本實用新型屬于廢氣處理技術領域,涉及一種聚氨酯合成革廢氣中有機物回收裝置。
背景技術:
合成革是塑料工業的一個重要組成部分,其應用領域遍及人們日常生活的方方面面。它具有抗磨損、抗老化等優異的機械性能,同時還具備加工方便、價格優廉等優點。目前,合成革的生產普遍采用聚氨酯PU作為基層和面層的基本原料,通過DMF(N,,N-二甲基甲酰胺)、甲苯等作為主要溶劑以溶液聚合法制得。生產過程中由于使用大量可揮發性有機溶劑,特別是在生產表面處理過程中,涂有大量有機溶劑的制品在密閉烘箱中經60~170℃的高溫處理時,會產生大量可揮發性含DMF、甲苯的廢氣。干法合成革的制造是用加熱方法使聚氨酯PU中的溶劑揮發,形成薄膜,然后把它貼在纖維基本材料上,溶劑用量大約占樹脂用量的60%以上,生產工藝決定了溶劑在生產過程中除了極少部分殘留在產品中外,其余大部分則蒸發出去,干法生產線產生的廢氣量約占整個合成革行業中廢氣量的95%。一般干法生產中溶劑由約70%的DMF和約30%的其他溶劑(甲苯、丁酮)組成,這些溶劑在烘箱中約有85%以上揮發,若直接排放,將嚴重影響工人和附近居民的身體健康,并污染大氣環境。
現有的聚氨酯合成革廢氣中有機物回收方法及配套裝置,主要有活性炭吸附法和溶劑吸收法及配套裝置。溶劑吸收法一般是用水或DMF作為吸收劑來回收聚氨酯合成革廢氣中的有機物。用水作吸收劑的缺陷是:水能吸收廢氣中的DMF,但水卻不能吸收廢氣中的甲苯、丁酮等有機物;用DMF作吸收劑的缺陷是:DMF的沸點低(154℃),用量大,需在現有一個吸收塔的基礎上再增加一個吸收塔,要進行兩次吸附才能將DMF與甲苯、丁酮等有機物分離開來。現有的聚氨酯合成革廢氣中有機物回收裝置一般只有一個或兩個吸收塔再加一個解吸塔,存在回收效率低,回收得到的DMF和甲苯純度不夠高等缺陷。
技術實現要素:
本實用新型的目的在于:克服現有技術的不足,提供一種回收效率高、回收得到的DMF和甲苯純度高的聚氨酯合成革廢氣中有機物回收裝置。
本實用新型的目的是通過如下技術方案實現的:
本實用新型一種聚氨酯合成革廢氣中有機物回收裝置,它包括順序連接的一個吸收塔、一個解吸塔和一個減壓蒸餾塔;車間廢氣出口與第一換熱器的熱源入口連接;吸收塔下部進料口與第一換熱器的熱源出口連接;吸收塔頂部低溫廢氣出料口與第一換熱器的冷源入口連接;第一換熱器的冷源出口連接廢氣排空管;吸收塔底部出料口通過吸收塔底泵與第二換熱器冷源入口連接;第二換熱器冷源出口與解吸塔下部進料口連接;解吸塔底部出料口與吸收液中間罐入口連接;吸收液中間罐出口與解吸塔底泵入口連接;解吸塔底泵出口串接兩個三通閥;第一個三通閥的一個出口與第二個三通閥的入口連接;第一個三通閥的另一個出口與減壓蒸餾塔下部進料口連接;解吸塔頂部出料口依次與塔頂冷凝器、預分離罐、回流罐、解吸塔回流泵連接;解吸塔回流泵出口分兩路,一路回流連接到解吸塔上部回流入口,另一路依次與分離罐、輕組分出料泵連接;減壓蒸餾塔頂部出料口依次與塔頂冷凝器、回流罐、減壓蒸餾塔回流泵連接;減壓蒸餾塔回流泵出口分兩路,一路回流連接到減壓蒸餾塔上部回流入口,另一路依次與儲罐、DMF出料泵連接;減壓蒸餾塔底部出料口通過減壓蒸餾塔底泵與回收吸收液罐入口連接;回收吸收液罐出口(也可與新鮮吸收液罐出口合并后)通過吸收液泵與第二個三通閥的另一個入口連接;第二個三通閥的出口與第二換熱器的熱源入口連接;第二換熱器的熱源出口與第三換熱器的熱源入口連接;第三換熱器的熱源出口與吸收塔上部吸收液入口連接。
進一步地,在第三換熱器之后還設有第四換熱器;第三換熱器的熱源出口與第四換熱器的熱源入口連接;第四換熱器的熱源出口與吸收塔上部吸收液入口連接;第三換熱器、第四換熱器的冷源入口與冷凍水供水管連接。
更進一步地,第一換熱器包含三級冷卻:第一級為空氣冷卻,第二級為低溫廢氣冷卻,第三級為冷凍水或冷凍鹽水冷卻;車間廢氣出口與第一換熱器的第一級熱源入口連接;吸收塔下部進料口與第一換熱器的第三級熱源出口連接;吸收塔頂部低溫廢氣出料口與第一換熱器的第二級冷源入口連接;第一換熱器的第二級冷源出口連接廢氣排空管;第一換熱器的第三級冷源入口與冷凍水或冷凍鹽水供水管連接。
利用上述聚氨酯合成革廢氣中有機物回收裝置進行的有機物回收方法如下:采用離子液體、液態酯類為專用吸收劑,在吸收塔內,通過低溫噴淋的方式對逆流而上的冷卻后的合成革廢氣進行吸收處理,廢氣中的甲苯、丁酮和DMF等有機物被低溫吸收劑吸收后,先進入解吸塔進行解吸分離回收甲苯、丁酮及其它低沸點有機物混合物,然后再通過減壓蒸餾塔進行解吸分離回收DMF(或對達到一定飽和度的DMF溶液進行解吸回收);所述專用吸收劑為混合溶液,其中各組分質量百分比為:離子液體50-70%、對苯二甲酸二丁酯5-25%、對苯二甲酸丁二酯15-25%、間苯二甲酸乙二酯5-15%;其中,離子液體與對苯二甲酸二丁酯二者之間的比例可調,為11:1-2:1,優選比例為2.5:1;對苯二甲酸丁二酯與間苯二甲酸乙二酯二者之間的比例可調,為4:1-1:1,優選比例為1:1;該專用吸收劑沸點高于300℃,揮發度很小,在吸收塔中不會被攜帶到塔頂上去,吸收塔頂廢氣可直接排放,因此,通過一次吸收即可將吸收劑與甲苯、丁酮、DMF等有機物分離開來。
上述聚氨酯合成革廢氣中有機物回收方法的具體工藝過程如下:
(1)吸收工段
來自車間的高溫廢氣(50-110℃,總VOCs約4000mg/m3)送入第一換熱器(包含三級冷卻:第一級為空氣冷卻,第二級為低溫廢氣冷卻,第三級為冷凍水或冷凍鹽水冷卻),經第一換熱器冷卻降溫后(降至5-10℃),從吸收塔下部進入吸收塔,在吸收塔中,低溫廢氣與從塔頂噴淋下來的低溫吸收劑(5-10℃)進行逆流接觸,低溫廢氣中的甲苯、丁酮和DMF被充分吸收后,低溫廢氣從塔頂出來,再經第一換熱器與高溫廢氣進行換熱后直接排入大氣,其中甲苯含量低于15mg/m3,DMF含量低于10mg/m3,VOCs小于40mg/m3;有機物總去除率大于99%;
從吸收塔底部出來的吸收液,含甲苯、丁酮、DMF、水和吸收劑,通過第二換熱器與從解吸塔底出來的吸收液進行熱交換,提高溫度后進入解吸塔進行解吸。
吸收工藝條件:吸收塔操作溫度,優選5-10℃,壓力為絕壓100~200KPa。
(2)輕組分解吸工段
經過預加熱后的含甲苯、丁酮、DMF、水和吸收劑的吸收液,進入解吸塔,在常壓下進行解吸,從塔頂解吸出的甲苯、丁酮和水,經過冷凝器后進入預分離罐,將水和有機物先分離,有機物溢流至回流罐,部分回流后(回流比為0.5-5,優選2-3)進入分離罐,在分離罐通過靜置分相后,上層可以得到純度大于99.5%的有機物(為甲苯、丁酮及低沸點有機物混合物,無需再分離,可直接回用于車間),下層為廢水(根據廢水量及COD大小需另行處理);
解吸后從塔底出來的含DMF和水的吸收液,進入吸收液中間罐后,通過解吸塔底泵打出來;在解吸塔底泵之后設有兩個三通閥,當解吸塔底出來的吸收液中DMF的含量小于10-15%時,利用這兩個三通閥,經過這兩個三通閥之間的連接管線,該吸收液進入第二換熱器與來自吸收塔底的低溫吸收液進行熱交換,分別再通過第三換熱器和/或第四換熱器與冷媒進行熱交換,溫度降低后,進入吸收塔頂部進行噴淋循環利用。
輕組分解吸工藝條件:解吸塔塔釜溫度150-300℃,優選180-250℃,塔壓力為絕壓100~200KPa。
(3)重組分解吸工段
當解吸塔底出來的吸收液中DMF的含量超過10-15%時(可從解吸塔塔底溫度判斷出來),利用解吸塔底泵之后的兩個三通閥(不經過這兩個三通閥之間的連接管線),該吸收液進入減壓蒸餾塔,通過減壓蒸餾塔將其中的DMF解吸出來;從減壓蒸餾塔塔底出來的解吸后的吸收液進入回收吸收液罐,之后進入第二換熱器與來自吸收塔底的低溫吸收液進行熱交換,分別再通過第三換熱器和/或第四換熱器與冷媒進行熱交換,溫度降低后,進入吸收塔頂部進行噴淋循環利用;減壓蒸餾塔塔頂氣經過冷凝器后進入回流罐(回流比為0.5-5,優選2-3),根據工藝塔要求,部分回流后進入儲罐,得到純度大于99%的DMF。
重組分解吸工藝條件:減壓蒸餾塔塔釜溫度130-200℃,優選150-180℃,塔壓力為絕壓30-90KPa,優選50-70KPa。
上述過程是間歇回收DMF的過程。此外,也可以選擇進行連續回收DMF的過程,即:從解吸塔底泵打出來的吸收液,不管其中DMF的含量是超過10-15%,還是小于10-15%,都不經過解吸塔底泵之后的兩個三通閥之間的連接管線,都進入減壓蒸餾塔,再從減壓蒸餾塔塔底出來進入回收吸收液罐,之后再分別經第二換熱器、第三換熱器和/或第四換熱器換熱后進入吸收塔頂部進行噴淋循環利用。
上述步驟(2)和步驟(3)中的冷媒優選0-5℃的冷凍水。
本實用新型的有益效果:
本實用新型的聚氨酯合成革廢氣中有機物回收裝置及回收方法,具有如下技術特點:
(1)集成了活性炭吸附法及水吸收法的優點,并進行工藝技術的優化,篩選出可適用于吸收甲苯、丁酮和DMF的專用吸收劑(離子液體、液體酯類吸收劑,組成:離子液體、對苯二甲酸二丁酯為主要成分,大于或等于70%;其它成分:對苯二甲酸丁二酯、間苯二甲酸乙二酯等,小于30%),可高效回收DMF和甲苯,最大限度消除廢氣對環境的污染。該方法回收效率高,回收得到的DMF和甲苯純度高。該方法還能靈活方便地選擇對DMF進行間歇回收或連續回收。
(2)集成了當前主流工藝活性炭吸附法及水吸收法的優點,并進行了工藝技術的優化,更適合對聚氨酯合成革廢氣進行處理并回收,達到資源循環利用目的。
(3)有機高溫廢氣深冷技術,設計合理的冷卻設備對車間廢氣、吸收劑進行冷卻,確保吸收效率;
(4)能量回用技術。優化工藝流程,合理利用熱量和冷量,降低能耗,提高吸收劑效率。
本實用新型的回收裝置及回收方法與國內外同類技術相比,具有如下明顯的技術優勢:
第一,采用專有吸收劑噴淋捕集有機廢氣,對DMF和甲苯的吸收效率高于當前用水作吸收劑的吸收效率。
第二,專有吸收劑難揮發,對DMF和甲苯溶解度大,減少了吸收劑用量,相比常規有機溶劑(如DMF作吸收劑)減少了二次污染。
第三,由于同時回收甲苯和DMF,總的有機物回收率高于單獨回收其中一種有機物的方式。
第四,工藝流程設計合理,綜合能耗降低約20%。
附圖說明
圖1是本實用新型一種聚氨酯合成革廢氣中有機物回收裝置的構成及工藝流程詳圖;
圖2是利用本實用新型的回收裝置進行的聚氨酯合成革廢氣中有機物回收方法的工藝路線圖。
圖中:1、吸收塔底泵 2、解吸塔底泵 3、解吸塔回流泵 4、輕組分出料泵 5、減壓蒸餾塔回流泵 6、DMF出料泵 7、減壓蒸餾塔底泵 8、吸收液泵 9、第一個三通閥 10、第二個三通閥
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步的說明。
實施例1
如圖1所示,本實用新型一種聚氨酯合成革廢氣中有機物回收裝置,它包括順序連接的一個吸收塔、一個解吸塔和一個減壓蒸餾塔,還包括第一換熱器、第二換熱器、第三換熱器、第四換熱器;第一換熱器包含三級冷卻:第一級為空氣冷卻,第二級為低溫廢氣冷卻,第三級為冷凍水或冷凍鹽水冷卻;第一換熱器的第三級冷源入口與冷凍水或冷凍鹽水供水管連接。車間廢氣出口與第一換熱器的第一級熱源入口連接;吸收塔下部進料口與第一換熱器的第三級熱源出口連接;吸收塔頂部低溫廢氣出料口與第一換熱器的第二級冷源入口連接;第一換熱器的第二級冷源出口連接廢氣排空管;吸收塔底部出料口通過吸收塔底泵1與第二換熱器冷源入口連接;第二換熱器冷源出口與解吸塔下部進料口連接;解吸塔底部出料口與吸收液中間罐入口連接;吸收液中間罐出口與解吸塔底泵2入口連接;解吸塔底泵2出口串接兩個三通閥;第一個三通閥9的一個出口與第二個三通閥10的一個入口連接;第一個三通閥9的另一個出口與減壓蒸餾塔下部進料口連接;解吸塔頂部出料口依次與塔頂冷凝器、預分離罐、回流罐、解吸塔回流泵3連接;解吸塔回流泵3出口分兩路,一路回流連接到解吸塔上部回流入口,另一路依次與分離罐、輕組分出料泵4連接;減壓蒸餾塔頂部出料口依次與塔頂冷凝器、回流罐、減壓蒸餾塔回流泵5連接;減壓蒸餾塔回流泵出口分兩路,一路回流連接到減壓蒸餾塔上部回流入口,另一路依次與儲罐、DMF出料泵6連接;減壓蒸餾塔底部出料口通過減壓蒸餾塔底泵7與回收吸收液罐入口連接;回收吸收液罐出口與新鮮吸收液罐出口合并后通過吸收液泵8與第二個三通閥10的另一個入口連接;第二個三通閥10的出口與第二換熱器的熱源入口連接;第二換熱器的熱源出口與第三換熱器的熱源入口連接;第三換熱器的熱源出口與第四換熱器的熱源入口連接;第四換熱器的熱源出口與吸收塔上部吸收液入口連接;第三換熱器、第四換熱器的冷源入口與冷凍水供水管連接。
如圖2所示,利用上述聚氨酯合成革廢氣中有機物回收裝置進行的有機物回收方法如下:采用離子液體、液態酯類為專用吸收劑(該專用吸收劑沸點高于300℃,揮發度很小,在吸收塔中不會被攜帶到塔頂上去,吸收塔頂廢氣可直接排放,因此,通過一次吸收即可將吸收劑與甲苯、丁酮、DMF等有機物分離開來),在吸收塔內,通過低溫噴淋的方式對逆流而上的冷卻后的合成革廢氣進行吸收處理,廢氣中的甲苯、丁酮和DMF等有機物被低溫吸收劑吸收后,進入解吸塔進行解吸分離回收甲苯、丁酮及低沸點有機物混合物(輕組分解吸),然后對達到一定飽和度的DMF溶液進行解吸回收(重組分解吸)。所述專用吸收劑中各組分質量百分比為:離子液體50%、對苯二甲酸二丁酯20%、對苯二甲酸丁二酯15%、間苯二甲酸乙二酯15%;其中,離子液體與對苯二甲酸二丁酯的比例為2.5:1,對苯二甲酸丁二酯與間苯二甲酸乙二酯的比例為1:1。
如圖1所示,上述聚氨酯合成革廢氣中有機物回收方法的具體工藝過程如下:
(1)吸收工段
來自車間的高溫廢氣(80℃,總VOCs約4000mg/m3)送入第一換熱器10H01A(包含三級冷卻:先經第一級空氣冷卻至50℃,再經第二級低溫廢氣冷卻至30℃,再經第三級冷凍水或冷凍鹽水冷卻至10℃)進行熱交換降溫至10℃(變成低溫廢氣),然后從吸收塔10C01A下部(接近底部)進入吸收塔,在吸收塔中,低溫廢氣與從塔頂噴淋下來的低溫吸收劑(10℃)進行逆流接觸,低溫廢氣中的甲苯、丁酮和DMF被充分吸收后,低溫廢氣從塔頂出來,再經第一換熱器10H01A與高溫廢氣進行換熱(回收冷量)后直接排入大氣,其中甲苯含量低于15mg/m3,DMF含量低于10mg/m3,VOCs小于40mg/m3;總去除率大于99%。
從吸收塔10C01A底部出來的吸收液,含甲苯、丁酮、DMF、水和吸收劑,通過第二換熱器10H02換熱(取走從解吸塔底出來的含DMF和水的吸收液中的熱量),提高溫度后進入解吸塔20C01進行解吸。
吸收工藝條件:吸收塔操作溫度為10℃,塔壓力為絕壓200KPa。
(2)輕組分解吸工段
經過預加熱后的含甲苯、丁酮、DMF、水和吸收劑的吸收液,進入解吸塔20C01,在常壓下進行解吸,從塔頂解吸出的甲苯、丁酮和水,經過冷凝器后進入預分離罐,將水和有機物先分離,有機物溢流至回流罐20T01,部分回流后(回流比為2.5)進入分離罐,在分離罐通過靜置分相后,可以得到純度大于99.5%的有機物(為甲苯、丁酮及低沸點有機物混合物,無需再分離,可直接回用于車間),下層為廢水(根據廢水量及COD大小需另行處理)。
解吸后從塔底出來的含DMF和水的吸收液,進入吸收液中間罐20T04后,通過解吸塔底泵2打出來;在解吸塔底泵2之后設有兩個三通閥,當解吸塔底出來的吸收液中DMF的含量小于10-15%時,利用這兩個三通閥(經過這兩個三通閥之間的連接管線),該吸收液進入第二換熱器10H02與來自吸收塔10C01A塔底的低溫吸收液進行熱交換,分別再通過第三換熱器10H03和第四換熱器10H04與5℃的冷凍水進行熱交換,溫度降低至10℃后,進入吸收塔10C01A頂部進行噴淋循環利用。
輕組分解吸工藝條件:解吸塔溫度為300℃,塔壓力為絕壓200KPa。
(3)重組分解吸工段
當解吸塔底出來的吸收液中DMF的含量超過10-15%時(可從解吸塔塔底溫度判斷出來),利用解吸塔底泵2之后的兩個三通閥(不經過這兩個三通閥之間的連接管線),該吸收液進入減壓蒸餾塔30C01,通過減壓蒸餾塔將其中的DMF解吸出來;從減壓蒸餾塔塔底出來的解吸后的吸收液進入回收吸收液罐,從回收吸收液罐出來之后(與新鮮吸收液罐的出口管線合并后)進入第二換熱器10H02與來自吸收塔10C01A塔底的低溫吸收液進行熱交換,分別再通過第三換熱器10H03和第四換熱器10H04與5℃的冷凍水進行熱交換,溫度降低至10℃后,進入吸收塔10C01A頂部進行噴淋循環利用;減壓蒸餾塔塔頂氣經過冷凝器30H01后進入回流罐30T01(回流比為2.5),根據工藝塔要求,部分回流后進入儲罐30T03,得到純度大于99%的DMF。
重組分解吸工藝條件:減壓蒸餾塔溫度為200℃,塔壓力為絕壓60KPa。
實施例2
利用本實用新型一種聚氨酯合成革廢氣中有機物回收裝置進行的有機物回收方法,裝置及具體工藝過程同實施例1,不同之處在于:吸收工藝條件:吸收塔操作溫度為5℃,塔壓力為絕壓100KPa;輕組分解吸工藝條件:解吸塔溫度150℃,塔壓力為絕壓100KPa;重組分解吸工藝條件:減壓蒸餾塔溫度130℃,塔壓力為絕壓30KPa;
上述步驟(2)和步驟(3)中的回流比為5;
所述專用吸收劑中各組分質量百分比為:離子液體55%、對苯二甲酸二丁酯5%、對苯二甲酸丁二酯25%、間苯二甲酸乙二酯15%;其中,離子液體與對苯二甲酸二丁酯二者之間的比例為11:1;對苯二甲酸丁二酯與間苯二甲酸乙二酯二者之間的比例為5:3。
實施例3
利用本實用新型一種聚氨酯合成革廢氣中有機物回收裝置進行的有機物回收方法,裝置及具體工藝過程同實施例1,不同之處在于:吸收工藝條件:吸收塔操作溫度為8℃,塔壓力為絕壓150KPa;輕組分解吸工藝條件:解吸塔溫度180℃,塔壓力為絕壓150KPa;重組分解吸工藝條件:減壓蒸餾塔溫度150℃,塔壓力為絕壓70KPa;
上述步驟(2)和步驟(3)中的回流比為0.5;
所述專用吸收劑中各組分質量百分比為:離子液體60%、對苯二甲酸二丁酯20%、對苯二甲酸丁二酯15%、間苯二甲酸乙二酯5%;其中,離子液體與對苯二甲酸二丁酯二者之間的比例為3:1;對苯二甲酸丁二酯與間苯二甲酸乙二酯二者之間的比例為3:1。
實施例4
利用本實用新型一種聚氨酯合成革廢氣中有機物回收裝置進行的有機物回收方法,裝置及具體工藝過程同實施例1,不同之處在于:吸收工藝條件:吸收塔操作溫度為6℃,塔壓力為絕壓120KPa;輕組分解吸工藝條件:解吸塔溫度250℃,塔壓力為絕壓180KPa;重組分解吸工藝條件:減壓蒸餾塔溫度180℃,塔壓力為絕壓50KPa;
上述步驟(2)和步驟(3)中的回流比為2;
所述專用吸收劑中各組分質量百分比為:離子液體50%、對苯二甲酸二丁酯25%、對苯二甲酸丁二酯20%、間苯二甲酸乙二酯5%;其中,離子液體與對苯二甲酸二丁酯二者之間的比例為2:1;對苯二甲酸丁二酯與間苯二甲酸乙二酯二者之間的比例為4:1。
實施例5
利用本實用新型一種聚氨酯合成革廢氣中有機物回收裝置進行的有機物回收方法,裝置及具體工藝過程同實施例1,不同之處在于:吸收工藝條件:吸收塔操作溫度為9℃,塔壓力為絕壓180KPa;輕組分解吸工藝條件:解吸塔溫度200℃,塔壓力為絕壓160KPa;重組分解吸工藝條件:減壓蒸餾塔溫度165℃,優選160℃,塔壓力為絕壓90KPa;
上述步驟(2)和步驟(3)中的回流比為3;
所述專用吸收劑中各組分質量百分比為:離子液體60%、對苯二甲酸二丁酯15%、對苯二甲酸丁二酯15%、間苯二甲酸乙二酯10%;其中,離子液體與對苯二甲酸二丁酯二者之間的比例為4:1;對苯二甲酸丁二酯與間苯二甲酸乙二酯二者之間的比例為1.5:1。
從解吸塔底泵打出來的吸收液,不管其中DMF的含量是超過10-15%,還是小于10-15%,都不經過解吸塔底泵20P04之后的兩個三通閥之間的連接管線,都進入減壓蒸餾塔,通過減壓蒸餾塔將其中的DMF解吸出來;從減壓蒸餾塔塔底出來的解吸后的吸收液進入回收吸收液罐,從回收吸收液罐出來之后(與新鮮吸收液罐的出口管線合并后)進入第二換熱器10H02與來自吸收塔10C01A塔底的低溫吸收液進行熱交換,分別再通過第三換熱器10H03和第四換熱器10H04與5℃的冷凍水進行熱交換,溫度降低至10℃后,進入吸收塔10C01A頂部進行噴淋循環利用。