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            合成革廢氣的治理技術研究

            來源:環保新聞網|上海市環境保護產業協會(滬環協)官方網 作者:環保新聞網|上海市環境保護產業協會(滬環協)官方網 發布時間:2012-01-03 查看次數:1367

            1.引言

            合成革是以高密織布(非織造)作為基布進行聚氨酰浸漬和涂層加工后的產品。由于合成革產品應用領域的迅速擴大、產品的高附加值,其生產規模逐步擴大,但由此引發的廢氣排放和環境問題也逐漸凸顯。因此,采取經濟實用的治理技術,開發合適的工藝流程,使眾多合成革廠的廢氣排放指標達到國家標準,具有重要的現實意義。

            2.合成革生產的環境問題

            合成革生產過程中廢氣的主要來源為有機溶劑的揮發、其來源包括樹脂及溶劑在配料、運輸、存放時的揮發;涂覆或含浸等加工過程中有機物的揮發;在烘箱加熱時有機物的揮發;后處理過程中有機物的揮發。廢氣污染物同具體工藝及配方組成有關。對于一定工藝配方往往可以更改,所以其產生的具體污染物也并不固定。干法工藝生產過程中一般的有機溶劑污染物有:DMF、甲苯、二甲苯、丁酮等;濕法工藝生產過程中一般的有機污染物有DMF。

            二甲基甲酰胺(DMF)作為溶劑近年來使用量劇增,它的用途很廣,主要用作高分子合成的溶劑或中間原料,特別是用作聚丙烯晴纖維的紡絲溶劑,也用于制造人造革或皮革(或稱PVC面料、鐳射革、防水布)表面材料時作為聚氨基甲酸酯樹脂的處理溶劑,還被用作石油制品如:乙烯、丁烯的分離提取溶劑、乙炔的回收和防蟲防銹涂料的溶劑等。二甲基甲酰胺屬中等偏低的有毒物質,可經呼吸道、皮膚和消化道侵入機體,引起中毒反應。

            3.合成革廢氣的治理技術

            3.1合成革主要生產工藝及產污簡介

            合成革生產工藝(工序、流程)種類較多。根據要求,一種產品往往需要多種生產工藝進行組合生產。通常以一種材料為基材,在上面涂覆一層或多層合成樹脂(包括各種添加劑)制成的一種外觀似皮革的產品。所用的基材有各類織布、合成纖維無紡布、皮革等,也有無基材的產品。涂覆的合成樹脂主要為聚氨酯(PU)、聚氯乙烯(PVC),據資料介紹還有聚酰胺(PA)和聚烯烴(如聚乙烯PE、聚丙烯PP)等,在此重點介紹干法和濕法的生產工藝。

            3.1.1干法生產工藝

            干法生產工藝用于聚氨酯(PU)、聚氯乙烯(PVC)及聚烯烴(如聚乙烯PE、聚丙烯PP)等合成革的生產,包括直接涂覆法和間接涂覆法(離型紙法、鋼帶法等)。其主要工藝流程是將涂層物質涂覆(直接涂覆或間接涂覆再貼合)并烘干的過程,其中最常見的為離型紙法。

            離型紙干法典型生產工藝流程圖1。

             

            3.1.2濕法生產工藝

            濕法生產工藝主要是聚氨酯(PU)合成革生產工藝,生產的結果一般還是半成品(稱為“貝斯”),一般再經干法工藝或其它后處理后才成為成品。濕法工藝包括浸漬(含浸)、涂覆工藝或兩種工藝組合。

            一般濕法工藝流程見圖2。

             

            3.1.3合成革的廢氣污染物

            廢氣污染物同具體工藝、配方組成有關。對于一定工藝,配方往往可以更改,所以其產生的具體污染物也并不固定。生產過程中一般的污染物有:

            (1)聚氨酯干法工藝:有機溶劑(DMF、甲苯、二甲苯、丁酮等)

            (2)聚氨酯濕法工藝:有機溶劑(DMF)

            (3)聚氯乙烯等相關工藝:增塑劑煙霧(鄰苯二甲酸二辛酯等)、氯乙烯、氯化氫、有機溶劑、鉛

            (4)后處理工藝:有機溶劑(DMF、甲苯、二甲苯、丁酮、乙酸丁脂等)、顆粒物

            (5)超纖工藝:有機溶劑(DMF、甲苯、二甲苯等)

            3.2合成革廢氣的治理技術

            制革生產工藝中加入甲苯、丁酮和DMF作為溶劑,由于較易揮發、回收困難,這些溶劑大部分隨著廢氣排入環境中。目前,對于高濃度的有機廢氣的凈化處理,人們早就有研究,而且已經開發出一些卓有成效的控制技術。在這些控制技術中研究較多并且廣泛采用的有吸附法、熱破壞法、冷凝法、吸收法等。近年來形成的新控制技術有生物膜法、電暈法、臭氧分解法、催化燃燒法和等離子體分解法等。但對于低濃度有機廢氣,凈化處理難度大且費用高。因而這類工業廢氣的凈化處理在國內外都是環境保護的難題之一。

            廢氣處理方法一般有:焚燒法、吸收法、吸附法、催化燃燒法、冷凝法、靜電法和玻纖過慮器法等。對較稀有機溶劑廢氣采用催化燃燒法的很多。我國加入WTO后,國家對環境的治理越來越嚴格。而現在的制革廢氣中有機物含量達不到新的排放標準,已有方法少且不理想。合成革廢氣治理技術的發展是隨著合成革工藝的改變而不斷變化的。合成革生產中DMF使用規模與其它工業相比并不算大,但回收技術并不簡單。與主體設備相比,回收設備費用的投資相當高。廢棄物回收利用是合成革行業最有潛力的清潔生產途徑,經濟效益明顯。我國DMF大部分需進口,且價格昂貴,回收DMF可大幅度節約成本,具有重要的現實意義。

            干法生產線的有機廢氣主要在烘箱和涂臺等處產生。廢氣排放特征為:廢氣溫度低,一般低于75℃;廢氣量大,一條典型的干法生產線排放含DMF工藝廢氣的量約為大于2000~25000m3/h;廢氣中有機物污染物濃度高,其中DMF的濃度約為1500ppm;污染物DMF可與水混溶。根據以上廢氣特征,可以將干法生產線DMF廢氣進行回收利用,F有制革廢氣治理技術一般采用水噴淋塔吸收并回收廢氣中DMF,或者活性炭吸附廢氣中有機溶劑,再經直接燃燒處理。噴淋水吸收法雖然能較好地除去廢氣中的DMF,但對甲苯和丁酮的去除率很低,甲苯和丁酮依然隨著廢氣排入大氣中;钚蕴课皆谥聘飶U氣治理中,由于氣量較大,活性炭再生困難,F多采用吸附飽和后直接送去燃燒的方式,因此運行費用很高,一般企業難以承受。我國有些合成革廠采用分段濃縮提取法,即將初始溶劑蒸發最濃縮的區域中,采取有形隔絕稀薄區域的措施,將此段濃廢氣單獨吸出處理。有些廠采用串聯多級吸收塔,循環吸收,直到允許排放濃度才放空。要串聯多少塔那就取決于廢氣的排放濃度。

            4.基于綠色設計概念的吸收法治理工藝

            綠色設計和綠色產品的概念最早出現在70年代。經過幾十年的發展,對綠色設計已有了較為科學的定義。綠色設計是以環境資源為核心概念的設計過程,即在產品的整個生命周期內,優先考慮產品的環境屬性,如可拆卸性、可回收性等,并將其作為產品更新換代的設計目標,在滿足環境目標的同時保證產品的理化目標。綠色設計綜合了面向對象設計,并進行工程、壽命周期設計等,包含了產品從概念形成到生產制造,乃至廢物的回收、再用及處理的各個階段,即涉及到產品的整個生命周期。

            本文在此從綠色設計的概念出發,遵循綠色設計的目標和原則,最大限度地提高產品的資源和能源利用率,降低產品生命周期成本,使產品的環境污染最小化。在合成革廢氣治理工藝設計的過程中,通過應用溶劑綠色化技術,在不引入新的有機溶劑的前提下,高效率地吸收回用廢氣中的甲苯、丁酮和DMF,從而能夠產生明顯的環境效益、社會效益和經濟效益,下面以某合成革廠的廢氣治理為例進行說明。

            4.1廢氣排放工藝參數

            表1現有合成革生產工藝廢氣參數

             

            由表1中的各項工藝參數可以發現,現有廢氣特點是廢氣排放量大,廢氣中所含的有機溶劑-DMF、甲苯和丁酮的溶解特性存在差異。針對該廠的廢氣排放特點,選用現有的廢氣治理工藝中較為經濟成熟的吸收法,結合該合成革廠的實際情況和治理需要,進行工藝設計,選用DMF作為吸收劑。利用廠方已經有噴淋塔水吸收DMF設備、水-DMF蒸發回收系統、排氣筒和風機等設施,重點考慮去除廢氣中的甲苯和丁酮。

            4.2工藝原理

            本工藝設計的關鍵是以兩級吸收塔設備來分別吸收廢氣中的甲苯、丁酮和DMF。填料塔或板式塔作為第一級吸收設備,DMF作為吸收溶劑來吸收廢氣中的甲苯和丁酮,并配以包括系列換熱器、蒸發器、回收溶劑接受槽、輸送泵、真空泵等設備的有機溶劑蒸發回收系統,從廢氣中吸收分離出甲苯和丁酮。DMF則隨廢氣進入第二級吸收設備。第二級吸收設備為噴淋塔或板式塔,水作為吸收溶劑來吸收廢氣中的DMF,經吸收凈化后的廢氣排放;厥盏腄MF一部分用作第一級吸收設備的吸收溶劑,其余的DMF和回收的甲苯、丁酮用于生產或者出售。該工藝設計的有益效果是,可以在不引入新的有機溶劑情況下,高效率地吸收回用廢氣中的甲苯、丁酮和DMF,具備明顯的社會效益和經濟效益,并使得廢氣中的上述三種有機溶劑成分能達標排放。

            4.3工藝流程

            為了不增加新的污染成分,同時有效利用廠方現有的水吸收DMF設備,降低投資和運行成本,在此采用DMF-水聯合吸收工藝。工藝流程簡圖如圖1所示。

             


            第一級吸收系統:由換熱器(DMF-Air)、填料塔、風機1、甲苯/丁酮真空蒸發設備合相應的輔助設備組成,主要吸收和回收廢氣中所含的甲苯、丁酮。吸收設備采用填料塔,塔內裝規整填料,吸收溶劑選用DMF溶液。第二級吸收系統:由噴淋塔、風機2、DMF常壓蒸發回收設備和相應的輔助設備設施組成。根據DMF的溶解特性,選用水作為吸收溶劑。DMF常壓蒸發回收設施選用廠方現有設備。在廠方已有水吸收DMF系統的情況下,只需在收集好的廢氣出口至水吸收DMF設備之間添加第一級吸收系統,形成完整的廢氣中有機溶劑治理回用裝置,從而大幅度降低系統的投資費用。

            整個裝置工作時,收集好的有機廢氣先進入DMF-Air換熱器進行預降溫,從填料塔底出來的吸收了甲苯、丁酮的DMF溶液在此進行預升溫。從DMF-Air換熱器中出來的廢氣進入填料塔,填料塔內裝有SM350型板波填料,采用DMF溶液作為溶劑來吸收廢氣中的甲苯和丁酮。在此過程中,甲苯和丁酮絕大部分被溶劑吸收而進入DMF溶液,DMF溶液對甲苯和丁酮的吸收效率高達95%,從而保證尾氣中甲苯和丁酮成分的達標排放。進入吸收溶劑的甲苯和丁酮從塔底經過DMF-Air換熱器進入“甲苯/丁酮真空蒸發系統”。在此吸收過程中,廢氣中因帶出而新增加的DMF及原有的DMF氣體從塔頂出來后經過引風機切向進入噴淋塔。氣體在噴淋塔內旋轉上升,與自上而下的吸收溶劑水霧接觸發生吸收作用,由于水對DMF的吸收作用非常強,因此在該塔中基本能完全除去廢氣中的DMF成分。從噴淋塔底出來的吸收了DMF的水溶液經過泵進入廠方原有的DMF常壓蒸發系統進行DMF和水的蒸發分離。為了減少廢氣中的含水率,應在噴淋塔頂部加裝特殊設計的旋轉除霧板,防止風機帶水,影響系統的正常運行。從噴淋塔頂部出來的廢氣經過引風機后通過排氣筒排入大氣。從填料塔底出來的吸收了甲苯、丁酮的DMF溶液在泵送作用下先進入。

            DMF-Air換熱器與廢氣熱交換進行預升溫。之后,含溶質的DMF溶液進入DMF換熱器,蒸汽作為加熱源,在這里DMF溶液被加熱到100℃。DMF經加熱后進入真空蒸發器,在真空蒸發器中,由于甲苯和丁酮的沸點比DMF低,丁酮和甲苯先從溶液中蒸餾出來進入甲苯丁酮冷凝器,在甲苯丁酮冷凝器中冷凝后,甲苯和丁酮進入溶劑接受槽,甲苯、丁酮液體從溶劑接受槽底部進入回收有機溶劑罐進行回收,然后再次應用生產。從真空蒸發器中出來的DMF溶液由DMF泵送至DMF冷卻器,在DMF冷卻器中和冷卻水進行熱交換從而降溫至300℃,再循環回填料塔作為溶劑使用。整個管路的真空度由后續的真空泵提供真空度。在整個循環過程中,由于霧沫夾帶等原因,DMF溶液會有少量的損耗,因此,應當定期補充適量DMF溶液。

            5結論

            本文對合成革廢氣的來源及環境問題進行分析,對合成革廢氣的治理技術進行了討論,在綠色設計概念的基礎上,建立了綠色設計概念和吸收法合成革廢氣處理工藝流程,并對流程進行了詳細分析和介紹,可供類似工程借鑒。

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