聚酯酯化蒸氣余熱的利用及改造措施

寇艷蘭 張 影

(中國石化股份有限公司天津分公司，天津300271)

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

1.1酯化蒸氣系統現狀

聚酯裝置酯化反應系統產生酯化蒸氣進入工藝塔進行精餾，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生產負荷下，產生酯化蒸氣約10 t/h，此部分酯化蒸氣需經換熱器冷卻后進入汽提塔進行處理，現有的生產處理工藝不僅使酯化蒸氣的潛熱白白損失，同時為冷卻酯化蒸氣造成約400 m3/h冷卻水消耗。

1.2 裝置用熱需求現狀

1.2.1 溴冷機冷劑水用熱需求

200 kt/a聚酯裝置新增8 372 kJ溴化鋰吸收式制冷機1臺，用于裝置區內夏季冷凍水供給。溴化鋰吸收式制冷機是以溴化鋰溶液為吸收劑，以水為制冷劑，利用水在高真空、低壓狀態下蒸發、吸熱達到制冷的目的。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，如環境溫度30℃，溶液的質量分數為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。為使制冷過程能連續不斷地進行下去，必須不斷取走冷劑水蒸發出來的水蒸氣以維持蒸發器中很低的壓力，同時還必須不斷的補充蒸發掉的冷劑水。而制冷過程中所需冷劑水目前是通過新鮮蒸氣進行加熱，造成大量新鮮蒸氣消耗。而通過酯化蒸氣余熱回收升溫冷劑水，可節約新鮮蒸氣。

1.2.2 采暖水用熱需求

裝置區及辦公區冬季采暖水分別通過新鮮蒸氣升溫提供。為優化冬季采暖運行，將采暖系統整合，利用聚酯酯化蒸氣進行采暖水加熱，原熱力站換熱器做為輔助換熱設備，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的改造

聚酯裝置在保持原有酯化蒸氣冷卻系統的同時，增設1臺余熱回收冷凝器，酯化蒸氣余熱回收系統與原有酯化蒸氣冷卻系統實施串聯使用［2］，即酯化蒸氣首先經過余熱回收冷凝器，再經原有冷卻系統進行冷卻(如圖1所示)，實現最大效率地利用酯化蒸氣攜帶的熱能，同時減少冷卻水的消耗。

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

酯化蒸氣余熱回收系統投用后，對裝置酯化系統造成一定的影響，繼而導致工藝水控制指標超出合格范圍，可通過工藝水排出系統，改造和投用期間的工藝優化，實現工藝水指標平穩，余熱得到充分利用。

2.2 酯化蒸氣余熱回收系統投用存在的問題

2.2.1 冬季采暖的影響

酯化蒸氣余熱回收系統冬季用于采暖使用時，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冷卻水，其對酯化蒸氣冷卻效果基本能夠滿足生產需要，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(見表1)，但工藝水指標能控制在正常范圍。

表1 酯化蒸氣余熱回收系統投用前后工藝水中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 夏季用于溴冷機的影響

酯化蒸氣余熱回收系統夏季用于溴冷機冷劑水升溫熱源時，溴冷機所用冷劑水溫度控制在80～85℃即可滿足溴冷機使用要求時，聚酯裝置生產工況平穩，各項工藝水指標均處于合格范圍內。但當投用溴冷機冷劑水用量增大，所用冷劑水溫度需控制在85～90℃以上才能滿足溴冷機使用要求時，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冷卻水，冷凝器對酯化蒸氣冷卻效果不好，造成酯化Ⅱ反應釜出現憋壓現象，酯化Ⅱ反應釜持續憋壓，進而導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［2］，工藝塔頂溫度升高，工藝水中夾帶EG含量明顯上升，EG質量分數由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 工藝水質量控制措施

2.3.1 工藝水排出系統改造

工藝水排出管線上增設1臺管道泵(見圖2)，可以有效減少工藝廢水在酯化廢水排出系統的停留時間，有效緩解系統憋壓現象。

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 工藝塔參數優化

酯化蒸氣余熱回收系統投用于夏季溴冷機期間，根據塔頂塔底產品的分析指標，進行塔釜溫度及中段溫度的合理匹配(見表2)，可控制工藝塔排出水中EG質量分數小于0.15%，有效減少塔頂EG的排出。

表2 回收系統投用前后工藝塔參數對比Tab.2 Process column parameters before and after recovery system transformation

2.3.3 汽提塔參數優化

酯化蒸氣余熱回收系統投用后，對汽提塔工藝參數進行優化，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熱媒爐焚燒系統穩定的同時，通過增加汽提塔塔頂壓力和塔頂噴淋量(見表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 回收系統投用前后汽提塔參數對比Tab.3 Stripper parameters before and after recovery system transformation

2.4 酯化蒸氣余熱回收系統投用效果

酯化蒸氣經換熱器進行熱交換使溴冷機冷劑水升溫，冷劑水溫度可上升至80～90℃，滿足溴冷機生產冷凍水400 t/h，冷凍水溫度7～9℃，所需冷劑水升溫需求。冬季各用戶全部投用，可使暖氣水出口溫度上升至70～80℃，滿足裝置區采暖供熱需求。夏季溴冷機冷劑水升溫，節約0.8 MPa新鮮蒸氣6 939 t/a，年增加經濟效益107萬元;酯化蒸氣余熱回收系統用于冬季采暖，節約0.8 MPa新鮮蒸氣約14 375 t/a，年增加經濟效益222.8 萬元。

3 結論

a.酯化余熱回收系統改造可在保留原有管線的基礎上，通過并入余熱回收冷凝器，實現酯化蒸氣余熱的有效利用。

b.酯化蒸氣余熱回收系統在投用過程中，會對工藝水質量造成影響，可通過工藝水排出系統改造，工藝塔及汽提塔工藝優化，有效控制工藝水質量。

c.酯化蒸氣余熱回收系統改造投用后，實現夏季溴冷機冷劑水和冬季取暖水的升溫，有效節約新鮮蒸氣，降低循環水消耗，經濟效益顯著。

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

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