分子筛预干燥系统的优化
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收稿日期：2010-11-02；修回日期：2011-01-06
作者简介：周睿：2005年毕业于中国石油大学(北京)化学工程与工艺专业。主要从事工艺设计，发表文章2篇。地址：(730060)甘肃省兰州市西固区福利西路191#兰州寰球工程公司工艺部1203房间.
摘要：针对兰州石化公司催化剂厂第二套分子筛装置目前存在的问题，对其预干燥部分、除尘等工艺进行描述和分析；结合生产实际，选择合理的改造方案，减少了生产成本，降低了能耗，尾气排放达标，使装置的总体水平达到国内同类装置先进水平。
关键词：预干燥 旋转闪蒸 袋式除尘器 尾气 达标
Optimization of the Pre-Drying System for Molecular Sieve Installation
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Huanqiu Contracting & Engineering Corporation, Lanzhou Company, Lanzhou 730060, Gansu, China
Abstract: To solve the problems occurred in the 2nd molecular sieve unit in catalyst plant of Lanzhou Petroleum & Chemical Corporation, by describing and analyzing the pre-drying process and dust removal process, a suitable modification scheme has been selected based on practical production, which decreases the production cost, reduces energy consumption, and the exhaust emission reaches the standard, and the overall level of the device is up to the advanced level among the domestic same devices.
Key words:
pre-drying spin flash bag filter tail gas up to standard
这几年由于兰州石化公司裂化催化剂产品质量性能优异，成本与进口剂相当，并不断开发了一系列适应市场需要的新型催化剂，市场占有率在逐年提高。现有装置的生产能力已不能满足炼油工艺市场需要。该厂通过不断的技术改造采用了一系列新技术、新设备、新材料，不仅降低了分子筛生产成本，而且使废气达到排放标准，减少了污水排放量，从根本上减轻了环保问题对催化剂生产的压力，为催化剂厂新装置的建设和旧装置的改造开辟了思路，创造了条件。
1 现状分析
兰州石化公司催化剂厂第二套分子筛装置于1993年建成投产，设计生产能力3 000 t/a。近几年，为了满足市场需要，装置采取了一些挖潜增效措施，实际产量较设计能力有了较大幅度的上升，已达到了年产5 100 t二交二焙超稳分子筛的生产能力。分子筛装置产量提高的同时，也暴露出了一些问题，如设备超负荷运转，实际开工周期远远超出设计周期，设备得不到正常维护和保养，影响设备的使用寿命，给生产带来了较大的困难。
第二套分子筛装置工艺路线和设备性能较差致使装置能耗、物耗较高，生产成本居高不下，产品缺乏市场竞争力。装置用能也不尽合理，现有工艺焙烧炉高温烟气得不到有效的回收利用，燃料消耗较高。装置尚存在一些环保问题，预干燥采用桨式干燥器，干燥尾气不能处理，造成排放废气中粉尘含量超标，不能满足环保要求，影响装置正常生产。
基于以上问题，兰州石化公司提出对第二套分子筛装置预干燥系统进行技术改造，消除装置瓶颈，使生产能力提高到6 000 t/a。
2 改造方案
2.1 工艺流程
2.1.1 改造前流程
预干燥的分子筛浆液[1]进入桨式干燥机加热，其原理是采用蒸汽间接加热干燥物料。在此加热过程中，一方面桨式干燥预干燥尾气没有经过处理直接排放，造成尾气中的粉尘严重超标；另一方面分子筛浆液对桨式干燥机齿片腐蚀严重，需经常更换齿片，致使装置不能长周期运转，影响装置年产量。
经桨式干燥机加热后的分子筛经输送搅龙进入焙烧炉进行焙烧，焙烧过程产生的高温烟气通过烟囱直接排入大气，热量得不到有效的回收利用，燃料消耗较高，大量浪费能源，致使焙烧炉热效率低，只有13%~15%。焙烧炉炉筒吹扫气通过引风机送入装有填料的湿捕塔，用过滤水作为湿捕液捕集分子筛粉尘，除尘后的气体经湿捕塔顶放空。但由于粉尘与湿捕液混合后生成近似于泥浆状物质，堵塞填料，使填料效率下降，粉尘捕集率降低，放空气体中粉尘排放量经常不合格(粉尘含量200 mg/m3~300 mg/m3)，对装置操作人员和周围环境造成一定的影响。湿捕塔除尘过程中过滤水的消耗为13 m3/h，造成装置水的消耗较大，同时捕集粉尘后的污水中含有大量悬浮物(分子筛)，使装置收率降低。此外交换液氯化铵对湿捕塔腐蚀严重，使其运行不平稳，因此需要经常对湿捕塔进行停工，掏出填料清洁，影响装置正常开工。流程示意图见图 1。
2.1.2 改造后流程
预干燥的分子筛浆液进入旋转闪蒸[2]塔进行干燥，其原理是旋转闪蒸干燥物料在干燥室内由顶部降落的过程中被旋转的搅拌器打碎，热气体从切线方向进入干燥室，形成强有力的气流涡旋，促使湿物料向干燥室壁和上部移动。在干燥室内，转子的机械运动和干燥热气体的强劲涡旋，与物料形成了平衡的流化床。热气体和物料充分接触换热，物料中的水分迅速蒸发。这一干燥过程中的热空气是直接来自焙烧炉的高温烟气。
经旋转闪蒸塔干燥后的尾气和分子筛进入袋式除尘器，代替原湿捕塔(即由干式捕集代替湿式捕集，降低废水排放量)。具体是将焙烧炉炉筒吹扫气、闪蒸干燥尾气和干燥后的分子筛，通过袋式除尘器除去其中的分子筛微尘后，通过引风机引入大气排空。布袋除尘器除尘率达99.9%，尾气粉尘含量120 mg/m3, 排放达标。分离气体后的分子筛经输送搅龙进入焙烧炉进行焙烧，焙烧过程产生的高温烟气进入旋转闪蒸塔，作为旋转闪蒸干燥的热源，充分利用烟气热量，从而降低预干燥过程能耗。流程示意图见图 2。
2.2 工艺技术的选定
对目前国内分子筛生产采用的桨式干燥、喷雾表 1工艺技术方案对比表*干燥(喷雾干燥的原理：喷雾干燥是采用雾化器将原料液分散为雾滴，并用热气体(空气、氮气或过热水蒸汽)干燥雾滴而获得产品的一种干燥方法。原料液可以是溶液、乳浊液、悬浮液，也可以是熔融液或膏糊液。干燥产品根据需要可制成粉状、颗粒状(空心球或团粒状)。旋转闪蒸干燥从技术来源、产品质量、综合能耗、投资费用、占地面积、运行费用、环保等方面进行对比，结果见工艺技术方案对比表 1。
表 1
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表 1 工艺技术方案对比表*
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根据表 1的对比结果，本次第二套分子筛装置预干燥系统的改造采用了兰州瑞德干燥所的旋转闪蒸干燥工艺。一、二交滤饼采用泵或螺旋输送器送入旋转闪蒸干燥器，物料与高温烟气接触迅速干燥，干燥后的分子筛与干燥尾气由干燥器顶部抽出经袋式除尘器气固分离，气体排入大气，干燥后的分子筛进入焙烧炉焙烧，焙烧烟气作为旋转闪蒸干燥热源。对旋转闪蒸干燥工艺技术的综合评价见表 2。
表 2
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表 2 工艺技术综合评价表
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由表 2可看出，从技术的先进性、适用性、可靠性、安全性方面综合考虑，旋转闪蒸干燥工艺适用于催化剂厂第二套分子筛预干燥系统的改造。
2.3 改造前后能耗分析
从能耗分布看，燃料天然气所占比例最大，占总能耗的35.44%，主要用于一、二焙焙烧炉的燃烧；其次为蒸汽消耗，占总能耗的32.22%, 主要用于晶化料的升温，以及一、二交过滤浆液、交换液及洗布水的加热；再次是电消耗占总能耗的30.37%，主要耗电设备为成胶、晶化、各打浆罐、成品罐、真空泵等。
表 3
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表 3 改造前后综合能耗对比表
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改造后，装置能耗为93 434 MJ/t产品，较改造前降低了7 125 MJ/t产品；与国内同类先进水平的装置相比，单位产品能耗较高。能耗较高的主要原因是：第二套分子筛装置现有焙烧炉采用自然通风，焙烧炉热效率较低，增加了燃料消耗；第二套分子筛装置改造中，设备多为利旧设备，设备容积小，单位产品散热面积大，增加了热量损失；同时，第二套分子筛装置现有一部分搅拌设备采用老式搅拌桨，功率大，增加了电的消耗。能耗较改造前降低的主要原因是：①干式捕集代替了湿式捕集，降低了水的消耗；②改造后，旋转闪蒸干燥代替桨式干燥，蒸汽耗量降低，旋转闪蒸干燥利用焙烧烟气热量，降低燃料消耗。
3 结论
根据改造前后的对比，可得出以下结论：
(1) 第二套分子筛装置预干燥由桨式干燥改为旋转闪蒸干燥，干燥尾气采用袋式除尘器捕集尾气中的分子筛粉尘，废气中粉尘含量120 mg/m3左右(≯150 mg/m3)，为达标排放；
(2) 由干式捕集代替湿式捕集，降低了水的消耗，减少装置排污，从而减轻催化剂污水处理厂的负荷；
(3) 装置改造前能耗为100 559 MJ/t产品，改造后能耗为93 434 MJ/t产品，改造后总能耗较改造前下降了7.1%；
(4) 本项目实施后，装置规模扩大，部分设备性能改进，自控水平提高，燃料动力消耗降低，废气排放达标，废水排放量减少, 确保了装置安、稳、长、满、优运转。制造成本由改造前的1.93 ×104元/t下降到1.85×104元/t。
| [1] |
上海试剂五厂编.分子筛制备与应用(第四章第一节)分子筛干燥.上海人民出版社出版, 1976, 6:187~219.
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| [2] |
上海轻工业设计院和上海医药工业研究院等.干燥技术进展(第四分册).上海科学技术情报研究所, 1977, 6:4~67.
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2011, Vol. 40