王 慧 張 斌 張麥奎 韓志侃

(1.天華化工機(jī)械及自動化研究設(shè)計院有限公司；2.逸盛大化石化有限公司)

間苯二甲酸(1,3-苯二甲酸，英文縮寫IPA，高純度產(chǎn)品稱為PIA)是一種白色晶狀固體，具有較強(qiáng)的耐熱性、耐水性和耐化學(xué)性，易爆燃，能升華。其產(chǎn)品是化纖工業(yè)的重要添加劑，主要用于生產(chǎn)不飽和聚酯樹脂、醇酸樹脂和共聚改性聚酯。

國內(nèi)PIA工藝裝置產(chǎn)生的PIA廢渣多采用直接排放或填埋方法，直接排入下水道將嚴(yán)重污染江河，直接填埋傾占了大量土地，有潛在的土壤污染和地下水污染；不能做到PIA廢渣的減量化、穩(wěn)定化和無害化處理，同時損失了對苯二甲酸、間苯二甲酸、苯甲酸、對甲基苯甲酸、對羧基苯甲醛、鄰苯二甲酸及苯三甲酸等有機(jī)化工原料，使有機(jī)化工原料沒有得到綜合利用。

國外PIA工藝裝置產(chǎn)生的PIA廢渣采用臥式薄膜蒸發(fā)器對PIA廢渣進(jìn)行薄膜蒸發(fā)，使PIA廢渣中的醋酸等濕分汽化，并通過原PIA裝置中的醋酸回收洗滌塔對PIA廢渣中蒸發(fā)出來的醋酸等濕分進(jìn)行冷卻洗滌，回收醋酸；然后利用工藝水把薄膜蒸發(fā)后的PIA廢渣塊狀物料打漿，增壓后霧化噴入高溫焚燒爐進(jìn)行焚燒處理。存在問題是：在醋酸等濕分蒸發(fā)中，由于臥式薄膜蒸發(fā)器轉(zhuǎn)子相互積壓作用，醋酸等濕分蒸發(fā)后PIA廢渣易結(jié)塊，塊狀PIA廢渣直接在焚燒爐焚燒，不能充分燃燒，處理不徹底，所以為使PIA廢渣充分燃燒，在對PIA廢渣塊料焚燒爐焚燒之前，需要進(jìn)行打漿處理，然后把漿料噴灑在焚燒爐內(nèi)，進(jìn)行徹底焚燒處理；采用焚燒處理PIA廢渣，只能使PIA廢渣中的對苯二甲酸、間苯二甲酸、苯甲酸、對甲基苯甲酸,對羧基苯甲醛、鄰苯二甲酸以及苯三甲酸等有機(jī)化工原料焚燒后變成黑色灰燼，有機(jī)化工原料沒有得到綜合利用，焚燒尾氣中容易產(chǎn)生二惡英等污染源，同時焚燒尾氣中容易夾帶焚燒產(chǎn)生的黑色灰燼，引起環(huán)境二次污染。

筆者介紹了天華化工機(jī)械及自動化研究設(shè)計院有限公司(以下簡稱天華院)開發(fā)的一種用于PIA廢渣的氮氣循環(huán)微粉干燥與醋酸溶劑回收工藝，此工藝采用壓力過濾和微粉干燥結(jié)合技術(shù)[1]，具有安全環(huán)保、節(jié)能降耗等特點，解決了上述處理方式中存在的問題。

1 氮氣循環(huán)微粉干燥與醋酸溶劑回收工藝技術(shù)介紹

1.1 工藝流程

氮氣循環(huán)微粉干燥與醋酸溶劑回收的工藝流程[2]如圖1所示。

圖1 氮氣循環(huán)微粉干燥及醋酸溶劑回收工藝流程

PIA廢渣漿料在90℃、0.6MPa壓縮氮氣作用下，增壓后通過霧化噴頭直接霧化到微粉干燥機(jī)腔體內(nèi)，與經(jīng)氮氣加熱器加熱至220℃的氮氣直接接觸，在微粉干燥機(jī)攪拌器和熱氮氣共同作用下物料被干燥、破碎，醋酸汽化到氮氣中，干燥后PIA廢渣隨熱氮氣在微粉干燥機(jī)腔體內(nèi)旋轉(zhuǎn)上升，粒度適宜、濕分合格的PIA廢渣通過微粉干燥機(jī)上部淘析環(huán)，被氣流帶入布袋除塵器中分離，布袋除塵器分離的PIA廢渣粉料經(jīng)旋轉(zhuǎn)卸料器進(jìn)入下一工序；凈化后的120℃氮氣和醋酸蒸汽進(jìn)入冷凝器，利用25℃、0.3MPa工藝水冷凝，冷凝醋酸進(jìn)入密封罐中經(jīng)醋酸泵進(jìn)入下一工序；自冷凝器來的氮氣經(jīng)除霧器除霧，除下來醋酸流入密封罐，氮氣經(jīng)循環(huán)風(fēng)機(jī)增壓后進(jìn)入氮氣加熱器加熱至220℃進(jìn)入微粉干燥機(jī)，形成氮氣循環(huán)干燥系統(tǒng)與醋酸溶劑回收系統(tǒng)。

1.2 工藝特點

與原薄膜蒸發(fā)器-焚燒爐處理工藝相比，氮氣循環(huán)微粉干燥與醋酸溶劑回收工藝具有以下特點：

a.原工藝需多臺薄膜蒸發(fā)器和較多動設(shè)備且需嚴(yán)格控制工藝參數(shù)，該工藝干燥設(shè)備為一臺微粉干燥機(jī)，工藝系統(tǒng)簡單可行、可運行性高；

b.該工藝提出的氮氣密閉循環(huán)微粉氣流干燥方法，有效地解決了傳統(tǒng)處理PIA廢渣過程中所出現(xiàn)的環(huán)境污染問題；

c.該工藝使用微粉干燥器的噴霧式進(jìn)料裝置處理粒徑分布散、粘性大、腐蝕性強(qiáng)的料漿；

d.該工藝將醋酸回收系統(tǒng)并入氮氣密閉循環(huán)系統(tǒng)中，使干燥和醋酸回收在同一氮氣密閉循環(huán)系統(tǒng)中運行；

e.該工藝采用氣流干燥，料漿中的醋酸蒸發(fā)進(jìn)入到干燥熱空氣中，PIA廢渣以顆粒形態(tài)被熱空氣帶出，故不存在管道和設(shè)備堵塞問題，省去了堿洗工序，降低了投入成本，提高了系統(tǒng)運行的安全性；

f.該工藝可對料漿進(jìn)行深度干燥，即料漿中的絕大部分醋酸可回收，與原工藝相比，能夠提高5%的醋酸回收率，這樣也就提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益；

g.由布袋除塵器分離所得的部分熱氮氣可不被冷卻，直接引入到微粉干燥機(jī)，不僅保證了系統(tǒng)穩(wěn)定性，還降低了加熱和冷卻氮氣的公用工程用量；

h.該工藝采用氮氣密閉循環(huán)微粉氣流干燥系統(tǒng)對廢渣進(jìn)行固液分離,將混合物(醋酸)與固體廢渣分離；分離后的醋酸回收再利用，廢渣作為產(chǎn)品銷售；

i.在氮氣閉路循環(huán)系統(tǒng)采用“換熱-冷卻-分離”工藝，實現(xiàn)了循環(huán)氮氣的低溫度、低濕度，降低了氮氣用量，提高了干燥效率。

1.3 關(guān)鍵設(shè)備

多功能微粉干燥器是天華院取得的國家知識產(chǎn)權(quán)局實用型專利(專利號：ZL 02.262102.4)，專利的創(chuàng)新點是集物料的破碎、干燥、分級于一體。氮氣循環(huán)微粉干燥與醋酸溶劑回收工藝的關(guān)鍵設(shè)備是該專利中涉及的微粉干燥機(jī)，主要由攪拌器及干燥室等組成[3]。針對不同的物料，可以設(shè)計不同形式的攪拌器。在高溫區(qū)增加水夾套保護(hù)，可干燥熱敏性的物料。

微粉干燥機(jī)工作原理：濕物料被連續(xù)均勻地送入微粉干燥機(jī)的干燥室內(nèi)，熱空氣經(jīng)氣體分配器從干燥機(jī)底部進(jìn)入干燥室后，旋轉(zhuǎn)向上流動，在攪拌器和熱風(fēng)的共同作用下，濕物料被干燥、破碎，并處于流態(tài)化狀態(tài)；干燥后的物料隨熱風(fēng)在干燥室內(nèi)旋轉(zhuǎn)上升，粒度適宜、濕分合格的物料通過干燥室上部的淘析環(huán)被氣流帶出，在除塵器中分離收集；塊狀的濕物料則被淘析環(huán)擋回干燥室，繼續(xù)干燥、破碎，直至合格[4]。

微粉干燥機(jī)特點：物料因受到離心、剪切、碰撞而被細(xì)化，呈高度分散狀態(tài)，氣固兩相間相對速度較大，強(qiáng)化了傳質(zhì)和傳熱；干燥時間短，物料不會過干燥；熱空氣在干燥室內(nèi)產(chǎn)生強(qiáng)烈的旋轉(zhuǎn)運動，對器壁上的物料產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖刷作用，消除了粘壁現(xiàn)象；通過調(diào)節(jié)干燥溫度，可以控制產(chǎn)品的濕含量。

2 技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析

與傳統(tǒng)的薄膜蒸發(fā)器、焚燒爐處理工藝相比，氮氣循環(huán)微粉干燥與醋酸溶劑回收工藝具有節(jié)能、安全、環(huán)保的優(yōu)點，且具有一定經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。以回收年產(chǎn)5萬t PIA廢渣為例，對兩種工藝中的干燥設(shè)備、工況進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析，具體數(shù)據(jù)列于表1。

表1 兩種干燥工況的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析

注：飽和蒸汽按90元/t計算；工業(yè)用電按0.4元/ kW·h計算；工藝水按1.8元/t計算；醋酸按1 500元/t計算。

3 結(jié)束語

氮氣循環(huán)微粉干燥與醋酸溶劑回收工藝解決了傳統(tǒng)處理方法中存在嚴(yán)重環(huán)境污染問題，具有高效的環(huán)保性、節(jié)能性、技術(shù)實用性和經(jīng)濟(jì)性，并且增強(qiáng)了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，可推廣應(yīng)用。

[1] 張永琴.聚丙烯腈聚合體過濾干燥控制系統(tǒng)[J].化工自動化及儀表,2012,39(10): 1381～1382,1384.

[2] 潘永康，王喜忠.現(xiàn)代干燥技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1998.

[3] 金國淼，徐榮翰，陳文清.干燥設(shè)備設(shè)計[M].上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，1986.

[4] 中國石化集團(tuán)上海工程有限公司.化工工藝設(shè)計手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.