源為0.7 MPa飽和蒸汽，實際運行按0.60 MPa(165℃)計，為防止粉塵泄露到空氣中，干燥機一般采用微負壓操作，濾餅入口溫度約90℃，粉體出口溫度約140℃，載氣進口溫度約140℃，分析操作過程中的最佳運行參數，以達到降低能耗的目的。

2.1 CTA濾餅含濕率

一般經真空過濾機后的CTA濾餅含濕率約為12%。進入干燥機的揮發分越少，蒸汽消耗越少。以現場操作中常見的含濕率15%和12%為例，通過能量守恒，對比干燥機的蒸汽消耗。

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

在干燥機的處理能力一定時(假定干基量為160 t/h)，根據含濕率可計算出主要揮發分醋酸和水的質量流量。根據計算，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%，則可節省蒸汽約2 300 kg/h，即每噸產品將降低14.4 kg的蒸汽用量。通常，在PTA裝置中，氧化干燥機所用0.7 MPa蒸汽主要來自裝置副產蒸汽，其余不足部分來自新鮮的9.0 MPa高壓蒸汽?？紤]到9.0 MPa高壓蒸汽熱焓與0.7 MPa蒸汽熱焓相近，近似認為含濕率降低3%，可降低9.0 MPa蒸汽消耗14.4 kg/t。按照GB/T 50441—2007《石油化工能耗計算標準》，折算產品能耗降低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的出口濾餅含濕率。正常工作時，該過濾機出口的濾餅含濕率一般能控制在12%以下，但運行一段時間后，過濾干燥能力下降，會導致出口濾餅的含濕率上升。因此，在運行一定的周期后，對真空過濾機進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，其中醋酸質量分數約為90%，水約為10%。氧化干燥機內部操作壓力為微負壓，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。氧化干燥機在同樣條件下，粉體出口溫度從150℃降至140℃，計算加熱所需熱量之差為2.3×106kJ/h，節省蒸汽消耗約1 100 kg/h，每噸產品可降低6.9 kg的蒸汽用量，即產品能耗可降低26.58 MJ/t。

2.3 干燥機列管結垢

隨著干燥機運行時間的延長，干燥機列管外壁黏附物會越來越多，污垢熱阻越來越大，減少干燥機列管外壁黏附物的量就可以減小污垢熱阻。干燥機列管結垢是由于CTA濾餅中苯甲酸、對甲基苯甲酸和偏苯三酸等雜質的存在造成的。苯甲酸、對甲基苯甲酸和偏苯三酸是非常強的黏性物質，黏附在干燥機列管上后，就造成干燥機列管結垢［4］。所以在運行一定周期后，需對干燥機進行徹底堿洗。堿洗周期越長，噸產品的原料消耗越低。因此，控制濾餅的雜質含量，延長堿洗周期有利于降低原材料消耗。

控制進入干燥機濾餅雜質的措施如下:(1)通過優化氧化結晶過程來控制CTA粒徑，從而改善真空過濾機過濾洗滌效果，減少濾餅中雜質含量;(2)加強氧化循環母液除雜。由于氧化母液循環使用，定量除雜能夠控制循環母液中的雜質含量在合理的范圍內;(3)維持真空過濾機濾餅洗滌溶液的量。濾餅洗滌溶液是經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。

3 結論

a.在真空過濾機干燥能力范圍內，PTA裝置氧化干燥機進口濾餅含濕率每降低3%，產品能耗降低55.47 MJ/t。

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

c.優化氧化結晶反應條件，加強氧化循環母液除雜，維持濾餅洗滌溶液的量，可以減少進入干燥濾餅中的雜質含量，有利于減小干燥機列管的污垢熱阻，延長干燥的堿洗周期，從而降低產品原材料消耗。

［1］ 中華人民共和國國家發展和改革委員會.HG/T 3914—2006蒸汽加熱管式回轉圓筒干燥機［S］.北京:化學工業出版社，2007.

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

［3］ 呂新宇，王猛，楊歡，等.間接換熱式列管回轉干燥機傳熱系數的研究［J］.常州大學學報，2010，22(2):40.

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