CN108250160A - 利用ro反渗透膜技术浓缩回收nmmo溶剂的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明为利用RO反渗透膜技术浓缩回收NMMO溶剂的方法，涉及一种溶剂法纤维素纤维的溶剂回收方法，回收的溶剂经过过滤、离子树脂纯化、RO反渗透膜、蒸发浓缩，本发明中主要是回收工艺中增加了一个RO反渗透膜设备，在蒸发浓缩前对溶剂高压反渗透，降低溶剂含水量，从而降低蒸发浓缩阶段的耗电或者耗蒸汽量，节能降耗，降低回收成本。

Description

利用RO反渗透膜技术浓缩回收NMMO溶剂的方法
技术领域
本发明涉及一种溶剂法纤维素纤维的溶剂回收方法。
背景技术
Lyocell纤维素纤维，又称为天丝，在上世纪90年代开始发展，由于制备过程中不使用二硫化碳等有毒物质，不发生化学反应，纤维性能优良，有其它合成纤维所不具有的优异性能，受到消费者青睐，主要用于纺织纺纱，但是由于溶剂NMMO(N-甲基氧化-N-吗啉）价格昂贵，它的回收率以及回收成本直接影响纤维本身的生产成本。目前，溶剂回收技术路线主要是粗滤、精滤、离子树脂交换纯化、浓缩蒸发（降膜蒸发器），由于回收溶剂本身含有水量较大，这样导致浓缩蒸发阶段需要蒸发大量的水分，耗能较大。
本发明技术是在浓缩蒸发之前，加上一套RO反渗透膜，先对溶剂进行膜浓缩，减少水量，然后再进入浓缩蒸发阶段再次蒸发水量，使溶剂浓度达到生产要求，RO膜反渗透产生的水和蒸发器产生的蒸汽水，再回用到生产线，作为丝束洗涤水使用。
发明内容
本发明的目的是减少溶剂法纤维素纤维制备过程中溶剂回收阶段的能源消耗。
实现上述发明的方案：Lyocell 纤维生产过程中，纺丝原液中含有大量的NMMO((N-甲基氧化-N-吗啉）,在凝固浴中发生双扩散，纺丝液中的溶剂进入凝固浴，凝固浴中的水进入初生丝束中使其凝固。丝束经过卷绕机进入水洗机，水洗阶段需要纯水（脱盐水），丝束出水洗机后，溶剂含量为零，水洗阶段的洗涤液回到凝固浴循环罐中稀释高浓度的凝固浴回流液，一部分合格浓度的凝固浴继续循环使用，其他的进入溶剂回收罐去蒸发车间回收纯化浓缩。本发明溶剂回收分为五个阶段。
一种利用RO膜技术浓缩回收NMMO溶剂的方法，它包括下列步骤：
a)过滤：分为粗滤、精滤，主要是在不加絮凝剂的情况下除去较大和较小的悬浮的固体颗粒。
b)阴离子树脂交换：采用大孔径强碱性阴离子树脂，在回收的溶剂中经过第一步过滤后，溶剂中含有带色的不纯物质、影响纤维的白度，经过阴离子树脂纯化处理。
c)阳离子树脂交换：阳离子树脂主要是采用大孔径的强酸性阳离子树脂，除去溶剂中含有的金属离子，主要是铁离子和铜离子、NMMO分解的产物——NMM（N-甲基吗啉）和吗啉，而且吗啉很容易氧化成强烈致癌性的N-亚硝基吗啉，所以必须除去，同时要求所选择的阴离子树脂不能截留NNMO。溶剂因为金属离子的存在会导致纤维素和溶剂本身的降解和分解，金属离子聚集到一定程度（600ppm），会有爆炸的危险。
d)RO反渗透膜：RO（Reverse Osmosis）反渗透技术是利用渗透压力差为动力的膜分离过滤技术，是依靠反渗透膜在压力下使溶液中的溶剂与溶质进行分离的过程，在一定的压力下，水分子可以通过RO膜，而溶剂本身不会通过。浓缩倍数可以达到2-4倍。
e)蒸发浓缩：选用多效降模蒸发器或者MVR(机械式蒸汽再压缩技术,mechanicalvapor recompression ），优选7效降膜蒸发器或者MVR蒸发器。
具体实施方式
实例一
1、回收溶剂以80m3/h流量进入多层过滤、精滤处理，溶剂NMMO含量在15%-25%，优选15%，温度低于40℃，过滤后溶剂中COD （化学需氧量）＜100mg/L。
2、过滤后的回收溶剂，进入大孔径强碱性阴离子树脂，回收溶剂色度低于20度。
3、进入大孔径强酸性阳离子树脂交换，纯化后溶剂中的金属离子，铁离子含量≤3ppm，铜离子含量0，其他金属离子含量检测不到，将溶剂中吗啉吸附，选择的树脂不能消减NMMO溶剂，纯化后的溶剂吗啉含量≤25ppm。
4、RO膜处理阶段，浓缩倍数2-4倍，优选3倍，因为NMMO溶剂随着含水量的减少，熔点温度升高，高浓度NMMO溶剂在低温下容易结晶，不利于膜过滤处理。浓缩后的溶剂浓度50%左右，温度为20-30℃。
5、蒸发浓缩处理阶段：选用七效降膜蒸发设备或者MVR蒸发设备，对浓度50%的溶剂，蒸发浓缩到浓度78%-87%，优选浓度80%，需要蒸发水量30吨，计算得出溶剂回收率99.6%。
对比实例：技术路线中不包括RO膜处理，同样80m3/h流量，浓度范围在15%-25%，优选15%，温度低于40℃，过滤后溶剂中COD （化学需氧量）＜100mg/L，不经过RO膜浓缩，需要蒸发处理的水量65吨，溶剂回收的浓度80%，计算得出溶剂回收率99.5%。
按照现行能源价格，工业用电 0.8元/kw.h，蒸汽180元/吨，七效降膜蒸发汽水比（蒸发一吨水需要的蒸汽量）：0.18， MVR设备能耗：37kw.h/吨水，溶剂回收主要成本如下：
通过以上对比，可以发现增加RO膜处理设备的回收成本，明显低于传统的溶剂回收成本，同时在溶剂回收率方面也有改善，主要是因为蒸发需要处理水量减少，溶剂回收在蒸发浓缩阶段需要时间减少，进而降低溶剂的分解和水分蒸发带出的溶剂量。
本发明不限于上述具体实施方式，一切基于本发明的技术构思，所作出的的结构上的改进，均落入本发明的保护范围之中。

Claims (6)

1.一种利用RO膜技术浓缩回收NMMO溶剂的方法，它包括下列步骤：
（1）过滤：分为粗滤、精滤，主要是在不加絮凝剂的情况下除去较大和较小的悬浮的固体颗粒；
（2）阴离子树脂交换：采用大孔径强碱性阴离子树脂，在回收的溶剂中经过第一步过滤后，溶剂中含有带色的不纯物质，经过阴离子树脂吸附纯化；
（3）阳离子树脂交换：阳离子树脂主要是采用大孔径的强酸性阳离子树脂，除去溶剂中含有的金属离子，主要是铁离子和铜离子，因为金属离子的存在会导致纤维素和溶剂本身的降解和分解，金属离子聚集到一定程度（600ppm），会有爆炸的危险，NMMO分解的产物——NMM（N-甲基吗啉）和吗啉，而吗啉很容易氧化成强烈致癌性的N-亚硝基吗啉，所以必须除去，同时要求所选择的阴离子树脂不能截留NNMO溶剂；
（4）RO反渗透膜：RO（Reverse Osmosis）反渗透技术是利用渗透压力差为动力的膜分离过滤技术，是依靠反渗透膜在压力下使溶液中的溶剂与溶质进行分离的过程，在一定的压力下，水分子可以通过RO膜，而溶剂本身不会通过；
（5）蒸发浓缩：选用多效降模蒸发器或者MVR(机械式蒸汽再压缩技术，mechanicalvapor recompression ），优选7效降膜蒸发器或者MVR蒸发器。
2.如权利要求书1所述的利用RO膜技术浓缩回收NMMO溶剂的方法，其特征在于，所述步骤（1）出口液体COD小于100mg/L。
3.如权利要求书1所述的利用RO膜技术浓缩回收NMMO溶剂的方法，其特征在于，所述步骤（2）出口液体中色度低于20度。
4.如权利要求书1所述的利用RO膜技术浓缩回收NMMO溶剂的方法，其特征在于，所述步骤含量低于（3）出口液体中铁离子含量2-4ppm，铜离子含量为0ppm，其它离子含量为0 ppm，吗啉含量低于25ppm。
5.如权利要求书1所述的利用RO膜技术浓缩回收NMMO溶剂的方法，其特征在于，所述步骤（4）出口液体中浓缩倍数2-4倍，优选3倍，溶剂浓度50%左右。
6.如权利要求书1所述的利用RO膜技术浓缩回收NMMO溶剂的方法，其特征在于，所述步骤（5）出口液体中溶剂浓度78-87%。
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