碳纖維生產廢水分質處理和資源化利用工藝方法及裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及碳纖維新材料領域生產廢水分質處理和資源化利用工藝方法，適用于 含二甲基亞砜一丙烯腈三元有機廢水分離分質環保處理和二甲基亞砜資源化利用處理。
【背景技術】
[0002] 碳纖維是一種力學性能優異的新材料，廣泛用于航空、航天、建筑、體育、汽車、醫 療等領域，成為國內新材料行業研發的熱點。目前國內碳纖維企業多采用二甲基亞砜一步 法濕法紡絲工藝進行原絲制備。在聚丙烯腈碳纖維原絲的生產過程中，尤其是二甲基亞砜 一步法生產工藝，生產過程主要產生兩部分廢水：（1)脫單廢水，其中二甲基亞砜含量約為 3~5%、丙烯腈含量約為0. 5~1% ; (2)預牽廢水，其中含有0. 5~3%二甲基亞砜和微量丙 稀腈。
[0003] 丙烯腈是環境治理中的高毒污染物之一，不僅破壞水體生態平衡，還極易危害人 體健康；二甲基亞砜化學性質穩定，物質溶解性好、生物滲透性好，是一種常見的萬能溶劑。 丙烯腈本身對微生物的毒性加之二甲基亞砜的滲透性，使得此類有機廢水采用的生化、降 解等被動環保處理技術，存在處理成本高、環保排放難等諸多問題。目前此類有機廢水尚未 有集安全、低成本、資源化利用為一體的綜合處理工藝和技術，行業內配套污水處理技術不 完善成為制約碳纖維國產規模化的瓶頸之一。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的是為了克服上述生產中廢水處理技術難題，提出一種碳纖維生產廢 水分質處理和資源化利用工藝方法及裝置，它采用減壓精餾技術對二甲基亞砜一丙烯腈廢 水進行分質分離，然后濃縮、提純二甲基亞砜實現資源化利用。
[0005] 實現本發明目的所采取的技術方案是：該裝置包括第一真空泵組、第二真空泵組、 丙烯腈脫除塔、二甲基亞砜濃縮塔、粗品塔、精制塔，第一真空泵組連接丙烯腈脫除塔冷凝 器和丙烯腈脫除塔回流罐、二甲基亞砜濃縮塔冷凝器和二甲基亞砜濃縮塔回流罐；第二真 空泵組連接粗品塔冷凝器和粗品塔回流罐、精制塔冷凝器和精制塔回流罐；精制塔頂換熱 器、二甲基亞砜濃縮塔頂換熱器和預熱器依次連接共同構成廢水進料預熱系統；預熱器連 接丙烯腈脫除塔，丙烯腈脫除塔塔底分別連接脫除塔再沸器和脫除塔出料泵，丙烯腈脫除 塔塔頂依次連接脫除塔冷凝器、脫除塔回流罐、脫除塔回流泵，脫除塔回流泵一端連接丙烯 腈脫除塔，另一端連接丙烯腈廢水處理裝置或廢水深度處理系統； 丙烯腈脫除塔出料泵出口連接二甲基亞砜濃縮塔，二甲基亞砜濃縮塔塔底分別連接濃 縮塔再沸器和濃縮塔出料泵，濃縮塔塔頂依次連接濃縮塔冷凝器、濃縮塔回流罐、濃縮塔回 流泵，濃縮塔回流泵出口一端連接二甲基亞砜濃縮塔，另一端連接廢水深度處理系統； 濃縮塔出料泵出口連接粗品塔，粗品塔塔底分別連接粗品塔再沸器和粗品塔出料泵， 粗品塔塔頂依次連接粗品塔冷凝器、粗品塔回流罐、粗品塔回流泵，粗品塔回流泵出口一端 連接粗品塔，另一端連接二甲基亞砜濃縮塔； 粗品塔出料泵出口連接精制塔，精制塔塔底分別連接精制塔再沸器和精制塔出料泵， 精制塔塔頂依次連接精制塔冷凝器、精制塔回流罐、精制塔回流泵，精制塔回流泵出口一端 連接精制塔，另一端連接二甲基亞砜純品儲存設備，精制塔出料泵出口一端連接精制塔再 沸器，另一端連接重組分儲存設備。
[0006] 裝置可分隔為獨立的廢水濃縮聯合裝置和二甲基亞砜精制聯合裝置，廢水濃縮聯 合裝置包括丙烯腈脫除塔、二甲基亞砜濃縮塔和第一真空泵組，二甲基亞砜精制聯合裝置 包括粗品塔、精制塔和第二真空泵組；廢水濃縮聯合裝置和二甲基亞砜精制聯合裝置之間 有隔斷閥門連接，一個閥門設在粗品塔回流泵出口與二甲基亞砜濃縮塔連接的管路上，另 一個閥門設在濃縮塔出料泵出口與粗品塔連接的管路上，關閉兩個閥門，兩套裝置可各自 獨立運行，打開兩個閥門兩套裝置可串聯運行。
[0007] 廢水濃縮聯合裝置可獨立用于處理含高濃度（多1%)的丙烯腈廢水或獨立用于含 低濃度1%)的二甲基亞砜廢水的處理，由第一進樣口進入裝置脫出丙烯腈和大量水后， 濃縮廢水經濃縮塔出料泵采出；二甲基亞砜精制聯合裝置可獨立用于含高濃度（多60%)的 二甲基亞砜廢水的處理，由第二進樣口進入裝置脫出大量水后，高純度二甲基亞砜經精制 塔回流泵采出。
[0008] 所述的預熱器、冷凝器和再沸器均屬列管式換熱器，殼程過氣相，管程過液相；塔 頂冷凝器均采用循環水冷凝，預熱器和塔底再沸器均采用蒸汽加熱。
[0009] 該工藝方法包括以下步驟： ⑴、開啟真空泵，系統負壓； ⑵、生產廢水由第一進樣口進入，經精制塔頂換熱器、濃縮塔頂換熱器和預熱器后進 入丙烯腈脫除塔，塔頂餾出高濃度丙烯腈廢水或含微量丙烯腈的預處理廢水，塔底排出低 濃度二甲基亞砜廢水； ⑶、低濃度二甲基亞砜廢水進入二甲基亞砜濃縮塔，塔頂餾出含微量二甲基亞砜和丙 烯腈的預處理廢水，塔底排出高濃度二甲基亞砜廢水； ⑷、高濃度二甲基亞砜廢水進入粗品塔，塔頂餾出中濃度二甲基亞砜廢水，塔底排出二 甲基亞砜粗品； (5)、>甲基亞諷粗品進入精制塔，塔頂饋出 > 甲基亞諷純品，塔底排出含尚沸點雜質的 重組分； 所述的工藝方法其工藝參數包括： 丙烯腈脫除塔工藝參數為：預熱器溫度為70~80°C，塔頂操作壓力為-50~-70Kpa， 塔頂溫度為60~80 °C，回流比為1/5~1/3,塔底溫度為70~80 °C ;二甲基亞砜濃縮塔 工藝參數為：塔頂操作壓力為-50~_65Kpa，塔頂溫度為70~80°C，回流比為1/4~1/2， 塔底溫度為90~110°C ;粗品塔工藝參數為：塔頂操作壓力為-80~-lOOKpa，塔頂溫度為 80~120°C，回流比為1/3~2/3,塔底溫度為100~120°C ;精制塔工藝參數為：塔頂操作 壓力為-80~-lOOKpa，塔頂溫度為100~125°C，回流比為1/3~1/2,塔底溫度為110~ 120。。。
[0010] 所有精餾塔均采用泡點進料，塔頂上升蒸汽均采用全凝器冷凝，塔底再沸器均采 用蒸汽加熱，冷凝液在泡點以下一部分回流至塔內。
[0011] 所述的生產廢水主要包括：含有1~5%二甲基亞砜和0. 5~1%丙烯腈的聚合工 段脫單廢水及含有0. 5~3%二甲基亞砜和微量丙烯腈的紡絲工段預牽廢水。
[0012] 所述的處理廢水表述如下：高濃度丙烯腈廢水為丙烯腈質量百分數為6~7% ;低 濃度二甲基亞砜廢水為二甲亞砜的質量百分數為10~12% ;高濃度二甲基亞砜廢水為二甲 亞砜的質量百分數為82~86% ;中濃度二甲基亞砜廢水為二甲亞砜的質量百分數為45~ 55% ;二甲基亞砜粗品為含高沸點雜質，其中二甲基亞砜含量大于99% ;二甲基亞砜純品為 二甲基亞砜純度大于99. 97%。 本發明的有益效果在于：采用碳纖維生產廢水分質處理和資源化利用工藝方法，能夠 安全有效脫出廢水中高毒物丙烯腈和難降解物二甲基亞砜，提高了生產廢水的可生化性， 大幅度降低了廢水的處理成本和緩解環保排放壓力；設計塔頂換熱器，既降低了進料預 熱器的蒸汽消耗，又減輕了塔頂冷凝器的換熱負荷，實現經濟節約與環保減排雙重效益；通 過連續精餾工藝從生產廢水中分離、濃縮、提純有經濟價值的二甲基亞砜溶劑，降低了生產 經營成本。
【附圖說明】
[0013] 圖1為本發明工藝設備組成示意圖。
【具體實施方式】
[0014] 如附圖1所示，該裝置包括第一真空泵組7、第二真空泵組16、丙烯腈脫除塔1、二 甲基亞砜濃縮塔6、粗品塔12、精制塔17,第一真空泵組7連接脫除塔冷凝器3、脫除塔回流 罐4、濃縮塔冷凝器8和濃縮塔回流罐11 ;第二真空泵組16連接粗品塔冷凝器13、粗品塔 回流罐15、精制塔冷凝器19、精制塔回流罐20 ;精制塔頂換熱器18、二甲基亞砜濃縮塔頂換 熱器5和預熱器21依次連接共同構成廢水進料預熱系統；預熱器21連接丙烯腈脫除塔1， 丙烯腈脫除塔1塔底分別連接脫除塔再沸器22和脫除塔出料泵23,丙烯腈脫除塔1塔頂依 次連接脫除塔冷凝器3、脫除塔回流罐4、脫除塔回流泵2,脫除塔回流泵2出口一端連接丙 烯腈脫除塔1，另一端連接丙烯腈廢水處理裝置或廢水深度處理系統； 丙烯腈脫除塔出料泵23出口連接二甲基亞砜濃縮塔6,二甲基亞砜濃縮塔6塔底分別 連接濃縮塔再沸器24和濃縮塔出料泵26,濃縮塔塔頂依次連接濃縮塔冷凝器8、濃縮塔回 流罐11、濃縮塔回流泵9，濃縮塔回流泵9出口 一端連接二甲基亞砜濃縮塔6，另一端連接廢 水深度處理系統； 濃縮塔出料泵26出口連接粗品塔12,粗品塔12塔底分別連接粗品塔再沸器28和粗 品塔出料泵29,粗品塔12塔頂依次連接粗品塔冷凝器13、粗品塔回流罐15、粗品塔回流泵 14,粗品塔回流泵14出口一端連接粗品塔12,另一端連接二甲基亞砜濃縮塔6 ; 粗品塔出料泵29出口連接精制塔17,精制塔17塔底分別連接精制塔再沸器31和精 制塔出料泵30,精制塔17塔頂依次連接精制塔冷凝器