CN103668489B - 干法纺丝有机溶剂回收与氮气循环使用工艺及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明干法纺丝有机溶剂回收与氮气循环使用工艺及其装置，在纺丝甬道上从上到下分别设有高氮浓度、高温气体的进口；含有机溶剂气体的排放口；高氮浓度、次高温气体的进气口；冷却空气的排气口，气体处理回路I回收从排放口排出的气体中的大部分溶剂，并将经过转轮吸附处理后的气体连同补充氮气从进口送回纺丝甬，气体处理回路II进一步回收有机溶剂，并将经过处理后的气体从进气口送回纺丝甬。本发明气体中除二甲胺、甲醛、乙酸、甲醇等分解产物外的所有有机溶剂被冷凝回收，经过处理的气体有机溶剂含量可以达到洁净的程度，同时实现了氮气的循环使用。本发明中转轮再生需要的热量全部来源于纺丝产生的余热，能源消耗低，操作安全性大幅度提高。

Description

干法纺丝有机溶剂回收与氮气循环使用工艺及其装置

技术领域

本发明涉及纺丝处理设备，具体是干法纺丝有机溶剂回收与氮气循环使用工艺及其装置。

背景技术

化学纤维已经广泛应用于人们的生产与生活，例如，聚丙烯腈纤主要用作毛线、针织物（纯纺或与羊毛混纺）和机织物，特别适用于作室内装饰布，如窗帘；而氨纶丝也广泛应用于包覆、棉包和针织上；最近开发出来的聚酰亚胺纤维由于其独特的耐温度性能已经广泛用于制造高温空气过滤器等。

干法纺丝是常用的制造化学纤维的方法，干纺时从喷丝头毛细孔中压出的纺丝液细流进入纺丝甬道中。通过甬道中高温气流的作用,使原液细流中的溶剂快速挥发,挥发出来的溶剂蒸汽被热气体流带走。原液在逐渐脱去溶剂的同时发生固化，并在卷绕张力的作用下伸长变细而形成初生纤维。

传统的纺丝甬结构原理图参见图1。

纺丝甬底部是出丝口，所以必须是开放的，为了防止在丝束流出的过程中有机溶剂从出丝口逃逸到生产车间，出丝口必须是负压状态，以保证车间中的空气从纺丝甬底部进入纺丝甬。

另外，纺丝甬在纺丝过程中都处于高温状态，而纺丝使用的有机溶剂是容易燃烧与爆炸的物质，随纺丝液细流进入纺丝甬道中的溶剂在高温条件下蒸发成气态后如果遇到一定浓度的氧气会出现爆炸。所以在纺丝过程中不断向纺丝甬中补充氮气，以保证纺丝甬中氧气浓度低于11.5%。

回收纺丝过程使用的有机溶剂以及降低纺丝过程中氮气消耗是化学纺丝业共同关注的技术难题。

另外，传统结构的纺丝甬普遍存在从底部是出丝口流出液态溶剂的现象，本发明的发明人认为出现此现象的原因是由于从底部流进纺丝甬道的冷空气与纺丝甬含溶剂的气体混合后，溶剂冷凝造成，避免从底部出丝口流出液态溶剂现象的解决方法就是避免在纺丝甬底部出现冷热气体混合的现象。

在纺丝甬到产生的气体中的有机溶剂除二甲基乙酰胺（DAMc）或者二甲基甲酰胺（DMF）外，还有它们在高温条件下产生的副产物或者溶剂原料中残存的二甲胺、甲醛、乙酸、甲醇等低沸点有机溶剂。

传统处理纺丝甬方法不是氮气不能够循环利用，就是很难回收废气中的二甲胺、甲醛、乙酸、甲醇等低沸点有机溶剂或者存在向外界排放含高浓度氮气的现象。

发明内容

本发明的目的在于针对上述存在的问题和不足，提供一种利用分子筛浓缩转轮处理纺丝甬废气的方法，不但回收了除二甲胺、甲醛、乙酸、甲醇等分解产物外的所有有机溶剂，同时实现了氮气的循环使用。

本发明的上述目的是通过以下技术方案予以实现：

干法纺丝有机溶剂回收与氮气循环使用工艺，在纺丝甬道外设有纺丝甬气体处理系统，在纺丝甬道上从上到下分别设有高氮浓度、高温气体的进口；含有机溶剂气体的排放口；高氮浓度、次高温气体的进气口；冷却空气的排气口，纺丝甬气体处理系统包括气体处理回路I与气体处理回路II，气体处理回路I回收从排放口排出的气体中的大部分溶剂，并将经过转轮吸附处理后的气体连同补充氮气一起加热到需要的温度后从进口送回纺丝甬，气体处理回路II进一步分离回收有机溶剂，并将经过转轮吸附处理后的气体从进气口送回纺丝甬；通过管路的设计利用自身的能量完成转轮的冷却及再生处理。

气体处理回路I包括换热器、前级转轮、加热器，从排放口排出的气体中大部分DMAc或者DMF经换热器后冷凝回收，该股气流经前级转轮处理区后变成洁净气体连同补充氮气一起加热到需要的温度后从进口送回纺丝甬，一支路连通换热器与转轮冷却区，利用自生能源冷却前级转轮，另一支路将洁净气体部分分流，连通前级转轮再生区后接入气体处理回路II作进一步分离处理。

气体处理回路II包括冷却器、后级转轮、后级加热器，从气体处理回路I排出的气体经冷却器进一步回收DMAc或者DMF，该股气流经后级转轮处理区后经后级加热器加热从进气口送回纺丝甬，利用大气连接后级转轮冷却区、换热器冷气进出口、后级转轮再生区、冷却器后送往废气处理装置。

干法纺丝有机溶剂回收与氮气循环使用装置，气体处理回路I包括一级换热器、二级换热器、冷却水换热器、冷冻水换热器、前级转轮、加热器及风机，从排放口排出的气体依序连接一级换热器热气进出口、二级换热器热气进出口、冷却水换热器、冷冻水换热器、前级转轮处理区、二级换热器冷气进出口后同氮气一起经加热器加热后从进口送回纺丝甬，一支路连通从冷冻水换热器排气口、前级转轮冷却区到冷却水换热器进气口，另一支路依序连通二级换热器冷气出口、前级转轮再生区后接入气体处理回路II。

气体处理回路II包括冷却水冷却器、冷冻水冷却器、后级转轮、后级加热器及风机，从气体处理回路I排出的气体依序连接一级冷却水冷却器、一级冷冻水冷却器、后级转轮处理区后经后级加热器加热从进气口送回纺丝甬，一管路连通大气后依序连接后级转轮冷却区、一级换热器冷气进出口、后级转轮再生区、二级冷却水冷却器、二级冷冻水冷却器（14）后送往废气处理装置，每支管路接有风机。

转轮为圆盘状分子筛浓缩转轮，分子筛被制造成蜂窝状，转轮由隔板分割成转轮处理区、转轮再生区和转轮冷却区三个区域并分别形成气体流通通道，隔板不动，转轮在电机的带动下旋转，转轮上的吸附材料始终在转轮处理区，转轮再生区，转轮冷却区中交替轮换。

当含有机溶剂的气体从转轮处理区流过的时候，气体中的有机溶剂被转轮上的吸附材料吸附，气体变成洁净气体；当温度大约180℃左右的热气体从转轮再生区流过的时候，吸附在转轮上的有机溶剂会从吸附材料上脱附出来，被热气体带走；当低温气体从转轮冷却区流过的时候，转轮冷却区被冷却，转轮冷却区恢复吸附能力。

本发明通过上述的结构设计，具有如下优点：

1、从转轮再生区出来的气体中有机溶剂的浓度可以是进入转轮处理区气体中有机溶剂浓度的3-30倍，而当再生气体中有机溶剂浓度达到一定值后通过冷却与冷冻的方法，气体中的有机溶剂就会被冷凝回收，回收了除二甲胺、甲醛、乙酸、甲醇等分解产物外的所有有机溶剂。

2、经过转轮处理区的气体中有机溶剂含量可以达到洁净的程度，同时实现了氮气的循环使用。

3、本发明主要的能源消耗是分子筛转轮的再生消耗的能源，由于本发明中分子筛转轮再生需要的热量全部来源于纺丝产生的余热，能源消耗低。

4、本发明中，从纺丝甬道底部进入纺丝甬的空气被从c点进入纺丝甬的气流阻挡，气体处理回路I中氧气含量低，纺丝操作安全性大幅度提高。

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

附图说明

图1为传统的纺丝甬结构原理图；

图2为本发明的一种结构示意图；

图3为本发明转轮的结构原理图。

具体实施方式

如图2所示，本发明干法纺丝有机溶剂回收与氮气循环使用工艺及其装置，a是高氮浓度、高温气体的进口；b是含有机溶剂气体的排放口；c是高氮浓度、次高温气体的进气口；d是冷却空气的排气口，d点安装了一个排风风机，其功能是利用车间空气冷却丝束，从d点排出的气体中大部分是从纺丝甬底部进入的空气，少量是从c点进入纺丝甬的含氮气的气体，从d点排出的空气中不含任何有机溶剂；另外，从纺丝甬底部进入的空气没有进入纺丝甬的气体处理系统。因此，本发明中没有出现因为从纺丝甬底部进入的空气而造成纺丝甬的气体氧气含量增加的现象。

含有机溶剂气体的排放口b经纺丝甬气体处理系统分别与高氮浓度、高温气体的进口a、高氮浓度、次高温气体的进气口c相连。

具体为，纺丝甬气体处理系统包括气体处理回路I与气体处理回路II，气体处理回路I回收从排放口b排出的气体中的大部分溶剂，并将经过转轮吸附处理后的气体连同氮气一起从进口a送回纺丝甬，气体处理回路II进一步分离回收有机溶剂，并将经过转轮吸附处理后的气体从进气口c送回纺丝甬；

如图3所示，转轮1-1为圆盘状分子筛浓缩转轮，分子筛被制造成蜂窝状，转轮1-1由隔板1-2分割成转轮处理区1-6、转轮再生区1-7和转轮冷却区1-5三个区域并分别形成气体流通通道，隔板1-2不动，转轮1-1在电机1-8的带动下旋转，转轮1-1上的吸附材料始终在转轮处理区1-6，转轮再生区1-7，转轮冷却区1-5中交替轮换。

如图2所示，气体处理回路I包括一级换热器15、二级换热器1、冷却水换热器2、冷冻水换热器3、前级转轮4、加热器12及风机5、6、7，从排放口b排出的气体依序连接一级换热器15热气进出口、二级换热器1热气进出口、冷却水换热器2、冷冻水换热器3、前级转轮4处理区、风机5、二级换热器1冷气进出口后同氮气一起经加热器12加热到需要的温度后从进口a送回纺丝甬；从b点排出的气体经过冷却水换热器2与冷冻水换热器3后大部分DMAc或者DMF冷凝回收，该股气流经前级转轮4处理区后排出洁净气体，补充氮气的功能是保证纺丝甬中a点到b点的纺丝甬空间处于微正压状态，防止大气中氧气进入a点到b点的纺丝甬空间。

一支路连通从冷冻水换热器3排气口、前级转轮4冷却区、风机6到冷却水换热器2进气口，利用自生能源冷却前级转轮。

另一支路依序连通二级换热器1冷气出口、前级转轮4再生区、风机7后接入气体处理回路II作进一步进行分离处理，该股气流中含DMAc或者DMF和小量的二甲胺、甲醛、乙酸、甲醇等分解产物。

气体处理回路II包括冷却水冷却器11、17、冷冻水冷却器10、14、后级转轮9、后级加热器8及风机12、13，从气体处理回路I排出的气体依序连接一级冷却水冷却器11、一级冷冻水冷却器10、后级转轮9处理区、风机13后经后级加热器8加热从进气口c送回纺丝甬，大部分DMAc或者DMF经过一级冷却水冷却器11、一级冷冻水冷却器10后冷凝回收。

一管路连通大气后依序连接后级转轮9冷却区、一级换热器15冷气进出口、后级转轮9再生区、风机12、二级冷却水冷却器17、二级冷冻水冷却器14进一步回收DMAc或者DMF后送往废气处理装置。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.干法纺丝有机溶剂回收与氮气循环使用工艺，其特征在于：在纺丝甬道外设有纺丝甬气体处理系统，在纺丝甬道上从上到下分别设有高氮浓度、高温气体的进口（a）；含有机溶剂气体的排放口（b）；高氮浓度、次高温气体的进气口（c）；冷却空气的排气口（d），纺丝甬气体处理系统包括气体处理回路I与气体处理回路II，气体处理回路I回收从排放口（b）排出的气体中的大部分溶剂，并将经过转轮吸附处理后的气体连同补充氮气一起加热到需要的温度后从进口（a）送回纺丝甬，气体处理回路II进一步分离回收有机溶剂，并将经过转轮吸附处理后的气体从进气口（c）送回纺丝甬；通过管路的设计利用自身的能量完成转轮的冷却及再生处理。

2.根据权利要求1所述的使用工艺，其特征在于:气体处理回路I包括换热器、前级转轮、加热器，从排放口（b）排出的气体中大部分DMAc或者DMF经换热器后冷凝回收，该股气流经前级转轮处理区后变成洁净气体连同补充氮气一起加热到需要的温度后从进口（a）送回纺丝甬，一支路连通换热器与转轮冷却区，利用自生能源冷却前级转轮，另一支路将洁净气体部分分流，连通前级转轮再生区后接入气体处理回路II作进一步分离处理。

3.根据权利要求2所述的使用工艺，其特征在于:气体处理回路II包括冷却器、后级转轮、后级加热器，从气体处理回路I排出的气体经冷却器进一步回收DMAc或者DMF，该股气流经后级转轮处理区后经后级加热器加热从进气口（c）送回纺丝甬，利用大气连接后级转轮冷却区、换热器冷气进出口、后级转轮再生区、冷却器后送往废气处理装置。

4.干法纺丝有机溶剂回收与氮气循环使用装置，其特征在于:气体处理回路I包括一级换热器（15）、二级换热器（1）、冷却水换热器（2）、冷冻水换热器（3）、前级转轮（4）、加热器（12）及风机，从排放口（b）排出的气体依序连接一级换热器（15）热气进出口、二级换热器（1）热气进出口、冷却水换热器（2）、冷冻水换热器（3）、前级转轮（4）处理区、二级换热器（1）冷气进出口后同氮气一起经加热器（12）加热后从进口（a）送回纺丝甬，一支路连通从冷冻水换热器（3）排气口、前级转轮（4）冷却区到冷却水换热器（2）进气口，另一支路依序连通二级换热器（1）冷气出口、前级转轮（4）再生区后接入气体处理回路II，每支管路接有风机。

5.根据权利要求4所述的使用装置，其特征在于:气体处理回路II包括冷却水冷却器（11、17）、冷冻水冷却器（10、14）、后级转轮（9）、后级加热器（8）及风机，从所述气体处理回路I排出的气体依序连接一级冷却水冷却器（11）、一级冷冻水冷却器（10）、后级转轮（9）处理区后经后级加热器（8）加热从进气口（c）送回纺丝甬，一管路连通大气后依序连接后级转轮（9）冷却区、一级换热器（15）冷气进出口、后级转轮（9）再生区、二级冷却水冷却器（17）、二级冷冻水冷却器（14）后送往废气处理装置，所述每支管路接有风机。