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干纺腈纶干燥烘干机DMF废气淋洗和减压脱水回收工艺



 1、前言

在二甲基甲酰胺(DMF)二步法干纺腈纶生产过程中,聚丙烯腈(PAN)-DMF原液经纺丝甬道成形,在热氮气流中挥发掉大部分DMF后形成初生纤维.初生纤维再经水洗牵伸进一步除去DMF后.所得纤维中还含约2%~3%DMF,经纤维干燥烘干机烘干后即得到成品纤维,成品中含DMF约0.8%~1.2%.其余的DMF均随干燥烘干机尾气直排大气。按年产60000t/a腈纶纤维的规模计算.每年排放的DMF量约为900t。DMF为B类可疑致癌物,如此大量的

DMF排放.对厂区及周围环境造成了很大污染.对员工及周边居民的健康构成了一定威胁。同时,大量DMF排放,也造成了原料的大量浪费。此前,国内干法腈纶生产企业中DMF单耗最低的企业与印度腈纶公司相比还相差20kg/t左右,相差极大。

因此,为缩小与国际先进水平的差距.降低DMF单耗.进一步降低成本.提高企业经济效益和竞争能力.避免环境污染.对该废气进行治理回收是很必要的。随着国家DMF废气排放标准的制订并即将实施,该废气的治理更关系到企业的生存。

2、干纺腈纶干燥烘干机废气的特点和治理回收难点

2.1废气的特点

DMF二步法干纺腈纶纤维干燥烘干机排放的废气具有的特点为:①风量大,浓度低,按年产60000t/a腈纶纤维的规模计,该废气总量约为23×l041113/l1.DMF平均含量为400—500mg/m3;②尾气湿度大,温度相对较高,该废气的绝对含湿量在0.02kg(水)/m3(干空气)左右,气体温度在60—70C。③废气中还含有一定量的油剂组分和纤维屑等杂物。富通新能源不但生产销售木屑烘干机等锯末木屑成型机械设备,而且还大量销售颗粒机、木屑颗粒机等生物质燃料成型机械设备

2.2治理回收难点

上述特点给该废气有效、经济治理和DMF的回收带来了很大困难,主要有以下难点:

①由于废气中含有沸点较高的油剂组分,且废气湿度很高.无法采用已经成功用于干法腈纶纺丝工序DMF废气处理的活性炭纤维吸附一解吸处理技术。因此,采用水淋洗吸收成了几乎唯一选择。

②由于废气总量较大,当采用传统的板式塔f包括比较先进的导向筛板塔等1和普通填料塔进行水吸收处理时.系统阻力较大.提高了动力消耗和处理成本.仅系统的电耗一项就需要lOOOkW左右f按年产60000t/a纤维的生产规模计)。

③由于废气中DMF浓度相对较低,温、湿度较高,因此,限于吸收过程的气液平衡关系,为保证吸收效果.必须保持一定的液气比和塔板量.为保证排放尾气达到国家标准要求.决定了吸收液的浓度不能很高。

根据计算,排放尾气的温度在45—50℃.吸收液的浓度在2%左右。由于吸收液的浓度太低,含水量过大,而原溶剂回收提纯系统设计时未包括该吸收液的处理.系统脱水处理能力不够.而且原设计中系统能源未能充分利用.该吸收液回收提纯的蒸汽及其他能源消耗过高。

2.3原溶剂回收系统的缺陷

原引进技术中溶剂回收提纯系统的能源利用明显不合理性.主要表现在溶剂回收塔塔顶蒸汽的热量未能得到充分的利用.除少量用于稀溶剂进料预热外,绝大部分均采用循环冷却水冷凝、冷却,不但浪费了热能,而且增加了循环水的消耗。

目前.国内企业两套溶剂回收塔的蒸汽消耗量约为24t/h,循环水消耗量约为500t/h。溶剂回收部分的蒸汽消耗达3t/t(纤维)左右,与印度腈纶公司的1.5t/t(纤维)相比要多一倍。

此外.国内企业溶剂回收塔塔顶凝液是直接排放到污水处理系统的.而印度腈纶公司是回收作为脱盐水返回系统用于尾气淋洗和初生纤维的洗涤。

以上问题导致纤维干燥烘干机DMF废气淋洗回收系统的回收成本远远高于回收DMF的价值.企业在经济上无法承受.影响了企业对该废气治理回收的积极性。国内五家干法腈纶生产企业在项目建设时大都考虑了水淋洗吸收的治理回收方法.但经过一段时间的运行.都因为上述问题无法解决而停运或停建。此前,五家生产厂的纤维干燥烘干机DMF废气淋洗系统全部闲置,无一家投运。

3、改进的干纺腈纶干燥烘干机DMF废气回收技术

采用高效丝网填料塔对纤维干燥烘干机DMF废气进行水淋洗吸收和溶剂减压脱水、常压提纯的技术路线可以很好地解决上述问题。

3.1技术原理

纤维干燥烘干机DMF废气淋洗采用每台纤维干燥烘干机新增一个高效低阻力的金属丝网填料吸收塔。吸收塔下部采用空塔循环喷淋吸收,其主要作用为除去废气中带入的油剂组分和纤维屑等杂物.避免其对丝网填料造成影响.同时对废气进行冷却.并达到汽液平衡,以利于提高填料段的吸收效率。

采用吸收液循环喷淋吸收的目的是为了减少进入系统的水量,以提高吸收液浓度。吸收塔上部采用BX500不锈钢丝网填料.填料高度在6m左右。采用脱盐水一次淋洗以提高吸收效率,控制排放DMF浓度。由于废气风量较大,且为了降低阻力,淋洗塔的直径较大,所以,为保证填料层布液的均匀性,需采用特殊设计的布液器。

系统DMF吸收效率可达到95%左右,DMF排放浓度不超过40mg/m3,达到国家排放标准要求,风机全压小于2000Pa,DMF废气淋洗部分新增用电可小于200kW(按年产60000t纤维的生产规模计)。所得吸收液DMF浓度不小于2%,吸收液量约5—5.5t/h,与稀液系统的稀溶剂(26%,15t/h)混合后进入溶剂回收提纯系统。

对原溶剂回收提纯系统需要作彻底改造.主要内容是新增1套三塔脱水提纯系统.其中2个脱水塔为减压填料塔f第一和第二减压塔的塔顶操作温度分别为60℃和80℃1.提纯精馏塔为常压浮阀塔(塔顶操作温度为100℃),三塔串联操作。除提纯精馏塔与原溶剂回收塔一样.采用0.55MPa和1.5MPa蒸汽作为热源外.两个减压脱水塔均采用上一塔的塔顶蒸汽作为热源.从而达到在不增加蒸汽消耗的前提下.成倍地提高系统处理能力或在相同的系统处理能力前提下,大幅降低蒸汽消耗的目的。

3.2工艺流程

混合后含DMF约20%的稀溶剂进入第一减压脱水塔进行脱水增浓.塔底经脱水增浓后的稀溶剂直接进入第二减压脱水塔进一步脱水.塔顶约60℃的蒸汽一部分用于该塔稀溶剂进料的预热.其余用循环冷却水冷凝后进入脱胺塔回收脱盐水,该塔采用第二减压脱水塔的塔顶蒸汽(80℃)作为热源。第二减压脱水塔脱水增浓后的塔底稀溶剂直接进入常压提纯精馏塔进行提纯精馏,塔顶约80℃的蒸汽进入第一减压脱水塔的塔底再沸器作为第一减压脱水塔的热源.冷凝后进入脱胺塔回收脱盐水,第二减压脱水塔采用常压提纯精馏塔的塔顶蒸汽(100℃)作为热源。经精馏塔提纯后的DMF返回生产系统使用,塔顶常压蒸汽进入第二减压脱水塔塔底再沸器作为第二减压脱水塔的热源.冷凝后进入脱胺塔回收脱盐水,提纯精馏塔采用0.55MPa和1.5MPa蒸汽作为热源。三个塔的塔顶凝液含有少量的DMF和二甲胺.在一定温度下用空气吹脱除去二甲胺后.即可返回DMF废气淋洗系统和纤维洗涤系统代替脱盐水使用。

由于塔顶蒸汽的潜热被合理用于稀溶剂的加热.而稀溶剂又代替了循环冷却水作为塔顶蒸汽的撤热介质,因此,既减少了蒸汽的消耗,又降低了循环冷却水的消耗。在溶剂回收提纯系统的处理能力有所提高的前提下,蒸汽和循环冷却水f撤热量)消耗仅为原来1/2左右.大大降低了溶剂回收提纯的成本,从而使DMF废气淋洗回收具有经济性。

4、效益分析

改造前后系统指标对比f按年产60000t纤维的生产规模计1见表1。

该技术路线可以取得良好的经济和社会效益:

①每年回收DMF(100%)量850t.按7000元/t计,年回收价值595万元。

②在系统稀溶剂处理能力从15t/h提高到20t/hf即增加了废气淋洗液后1的前提下,每小时还可节约蒸汽12t.按年生产8000h计,年减少蒸汽消耗达9.6xl04t.按80元/t计,年节约768万元。

③改造后,每小时可回收脱盐水15t,扣除淋洗需要5t/h.实际可节约lOt/h.按年生产8000h计,年节约脱盐水8xl04t.按5元/t计,年节约40万元。

④综合效益。上述各项累计节约人民币1400万元/a.扣除各项运行成本约300万元.年经济效益达到1100万元。系统改造费用不到1500万元,1年多即可收回所有投资,因此具有良好的经济效益。且每年减少DMF排放850t所产生的环境效益和社会效益更是无法估量。

5、结论

干纺腈纶干燥烘干机尾气排放大量DMF,不但造成原料的浪费、提高了生产成本,而且对厂区及周边环境造成了严重的污染。随着国家对DMF排放标准的制订和实施,该废气必须得到彻底的治理。

干法腈纶生产装置的原设计中.溶剂回收提纯系统的能源利用存在较大的不合理性.造成了大量蒸汽、循环冷却水、脱盐水等资源的极大浪费,对其进行改造是十分必要的。

将溶剂回收提纯系统的节能改造与干纺腈纶干燥烘干机DMF废气淋洗治理回收结合起来.能有效解决该废气治理中存在的技术和经济上的难点.形成技术可行、经济合理的技术路线。

改造后的干纺腈纶干燥烘干机DMF废气回收技术具有良好的经济效益和明显的环境、社会效益,在干法腈纶生产行业有一定的推广意义。


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