CN1587239A - 湿法合成革生产废气中甲苯、丁酮和二甲基甲酰胺的回收方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种湿法合成革生产废气中甲苯、丁酮和二甲基甲酰胺的回收方法。分两级吸收设备分别吸收甲苯、丁酮和二甲基甲酰胺，第一级吸收设备采用二甲基甲酰胺作为吸收溶剂，吸收甲苯和丁酮；第二级吸收设备采用水作为吸收溶剂，吸收二甲基甲酰胺。通过各级配套的真空蒸发回收系统回收甲苯、丁酮和二甲基甲酰胺。本发明在不引入新的有机成分情况下，巧妙利用有机物溶解性和沸点的不同，实现了二甲基甲酰胺和甲苯、丁酮的分离回收利用。效率高能耗低，运行可靠，具有明显的社会效益、环境效益和经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及一种湿法合成革生产废气中甲苯、丁酮和二甲基甲酰胺的回收方法。
背景技术
湿法合成革生产工艺中加入甲苯、丁酮和二甲基甲酰胺作为溶剂，这些溶剂大部分随着废气排入环境中。每条湿法合成革生产线排放的废气量高达45000m3/h，其中所含主要有机物成分及其浓度为：二甲基甲酰胺浓度2000mg/m3、甲苯浓度900mg/m3、丁酮浓度300mg/m3，废气的温度为70℃～80℃，压力为常压(以上数据由温州市环境监测站提供)。如果该种有机废气不经处理直接排放，将会对环境造成巨大污染。
现有湿法合成革生产废气中有机溶剂回收技术一般采用喷淋塔水吸收并回收废气中二甲基甲酰胺，或者活性碳吸附废气中有机溶剂并经直接燃烧方式处理。然而，这两种方法都存在较大的缺点：喷淋塔水吸收技术虽然能实行较高效率的回收二甲基甲酰胺，但对甲苯和丁酮的吸收效率非常低，不能达到环保标准要求；活性碳吸附技术虽能有效去除废气中所含的甲苯、丁酮和二甲基甲酰胺，但不能实现溶剂的回收、且运行成本则居高不下，企业难以承受。可见，现有回收治理技术不太适用于湿法合成革生产废气中甲苯、丁酮和二甲基甲酰胺的同时回收治理。
发明内容
本发明的目的是提供一种湿法合成革生产废气中甲苯、丁酮和二甲基甲酰胺的回收方法。
方法的步骤如下：
1)合成革生产废气经二甲基甲酰胺-废气换热器进入第一级吸收塔，用二甲基甲酰胺溶液作为吸收溶剂，吸收废气中的甲苯和丁酮；
2)第一级吸收塔顶的上述废气进入第二级吸收塔，用水作为吸收溶剂，吸收废气中的二甲基甲酰胺；
3)第一级和第二级吸收塔出来的吸收液分别进入真空蒸发回收系统进行蒸发回收甲苯、丁酮和二甲基甲酰胺，回收的二甲基甲酰胺一部分作为第一级吸收塔的吸收溶剂。
本发明的有益效果是：在不引入新的有机溶剂情况下，利用甲苯、丁酮和二甲基甲酰胺之间的相互溶解性和沸点的不同，同时高效回收湿法合成革生产废气中的甲苯、丁酮和二甲基甲酰胺，甲苯和丁酮的回收效率高达90％、二甲基甲酰胺回收效率高达92％以上，并使得三种有机成分达到国家环保标准排放；吸收溶剂二甲基甲酰胺和水均为循环使用，运行费用低；甲苯、丁酮和二甲基甲酰胺回收之后可再次应用于生产或者出售，具备良好的经济效益。因此，本发明具备明显的社会效益、经济效益和环境效益。
附图说明
附图是湿法合成革生产废气中甲苯、丁酮和二甲基甲酰胺回收方法流程示意图。
具体实施方式
湿法合成革生产废气中甲苯、丁酮和二甲基甲酰胺(DMF)回收治理方法采用塔内装填料或塔板的吸收塔作为一级甲苯、丁酮吸收设备，选取二甲基甲酰胺作为吸收溶剂，吸收废气中的甲苯和丁酮，吸收液从塔出来后进入甲苯、丁酮蒸发回收系统；采用喷淋塔或板式塔作为二级二甲基甲酰胺吸收设备，水作为吸收溶剂，吸收液进入二甲基甲酰胺蒸发回收系统，回收的二甲基甲酰胺一部分作为一级吸收设备溶剂。
如图所示，湿法合成革生产废气中所含甲苯、丁酮和二甲基甲酰胺的回收治理方法需要的整套回收治理装置由DMF-Air换热器1、引风机2、DMF-甲苯丁酮吸收塔3、DMF泵4、DMF冷却器5、DMF泵6、DMF甲苯丁酮加热器7、甲苯丁酮蒸发器8、甲苯丁酮冷凝器9、甲苯丁酮回收罐10、甲苯丁酮接受槽11、真空缓冲罐12、真空泵13、水-DMF吸收塔14、水-DMF泵15、水-DMF加热器16、DMF接受槽17和水-DMF蒸发器组成。
整套装置按回收有机物成分的不同可分为两部分：DMF-Air换热器1、引风机2、DMF-甲苯丁酮吸收塔3、DMF泵4、DMF冷却器5、DMF泵6、DMF甲苯丁酮加热器7、甲苯丁酮蒸发器8、甲苯丁酮冷凝器9、甲苯丁酮回收罐10、甲苯丁酮接受槽11、真空缓冲罐12、真空泵13及相应的管路系统和辅助设备构成了甲苯、丁酮回收治理系统；而水-DMF吸收塔14、水-DMF泵15、水-DMF加热器16、DMF接受槽17和水-DMF蒸发器及相应的管路系统和辅助设备则构成了二甲基甲酰胺回收治理系统。
系统运行时，湿法合成革生产排放的有机废气(气量45000m3/h)先经过DMF-Air换热器1，在此换热器中与从DMF-甲苯丁酮吸收塔3塔出来的二甲基甲酰胺溶液发生热交换，有机废气的温度从80℃降低到50℃，二甲基甲酰胺溶液温度从28℃升高至48℃；从DMF-Air换热器1出来的有机废气进入DMF-甲苯丁酮吸收塔3，此吸收塔内装规整填料或者塔板，采用二甲基甲酰胺作为吸收溶剂，二甲基甲酰胺吸收溶剂的流量为42t/h，当有机废气以2m/s的空塔气速通过此吸收塔，与从塔顶流下的二甲基甲酰胺吸收溶液发生接触，废气中的甲苯和丁酮被二甲基甲酰胺溶液吸收，在气量为45000m3/h时，DMF-甲苯丁酮吸收塔3的直径为3m；从DMF-甲苯丁酮吸收塔3出来的有机废气进入水-DMF吸收塔14，选取水作为吸收溶剂，主要作用是用水吸收有机废气中的二甲基甲酰胺，此塔直径2m，空塔气速2m/s；有机废气从水-DMF吸收塔14塔顶出来后，经过后续的排气筒排放入大气中。
吸收了甲苯和丁酮的二甲基甲酰胺溶液从DMF-甲苯丁酮吸收塔3塔出来后经过DMF泵4输送至DMF-Air换热器1与有机废气发生热交换，DMF-Air换热器1的换热面积为415m2、管壳式浮头换热器，在此换热器中二甲基甲酰胺溶液的温度由28℃升高至48℃；然后，二甲基甲酰胺溶液被输送至DMF甲苯丁酮加热器7，DMF甲苯丁酮加热器的加热面积为105m2、管壳式浮头换热器，在此加热器中，二甲基甲酰胺溶液被蒸汽加热至100℃，蒸汽温度从120℃降低至100℃，蒸汽消耗量为15t/d；从DMF甲苯丁酮加热器7出来后，二甲基甲酰胺溶液进入甲苯丁酮蒸发器8中，甲苯丁酮蒸发器蒸发面积为250m2、管壳式浮头换热器，由于沸点的不同(二甲基甲酰胺153℃、甲苯110.6℃、丁酮79.6℃)，在真空状态下，丁酮和甲苯从二甲基甲酰胺溶液中以气体状态蒸发出来；从甲苯丁酮蒸发器8顶部出来的甲苯和丁酮气体进入甲苯丁酮冷凝器9中，甲苯丁酮冷凝器冷凝面积为5m2、管壳式浮头换热器，工艺冷却水作为冷却介质，在此冷凝器中，甲苯和丁酮又气体状态转变为溶液，经过甲苯丁酮接受槽11和甲苯丁酮回收罐10得到回收；从甲苯丁酮蒸发器8中没有被蒸发的二甲基甲酰胺溶液被DMF泵6输送至DMF冷却器5中，DMF冷却器的冷却面积为300m2、管壳式浮头换热器，工艺冷却水作为冷却介质，在此冷却器中，二甲基甲酰胺溶液的温度从100℃降低到30℃；从DMF冷却器5出来后，二甲基甲酰胺溶液从DMF-甲苯丁酮吸收塔3塔顶通过喷头进入吸收塔作为溶剂循环使用。在此循环过程中，由于自然损耗等原因，应当定期补充适量的二甲基甲酰胺溶液，损耗量为年循环量的2/10000即60t/年，补充量也为60t/年。
吸收了二甲基甲酰胺的水溶液从水-DMF吸收塔14塔出来后，在水-DMF泵15的泵送作用下，进入水-DMF加热器16，利用蒸汽将吸收溶液温度由30℃升高至100℃；从水-DMF加热器16出来的吸收溶液进入水-DMF蒸发器18，在此蒸发器中，利用水和二甲基甲酰胺沸点的不同(水100℃、二甲基甲酰胺153℃)，水被蒸发出来变成气态，二甲基甲酰胺液体则进入DMF接受槽17得到回收。
实施例1
实验室小试装置 主体吸收设备采用填料塔，填料塔技术设计参数如下：塔高1000mm、塔内径75mm、塔壁厚5mm、填料选用不锈钢丝网填料、填料高度700mm，空气温度70～80℃，进塔前的具有一定温度的部分气流通过鼓气瓶带出溶质(甲苯、丁酮)进入主空气管，从而人为造出含有一定浓度溶质的空气，用自吸泵将吸收剂二甲基甲酰胺打入塔内，吸收剂在重力作用下自塔顶流到塔底，空气和吸收剂在填料表面进行传质。用气相色谱法测定气样中有机物的浓度。吸收液二甲基甲酰胺流量25L/h。相关试验数据和吸收效率如下表所示：
表1二甲基甲酰胺吸收甲苯试验条件及结果
| 试验次数 | 1 | 2 | 3 |
| 气体温度℃ | 60-70 | 60-70 | 60-70 |
| 液体温度℃ | 25-30 | 25-30 | 25-30 |
| 空气流量m3/h | 28 | 28 | 28 |
| 空塔气速m/s | 1.76 | 1.76 | 1.76 |
| DFM流量L/h | 25 | 25 | 25 |
| 喷淋密度m3/(m2×h) | 3.2 | 3.2 | 3.2 |
| 进口峰值 | 16791 | 18444 | 17935 |
| 出口峰值 | 2040 | 2852 | 3947 |
| 吸收率％ | 87.8 | 84.5 | 78.0 |
| 平均吸收率％ | 83.5 | ||
表2二甲基甲酰胺吸收丁酮试验条件及结果
| 试验次数 | 1 | 2 | 3 |
| 气体温度℃ | 60-70 | 60-70 | 60-70 |
| 液体温度℃ | 25-30 | 25-30 | 25-30 |
| 空气流量m3/h | 28 | 28 | 28 |
| 空塔气速m/s | 1.76 | 1.76 | 1.76 |
| DFM流量L/h | 40 | 40 | 40 |
| 喷淋密度m3/(m2×h) | 5.1 | 5.1 | 5.1 |
| 进口峰值 | 74179 | 67931 | 68772 |
| 出口峰值 | 43879 | 27386 | 36316 |
| 吸收率％ | 40.8 | 59.7 | 47.2 |
| 平均吸收率％ | 49.2 | ||
实施例2
工程应用 在上述实验小试装置基础上，我们将以上回收方法应用于浙江温州某合成革有限公司的湿法合成革生产废气处理，并获得成功，废气中甲苯、丁酮和二甲基甲酰胺(DMF)得到高效回收。
该装置依据以下参数设计：
| 参数 | 量值 |
| 气量 | 45000m3/h |
| 温度 | 70～80℃ |
| 压力 | 常压 |
| 二甲基甲酰胺浓度 | 2000mg/m3 |
| 甲苯浓度 | 900mg/m3 |
| 丁酮浓度 | 300mg/m3 |
根据以上设计参数，并结合厂方实际情况，我们设计如附图所示的回收装置。
1.该装置中主要的建构筑物及设备如下：
(1)DMF-甲苯丁酮吸收塔
基本尺寸：Φ3.0×20.0m
结构：塔体用Q235A建造；填料为SM350填料，填料体积53m3
设计参数：空塔气速u＝2.0m/s，DMF循环量L＝42.0t/h
吸收效率：设计甲苯和丁酮吸收效率η＝90％
数量：1座
(2)引风机
型号：T4-72-12C型离心风机
技术参数：流量51396m3/h，全压3024Pa，电机Y280S-4，功率75Kw，转速1170rpm。叶轮采用铝合金加工，电机配用隔爆型电机。
数量：1台(另一台厂方应已经自配1台)
(3)DMF泵
型号：SGPB防腐防爆型
技术参数：流量50m3/h，扬程30m，口径100mm，电机功率7.5Kw电压380V
数量：4台，2开2备
(4)DMF-Air换热器
数量：1台
结构：管壳式浮头换热器
换热面积：415m2
换热效果：废气温度由80℃降为50℃，DMF溶液温度由28℃升为48℃
(5)DMF甲苯丁酮加热器
数量：1台
结构：管壳式浮头换热器，蒸汽加热
换热面积：105m2
换热效果：DMF溶液温度由48℃升为100℃
(6)甲苯丁酮蒸发器
数量：1台
结构：管壳式浮头换热器
换热面积：250m2
(7)甲苯丁酮冷凝器
数量：1台
结构：管壳式浮头换热器
换热面积：5m2
(8)甲苯丁酮回收罐
数量：1台
容积：30m3
材料：Q235A制作
(9)甲苯丁酮接受槽
数量：1台
容积：2m3
材料：Q235A制作
(10)真空缓冲罐
数量：1台
容积：30m3
材料：Q235A制作
(11)真空泵
数量：1台
型号：WLW-50型无油耐腐立式真空泵
技术参数：抽气速率50L/S，极限真空度2.0Kpa，转速320rpm电机功率4Kw
(12)DMF冷却器
数量：1台
结构：管壳式浮头换热器，冷却水冷凝
换热面积：300m2
换热效果：DMF溶剂从100℃降低至30℃
(13)水-DMF吸收塔、水-DMF泵、水-DMF加热器、DMF接受槽、水-DMF蒸发器系统
充分利用厂方现有的水-DMF吸收塔、水-DMF泵、水-DMF加热器、DMF接受槽、水-DMF蒸发器。考虑到喷淋水量较大，会有较多的水雾随气流带出，影响吸收塔后引风机的工作性能，我们对水-DMF吸收塔进行了改造，在塔顶安装了旋流除雾板，能出去废气中携带的约95％的水雾，从而大大减轻了风机带水，延长了系统的使用寿命和工作稳定性。
该装置工作时，合成革生产废气先经二甲基甲酰胺-废气换热器进入DMF-甲苯丁酮吸收塔，用二甲基甲酰胺溶液作为吸收溶剂，吸收废气中的甲苯和丁酮；DMF-甲苯丁酮吸收塔顶的上述废气进入水-DMF吸收塔，用水作为吸收溶剂，吸收废气中的二甲基甲酰胺；从DMF-甲苯丁酮吸收塔和水-DMF吸收塔出来的吸收液分别进入真空蒸发回收系统进行蒸发回收甲苯、丁酮和二甲基甲酰胺，回收的二甲基甲酰胺一部分作为第一级吸收塔的吸收溶剂。
2.装置运行效果
装置运行时，对甲苯、丁酮和二甲基甲酰胺(DMF)回收效果良好，经温州市环境监测部门监测，甲苯和丁酮的回收效率达到设计目标90％，DMF的回收效率达到了设计目标92％。
甲苯、丁酮和DMF的年回收量为：
(1)回收甲苯：0.9t/d×90％×300d/a＝243t/a
(2)回收丁酮：0.3t/d×90％×300d/a＝81t/a
(3)回收DMF：2.1t/d×92％×300d/a＝580t/a
甲苯、丁酮、DMF的单价按市场价的0.8倍计，则每年回收产生甲苯、丁酮和DMF的产值可达413.3万元，其中：
(1)回收甲苯：243t/a×0.40万元/t＝97.2万元/a
(2)回收丁酮：81t/a×0.68万元/t＝55.1万元/a
(3)回收DMF：580t/a×0.45万元/t＝261.0万元/a
由此可见，上述方法能够高效率的回收湿法合成革废气中甲苯、丁酮和DMF，能达到设计目标，具有显著的社会效益、环境效益和经济效益。
Claims (3)
1、一种湿法合成革生产废气中甲苯、丁酮和二甲基甲酰胺的回收方法，方法的步骤如下：
1)合成革生产废气经二甲基甲酰胺-废气换热器进入第一级吸收塔，用二甲基甲酰胺溶液作为吸收溶剂，吸收废气中的甲苯和丁酮；
2)第一级吸收塔顶的上述废气进入第二级吸收塔，用水作为吸收溶剂，吸收废气中的二甲基甲酰胺；
3)第一级和第二级吸收塔出来的吸收液分别进入真空蒸发回收系统进行蒸发回收甲苯、丁酮和二甲基甲酰胺，回收的二甲基甲酰胺一部分作为第一级吸收塔的吸收溶剂。
2、根据权利要求1所述的一种湿法合成革生产废气中甲苯、丁酮和二甲基甲酰胺的回收方法，其特征在于所说的第一级吸收塔采用塔内装填料或塔板的吸收塔。
3、根据权利要求1所述的一种湿法合成革生产废气中甲苯、丁酮和二甲基甲酰胺的回收方法，其特征在于所说的第二级吸收塔采用喷淋塔或板式塔。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |