干法腈綸裝置DMF治理與回收項目的研究

趙衍武，黃 勇

（中國石油撫順石油化工公司， 遼寧 撫順 113004）

干法腈綸裝置DMF治理與回收項目的研究

趙衍武，黃 勇

（中國石油撫順石油化工公司， 遼寧 撫順 113004）

撫順石化腈綸廠采用杜邦工藝兩步干法制腈綸。在生產(chǎn)中，以活性碳纖維為吸附材料，以連續(xù)式吸附器為主設(shè)備，對紡絲有機氣體濃縮后產(chǎn)生的高濃度含二甲基甲酰胺（以下簡稱 DMF，DMF 是揮發(fā)性有機化合物的一種，一般是作為溶劑使用）有機氣體，采用先吸附后水洗的辦法進行增濃吸收，顯著提高了 DMF的回收效果，降低了產(chǎn)品能耗物耗，減少了環(huán)境污染。

干法腈綸；二甲基甲酰胺；吸附

中國石油撫順石化公司腈綸化工廠是國家大型化工化纖企業(yè)，是我國第一家采用技貿(mào)結(jié)合方式引進美國BP公司和杜邦公司專利技術(shù)興建的丙烯腈、干法腈綸聯(lián)合方式生產(chǎn)企業(yè)。原設(shè)計主要有 5 萬 t/a丙烯腈裝置、3 萬 t/a 干法腈綸裝置以及配套的 0.8萬 t/a 毛條裝置、0.6 萬 t/a 硫銨裝置和 1 萬 t/a 丙酮氰醇等生產(chǎn)裝置［5］。

該廠干法腈綸裝置實施差別化擴能改造后，腈綸產(chǎn)品生產(chǎn)能力提高到 5.5 萬 t/a，隨著產(chǎn)品產(chǎn)能的提高，一方面紡絲工序經(jīng)淋洗排放DMF有機氣體量為 120 000 m3/h，原設(shè)計處理量為 80 000 m3/h 的 DMF有機氣體回收處理裝置，板式塔阻力大，能耗極大、回收效率極低（約 20%～30%）。另一方面后紡工序直接排放 DMF 有機氣體量為 200 000 m3/h。使得大量的含DMF氣體排入大氣，增加了大量的運行成本，并沒有得到好的回收效率，因此對DMF有機氣體進行治理與回收迫在眉睫。自塔頂部補加，塔釜液不斷循環(huán)，將自塔底部上行的 DMF 進行淋洗，吸收其中的 DMF；與淋洗后上行的 DMF 有機氣體再進行吸收，凈化后有機氣體從塔頂排出塔在實際操作中，通過控制淋洗液濃度和塔釜液位，定期將塔釜淋洗液排出，送腈綸裝置原料和溶劑回收工序（圖 1）。

圖 1 淋洗塔示意圖Fig.1 Schematic diagram of the rinsing tower

1 改造前紡絲工序 DMF 處理工藝流程

紡絲工序 DMF 有機氣體由三個 18.5 kW 風(fēng)機排出，送到勻風(fēng)室，再經(jīng)過一個 300 kW 增壓風(fēng)機送紡絲淋洗塔。采用脫鹽水對氣體進行淋洗，脫鹽水

淋洗塔主要運行參數(shù)如下：

①進塔 DMF 有機氣體流量：1.2×105 m3/h，DMF 平均濃度為 540 mg/m3

②出塔凈化有機氣體流量：1.2×105 m3/h，DMF平均濃度為 30 mg/m3

工藝條件決定了進入淋洗塔的有機氣體經(jīng)洗滌后要排入到大氣中，不可避免的將帶走部分水份，而增壓風(fēng)機的排風(fēng)量為 1.2×105 m3/h，導(dǎo)致實際加水量與回收量之間差距較大。

2 改造后的紡絲工序 DMF 治理與回收方案

2.1 改水吸收工藝為活性炭吸附工藝

充分利用活性炭外表面大，纖維直徑細，吸附幾率高，且可均勻接觸，吸脫速度快，約是 GAC的 1.5～10 倍，且吸附效率高的優(yōu)點，解決了水吸收工藝中，由于有機氣體濃度低，導(dǎo)致的布水量大，塔底吸收液濃度低（即使采用毛細分布能力最強的絲網(wǎng)填料塔，極限布水量仍需 0.2 m3/( m2?h），此時塔底吸收液的濃度約為 1.5%左右，考慮到水的蒸發(fā)，濃度也只有 2%左右）后續(xù)的分離負荷和分離能耗（蒸汽消耗）大大提高的問

2.2 增加連續(xù)式吸附濃縮器

與催化凈化設(shè)備或溶劑回收設(shè)備一起配套使用，連續(xù)式吸附濃縮器的床層阻力低通常在 800Pa以內(nèi)，功耗省，能夠小范圍解吸，解吸安全性高。［9］它將低濃度有機氣體經(jīng)回轉(zhuǎn)的吸附床凈化后排放，解吸用熱氣流從噴嘴經(jīng)回轉(zhuǎn)吸附床的局部區(qū)域進行解吸，解吸后的高濃度氣體可達 10～12 g/m3左右，氣量為原來的 1/20，濃縮后產(chǎn)生的高濃度氣體濃度采用吸收或冷凍冷凝回收都比較經(jīng)濟，將大大減少后處理設(shè)備的生產(chǎn)負荷和運行成本[10]。

具體新增能夠連續(xù)在線吸附、解吸的吸附器及其配套設(shè)備。3臺排風(fēng)機對應(yīng)設(shè)置3臺吸附

①吸附器：是利用回轉(zhuǎn)式動態(tài)解吸原理研究開發(fā)的低阻力吸附凈化器，以活性碳纖維為吸附材料，主要用于低濃度常溫有機有機氣體的凈化處理，能夠?qū)崿F(xiàn)在線連續(xù)吸附、解吸操作。凈化氣中DMF含量甚微，本方案忽略未計。吸附器運轉(zhuǎn)耗電很小，本方案以 1 千瓦計。

②解吸風(fēng)機：風(fēng)量為 6 000 m3/h，風(fēng)壓為 4 000 Pa，電機功率為 15 kW。

③加熱器：換熱面積約為 150 m2，蒸汽消耗量0.5 t/h。

2.3 淋洗塔改造

根據(jù)濃縮后 DMF 有機氣體條件重新設(shè)計新淋洗塔（圖 2）。經(jīng)初步核算，塔徑由 3 800 mm 改為1 200 mm；塔高由 29 000 mm 改為 12 000 mm。全塔為填料塔，采用高效規(guī)整填料，提高吸收效率，降低全塔壓降。主要運行參數(shù)如

①進塔 DMF 有機氣體流量：6×103 m3/h，DMF濃度為 12 000 mg/m3

②出塔凈化有機氣體流量：6×103 m3/h，DMF濃度為 30 mg/m3

圖 2 新增 DMF 廢氣濃縮設(shè)施示意圖Fig.2 Schematic diagram of new increased exhaust gas enrichment facility

3 改造前后數(shù)據(jù)對比

3.1 改造前年排放 DMF 數(shù)量

系統(tǒng)改造前，撫順石油化工公司腈綸化工廠舊處理系統(tǒng)廢氣排放量如下；

紡絲工序排氣風(fēng)量為：120 000 m3/h，540 mg/m3

后紡工序排氣風(fēng)量為：200 000 m3/h，580 mg/m3

排放到大氣中的 DMF 為（取紡絲工序處理效率為 30%）：

（120 000×540×70%）+（200 000×580）= 161 360 000 (mg/h)=161.36 (kg/h)

年DMF排放量：

161.36×24×365=1 413 513.6 (kg/a)= 1413.5( t/a )

3.2 改造后年排放 DMF 數(shù)量

新處理系統(tǒng)達到的排放標準為：40 mg/m3

新處理系統(tǒng)建成后排放到大氣中的DMF為：

（120 000×40）+（200 000×40）=12 800 000 (mg/h)=12.8 kg/h)

DMF 排放量：12.8×24×365=112128(kg/a)=112.1(t/a)

3.3 新舊 DMF 處理系統(tǒng)數(shù)據(jù)對比

項目建成后每年排入大氣中的DMF減少1 413.5－112.1=1 301.4( t/a)

按照 6 000 元/t DMF 的市場價計算年節(jié)約資金6 000×1 301.4=7 808 400 元=780.84 萬元

3.4 能耗分析

由于原DMF淋洗裝置稀液循環(huán)泵為兩開一備，因此平時用電功率為 449.5 kW，經(jīng)計算可知，新DMF 吸附回收裝置裝機功率較原 DMF淋洗裝置少了 293.5 kW (表 1)。

表 1 新舊裝置裝機功率對比Table 1 The old and the new device installed power contrast

綜合能耗對比（按時間計）：

原DMF淋洗裝置綜合能耗為：

494.5×0.282 8+0.2×66=153.044 6 kg eo/h

新DMF吸附回收裝置綜合能耗為：

156×0.282 8+0.52×66=78.434 8 kg eo/h

由以上計算可知，新裝置的綜合能耗較老裝置減少了 104.609 8 kg eo/h。

根據(jù)以上數(shù)據(jù)分析可知，不論從 DMF 的回收效果及綜合能耗來說，新 DMF 吸附回收裝置較較原 DMF 淋洗回收裝置要好，而綜合能耗卻降低了104.609 8 kg eo/h。

4 結(jié) 論

在紡絲工序，采用活性炭纖維吸附工藝對含DMF的有機氣體進行吸附，并通過熱氣流解吸后，提高了進入增濃吸收塔的有機氣體中 DMF 含量。再運行DMF吸附回收裝置，使 DMF的回收量由原來的 112.1 t/a，提高到 1 413.5 t/a，減輕了對環(huán)境的污染，同時年可節(jié)約資金 780 余萬元，此外，該項目還降低了綜合能耗和運行成本，大大提升了產(chǎn)品的競爭力。

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［5］盧惠春 馬建新.DM 干法紡絲腈綸[J].中國纖檢,1996，12：25-31.

［6］龐斌. DMF 干法腈綸生產(chǎn)工藝[J].廣東化纖,1997(1):7.

［7］費建奇.兩步干法腈綸工藝聚合反應(yīng)配方的特點[J]. 合成纖維工業(yè), 2003, 26(6):30-32.

［8］許杰文.干法異形腈綸纖維工業(yè)開發(fā)初探[J].當(dāng)代化工,2002,31（3）: 142-144.

［9］林濤.干法腈綸纖維的特點與紡織特性[J].廣東化纖,1994(2):21-23.

［10］James C.Masson.腈綸生產(chǎn)工藝及應(yīng)用[M].中國紡織出版社,2003:3-40.

中國汽車涂料市場發(fā)展現(xiàn)狀調(diào)查分析

汽車涂料是指涂裝在轎車等各類車輛車身及零部件上的涂料，一般指新車的涂料及輔助材料和車輛修補用涂料。

數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)前，我國汽車銷量連續(xù)突破 1800 萬輛，高速增長的汽車銷量有力拉動了汽車涂料涂裝業(yè)務(wù)的持續(xù)發(fā)展，給汽車涂料行業(yè)帶來了巨大的商機。

近 50 年來，汽車面漆無論是從基料還是面漆顏色和施工方面都有很大的變化。主要表現(xiàn)在基料方面由硝基磁漆到氨基醇酸磁漆，底漆用自干型醇酸樹脂磁漆到熱塑性丙烯酸樹脂磁漆，其中熱固性丙烯酸樹脂磁漆和聚氨基耐污性等都得到了很大的提高，這就使面漆的保護性能得到了提升。

有國外分析機構(gòu)預(yù)測全球汽車涂料市場在 20132018 年間的年復(fù)合增長率將為 5.59%。其中促成這一市場增長的主要因素之一就是各類涂料的需求增長。

中國汽車工業(yè)協(xié)會公布 2013 年全國汽車銷量增長率達到 13.9%，銷量達到 2198 萬輛，產(chǎn)量達到 2211萬輛。2014 年乘用車市場仍將以 10%左右的年均速度增長，這個增速并且會保持 3 年。

2014 年中國汽車市場 10%的增長力來自于這些省的市場購買力正在從省會、省中心城市向二、三線城市，或者三、四線釋放。這些都會需要大量的汽車漆，汽車漆將會有較大幅度的需求增長。

在中國汽車原廠漆市場，75%～80%的市場份額是被國際品牌占領(lǐng)；在修補漆市場，75%左右的市場份額被國內(nèi)品牌所占領(lǐng)，但是，它們大部分占領(lǐng)的是修補漆中低端市場。

Recovery of Dimethylformamide From the Acrylic Fiber Device

ZHAO Yan-wu，HUANG Yong
（PetroChina Fushun Petrochemical Company, Liaoning Fushun 113001，China）

The acrylic fiber plant of Fushun Petrochemical Corporation introduced Dupont process technology, which adopted 2-step dry fiber spinning with Dimethylformamide (DMF) as solvent. In the production, the activated carbon fiber was used as adsorption material, the continuous absorber equipment was used to recover high concentration of dimethylformamide, which could significantly improve the recovery effect of DMF, reduce energy consumption and environment pollution.

Dry acrylic fiber; Dimethylformamide; Absorber

TQ 342

： A文獻標識碼： 1671-0460（2014）07-1212-03

2013-12-28

趙衍武（1959-），男，山東肥城人，碩士學(xué)位，高級工程師，研究方向：化工化纖工藝。E-mail：fsghz@sohu.com。