廢棄煙用醋纖絲束的回收工藝及應(yīng)用

張繼超 趙玉林 于 深 洪 濤 付國領(lǐng)

焦作金葉醋酸纖維有限公司，河南 焦作 454150

目前，廢棄煙用醋纖絲束(簡稱廢濾棒)的處理方式主要為委托焚燒和填埋，處理成本約300元/t,并且處理過程易造成巨大的能源損耗與環(huán)境污染[1]。國內(nèi)產(chǎn)生的廢濾棒主要來源于卷煙生產(chǎn)企業(yè)和煙用濾棒生產(chǎn)企業(yè)，相對(duì)較集中。廢濾棒的主要成分包括質(zhì)量分?jǐn)?shù)約90%的二醋酸纖維素、6%～8%的水、0.2%的二氧化鈦及1%的油劑，其原料品質(zhì)較高[2]。對(duì)廢濾棒進(jìn)行除雜處理后，可獲得較純凈的二醋酸纖維素纖維，即廢濾棒具備回收再利用的條件和價(jià)值。

為加快推進(jìn)廢濾棒的再生利用，焦作金葉醋酸纖維有限公司(簡稱焦作金葉公司)在借鑒前人研究成果的基礎(chǔ)上，成立技術(shù)開發(fā)小組對(duì)廢濾棒回收的工藝路線進(jìn)行可行性研究，提出溶劑分離法，開發(fā)出一套年處理量為150 t的廢濾棒回收再生生產(chǎn)線。通過溶劑分離法得到的回收漿液，可作為絲束生產(chǎn)企業(yè)的摻配料使用，實(shí)現(xiàn)廢濾棒的回收再利用。

1 廢濾棒回收工藝流程

1.1 工藝流程

為實(shí)現(xiàn)對(duì)廢濾棒的有效回收，探討成型紙、三醋酸甘油酯以及其他雜質(zhì)的去除方法，探索將廢濾棒再生成煙用絲束的可行性，已有研究者做了大量的試驗(yàn)和基礎(chǔ)研究工作。孫友德等[3]的研究表明：廢濾棒二醋酸纖維素纖維的溶解性、過濾性、可紡性良好，與二醋片接近；溶液中來自廢濾棒的二醋酸纖維素纖維的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá)35%，紡絲速度最高可達(dá)1 000 m/min；所得二醋酸纖維素纖維可單獨(dú)再生成纖維，也可與二醋片按任意比例共混紡絲；所得二醋酸纖維素纖維的物理性能達(dá)到煙用醋酸纖維半制品的質(zhì)量要求。韓亞東等[4]的研究表明，廢濾棒丙酮溶液中的三醋酸甘油酯可起到增溶作用，有助于降低溶液黏度，提高紡絲原液的濃度。燕寧寧等[5]的研究表明，其制備的混合漿液的基本性能滿足煙用濾棒絲束紡絲要求，可作為制備煙用濾棒絲束的原料；由質(zhì)量比為1∶1的二醋片和廢濾棒制備的共混纖維，其單絲線密度、徑向異形度與由純二醋片制備的纖維差異不大，可用于制作煙用濾棒絲束；由共混纖維制得的煙用濾棒硬度大于82%，圓周長為24.07 mm±0.20 mm，品質(zhì)和吸阻均可滿足現(xiàn)行濾棒的參數(shù)要求；由共混纖維制得的煙用濾棒具有優(yōu)良的過濾性能，且應(yīng)用在卷煙中可在一定程度上改善煙氣的柔和性。

基于前人的研究成果，焦作金葉公司在技術(shù)方案確定和論證過程中，嘗試采用酒精萃取法對(duì)廢濾棒進(jìn)行再生處理，但該方法工藝路線復(fù)雜且不成熟，經(jīng)多次試驗(yàn)，工藝路線仍無法實(shí)現(xiàn)；嘗試采用機(jī)械分離法對(duì)廢濾棒進(jìn)行再生處理，但該方法只能處理沒有破損的廢濾棒，處理量小，無法滿足多種形態(tài)廢濾棒的處理，不適于大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用；嘗試通過溶解分離法對(duì)廢濾棒進(jìn)行再生處理，該方法采用丙酮對(duì)廢濾棒進(jìn)行溶解處理，形成混合溶液，再通過分離、過濾等技術(shù)去除雜質(zhì)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)與絲束生產(chǎn)主漿液的混合。最終經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，確定了用丙酮將廢濾棒溶解后再進(jìn)行分離的工藝路線，并命名為溶劑分離法。

普通煙用絲束生產(chǎn)系統(tǒng)(以下簡稱主系統(tǒng))完全以二醋片為原料，經(jīng)溶解、過濾、紡絲、卷曲、擺絲和打包等工藝處理得到煙用二醋酸纖維絲束。再生煙用絲束的生產(chǎn)則需先采用溶劑分離法對(duì)廢濾棒進(jìn)行溶解、分離、過濾，得到合格回收漿液后，再將其按一定比例加入主系統(tǒng)中，然后進(jìn)行溶解、過濾、脫泡、紡絲、上油、卷曲、干燥、擺絲和打包處理，得到再生煙用絲束。

1.2 工藝流程說明

1.2.1 初篩

從各煙廠回收的廢濾棒根據(jù)生產(chǎn)需要運(yùn)輸至廢絲再生車間，先人工初步篩選異物，以防異物進(jìn)入再生煙用絲束生產(chǎn)系統(tǒng)中。由于濾棒車間環(huán)境良好，不會(huì)混入太多異物，因此可通過人工方法去除雜質(zhì)。稱取初篩后的廢濾棒質(zhì)量，以便精準(zhǔn)配比回收漿液。

1.2.2 噴霧加濕

在煙用絲束卷棒的過程中，需卷上一層成型紙，同時(shí)添加增塑劑三醋酸甘油酯。采用丙酮溶解廢濾棒的過程中，干成型紙?jiān)诒芤褐畜w積增大、韌性增強(qiáng)，不利于輸送，容易堵塞輸送管道和分離裝置。為改變干成型紙?jiān)诒芤褐械男螒B(tài)并防止輸送過程靜電的產(chǎn)生，采用噴霧加濕裝置對(duì)廢濾棒進(jìn)行噴霧加濕處理，使成型紙與水充分接觸，改變紙的形態(tài)，以利于下一工序的處理。

1.2.3 切碎

噴霧加濕過的廢濾棒通過傳送帶輸送至切碎機(jī)切碎，切碎機(jī)刀口高速旋轉(zhuǎn)擠壓，并利用下料口篩網(wǎng)直徑控制物料大小，獲取長度不大于2 cm的廢濾棒。經(jīng)噴霧加濕后，成型紙的韌性和強(qiáng)度降低，經(jīng)切碎機(jī)的機(jī)械破壞和切碎，可將廢濾棒切碎至一定長度，從而在后續(xù)溶解過程中不易堵料和沉淀，便于輸送。

1.2.4 攪拌溶解

通過丙酮加料環(huán)在溶解釜中加入一定量的丙酮，再將切碎的廢濾棒通過傳送帶輸送至加料口，利用加料口氮?dú)饷芊猸h(huán)產(chǎn)生的微負(fù)壓氣流，將切碎的廢濾棒加入攪拌釜中，同時(shí)隔絕空氣使槽內(nèi)氧氣的體積分?jǐn)?shù)低于8%，確保加料過程安全。經(jīng)2次或3次的變速攪拌和液位控制后，混合溶液被間歇性地送往下道工序。

1.2.5 固液分離

采用一種密閉防爆型固液分離裝置對(duì)混合漿液進(jìn)行固液分離。該分離裝置的工作原理是通過連續(xù)的機(jī)械分離將懸浮的固體與部分雜質(zhì)從液體中分離出去。分離裝置包括密閉防爆型臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)、氮?dú)獍踩Ｗo(hù)控制系統(tǒng)、離心機(jī)內(nèi)氧含量監(jiān)測系統(tǒng)、設(shè)備溫度(軸承溫度和離心機(jī)機(jī)殼內(nèi)溫度)監(jiān)測系統(tǒng)、震動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)、進(jìn)料螺桿泵、進(jìn)料球閥、水洗電磁閥、進(jìn)料電磁流量計(jì)等設(shè)備及電氣控制系統(tǒng)。經(jīng)離心機(jī)固液分離的漿液送往中間槽儲(chǔ)存。

1.2.6 中間槽儲(chǔ)存

分離合格的回收漿液通過重力落入中間槽中儲(chǔ)存。將中間槽液位與中間輸送泵連鎖設(shè)置，當(dāng)液位處于高限時(shí)，啟動(dòng)中間輸送泵；液位處于低限時(shí)，關(guān)停中間輸送泵，即實(shí)現(xiàn)了此環(huán)節(jié)的自動(dòng)化運(yùn)行。

1.2.7 過濾

采用高精度過濾器對(duì)回收漿液進(jìn)行過濾，以有效攔截未被分離的雜質(zhì)，最終獲得不含成型紙、線膠和三醋酸甘油酯等雜質(zhì)的回收漿液。

1.2.8 罐槽儲(chǔ)存

回收漿液通過屏蔽泵輸送至回收漿液槽中臨時(shí)儲(chǔ)存。根據(jù)后續(xù)工序使用需求，將處理好的合格回收漿液輸送至主系統(tǒng)，作為制備二醋酸纖維絲束的摻配料使用。

2 回收漿液主系統(tǒng)過濾技術(shù)改進(jìn)

為更好地應(yīng)用回收漿液，減少其對(duì)紡絲穩(wěn)定性的影響，基于前期大量的研究工作，在主系統(tǒng)過濾工藝上采取更精細(xì)化的操作，將單臺(tái)壓濾機(jī)的助濾劑木槳用量提高至60 kg；設(shè)置一段壓濾機(jī)的過濾壓差不超過0.2 MPa,以提高濾餅對(duì)柔性雜質(zhì)的截留量；將壓濾機(jī)數(shù)量由原先的12臺(tái)增加至15臺(tái)，以通過增加一段壓濾機(jī)的數(shù)量，將過濾面積擴(kuò)大20%；調(diào)整一段壓濾機(jī)的鏟裝周期，平均3 d鏟裝1臺(tái)，以保持足夠的漿液過流量；將濾后回流調(diào)節(jié)閥全部關(guān)閉，以減少無效過濾并提高過濾精度；一段過濾供料泵由定頻泵改為變頻泵，二段液位調(diào)節(jié)閥與一段過濾泵連鎖設(shè)置，確保二段液位的穩(wěn)定[6]。一段過濾采用濾餅過濾，通過使用新型快速預(yù)涂方式，成餅時(shí)間僅需6～10 h，而普通煙用絲束的成餅時(shí)間則需至少72 h。此外，形成的濾餅具有組織結(jié)構(gòu)緊密均勻，孔隙豐富且分布合理，對(duì)柔性雜質(zhì)過濾效果更佳等特點(diǎn)，可以獲得更好的紡絲穩(wěn)定性。二段過濾為深層過濾，使用組合濾布，能夠過濾掉粒徑超過5 μm的雜質(zhì)。經(jīng)漿液過濾方面的改進(jìn)，按一定比例添加廢濾棒回收漿液后，紡絲生產(chǎn)穩(wěn)定，形成的纖維可紡性良好，產(chǎn)品質(zhì)量可控。

3 運(yùn)行情況及經(jīng)濟(jì)效益

利用溶劑法回收廢濾棒再利用生產(chǎn)工藝，可對(duì)煙廠的廢濾棒進(jìn)行二次回收，重新投入主系統(tǒng)中制備再生煙用絲束。目前，整個(gè)生產(chǎn)流程已經(jīng)打通，工藝運(yùn)行穩(wěn)定、可靠、安全。將制成的回收漿液分別按質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%、10%和20%的比例添加到主系統(tǒng)中，發(fā)現(xiàn)各項(xiàng)生產(chǎn)指標(biāo)正常，生產(chǎn)的再生絲束經(jīng)煙廠使用后反饋良好。

就經(jīng)濟(jì)效益而言，以建成一套年處理量150 t的廢濾棒回收生產(chǎn)線為例，投資成本需600萬元，每回收1 t廢濾棒的成本為1 500元。就煙廠而言，每年可節(jié)省4萬元廢濾棒處理費(fèi)用；就煙用絲束生產(chǎn)企業(yè)而言，按照目前二醋片2.5萬元/t的價(jià)格計(jì)算，回收1 t廢濾棒可節(jié)約2.35 萬元，每年可節(jié)約原料成本352.5萬元，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)語

對(duì)廢濾棒進(jìn)行噴霧加濕、切碎、溶解、分離和過濾后，可得到合格的回收漿液。結(jié)合對(duì)煙用絲束生產(chǎn)系統(tǒng)過濾技術(shù)方面的改進(jìn)，可將煙廠制棒和卷煙工序中產(chǎn)生的大量廢濾棒制成再生煙用絲束并重新應(yīng)用于制棒和卷煙生產(chǎn)工序，使原料得到最大程度的利用。通過離心、過濾等技術(shù)去除雜質(zhì)的廢濾棒回收漿液滿足后續(xù)工序的要求，且得到的再生煙用絲束質(zhì)量完全滿足出廠要求。