CN112691495B - 一种合成革生产过程废气的处理方法 - Google Patents

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Abstract

一种合成革生产过程废气的处理方法，包括先喷淋洗涤的4段循环的废气吸收和先冷却冷凝后冷冻处理；先喷淋洗涤的4段循环的废气吸收，废气集中收集，将合成革加工工艺产生90‑110℃的混合废气进行集中收集，集中收集气体浓度达到4900‑5100mg/m3时混合废气组分中DMF占4400‑4600mg/m3，其他废气组分占400‑600mg/m3；收集形成混合废气浓度达到5000mg/m3后，将混合废气经过反渗透膜过滤网做过滤处理去除部分固体物和粘性物，再配合冷却塔经过先冷却冷凝后冷冻处理，所述先冷却冷凝后冷冻处理分为冷却冷凝处理和冷冻处理，冷却冷凝处理为利用管外喷淋冷却器将废气凝结得到浓度为70‑80％、温度为40‑50℃的高浓废液。

Description

一种合成革生产过程废气的处理方法
技术领域
本发明涉及环保领域，尤其涉及一种合成革生产过程废气的处理方法。
背景技术
合成革生产过程中使用的PU树脂是溶解在有机溶剂中的，溶剂主要由DMF（N，N-二甲基甲酰胺）、甲苯和丁酮组成，湿法生产中DMF被洗涤在水中，干法生产中DMF被挥发到烘箱热风中，如果将湿法的洗涤水和干法的热风直接排放，不仅浪费DMF，而且污染环境。当前湿法生产线的DMF废水已基本回收，在保护环境的同时，也为可将废气回收利用增加经济效益，干法生产线所排放的热风基本也进行了收集、治理，合成革干法生产过程中的废气主要有DMF、甲苯、丁酮，其中DMF的含量较高，通常废气浓度达到5000mg/m³，其中DMF约4500mg/m³，其他溶剂组份约占500mg/m³。
目前，合成革生产干法生产过程中的废气吸收的基本方法主要为DMF吸收塔进行收集，而这种利用DMF吸收塔进行收集的方法只能用于收集DMF废气，现阶段收集完DMF废气后其他废气的处理方法比较麻烦，而且在布液密度非常低的工况下填料的润湿性低，会导致填料塔的吸收效率低下，没有一种既能保证填料的高润湿性提高吸收效率的同时减少废液的蒸馏负荷和费用的方法，并且在吸收DMF废气工艺时存在工艺流程复杂、粘性物不能更彻底的填料清洗、用水量和废液外排量大和蒸馏水费用高等问题，除了DMF之外还存在其他组分废气，如果生产过程中只考虑了DMF的回收，其他废气排放过多了也达不到环保要求，需进一步处理。
发明内容
本发明要解决上述现有技术存在的问题，提供了一种能充分回收DMF和其他废气的方法，先将废气冷却冷凝，之后冷冻吸收的DMF组分处理工艺，处理后的废气经过单段填料纯水纯逆流吸收工艺，最后经过吸附浓缩处理其他废气。
本发明解决其技术问题采用的技术方案：这种合成革生产过程废气的处理方法，包括先喷淋洗涤的4段循环的废气吸收和先冷却冷凝后冷冻处理；
先喷淋洗涤的4段循环的废气吸收，其主要步骤为：
步骤1、废气集中收集，将合成革加工工艺产生90-110℃的混合废气进行集中收集，集中收集气体浓度达到4900-5100mg/m³时混合废气组分中DMF占4400-4600mg/m³，其他废气组分占400-600mg/m³；
步骤2、经过步骤1收集形成混合废气浓度达到5000mg/m³后，将混合废气经过反渗透膜过滤网做过滤处理去除部分固体物和粘性物，再配合冷却塔经过先冷却冷凝后冷冻处理，所述先冷却冷凝后冷冻处理分为冷却冷凝处理和冷冻处理，冷却冷凝处理为利用管外喷淋冷却器将废气凝结得到浓度为70-80%、温度为40-50℃的高浓废液；
步骤3、经过所述步骤2中形成高浓废液后进入冷冻处理阶段，所述冷冻处理为冷冻机的蒸发器和循环液冷却器合用的形式，高浓废液通入冷冻机，同时利用循环喷淋泵进行回收式加压喷淋洗涤，对高浓废液进行去除固体物和粘性物处理，并且利用DMF水溶性强的特点，初步吸收过滤废液中的DMF废气，经过冷冻处理后形成温度为25-35℃的冷却废气；
步骤4、经过所述步骤3后，将冷却废气由填料吸收塔底端通入，通入的冷却废气进行4段循环填料喷淋去除了固体物、粘性物和DMF后，通入塔顶形成塔顶废气；
步骤5、上述步骤4所述的塔顶废气经过催化器催化处理降低VOC浓度，所述催化处理后得到180-210℃的高温废气，再将高温废气通入吸附浓缩器进行连续解吸后达到排放标准。
为了进一步完善，所述先喷淋洗涤的4段循环的废气吸收处理步骤2中的管外喷淋冷却器为大型管外水膜蒸发冷凝器，其冷却器换热面规格为350-380㎡，带有冷却风机功率为3kw，材料为304/玻璃钢，采用先冷却冷凝处理的目的是为了通盘考虑后续的吸附浓缩器处理方法降低处理难度，不进行先冷却冷凝后冷却处理形成塔顶废气的温度高达37℃，相对湿度高达95%，即使采用疏水性的沸石浓缩转轮净化效率也仅为80%一下，采用活性炭纤维的浓缩器可能更低，此时如果将温度降至35℃，相对湿度降低到50%采用较为理想的冷冻除湿机处理，虽然吸收过程大量水的蒸发降低了吸收温度，但是大量水的蒸发增加了湿度使后续处理困难增加了成本，因此需要优先进行冷却冷凝处理得到高浓废液。
进一步完善，所述先喷淋洗涤的4段循环的废气吸收处理步骤2中的冷却塔的处理效率为20-50t/h。
进一步完善，所述先喷淋洗涤的4段循环的废气吸收处理步骤3中的冷冻机的功率为18.5-55kw，带有风压3800-4000Pa、风量33000-100000m³/h、功率55-160kw的冷却风机，冷冻机用于将形成的高浓废液进行进一步冷却处理，使通入填料吸收塔底部的废气温度降到28-30℃。
进一步完善，所述先喷淋洗涤的4段循环的废气吸收处理步骤3中循环喷淋泵的功率为5.5-15kw，所述循环喷淋泵与冷冻机一同工作，循环喷淋降低高浓废液温度，使得高浓废液在进入填料吸收塔前去除大部分固体物和粘性物，同时吸收了部分DMF，提高了废气处理效率。
进一步完善，所述先喷淋洗涤的4段循环的废气吸收处理步骤4中的填料吸收塔为4段循环填料纯水纯逆流吸收塔，直径为3.8m；
所述填料吸收塔的使用方法为上段填料，循环喷淋泵从顶端向下喷淋纯水或蒸馏水，填料下段通入冷却废气，冷却废气自下而上与纯水和填料混合吸收，吸收后的吸收液滴入塔底形成塔底液，塔底液为水与DMF溶合的混合液，DMF浓度为14-18%，通常采用3段循环，在保证塔顶排放废气DMF组分达标的情况下，塔底液的排放浓度为10-15%。
进一步完善，所述先喷淋洗涤的4段循环的废气吸收处理步骤5中的吸附浓缩器为活性炭纤维吸附浓缩器，吸附浓缩器的解吸风机功率为5.5-11kw、风压为2500-3000Pa、风量为3600-3800m³/h，经过之前先冷却冷凝后冷冻处理，形成塔顶废气时再通过活性炭纤维吸附浓缩器浓缩吸附，降低了吸附难度，同时节约了吸附成本。
进一步完善，所述先喷淋洗涤的4段循环的废气吸收处理步骤3中的回收式加压喷淋洗涤，其操作方法为将塔底得到的DMF浓度为14-18%的混合液一部分通过循环水泵送至填料吸收塔顶端的循环喷淋泵向下喷淋；另一部分混合液通过循环水泵对混合液进行加压，加压后的混合液送至冷冻机中的循环喷淋泵冷却、喷淋和吸收高浓废液，经过冷却、喷淋和吸收后的混合液的DMF浓度为24-26%，如果同样的回收效率只进行4段循环喷淋塔底液的排放浓度为14-18%，如果采用；另一部分混合液通过循环水泵对混合液进行加压方法，在循环喷淋底部混合液的DMF浓度能达到24-26%，这样提高了蒸馏水的吸收率。
进一步完善，所述循环水泵功率为5.5-15kw，通过循环水泵循环吸收后，废液浓度可从15%提高到25%，如果一条回收3吨DMF，外排废液总量从20吨减少到12吨，大幅减少蒸馏水费用，节约了蒸馏水成本。
本发明有益的效果是：本发明的吸收工艺有如下优点：
①工艺流程简单循环喷淋加一段填料吸收，利用DMF水溶性非常好的特点，将填料塔底吸收液经过循环泵加压后，在废气进入填料吸收塔前先进行一段回收式加压喷淋洗涤；
②经过加压后的吸收液喷淋强度大，对废气中的粘性物去除更彻底减少填料清洗难度，同时提高了废气的相对湿度，后期进入填料吸收塔的废气可以从下端润湿填料，使填料润湿度高；
③减少用水量和废液外排量，减少了外排废液的蒸馏费用；
④采用先冷却冷凝，之后冷冻吸收的DMF组分处理工艺，处理后的废气再经过吸附浓缩处理的方法，DMF吸收效率提高、蒸馏费用降低的同时也不会影响后续采用吸附浓缩其他废气的效率；
⑤先将废气进行冷却、冷凝和冷冻后，热胀冷缩的原理，提高废气密度，调节废气达到最优的气相负荷。
附图说明
图1 为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
参照附图：本实施例中一种合成革生产过程废气的处理方法，包括先喷淋洗涤的4段循环的废气吸收和先冷却冷凝后冷冻处理；
先喷淋洗涤的4段循环的废气吸收，其主要步骤为：
步骤1、废气集中收集，将合成革加工工艺产生90-110℃的混合废气进行集中收集，集中收集气体浓度达到4900-5100mg/m³时混合废气组分中DMF占4400-4600mg/m³，其他废气组分占400-600mg/m³；
步骤2、经过步骤1收集形成混合废气浓度达到5000mg/m³后，将混合废气经过反渗透膜过滤网做过滤处理去除部分固体物和粘性物，再配合冷却塔经过先冷却冷凝后冷冻处理，所述先冷却冷凝后冷冻处理分为冷却冷凝处理和冷冻处理，冷却冷凝处理为利用管外喷淋冷却器将废气凝结得到浓度为70-80%、温度为40-50℃的高浓废液；
步骤3、经过所述步骤2中形成高浓废液后进入冷冻处理阶段，所述冷冻处理为冷冻机的蒸发器和循环液冷却器合用的形式，高浓废液通入冷冻机，同时利用循环喷淋泵进行回收式加压喷淋洗涤，对高浓废液进行去除固体物和粘性物处理，并且利用DMF水溶性强的特点，初步吸收过滤废液中的DMF废气，经过冷冻处理后形成温度为25-35℃的冷却废气；
步骤4、经过所述步骤3后，将冷却废气由填料吸收塔底端通入，通入的冷却废气进行4段循环填料喷淋去除了固体物、粘性物和DMF后，通入塔顶形成塔顶废气；
步骤5、上述步骤4所述的塔顶废气经过催化器催化处理降低VOC浓度，所述催化处理后得到180-210℃的高温废气，再将高温废气通入吸附浓缩器进行连续解吸后达到排放标准。
所述先喷淋洗涤的4段循环的废气吸收处理步骤2中的管外喷淋冷却器为大型管外水膜蒸发冷凝器，其冷却器换热面规格为350-380㎡，带有冷却风机功率为3kw，材料为304/玻璃钢。
所述先喷淋洗涤的4段循环的废气吸收处理步骤2中的冷却塔的处理效率为20-50t/h。
所述先喷淋洗涤的4段循环的废气吸收处理步骤3中的冷冻机的功率为18.5-55kw，带有风压3800-4000Pa、风量33000-100000m³/h、功率55-160kw的冷却风机。
所述先喷淋洗涤的4段循环的废气吸收处理步骤3中循环喷淋泵的功率为5.5-15kw。
所述先喷淋洗涤的4段循环的废气吸收处理步骤4中的填料吸收塔为4段循环填料纯水纯逆流吸收塔，直径为3.8m；
所述填料吸收塔的使用方法为上段填料，循环喷淋泵从顶端向下喷淋纯水或蒸馏水，填料下段通入冷却废气，冷却废气自下而上与纯水和填料混合吸收，吸收后的吸收液滴入塔底形成塔底液，塔底液为水与DMF溶合的混合液，DMF浓度为14-18%。
所述先喷淋洗涤的4段循环的废气吸收处理步骤5中的吸附浓缩器为活性炭纤维吸附浓缩器，吸附浓缩器的解吸风机功率为5.5-11kw、风压为2500-3000Pa、风量为3600-3800m³/h。
所述先喷淋洗涤的4段循环的废气吸收处理步骤3中的回收式加压喷淋洗涤，其操作方法为将塔底得到的DMF浓度为14-18%的混合液一部分通过循环水泵送至填料吸收塔顶端的循环喷淋泵向下喷淋；另一部分混合液通过循环水泵对混合液进行加压，加压后的混合液送至冷冻机中的循环喷淋泵冷却、喷淋和吸收高浓废液，经过冷却、喷淋和吸收后的混合液的DMF浓度为24-26%。
所述循环水泵功率为5.5-15kw。
实施例1
以40000m³/h，100℃，4500mg/m³DMF，其他组分500mg/m³的单条线为例，冷冻喷淋循环液出口温度按27℃考虑，制冷系数按8考虑，废气标态气量为29276m³/h，冷却冷凝负荷按Q=550000kcal/h，冷却器热换面约为350㎡，冷却风机3kw，循环水泵5.5kw，冷冻负荷按100000kcal/h，配20t/h冷却塔，冷冻机功率18.5kw，风机风压4000Pa，风量33000m³/h，功率55kw，循环喷淋泵5.5kw，解吸风机2500Pa，3600m³/h，功率5.5kw，系统总装机功率93kw，按0.85的需要系数每小时耗电79度。
冷却冷凝器采用大型管外膜蒸发冷凝器，为了增加水蒸发冷却效果不仅需要合理的布水结构，还需要增加强制对流轴流风机增加冷却风速，DMF吸收塔是DMF吸收工艺的核心设备，其设计的合理与否直接影响DMF的吸收效果，本塔下端采用循环冷冻喷淋，循环液经冷冻降温处理，采用浙江金潮实业有限公司特殊研制的高效喷头，确保喷淋液的净化效果和分布的均匀性；上端采用比表面积大、空隙率高、压降小的高效规整波纹填料，并采用高精度布水纯逆流吸收技术，以提供最大的吸收推动力，提高吸收效率提高废液浓度。吸附浓缩器采用活性炭纤维连续吸附解吸浓缩器，它与沸石蜂窝转轮浓缩器相比虽然阻力较大，但投资、材料更换费用、安全性都更高。催化器为催化氧化装置采用电加热启动，蜂窝陶瓷载体贵金属催化剂。同时在催化床布置水管抽出多余的热量。具体设备见下表：
表1 DMF废气回收装置设备表
Figure DEST_PATH_IMAGE001
实施例2
通常化工吸收工艺，把纯的吸收剂通过布液器加入塔顶与废气进行纯逆流传质吸收，这样才有最大的传质吸收推动力（有效的最大传质浓度差），但是由于DMF水溶性非常好，干法合成革废气吸收填料塔的用水量非常小，在这么小的布水量（0.15m³/㎡.h）填料的润湿性非常差同样会影响吸收的效率，因此目前在用的干法吸收塔采用3段或4段循环工艺，虽然由于吸收液循环破坏了部分吸收传质浓度差，但可以保证填料的润湿性，吸收效果也可以，通常3段循环，在保证塔顶排放废气DMF组分达标的工况下，塔底液的排放浓度可达10-15%，采用4段循环塔底液排放浓度可达14-18%。理论上只有用无限多的循环才能达到纯水进塔顶纯逆流吸收传质的最大有效浓度差。为此浙江金潮实业有限公司开发了一种单段填料纯水纯逆流吸收具有最大有效传质浓度差的吸收工艺，通过调优气相负荷、高精度布液和高润湿填料技术的组合，在布液密度非常低的工况下仍能保证填料的润湿性，使填料塔发挥较高吸收效率，采用这种技术的干法吸收塔达到相同的塔顶排放浓度，塔底排出液排放浓度可达25%左右，大幅减少废液的蒸馏负荷和费用。
表2 单段填料纯水纯逆流吸收塔底液排放浓度对比表
Figure 822277DEST_PATH_IMAGE002
表2的是否加循环喷淋是将吸收塔的吸收液即权利要求8中提到的混合液，部分通过循环喷淋的方式，在废气进入吸收塔前加一段喷淋后，再将吸收液排出。
实施例3
上述实施例2只考虑了DMF回收，如果优先集合废气5000mg/m³，去除大部分DMF在4400-1600mg/m³，仍然有500mg/m³左右的其他有害溶剂组分，远未达到排放标准，需进一步处理，但是如果单采用干法吸收塔3段或4段循环，废气到达塔顶时温度高达37℃，相对湿度高达95%，使后面的吸附浓缩效率受到一定影响，即使采用疏水性的沸石浓缩转轮净化效率也在60-70%，并且这种方法成本过高；如果采用成本较低的活性炭纤维的浓缩器效率只有50-60%；如果此时把温度降到35℃，相对湿度降低到50%左右，需采用冷冻除湿机进行处理，虽然吸收过程大量水的蒸发降低了吸收温度，但是大量水的蒸发增加了湿度使后面处理困难；因此有必要通盘考虑处理工艺，采用先冷却冷凝，后冷冻吸收的DMF组分处理工艺，处理后的废气再经过吸附浓缩处理达到排放标准。
表3 先冷却冷凝后冷冻处理对比表
Figure DEST_PATH_IMAGE003
所述表3中塔底的温度为刚进入吸收塔底端塔口的废气温度，塔顶温度为经过吸收塔填料逆流喷淋处理后的废气温度，净化效率为塔顶废气进一步处理的净化效率。
综上所述，实施例3中采用进入吸收塔前先冷却冷凝，后冷冻循环喷淋的处理方法不仅可以增大进入塔底的气体浓度提高吸收效率，还能降低后期进一步处理其他废气难度，提高净化其他气体的净化效率，另外，实施例2中采用进入吸收塔塔底前对废气先循环收集部分塔底混合液进行一端循环喷淋，不仅可以协助降低废气进入吸收塔时的温度，还能更彻底的消除固体物和粘性物，提高DMF的吸收效率，节约蒸馏水成本。
虽然本发明已通过参考优选的实施例进行了图示和描述，但是，本专业普通技术人员应当了解，在权利要求书的范围内，可作形式和细节上的各种各样变化。

Claims (9)

1.一种合成革生产过程废气的处理方法，其特征是：包括先喷淋洗涤的4段循环的废气吸收和先冷却冷凝后冷冻处理；
先喷淋洗涤的4段循环的废气吸收，其主要步骤为：
步骤1、废气集中收集，将合成革加工工艺产生90-110℃的混合废气进行集中收集，集中收集气体浓度达到4900-5100mg/m³时混合废气组分中DMF占4400-4600mg/m³，其他废气组分占400-600mg/m³；
步骤2、经过步骤1收集形成混合废气浓度达到5000mg/m³后，将混合废气经过反渗透膜过滤网做过滤处理去除部分固体物和粘性物，再配合冷却塔经过先冷却冷凝后冷冻处理，所述先冷却冷凝后冷冻处理分为冷却冷凝处理和冷冻处理，冷却冷凝处理为利用管外喷淋冷却器将废气凝结得到浓度为70-80%、温度为40-50℃的高浓废液；
步骤3、经过所述步骤2中形成高浓废液后进入冷冻处理阶段，所述冷冻处理为冷冻机的蒸发器和循环液冷却器合用的形式，高浓废液通入冷冻机，同时利用循环喷淋泵进行回收式加压喷淋洗涤，对高浓废液进行去除固体物和粘性物处理，并且利用DMF水溶性强的特点，初步吸收过滤废液中的DMF废气，经过冷冻处理后形成温度为25-35℃的冷却废气；
步骤4、经过所述步骤3后，将冷却废气由填料吸收塔底端通入，通入的冷却废气进行4段循环填料喷淋去除了固体物、粘性物和DMF后，通入塔顶形成塔顶废气；
步骤5、上述步骤4所述的塔顶废气经过催化器催化处理降低VOC浓度，所述催化处理后得到180-210℃的高温废气，再将高温废气通入吸附浓缩器进行连续解吸后达到排放标准。
2.根据权利要求1所述的一种合成革生产过程废气的处理方法，其特征是：所述先喷淋洗涤的4段循环的废气吸收处理步骤2中的管外喷淋冷却器为大型管外水膜蒸发冷凝器，其冷却器换热面规格为350-380㎡，带有冷却风机功率为3kw，材料为304/玻璃钢。
3.根据权利要求1所述的一种合成革生产过程废气的处理方法，其特征是：所述先喷淋洗涤的4段循环的废气吸收处理步骤2中的冷却塔的处理效率为20-50t/h。
4.根据权利要求1所述的一种合成革生产过程废气的处理方法，其特征是：所述先喷淋洗涤的4段循环的废气吸收处理步骤3中的冷冻机的功率为18.5-55kw，带有风压3800-4000Pa、风量33000-100000m³/h、功率55-160kw的冷却风机。
5.根据权利要求1所述的一种合成革生产过程废气的处理方法，其特征是：所述先喷淋洗涤的4段循环的废气吸收处理步骤3中循环喷淋泵的功率为5.5-15kw。
6.根据权利要求1所述的一种合成革生产过程废气的处理方法，其特征是：所述先喷淋洗涤的4段循环的废气吸收处理步骤4中的填料吸收塔为4段循环填料纯水纯逆流吸收塔，直径为3.8m；
所述填料吸收塔的使用方法为上段填料，循环喷淋泵从顶端向下喷淋纯水或蒸馏水，填料下段通入冷却废气，冷却废气自下而上与纯水和填料混合吸收，吸收后的吸收液滴入塔底形成塔底液，塔底液为水与DMF溶合的混合液，DMF浓度为14-18%。
7.根据权利要求1所述的一种合成革生产过程废气的处理方法，其特征是：所述先喷淋洗涤的4段循环的废气吸收处理步骤5中的吸附浓缩器为活性炭纤维吸附浓缩器，吸附浓缩器的解吸风机功率为5.5-11kw、风压为2500-3000Pa、风量为3600-3800m³/h。
8.根据权利要求6所述的一种合成革生产过程废气的处理方法，其特征是：所述先喷淋洗涤的4段循环的废气吸收处理步骤3中的回收式加压喷淋洗涤，其操作方法为将塔底得到的DMF浓度为14-18%的混合液一部分通过循环水泵送至填料吸收塔顶端的循环喷淋泵向下喷淋；另一部分混合液通过循环水泵对混合液进行加压，加压后的混合液送至冷冻机中的循环喷淋泵冷却、喷淋和吸收高浓废液，经过冷却、喷淋和吸收后的混合液的DMF浓度为24-26%。
9.根据权利要求8所述的一种合成革生产过程废气的处理方法，其特征是：所述循环水泵功率为5.5-15kw。
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