董言綱，王 敏，劉春勝

（江蘇虹港石化有限公司，江蘇 連云港 222046）

在石油化工行業(yè)當(dāng)中，PTA行業(yè)是非常重要的組成部分。在化學(xué)纖維、電子等各個(gè)方面得到了廣泛的應(yīng)用，推動(dòng)了我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展。其在生產(chǎn)的過程中會(huì)產(chǎn)生大量的精制母液廢水（150℃），該廢水中含有的成分具有較高的附加值和大量的廢熱，而如何回收其中附加值較高的成分和廢熱、水回用是目前需要研究的重要問題。其能夠?qū)崿F(xiàn)企業(yè)的節(jié)能減排，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，因此對(duì)其進(jìn)行研究具有非常重要的意義。

1 概述

PTA精制母液廢水屬于酸性廢水，其主要由PT酸、TA以及鄰苯二甲酸等組成。在回收廢水高附加值成分的過程中，必須要保證將母液降溫結(jié)晶，再采用其它工藝對(duì)水質(zhì)、水量等進(jìn)行調(diào)節(jié)，才能實(shí)現(xiàn)回收[1]。傳統(tǒng)的PTA母液降溫工藝包括沉淀池降溫、板式換熱器等。由于廢水具有高酸性，所以其在溫度降低的過程中會(huì)出現(xiàn)明顯的結(jié)晶情況，從而對(duì)設(shè)備造成一定的影響，增加了設(shè)備維修的成本費(fèi)用，同時(shí)也增加了污水處理的難度。這種處理工藝還浪費(fèi)了PTA母液當(dāng)中存在的大量熱量，且蒸汽當(dāng)中含有PT酸，會(huì)環(huán)境造成了一定的污染。由于PTA母液當(dāng)中含有一些可溶性的固體，在后續(xù)的處理當(dāng)中可能會(huì)出現(xiàn)固體析出，堵塞膜，處理非常困難，所以必須要將PTA母液中含有的熱量合理利用，降低膜處理系統(tǒng)當(dāng)中出現(xiàn)堵塞問題的概率，將PTA的生產(chǎn)成本有效降低，同時(shí)也降低能耗，提高資源的利用效率。

2 工藝流程研究

PTA精制母液余熱回收系統(tǒng)主要是充分利用PTA精制母液中的熱量產(chǎn)生不同等級(jí)的蒸汽，，讓其能量能夠?qū)崿F(xiàn)最大化[2]同時(shí)回收PTA母液中的PT酸等物質(zhì)，并回收水全部回用系統(tǒng)中，減少除鹽水消耗和污水處理，資源利用最大化。相關(guān)的工藝流程如圖1所示。

圖1中E-8表示吸收器；E-7表示冷凝器；E-9表示蒸發(fā)器；E-6表示發(fā)生器；V-1表示制熱凝液緩沖罐；E-3表示制冷熱源換熱器；E-5表示溶液換熱器；T1表示多級(jí)閃蒸塔，T2表示醋酸回收塔，T3表示氧化反應(yīng)系統(tǒng)，E-4/15/16/19/23/25表示換熱器。

多級(jí)閃蒸塔頂部加入PTA精制母液，讓其處于負(fù)壓的環(huán)境下進(jìn)行閃蒸，產(chǎn)生閃蒸蒸汽，而經(jīng)過多級(jí)閃蒸塔的一些蒸汽會(huì)進(jìn)入到吸收式熱泵系統(tǒng)的發(fā)生器中進(jìn)行蒸發(fā)，產(chǎn)生工質(zhì)蒸汽，將蒸汽冷凝之后形成的凝液進(jìn)入到閃蒸塔底部，并通過制熱工質(zhì)泵將冷凝后的凝液送入制熱蒸發(fā)器當(dāng)中，讓其與部分的閃蒸蒸汽進(jìn)行換熱，從而蒸發(fā)工質(zhì)凝液，產(chǎn)生相應(yīng)的蒸汽[3]，蒸汽與吸收式熱泵作用，由輸送泵中的凝液進(jìn)行吸收其釋放的熱量，從而讓凝液得到加熱，并將加熱后的凝液送入制熱凝液緩沖罐中進(jìn)行閃蒸，從而產(chǎn)生低壓飽和蒸汽。

經(jīng)過多級(jí)閃蒸塔之后的PTA濃縮母液輸送到醋酸回收塔，回收母液中TA固體和PT酸等物質(zhì)，儲(chǔ)液段凝液做為醋酸回收塔的回流液，多級(jí)回收熱量并將全部回收水回用到系統(tǒng)中。PTA精制母液余熱回收裝置當(dāng)中，除了機(jī)泵需要消耗一部分電能外，不需要其它的能源消耗，主要是因?yàn)榈谝婚W蒸段的閃蒸蒸汽超過了95℃，其能作為吸收式熱泵的熱源；第二閃蒸段中的閃蒸蒸汽為90℃，該蒸汽也能作為后續(xù)制冷熱源換熱器等的熱源。熱量實(shí)現(xiàn)梯度利用，PT酸、TA有效回收，水全部回用，能夠有效將PTA精制母液回用過程中存在的技術(shù)問題解決。

圖1 PTA精制母液余熱回收系統(tǒng)

3 確定工藝與設(shè)備參數(shù)

3.1 設(shè)計(jì)多級(jí)閃蒸塔

閃蒸塔一般又被稱為防堵塞換熱器，其在PTA精制母液降溫處理中能夠得到很好的利用。一般情況下需要將多級(jí)閃蒸氣布置為7段，讓母液能夠得到多級(jí)連續(xù)的閃蒸，其中最后一段為儲(chǔ)液段。在設(shè)計(jì)閃蒸段的過程中必須要對(duì)其內(nèi)部的使用空間進(jìn)行充分考慮，將氣液分離的效果進(jìn)一步提高。各個(gè)段內(nèi)的液體會(huì)將重力自流利用起來，液位的高低能夠?qū)崿F(xiàn)控制，并且還要將負(fù)壓裝置設(shè)置在閃蒸塔諸段當(dāng)中，讓壓力能得到有效的控制，從而讓閃蒸塔能夠高效運(yùn)行。

將溫度為150℃的PTA母液加入到多級(jí)閃蒸塔中進(jìn)行閃蒸，并根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)其進(jìn)行定量操作。目前相關(guān)的閃蒸技術(shù)相對(duì)比較成熟，在閃蒸的過程中能夠做到準(zhǔn)確控制，一般情況下需要在負(fù)壓的環(huán)境下進(jìn)行閃蒸，需要利用以下公式進(jìn)行計(jì)算閃蒸蒸汽量及閃蒸率：

式中：G為進(jìn)入閃蒸塔中的PTA母液量，kg/h；Gs為閃蒸蒸汽量，kg/h；h1為PTA母液的比焓，kJ/h；h2為閃蒸塔儲(chǔ)液段蒸汽凝液的比焓，kJ/h；r2為閃蒸塔儲(chǔ)液段蒸汽凝液的蒸發(fā)潛熱，kJ/h；F為閃蒸率，%。

3.2 第二類吸收式熱泵研究

目前在建筑、石化等相關(guān)行業(yè)中應(yīng)用吸收式熱泵技術(shù)對(duì)廢熱進(jìn)行回收相對(duì)比較廣泛。第二類吸收式熱泵能夠?qū)⒋罅康闹袦責(zé)崂闷饋恚迫〕鰺崃枯^高的熱能[4]?；谥械蜏?zé)嵩?，將大量的中溫?zé)嵩磁c低溫?zé)嵩粗g存在的熱勢(shì)差利用起來，制取出少量的高溫度熱量，能夠?qū)崃康睦闷肺挥行岣?。在PTA裝置中產(chǎn)生的母液中含有大量廢熱，目前有多種熱回收技術(shù)應(yīng)用在實(shí)際生產(chǎn)中，通過結(jié)合多級(jí)閃蒸塔和第二類吸收式熱泵，能夠有效將廢熱進(jìn)行回收，具有較大的使用價(jià)值。

第二類吸收式熱泵主要由溶液熱交換器、發(fā)生器、吸收器以及冷凝器、蒸發(fā)器等組成，其中發(fā)生器主要吸收熱源熱量產(chǎn)生一定量的蒸汽，將重力作用等利用起來，溶液發(fā)生變化之后會(huì)進(jìn)入到吸收器當(dāng)中；發(fā)生器中產(chǎn)生的蒸汽會(huì)進(jìn)入到冷凝器中進(jìn)行冷凝，隨后會(huì)進(jìn)入蒸發(fā)器，冷凝液會(huì)在負(fù)壓的環(huán)境下進(jìn)行吸熱蒸發(fā)，最后進(jìn)入到吸收器當(dāng)中，該類裝置中會(huì)將蒸汽進(jìn)行吸收，從而放出大量的熱量，并使用水對(duì)其進(jìn)行閃蒸，從而產(chǎn)生高溫的蒸汽。

吸收器當(dāng)中產(chǎn)生的溶液經(jīng)過熱交換器進(jìn)行升溫之后，會(huì)再次進(jìn)入到發(fā)生器中，產(chǎn)生出工質(zhì)蒸汽，整個(gè)過程就是讓工質(zhì)蒸汽與相關(guān)溶液實(shí)現(xiàn)循環(huán)的過程，并連續(xù)產(chǎn)生高溫、高壓的蒸汽，讓蒸汽的品質(zhì)更高。

在吸收式熱泵當(dāng)中，熱泵熱力系數(shù)是最重要的能效指標(biāo)，其能夠獲取到反應(yīng)過程中的熱量總和，計(jì)算公式如下：

根據(jù)相關(guān)的調(diào)查研究，第二類吸收式熱泵熱力系數(shù)一般小于1，單效第二類吸收式熱泵熱力系數(shù)可達(dá)0.5，本文設(shè)計(jì)的熱泵熱力系數(shù)為0.48。當(dāng)溫度提升越快，則熱力系數(shù)相對(duì)較小，但是在實(shí)際操作的過程中機(jī)組主要利用的是廢熱，所以其利用價(jià)值還是相對(duì)較高。

3.3 計(jì)算蒸汽制取量

一般自制熱凝液輸送泵的凝液會(huì)吸收吸收式熱泵機(jī)組中的制熱吸收器放出的大量熱量，同時(shí)會(huì)加熱凝液，一般會(huì)加熱到135～140℃，將被加熱的蒸汽凝液加入到制熱凝液緩沖罐當(dāng)中，讓其發(fā)生閃蒸，產(chǎn)生溫度為130℃的飽和蒸汽。對(duì)吸收器的熱負(fù)荷進(jìn)行計(jì)算的公式如下：

式中g(shù)表示工質(zhì)蒸汽的循環(huán)量；h3表示蒸發(fā)器的出口工質(zhì)蒸汽焓值（單位：kJ/kg）；h4表示溶劑熱交換器出口的濃溶液焓值（單位：kJ/kg）；h5表示吸收器出口稀釋溶液的焓值（單位：kJ/kg）；η表示熱泵循環(huán)的倍率。

計(jì)算蒸汽制取量的公式如下：

式中h6表示產(chǎn)生的蒸汽焓值（單位：kJ/kg）；h7表示制熱凝液的焓值（單位：kJ/kg）。

3.4 分析回收技術(shù)與相關(guān)經(jīng)濟(jì)

某PTA裝置外排母液300000 kg/h，利用PTA精制母液廢水處理的新工藝與裝置外排93℃的蒸汽凝液副產(chǎn)低壓飽和蒸汽、依托醋酸回收系統(tǒng)回收凝液和PT酸TA，對(duì)其進(jìn)行處理。PTA母液中可回收固體含量約0.15%～0.2%。濃縮母液進(jìn)入醋酸回收塔后可降低PX消耗約2～3 kg/t，可節(jié)約除鹽水約1710 kg/t，減少污水處理量約1710 kg/t。按照6500元/t PX計(jì)算，年可產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益約2000萬元，以160元/t的飽和蒸汽（20t/h） 進(jìn)行計(jì)算，每年可以產(chǎn)生直接的經(jīng)濟(jì)2560多萬元，按照10元/t除鹽水進(jìn)行計(jì)算，則可以產(chǎn)生2400萬元的經(jīng)濟(jì)效益，污水處理費(fèi)年減少約2400萬元（10元/噸處理費(fèi)）估算聯(lián)合裝置建設(shè)投資約為2.0億元，則可以計(jì)算出該聯(lián)合工程的投資回收期為2.1年。

4 結(jié)語

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們逐漸認(rèn)識(shí)到節(jié)能減排和環(huán)保的重要性，因此對(duì)PTA精制母液余熱回收技術(shù)進(jìn)行研究是必然趨勢(shì)，通過結(jié)合多級(jí)閃蒸塔和第二類吸收式熱泵技術(shù)實(shí)現(xiàn)母液熱量回收，聯(lián)合醋酸回收系統(tǒng)能夠?qū)TA精制母液中存在的高附加值成分和廢熱、廢水充分利用起來，提高資源的利用效率，推動(dòng)我國(guó)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。