CN103980143A - 一种蒸馏回收二甲基甲酰胺精馏残液的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种二甲基甲酰胺残液的蒸馏回收方法，包括：使二甲基甲酰胺精馏残液进入干燥机，控制干燥机内压强为40-60kPa，温度为180-200℃，蒸馏后的残液一部分返回干燥机内，与新进入干燥机的二甲基甲酰胺精馏残液混合，控制混合残液的固含量为25-35wt％；干燥机的排气口排出的气相物质依次进行冷凝、气液分离，获得二甲基甲酰胺产品。还发明公开了一种蒸馏回收二甲基甲酰胺残液的系统。本发明方法能够有效回收二甲基甲酰胺精馏残液中的二甲基甲酰胺，同时实现该危险废物的无害化处理，且生产过程中二甲基甲酰胺不发生裂解，设备结焦现象少，系统运行安全稳定，生产效率高。

Description

一种蒸馏回收二甲基甲酰胺精馏残液的方法和系统

技术领域

本发明涉及一种蒸馏回收二甲基甲酰胺精馏残液的方法和系统。

背景技术

在湿法制造聚氨酯(poly urethane，简称PU)合成革时，需要用二甲基甲酰胺(简称DMF)作为溶剂溶解聚氨酯树脂形成浆料，所得浆料浸渍和涂饰于基布的表面，再用水洗涤除去二甲基甲酰胺，从而产生了含二甲基甲酰胺的废水。为了避免含二甲基甲酰胺的废水对环境造成污染，需要对该废水中的二甲基甲酰胺进行回收。

上述含二甲基甲酰胺的废水通过蒸馏回收系统对二甲基甲酰胺进行回收，首先经过脱水塔除去部分水，再进入精馏塔提纯二甲基甲酰胺，精馏塔塔顶排出初步提纯后的含二甲基甲酰胺的液体，塔底则排出精馏残液。塔顶排出的液体中溶有少量二甲胺、甲酸、甲烷等其他成分，经过后续脱酸、脱胺等设备进行处理，分离得到较高纯度的二甲基甲酰胺，实现二甲基甲酰胺的回收利用；而精馏塔塔底排出的精馏残液的组成则较为复杂，不同合成革生产厂家产生的精馏残液中所含成分各不相同，但一般来说，该二甲基甲酰胺精馏残液中水含量通常在30-50％，仍然含有大约15-25％的二甲基甲酰胺，还含有一定量的皮屑、树脂、填充物(木质纤维素、碳酸钙等)等固态废物，一般呈黑色热浓稠液体状，冷却后迅速凝固，状如沥青。二甲基甲酰胺精馏残液属于重污染废物，在国家49类危险废物目录中名列HW11。在现今合成革行业中，对蒸馏残渣的处置问题尚无良好对策，部分企业将二甲基甲酰胺精馏残渣作为辅助燃料掺入锅炉焚烧，但效果不理想，一是燃烧产生有毒气体对环境造成污染，二是燃烧后的残留物对锅炉使用寿命造成影响；也有部分企业对残液不做无害化处理直接填埋，这种做法对土壤和地下水造成更加严重的污染。

由于二甲基甲酰胺精馏残液中仍含有一定量的二甲基甲酰胺，理论上可使用蒸馏设备将其中的二甲基甲酰胺蒸馏出来，回收利用。然而，在实际操作时，蒸馏过程中残液结焦严重，导致系统需要频繁停车以清理结焦或检修设备；结焦严重者甚至出现加热体表面干烧破裂的情况，设备维护费用高，生产效率低下；另外，在蒸馏过程中，往往还会因为蒸馏条件把握不当，造成二甲基甲酰胺裂解。因此，用常规蒸馏方法对二甲基甲酰胺精馏残液中二甲基甲酰胺进行回收时，整体经济效益较差，一般没有企业实际投入运行。

鉴于以上情况，需要一种能够高效地对二甲基甲酰胺精馏残液进行无害化、减量化处理，同时充分回收其中的二甲基甲酰胺的方法和系统，以达到保护环境、变废为宝的目的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种蒸馏回收二甲基甲酰胺精馏残液的方法，该方法能够有效回收二甲基甲酰胺精馏残液中的二甲基甲酰胺，同时实现该危险废物的无害化处理，且生产过程中设备结焦现象少，二甲基甲酰胺不易裂解，系统运行安全稳定，生产效率高。

本发明的另一目的在于提供一种蒸馏回收二甲基甲酰胺精馏残液的系统。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：

一种二甲基甲酰胺精馏残液的回收方法，包括如下步骤：

(1)使二甲基甲酰胺精馏残液进入干燥机，控制干燥机内压强为40-60kPa，温度为180-200℃，挥发出的气相物质从干燥机的排气口排出；蒸馏后的残液从干燥机的出料口排出；

(2)将从干燥机的出料口排出的残液分为两部分，第一部分残液经干燥机的进料口返回干燥机内，与新进入干燥机的二甲基甲酰胺精馏残液混合，控制所得混合残液的固含量为25-35wt％，继续蒸馏；第二部分残液进入残液罐；

(3)将所述干燥机的排气口排出的气相物质依次进行冷凝、气液分离，获得二甲基甲酰胺产品。

本发明方法通过严格控制干燥机内的压强和温度，可使二甲基甲酰胺精馏残液中的二甲基甲酰胺被充分蒸馏出来，二甲基甲酰胺的提取率高，可达到95wt％以上，同时在该条件下，二甲基甲酰胺不会发生裂解。

干燥机蒸馏过程中，残液结焦现象严重。发明人研究发现，这是由于残液在干燥机的死角积存，造成干燥机内局部过热或升温过高导致的。实际操作中，干燥机通常会设置为向出料口方向倾斜一定的角度，例如5-8度，采用这种设置方式是为了使蒸馏后的残液顺利排出，然而蒸馏过程中残液容易在重力作用下积存于出料口附近，也造成干燥机内各位置物料分布不均，受热不均，这种情况下更容易产生结焦。

本发明方法通过将干燥机出料口排出的一部分残液重新返回干燥机内，这部分残液与新的二甲基甲酰胺精馏残液混合，使每批进入干燥机的混合残液的初始固含量在25-35wt％。采用这样的初始固含量，可以在保证较高的蒸馏效率的前提下，使干燥机内残液呈适当的半流动状态，干燥机内残液受热较为均匀，并可有效避免残液积存在干燥机的出料口附近，从而使干燥机内结焦现象大大减轻。同时，通过出料返混，形成一个连续运行的操作系统，增加了产能。另外，由于从干燥机出料口排出的残液的温度较高，当这部分残液与新的二甲基甲酰胺精馏残液混合时，增加了二甲基甲酰胺精馏残液的受热面积，进一步提高了挥发效率。

由于结焦现象的减轻，系统运行过程中无需频繁地停车处理结焦或检修设备，实现了系统的连续稳定运行，进料、蒸馏、返混和出料过程系统均无需停车，显著提高了生产效率。

优选地，步骤(1)中干燥机内压强控制在50-60kPa，温度控制在180-190℃。

优选地，步骤(1)中所述蒸馏后的残液中二甲基甲酰胺的含量低于8wt％，更优选低于5wt％时，从干燥机的出料口排出。蒸馏后的残液中二甲基甲酰胺的含量在上述范围时，进行填埋或焚烧处理后对环境造成危害较小。所述蒸馏后的残液中二甲基甲酰胺的含量可通过人工定期取样进行检测，也可采用在线检测方式。在本发明优选的实施方式中，运行时可根据来料成分，采用以在线检测方式为主，人工定期取样检测为辅的操作方法。

优选地，步骤(1)所述二甲基甲酰胺精馏残液进入所述干燥机之前经过预热，优选预热至60-90℃，使其粘度降低，具有良好的流动性。

优选地，步骤(1)所述二甲基甲酰胺精馏残液进入干燥机之前还进行过滤操作，以除去体积较大的固体杂质。

优选地，所述冷凝操作的冷凝温度为25-35℃，采用该温度有助于二甲基甲酰胺精馏挥发分的凝结，提高凝结回收效率。

为了保证系统初次运行时干燥机内不结焦，优选地，二甲基甲酰胺精馏残液初次进入干燥机的进料量仅为干燥机满负荷量的60-80％，再通过后续的出料返混操作，避免干燥机内残液结焦。

本发明还提供一种蒸馏回收二甲基甲酰胺精馏残液的系统，包括：

干燥机，用于将二甲基甲酰胺精馏残液进行蒸馏，挥发出的气相物质从干燥机的排气口排出，蒸馏后的残液从干燥机出料口排出，并分为两部分；

残液泵，用于将干燥机出料口排出的第一部分残液循环回干燥机内；

残液罐，用于承接干燥机出料口排出的第二部分残液；

冷凝器，用于将所述干燥机排气口排出的气相物质进行冷凝；

气液分离装置，用于将冷凝器出料口排出的物质进行气液分离，其中气相从气液分离装置上部的排气口排出，液相物质从气液分离装置下部的出料口排出；

成品罐，用于承接所述气相分离设备的出料口排出的液相物质；

负压提供装置，所述负压提供装置与所述气液分离装置的排气口连接，用于为干燥机提供负压。

优选地，所述干燥机设有加热装置和搅拌装置。所述加热装置例如可采用加热夹套，通过控制向加热夹套内通入的蒸汽的温度和/或流量来控制干燥机内温度。所述搅拌装置可以为桨叶式或耙式搅拌机。

优选地，所述干燥机内的搅拌装置为桨叶式搅拌机，包括搅拌轴和焊接在所述搅拌轴上的桨叶。更优选地，所述搅拌轴和桨叶均为中空结构且空腔相互连通，空腔内可充入蒸汽，从而在对二甲基甲酰胺精馏残液进行搅拌的同时还对其进行加热，增大传热面积，提高二甲基甲酰胺的挥发效率。

所述负压提供装置可以为本领域常规的真空泵，优选为水环真空泵。由于从冷凝器进入气液分离装置的气体中通常含有少量未凝结的二甲基甲酰胺气体，该气体通过所述气液分离装置的排气口进入水环真空泵，溶于水环真空泵内的循环水中，形成二甲基甲酰胺稀溶液，从而使排出的气体中不含二甲基甲酰胺，杜绝二次污染。

优选地，所述残液泵可采用螺杆泵或齿轮泵。

所述冷凝器可选择列管式、盘管式、管壳式、水箱式等，优选列管式冷凝器。

所述气液分离装置可采用重力沉降气液分离器、填料分离器等，优选重力沉降气液分离器。

优选地，所述系统还包括二甲基甲酰胺检测装置，用于检测干燥机出料口处残液中二甲基甲酰胺的含量。

优选地，所述系统还包括：

储罐，用于储存并加热所述二甲基甲酰胺精馏残液；

过滤器，用于将来自所述储罐的二甲基甲酰胺精馏残液过滤，过滤后的残液进入干燥机；和

进料泵，用于将储罐内的二甲基甲酰胺精馏残液打入所述过滤器内。

优选地，所述储罐带有加热夹套和搅拌器。

优选地，所述进料泵采用螺杆泵或齿轮泵。

更优选地，所述系统还包括：

蒸汽发生设备，用于为所述干燥机的加热夹套和储罐的加热夹套提供用于加热的蒸汽；和

循环水冷却设备，用于为所述冷凝器提供冷却的循环水。

所述蒸汽发生设备可以为电加热式蒸汽锅炉、燃油蒸汽锅炉、导热油炉等，优选为电加热式蒸汽锅炉。

优选地，所述循环水冷却系统包括冷却循环水箱、冷却塔、冷却循环水泵，用于为冷凝器提供冷却的循环水，其中冷却循环水箱的出水口与所述冷却循环水泵的入水口连接，所述冷却循环水泵的出水口与所述冷凝器的入水口连接，所述冷凝器的出水口与所述冷却塔的入水口连接，所述冷却塔的出水口与所述冷却循环水箱的入水口连接。

本发明中采用的原料——二甲基甲酰胺精馏残液，是指湿法制造聚氨酯合成革产生的含二甲基甲酰胺的废水进行脱水、精馏回收二甲基甲酰胺后，从精馏塔塔底排出的含少量二甲基甲酰胺的精馏残液。所述二甲基甲酰胺精馏残液的组成比较复杂，不同合成革厂家产生的二甲基甲酰胺精馏残液的组成也各不相同，但一般情况下，这些精馏残液中的二甲基甲酰胺含量在15-25％，水含量大约在30-50％，还含有一定量的皮屑、树脂、填充物(木质纤维素、碳酸钙等)等固态物质。

与现有技术相比，本发明通过对蒸馏方法的整体调控，有效避免了二甲基甲酰胺精馏残液在蒸馏设备中的结焦问题，节省了大量设备清理时间和人工，设备维护简单，生产效率大大提高；同时实现了对二甲基甲酰胺精馏残液这一危险废物的无害化处理和资源化利用，对其中的二甲基甲酰胺的提取率达95％以上，二甲基甲酰胺不会发生裂解，排出的废气中几乎不含二甲基甲酰胺，最终排出的残渣的干质灼减率不高于5％，可直接通过填埋、高温焚烧、干馏等途径进行处理，不会对环境造成危害，具有良好的经济效益和环境效益。

附图说明

图1为实施例1的蒸馏回收二甲基甲酰胺精馏残液的示意图。

具体实施方式

以下结合附图，通过实施例的方式对本发明的具体实施方式做示例性说明，但本发明并不因此受到任何限制。在不偏离本发明的构思和限定的范围的情况下，本发明可以有其他的变形。

实施例1中处理的二甲基甲酰胺精馏残液为湿法制造聚氨酯合成革生产中产生的，其中二甲基甲酰胺含量约22wt％，水含量大约为47wt％，还含有一定量的皮屑、树脂、填充物等固相物质。

实施例1

图1为蒸馏回收二甲基甲酰胺精馏残液的示意图。如图1所示，二甲基甲酰胺精馏残液进入带有加热夹套和搅拌器的储罐1，在储罐内被搅拌并加热至约70℃，使其具有良好的流动性，经进料泵21打入过滤器3，滤除其中的固相物质，在重力作用下经干燥机4的第一进料口41进入干燥机4中进行蒸馏。干燥机4设有加热夹套和搅拌器(未示出)，对二甲基甲酰胺精馏残液进行加热、搅拌，挥发出的气相物质从干燥机4上部的排气口44排出，蒸馏后的残液经干燥机的出料口43排出。

从干燥机4的排气口44排出的气相物质经过冷凝器6进行冷凝后，进入气液分离器7内，气液分离器7的排气口71与水环真空泵8连接，水环真空泵8为整个系统提供负压。气液分离器7内分离所得气相物质从气液分离器7的排气口71排出，该气相物质中含有的少量未凝结的二甲基甲酰胺气体，该气体可直接溶于水环真空泵8内的循环水中，形成二甲基甲酰胺稀溶液，从而使排出的气体中不含二甲基甲酰胺，杜绝二次污染。气液分离器7内分离所得液相物质从气液分离器7的出料口72排出，经泵23打入成品罐9中，获得二甲基甲酰胺产品。

本实施例中，由循环水冷却系统61为冷凝器6提供冷却的循环水。循环水冷却系统61包括冷却循环水箱、冷却塔和冷却循环水泵(均未示出)，冷却循环水箱的出水口与冷却循环水泵的入水口连接，冷却循环水泵的出水口与冷凝器6的入水口连接，冷凝器6的出水口与冷却塔的入水口连接，冷却塔的出水口与冷却循环水箱的入水口连接。循环水在冷凝器6换热升温后进入冷却塔进行降温，降温后的循环水进入冷却循环水箱储存，再经冷却循环水泵打入冷凝器6，再次与来自干燥机4的排气口44的气相物质实现间接换热。

蒸馏过程中，利用水环真空泵8将干燥机4内的压力控制在40-60kPa，通过控制通入干燥机内加热夹套内的蒸汽的温度和/或流率将干燥机4内的温度控制在180-200℃，在该条件下，可使残液中二甲基甲酰胺的提取率达到95％以上，同时避免二甲基甲酰胺发生裂解。通过二甲基甲酰胺检测设备(未示出)在线检测干燥机4出料口43处的残液中二甲基甲酰胺的含量，当含量低于5wt％时，将残液从干燥机4的出料口43排出，其中一部分排入残液罐5，另一部分通过残液泵22的泵送作用、从干燥机4的第二进料口42返回干燥机4内，与来自储罐1的新的二甲基甲酰胺精馏残液混合，控制干燥机4内残液的固含量在25-35wt％，继续进行蒸馏。通过控制干燥机4内残液的初始固含量，使残液呈现合适的半流动状态，在干燥机内受热均匀，结焦现象大大减轻。由于结焦现象减轻，系统运行过程中无需频繁地停车处理结焦或检修设备，实现了系统的连续稳定运行，进料、蒸馏和出料过程系统均无需停车，显著提高了生产效率。另外，由于从干燥机4的出料口43排出的残液的温度较高，其与新的二甲基甲酰胺精馏残液混合时起到了增加加热面积的作用，进一步提高了挥发效率。

干燥机4内的搅拌机包括搅拌轴和焊接在搅拌轴上的桨叶，搅拌轴和桨叶均为中空结构且空腔相互连通，蒸馏时向该空腔内通入高温蒸汽，从而实现对二甲基甲酰胺精馏残液进行搅拌的同时进行加热，增大传热面积，使二甲基甲酰胺的挥发效率进一步提高。

本实施例中，干燥机4的加热夹套和储罐1的加热夹套均由电加热式蒸汽锅炉(未示出)提供蒸汽。

Claims (10)

1.一种蒸馏回收二甲基甲酰胺精馏残液的方法，包括如下步骤：

(1)使二甲基甲酰胺精馏残液进入干燥机，控制干燥机内压强为40-60kPa，温度为180-200℃，挥发出的气相物质从干燥机的排气口排出；蒸馏后的残液从干燥机的出料口排出；

(2)将从干燥机的出料口排出的残液分为两部分，第一部分残液经干燥机的进料口返回干燥机内，与新进入干燥机的二甲基甲酰胺精馏残液混合，控制所得混合残液的固含量为25-35wt％，继续蒸馏；第二部分残液进入残液罐；

(3)将所述干燥机的排气口排出的气相物质依次进行冷凝、气液分离，获得二甲基甲酰胺产品。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中干燥机内压强控制在50-60kPa，温度控制在180-190℃。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述蒸馏后的残液中二甲基甲酰胺的含量低于8wt％，更优选低于5wt％时，从干燥机的出料口排出。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括将步骤(1)所述二甲基甲酰胺精馏残液进入干燥机之前预热至60-90℃的步骤。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括将步骤(1)所述二甲基甲酰胺精馏残液进入干燥机之前进行过滤的步骤。

6.一种蒸馏回收二甲基甲酰胺精馏残液的系统，包括：

干燥机，用于将二甲基甲酰胺精馏残液进行蒸馏，挥发出的气相物质从干燥机的排气口排出，蒸馏后的残液从干燥机出料口排出，并分为两部分；

残液泵，用于将干燥机出料口排出的第一部分残液循环回干燥机内；

残液罐，用于承接干燥机出料口排出的第二部分残液；

冷凝器，用于将所述干燥机排气口排出的气相物质进行冷凝；

气液分离装置，用于将冷凝器出料口排出的物质进行气液分离，其中气相从气液分离装置上部的排气口排出，液相物质从气液分离装置下部的出料口排出；

成品罐，用于承接所述气相分离设备的出料口排出的液相物质；

负压提供装置，所述负压提供装置与所述气液分离装置的排气口连接，用于为干燥机提供负压。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述系统还包括二甲基甲酰胺检测装置，所述检测装置用于检测干燥机出料口处残液中二甲基甲酰胺的含量。

8.根据权利要求6或7所述的系统，其特征在于，所述干燥机设有加热夹套和搅拌装置，所述搅拌装置包括搅拌轴和焊接在搅拌轴上的桨叶，所述搅拌轴和桨叶均为中空结构且空腔互相连通；所述负压提供装置为水环真空泵。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

储罐，所述储罐带有加热夹套和搅拌器，用于储存并加热所述二甲基甲酰胺精馏残液；

过滤器，用于将来自所述储罐的二甲基甲酰胺精馏残液过滤，过滤后的残液进入干燥机；和

进料泵，用于将储罐内的二甲基甲酰胺精馏残液打入所述过滤器内。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

蒸汽发生设备，用于为所述干燥机的加热夹套和储罐的加热夹套提供用于加热的蒸汽；和

循环水冷却设备，用于为所述冷凝器提供冷却的循环水。