從人造革生產(chǎn)線廢氣中回收二甲基二酰胺、甲苯的工藝技術(shù)研究

嘉園環(huán)保有限公司

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從人造革生產(chǎn)線廢氣中回收二甲基二酰胺、甲苯的工藝技術(shù)研究

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康志杰

該文根據(jù)涂布生產(chǎn)所使用溶劑的特點(diǎn)、行業(yè)的特性，使用新的組合工藝路線對(duì)有機(jī)物進(jìn)行區(qū)別回收，采用分級(jí)吸收對(duì)二甲基二酰胺進(jìn)行回收，活性炭回收系統(tǒng)對(duì)甲苯進(jìn)行回收，回收率達(dá)到95%以上，滿足當(dāng)前環(huán)保排放要求，充分體現(xiàn)環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。

廢氣治理 溶劑回收 二甲基二酰胺 甲苯

1 前言

人造革生產(chǎn)的主要原料之一是聚氨脂樹(shù)脂，它是最后形成合成革表層的主要成份。但在合成革生產(chǎn)時(shí)，需要采用大量的有機(jī)溶劑將這些樹(shù)脂溶成膠液進(jìn)行涂布。這些溶劑包括DMF（二甲基甲酰胺）、TOL（甲苯）等。在生產(chǎn)過(guò)程中，這些溶劑100% 通過(guò)烘烤工藝被蒸發(fā)，全部排放到大氣中，不僅造成了資源的浪費(fèi)，而且嚴(yán)重污染了環(huán)境。

人造革的生產(chǎn)工藝有干法和濕法，由于干法生產(chǎn)工藝相對(duì)比較簡(jiǎn)單，又無(wú)廢水處理問(wèn)題，所以，目前有90%以上的廠家采用干法生產(chǎn)。在江蘇吳江、浙江溫州、廣東一帶有大量的包括人造革行業(yè)在內(nèi)的涂布生產(chǎn)線，這些人造革大量采用干法工藝生產(chǎn)，因此，每天有大量的二甲基二酰胺和甲苯排入大氣。這些廢氣中，含有約70%的二甲基二酰胺和約30%的甲苯，雖然各地都進(jìn)行了治理，但隨著國(guó)家對(duì)環(huán)保治理要求日漸提高，各地方出臺(tái)的地方標(biāo)準(zhǔn)排放要求越來(lái)越嚴(yán)格，原有的治理工藝已經(jīng)不能滿足現(xiàn)在新的治理目標(biāo)，基于此種情況，我們開(kāi)發(fā)了一套新的治理技術(shù)工藝，它能夠有效提高治理效率。實(shí)踐證明，采用本工藝對(duì)干法生產(chǎn)人造革產(chǎn)生的廢氣進(jìn)行治理，不僅可以達(dá)到目前嚴(yán)格的排放要求，而且能夠產(chǎn)生很好的經(jīng)濟(jì)效益。

2 基礎(chǔ)條件

2.1 有機(jī)物特性[1]

二甲基二酰胺，俗稱DMF，在常溫常壓下為無(wú)色透明的液體、略帶氨味。相對(duì)密度0.9445（25℃），熔點(diǎn)-61℃，沸點(diǎn)152.8℃，在水中的溶解度約27%。爆炸極限下限2.2%。

甲苯沸點(diǎn)110.6℃, 溶點(diǎn)-95℃，密度0.8667，不溶于水，溶于多種有機(jī)溶劑。爆炸極限下限1.27%；飽和蒸汽壓80kPa（102.5℃）。

2.2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

每臺(tái)生產(chǎn)線廢氣排放量約：10000m3/h，24小時(shí)連續(xù)穩(wěn)定排放。

廢氣濃度：約5000mg/m3；排氣溫度：90℃~110℃。

3 工藝技術(shù)

3.1 新工藝的理論基礎(chǔ)

為了提高廢氣的綜合治理效率，降低廢氣治理設(shè)備的運(yùn)行費(fèi)用，針對(duì)獨(dú)特的行業(yè)特性設(shè)計(jì)本工藝，主要的理論依據(jù)有：二甲基二酰胺飽和蒸汽壓很低，直接采用活性炭吸附后采用蒸汽進(jìn)行脫附再生，需要中、高壓蒸汽才能夠滿足要求，為此，不能采用活性炭吸附—脫附工藝進(jìn)行回收[2]；但是，二甲基二酰胺在水中具有較好的溶解度，可以用水吸收，本工藝采用多級(jí)吸收的方式，能夠獲得較高濃度的二甲基二酰胺水溶液；由于甲苯在水中基本不溶，在前端對(duì)廢氣中的二甲基二酰胺進(jìn)行回收后，再采用活性炭吸附廢氣中的甲苯，這樣不僅降低了活性炭的吸附負(fù)荷，而且能夠保證治理達(dá)標(biāo)。

3.2 工藝系統(tǒng)組成

根據(jù)有機(jī)物物性和廢氣源的基礎(chǔ)情況，回收裝置采用由空冷換熱器、過(guò)濾器、主風(fēng)機(jī)、吸收塔、吸附罐、冷凝器、油水分離、精餾塔等設(shè)備組成的集成系統(tǒng)，首先采用分級(jí)吸收完成對(duì)二甲基二酰胺的吸收，再采用二級(jí)吸附、水蒸氣脫附工藝完成對(duì)甲苯的回收[3]，采用另設(shè)的精餾塔對(duì)吸收下來(lái)的二甲基二酰胺水溶液進(jìn)行精餾，回收二甲基二酰胺。

具體工藝流程如圖1所示。

圖1 工藝流程圖

3.3工藝操作流程

如圖1所示，高溫廢氣首先通過(guò)空冷—過(guò)濾器，將溫度降低，再用高壓離心風(fēng)機(jī)將廢氣送入填料吸收塔，經(jīng)四級(jí)吸收后得到一定濃度的二甲基二酰胺混合液，當(dāng)儲(chǔ)存到一定量后送入精餾塔精餾，得到二甲基二酰胺成品；經(jīng)過(guò)吸收塔去除二甲基二酰胺后的廢氣進(jìn)入活性炭吸附罐進(jìn)行甲苯吸附，系統(tǒng)設(shè)置三組吸附罐，廢氣先經(jīng)過(guò)第一組進(jìn)行一級(jí)吸附，然后進(jìn)入第二組進(jìn)行二級(jí)吸附后凈化排入大氣，第三組處于脫附再生狀態(tài)，每組吸附罐出口均設(shè)置在線濃度檢測(cè)儀，在測(cè)定值超過(guò)預(yù)設(shè)定值后，切換各組吸附罐的工作狀態(tài)，一級(jí)吸附罐轉(zhuǎn)入再生脫附，二級(jí)吸附罐轉(zhuǎn)入一級(jí)吸附，上一狀態(tài)處于脫附再生的吸附罐則轉(zhuǎn)入二級(jí)吸附狀態(tài)，如此循環(huán)往復(fù)。工作過(guò)程通過(guò)PLC自動(dòng)切換。

脫附再生采用低壓飽和蒸汽對(duì)吸附在活性炭上的甲苯進(jìn)行解吸，解吸后的混合氣體通過(guò)冷凝器冷凝，再經(jīng)過(guò)油水分離器分離，得到純度很高的甲苯回收品直接作為生產(chǎn)原料使用。

脫附完成后采用熱空氣對(duì)吸附罐內(nèi)的活性炭進(jìn)行吹掃、干燥，恢復(fù)活性炭的吸附能力，備用下一循環(huán)吸附[4]。

4 工藝技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

（1）二甲基二酰胺飽和蒸汽壓很低，吸附到活性炭上很難脫附下來(lái)[2]，因此，很容易使活性炭失效，本工藝采用多級(jí)吸收塔能夠?qū)⒍谆０?9.99%吸收下來(lái)，一方面保證了二甲基二酰胺的回收率，同時(shí)也保護(hù)了活性炭的吸附容量。

（2）多級(jí)吸收塔采用四級(jí)獨(dú)立的吸收液池，一級(jí)液池為濃度最高液池，運(yùn)行時(shí)，后面各液池的吸收液依次補(bǔ)充到前面的液池，第四級(jí)補(bǔ)充新吸收液，一方面有效保證吸收液的吸收效率能夠保證一級(jí)液池中DMF的濃度穩(wěn)定，同時(shí)有利于精餾系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

（3）配置靈活，整個(gè)工藝技術(shù)按使用PU型（含聚氨酯）膠水含二甲基二酰胺有機(jī)物設(shè)計(jì)，當(dāng)使用PA型（含聚酰胺）膠水時(shí)，因使用純甲苯溶劑，此時(shí)只需關(guān)閉吸收塔即可。

（4）采用二級(jí)活性炭吸附工藝，有效保證了凈化效率，提高了甲苯的回收率。

（5）節(jié)約能源。高溫廢氣通過(guò)空氣換熱，可用于再生罐活性炭烘干，也可用于涂層生產(chǎn)線烘箱熱能的補(bǔ)充，減少生產(chǎn)線耗能。

5 工程應(yīng)用實(shí)例

該工藝技術(shù)在江蘇某涂層重鎮(zhèn)已經(jīng)投用多套裝置，以某絲綢整理廠2015年3月投用工程實(shí)際數(shù)據(jù)說(shuō)明：

該廠共有涂層生產(chǎn)線4條，單條排風(fēng)量10000m3/h，合計(jì)40000m3/h，排氣溫度97℃。

尾氣成份：

噴涂聚氨酯膠水產(chǎn)品時(shí)，DFM平均濃度約3150mg/m3,甲苯平均濃度約1400mg/m3。

噴涂聚酰胺膠水產(chǎn)品時(shí)，甲苯平均濃度約4550mg/m3。

自2015年5月以來(lái)，以廢氣進(jìn)口濃度測(cè)算使用量計(jì)算回收率，DMF和甲苯回收率穩(wěn)定維持在95%以上，回收品均返回工廠制膠回用，品質(zhì)穩(wěn)定。

該項(xiàng)目投產(chǎn)后，連續(xù)檢測(cè)一周，檢測(cè)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 檢測(cè)結(jié)果

后續(xù)6月、9月的階段性抽查檢測(cè)，數(shù)據(jù)未出現(xiàn)波動(dòng)，保持較高凈化率。

該廠自2015年以來(lái)，每天生產(chǎn)時(shí)間12小時(shí)，每月生產(chǎn)26天，噴涂聚氨酯膠水產(chǎn)品生產(chǎn)時(shí)間占75%，噴涂聚酰胺膠水產(chǎn)品生產(chǎn)時(shí)間占25%，每月回收二甲基二酰胺28噸，甲苯26 噸。以二甲基二酰胺市場(chǎng)價(jià)格4000元/噸、甲苯5000元/噸計(jì)算，每月回收品價(jià)值24.20萬(wàn)元，估算年回收品價(jià)值：290.40萬(wàn)元，除去運(yùn)行費(fèi)用，則年凈收益可達(dá)204.40萬(wàn)元。該回收系統(tǒng)總投資280萬(wàn)元，約16個(gè)月即可收回投資。

6 總結(jié)

該工藝技術(shù)應(yīng)用效果與設(shè)計(jì)計(jì)算數(shù)據(jù)未出現(xiàn)明顯偏差，凈化率和回收率都比市場(chǎng)上的同類環(huán)保設(shè)備提高較多，裝置投入使用后客戶非常滿意，后期將繼續(xù)進(jìn)行優(yōu)化，降低成本，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。同時(shí)，將推出簡(jiǎn)化版，以供給長(zhǎng)期產(chǎn)能不足、無(wú)需連續(xù)運(yùn)行的客戶使用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 程能林, 等. 溶劑手冊(cè)[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社, 2015.

[2] 李守信，陳青松. 揮發(fā)性有機(jī)化合物污染治理工藝探討[J]. 中國(guó)環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2016（4）: 32-35.

[3] 李守信，尤生全, 等. 回收涂布生產(chǎn)廢氣中甲苯的新型裝置[J]. 中國(guó)環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2006（7）.

[4] 王純, 張殿印. 廢氣處理工程技術(shù)手冊(cè)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社, 2013.