尼龍66聚合反應(yīng)器排汽回收利用技術(shù)改造

李鵬翔

(神馬實(shí)業(yè)股份有限公司，河南平頂山467000)

神馬實(shí)業(yè)股份有限公司的尼龍66簾子布生產(chǎn)線是20世紀(jì)70年代末期從日本旭化成公司引進(jìn)的成套技術(shù)，原工藝路線采用濃縮槽、反應(yīng)器、減壓器、前聚合器和后聚合器等為主要聚合裝置，以質(zhì)量分?jǐn)?shù)50%的尼龍66鹽水溶液為原料連續(xù)生產(chǎn)聚合物。在聚合工序產(chǎn)生大量蒸汽，蒸汽中含有微量的低聚物雜質(zhì)和己二胺，除少部分蒸汽作為鹽預(yù)熱器的熱源之外，大部分直接排入大氣中，造成能源浪費(fèi)和環(huán)境污染。作者對(duì)反應(yīng)器排放的過(guò)熱蒸汽回收利用裝置進(jìn)行技術(shù)改造，達(dá)到了節(jié)能減排和產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定控制的目的。

1 改造前尼龍66連續(xù)聚合工藝簡(jiǎn)介

從圖1可見(jiàn)，尼龍66鹽水溶液經(jīng)過(guò)二道過(guò)濾處理后進(jìn)入聚合工序。鹽預(yù)熱器是一個(gè)列管式加熱器，使用濃縮槽的尾汽加熱;濃縮槽是帶夾套及蛇管的立式圓筒攪拌槽，熱媒通過(guò)蛇管對(duì)物料進(jìn)行加熱濃縮，將鹽液質(zhì)量分?jǐn)?shù)由50%濃縮到72%。預(yù)熱器是兩個(gè)列管式換熱器串聯(lián)，將鹽液從130℃加熱到220℃。反應(yīng)器是一個(gè)分為三段臥式U字型圓筒容器，各段有獨(dú)立的聯(lián)苯加熱系統(tǒng)，第一、二段在1.85 MPa、245℃條件下蒸發(fā)約699.7 kg/h的過(guò)熱水蒸汽直接排入大氣，物料在第三段進(jìn)行預(yù)縮聚。減壓器將物料出口壓從2 MPa減到常壓，同時(shí)預(yù)聚物升溫到285℃。前聚合器是帶排料螺桿及夾套的立式圓筒槽，物料在常壓下繼續(xù)聚合，在旋風(fēng)分離器中通過(guò)噴淋水除掉低聚物，高聚物通過(guò)增壓泵送往后聚合器。后聚合器通過(guò)抽真空系統(tǒng)抽吸高聚物中的殘存水分，在負(fù)壓狀態(tài)下進(jìn)一步蒸發(fā)水分和繼續(xù)熔融縮聚，使聚合物相對(duì)黏度達(dá)到紡絲工序的要求，然后通過(guò)增壓輸送泵送往紡絲工序。

圖1 尼龍66連續(xù)聚合工藝流程Fig.1 Flow chart of nylon 66 continuous polymerization process

2 聚合反應(yīng)器排汽回收利用技術(shù)改造

2.1 尼龍66連續(xù)聚合所需熱量

尼龍66連續(xù)聚合中需要將50%的溶劑水完全蒸發(fā)掉，還需要蒸發(fā)縮聚反應(yīng)的生成水，需要消耗大量的熱量。現(xiàn)裝置11條生產(chǎn)線上均配置1臺(tái)濃縮槽和反應(yīng)器，濃縮槽和反應(yīng)器在連續(xù)聚合過(guò)程中的熱量消耗和分配見(jiàn)表1。

表1 濃縮槽和反應(yīng)器消耗熱量Tab.1 Heat consumption of concentration tank and reactor

從表1可知，反應(yīng)器排放1.85 MPa、245℃過(guò)熱蒸汽，濃縮槽需要0.8～1.0 MPa的飽和蒸汽加熱物料，反應(yīng)器排放蒸汽的余熱比濃縮槽消耗熱量略有富余，將反應(yīng)器排放的過(guò)熱蒸汽轉(zhuǎn)換為濃縮槽所需的飽和蒸汽，理論上是可行的。

2.2 反應(yīng)器排汽回收利用設(shè)備改造

尼龍66連續(xù)聚合過(guò)程中，濃縮槽排放蒸汽約占總排放量的46.8%，原設(shè)計(jì)已將約22%的排出蒸汽余熱作為鹽預(yù)熱器的熱源，剩余蒸汽則通過(guò)技術(shù)改造作為第三溫水系統(tǒng)和冬季取暖的熱源。反應(yīng)器排放蒸汽約占總排放量的43.9%，直接排入大氣中造成浪費(fèi)。因此，可通過(guò)技術(shù)改造對(duì)反應(yīng)器的排汽回收利用，見(jiàn)圖2。具體改造措施:新增飽和蒸汽塔、過(guò)濾器、溶液回收槽、溶液儲(chǔ)槽、噴淋泵和控制系統(tǒng)等回收利用裝置;飽和蒸汽塔為氣液直接接觸式傳熱與傳質(zhì)的設(shè)備，塔內(nèi)采用高效噴淋裝置，并安裝有專門設(shè)計(jì)的分布器，使氣液接觸更加均勻，在塔內(nèi)降溫降壓符合工藝要求后送往過(guò)濾器;改造后，反應(yīng)器排汽轉(zhuǎn)換為濃縮槽熱源，同時(shí)去除蒸汽中少量低聚物雜質(zhì)和微量己二胺，減少污染物排放。

圖2 反應(yīng)器排汽回收利用裝置工藝流程Fig.2 Flow chart of reactor exhaust steam recovery unit

2.3 反應(yīng)器排汽回收利用工藝原理

反應(yīng)器排汽的回收利用是采用高壓蒸汽減溫減壓原理，整個(gè)裝置無(wú)熱源輸入，反應(yīng)器排放的1.85 MPa、245℃過(guò)熱蒸汽從蒸汽飽和塔底部進(jìn)入并向上流動(dòng);噴淋系統(tǒng)將常溫的脫鹽水從塔頂?shù)姆蓝聡娮熘幸造F狀噴入塔內(nèi)，與過(guò)熱蒸汽充分接觸，利用脫鹽水和過(guò)熱蒸汽之間較大的傳熱速率，將過(guò)熱蒸汽冷卻為中壓飽和蒸汽，通過(guò)過(guò)濾器去除飽和蒸汽中的低聚物雜質(zhì)，制得純凈中壓蒸汽作為濃縮槽熱源，替代原熱媒氫化三聯(lián)苯;同時(shí)將微量的己二胺和低聚物隨噴淋水從塔底的管路系統(tǒng)流至回收槽，送往生化池進(jìn)行無(wú)害化處理。

2.4 優(yōu)化排汽回收利用工藝

反應(yīng)器排汽中的低聚物和己二胺低于熔點(diǎn)時(shí)會(huì)凝結(jié)結(jié)晶粘附在管壁上，造成飽和蒸汽塔、疏水閥和輸送管道堵塞，輕微時(shí)導(dǎo)致設(shè)備換熱效率降低，嚴(yán)重時(shí)飽和蒸汽無(wú)法輸送至濃縮槽而停車。改造后，防止己二胺和低聚物結(jié)晶堵塞設(shè)備和管道是生產(chǎn)穩(wěn)定控制的關(guān)鍵。優(yōu)化措施如下:(1)穩(wěn)定控制反應(yīng)器壓力，防止反應(yīng)器泄壓堵塞排汽管道;(2)定期切換反應(yīng)器排汽自動(dòng)調(diào)節(jié)閥，保持噴淋水流量和壓力穩(wěn)定;(3)定期排放富含己二胺和低聚物的溶液;(4)定期清理疏水閥，防止排水不暢或不排水。實(shí)踐表明，控制反應(yīng)器內(nèi)壓為1.85 MPa，裝置運(yùn)行每隔15 d清理自動(dòng)調(diào)節(jié)閥，每隔5 d排放滯留廢液，每隔30 d切換清洗疏水閥，可有效防止設(shè)備和管道的堵塞，穩(wěn)定生產(chǎn)。

2.5 改造效果

尼龍66原絲生產(chǎn)線通過(guò)技術(shù)改造和優(yōu)化排汽回收利用的工藝控制和操作管理，將1.85 MPa、245℃過(guò)熱蒸汽通過(guò)廢汽回收利用系統(tǒng)處理為0.8～1.0 MPa飽和純凈蒸汽，取代氫化三聯(lián)苯作為濃縮槽熱源。濃縮槽排出蒸汽余熱分別作為鹽預(yù)熱器、第三溫水系統(tǒng)和冬季取暖的熱源，反應(yīng)器排汽余熱得到充分利用，降低了能源的消耗。蒸汽中己二胺回收集中后送往生化池進(jìn)行無(wú)害化處理，COD含量保持在50 mg/L以下，降低了大氣污染物的排放。通過(guò)改造實(shí)現(xiàn)了濃縮槽的溫度、壓力、液位等關(guān)鍵參數(shù)穩(wěn)定控制，聚合工藝穩(wěn)定受控，尼龍66聚合物相對(duì)黏度的均勻性和原絲一等品率均有所提高，見(jiàn)表2。

表2 改造前后產(chǎn)品質(zhì)量對(duì)比Tab.2 Quality index before and after innovation

3 結(jié)論

a.尼龍66聚合反應(yīng)器排放的過(guò)熱蒸汽的余熱比濃縮槽消耗熱量略有富余，可轉(zhuǎn)換為濃縮槽所需飽和蒸汽，達(dá)到節(jié)能的目的。

b.通過(guò)技術(shù)改造，新增蒸汽飽和塔、過(guò)濾器、溶液回收槽和控制系統(tǒng)等回收利用裝置，可將反應(yīng)器排放的1.85 MPa，245℃的過(guò)熱蒸汽處理為0.8～1.0 MPa飽和純凈蒸汽，作為濃縮槽熱源，降低了裝置能耗。

c.改造后，經(jīng)優(yōu)化工藝控制，生產(chǎn)穩(wěn)定，尼龍66聚合物相對(duì)黏度的均勻性和原絲一等品率均有所提高。