聚丙烯腈氮氣閉路循環干燥技術開發

王仕君 何德強 張麥奎 張繼春 賈 敏 王 慧

(天華化工機械及自動化研究設計院有限公司)

石化行業中許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，采用以熱空氣為干燥介質的開路氣流干燥、流化床干燥或噴霧干燥技術，存在問題較多，如：系統存在安全隱患，生產能耗高及尾氣環境污染大等問題。筆者以聚丙烯腈干燥為例，開發一種密閉氮氣循環閉路干燥技術，解決了上述系統存在的問題。

1 傳統工藝

傳統聚丙烯腈干燥過程中一般采用以空氣為熱載體的噴霧干燥系統。流程中漿料經加料泵進入噴霧干燥塔，經分散器(或高壓霧化)均勻地分布在干燥器內，空氣經過加熱后進入干燥器，與霧化的濕物料接觸，濕物料被熱空氣迅速加熱，同時物料中的水逐漸減少，干燥合格后與熱空氣一起進入布袋除塵器，干燥尾氣凈化后放空。

聚丙烯腈具有易燃特性，干燥系統采用空氣干燥，系統存在安全隱患。干燥系統尾氣排放量大，排放的空氣夾帶顆粒多，污染環境。聚丙烯腈漿料含水量高，直接霧化干燥蒸發量大，需要的熱量多，系統的能耗高。

2 新型工藝

聚丙烯腈氮氣循環干燥工藝流程如圖1所示。

聚丙烯腈漿料經機械預脫水形成濾餅，濕物料通過螺旋輸送機輸送到微粉干燥機中，同時經循環風機增壓。通過蒸汽加熱器、電加熱器二級加熱的160℃氮氣進入微粉干燥機。在攪拌器和熱氮氣的作用下物料被干燥、破碎，并處于流態化狀態，水氣化進入到氮氣中；干燥后的物料隨熱氮氣在干燥室內旋轉上升，粒度適宜、濕分合格的物料通過干燥室上部的淘析環，最后被氣流帶入到布袋除塵器中分離；分離所得的干燥產品經旋轉卸料器排出；凈化后的濕氮氣進入洗滌塔，利用工藝水噴淋冷卻，氮氣中的水蒸氣冷卻為水進入塔底，由循環泵排出；氮氣除霧后進循環風機形成氮氣閉路循環干燥系統，氮氣循環再利用。

聚丙烯腈氮氣循環干燥系統采取了氮氣干燥、氮氣密閉循環和機械預脫水技術，具有以下優勢：

a. 采用熱氮氣對物料進行干燥，干燥系統穩定安全，解決了傳統干燥存在的安全隱患問題；

b. 氮氣循環利用，尾氣排放量少，對環境污染小；

c. 采用機械預脫水，干燥系統的能耗低。

圖1 聚丙烯腈氮氣閉路循環干燥工藝流程

微粉干燥機是聚丙烯腈氮氣循環干燥的核心設備(圖2)，主要由螺旋加料器、干燥室、打散器和分級器組成。熱氣體從干燥機底部進入干燥室，在打散器的共同作用下，顆粒被打散成細小顆粒。物料在熱風的作用下處于流態化狀態并沿著干燥室器壁旋轉上升。細小的顆粒通過選粉機被氣流帶出，在除塵器中分離收集；較大的顆粒則返回干燥機與后續的濕物料混合后被進一步干燥打散，直至合格后被氣流帶出干燥機到除塵器進行分離。

圖2 微粉干燥機簡圖

微粉干燥機干燥具有如下特點：

a. 產品均勻。干燥、打散、分級在一個系統中完成，產品的濕含量和粒度均勻一致。

b. 產品粒度無級可調。微粉干燥機的出口有分級器，可以很方便地控制產品的粒徑。

c. 產品濕含量可調。通過調節熱風溫度和物料的停留時間，產品的濕含量很容易控制在0.1%以下。

d. 總傳熱系數大。由于攪拌器的打散作用，物料的表面積迅速增大，換熱過程大大增強。另外分級器的攪拌作用也提高了傳熱系數。

e. 節省空間。由于總傳熱系數大，干燥、破碎、分級在一個系統中完成，故設備結構緊湊，占地面積小且熱損失比常規的熱風型干燥機小。

f. 停留時間短。因物料停留時間很短，在進口熱風溫度較高時物料不會發生變質。

3 技術經濟性對比

以4 500t/a聚丙烯腈裝置為例，對兩種干燥工藝的技術經濟性比較，具體見表1。

表1 干燥系統性能對比

注：飽和蒸汽按110元/t計算、工業用電按0.5元/kW·h計算。

通過以上兩種工藝經濟性對比，可以看出，相同規模的兩種工藝中，聚丙烯腈氮氣閉路循環干燥工藝電耗低，蒸汽用量少，系統安全性高，廢氣排放量少，裝置的占地面積小，系統的整體投資低，工藝相對經濟。

4 結束語

微粉干燥機是針對漿狀物料制粉研發的一種新型干燥機，已取得多項專利。以微粉干燥機為核心設備的聚丙烯腈氮氣閉路循環干燥系統，在滿足聚丙烯腈工藝的同時，具有安全、環保、節能和技術實用的特點。該技術解決了聚丙烯腈干燥系統存在的安全、尾氣排放大、能耗高問題。氮氣閉路循環干燥技術也可向其他具有易燃易爆特點的物料干燥方面推廣。