CN106823442A - 一种全氟辛酸的回收方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种全氟辛酸的回收系统，其特征在于，包括回收器和连接于回收器底端的储存罐；所述回收器包括外壳，所述外壳的底部设置有尾气入口，所述外壳的顶部设置有尾气出口；所述外壳内包括冷却区和凝结区，所述冷却区设置于外壳内靠近尾气入口的一侧，所述冷却区内设置有换热管，所述换热管的外侧壁上设置有多个环形翅片；所述凝结区设置于外壳内靠近尾气出口的一侧，所述凝结区内填充有丝网。该回收系统结构简单，回收效率高。
Description
技术领域
本发明涉及化工废气处理技术领域，尤其涉及一种全氟辛酸的回收方法和系统。
背景技术
聚四氟乙烯分散树脂的制备一般包括聚合反应、凝聚、洗涤、干燥等几个工序。全氟辛酸铵作为含氟分散聚合过程中不可替代和缺少的表面活性剂而大量使用。由于这部分表面活性剂吸附能力很强，大部分会吸附在凝聚后的树脂上，在干燥过程中又因干燥温度高于其沸点而蒸发出来。常见的含氟聚合物的干燥方式主要有热风循环干燥，热风循环烘箱将空气经过过滤、加热后送至烘箱内部，将树脂中的水份、表面活性剂夹带出来以达到干燥产品的目的，其中约有50％全氟辛酸或其铵盐以气态形式从烘箱尾气中损耗。
这部分表面活性剂不但价格昂贵，而且对周围的环境有一定的危害。为了防止大气的污染和经济的原因，有必要回收烘箱尾气中的全氟辛酸等表面活性剂。现有技术中，回收这部分表面活性剂的方法主要是对含全氟辛酸的水溶酸化，然后分层，取有机层蒸馏分离得到全氟辛酸。这种方法产生大量废液，而且没有考虑对尾气的热量的回收利用。还有的技术是通过鼓泡式吸收全氟辛酸铵，这种方法步骤复杂，处理量大，回收效率低，成本较高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种全氟辛酸铵回收的系统和方法，简化回收工艺，提高回收效率，降低回收成本。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种全氟辛酸的回收系统，包括回收器和连接于回收器底端的储存罐；所述回收器包括外壳，所述外壳的底部设置有尾气入口，所述外壳的顶部设置有尾气出口；所述外壳内包括冷却区和凝结区，所述冷却区设置于外壳内靠近尾气入口的一侧，所述冷却区内设置有换热管，所述换热管的外侧壁上设置有多个环形翅片；所述凝结区设置于外壳内靠近尾气出口的一侧，所述凝结区内填充有丝网。
另外，还提供一种全氟辛酸回收方法，包括以下步骤：
S1、将聚四氟乙烯分散树脂生产烘干尾气通入所述回收器中，同时在回收器的换热管内通入冷水，将尾气冷却至30℃以下，使尾气中的全氟辛酸铵和全氟辛酸冷却凝华或凝固，并附着于丝网和环形翅片上；
S2、当回收器的进出口压差(第一气压表-第二气压表)增至初始压差的1.5倍时，停止向回收器通尾气，并在回收器的换热管和夹套内通入高温蒸汽，将凝固的全氟辛酸铵和全氟辛酸熔化至液态；
S3、使液态的全氟辛酸铵和全氟辛酸流入回收器底部的储存罐。
本发明的有益效果在于：该全氟辛酸回收系统结构简单，在换热管的外壁上设置多个环形翅片，能够增加尾气与换热媒介之间的换热面积，使尾气能够在冷却区快速冷却，尾气中的全氟辛酸和全氟辛酸铵能够由气态转换为液态或固态；尾气由冷却区冷却后进入凝结区，尾气中液态或固态的全氟辛酸和全氟辛酸铵可粘附于丝网上，从而与尾气中的其他成分相分离。使用该系统的回收方法工艺简单，易操作；回收效率可达达90％，且整个过程无需添加任何的化学试剂，回收的全氟辛酸铵和全氟辛酸纯度可达100％，能够直接循环使用，不用再进行酸化、分离、提纯等工序，回收所用成本较低。
附图说明
图1为本发明实施例一的全氟辛酸回收系统的结构示意图；
图2为本发明实施例一的全氟辛酸回收系统的回收器的结构示意图；
图3为本发明实施例二的全氟辛酸回收系统的回收器的结构示意图；
图4为本发明实施例三的全氟辛酸回收系统的结构示意图；
图5为本发明实施例四的全氟辛酸回收系统的结构示意图。
标号说明：
1、烘箱；2、预冷器；3、第一回收器；31、冷却区；311、第一冷却区；312、第二冷却区；32、凝结区；321、第一凝结区；322、第二凝结区；33、换热管；34、夹套；35、第一气压表；36、第二气压表；4、第一阀门开关；
5、第二回收器；6、第二阀门开关；7、排风机；8、储存罐。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
本发明最关键的构思在于:本发明在回收器内分别设置冷却区31和凝结区32，冷却区31的换热管33外设置有多个环形翅片，增大换热面积，使全氟辛酸铵和全氟辛酸能够快速冷却凝固；在凝结区32内填充有丝网，使全氟辛酸铵和全氟辛酸粘附于丝网，从而从尾气中分离出来。
请参照图1，一种全氟辛酸的回收系统，包括回收器和连接于回收器底端的储存罐8；所述回收器包括外壳，所述外壳的底部设置有尾气入口，所述外壳的顶部设置有尾气出口；所述外壳内包括冷却区31和凝结区32，所述冷却区31设置于外壳内靠近尾气入口的一侧，所述冷却区31内设置有换热管33，所述换热管33的外侧壁上设置有多个环形翅片；所述凝结区32设置于外壳内靠近尾气出口的一侧，所述凝结区32内填充有丝网。
本发明的工作原理：根据全氟辛酸铵和全氟辛酸的物理特性可知，在常温以及低温状态下，全氟辛酸铵和全氟辛酸会凝固呈固态形式；本发明将在回收器内分别设置冷却区和凝结区，冷却区的换热管外设置有多个环形翅片，增大换热面积，使高温的全氟辛酸铵和全氟辛酸能够快速冷却凝固；在凝结区内填充有丝网，使全氟辛酸铵和全氟辛酸粘附于丝网，从而从尾气中分离出来。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：该全氟辛酸回收系统结构简单，在换热管的外壁上设置多个环形翅片，能够增加尾气与换热媒介之间的换热面积，使尾气能够在冷却区快速冷却，尾气中的全氟辛酸和全氟辛酸铵能够由气态转换为液态或固态；尾气由冷却区冷却后进入凝结区，尾气中液态或固态的全氟辛酸和全氟辛酸铵可粘附于丝网上，从而与尾气中的其他成分相分离。使用该系统的回收方法工艺简单，易操作；回收效率可达达90％，且整个过程无需添加任何的化学试剂，回收的全氟辛酸铵和全氟辛酸纯度可达100％，能够直接循环使用，不用再进行酸化、分离、提纯等工序，回收所用成本较低。
进一步的，所述凝结区32的外部套设有夹套34。
由上述描述可知，回收器内收集到一定量的全氟辛酸铵和全氟辛酸后，可在夹套内通热水或者高温蒸汽，使固态的全氟辛酸铵和全氟辛酸熔化成液态，便于回收到储存罐内。
进一步的，所述冷却区31包括第一冷却区311和第二冷却区312，所述凝结区32包括第一凝结区321和第二凝结区322，所述第一冷却区311、第一凝结区321、第二冷却区312、第二凝结区322由下往上依次设置。
由上述描述可知，尾气在回收器内可经过两次冷却和凝结，如此可充分回收尾气中的全氟辛酸铵和全氟辛酸，使尾气中的全氟辛酸铵和全氟辛酸尽可能多的凝固于回收器内，提高回收器的回收效率。
进一步的，所述外壳的底部设置有第一气压表35，所述外壳的顶部设置有第二气压表36。
由上述描述可知，回收器内凝结一定量的全氟辛酸铵和全氟辛酸后，会影响后续的冷却效果，需要停止尾气输送，将回收器内固态的全氟辛酸铵和全氟辛酸熔化回收至储存罐，再重新进行冷却凝固。操作者可通过观察第一气压表和第二气压表的压差，来判断回收器内已收集的全氟辛酸铵和全氟辛酸的量，从而适时的停止尾气输送。
进一步的，还包括预冷器2，所述预冷器2设置于待回收尾气的烘箱1的出口端和回收器之间；所述预冷器2为空气换热器，空气换热器的空气出口端连接于所述烘箱1的入口端。
由上述描述可知，在空气换热器中进行预冷，使用空气和烘箱尾气进行热量交换而形成热风，一方面可使尾气初步降温，另一方面可回收尾气中的部分热量，将交换所得的热风再用于烘箱干燥过程，可实现热量循环利用，节省能源。
进一步的，所述回收器的数目为两台，且两台的回收器的尾气入口端均与烘箱1的出口端连接，两台的回收器的尾气入口端与烘箱1的出口端之间均设置有阀门开关。
由上述描述可知，两台回收器交替切换使用，一台回收器收集到一定量的全氟辛酸铵和全氟辛酸后，需要停止向其输送尾气，并将其内部凝固的全氟辛酸铵和全氟辛酸熔化成液态，使全氟辛酸铵和全氟辛酸流出回收器，进行收集储存；在该回收器进行熔化和回收时，可开启另一台回收器，接替其进行凝固过程，可保证全氟辛酸回收的连续性，提高回收效率。
另外，还提供一种全氟辛酸回收的回收方法，包括以下步骤：
S1、将聚四氟乙烯分散树脂生产烘干尾气通入所述回收器中，同时在回收器的换热管33内通入冷水，将尾气冷却至30℃以下，使尾气中的全氟辛酸铵和全氟辛酸冷却凝固，并附着于丝网和环形翅片上；
S2、当回收器的进出口压差(第一气压表35-第二气压表36)增至初始压差的1.5倍时，在回收器的换热管33和夹套34内通入高温蒸汽，将凝固的全氟辛酸铵和全氟辛酸熔化至液态；
S3、使液态的全氟辛酸铵和全氟辛酸流入回收器底部的储存罐8。
进一步的，步骤S1之前还包括步骤S0：将待回收的烘箱尾气在预冷器2中预冷至70-150℃。
由上述描述可知，烘箱尾气的温度一般在200～250℃左右，先对烘箱尾气进行预冷，有助于步骤S1的快速冷却至低温，使尾气中的全氟辛酸铵和全氟辛酸更多地凝华或凝固。
进一步的，当一台回收器进行步骤S2时，关闭该回收器与烘箱1之间的阀门开关，并打开另一台回收器与烘箱1之间的阀门开关，将步骤S0预冷后的尾气接通至另一台回收器中同时进行步骤S1。
进一步的，进行步骤S1时，所述回收器的换热管33内通-10～-5℃的盐水；进行步骤S2时，所述回收器的换热管33和夹套34内通0.1-0.8MPa的蒸汽。
由上述描述可知，步骤S1和S2在同一个设备内进行，只需改变回收器换热管以及夹套内的换热媒介即可。
实施例一
请参考图1，本发明的实施例一为：一种全氟辛酸的回收系统，包括第一回收器3、储存罐8、预冷器2、排风机7，所述储存罐8连接于所述第一回收器3的底部；所述排风机7连接于待回收尾气的烘箱1的出口端和预冷器2的尾气入口端之间；所述预冷器2的尾气出口端连接于第一回收器3。在本实施例中，所述预冷器2为空气换热器，空气与烘箱尾气进行热量交换后变成热风，空气换热器的空气出口端连接于所述烘箱1的入口端，热风可用于烘箱1干燥过程。第一回收器3与预冷器2之间设置有第一阀门开关4，第一阀门开关4打开后，预冷后的尾气可进入第一回收器3中进行快速冷却。
请参考图2，所述回收器包括外壳，所述外壳的底部设置有尾气入口，所述外壳的顶部设置有尾气出口；所述外壳内包括冷却区31和凝结区32，所述冷却区31设置于外壳内靠近尾气入口的一侧，所述冷却区31内设置有换热管33，所述换热管33的外侧壁上设置有多个环形翅片；所述环形翅片的总面积为换热管33壁面面积的20-50倍，本实施例优选为50倍。所述凝结区32设置于外壳内靠近尾气出口的一侧，所述凝结区32内填充有丝网，所述钢丝的材质为316L，比表面积为500-700㎡/g，本实施例优选为700㎡/g；所述凝结区32的外部套设有夹套34。在第一回收器3的换热管33内通-10～-5℃的盐水，预冷后的尾气进入第一回收器3后，先经过冷却区31快速冷却，尾气中的全氟辛酸铵和全氟辛酸凝固，由气态转换为固态，并少量附着于环形翅片以及换热器壁面上，随着尾气的流动，冷却后的尾气进入凝结区32，固态的全氟辛酸铵和全氟辛酸可全部附着于凝结区32的丝网上，从而与气态的尾气相分离。第一回收器3的尾气出口开关是处于打开状态，冷却后的尾气温度在1～20℃之间，能够保证尾气中的全氟辛酸铵和全氟辛酸已全部凝固成固态，而不会随尾气流失。
所述外壳的底部设置有第一气压表35，所述外壳的顶部设置有第二气压表36。第一回收器3内凝结一定量的全氟辛酸铵和全氟辛酸后，换热器壁面上也会粘附有一定量的全氟辛酸铵和全氟辛酸，这会降低后续的冷却效果，需要停止尾气输送；凝结区32的丝网上粘附有大量的全氟辛酸铵和全氟辛酸后，会减缓尾气出口的气流速度，造成第一回收器3内尾气入口和尾气出口之间的压强不同。操作者可通过观察第一气压表35和第二气压表36的压差，来判断回收器内已收集的全氟辛酸铵和全氟辛酸的量，从而适时的停止尾气输送，将回收器内固态的全氟辛酸铵和全氟辛酸熔化回收至储存罐8，再重新进行冷却凝固。
在熔化过程中，第一回收器3的尾气出口开关是处于关闭状态，在所述回收器的换热管33和夹套34内通0.1-0.8MPa的蒸汽或热水，使固态的全氟辛酸铵和全氟辛酸熔成液态，液态的全氟辛酸铵和全氟辛酸可顺着内壁往下流入储存罐8内。所得的全氟辛酸铵可直接用于聚四氟乙烯树脂分散剂，也可以经酸化、分离、精制后获得全氟辛酸。
实施例二
请参考图3，本实施例是在实施例一的基础上作出的改进：本实施例中，所述冷却区31包括第一冷却区311和第二冷却区312，所述凝结区32包括第一凝结区321和第二凝结区322，所述第一冷却区311、第一凝结区321、第二冷却区312、第二凝结区322由下往上依次设置。尾气进入第一回收器3后，分别进行一次冷却、一次凝结、二次冷却、二次凝结，可充分回收尾气中的全氟辛酸铵和全氟辛酸，进一步提高全氟辛酸铵和全氟辛酸的回收效率，保证尾气中的全氟辛酸铵和全氟辛酸尽量多的从尾气中分离出来。
实施例三
请参考图4，本实施例是在实施例一和二的基础上作出的改进：本实施例还包括第二回收器5，第二回收器5连接于预冷器2的尾气出口端，且第二回收器5与预冷器2之间设置有第二阀门开关6。当第一回收器3内凝固有足够量的全氟辛酸铵和全氟辛酸后，需要关闭第一阀门开关4，停止向其输送尾气，并对第一回收器3内的全氟辛酸铵和全氟辛酸加热使其熔化成液态。在这段时间内，可打开第二阀门开关6，将尾气通向第二回收器5，同时进行冷却凝固过程。两台回收器切换使用，可保证全氟辛酸回收的连续性，也可提高回收效率。
实施例四
请参照图5，本发明的实施例一为：一种全氟辛酸的回收方法，包括以下步骤：
S1、将聚四氟乙烯分散树脂生产烘干尾气通入所述回收器中，同时在回收器的换热管33内通入-10℃的盐水，将尾气冷却至30℃，使尾气中的全氟辛酸铵和全氟辛酸冷却凝固，并附着于丝网和环形翅片上；
S2、当回收器的进出口压差(第一气压表35的压强-第二气压表36的压强)增至初始压差的1.5倍时，停止向回收器通尾气，并在回收器的换热管33和夹套34内通入0.1MPa的高温蒸汽，将凝固的全氟辛酸铵和全氟辛酸熔化至液态；
S3、使液态的全氟辛酸铵和全氟辛酸流入回收器底部的储存罐8。
实施例五
本发明的实施例五为：一种全氟辛酸的回收方法，包括以下步骤：
S1、将含有全氟辛酸铵和全氟辛酸的烘箱尾气通入预冷器2中预冷，使尾气的温度达到150℃。
S2、在回收器的换热管33内通入-5℃的盐水，将尾气冷却至20℃，使尾气中的全氟辛酸铵和全氟辛酸冷却凝固，并附着于丝网和环形翅片上。
S3、当回收器的进出口压差(第一气压表35的压强-第二气压表36的压强)增至初始压差的1.5倍时，停止向回收器通尾气，并在回收器的换热管33和夹套34内通入0.4MPa的高温蒸汽，将凝固的全氟辛酸铵和全氟辛酸熔化至液态。
S4、将液态的全氟辛酸铵和全氟辛酸回收至储存罐8。所得的全氟辛酸铵可直接用于聚四氟乙烯树脂分散剂，也可以经酸化、分离、精制后获得全氟辛酸。
实施例六
本发明的实施例六为：一种全氟辛酸的回收方法，包括以下步骤：
S1、将含有全氟辛酸铵和全氟辛酸的烘箱尾气通入预冷器2中预冷，使尾气的温度达到100℃。
S2、在回收器的换热管33内通入-5℃的盐水，将尾气冷却至10℃，使尾气中的全氟辛酸铵和全氟辛酸冷却凝固，并附着于丝网和环形翅片上。
S3、当回收器的进出口压差(第一气压表35的压强-第二气压表36的压强)增至初始压差的1.5倍时，停止向回收器通尾气，并在回收器的夹套34内通入0.8MPa的高温蒸汽，将凝固的全氟辛酸铵和全氟辛酸熔化至液态。
S4、将液态的全氟辛酸铵和全氟辛酸回收至储存罐8。所得的全氟辛酸铵可直接用于聚四氟乙烯树脂分散剂，也可以经酸化、分离、精制后获得全氟辛酸。
实施例七
本发明的实施例七为：一种全氟辛酸的回收方法，包括以下步骤：
S1、将含有全氟辛酸铵和全氟辛酸的烘箱尾气通入预冷器2中预冷，使尾气的温度达到70℃。
S2、在回收器的换热管33内通入-5℃的盐水，将尾气冷却至1℃，使尾气中的全氟辛酸铵和全氟辛酸冷却凝固，并附着于丝网和环形翅片上。
S3、当回收器的进出口压差(第一气压表35的压强-第二气压表36的压强)增至初始压差的1.5倍时，停止向回收器通尾气，并在回收器的夹套34内通入0.5MPa的高温蒸汽，将凝固的全氟辛酸铵和全氟辛酸熔化至液态。
S4、将液态的全氟辛酸铵和全氟辛酸回收至储存罐8。所得的全氟辛酸铵可直接用于聚四氟乙烯树脂分散剂，也可以经酸化、分离、精制后获得全氟辛酸。
实施例八
本发明的实施例八为：一种全氟辛酸的回收方法，包括以下步骤：
S1、将含有全氟辛酸铵和全氟辛酸的烘箱尾气通入预冷器2中预冷，使尾气的温度达到70℃。
S2、在回收器的换热管33内通入-5℃的盐水，将尾气冷却至1℃，使尾气中的全氟辛酸铵和全氟辛酸冷却凝固，并附着于丝网和环形翅片上。
S3、当回收器的进出口压差(第一气压表35的压强-第二气压表36的压强)增至初始压差的1.5倍时，停止向回收器通尾气，并在回收器的夹套34内通入0.5MPa的高温蒸汽，将凝固的全氟辛酸铵和全氟辛酸熔化至液态。
在本实施例中，回收器的数目为两台，当一台回收器进行步骤S2时，关闭该回收器与烘箱1之间的阀门开关，并打开另一台回收器与烘箱1之间的阀门开关，将步骤S0预冷后的尾气接通至另一台回收器中同时进行步骤S1。
S4、将液态的全氟辛酸铵和全氟辛酸回收至储存罐8。所得的全氟辛酸铵可直接用于聚四氟乙烯树脂分散剂，也可以经酸化、分离、精制后获得全氟辛酸。
综上所述，本发明提供的全氟辛酸的回收系统和回收方法工艺简单，易操作；回收效率可达达90％，且整个过程无需添加任何的化学试剂，回收的全氟辛酸铵和全氟辛酸纯度可达100％，能够直接循环使用，回收所用成本较低。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种全氟辛酸的回收系统，其特征在于，包括回收器和连接于回收器底端的储存罐；所述回收器包括外壳，所述外壳的底部设置有尾气入口，所述外壳的顶部设置有尾气出口；所述外壳内包括冷却区和凝结区，所述冷却区设置于外壳内靠近尾气入口的一侧，所述冷却区内设置有换热管，所述换热管的外侧壁上设置有多个环形翅片；所述凝结区设置于外壳内靠近尾气出口的一侧，所述凝结区内填充有丝网。
2.如权利要求1所述的全氟辛酸的回收系统，其特征在于，所述凝结区的外部套设有夹套。
3.如权利要求1所述的全氟辛酸的回收系统，其特征在于，所述冷却区包括第一冷却区和第二冷却区，所述凝结区包括第一凝结区和第二凝结区，所述第一冷却区、第一凝结区、第二冷却区、第二凝结区由下往上依次设置。
4.如权利要求1所述的全氟辛酸的回收系统，其特征在于，所述外壳的底部设置有第一气压表，所述外壳的顶部设置有第二气压表。
5.如权利要求1所述的全氟辛酸的回收系统，其特征在于，还包括预冷器，所述预冷器设置于待回收尾气的烘箱的出口端和回收器之间；所述预冷器为空气换热器，空气换热器的空气出口端连接于所述烘箱的入口端。
6.如权利要求1所述的全氟辛酸的回收系统，其特征在于，所述回收器的数目为两台，且两台的回收器的尾气入口端均与烘箱的出口端连接，两台的回收器的尾气入口端与烘箱的出口端之间均设置有阀门开关。
7.一种使用权利要求1-4任意一项所述的全氟辛酸的回收系统的回收方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将聚四氟乙烯分散树脂生产烘干尾气通入所述回收器中，同时在回收器的换热管内通入冷水，将尾气冷却至30℃以下，使尾气中的全氟辛酸铵和全氟辛酸冷却凝华或凝固，并附着于丝网和环形翅片上；
S2、当回收器的进出口压差(第一气压表-第二气压表)增至初始压差的1.5倍时，停止向回收器通尾气，并在回收器的换热管和夹套内通入高温蒸汽，将凝固的全氟辛酸铵和全氟辛酸熔化至液态；
S3、使液态的全氟辛酸铵和全氟辛酸流入回收器底部的储存罐。
8.如权利要求7所述的全氟辛酸的回收方法，其特征在于，步骤S1之前还包括步骤S0：将待回收的烘箱尾气在预冷器中预冷至70-150℃。
9.如权利要求7所述的全氟辛酸的回收方法，其特征在于，当一台回收器进行步骤S2时，关闭该回收器与烘箱之间的阀门开关，并打开另一台回收器与烘箱之间的阀门开关，将步骤S0预冷后的尾气接通至另一台回收器中同时进行步骤S1。
10.如权利要求7所述的全氟辛酸的回收方法，其特征在于，进行步骤S1时，所述回收器的换热管内通-10～-5℃的盐水；进行步骤S2时，所述回收器的换热管和夹套内通0.1-0.8MPa的蒸汽。
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