干法纺丝有机溶剂回收与空气循环使用工艺及其装置制造方法
【专利摘要】本发明干法纺丝有机溶剂回收与空气循环使用工艺及其装置，在纺丝甬道上从上到下分别设有高温气体的进口；含有机溶剂气体的排放口；次高温气体的进气口；冷却空气的排气口，纺丝甬气体处理系统包括气体处理回路I与气体处理回路II，气体处理回路I回收从排放口排出的气体中的大部分溶剂，气体处理回路II进一步分离回收有机溶剂；通过管路的设计利用自身的能量完成转轮的冷却及再生处理，并将再生后的气体继续投入到气体处理系统作业中，不向系统外排放气体。本发明循环空气及回收的有机溶剂中水份含量低，后续处理过程中不存在有机溶剂水解现象，本发明在溶剂回收过程中不需要低温冷冻水，并实现化纤生产零排放。
【专利说明】干法纺丝有机溶剂回收与空气循环使用工艺及其装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及纺丝处理设备，具体是干法纺丝有机溶剂回收与空气循环使用工艺及其装置。
【背景技术】
[0002]化学纤维已经广泛应用于人们的生产与生活，例如，聚丙烯腈纤主要用作毛线、针织物(纯纺或与羊毛混纺)和机织物，特别适用于作室内装饰布，如窗帘；而氨纶丝也广泛应用于包覆、棉包和针织上；最近开发出来的聚酰亚胺纤维由于其独特的耐温度性能已经广泛用于制造高温空气过滤器等。
[0003]干法纺丝是常用的制造化学纤维的方法，干纺时从喷丝头毛细孔中压出的纺丝液细流进入纺丝甬道中。通过甬道中高温气流的作用，使原液细流中的溶剂快速挥发，挥发出来的溶剂蒸汽被热气体流带走。原液在逐渐脱去溶剂的同时发生固化，并在卷绕张力的作用下伸长变细而形成初生纤维。
[0004]传统的纺丝甬结构原理图参见图1。
[0005]纺丝甬底部是出丝口，所以必须是开放的，为了防止在丝束流出的过程中有机溶剂从出丝口逃逸到生产车间，出丝口必须是负压状态，以保证车间中的空气从纺丝甬底部进入纺丝甬。
[0006]另外，纺丝甬在纺丝过程中都处于高温状态，而纺丝使用的有机溶剂是容易燃烧与爆炸的物质，为了防止有机溶剂爆炸，部分化纤制造公司采取向纺丝甬中向纺丝甬中补充氮气，以保证纺丝甬中氧气浓度低于11.5%。除向纺丝甬中通氮气防止有机溶剂爆炸外，部分化纤制造公司采取两个空气循环系统，其中一个空气循环系统中有机溶剂含量始终保持在有机溶剂爆炸极限上限以上，另外一个空气循环系统中有机溶剂含量始终保持在有机溶剂爆炸极限下限以下，该种空气循环与有机溶剂回收方法最大的优点是节省了氮气。
[0007]图1是包含两个空气循环系统的纺丝甬的有机溶剂回收与空气循环系统流程图。
[0008]图1中A点是热空气进口，B点是含有机溶剂的出口 ；A点与B点之间构成一个密闭的空气处理循环。图1中A点与B点之间的甬道中有机溶剂的含量在溶剂爆炸极限上限以上。
[0009]图1是1-2是循环风机，1-5是空气-空气换热器，1-4是冷却水换热器，1-4冷却器的冷却介质是循环冷却水，循环冷却水温度是常温；1_3是冷冻水换热器，1-3换热器冷却介质是_5°C -15°C的冷冻水，1-6是导热油空气加热器。含有机溶剂的空气经过1-4冷却器冷却后部分有机溶剂从空气中冷凝下来；当从1-4冷却器出来的空气经过1-3冷冻水换热器冷却后空气中的有机溶剂进一步从空气中冷凝。目前经过1-3冷冻水换热器冷却后的空气温度通常在20°C左右。空气换热器1-5的功能就是利用从纺丝甬出来的空气加热已经出去部分有机溶剂的空气；导热油加热器1-6的功能就是利用导热油把送进纺丝甬的空气加热到预定温度。
[0010]图1中C点是抽气口，抽气的目的是实现出丝口的负压状态，以保证车间中的空气从纺丝甬底部进入纺丝甬。
[0011]从C点排出的空气含有一定数量的有机溶剂，所以，从该点抽出的溶剂先经过循环冷却水换热器1-7冷却、然后通过冷冻水换热器1-8冷却、最后通过喷淋塔1-9利用水喷淋处理后排向大气，图1中1-1是抽气风机。换热器1-7的冷却介质是循环冷却水，换热器1-8的冷却介质是_5°C -15°C的冷冻水，喷淋塔1-9的功能是利用水吸收空气中残留的有机溶剂。
[0012]现有的纺丝甬空气处理与溶剂回收系统实际就是以B点为出口，A点为进口的密闭空气循环回路，以及以C点为排气口的空气处理回路。目前B点为出口，A点为进口的密闭空气循环回路回收的有机溶剂中水分含量在5%左右，这些含水的溶剂需要送溶剂提纯塔进行溶剂提纯处理。在溶剂提纯过程中，由于溶剂中存在水分，溶剂会出现水解，每生产I吨纤维就有24.5公斤溶剂分解成二甲胺和乙酸量。二甲胺和乙酸量直接排放到大气会造成环境污染，同时，回收利用二甲胺和乙酸技术难度大，经济性差。所以，溶剂分解是造成化纤生产环境污染以及生产成本提高的重要原因。如何避免溶剂分解是解决化纤生产环境污染以及提高化纤生产经济效益的重要手段。
[0013]在喷淋处理从C点排出的废气时会产生大量的含少量有机溶剂的废水，处理这些废水会增加化纤生产的成本。
[0014]更加重要的是:目前纺丝甬空气处理过程都需要大量的低温冷冻水，产生冷冻水的制冷机消耗量大量的电力，由此也增加了化纤生产的成本。
[0015]最后，传统结构的纺丝甬普遍存在从底部是出丝口流出液态溶剂的现象，本发明的发明人认为出现此现象的原因是由于从底部流进纺丝甬道的冷空气与纺丝甬含溶剂的气体混合后，溶剂冷凝造成，避免从底部出丝口流出液态溶剂现象的解决方法就是避免在纺丝甬底部出现冷热气体混合的现象。
【发明内容】
[0016]本发明的目的在于针对上述存在的问题和不足，提供一种循环空气中水份含量低，回收的有机溶剂中水分含量低，回收可以后续处理过程中不存在有机溶剂水解现象，并实现化纤生产零排放的干法纺丝有机溶剂回收与空气循环使用工艺及其装置。
[0017]本发明的上述目的是通过以下技术方案予以实现:
干法纺丝有机溶剂回收与空气循环使用工艺及其装置，在纺丝甬道外设有纺丝甬气体处理系统，在纺丝甬道上从上到下分别设有高温气体的进口 ；含有机溶剂气体的排放口 ；次高温气体的进气口 ；冷却空气的排气口。纺丝甬气体处理系统包括气体处理回路I与气体处理回路II，气体处理回路I回收从排放口排出的气体中的大部分溶剂，并将经过转轮吸附处理后的部分气体连同补充的低露点干燥空气一起加热到需要的温度后从进口送回纺丝甬，补充到气体处理回路I的空气露点温度至少在_20°C以下，同时露点越低越好。气体处理回路II进一步分离回收有机溶剂，并将经过转轮吸附处理后的气体从进气口送回纺丝甬；通过管路的设计利用自身的能量完成转轮的冷却及再生处理，并将再生后的气体继续投入到气体处理系统作业中，不向系统外排放气体，从冷却空气的排气口排出的气体中大部分是从纺丝甬底部进入的空气，少量是从次高温气体的进气口进入纺丝甬的气体，从冷却空气的排气口排出的空气中不含任何有机溶剂。[0018]气体处理回路I包括余热利用换热器、前级转轮之前置空气冷却器、前级转轮及前级转轮之再生空气加热器，从排放口排出的气体经过余热利用换热器、前级转轮之前置空气冷却器及前级转轮处理区后变成洁净气体，该部分气体连同补充低露点干燥的空气一起加热到需要的温度后从进口送回纺丝甬，一支路连通前级转轮之前置空气冷却器排气口、前级转轮的冷却区、前级转轮之再生空气加热器、前级转轮的再生区回流至前级转轮之前置空气冷却器进气口，每支管路接有风机。
[0019]气体处理回路II包括后级转轮之前置空气冷却器、后级转轮、后级转轮之再生空气加热器、后级转轮再生风出口空气冷却器、回路II之处理空气加热器，从气体处理回路I中经前级转轮处理区后排出的气体形成一分路，该分路经后级转轮之前置空气冷却器、后级转轮处理区再经回路II之处理空气加热器加热从进气口送回纺丝甬，一支路连通后级转轮之前置空气冷却器排气口、后级转轮冷却区、后级转轮之再生空气加热器、后级转轮再生区、后级转轮再生风出口空气冷却器后回流至后级转轮之前置空气冷却器进气口，每支管路接有风机。
[0020]转轮为圆盘状分子筛浓缩转轮，分子筛被制造成蜂窝状，转轮由隔板分割成转轮处理区、转轮再生区和转轮冷却区三个区域并分别形成气体流通通道，隔板不动，转轮在电机的带动下旋转，转轮上的吸附材料始终在转轮处理区，转轮再生区，转轮冷却区中交替轮换。
[0021]当含有机溶剂的气体从转轮处理区流过的时候，气体中的有机溶剂被转轮上的吸附材料吸附，气体变成洁净气体；当温度大约180°C左右的热气体从转轮再生区流过的时候，吸附在转轮上的有机溶剂会从吸附材料上脱附出来，被热气体带走；当低温气体从转轮冷却区流过的时候，转轮冷却区被冷却，转轮冷却区恢复吸附能力。
[0022]本发明通过上述的结构设计，具有如下优点:
(1)溶剂回收过程不需要低温冷冻水，溶剂回收成本大幅度下降；
(2)溶剂回收不需要水喷淋过程，回收的有机溶剂浓度高；
(3)向大气排放的气体中有机溶剂含量在50毫克/立方米之内；
(4)可以保证回收的有机溶剂浓度在99%之上，大幅度减少了有机溶剂水解量，化纤生产溶剂单耗大幅度下降。基本实现化纤生产零排放；
(5)丝束流出不会出现液态溶剂流出的现象；
(6)经过转轮处理区的气体中有机溶剂含量可以达到洁净的程度，经过转轮处理后的气体可以在满足环保要求的情况下排放。
[0023]
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1为传统的纺丝甬结构原理图；
图2为本发明的一种结构示意图；
图3为本发明转轮的结构原理图。
【具体实施方式】[0025]如图2所示，本发明干法纺丝有机溶剂回收与空气循环使用工艺及其装置，a点是高温气体的进口 ；b点是含有机溶剂的气体的排放口 ；c点是次高温气体的进气口 ；d点是冷却空气的排气口，d点安装了一个排风风机，其功能是利用车间空气冷却丝束，从d点排出的气体中大部分是从纺丝甬底部进入的空气，少量是从c点进入纺丝甬的气体，从d点排出的空气中不含任何有机溶剂；另外，从纺丝甬底部进入的空气没有进入纺丝甬的气体处理系统。即，本发明中没有出现因为从纺丝甬底部进入的空气而造成纺丝甬的气体水分含量增加的现象。
[0026]含有机溶剂气体的排放口 b经纺丝甬气体处理系统分别与高温气体的进口 a、次高温气体的进气口 c相连。
[0027]具体为，纺丝甬气体处理系统包括气体处理回路I与气体处理回路II，气体处理回路I回收从排放口 d排出的气体中的大部分溶剂，并将经过转轮吸附处理后的气体连同补充低露点干燥空气一起加热到需要的温度后从进口 a送回纺丝甬，气体处理回路II进一步分离回收有机溶剂，并将经过转轮吸附处理后的气体从进气口 c送回纺丝甬。
[0028]气体处理回路I包括余热利用换热器3-4、前级转轮之前置空气冷却器3-3、前级转轮3-2、前级转轮之再生空气加热器3-6、回路I之处理空气加热器3-7及回路I之处理风机3-1、前级转轮之再生风机3-5，
从排放口 b排出的气体依序连接余热利用换热器3-4热气进出口、前级转轮之前置空气冷却器3-3、前级转轮3-2之处理区、回路I之处理风机3-1、余热利用换热器3-4冷气进出口后同补充的干燥空气一起经回路I之处理空气加热器3-7加热后从进口 a送回纺丝甬。一支路依序连通前级转轮之前置空气冷却器3-3排气口、前级转轮3-2之冷却区、前级转轮之再生空气加热器3-6、前级转轮3-2再生区、前级转轮之再生风机3-5后回流至前级转轮之前置空气冷却器3-3进气口。
[0029]e点是干燥空气补充口，从e点补充到纺丝甬的干燥空气的露点在_20°C以下。从e点补充干燥空气的目的是为了维持纺丝甬中维持正压，防止大气中十分进入防丝甬，保证回收溶剂中水分含量低，从而减少有机溶剂水解。
[0030]前级转轮之前置空气冷却器3-3是利用循环冷却水使气体冷却；在气体处理回路I中不需要0°C以下的冷冻水。另外经过前级转轮处理后的空气温度在40°C左右，由此，回路I之处理空气加热器3-7消耗的能源比传统溶剂回收方法低。
[0031]气体处理回路II包括后级转轮前置冷却器3-11、后级转轮再生风出口空气冷却器3-9、后级转轮3-12、后级转轮之再生空气加热器3-8、回路II之处理空气加热器3-14、后级转轮之再生风机3-10及回路II处理风机3-13。
[0032]从气体处理回路I中经前级转轮3-2处理区后排出的气体形成一分路，该分路依序连接后级转轮前置冷却器3-11、后级转轮3-12处理区、回路II处理风机3-13再经回路II之处理空气加热器3-14加热从进气口 c送回纺丝甬，一支路依序连通后级转轮前置冷却器3-11排气口、后级转轮3-12冷却区、后级转轮再生风出口空气冷却器3-9、后级转轮之再生风机3-10后回流至后级转轮前置冷却器3-11进气口。
[0033]由于从a点进入纺丝甬的气体中容许含有少量的有机溶剂，所以，经过前级转轮3-2处理过的空气也容许含有微量有机溶剂。
[0034]气体处理回路II的功能是将从气体处理回路I送来的气体进一步分离处理,使气体中有机溶剂的含量达到20毫克/立方米以下，以至该部分空气可以直接排放到大气中。
[0035]如图3所示，转轮2-1为圆盘状分子筛浓缩转轮，分子筛被制造成蜂窝状，转轮2-1由隔板2-2、2-3、2-4分割成转轮处理区2-6、转轮再生区2_7和转轮冷却区2_5三个区域并分别形成气体流通通道，隔板2-2、2-3、2-4不动，转轮2-1在电机2_8的带动下旋转，转轮2-1上的吸附材料始终在转轮处理区2-6，转轮再生区2-7，转轮冷却区2-5中交替轮换。
[0036]上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.干法纺丝有机溶剂回收与空气循环使用工艺，其特征在于:在纺丝甬道外设有纺丝甬气体处理系统，在纺丝甬道上从上到下分别设有高温气体的进口(a);含有机溶剂气体的排放口(b);次高温气体的进气口(c);冷却空气的排气口(d)，纺丝甬气体处理系统包括气体处理回路I与气体处理回路II,气体处理回路I回收从排放口(b)排出的气体中的大部分溶剂，并将经过转轮吸附处理后的气体连同补充低露点干燥的空气一起加热到需要的温度后从进口(a)送回纺丝甬，气体处理回路II进一步分离回收有机溶剂，并将经过转轮吸附处理后的气体从进气口(C)送回纺丝甬；通过管路的设计利用自身的能量完成转轮的冷却及再生处理，并将再生后的气体继续投入到气体处理系统作业中，不向系统外排放气体。
2.依据权利要求1所述工艺组成的干法纺丝有机溶剂回收与空气循环使用装置，其特征在于:气体处理回路I包括余热利用换热器(3-4)、前级转轮之前置空气冷却器(3-3)、前级转轮(3-2)及前级转轮之再生空气加热器(3-6)，从排放口(b)排出的气体经过余热利用换热器(3-4 )、前级转轮之前置空气冷却器(3-3 )及前级转轮(3-2 )处理区后变成洁净气体，该部分气体连同补充低露点干燥的空气一起加热到需要的温度后从进口(a)送回纺丝甬，一支路连通前级转轮之前置空气冷却器(3-3)排气口、前级转轮(3-2)的冷却区、前级转轮之再生空气加热器(3-6)、前级转轮(3-2)的再生区回流至前级转轮之前置空气冷却器(3-3 )进气口，所述每支管路接有风机。
3.根据权利要求2所述的使用装置，其特征在于:气体处理回路II包括后级转轮之前置空气冷却器(3-11)、后级转轮(3-12)、后级转轮之再生空气加热器(3-8)、后级转轮再生风出口空气冷却器(3-9)、回路II之处理空气加热器(3-14)，从气体处理回路I中经前级转轮(3-2)处理区后排出的气体形成一分路，该分路经后级转轮之前置空气冷却器(3-11)、后级转轮(3-12)处理区再经回路II之处理空气加热器加热(3-14)从进气口(c)送回纺丝甬，一支路连通后级转轮之前置空气冷却器(3-11)排气口、后级转轮(3-12)冷却区、后级转轮之再生空气加热器(3-8)、后级转轮(3-12)再生区、后级转轮再生风出口空气冷却器(3-9)后回流至后级转轮之前置空气冷却器(3-11)进气口，所述每支管路接有风机。
【文档编号】D01F13/00GK103757752SQ201410025491
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2014年1月21日 优先权日:2014年1月21日
【发明者】马军 申请人:马军