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1、前言
    在二甲基甲酰胺(DMF)二步法干紡腈綸生產(chǎn)過程中，聚丙烯腈(PAN)-DMF原液經(jīng)紡絲甬道成形，在熱氮氣流中揮發(fā)掉大部分DMF后形成初生纖維．初生纖維再經(jīng)水洗牽伸進一步除去DMF后．所得纖維中還含約2%～3%DMF,經(jīng)纖維干燥烘干機烘干后即得到成品纖維，成品中含DMF約0.8%~1.2%．其余的DMF均隨干燥烘干機尾氣直排大氣。按年產(chǎn)60000t/a腈綸纖維的規(guī)模計算．每年排放的DMF量約為900t。DMF為B類可疑致癌物，如此大量的
DMF排放．對廠區(qū)及周圍環(huán)境造成了很大污染．對員工及周邊居民的健康構(gòu)成了一定威脅。同時，大量DMF排放，也造成了原料的大量浪費。此前，國內(nèi)干法腈綸生產(chǎn)企業(yè)中DMF單耗最低的企業(yè)與印度腈綸公司相比還相差20kg/t左右，相差極大。
    因此，為縮小與國際先進水平的差距．降低DMF單耗．進一步降低成本．提高企業(yè)經(jīng)濟效益和競爭能力．避免環(huán)境污染．對該廢氣進行治理回收是很必要的。隨著國家DMF廢氣排放標準的制訂并即將實施，該廢氣的治理更關(guān)系到企業(yè)的生存。
2、干紡腈綸干燥烘干機廢氣的特點和治理回收難點
2.1廢氣的特點
    DMF二步法干紡腈綸纖維干燥烘干機排放的廢氣具有的特點為：①風(fēng)量大，濃度低，按年產(chǎn)60000t/a腈綸纖維的規(guī)模計，該廢氣總量約為23×l041113／l1．DMF平均含量為400—500mg/m3；②尾氣濕度大，溫度相對較高，該廢氣的絕對含濕量在0.02kg(水)／m3（干空氣）左右，氣體溫度在60—70C。③廢氣中還含有一定量的油劑組分和纖維屑等雜物。富通新能源不但生產(chǎn)銷售木屑烘干機等鋸末木屑成型機械設(shè)備，而且還大量銷售顆粒機、木屑顆粒機等生物質(zhì)燃料成型機械設(shè)備。
2.2治理回收難點
    上述特點給該廢氣有效、經(jīng)濟治理和DMF的回收帶來了很大困難，主要有以下難點：
    ①由于廢氣中含有沸點較高的油劑組分，且廢氣濕度很高．無法采用已經(jīng)成功用于干法腈綸紡絲工序DMF廢氣處理的活性炭纖維吸附一解吸處理技術(shù)。因此，采用水淋洗吸收成了幾乎唯一選擇。
    ②由于廢氣總量較大，當采用傳統(tǒng)的板式塔f包括比較先進的導(dǎo)向篩板塔等1和普通填料塔進行水吸收處理時．系統(tǒng)阻力較大．提高了動力消耗和處理成本．僅系統(tǒng)的電耗一項就需要lOOOkW左右f按年產(chǎn)60000t/a纖維的生產(chǎn)規(guī)模計）。
    ③由于廢氣中DMF濃度相對較低，溫、濕度較高，因此，限于吸收過程的氣液平衡關(guān)系，為保證吸收效果．必須保持一定的液氣比和塔板量．為保證排放尾氣達到國家標準要求．決定了吸收液的濃度不能很高。
    根據(jù)計算，排放尾氣的溫度在45—50℃．吸收液的濃度在2%左右。由于吸收液的濃度太低，含水量過大，而原溶劑回收提純系統(tǒng)設(shè)計時未包括該吸收液的處理．系統(tǒng)脫水處理能力不夠．而且原設(shè)計中系統(tǒng)能源未能充分利用．該吸收液回收提純的蒸汽及其他能源消耗過高。
2.3原溶劑回收系統(tǒng)的缺陷
    原引進技術(shù)中溶劑回收提純系統(tǒng)的能源利用明顯不合理性．主要表現(xiàn)在溶劑回收塔塔頂蒸汽的熱量未能得到充分的利用．除少量用于稀溶劑進料預(yù)熱外，絕大部分均采用循環(huán)冷卻水冷凝、冷卻，不但浪費了熱能，而且增加了循環(huán)水的消耗。
    目前．國內(nèi)企業(yè)兩套溶劑回收塔的蒸汽消耗量約為24t/h，循環(huán)水消耗量約為500t/h。溶劑回收部分的蒸汽消耗達3t/t(纖維)左右，與印度腈綸公司的1.5t/t(纖維)相比要多一倍。
    此外．國內(nèi)企業(yè)溶劑回收塔塔頂凝液是直接排放到污水處理系統(tǒng)的．而印度腈綸公司是回收作為脫鹽水返回系統(tǒng)用于尾氣淋洗和初生纖維的洗滌。
    以上問題導(dǎo)致纖維干燥烘干機DMF廢氣淋洗回收系統(tǒng)的回收成本遠遠高于回收DMF的價值．企業(yè)在經(jīng)濟上無法承受．影響了企業(yè)對該廢氣治理回收的積極性。國內(nèi)五家干法腈綸生產(chǎn)企業(yè)在項目建設(shè)時大都考慮了水淋洗吸收的治理回收方法．但經(jīng)過一段時間的運行．都因為上述問題無法解決而停運或停建。此前，五家生產(chǎn)廠的纖維干燥烘干機DMF廢氣淋洗系統(tǒng)全部閑置，無一家投運。
3、改進的干紡腈綸干燥烘干機DMF廢氣回收技術(shù)
    采用高效絲網(wǎng)填料塔對纖維干燥烘干機DMF廢氣進行水淋洗吸收和溶劑減壓脫水、常壓提純的技術(shù)路線可以很好地解決上述問題。
3.1技術(shù)原理
    纖維干燥烘干機DMF廢氣淋洗采用每臺纖維干燥烘干機新增一個高效低阻力的金屬絲網(wǎng)填料吸收塔。吸收塔下部采用空塔循環(huán)噴淋吸收，其主要作用為除去廢氣中帶入的油劑組分和纖維屑等雜物．避免其對絲網(wǎng)填料造成影響．同時對廢氣進行冷卻．并達到汽液平衡，以利于提高填料段的吸收效率。
    采用吸收液循環(huán)噴淋吸收的目的是為了減少進入系統(tǒng)的水量，以提高吸收液濃度。吸收塔上部采用BX500不銹鋼絲網(wǎng)填料．填料高度在6m左右。采用脫鹽水一次淋洗以提高吸收效率，控制排放DMF濃度。由于廢氣風(fēng)量較大，且為了降低阻力，淋洗塔的直徑較大，所以，為保證填料層布液的均勻性，需采用特殊設(shè)計的布液器。
    系統(tǒng)DMF吸收效率可達到95%左右,DMF排放濃度不超過40mg/m3，達到國家排放標準要求，風(fēng)機全壓小于2000Pa,DMF廢氣淋洗部分新增用電可小于200kW(按年產(chǎn)60000t纖維的生產(chǎn)規(guī)模計)。所得吸收液DMF濃度不小于2%,吸收液量約5—5.5t/h，與稀液系統(tǒng)的稀溶劑(26%，15t/h)混合后進入溶劑回收提純系統(tǒng)。
    對原溶劑回收提純系統(tǒng)需要作徹底改造．主要內(nèi)容是新增1套三塔脫水提純系統(tǒng)．其中2個脫水塔為減壓填料塔f第一和第二減壓塔的塔頂操作溫度分別為60℃和80℃1．提純精餾塔為常壓浮閥塔（塔頂操作溫度為100℃），三塔串聯(lián)操作。除提純精餾塔與原溶劑回收塔一樣．采用0.55MPa和1.5MPa蒸汽作為熱源外．兩個減壓脫水塔均采用上一塔的塔頂蒸汽作為熱源．從而達到在不增加蒸汽消耗的前提下．成倍地提高系統(tǒng)處理能力或在相同的系統(tǒng)處理能力前提下，大幅降低蒸汽消耗的目的。
3.2工藝流程
    混合后含DMF約20%的稀溶劑進入第一減壓脫水塔進行脫水增濃．塔底經(jīng)脫水增濃后的稀溶劑直接進入第二減壓脫水塔進一步脫水．塔頂約60℃的蒸汽一部分用于該塔稀溶劑進料的預(yù)熱．其余用循環(huán)冷卻水冷凝后進入脫胺塔回收脫鹽水，該塔采用第二減壓脫水塔的塔頂蒸汽(80℃)作為熱源。第二減壓脫水塔脫水增濃后的塔底稀溶劑直接進入常壓提純精餾塔進行提純精餾，塔頂約80℃的蒸汽進入第一減壓脫水塔的塔底再沸器作為第一減壓脫水塔的熱源．冷凝后進入脫胺塔回收脫鹽水，第二減壓脫水塔采用常壓提純精餾塔的塔頂蒸汽(100℃)作為熱源。經(jīng)精餾塔提純后的DMF返回生產(chǎn)系統(tǒng)使用，塔頂常壓蒸汽進入第二減壓脫水塔塔底再沸器作為第二減壓脫水塔的熱源．冷凝后進入脫胺塔回收脫鹽水，提純精餾塔采用0.55MPa和1.5MPa蒸汽作為熱源。三個塔的塔頂凝液含有少量的DMF和二甲胺．在一定溫度下用空氣吹脫除去二甲胺后．即可返回DMF廢氣淋洗系統(tǒng)和纖維洗滌系統(tǒng)代替脫鹽水使用。
    由于塔頂蒸汽的潛熱被合理用于稀溶劑的加熱．而稀溶劑又代替了循環(huán)冷卻水作為塔頂蒸汽的撤熱介質(zhì)，因此，既減少了蒸汽的消耗，又降低了循環(huán)冷卻水的消耗。在溶劑回收提純系統(tǒng)的處理能力有所提高的前提下，蒸汽和循環(huán)冷卻水f撤熱量）消耗僅為原來1/2左右．大大降低了溶劑回收提純的成本，從而使DMF廢氣淋洗回收具有經(jīng)濟性。
4、效益分析
    改造前后系統(tǒng)指標對比f按年產(chǎn)60000t纖維的生產(chǎn)規(guī)模計1見表1。
    該技術(shù)路線可以取得良好的經(jīng)濟和社會效益：
    ①每年回收DMF(100%)量850t．按7000元／t計，年回收價值595萬元。
    ②在系統(tǒng)稀溶劑處理能力從15t/h提高到20t/hf即增加了廢氣淋洗液后1的前提下，每小時還可節(jié)約蒸汽12t．按年生產(chǎn)8000h計，年減少蒸汽消耗達9.6xl04t．按80元／t計，年節(jié)約768萬元。
    ③改造后，每小時可回收脫鹽水15t，扣除淋洗需要5t/h．實際可節(jié)約lOt/h．按年生產(chǎn)8000h計，年節(jié)約脫鹽水8xl04t．按5元／t計，年節(jié)約40萬元。
    ④綜合效益。上述各項累計節(jié)約人民幣1400萬元／a．扣除各項運行成本約300萬元．年經(jīng)濟效益達到1100萬元。系統(tǒng)改造費用不到1500萬元，1年多即可收回所有投資，因此具有良好的經(jīng)濟效益。且每年減少DMF排放850t所產(chǎn)生的環(huán)境效益和社會效益更是無法估量。
5、結(jié)論
    干紡腈綸干燥烘干機尾氣排放大量DMF,不但造成原料的浪費、提高了生產(chǎn)成本，而且對廠區(qū)及周邊環(huán)境造成了嚴重的污染。隨著國家對DMF排放標準的制訂和實施，該廢氣必須得到徹底的治理。
    干法腈綸生產(chǎn)裝置的原設(shè)計中．溶劑回收提純系統(tǒng)的能源利用存在較大的不合理性．造成了大量蒸汽、循環(huán)冷卻水、脫鹽水等資源的極大浪費，對其進行改造是十分必要的。
    將溶劑回收提純系統(tǒng)的節(jié)能改造與干紡腈綸干燥烘干機DMF廢氣淋洗治理回收結(jié)合起來．能有效解決該廢氣治理中存在的技術(shù)和經(jīng)濟上的難點．形成技術(shù)可行、經(jīng)濟合理的技術(shù)路線。
    改造后的干紡腈綸干燥烘干機DMF廢氣回收技術(shù)具有良好的經(jīng)濟效益和明顯的環(huán)境、社會效益，在干法腈綸生產(chǎn)行業(yè)有一定的推廣意義。