DMF廢氣回收裝置應用
1 概述
1.1項目簡介
中國是世界上人造革最大的合成革生產基地，在溫州地區，合成革生產企業約100多家，干法線和濕法線合計約為250條，年產值超過100多億人民幣，產品在國內市場占有率達70%以上。這一產業的崛起，對經濟發展起著推動性的作用。但是，合成革涂裝及烘干尾氣中含有大量二甲基甲酰胺（DMF）等有毒有害揮發氣體，污染車間空氣和周邊大氣環境，對人民身體健康帶來一定的負面影響。對制革業有機氣體污染問題進行治理，關系到該產業今后的發展和保護人民身體健康。太倉是江蘇重要的人造革制造基地，皮革生產帶來的污染也影響太倉市生活環境。為響應中國人造革協會的要求，上海卡門環保科技有限公司引入已在溫州推廣的填料塔吸收工藝的成套設備。
太倉市金陽光皮革有限公司有兩條干法生產線和兩條濕法生產線。在濕法生產線中，樹脂中含有約30%聚按酯、70%DMF，且均有配有DMF廢水回收裝置，絕大部分（98%以上）DMF可以得到回收利用，但有機氣體總排放量遠小于干法生產線，因此從大氣環境污染治理的角度出發，制革業有機氣體污染治理的重點應放在干法生產線。本項目即針對合成革干法生產線有機溶劑蒸汽（DMF）的回收和凈化提出治理方案，提出推薦方案的費用估算和技術經濟分析。
1.2干法生產線情況簡介
合成革生產的主要原料之一是聚氨酯樹脂（形成合成革的涂層），其中含有大量的有機溶劑DMF（二甲基甲酰胺）和少量的輔助有機溶劑。干法生產線中樹脂中含有約30%聚氨酯，其余的是有機溶劑（以DMF為主，配以少量的輔助有機溶劑（隨品種、配方、生產廠家等不同而有所變化））。在使用前，還要添加一定數量的DMF作為稀釋液。樹脂和稀釋液的添加比例約為1：1。每條干法生產線每年生產400萬米合成革，全年使用有機溶劑的總量約為320噸。這些溶劑在生產過程中100％蒸發，全部排放到大氣中，對環境造成一定污染，影響周圍的居民的生活環境。同時大量有機溶劑蒸汽的排放也造成資源的巨大浪費，增加了企業的生產成本。
1.3設計原則和指導思想
本方案設計的出發點應當是既要考慮解決環境污染問題，同時要考慮資源的回收，兼顧企業的承受能力。因此，在整體方案設計中，首先根據政府主管部門的排放要求，考慮使用經濟有效的方法對排放的有機溶劑蒸汽進行回收，使之達標排放。回收工藝的設計要考慮充分利用現有濕法生產線的廢水回收系統，減輕企業負擔。
1.4公司介紹
上海卡門環保科技有限公司，是一家專門從事環境污染治理的專業性公司。本公司與湖南湘牛環保實業有限公司進行合作開發，針對人造革行業的實際情況，綜合考慮，開發PU合成革干法生產線DMF回收凈化成套裝置。公司在注重基礎研究的同時，積極進行應用研究。企業將環保與科技真正結合，迅速將科技成果轉為生產力。以合成革行業廢氣治理回收為著力點，現已研制成功廢氣回收凈化裝置，為治理合成革行業所帶來的環境污染闖出了一條新路子。
2 工藝方案設計
2.1設計基礎參數
鑒于目前太倉市金陽光皮革有限公司有兩條濕法生產線和兩條干法生產線的實際情況，方案設計針對兩條干法生產線尾氣合并處理。通過文獻調研和現場調查，確定設計基本參數如下：
每條生產線24小時的生產能力為：2萬米／24小時；
每條生產線年生產量：400萬米／年；
年生產開機時間：4800小時；
每條線的通風量：15000-20000m3/小時；
廢氣溫度：60-80℃；
廢氣中DMF濃度：3~4g/m3；
2.2凈化要求
參照溫州市環保局提出的排放標準，DMF排放濃度限值為40mg/m3，排放高度大于15m。
出于資源回收的目的，確定DMF總凈化率:≥98％,DMF回收率:≥95％ (以進入裝置內廢氣計)。
2.3有機溶劑的特性
二甲基甲酰胺（DMF）
本品分子式C3H7N0，相對分子質量73.09，為無色液體，微有氨的氣體，與水、乙醇多數有機溶劑混和，相對密度：0.94，熔點：-61℃，沸點：153℃，閃點：15°F。
2.4工藝的選擇
有機廢氣的凈化方法根據氣體濃度和性質等的可采用不同的技術。從資源回收與否的角度，可分為回收法和分解拋棄法，一般包括冷凝法、吸附法、吸收法、催化燃燒法、膜分離技術、生物降解技術等。針對不同情況和凈化要求，可以使用一種技術，也可以是幾種技術的組合。
出于DMF回收的經濟性考慮，鑒于DMF溶于水，而濕法生產線又有現成的回收DMF的廢水處理裝置可資利用，因此，本項目工藝方案選擇三段循環吸收回收工藝。
2.5工藝方案
2.5.1總體設想
從清潔生產的思想和資源回收保護的角度出發，本治理方案總體上以采用簡單易行的方法對有機溶劑蒸汽進行回收，在回收的基礎上對排放尾氣進行高效凈化，既考慮資源的回收，同時考慮解決環境污染問題，兼顧企業的承受能力。溶劑回收以水吸收為主要特征，回收液送至廠家已有的濕法回收精餾塔。
來自各個工段的工藝廢氣匯總于集氣箱中，通過風機將其打入吸收塔中。吸收塔的第一段為提濃噴淋，噴林液為循環吸收DMF的水溶液，促進吸收，為此目的，第一階段采用大水量循環吸收，并且對進塔的吸收液要進行冷卻處理。不斷濃集的吸收液部分輸送至廢水罐待后續用廠家已有的濕法回收精餾塔蒸餾回收DMF。氣體經過第一階段后進入后續第二階段進一步被吸收。第二階段采用填料塔結構，吸收液采用低濃度水，吸收DMF后的吸收液補充到第一吸收段（吸收DMF后的吸收液部分參與循環，一部分補充到第一吸收段）。第三階段同樣采用填料塔結構，吸收液為純水，來保證廢氣的出口濃度達到排放標準（吸收DMF后的吸收液部分參與循環，一部分補充到第一吸收段）。
2.5.2系統描述
整個系統主要由廢氣收集管道、吸收塔、自控儀表系統、風機和水循環管道系統等幾部分組成。
有機廢氣現經過吸收塔利用水吸收去除其中的DMF后，達標排放。富集吸收液送至濕法工藝廢水罐，利用蒸餾裝置分離出DMF和水。
2.5.2.1吸收裝置：
吸收裝置的主體是三段吸收塔。在第一階段吸收液采用循環富集DMF的水溶液，當循環液濃度中DMF濃度達到15~22%時，排放至回收工藝廢水罐。考慮到該階段的主要目的為降溫和富集，水溶液中DMF濃度較高，采用大水量噴淋，進塔的吸收液進行冷卻處理。第二階段采用填料塔結構，用低濃度水溶液吸收，吸收液一部分補充至第一階段作吸收液，其余部分繼續循環，第三階段同樣采用填料塔結構，吸收液為純水，來保證廢氣的出口濃度達到排放標準，并采用純水作為補充水。
塔體總高16.7米，結構組成自下而上包括：底層吸收液儲槽(3m)、進風和第一噴淋吸收段(4m)、第二填料吸收段(3.5m)、第三填料吸收段(3.5m)、脫水段和出風段(2.7m)。
吸收塔空塔流速取3.3m/s，則塔徑設計為2.2m。一、二、三段液氣比取0.3L/m3，吸收液循環量分別為25、25和25m3/h。
第一級循環泵：選用耐腐蝕離心泵，流量25m3/h，揚程30米，轉速1450rpm，配套電機功率5KW。第二級循環泵：選用耐腐蝕離心泵，流量25m3/h，揚程20米，轉速1450rpm，配套電機功率3KW。第三級循環泵：選用耐腐蝕離心泵，流量25m3/h，揚程20米，轉速1450rpm，配套電機功率3KW。回收泵：選用耐腐蝕離心泵，流量25m3/h，揚程20米，轉速1450rpm，配套電機功率3kW。
吸收塔配套防爆離心通風機，4-72NO10D左90，轉速1250rpm，全壓 3202-2532Pa，風量55000~62000m3/h，配套電機功率55KW。
2.5.2.2自控儀表
自控系統采用微電腦控制，主要元器件采用進口產品。
控制測量儀表包括：液位控制器、壓差變送器、風機控制變頻器、電動控制閥、熱電偶及溫度顯示儀等。
3 技術經濟指標
3.1主要工藝技術參數
吸收塔尺寸（直徑×高度）：Φ2.2×16.7m
吸收塔空塔流速：3.3m/s
處理風量：50000m3/h
3.2物料消耗和能耗指標
年耗純水量：500m3
風機配套電機容量：55KW
水泵配套電機容量：17KW
3.3工程費用估算
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3.4環境經濟效益分析
3.4.1環境效益
按兩條生產線每年生產時間4800小時，生產800萬米合成革計，每年可減少DMF排放600噸以上。具有明顯的環境效益。
3.4.2經濟效益
以回收率90%計，每年可回收DMF540噸，單價分別以6000元/噸計，全年回收物料價值300萬元。
年運行費用估算為：50萬元。
分析表明，該項目不但具有明顯的環境效益，而且具有明顯的經濟效益，能夠達到環境效益、社會效益和經濟效益的有機統一。
4 結論
利用吸收和吸附相結合的工藝回收氣體中有機物DMF的等有機溶劑，并使尾氣凈化后達標排放，達到以廢治廢，化害為利之目的，實現了無害化、資源化、安全化目標。項目的實施，能夠實現真正意義上的環境效益、社會效益、經濟效益的三者統一，是實現經濟可持續發展的有力保證。
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