DMF废气回收装置应用
1 概述
1.1项目简介
中国是世界上人造革最大的合成革生产基地，在温州地区，合成革生产企业约100多家，干法线和湿法线合计约为250条，年产值超过100多亿人民币，产品在国内市场占有率达70%以上。这一产业的崛起，对经济发展起着推动性的作用。但是，合成革涂装及烘干尾气中含有大量二甲基甲酰胺（DMF）等有毒有害挥发气体，污染车间空气和周边大气环境，对人民身体健康带来一定的负面影响。对制革业有机气体污染问题进行治理，关系到该产业今后的发展和保护人民身体健康。太仓是江苏重要的人造革制造基地，皮革生产带来的污染也影响太仓市生活环境。为响应中国人造革协会的要求，上海卡门环保科技有限公司引入已在温州推广的填料塔吸收工艺的成套设备。
太仓市金阳光皮革有限公司有两条干法生产线和两条湿法生产线。在湿法生产线中，树脂中含有约30%聚按酯、70%DMF，且均有配有DMF废水回收装置，绝大部分（98%以上）DMF可以得到回收利用，但有机气体总排放量远小于干法生产线，因此从大气环境污染治理的角度出发，制革业有机气体污染治理的重点应放在干法生产线。本项目即针对合成革干法生产线有机溶剂蒸汽（DMF）的回收和净化提出治理方案，提出推荐方案的费用估算和技术经济分析。
1.2干法生产线情况简介
合成革生产的主要原料之一是聚氨酯树脂（形成合成革的涂层），其中含有大量的有机溶剂DMF（二甲基甲酰胺）和少量的辅助有机溶剂。干法生产线中树脂中含有约30%聚氨酯，其余的是有机溶剂（以DMF为主，配以少量的辅助有机溶剂（随品种、配方、生产厂家等不同而有所变化））。在使用前，还要添加一定数量的DMF作为稀释液。树脂和稀释液的添加比例约为1：1。每条干法生产线每年生产400万米合成革，全年使用有机溶剂的总量约为320吨。这些溶剂在生产过程中100％蒸发，全部排放到大气中，对环境造成一定污染，影响周围的居民的生活环境。同时大量有机溶剂蒸汽的排放也造成资源的巨大浪费，增加了企业的生产成本。
1.3设计原则和指导思想
本方案设计的出发点应当是既要考虑解决环境污染问题，同时要考虑资源的回收，兼顾企业的承受能力。因此，在整体方案设计中，首先根据政府主管部门的排放要求，考虑使用经济有效的方法对排放的有机溶剂蒸汽进行回收，使之达标排放。回收工艺的设计要考虑充分利用现有湿法生产线的废水回收系统，减轻企业负担。
1.4公司介绍
上海卡门环保科技有限公司，是一家专门从事环境污染治理的专业性公司。本公司与湖南湘牛环保实业有限公司进行合作开发，针对人造革行业的实际情况，综合考虑，开发PU合成革干法生产线DMF回收净化成套装置。公司在注重基础研究的同时，积极进行应用研究。企业将环保与科技真正结合，迅速将科技成果转为生产力。以合成革行业废气治理回收为着力点，现已研制成功废气回收净化装置，为治理合成革行业所带来的环境污染闯出了一条新路子。
2 工艺方案设计
2.1设计基础参数
鉴于目前太仓市金阳光皮革有限公司有两条湿法生产线和两条干法生产线的实际情况，方案设计针对两条干法生产线尾气合并处理。通过文献调研和现场调查，确定设计基本参数如下：
每条生产线24小时的生产能力为：2万米／24小时；
每条生产线年生产量：400万米／年；
年生产开机时间：4800小时；
每条线的通风量：15000-20000m3/小时；
废气温度：60-80℃；
废气中DMF浓度：3~4g/m3；
2.2净化要求
参照温州市环保局提出的排放标准，DMF排放浓度限值为40mg/m3，排放高度大于15m。
出于资源回收的目的，确定DMF总净化率:≥98％,DMF回收率:≥95％ (以进入装置内废气计)。
2.3有机溶剂的特性
二甲基甲酰胺（DMF）
本品分子式C3H7N0，相对分子质量73.09，为无色液体，微有氨的气体，与水、乙醇多数有机溶剂混和，相对密度：0.94，熔点：-61℃，沸点：153℃，闪点：15°F。
2.4工艺的选择
有机废气的净化方法根据气体浓度和性质等的可采用不同的技术。从资源回收与否的角度，可分为回收法和分解抛弃法，一般包括冷凝法、吸附法、吸收法、催化燃烧法、膜分离技术、生物降解技术等。针对不同情况和净化要求，可以使用一种技术，也可以是几种技术的组合。
出于DMF回收的经济性考虑，鉴于DMF溶于水，而湿法生产线又有现成的回收DMF的废水处理装置可资利用，因此，本项目工艺方案选择三段循环吸收回收工艺。
2.5工艺方案
2.5.1总体设想
从清洁生产的思想和资源回收保护的角度出发，本治理方案总体上以采用简单易行的方法对有机溶剂蒸汽进行回收，在回收的基础上对排放尾气进行高效净化，既考虑资源的回收，同时考虑解决环境污染问题，兼顾企业的承受能力。溶剂回收以水吸收为主要特征，回收液送至厂家已有的湿法回收精馏塔。
来自各个工段的工艺废气汇总于集气箱中，通过风机将其打入吸收塔中。吸收塔的第一段为提浓喷淋，喷林液为循环吸收DMF的水溶液，促进吸收，为此目的，第一阶段采用大水量循环吸收，并且对进塔的吸收液要进行冷却处理。不断浓集的吸收液部分输送至废水罐待后续用厂家已有的湿法回收精馏塔蒸馏回收DMF。气体经过第一阶段后进入后续第二阶段进一步被吸收。第二阶段采用填料塔结构，吸收液采用低浓度水，吸收DMF后的吸收液补充到第一吸收段（吸收DMF后的吸收液部分参与循环，一部分补充到第一吸收段）。第三阶段同样采用填料塔结构，吸收液为纯水，来保证废气的出口浓度达到排放标准（吸收DMF后的吸收液部分参与循环，一部分补充到第一吸收段）。
2.5.2系统描述
整个系统主要由废气收集管道、吸收塔、自控仪表系统、风机和水循环管道系统等几部分组成。
有机废气现经过吸收塔利用水吸收去除其中的DMF后，达标排放。富集吸收液送至湿法工艺废水罐，利用蒸馏装置分离出DMF和水。
2.5.2.1吸收装置：
吸收装置的主体是三段吸收塔。在第一阶段吸收液采用循环富集DMF的水溶液，当循环液浓度中DMF浓度达到15~22%时，排放至回收工艺废水罐。考虑到该阶段的主要目的为降温和富集，水溶液中DMF浓度较高，采用大水量喷淋，进塔的吸收液进行冷却处理。第二阶段采用填料塔结构，用低浓度水溶液吸收，吸收液一部分补充至第一阶段作吸收液，其余部分继续循环，第三阶段同样采用填料塔结构，吸收液为纯水，来保证废气的出口浓度达到排放标准，并采用纯水作为补充水。
塔体总高16.7米，结构组成自下而上包括：底层吸收液储槽(3m)、进风和第一喷淋吸收段(4m)、第二填料吸收段(3.5m)、第三填料吸收段(3.5m)、脱水段和出风段(2.7m)。
吸收塔空塔流速取3.3m/s，则塔径设计为2.2m。一、二、三段液气比取0.3L/m3，吸收液循环量分别为25、25和25m3/h。
第一级循环泵：选用耐腐蚀离心泵，流量25m3/h，扬程30米，转速1450rpm，配套电机功率5KW。第二级循环泵：选用耐腐蚀离心泵，流量25m3/h，扬程20米，转速1450rpm，配套电机功率3KW。第三级循环泵：选用耐腐蚀离心泵，流量25m3/h，扬程20米，转速1450rpm，配套电机功率3KW。回收泵：选用耐腐蚀离心泵，流量25m3/h，扬程20米，转速1450rpm，配套电机功率3kW。
吸收塔配套防爆离心通风机，4-72NO10D左90，转速1250rpm，全压 3202-2532Pa，风量55000~62000m3/h，配套电机功率55KW。
2.5.2.2自控仪表
自控系统采用微电脑控制，主要元器件采用进口产品。
控制测量仪表包括：液位控制器、压差变送器、风机控制变频器、电动控制阀、热电偶及温度显示仪等。
3 技术经济指标
3.1主要工艺技术参数
吸收塔尺寸（直径×高度）：Φ2.2×16.7m
吸收塔空塔流速：3.3m/s
处理风量：50000m3/h
3.2物料消耗和能耗指标
年耗纯水量：500m3
风机配套电机容量：55KW
水泵配套电机容量：17KW
3.3工程费用估算
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3.4环境经济效益分析
3.4.1环境效益
按两条生产线每年生产时间4800小时，生产800万米合成革计，每年可减少DMF排放600吨以上。具有明显的环境效益。
3.4.2经济效益
以回收率90%计，每年可回收DMF540吨，单价分别以6000元/吨计，全年回收物料价值300万元。
年运行费用估算为：50万元。
分析表明，该项目不但具有明显的环境效益，而且具有明显的经济效益，能够达到环境效益、社会效益和经济效益的有机统一。
4 结论
利用吸收和吸附相结合的工艺回收气体中有机物DMF的等有机溶剂，并使尾气净化后达标排放，达到以废治废，化害为利之目的，实现了无害化、资源化、安全化目标。项目的实施，能够实现真正意义上的环境效益、社会效益、经济效益的三者统一，是实现经济可持续发展的有力保证。
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