1、前言
    在二甲基甲酰胺(DMF)二步法干紡腈綸生產(chǎn)過程中，聚丙烯腈(PAN)-DMF原液經(jīng)紡絲甬道成形，在熱氮?dú)饬髦袚]發(fā)掉大部分DMF后形成初生纖維．初生纖維再經(jīng)水洗牽伸進(jìn)一步除去DMF后．所得纖維中還含約2%～3%DMF,經(jīng)纖維干燥烘干機(jī)烘干后即得到成品纖維，成品中含DMF約0.8%~1.2%．其余的DMF均隨干燥烘干機(jī)尾氣直排大氣。按年產(chǎn)60000t/a腈綸纖維的規(guī)模計算．每年排放的DMF量約為900t。DMF為B類可疑致癌物，如此大量的
DMF排放．對廠區(qū)及周圍環(huán)境造成了很大污染．對員工及周邊居民的健康構(gòu)成了一定威脅。同時，大量DMF排放，也造成了原料的大量浪費(fèi)。此前，國內(nèi)干法腈綸生產(chǎn)企業(yè)中DMF單耗最低的企業(yè)與印度腈綸公司相比還相差20kg/t左右，相差極大。
    因此，為縮小與國際先進(jìn)水平的差距．降低DMF單耗．進(jìn)一步降低成本．提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和競爭能力．避免環(huán)境污染．對該廢氣進(jìn)行治理回收是很必要的。隨著國家DMF廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)的制訂并即將實施，該廢氣的治理更關(guān)系到企業(yè)的生存。
2、干紡腈綸干燥烘干機(jī)廢氣的特點(diǎn)和治理回收難點(diǎn)
2.1廢氣的特點(diǎn)
    DMF二步法干紡腈綸纖維干燥烘干機(jī)排放的廢氣具有的特點(diǎn)為：①風(fēng)量大，濃度低，按年產(chǎn)60000t/a腈綸纖維的規(guī)模計，該廢氣總量約為23×l041113／l1．DMF平均含量為400—500mg/m3；②尾氣濕度大，溫度相對較高，該廢氣的絕對含濕量在0.02kg(水)／m3（干空氣）左右，氣體溫度在60—70C。③廢氣中還含有一定量的油劑組分和纖維屑等雜物。富通新能源不但生產(chǎn)銷售木屑烘干機(jī)等鋸末木屑成型機(jī)械設(shè)備，而且還大量銷售顆粒機(jī)、木屑顆粒機(jī)等生物質(zhì)燃料成型機(jī)械設(shè)備。
2.2治理回收難點(diǎn)
    上述特點(diǎn)給該廢氣有效、經(jīng)濟(jì)治理和DMF的回收帶來了很大困難，主要有以下難點(diǎn)：
    ①由于廢氣中含有沸點(diǎn)較高的油劑組分，且廢氣濕度很高．無法采用已經(jīng)成功用于干法腈綸紡絲工序DMF廢氣處理的活性炭纖維吸附一解吸處理技術(shù)。因此，采用水淋洗吸收成了幾乎唯一選擇。
    ②由于廢氣總量較大，當(dāng)采用傳統(tǒng)的板式塔f包括比較先進(jìn)的導(dǎo)向篩板塔等1和普通填料塔進(jìn)行水吸收處理時．系統(tǒng)阻力較大．提高了動力消耗和處理成本．僅系統(tǒng)的電耗一項就需要lOOOkW左右f按年產(chǎn)60000t/a纖維的生產(chǎn)規(guī)模計）。
    ③由于廢氣中DMF濃度相對較低，溫、濕度較高，因此，限于吸收過程的氣液平衡關(guān)系，為保證吸收效果．必須保持一定的液氣比和塔板量．為保證排放尾氣達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)要求．決定了吸收液的濃度不能很高。
    根據(jù)計算，排放尾氣的溫度在45—50℃．吸收液的濃度在2%左右。由于吸收液的濃度太低，含水量過大，而原溶劑回收提純系統(tǒng)設(shè)計時未包括該吸收液的處理．系統(tǒng)脫水處理能力不夠．而且原設(shè)計中系統(tǒng)能源未能充分利用．該吸收液回收提純的蒸汽及其他能源消耗過高。
2.3原溶劑回收系統(tǒng)的缺陷
    原引進(jìn)技術(shù)中溶劑回收提純系統(tǒng)的能源利用明顯不合理性．主要表現(xiàn)在溶劑回收塔塔頂蒸汽的熱量未能得到充分的利用．除少量用于稀溶劑進(jìn)料預(yù)熱外，絕大部分均采用循環(huán)冷卻水冷凝、冷卻，不但浪費(fèi)了熱能，而且增加了循環(huán)水的消耗。
    目前．國內(nèi)企業(yè)兩套溶劑回收塔的蒸汽消耗量約為24t/h，循環(huán)水消耗量約為500t/h。溶劑回收部分的蒸汽消耗達(dá)3t/t(纖維)左右，與印度腈綸公司的1.5t/t(纖維)相比要多一倍。
    此外．國內(nèi)企業(yè)溶劑回收塔塔頂凝液是直接排放到污水處理系統(tǒng)的．而印度腈綸公司是回收作為脫鹽水返回系統(tǒng)用于尾氣淋洗和初生纖維的洗滌。
    以上問題導(dǎo)致纖維干燥烘干機(jī)DMF廢氣淋洗回收系統(tǒng)的回收成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于回收DMF的價值．企業(yè)在經(jīng)濟(jì)上無法承受．影響了企業(yè)對該廢氣治理回收的積極性。國內(nèi)五家干法腈綸生產(chǎn)企業(yè)在項目建設(shè)時大都考慮了水淋洗吸收的治理回收方法．但經(jīng)過一段時間的運(yùn)行．都因為上述問題無法解決而停運(yùn)或停建。此前，五家生產(chǎn)廠的纖維干燥烘干機(jī)DMF廢氣淋洗系統(tǒng)全部閑置，無一家投運(yùn)。
3、改進(jìn)的干紡腈綸干燥烘干機(jī)DMF廢氣回收技術(shù)
    采用高效絲網(wǎng)填料塔對纖維干燥烘干機(jī)DMF廢氣進(jìn)行水淋洗吸收和溶劑減壓脫水、常壓提純的技術(shù)路線可以很好地解決上述問題。
3.1技術(shù)原理
    纖維干燥烘干機(jī)DMF廢氣淋洗采用每臺纖維干燥烘干機(jī)新增一個高效低阻力的金屬絲網(wǎng)填料吸收塔。吸收塔下部采用空塔循環(huán)噴淋吸收，其主要作用為除去廢氣中帶入的油劑組分和纖維屑等雜物．避免其對絲網(wǎng)填料造成影響．同時對廢氣進(jìn)行冷卻．并達(dá)到汽液平衡，以利于提高填料段的吸收效率。
    采用吸收液循環(huán)噴淋吸收的目的是為了減少進(jìn)入系統(tǒng)的水量，以提高吸收液濃度。吸收塔上部采用BX500不銹鋼絲網(wǎng)填料．填料高度在6m左右。采用脫鹽水一次淋洗以提高吸收效率，控制排放DMF濃度。由于廢氣風(fēng)量較大，且為了降低阻力，淋洗塔的直徑較大，所以，為保證填料層布液的均勻性，需采用特殊設(shè)計的布液器。
    系統(tǒng)DMF吸收效率可達(dá)到95%左右,DMF排放濃度不超過40mg/m3，達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)要求，風(fēng)機(jī)全壓小于2000Pa,DMF廢氣淋洗部分新增用電可小于200kW(按年產(chǎn)60000t纖維的生產(chǎn)規(guī)模計)。所得吸收液DMF濃度不小于2%,吸收液量約5—5.5t/h，與稀液系統(tǒng)的稀溶劑(26%，15t/h)混合后進(jìn)入溶劑回收提純系統(tǒng)。
    對原溶劑回收提純系統(tǒng)需要作徹底改造．主要內(nèi)容是新增1套三塔脫水提純系統(tǒng)．其中2個脫水塔為減壓填料塔f第一和第二減壓塔的塔頂操作溫度分別為60℃和80℃1．提純精餾塔為常壓浮閥塔（塔頂操作溫度為100℃），三塔串聯(lián)操作。除提純精餾塔與原溶劑回收塔一樣．采用0.55MPa和1.5MPa蒸汽作為熱源外．兩個減壓脫水塔均采用上一塔的塔頂蒸汽作為熱源．從而達(dá)到在不增加蒸汽消耗的前提下．成倍地提高系統(tǒng)處理能力或在相同的系統(tǒng)處理能力前提下，大幅降低蒸汽消耗的目的。
3.2工藝流程
    混合后含DMF約20%的稀溶劑進(jìn)入第一減壓脫水塔進(jìn)行脫水增濃．塔底經(jīng)脫水增濃后的稀溶劑直接進(jìn)入第二減壓脫水塔進(jìn)一步脫水．塔頂約60℃的蒸汽一部分用于該塔稀溶劑進(jìn)料的預(yù)熱．其余用循環(huán)冷卻水冷凝后進(jìn)入脫胺塔回收脫鹽水，該塔采用第二減壓脫水塔的塔頂蒸汽(80℃)作為熱源。第二減壓脫水塔脫水增濃后的塔底稀溶劑直接進(jìn)入常壓提純精餾塔進(jìn)行提純精餾，塔頂約80℃的蒸汽進(jìn)入第一減壓脫水塔的塔底再沸器作為第一減壓脫水塔的熱源．冷凝后進(jìn)入脫胺塔回收脫鹽水，第二減壓脫水塔采用常壓提純精餾塔的塔頂蒸汽(100℃)作為熱源。經(jīng)精餾塔提純后的DMF返回生產(chǎn)系統(tǒng)使用，塔頂常壓蒸汽進(jìn)入第二減壓脫水塔塔底再沸器作為第二減壓脫水塔的熱源．冷凝后進(jìn)入脫胺塔回收脫鹽水，提純精餾塔采用0.55MPa和1.5MPa蒸汽作為熱源。三個塔的塔頂凝液含有少量的DMF和二甲胺．在一定溫度下用空氣吹脫除去二甲胺后．即可返回DMF廢氣淋洗系統(tǒng)和纖維洗滌系統(tǒng)代替脫鹽水使用。
    由于塔頂蒸汽的潛熱被合理用于稀溶劑的加熱．而稀溶劑又代替了循環(huán)冷卻水作為塔頂蒸汽的撤熱介質(zhì)，因此，既減少了蒸汽的消耗，又降低了循環(huán)冷卻水的消耗。在溶劑回收提純系統(tǒng)的處理能力有所提高的前提下，蒸汽和循環(huán)冷卻水f撤熱量）消耗僅為原來1/2左右．大大降低了溶劑回收提純的成本，從而使DMF廢氣淋洗回收具有經(jīng)濟(jì)性。
4、效益分析
    改造前后系統(tǒng)指標(biāo)對比f按年產(chǎn)60000t纖維的生產(chǎn)規(guī)模計1見表1。
    該技術(shù)路線可以取得良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益：
    ①每年回收DMF(100%)量850t．按7000元／t計，年回收價值595萬元。
    ②在系統(tǒng)稀溶劑處理能力從15t/h提高到20t/hf即增加了廢氣淋洗液后1的前提下，每小時還可節(jié)約蒸汽12t．按年生產(chǎn)8000h計，年減少蒸汽消耗達(dá)9.6xl04t．按80元／t計，年節(jié)約768萬元。
    ③改造后，每小時可回收脫鹽水15t，扣除淋洗需要5t/h．實際可節(jié)約lOt/h．按年生產(chǎn)8000h計，年節(jié)約脫鹽水8xl04t．按5元／t計，年節(jié)約40萬元。
    ④綜合效益。上述各項累計節(jié)約人民幣1400萬元／a．扣除各項運(yùn)行成本約300萬元．年經(jīng)濟(jì)效益達(dá)到1100萬元。系統(tǒng)改造費(fèi)用不到1500萬元，1年多即可收回所有投資，因此具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。且每年減少DMF排放850t所產(chǎn)生的環(huán)境效益和社會效益更是無法估量。
5、結(jié)論
    干紡腈綸干燥烘干機(jī)尾氣排放大量DMF,不但造成原料的浪費(fèi)、提高了生產(chǎn)成本，而且對廠區(qū)及周邊環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染。隨著國家對DMF排放標(biāo)準(zhǔn)的制訂和實施，該廢氣必須得到徹底的治理。
    干法腈綸生產(chǎn)裝置的原設(shè)計中．溶劑回收提純系統(tǒng)的能源利用存在較大的不合理性．造成了大量蒸汽、循環(huán)冷卻水、脫鹽水等資源的極大浪費(fèi)，對其進(jìn)行改造是十分必要的。
    將溶劑回收提純系統(tǒng)的節(jié)能改造與干紡腈綸干燥烘干機(jī)DMF廢氣淋洗治理回收結(jié)合起來．能有效解決該廢氣治理中存在的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上的難點(diǎn)．形成技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理的技術(shù)路線。
    改造后的干紡腈綸干燥烘干機(jī)DMF廢氣回收技術(shù)具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和明顯的環(huán)境、社會效益，在干法腈綸生產(chǎn)行業(yè)有一定的推廣意義。