用于PTA裝置中反應釜及地溝結晶廢料回收方法的應用

郭少華

(蘭州天昊環保工程有限公司，甘肅 蘭州 730070)

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

隨著PTA規模和產業鏈的發展，其工藝也不斷更新和發展，綜合能耗不斷降低和裝置規模越來越大，但其過程中產生的不可回收廢料的量也越來越大，就此問題進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，國內投建的PTA裝置呈幾何倍數增長，但PTA裝置中在生產過程中有著大量物料被浪費，無法回收，如何回收廢料已成為一個 重要的討論話題，針對反應殘渣目前已有較多種的回收方案，但在生產過程中產生的地溝沉淀廢料、釜壁結晶物料數量巨大，但被忽略，通常以化工廢料或殘次品進行處理[2]。

在作為化工廢料處理過程中通常以高溫焚燒的方式進行，存在燃燒效率低、過程設備腐蝕嚴重、運行成本高，且焚燒補充不但產生大量溫室氣體，還產生大量的有毒氣體，此過程不但損失了經濟利益，且造成了巨大的能源浪費和環境污染[3]。針對我國產能巨大的實際情況，回收釜壁結晶及地溝沖洗物料其價值尤為可觀。

2 PTA結晶廢料的來源及特性

在PTA裝置中打漿灌中由于釜壁結晶有大量塊狀物料被清理，清理出的物料由于打漿結晶成塊狀，且物料清理出后含大量結晶水，無法重復利用，半成品的PTA產品無法回收，大量以廢料的方式處理，造成資源、成本浪費，且在每次大修時各個工段由于拆卸排料，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回收進入反應裝置，同樣大量物料結晶，無法回收使用。

無論是釜壁結晶物料，還是地溝沉淀的沖洗物料均會形成塊狀，且塊體硬度較大，內部含濕率較高，在回收過程中極為困難，故應此產生的大量物料被廢棄作為工業污泥或廢料處理。

針對此問題，本文討論解決了結晶物料由于濕份大、粘性大、呈塊狀的物料特性下無法回收利用的問題。

3 PTA結晶廢料的回收方法

為解決回收PTA裝置產生的大量結晶塊狀物料、地溝沉淀物料的問題，通過引入新的工藝方案來進行解決，由于釜壁結晶料、地溝沉淀物料均是潔凈的半成品物料，但由于結晶、浸泡后固化，成為大顆粒或大塊狀物料，無法直接回收，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釜中，物料重新進入反應過程，則此批物料均可回收利用。

針對上述問題，從工藝角度考慮，重新溶解的方式成本太高，工藝太過復雜，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程，有較強的可實施性，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題。

為實現上述目的，提供了如下方案：

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

圖1 工藝流程簡圖Fig.1 Process flow diagram

物料集中后加入料斗，在加入料斗時配合混入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，物料通過料斗攪拌后進入螺旋輸送機，螺旋輸送機將物料推入磨盤中心，研磨機磨盤有倒流槽、合金刀頭裝置，在高速回轉中將物料由盤心甩出并通過合金刀頭粉碎、研磨，物料粒徑到達500 μm達到打漿反應的工藝要求，在磨盤出料面增添噴淋、沖洗口，有效的保證了物料出料的順暢，同時增添了20%的工藝水，到達了打漿要求的含水量，實現了廢料的有效回收重新進入反應裝置。

本工藝提供的臥式研磨粉碎裝置其優點在于可適用PTA結晶廢料、地溝沖洗物料由于其顆粒大、塊狀硬、含水多的特點還可進行研磨粉碎，并在此過程進行了工藝水混合，保證了廢料回收可直接進入打漿反應釜，正常運行狀況下，大顆粒塊狀物料經由進料漏斗加入螺旋給料裝置螺旋殼體之中，在由電機減速機驅動的螺旋軸的輸送作用下連續的進入靜磨盤與動磨盤之間的研磨通道，由于動磨盤轉動導致通道之間的相對位置發生變換而導致通道縫隙改變，此時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生第一道研磨破碎；經過第一道研磨破碎之后的大粒徑塊狀物料從通道排出之后，接著受到裝設于動磨盤、靜磨盤上合金刀片的再次切割而再次粉碎[5]，以達到工藝要求的粒徑而從出料箱出料口排出。加料和排除過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、含水要求的問題。

采用該流程及核心的臥式研磨粉碎裝置結構緊湊，占地面積小；進料與出料均為連續操作；產品破碎粒徑可調；結構簡單，操作方便，流程安全、節能環保。

該流程所使用的核心研磨設備其特征在于： 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，螺旋軸驅動電機減速機，連接電機減速機與螺旋軸的聯軸器，給料螺旋殼體，安裝在給料螺旋殼體之上的進料漏斗，安裝在螺旋軸之上的支撐軸承等機構組成，根據不同條件的物料，對于進料斗我們進行了個性化設計，普通物料粘度不大的可以直接進料，對于粘性較大的物料，進料斗上增添了攪拌裝置，攪拌槳不斷攪拌料斗內物料使得進料更為流暢[4]；所述給料螺旋殼體上還裝有靜磨盤；靜磨盤對面裝動磨盤，所述動磨盤與靜磨盤上裝有出料箱，出料箱與靜磨盤之間通過螺栓固定，與動磨盤之間裝有油封或填料進行密封；上述動磨盤安裝在驅動軸之上，驅動軸另一端與帶輪連接；上述動磨盤與驅動軸裝配之后整體安裝在動磨盤調節裝置上，動磨盤調節裝置由外殼，安裝在外殼中的可旋轉螺紋套，固定可旋轉螺紋套的鎖緊螺母及安裝在可旋轉螺紋套與驅動軸之間的支撐軸承等機構組成；上述動磨盤由驅動軸上的帶輪通過動磨盤驅動裝置帶動皮帶進行驅動；整個裝置安裝在一個整體撬裝鋼架之上；上述動磨盤與靜磨盤上加工有研磨流道及粉碎合金刀[1]。其結構如圖2所示。

圖2 設備結構簡圖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，正常運行狀況下，大顆粒塊狀物料經由進料漏斗加入螺旋給料裝置螺旋殼體之中，在由電機減速機驅動的螺旋軸的輸送作用下連續的進入靜磨盤與動磨盤之間的研磨通道，由于動磨盤轉動導致通道之間的相對位置發生變換而導致通道縫隙改變，此時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生第一道研磨破碎；經過第一道研磨破碎之后的大粒徑塊狀物料從通道排出之后，接著受到裝設于動磨盤、靜磨盤上合金刀片的再次切割而再次粉碎，以達到工藝要求的粒徑而從出料箱出料口排出。裝置在整個運行過程中靜磨盤固定在給料螺旋殼體之上靜止不動，動磨盤在電機帶動皮帶輪的作用下發生高速轉動而使物料受到擠壓而發生研磨粉碎；根據工藝對出口物料粒徑的要求動盤可以通過調整動磨盤調節裝置的可選裝螺紋套進行調節，來改變動磨盤與靜磨盤之間的研磨流道尺寸及合金刀片之間的研磨間隙，從而實現不同工藝物料排出粒徑的要求。

由于其特殊結構，本研磨粉碎機對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，與傳統設備相比，利用靜磨盤和動磨盤間的高速相對運動，使被粉碎物經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構簡單、運轉平穩、粉碎效果良好，被粉碎物可直接從出料箱排出，破碎粒徑可以通過調節裝置進行調節，操作靈活性大。

本工藝及其核心設備有限解決了物料回收，濕性PTA物料無法粉碎、研磨的問題。

4 結 論

目前此工藝方式已被應用于國內某PTA生產企業，以其120萬噸PTA裝置為例，其精制區及氧化區反應釜配置數量超過20臺，其內部結晶厚度以20～100 mm計算，檢修期按 12個月計算，每年清理結壁積料：150噸/年，其他設備檢修時排除的物料數量約：100噸/年，共計250噸/年。整個開停車過程中沖入地溝的物料也以百噸以上廢料通過此工藝方式進行處理后全部有效回收，有效的節約了成本、防止廢料排放處理造成的環境污染。

截止2019年國內PTA生產裝置總產量已達近7000萬噸，按上述應用實例所取得的節約效果，全部釜壁結晶物料及地溝沖洗物料全部回收，一年可節約利用1.45萬噸PTA產品，其社會價值及經濟價值明顯。