用于PTA裝置中反應(yīng)釜及地溝結(jié)晶廢料回收方法的應(yīng)用

郭少華

(蘭州天昊環(huán)保工程有限公司，甘肅 蘭州 730070)

精對(duì)笨二甲酸(PTA)作為重要的大宗化工產(chǎn)品，其主要用途是生產(chǎn)聚酯纖維(滌綸)、聚酯瓶片和聚酯薄膜，廣泛用于化學(xué)纖維、輕工、電子、建筑等國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)方面，與人民生活水平的高度密切相關(guān)。目前中國(guó)已成為最大的PTA生產(chǎn)市場(chǎng)，其從上游的原料到下流的產(chǎn)品深加工均在全球市場(chǎng)中占有了主導(dǎo)地位。

隨著PTA規(guī)模和產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，其工藝也不斷更新和發(fā)展，綜合能耗不斷降低和裝置規(guī)模越來(lái)越大，但其過(guò)程中產(chǎn)生的不可回收廢料的量也越來(lái)越大，就此問(wèn)題進(jìn)行了深入的研究并提出了可行的解決方案。

1 PTA廢料背景分析

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)投建的PTA裝置呈幾何倍數(shù)增長(zhǎng)，但PTA裝置中在生產(chǎn)過(guò)程中有著大量物料被浪費(fèi)，無(wú)法回收，如何回收廢料已成為一個(gè) 重要的討論話題，針對(duì)反應(yīng)殘?jiān)壳耙延休^多種的回收方案，但在生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的地溝沉淀廢料、釜壁結(jié)晶物料數(shù)量巨大，但被忽略，通常以化工廢料或殘次品進(jìn)行處理[2]。

在作為化工廢料處理過(guò)程中通常以高溫焚燒的方式進(jìn)行，存在燃燒效率低、過(guò)程設(shè)備腐蝕嚴(yán)重、運(yùn)行成本高，且焚燒補(bǔ)充不但產(chǎn)生大量溫室氣體，還產(chǎn)生大量的有毒氣體，此過(guò)程不但損失了經(jīng)濟(jì)利益，且造成了巨大的能源浪費(fèi)和環(huán)境污染[3]。針對(duì)我國(guó)產(chǎn)能巨大的實(shí)際情況，回收釜壁結(jié)晶及地溝沖洗物料其價(jià)值尤為可觀。

2 PTA結(jié)晶廢料的來(lái)源及特性

在PTA裝置中打漿灌中由于釜壁結(jié)晶有大量塊狀物料被清理，清理出的物料由于打漿結(jié)晶成塊狀，且物料清理出后含大量結(jié)晶水，無(wú)法重復(fù)利用，半成品的PTA產(chǎn)品無(wú)法回收，大量以廢料的方式處理，造成資源、成本浪費(fèi)，且在每次大修時(shí)各個(gè)工段由于拆卸排料，大量成品、半成品物料被沖入地溝，由于沖入地溝的物料不能及時(shí)回收進(jìn)入反應(yīng)裝置，同樣大量物料結(jié)晶，無(wú)法回收使用。

無(wú)論是釜壁結(jié)晶物料，還是地溝沉淀的沖洗物料均會(huì)形成塊狀，且塊體硬度較大，內(nèi)部含濕率較高，在回收過(guò)程中極為困難，故應(yīng)此產(chǎn)生的大量物料被廢棄作為工業(yè)污泥或廢料處理。

針對(duì)此問(wèn)題，本文討論解決了結(jié)晶物料由于濕份大、粘性大、呈塊狀的物料特性下無(wú)法回收利用的問(wèn)題。

3 PTA結(jié)晶廢料的回收方法

為解決回收PTA裝置產(chǎn)生的大量結(jié)晶塊狀物料、地溝沉淀物料的問(wèn)題，通過(guò)引入新的工藝方案來(lái)進(jìn)行解決，由于釜壁結(jié)晶料、地溝沉淀物料均是潔凈的半成品物料，但由于結(jié)晶、浸泡后固化，成為大顆粒或大塊狀物料，無(wú)法直接回收，如采用新的工藝方法將物料重新溶解或漿液化回如打漿工藝的反應(yīng)釜中，物料重新進(jìn)入反應(yīng)過(guò)程，則此批物料均可回收利用。

針對(duì)上述問(wèn)題，從工藝角度考慮，重新溶解的方式成本太高，工藝太過(guò)復(fù)雜，回收意義不大，但將塊狀、顆粒狀半成品物料重新漿液化則屬于物理過(guò)程，有較強(qiáng)的可實(shí)施性，以此為思路，制定出了以研磨、粉碎為核心的回收工藝路線用以解決物料回收問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，提供了如下方案：

以廢料重新粉碎研磨后可重新進(jìn)入反應(yīng)釜中利用為切入點(diǎn)，提供一套可以將廢料重新利用的工藝流程及核心設(shè)備，其工藝流程特征在于：廢料集中(地溝廢料先進(jìn)行沉淀回收)→料斗→攪拌→螺旋輸送→粉碎、研磨→沖洗→打漿灌反應(yīng)回收，示意簡(jiǎn)圖如圖1所示。

圖1 工藝流程簡(jiǎn)圖Fig.1 Process flow diagram

物料集中后加入料斗，在加入料斗時(shí)配合混入30%工藝水以保證物料含水量，料斗中增加攪拌裝置，用于廢料與水的充分混合并防止物料在料斗中架橋、積料，物料通過(guò)料斗攪拌后進(jìn)入螺旋輸送機(jī)，螺旋輸送機(jī)將物料推入磨盤(pán)中心，研磨機(jī)磨盤(pán)有倒流槽、合金刀頭裝置，在高速回轉(zhuǎn)中將物料由盤(pán)心甩出并通過(guò)合金刀頭粉碎、研磨，物料粒徑到達(dá)500 μm達(dá)到打漿反應(yīng)的工藝要求，在磨盤(pán)出料面增添噴淋、沖洗口，有效的保證了物料出料的順暢，同時(shí)增添了20%的工藝水，到達(dá)了打漿要求的含水量，實(shí)現(xiàn)了廢料的有效回收重新進(jìn)入反應(yīng)裝置。

本工藝提供的臥式研磨粉碎裝置其優(yōu)點(diǎn)在于可適用PTA結(jié)晶廢料、地溝沖洗物料由于其顆粒大、塊狀硬、含水多的特點(diǎn)還可進(jìn)行研磨粉碎，并在此過(guò)程進(jìn)行了工藝水混合，保證了廢料回收可直接進(jìn)入打漿反應(yīng)釜，正常運(yùn)行狀況下，大顆粒塊狀物料經(jīng)由進(jìn)料漏斗加入螺旋給料裝置螺旋殼體之中，在由電機(jī)減速機(jī)驅(qū)動(dòng)的螺旋軸的輸送作用下連續(xù)的進(jìn)入靜磨盤(pán)與動(dòng)磨盤(pán)之間的研磨通道，由于動(dòng)磨盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)致通道之間的相對(duì)位置發(fā)生變換而導(dǎo)致通道縫隙改變，此時(shí)通道中的大顆粒塊狀物料受到變換的通道的相互擠壓而發(fā)生第一道研磨破碎；經(jīng)過(guò)第一道研磨破碎之后的大粒徑塊狀物料從通道排出之后，接著受到裝設(shè)于動(dòng)磨盤(pán)、靜磨盤(pán)上合金刀片的再次切割而再次粉碎[5]，以達(dá)到工藝要求的粒徑而從出料箱出料口排出。加料和排除過(guò)程中加入打漿需要的水分含量，一次性完成了廢料回收的粒徑要求、含水要求的問(wèn)題。

采用該流程及核心的臥式研磨粉碎裝置結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積??；進(jìn)料與出料均為連續(xù)操作；產(chǎn)品破碎粒徑可調(diào)；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，流程安全、節(jié)能環(huán)保。

該流程所使用的核心研磨設(shè)備其特征在于： 包括螺旋給料裝置，所述螺旋給料裝置由帶有螺旋葉片的螺旋軸，螺旋軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)減速機(jī)，連接電機(jī)減速機(jī)與螺旋軸的聯(lián)軸器，給料螺旋殼體，安裝在給料螺旋殼體之上的進(jìn)料漏斗，安裝在螺旋軸之上的支撐軸承等機(jī)構(gòu)組成，根據(jù)不同條件的物料，對(duì)于進(jìn)料斗我們進(jìn)行了個(gè)性化設(shè)計(jì)，普通物料粘度不大的可以直接進(jìn)料，對(duì)于粘性較大的物料，進(jìn)料斗上增添了攪拌裝置，攪拌槳不斷攪拌料斗內(nèi)物料使得進(jìn)料更為流暢[4]；所述給料螺旋殼體上還裝有靜磨盤(pán)；靜磨盤(pán)對(duì)面裝動(dòng)磨盤(pán)，所述動(dòng)磨盤(pán)與靜磨盤(pán)上裝有出料箱，出料箱與靜磨盤(pán)之間通過(guò)螺栓固定，與動(dòng)磨盤(pán)之間裝有油封或填料進(jìn)行密封；上述動(dòng)磨盤(pán)安裝在驅(qū)動(dòng)軸之上，驅(qū)動(dòng)軸另一端與帶輪連接；上述動(dòng)磨盤(pán)與驅(qū)動(dòng)軸裝配之后整體安裝在動(dòng)磨盤(pán)調(diào)節(jié)裝置上，動(dòng)磨盤(pán)調(diào)節(jié)裝置由外殼，安裝在外殼中的可旋轉(zhuǎn)螺紋套，固定可旋轉(zhuǎn)螺紋套的鎖緊螺母及安裝在可旋轉(zhuǎn)螺紋套與驅(qū)動(dòng)軸之間的支撐軸承等機(jī)構(gòu)組成；上述動(dòng)磨盤(pán)由驅(qū)動(dòng)軸上的帶輪通過(guò)動(dòng)磨盤(pán)驅(qū)動(dòng)裝置帶動(dòng)皮帶進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；整個(gè)裝置安裝在一個(gè)整體撬裝鋼架之上；上述動(dòng)磨盤(pán)與靜磨盤(pán)上加工有研磨流道及粉碎合金刀[1]。其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖Fig.2 Diagram of equipment structure

臥式研磨粉碎裝置可用于大顆粒塊狀物料的研磨粉碎，正常運(yùn)行狀況下，大顆粒塊狀物料經(jīng)由進(jìn)料漏斗加入螺旋給料裝置螺旋殼體之中，在由電機(jī)減速機(jī)驅(qū)動(dòng)的螺旋軸的輸送作用下連續(xù)的進(jìn)入靜磨盤(pán)與動(dòng)磨盤(pán)之間的研磨通道，由于動(dòng)磨盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)致通道之間的相對(duì)位置發(fā)生變換而導(dǎo)致通道縫隙改變，此時(shí)通道中的大顆粒塊狀物料受到變換的通道的相互擠壓而發(fā)生第一道研磨破碎；經(jīng)過(guò)第一道研磨破碎之后的大粒徑塊狀物料從通道排出之后，接著受到裝設(shè)于動(dòng)磨盤(pán)、靜磨盤(pán)上合金刀片的再次切割而再次粉碎，以達(dá)到工藝要求的粒徑而從出料箱出料口排出。裝置在整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中靜磨盤(pán)固定在給料螺旋殼體之上靜止不動(dòng)，動(dòng)磨盤(pán)在電機(jī)帶動(dòng)皮帶輪的作用下發(fā)生高速轉(zhuǎn)動(dòng)而使物料受到擠壓而發(fā)生研磨粉碎；根據(jù)工藝對(duì)出口物料粒徑的要求動(dòng)盤(pán)可以通過(guò)調(diào)整動(dòng)磨盤(pán)調(diào)節(jié)裝置的可選裝螺紋套進(jìn)行調(diào)節(jié)，來(lái)改變動(dòng)磨盤(pán)與靜磨盤(pán)之間的研磨流道尺寸及合金刀片之間的研磨間隙，從而實(shí)現(xiàn)不同工藝物料排出粒徑的要求。

由于其特殊結(jié)構(gòu)，本研磨粉碎機(jī)對(duì)物料特性的要求寬泛，不管是易碎物料或較難研磨物料，且滿足干物料及濕物料的粉碎研磨要求。采用該臥式研磨破碎裝置，與傳統(tǒng)設(shè)備相比，利用靜磨盤(pán)和動(dòng)磨盤(pán)間的高速相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使被粉碎物經(jīng)研磨流道初步破碎后再次被合金刀片切割等綜合作用獲得粉碎。該臥式研磨破碎裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、粉碎效果良好，被粉碎物可直接從出料箱排出，破碎粒徑可以通過(guò)調(diào)節(jié)裝置進(jìn)行調(diào)節(jié)，操作靈活性大。

本工藝及其核心設(shè)備有限解決了物料回收，濕性PTA物料無(wú)法粉碎、研磨的問(wèn)題。

4 結(jié) 論

目前此工藝方式已被應(yīng)用于國(guó)內(nèi)某PTA生產(chǎn)企業(yè)，以其120萬(wàn)噸PTA裝置為例，其精制區(qū)及氧化區(qū)反應(yīng)釜配置數(shù)量超過(guò)20臺(tái)，其內(nèi)部結(jié)晶厚度以20～100 mm計(jì)算，檢修期按 12個(gè)月計(jì)算，每年清理結(jié)壁積料：150噸/年，其他設(shè)備檢修時(shí)排除的物料數(shù)量約：100噸/年，共計(jì)250噸/年。整個(gè)開(kāi)停車過(guò)程中沖入地溝的物料也以百噸以上廢料通過(guò)此工藝方式進(jìn)行處理后全部有效回收，有效的節(jié)約了成本、防止廢料排放處理造成的環(huán)境污染。

截止2019年國(guó)內(nèi)PTA生產(chǎn)裝置總產(chǎn)量已達(dá)近7000萬(wàn)噸，按上述應(yīng)用實(shí)例所取得的節(jié)約效果，全部釜壁結(jié)晶物料及地溝沖洗物料全部回收，一年可節(jié)約利用1.45萬(wàn)噸PTA產(chǎn)品，其社會(huì)價(jià)值及經(jīng)濟(jì)價(jià)值明顯。