鄭劍平

南京中電熊貓再生資源利用有限公司（江蘇 南京 210028）

節(jié)能環(huán)保

液晶面板工廠廢有機溶劑再生循環(huán)利用技術(shù)研究

鄭劍平

南京中電熊貓再生資源利用有限公司（江蘇 南京 210028）

液晶面板工廠廢有機溶劑中含有大量優(yōu)質(zhì)化學(xué)品，采用先進、高效的精餾裝置和技術(shù)回收高品質(zhì)有機溶劑，然后回用于液晶面板產(chǎn)業(yè)，可以實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)資源在產(chǎn)業(yè)內(nèi)部的高效循環(huán)利用。通過對液晶面板產(chǎn)業(yè)廢有機溶劑進行分析，結(jié)合其中目標(biāo)組分、沸點以及不揮發(fā)物含量等特性，提出了利用多套具有不同功能的回收系統(tǒng)（獨立或協(xié)同運行），進行溶劑的差異化再生的思路和方法。

廢有機溶劑 再生循環(huán)利用 精餾

自2008年京東方科技集團股份有限公司宣布投資建立8.5代線以來，國內(nèi)形成了一個液晶面板投資建廠的高潮，目前全球的液晶面板布局逐漸形成了韓國、中國臺灣省和中國大陸地區(qū)三分天下的趨勢[1]。在液晶面板制造中大量使用各種有機化學(xué)品，隨之產(chǎn)生大量的廢有機溶劑，在取得經(jīng)濟效益的同時也帶來新的環(huán)境問題，廢有機化學(xué)品的再生循環(huán)利用，已經(jīng)成為各液晶面板企業(yè)乃至社會必須面對的課題[2-5]。

對于各種廢有機溶劑，早期國內(nèi)常見的處置方式有兩種：一是焚燒，這種方式不僅造成資源浪費，而且增加企業(yè)成本，同時影響環(huán)境；二是采用普通蒸餾的方式回收其中的溶劑[6-8]，這種方法回收的溶劑品質(zhì)較低，一般用于涂料工業(yè)，其中的化學(xué)品雖然得到了再利用，但是卻大大降低了其經(jīng)濟價值，是另一種形式的浪費。比較好的循環(huán)利用模式是通過精制回收高品質(zhì)（達(dá)到電子級及以上品質(zhì)）有機溶劑，回用于液晶面板工廠。國內(nèi)已經(jīng)有少數(shù)液晶面板生產(chǎn)企業(yè)建成在線回收系統(tǒng)，用于剝離液的再生循環(huán)利用，取得了很好的效果[9-10]。

1 液晶面板工廠主要廢有機溶劑分析

液晶面板工廠廢有機溶劑主要包括廢剝離液、廢稀釋劑、廢清洗劑等，這些廢溶劑中含有大量的有機化學(xué)品，包括單乙醇胺（MEA）、N－甲基乙醇胺（MMEA）、二甲基亞砜（DMSO）、二乙二醇丁醚（BDG）、丙二醇單甲醚（PGME）、丙二醇甲醚醋酸酯（PGMEA）、丙酮、四氫呋喃（THF）、2－甲基四氫呋喃（2-MeTHF）、環(huán)己酮（CYC）、N－甲基－2－吡咯烷酮（NMP）、二異丁基甲酮（DIBK）、4－甲基－2－戊酮（MIBK）、偏三甲苯、異丙醇（IPA）、醋酸丁酯（NBAC）、3－甲氧基丙酸甲酯（MMP）、3－乙氧基丙酸乙酯（EEP）、碳酸二甲酯（DMC）、N,N－二甲基甲酰胺（DMF）、N－甲基甲酰胺（NMF）、N,N－二甲基乙酰胺（DMAC）等，除此之外，廢有機溶劑中還含有水、光阻材料、著色感材以及其他雜質(zhì)等。表1所示為國內(nèi)某液晶面板工廠中廢有機溶劑主要成分的分析結(jié)果。

表1 國內(nèi)某液晶面板工廠廢溶劑組成

在這類廢溶劑中，大部分有機溶劑具有很高的經(jīng)濟價值，例如電子級PGME的市場價格約為8000元/噸、PGMEA的價格約為11 000元/噸、電子級CYC的價格約為8 500元/噸、電子級NMP的價格超過13000元/噸。以廢稀釋劑為例，每噸廢液中含有PGME 650 kg、PGMEA 250 kg，若按回收率90%計，則每噸廢液可回收高品質(zhì)PGME 585 kg、PGMEA 225 kg，市場價值約為7155元。可見，再生化學(xué)品經(jīng)調(diào)整、復(fù)配后回用于原液晶面板生產(chǎn)企業(yè)，其經(jīng)濟效益和社會效益非?？捎^。

2 溶劑再生循環(huán)利用流程

高效的再生循環(huán)利用就是利用化學(xué)品沸點的不同，對液晶面板工廠產(chǎn)生的廢有機溶劑進行蒸發(fā)分餾實現(xiàn)精制再生，使之成為高純度的有機溶劑，產(chǎn)品品質(zhì)達(dá)到電子級，經(jīng)化學(xué)品供應(yīng)工廠補充相關(guān)化學(xué)品并調(diào)整復(fù)配后再回用于液晶面板制造工廠，圖1為有機溶劑再生循環(huán)利用流程示意圖。

圖1 有機溶劑再生循環(huán)利用過程

液晶面板工廠廢溶劑再生時，視回收產(chǎn)品的回用需要，可以對其中的溶劑進行分別回收，也可以多溶劑混合回收。再生溶劑回用于液晶面板工廠時，其規(guī)格應(yīng)符合以下要求：目標(biāo)組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)不小于99.5%，水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.1%，金屬離子（Li+，Na+，Mg2+，Al3+，Ca2+，Mn2+，F(xiàn)e2+，Zn2+等）質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于5× 10-8，陰離子（F-，Cl-，NO3-，SO42-）質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于10-6，每毫升溶劑中粒徑大于0.2 μm的顆粒數(shù)量小于400、大于0.5 μm的顆粒數(shù)量小于50。

受液晶面板制造工藝以及有機溶劑相關(guān)專利技術(shù)等因素的影響，不同液晶面板工廠使用的有機溶劑不盡相同，產(chǎn)生的廢溶劑也千差萬別?；厥展S面對連續(xù)產(chǎn)生、量小且品種多的廢有機溶劑，建設(shè)多套回收系統(tǒng)，采用獨立或協(xié)同運行的模式，對高、低沸點溶劑分別進行回收，有利于回收工廠高效、節(jié)能、連續(xù)、穩(wěn)定、安全運行?；厥障到y(tǒng)的數(shù)量、處置能力可依據(jù)實際需要進行合理配置，廢溶劑中目標(biāo)組分的沸點、含水量以及不揮發(fā)物含量不同，采用的回收處理系統(tǒng)、工藝路線也略有差異。當(dāng)目標(biāo)組分沸點高于100℃時，處理流程為脫水→脫渣→脫輕→脫重精制；當(dāng)目標(biāo)組分沸點低于100℃時，處理流程則為脫渣、脫水→脫輕→脫重精制；如果一種物料中同時含有具有上述兩種特性的目標(biāo)組分時，將相關(guān)系統(tǒng)串聯(lián)起來協(xié)同運行可以達(dá)到較好的效果。對于通過普通精餾無法分離的共沸廢有機溶劑，往往還需要采用共沸蒸餾、萃取蒸餾和真空干燥等工藝技術(shù)來實現(xiàn)高精度分離。

由于液晶面板工廠廢有機溶劑的沸點較高，因此精餾一般采用減壓蒸餾的方法。在蒸（精）餾過程中，保持系統(tǒng)的密封性并使其呈負(fù)壓狀態(tài)，真空度一般控制在10 kPa以下。為最大限度減少未冷凝氣體對環(huán)境的影響，可以采用循環(huán)水和冷凍水兩級冷凝的方式，仍然未冷凝的氣體經(jīng)處理達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后排入大氣中。

3 廢有機溶劑的再生回收系統(tǒng)

3.1 目標(biāo)組分沸點低于100℃的溶劑回收系統(tǒng)

當(dāng)不揮發(fā)物含量高且目標(biāo)組分沸點低于100℃時，可以先用1級精餾塔結(jié)合薄膜蒸發(fā)器脫除不揮發(fā)及難揮發(fā)的組分（包括大部分的水等重組分），再利用2級精餾塔脫除輕組分，3級精餾塔進一步脫重完成目標(biāo)組分的精制，具體參見圖2。

圖2 目標(biāo)組分沸點低于100℃的溶劑再生流程

物料經(jīng)預(yù)處理，檢驗合格后打入1級精餾塔，根據(jù)物料的組成情況調(diào)整再沸器蒸汽量和廢溶劑進料量，不揮發(fā)及較難揮發(fā)的組分從精餾塔底部泵入薄膜蒸發(fā)器，通過薄膜蒸發(fā)器脫渣、脫水，其他組分氣化后進入2級精餾塔。在2級精餾塔內(nèi)，通過調(diào)節(jié)塔頂回流比及塔底蒸發(fā)量來控制精餾塔的平衡溫度，氣、液相在填料層反復(fù)進行交換和平衡，溶劑中沸點較低的有機雜質(zhì)從塔頂排出（脫輕），沸點較高的目標(biāo)組分及有機雜質(zhì)呈氣態(tài)從塔底泵入3級精餾塔。

在3級精餾塔內(nèi)，目標(biāo)組分從塔頂產(chǎn)出，沸點較高的有機雜質(zhì)從塔底排出。如果多組分需單獨回收，沸點較高的目標(biāo)組分從塔底泵入4級精餾塔，產(chǎn)品以氣態(tài)形式從塔頂餾出，高沸點有機雜質(zhì)則在塔底返回到1級精餾塔或排出。

3.2 目標(biāo)組分沸點高于100℃的溶劑回收系統(tǒng)

當(dāng)不揮發(fā)物含量高且目標(biāo)組分沸點高于100℃時，先用1級精餾塔在常壓下脫除大部分水及輕組分，2級精餾塔結(jié)合薄膜蒸發(fā)器脫除不揮發(fā)及難揮發(fā)的組分（脫渣），3級精餾塔在減壓條件下進一步脫除殘留的水及輕組分，4級精餾塔精制回收目標(biāo)組分，具體參見圖3。

圖3 目標(biāo)組分沸點高于100℃的溶劑再生流程

物料經(jīng)預(yù)處理，檢驗合格后泵入1級精餾塔，根據(jù)物料的組成情況調(diào)整再沸器蒸汽量和廢溶劑進料量，在常壓下通過控制塔頂回流比及塔底蒸發(fā)量來控制平衡溫度，氣、液相在塔內(nèi)填料層反復(fù)進行交換和平衡，大部分的水及低沸點有機雜質(zhì)以氣態(tài)的形式在塔頂被蒸出（脫水），目標(biāo)產(chǎn)品及高沸點有機雜質(zhì)在塔底泵入2級精餾塔。

在2級精餾塔內(nèi)（減壓條件下），沸點相對較低的目標(biāo)產(chǎn)品、殘留的水及低沸點雜質(zhì)從塔頂餾出并進入3級精餾塔，高沸點的雜質(zhì)組分從塔底泵入薄膜蒸發(fā)器，進一步脫除不揮發(fā)及難揮發(fā)組分。

在3級精餾塔內(nèi)，通過調(diào)節(jié)塔頂回流比及塔底蒸發(fā)量來控制平衡溫度，殘留的水及低沸點雜質(zhì)從塔頂排出，沸點較高的目標(biāo)產(chǎn)品及雜質(zhì)由塔底泵入4級精餾塔。在4級精餾塔內(nèi)，目標(biāo)組分從塔頂產(chǎn)出，高沸點有機雜質(zhì)從塔底排出返回到2級精餾塔。

3.3 不揮發(fā)物含量極低、目標(biāo)產(chǎn)品簡單的溶劑回收系統(tǒng)

該系統(tǒng)的工作方式通常為間歇式，回收產(chǎn)品品質(zhì)相對不高，適用于不揮發(fā)物含量低、成分單一的廢溶劑和上述再生系統(tǒng)內(nèi)中間餾出溶劑的回收，原料直接泵入精餾塔進行精餾回收，具體參見圖4。

圖4 不揮發(fā)物含量極低、目標(biāo)產(chǎn)品單一的溶劑回收流程

廢溶劑直接泵入精餾塔，由塔底部的再沸器對物料進行加熱蒸發(fā)，并根據(jù)物料的組成情況調(diào)整再沸器的蒸汽量和進料量。在精餾塔內(nèi)，通過調(diào)節(jié)塔頂回流比及塔底蒸發(fā)量來控制精餾塔的平衡溫度，氣、液兩相在塔內(nèi)填料層反復(fù)進行交換和平衡，輕組分（低沸點雜質(zhì)）呈氣態(tài)從塔頂排出，冷凝后分離，經(jīng)兩級冷凝后的未冷凝氣體被真空泵抽出，通過尾氣吸收塔吸收后排放，重組分（高沸點雜質(zhì)）以液態(tài)的形式從塔底排出。目標(biāo)產(chǎn)品從精餾塔中部側(cè)線采出，通過側(cè)線餾分冷凝器冷卻提出。

4 結(jié)語

廢有機溶劑的再生回收是一種物理分離過程，其技術(shù)難度并不大。但是，當(dāng)溶劑回收工廠面對種類繁多的廢溶劑時，依據(jù)廢溶劑的特點，科學(xué)、合理地配置多套精餾回收系統(tǒng)是十分必要的，采取多套系統(tǒng)獨立或協(xié)同運行，分別對不同特性的廢溶劑進行精餾回收，有利于降低品種切換的頻率、保證系統(tǒng)的連續(xù)穩(wěn)定運行、降低能源消耗、保證再生產(chǎn)品的品質(zhì)。廢有機溶劑的再生循環(huán)利用是一項系統(tǒng)工程，只有對廢溶劑進行分類收集、分類處置，并確保各環(huán)節(jié)措施科學(xué)合理，才能真正實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)內(nèi)部資源的再生循環(huán)利用。

液晶面板工廠廢有機溶劑在產(chǎn)業(yè)內(nèi)部的再生循環(huán)利用，可使優(yōu)質(zhì)資源的經(jīng)濟價值最大化，在降低液晶面板工廠制造成本的同時，也可極大程度地降低環(huán)保風(fēng)險和環(huán)境治理成本，是一種最有效的循環(huán)經(jīng)濟模式，利國利民。

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Study on Recycling Technology of Waste Organic Solvents in LCD Panel Factory

Zheng Jianping

The waste organic solvents in the LCD(liquid crystal display)panel factory contain a large number of high-quality chemicals.The chemicals can be recycled by adopting advanced and efficient distillation equipment and technology,and then be reused in LCD panel production,which can achieve the efficient recycle of high-quality resources within the industry.Based on the analysis of waste organic solvents in LCD panel industry,and combining with the characteristics of target components,the boiling points and contents of non-volatile matters,multiple recycling systems with different functions,operating independent or in concert,have been proposed to regenerate the solvents.

Waste organic solvent;Recycling;Rectification

X789

2017年2月

鄭劍平男1970年生工程師碩士主要研究方向為危險廢物的資源化利用