涂裝廢溶劑資源化利用工藝技術(shù)研究

左姣，何睿鳴，劉志芳，陳國平，聶爽

（1.新中天環(huán)保股份有限公司，重慶400112；2.國家環(huán)境保護(hù)危險(xiǎn)廢物處置工程技術(shù)（重慶）中心，重慶400112）

1 涂裝行業(yè)現(xiàn)狀及涂裝廢溶劑組成

1.1 涂裝行業(yè)現(xiàn)狀描述

隨著現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展，噴涂防腐技術(shù)也隨之廣泛應(yīng)用，例如汽車噴涂、鋼結(jié)構(gòu)噴涂、機(jī)械零部件噴涂等。噴涂防腐技術(shù)廣泛應(yīng)用的同時(shí)，大量產(chǎn)生涂裝廢溶劑[1]，基于涂裝廢溶劑的復(fù)雜性，目前市場上還沒有完善的工藝進(jìn)行涂裝廢溶劑的資源化回收利用。

由于涂裝廢溶劑成分復(fù)雜，成分間作用機(jī)理復(fù)雜，回收難度較大，目前涂裝廢溶劑主要被當(dāng)成危險(xiǎn)廢物進(jìn)行焚燒處置[2]，不僅造成寶貴溶劑資源的浪費(fèi)[3]，同時(shí)增加了危廢焚燒處置難度及焚燒尾氣處理的難度[4]。

涂裝廢溶劑資源化利用工藝技術(shù)（以下簡稱工藝）開發(fā)目的在于解決大量涂裝廢溶劑有效資源化利用，為產(chǎn)廢企業(yè)進(jìn)行環(huán)保減壓，同時(shí)獲得經(jīng)濟(jì)效益。

1.2 涂裝廢溶劑組成

根據(jù)對涂裝廢溶劑的市場調(diào)查，選取產(chǎn)廢量大且組分具備代表性的汽車行業(yè)涂裝廢溶劑進(jìn)行資源化回收利用研究，根據(jù)對某汽車制造企業(yè)噴涂工段產(chǎn)生的廢涂裝溶劑取樣分析，其組分和組成如表1。

2 工藝技術(shù)開發(fā)

表1所示為汽車行業(yè)涂裝廢溶劑大致組成，設(shè)計(jì)涂裝廢溶劑資源化利用工藝主要由物料預(yù)處理、脫輕組分、回收甲苯、回收乙酸丁酯及二甲苯等步驟組成，工藝流程簡圖如圖1。

圖1 涂裝廢溶劑資源化回收利用工藝流程簡圖

表1 涂裝廢溶劑大致組成表%

2.1 物料預(yù)處理

工藝采用脫鹽水作為萃取劑，將涂裝廢溶劑中的乙醇、異丙醇、丙酮及水溶性的樹脂萃取進(jìn)入水相，有機(jī)相進(jìn)入下一步操作。工藝開發(fā)選擇萃取難度相對較大的丙酮作為考察指標(biāo)，通過采用Aspen 模擬計(jì)算，脫鹽水用量與萃余有機(jī)相中丙酮的含量關(guān)系如圖2所示，實(shí)際操作中可將脫鹽水與涂裝廢溶劑的體積流量比值控制在0.6∶1 可保證萃余有機(jī)相中丙酮?dú)堄嘈∮?.2%。

圖2 脫鹽水用量與萃余有機(jī)相中丙酮的含量關(guān)系曲線圖

由于涂裝廢溶劑含固體雜質(zhì)量較大，同時(shí)含有部分高沸點(diǎn)的有機(jī)物，工藝采用刮膜蒸發(fā)器進(jìn)行脫雜[5]。

萃取后的有機(jī)相與脫輕塔塔頂氣相換熱后，經(jīng)預(yù)熱器將其預(yù)熱至混合物的泡點(diǎn)溫度123 ℃，然后進(jìn)入刮膜蒸發(fā)器，將沸點(diǎn)小于等于二甲苯沸點(diǎn)的物質(zhì)全部以氣相的方式從刮膜蒸發(fā)器頂端脫出，剩余高沸點(diǎn)物質(zhì)及固體雜質(zhì)從刮膜蒸發(fā)器底部排出系統(tǒng)，作為危廢處置。

2.2 脫輕組分

刮膜蒸發(fā)器出來的氣相物料進(jìn)入脫輕塔，將沸點(diǎn)低于甲苯沸點(diǎn)的物質(zhì)全部從塔頂脫出，并經(jīng)換熱冷凝后進(jìn)入輕組分回流罐，通過回流比控制回流量和采出量，采出輕組分為混合有機(jī)溶劑，其組成見表2所示，此部分混合有機(jī)溶劑回收價(jià)值較低，一般作為危廢去焚燒處置。

表2 脫輕塔脫出混合有機(jī)溶劑組成表%

2.3 回收甲苯

經(jīng)脫輕塔脫出輕組分后的涂裝廢溶劑泵送入甲苯精餾塔，將甲苯從塔頂脫出，經(jīng)換熱冷凝后進(jìn)入甲苯回流罐，通過回流比控制回流量和采出量，采出99.5%純度的甲苯產(chǎn)品。

2.4 回收乙酸丁酯、二甲苯

經(jīng)甲苯精餾塔脫出甲苯后的涂裝廢溶劑為乙酸丁酯與二甲苯混合溶劑，泵送入二甲苯精餾塔，將乙酸丁酯從塔頂脫出，經(jīng)換熱冷凝后進(jìn)入丁酯回流罐，通過回流比控制回流量和采出量，采出99%純度的乙酸丁酯產(chǎn)品。

脫出乙酸丁酯后塔釜為99.5%純度的二甲苯，通過泵輸送至二甲苯冷卻器冷卻至設(shè)定溫度后，作為二甲苯產(chǎn)品采出。

2.5 水循環(huán)回收

在萃取塔完成萃取后的水相含有大量的有機(jī)物，通過一套連續(xù)精餾塔，將萃取水相中的大部分有機(jī)物從塔頂分離，水溶性的樹脂以高沸物的形式從塔釜排出系統(tǒng)，塔中側(cè)線采出含微量有機(jī)物的水，并套用回萃取塔，從而實(shí)現(xiàn)水循環(huán)回收，減少裝置廢水量，根據(jù)Aspen 模擬計(jì)算，水循環(huán)回收塔的進(jìn)出物料如表3所示。

表3 水循環(huán)回收塔的進(jìn)出物料平衡表%

3 主要工藝參數(shù)選擇

重點(diǎn)對作為有效產(chǎn)品的甲苯、二甲苯及乙酸丁酯的回收部分進(jìn)行工藝參數(shù)論證，甲苯回收塔從精餾塔理論板數(shù)和回流比兩個(gè)方面的變化對產(chǎn)品純度的影響進(jìn)行研究；二甲苯回收塔分別從塔板數(shù)、回流比、進(jìn)料位置的變化對產(chǎn)品純度的影響進(jìn)行研究。

3.1 甲苯回收工藝參數(shù)

設(shè)定回收的甲苯純度達(dá)到99.5%的基礎(chǔ)上，根據(jù)Aspen 模擬計(jì)算，理論板數(shù)與回流比的關(guān)系曲線如圖3所示。

圖3 理論板數(shù)與回流比的關(guān)系曲線圖

根據(jù)圖3所示，甲苯回收塔最小理論板為25，最小回流比為2.5，根據(jù)最適理論板與回流比原則進(jìn)行選擇，將甲苯回收塔理論板設(shè)置為50，對應(yīng)的回流比為3。

3.2 二甲苯、乙酸丁酯回收工藝參數(shù)

采取單一變量法，分別從理論板數(shù)與回流比關(guān)系，進(jìn)料位置對二甲苯、乙酸丁酯產(chǎn)品的質(zhì)量影響進(jìn)行研究，以確定最佳工藝參數(shù)。

3.2.1 塔板數(shù)對產(chǎn)品純度的影響

設(shè)定回收的二甲苯純度達(dá)到99.5%、乙酸丁酯純度達(dá)到99%的基礎(chǔ)上，根據(jù)Aspen 模擬計(jì)算，理論板數(shù)與回流比的關(guān)系曲線如圖4所示。

圖4 理論板數(shù)與回流比的關(guān)系曲線圖

根據(jù)圖4所示，甲苯回收塔最小理論板為30，最小回流比為4，根據(jù)最適理論板與回流比原則進(jìn)行設(shè)置，將二甲苯回收塔理論板設(shè)置為50，對應(yīng)的回流比為4.5。

3.2.2 進(jìn)料位置對產(chǎn)品純度的影響

通過進(jìn)料位置變化，計(jì)算出不同進(jìn)料位置對塔頂乙酸丁酯和塔底二甲苯純度影響，見圖5所示。由圖5可知，當(dāng)進(jìn)料位置設(shè)置在第23 塊板上時(shí)，乙酸丁酯純度達(dá)到99.4%，二甲苯純度達(dá)到99.5%，較為合理。

圖5 進(jìn)料位置對乙酸丁酯和二甲苯產(chǎn)品純度的影響圖

4 經(jīng)濟(jì)效益分析

本工藝的實(shí)施，不僅節(jié)省了將涂裝廢溶劑作為危廢處置的處置費(fèi)用，同時(shí)將涂裝廢溶劑中的主要成分分離提純?yōu)榧妆?、二甲苯及乙酸丁酯產(chǎn)品。國內(nèi)針對涂裝廢溶劑的焚燒處置收費(fèi)，內(nèi)陸城市大約在5 000 元/t，而沿海及江浙一帶的城市收費(fèi)高達(dá)8 000 元/t 以上，可見本工藝技術(shù)開發(fā)所節(jié)約的危廢焚燒處置費(fèi)非?？捎^；與此同時(shí)，甲苯、二甲苯及乙酸丁酯作為高附加值的化工原料，其市場售價(jià)均在6 000～7 000 元/t，由此可見，本工藝技術(shù)開發(fā)帶來的經(jīng)濟(jì)效益非常顯著。

5 結(jié)論

本工藝技術(shù)的開發(fā)，解決了涂裝廢溶劑回收過程中不易將各組分物質(zhì)單獨(dú)分離的技術(shù)難題，避免將涂裝廢溶劑以危廢的形式直接進(jìn)行終端焚燒處置，其中含量較高且經(jīng)濟(jì)性較好的甲苯、二甲苯及乙酸丁酯分別分離成合格產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)了資源化回收利用。

本工藝技術(shù)的實(shí)施，實(shí)現(xiàn)了涂裝廢溶劑中單一組分分離，分別得到99.5%的甲苯、99.5%的二甲苯以及99%的乙酸丁酯，且單一組分回收率均在95%以上；并結(jié)合工藝整體熱量情況，充分考慮熱能綜合利用，大量采用熱耦合技術(shù)[6]，使工藝技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性得到了進(jìn)一步提升。