用于PTA装置中反应釜及地沟结晶废料回收方法的应用

郭少华

(兰州天昊环保工程有限公司，甘肃 兰州 730070)

精对笨二甲酸(PTA)作为重要的大宗化工产品，其主要用途是生产聚酯纤维(涤纶)、聚酯瓶片和聚酯薄膜，广泛用于化学纤维、轻工、电子、建筑等国民经济的各个方面，与人民生活水平的高度密切相关。目前中国已成为最大的PTA生产市场，其从上游的原料到下流的产品深加工均在全球市场中占有了主导地位。

随着PTA规模和产业链的发展，其工艺也不断更新和发展，综合能耗不断降低和装置规模越来越大，但其过程中产生的不可回收废料的量也越来越大，就此问题进行了深入的研究并提出了可行的解决方案。

1 PTA废料背景分析

近年来，国内投建的PTA装置呈几何倍数增长，但PTA装置中在生产过程中有着大量物料被浪费，无法回收，如何回收废料已成为一个 重要的讨论话题，针对反应残渣目前已有较多种的回收方案，但在生产过程中产生的地沟沉淀废料、釜壁结晶物料数量巨大，但被忽略，通常以化工废料或残次品进行处理[2]。

在作为化工废料处理过程中通常以高温焚烧的方式进行，存在燃烧效率低、过程设备腐蚀严重、运行成本高，且焚烧补充不但产生大量温室气体，还产生大量的有毒气体，此过程不但损失了经济利益，且造成了巨大的能源浪费和环境污染[3]。针对我国产能巨大的实际情况，回收釜壁结晶及地沟冲洗物料其价值尤为可观。

2 PTA结晶废料的来源及特性

在PTA装置中打浆灌中由于釜壁结晶有大量块状物料被清理，清理出的物料由于打浆结晶成块状，且物料清理出后含大量结晶水，无法重复利用，半成品的PTA产品无法回收，大量以废料的方式处理，造成资源、成本浪费，且在每次大修时各个工段由于拆卸排料，大量成品、半成品物料被冲入地沟，由于冲入地沟的物料不能及时回收进入反应装置，同样大量物料结晶，无法回收使用。

无论是釜壁结晶物料，还是地沟沉淀的冲洗物料均会形成块状，且块体硬度较大，内部含湿率较高，在回收过程中极为困难，故应此产生的大量物料被废弃作为工业污泥或废料处理。

针对此问题，本文讨论解决了结晶物料由于湿份大、粘性大、呈块状的物料特性下无法回收利用的问题。

3 PTA结晶废料的回收方法

为解决回收PTA装置产生的大量结晶块状物料、地沟沉淀物料的问题，通过引入新的工艺方案来进行解决，由于釜壁结晶料、地沟沉淀物料均是洁净的半成品物料，但由于结晶、浸泡后固化，成为大颗粒或大块状物料，无法直接回收，如采用新的工艺方法将物料重新溶解或浆液化回如打浆工艺的反应釜中，物料重新进入反应过程，则此批物料均可回收利用。

针对上述问题，从工艺角度考虑，重新溶解的方式成本太高，工艺太过复杂，回收意义不大，但将块状、颗粒状半成品物料重新浆液化则属于物理过程，有较强的可实施性，以此为思路，制定出了以研磨、粉碎为核心的回收工艺路线用以解决物料回收问题。

为实现上述目的，提供了如下方案：

以废料重新粉碎研磨后可重新进入反应釜中利用为切入点，提供一套可以将废料重新利用的工艺流程及核心设备，其工艺流程特征在于：废料集中(地沟废料先进行沉淀回收)→料斗→搅拌→螺旋输送→粉碎、研磨→冲洗→打浆灌反应回收，示意简图如图1所示。

图1 工艺流程简图Fig.1 Process flow diagram

物料集中后加入料斗，在加入料斗时配合混入30%工艺水以保证物料含水量，料斗中增加搅拌装置，用于废料与水的充分混合并防止物料在料斗中架桥、积料，物料通过料斗搅拌后进入螺旋输送机，螺旋输送机将物料推入磨盘中心，研磨机磨盘有倒流槽、合金刀头装置，在高速回转中将物料由盘心甩出并通过合金刀头粉碎、研磨，物料粒径到达500 μm达到打浆反应的工艺要求，在磨盘出料面增添喷淋、冲洗口，有效的保证了物料出料的顺畅，同时增添了20%的工艺水，到达了打浆要求的含水量，实现了废料的有效回收重新进入反应装置。

本工艺提供的卧式研磨粉碎装置其优点在于可适用PTA结晶废料、地沟冲洗物料由于其颗粒大、块状硬、含水多的特点还可进行研磨粉碎，并在此过程进行了工艺水混合，保证了废料回收可直接进入打浆反应釜，正常运行状况下，大颗粒块状物料经由进料漏斗加入螺旋给料装置螺旋壳体之中，在由电机减速机驱动的螺旋轴的输送作用下连续的进入静磨盘与动磨盘之间的研磨通道，由于动磨盘转动导致通道之间的相对位置发生变换而导致通道缝隙改变，此时通道中的大颗粒块状物料受到变换的通道的相互挤压而发生第一道研磨破碎；经过第一道研磨破碎之后的大粒径块状物料从通道排出之后，接着受到装设于动磨盘、静磨盘上合金刀片的再次切割而再次粉碎[5]，以达到工艺要求的粒径而从出料箱出料口排出。加料和排除过程中加入打浆需要的水分含量，一次性完成了废料回收的粒径要求、含水要求的问题。

采用该流程及核心的卧式研磨粉碎装置结构紧凑，占地面积小；进料与出料均为连续操作；产品破碎粒径可调；结构简单，操作方便，流程安全、节能环保。

该流程所使用的核心研磨设备其特征在于： 包括螺旋给料装置，所述螺旋给料装置由带有螺旋叶片的螺旋轴，螺旋轴驱动电机减速机，连接电机减速机与螺旋轴的联轴器，给料螺旋壳体，安装在给料螺旋壳体之上的进料漏斗，安装在螺旋轴之上的支撑轴承等机构组成，根据不同条件的物料，对于进料斗我们进行了个性化设计，普通物料粘度不大的可以直接进料，对于粘性较大的物料，进料斗上增添了搅拌装置，搅拌桨不断搅拌料斗内物料使得进料更为流畅[4]；所述给料螺旋壳体上还装有静磨盘；静磨盘对面装动磨盘，所述动磨盘与静磨盘上装有出料箱，出料箱与静磨盘之间通过螺栓固定，与动磨盘之间装有油封或填料进行密封；上述动磨盘安装在驱动轴之上，驱动轴另一端与带轮连接；上述动磨盘与驱动轴装配之后整体安装在动磨盘调节装置上，动磨盘调节装置由外壳，安装在外壳中的可旋转螺纹套，固定可旋转螺纹套的锁紧螺母及安装在可旋转螺纹套与驱动轴之间的支撑轴承等机构组成；上述动磨盘由驱动轴上的带轮通过动磨盘驱动装置带动皮带进行驱动；整个装置安装在一个整体撬装钢架之上；上述动磨盘与静磨盘上加工有研磨流道及粉碎合金刀[1]。其结构如图2所示。

图2 设备结构简图Fig.2 Diagram of equipment structure

卧式研磨粉碎装置可用于大颗粒块状物料的研磨粉碎，正常运行状况下，大颗粒块状物料经由进料漏斗加入螺旋给料装置螺旋壳体之中，在由电机减速机驱动的螺旋轴的输送作用下连续的进入静磨盘与动磨盘之间的研磨通道，由于动磨盘转动导致通道之间的相对位置发生变换而导致通道缝隙改变，此时通道中的大颗粒块状物料受到变换的通道的相互挤压而发生第一道研磨破碎；经过第一道研磨破碎之后的大粒径块状物料从通道排出之后，接着受到装设于动磨盘、静磨盘上合金刀片的再次切割而再次粉碎，以达到工艺要求的粒径而从出料箱出料口排出。装置在整个运行过程中静磨盘固定在给料螺旋壳体之上静止不动，动磨盘在电机带动皮带轮的作用下发生高速转动而使物料受到挤压而发生研磨粉碎；根据工艺对出口物料粒径的要求动盘可以通过调整动磨盘调节装置的可选装螺纹套进行调节，来改变动磨盘与静磨盘之间的研磨流道尺寸及合金刀片之间的研磨间隙，从而实现不同工艺物料排出粒径的要求。

由于其特殊结构，本研磨粉碎机对物料特性的要求宽泛，不管是易碎物料或较难研磨物料，且满足干物料及湿物料的粉碎研磨要求。采用该卧式研磨破碎装置，与传统设备相比，利用静磨盘和动磨盘间的高速相对运动，使被粉碎物经研磨流道初步破碎后再次被合金刀片切割等综合作用获得粉碎。该卧式研磨破碎装置结构简单、运转平稳、粉碎效果良好，被粉碎物可直接从出料箱排出，破碎粒径可以通过调节装置进行调节，操作灵活性大。

本工艺及其核心设备有限解决了物料回收，湿性PTA物料无法粉碎、研磨的问题。

4 结 论

目前此工艺方式已被应用于国内某PTA生产企业，以其120万吨PTA装置为例，其精制区及氧化区反应釜配置数量超过20台，其内部结晶厚度以20～100 mm计算，检修期按 12个月计算，每年清理结壁积料：150吨/年，其他设备检修时排除的物料数量约：100吨/年，共计250吨/年。整个开停车过程中冲入地沟的物料也以百吨以上废料通过此工艺方式进行处理后全部有效回收，有效的节约了成本、防止废料排放处理造成的环境污染。

截止2019年国内PTA生产装置总产量已达近7000万吨，按上述应用实例所取得的节约效果，全部釜壁结晶物料及地沟冲洗物料全部回收，一年可节约利用1.45万吨PTA产品，其社会价值及经济价值明显。