一种聚氨酯合成革废气中有机物回收装置的制作方法

本实用新型属于废气处理技术领域，涉及一种聚氨酯合成革废气中有机物回收装置。

背景技术：

合成革是塑料工业的一个重要组成部分，其应用领域遍及人们日常生活的方方面面。它具有抗磨损、抗老化等优异的机械性能，同时还具备加工方便、价格优廉等优点。目前，合成革的生产普遍采用聚氨酯PU作为基层和面层的基本原料，通过DMF(N，,N-二甲基甲酰胺)、甲苯等作为主要溶剂以溶液聚合法制得。生产过程中由于使用大量可挥发性有机溶剂，特别是在生产表面处理过程中，涂有大量有机溶剂的制品在密闭烘箱中经60～170℃的高温处理时，会产生大量可挥发性含DMF、甲苯的废气。干法合成革的制造是用加热方法使聚氨酯PU中的溶剂挥发，形成薄膜，然后把它贴在纤维基本材料上，溶剂用量大约占树脂用量的60％以上，生产工艺决定了溶剂在生产过程中除了极少部分残留在产品中外，其余大部分则蒸发出去，干法生产线产生的废气量约占整个合成革行业中废气量的95％。一般干法生产中溶剂由约70％的DMF和约30％的其他溶剂(甲苯、丁酮)组成，这些溶剂在烘箱中约有85％以上挥发，若直接排放，将严重影响工人和附近居民的身体健康，并污染大气环境。

现有的聚氨酯合成革废气中有机物回收方法及配套装置，主要有活性炭吸附法和溶剂吸收法及配套装置。溶剂吸收法一般是用水或DMF作为吸收剂来回收聚氨酯合成革废气中的有机物。用水作吸收剂的缺陷是：水能吸收废气中的DMF，但水却不能吸收废气中的甲苯、丁酮等有机物；用DMF作吸收剂的缺陷是：DMF的沸点低(154℃)，用量大，需在现有一个吸收塔的基础上再增加一个吸收塔，要进行两次吸附才能将DMF与甲苯、丁酮等有机物分离开来。现有的聚氨酯合成革废气中有机物回收装置一般只有一个或两个吸收塔再加一个解吸塔，存在回收效率低，回收得到的DMF和甲苯纯度不够高等缺陷。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于：克服现有技术的不足，提供一种回收效率高、回收得到的DMF和甲苯纯度高的聚氨酯合成革废气中有机物回收装置。

本实用新型的目的是通过如下技术方案实现的：

本实用新型一种聚氨酯合成革废气中有机物回收装置，它包括顺序连接的一个吸收塔、一个解吸塔和一个减压蒸馏塔；车间废气出口与第一换热器的热源入口连接；吸收塔下部进料口与第一换热器的热源出口连接；吸收塔顶部低温废气出料口与第一换热器的冷源入口连接；第一换热器的冷源出口连接废气排空管；吸收塔底部出料口通过吸收塔底泵与第二换热器冷源入口连接；第二换热器冷源出口与解吸塔下部进料口连接；解吸塔底部出料口与吸收液中间罐入口连接；吸收液中间罐出口与解吸塔底泵入口连接；解吸塔底泵出口串接两个三通阀；第一个三通阀的一个出口与第二个三通阀的入口连接；第一个三通阀的另一个出口与减压蒸馏塔下部进料口连接；解吸塔顶部出料口依次与塔顶冷凝器、预分离罐、回流罐、解吸塔回流泵连接；解吸塔回流泵出口分两路，一路回流连接到解吸塔上部回流入口，另一路依次与分离罐、轻组分出料泵连接；减压蒸馏塔顶部出料口依次与塔顶冷凝器、回流罐、减压蒸馏塔回流泵连接；减压蒸馏塔回流泵出口分两路，一路回流连接到减压蒸馏塔上部回流入口，另一路依次与储罐、DMF出料泵连接；减压蒸馏塔底部出料口通过减压蒸馏塔底泵与回收吸收液罐入口连接；回收吸收液罐出口(也可与新鲜吸收液罐出口合并后)通过吸收液泵与第二个三通阀的另一个入口连接；第二个三通阀的出口与第二换热器的热源入口连接；第二换热器的热源出口与第三换热器的热源入口连接；第三换热器的热源出口与吸收塔上部吸收液入口连接。

进一步地，在第三换热器之后还设有第四换热器；第三换热器的热源出口与第四换热器的热源入口连接；第四换热器的热源出口与吸收塔上部吸收液入口连接；第三换热器、第四换热器的冷源入口与冷冻水供水管连接。

更进一步地，第一换热器包含三级冷却：第一级为空气冷却，第二级为低温废气冷却，第三级为冷冻水或冷冻盐水冷却；车间废气出口与第一换热器的第一级热源入口连接；吸收塔下部进料口与第一换热器的第三级热源出口连接；吸收塔顶部低温废气出料口与第一换热器的第二级冷源入口连接；第一换热器的第二级冷源出口连接废气排空管；第一换热器的第三级冷源入口与冷冻水或冷冻盐水供水管连接。

利用上述聚氨酯合成革废气中有机物回收装置进行的有机物回收方法如下：采用离子液体、液态酯类为专用吸收剂，在吸收塔内，通过低温喷淋的方式对逆流而上的冷却后的合成革废气进行吸收处理，废气中的甲苯、丁酮和DMF等有机物被低温吸收剂吸收后，先进入解吸塔进行解吸分离回收甲苯、丁酮及其它低沸点有机物混合物，然后再通过减压蒸馏塔进行解吸分离回收DMF(或对达到一定饱和度的DMF溶液进行解吸回收)；所述专用吸收剂为混合溶液，其中各组分质量百分比为：离子液体50-70％、对苯二甲酸二丁酯5-25％、对苯二甲酸丁二酯15-25％、间苯二甲酸乙二酯5-15％；其中，离子液体与对苯二甲酸二丁酯二者之间的比例可调，为11:1-2:1，优选比例为2.5:1；对苯二甲酸丁二酯与间苯二甲酸乙二酯二者之间的比例可调，为4:1-1:1，优选比例为1:1；该专用吸收剂沸点高于300℃，挥发度很小，在吸收塔中不会被携带到塔顶上去，吸收塔顶废气可直接排放，因此，通过一次吸收即可将吸收剂与甲苯、丁酮、DMF等有机物分离开来。

上述聚氨酯合成革废气中有机物回收方法的具体工艺过程如下：

(1)吸收工段

来自车间的高温废气(50-110℃，总VOCs约4000mg/m³)送入第一换热器(包含三级冷却：第一级为空气冷却，第二级为低温废气冷却，第三级为冷冻水或冷冻盐水冷却)，经第一换热器冷却降温后(降至5-10℃)，从吸收塔下部进入吸收塔，在吸收塔中，低温废气与从塔顶喷淋下来的低温吸收剂(5-10℃)进行逆流接触，低温废气中的甲苯、丁酮和DMF被充分吸收后，低温废气从塔顶出来，再经第一换热器与高温废气进行换热后直接排入大气，其中甲苯含量低于15mg/m³，DMF含量低于10mg/m³，VOCs小于40mg/m³；有机物总去除率大于99％；

从吸收塔底部出来的吸收液，含甲苯、丁酮、DMF、水和吸收剂，通过第二换热器与从解吸塔底出来的吸收液进行热交换，提高温度后进入解吸塔进行解吸。

吸收工艺条件：吸收塔操作温度，优选5-10℃，压力为绝压100～200KPa。

(2)轻组分解吸工段

经过预加热后的含甲苯、丁酮、DMF、水和吸收剂的吸收液，进入解吸塔，在常压下进行解吸，从塔顶解吸出的甲苯、丁酮和水，经过冷凝器后进入预分离罐，将水和有机物先分离，有机物溢流至回流罐，部分回流后(回流比为0.5-5，优选2-3)进入分离罐，在分离罐通过静置分相后，上层可以得到纯度大于99.5％的有机物(为甲苯、丁酮及低沸点有机物混合物，无需再分离，可直接回用于车间)，下层为废水(根据废水量及COD大小需另行处理)；

解吸后从塔底出来的含DMF和水的吸收液，进入吸收液中间罐后，通过解吸塔底泵打出来；在解吸塔底泵之后设有两个三通阀，当解吸塔底出来的吸收液中DMF的含量小于10-15％时，利用这两个三通阀，经过这两个三通阀之间的连接管线，该吸收液进入第二换热器与来自吸收塔底的低温吸收液进行热交换，分别再通过第三换热器和/或第四换热器与冷媒进行热交换，温度降低后，进入吸收塔顶部进行喷淋循环利用。

轻组分解吸工艺条件：解吸塔塔釜温度150-300℃，优选180-250℃，塔压力为绝压100～200KPa。

(3)重组分解吸工段

当解吸塔底出来的吸收液中DMF的含量超过10-15％时(可从解吸塔塔底温度判断出来)，利用解吸塔底泵之后的两个三通阀(不经过这两个三通阀之间的连接管线)，该吸收液进入减压蒸馏塔，通过减压蒸馏塔将其中的DMF解吸出来；从减压蒸馏塔塔底出来的解吸后的吸收液进入回收吸收液罐，之后进入第二换热器与来自吸收塔底的低温吸收液进行热交换，分别再通过第三换热器和/或第四换热器与冷媒进行热交换，温度降低后，进入吸收塔顶部进行喷淋循环利用；减压蒸馏塔塔顶气经过冷凝器后进入回流罐(回流比为0.5-5，优选2-3)，根据工艺塔要求，部分回流后进入储罐，得到纯度大于99％的DMF。

重组分解吸工艺条件：减压蒸馏塔塔釜温度130-200℃，优选150-180℃，塔压力为绝压30-90KPa，优选50-70KPa。

上述过程是间歇回收DMF的过程。此外，也可以选择进行连续回收DMF的过程，即：从解吸塔底泵打出来的吸收液，不管其中DMF的含量是超过10-15％，还是小于10-15％，都不经过解吸塔底泵之后的两个三通阀之间的连接管线，都进入减压蒸馏塔，再从减压蒸馏塔塔底出来进入回收吸收液罐，之后再分别经第二换热器、第三换热器和/或第四换热器换热后进入吸收塔顶部进行喷淋循环利用。

上述步骤(2)和步骤(3)中的冷媒优选0-5℃的冷冻水。

本实用新型的有益效果：

本实用新型的聚氨酯合成革废气中有机物回收装置及回收方法，具有如下技术特点：

(1)集成了活性炭吸附法及水吸收法的优点，并进行工艺技术的优化，筛选出可适用于吸收甲苯、丁酮和DMF的专用吸收剂(离子液体、液体酯类吸收剂，组成：离子液体、对苯二甲酸二丁酯为主要成分，大于或等于70％；其它成分：对苯二甲酸丁二酯、间苯二甲酸乙二酯等，小于30％)，可高效回收DMF和甲苯，最大限度消除废气对环境的污染。该方法回收效率高，回收得到的DMF和甲苯纯度高。该方法还能灵活方便地选择对DMF进行间歇回收或连续回收。

(2)集成了当前主流工艺活性炭吸附法及水吸收法的优点，并进行了工艺技术的优化，更适合对聚氨酯合成革废气进行处理并回收，达到资源循环利用目的。

(3)有机高温废气深冷技术，设计合理的冷却设备对车间废气、吸收剂进行冷却，确保吸收效率；

(4)能量回用技术。优化工艺流程，合理利用热量和冷量，降低能耗，提高吸收剂效率。

本实用新型的回收装置及回收方法与国内外同类技术相比，具有如下明显的技术优势：

第一，采用专有吸收剂喷淋捕集有机废气，对DMF和甲苯的吸收效率高于当前用水作吸收剂的吸收效率。

第二，专有吸收剂难挥发，对DMF和甲苯溶解度大，减少了吸收剂用量，相比常规有机溶剂(如DMF作吸收剂)减少了二次污染。

第三，由于同时回收甲苯和DMF，总的有机物回收率高于单独回收其中一种有机物的方式。

第四，工艺流程设计合理，综合能耗降低约20％。

附图说明

图1是本实用新型一种聚氨酯合成革废气中有机物回收装置的构成及工艺流程详图；

图2是利用本实用新型的回收装置进行的聚氨酯合成革废气中有机物回收方法的工艺路线图。

图中：1、吸收塔底泵 2、解吸塔底泵 3、解吸塔回流泵 4、轻组分出料泵 5、减压蒸馏塔回流泵 6、DMF出料泵 7、减压蒸馏塔底泵 8、吸收液泵 9、第一个三通阀 10、第二个三通阀

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。

实施例1

如图1所示，本实用新型一种聚氨酯合成革废气中有机物回收装置，它包括顺序连接的一个吸收塔、一个解吸塔和一个减压蒸馏塔，还包括第一换热器、第二换热器、第三换热器、第四换热器；第一换热器包含三级冷却：第一级为空气冷却，第二级为低温废气冷却，第三级为冷冻水或冷冻盐水冷却；第一换热器的第三级冷源入口与冷冻水或冷冻盐水供水管连接。车间废气出口与第一换热器的第一级热源入口连接；吸收塔下部进料口与第一换热器的第三级热源出口连接；吸收塔顶部低温废气出料口与第一换热器的第二级冷源入口连接；第一换热器的第二级冷源出口连接废气排空管；吸收塔底部出料口通过吸收塔底泵1与第二换热器冷源入口连接；第二换热器冷源出口与解吸塔下部进料口连接；解吸塔底部出料口与吸收液中间罐入口连接；吸收液中间罐出口与解吸塔底泵2入口连接；解吸塔底泵2出口串接两个三通阀；第一个三通阀9的一个出口与第二个三通阀10的一个入口连接；第一个三通阀9的另一个出口与减压蒸馏塔下部进料口连接；解吸塔顶部出料口依次与塔顶冷凝器、预分离罐、回流罐、解吸塔回流泵3连接；解吸塔回流泵3出口分两路，一路回流连接到解吸塔上部回流入口，另一路依次与分离罐、轻组分出料泵4连接；减压蒸馏塔顶部出料口依次与塔顶冷凝器、回流罐、减压蒸馏塔回流泵5连接；减压蒸馏塔回流泵出口分两路，一路回流连接到减压蒸馏塔上部回流入口，另一路依次与储罐、DMF出料泵6连接；减压蒸馏塔底部出料口通过减压蒸馏塔底泵7与回收吸收液罐入口连接；回收吸收液罐出口与新鲜吸收液罐出口合并后通过吸收液泵8与第二个三通阀10的另一个入口连接；第二个三通阀10的出口与第二换热器的热源入口连接；第二换热器的热源出口与第三换热器的热源入口连接；第三换热器的热源出口与第四换热器的热源入口连接；第四换热器的热源出口与吸收塔上部吸收液入口连接；第三换热器、第四换热器的冷源入口与冷冻水供水管连接。

如图2所示，利用上述聚氨酯合成革废气中有机物回收装置进行的有机物回收方法如下：采用离子液体、液态酯类为专用吸收剂(该专用吸收剂沸点高于300℃，挥发度很小，在吸收塔中不会被携带到塔顶上去，吸收塔顶废气可直接排放，因此，通过一次吸收即可将吸收剂与甲苯、丁酮、DMF等有机物分离开来)，在吸收塔内，通过低温喷淋的方式对逆流而上的冷却后的合成革废气进行吸收处理，废气中的甲苯、丁酮和DMF等有机物被低温吸收剂吸收后，进入解吸塔进行解吸分离回收甲苯、丁酮及低沸点有机物混合物(轻组分解吸)，然后对达到一定饱和度的DMF溶液进行解吸回收(重组分解吸)。所述专用吸收剂中各组分质量百分比为：离子液体50％、对苯二甲酸二丁酯20％、对苯二甲酸丁二酯15％、间苯二甲酸乙二酯15％；其中，离子液体与对苯二甲酸二丁酯的比例为2.5:1，对苯二甲酸丁二酯与间苯二甲酸乙二酯的比例为1:1。

如图1所示，上述聚氨酯合成革废气中有机物回收方法的具体工艺过程如下：

(1)吸收工段

来自车间的高温废气(80℃，总VOCs约4000mg/m³)送入第一换热器10H01A(包含三级冷却：先经第一级空气冷却至50℃，再经第二级低温废气冷却至30℃，再经第三级冷冻水或冷冻盐水冷却至10℃)进行热交换降温至10℃(变成低温废气)，然后从吸收塔10C01A下部(接近底部)进入吸收塔，在吸收塔中，低温废气与从塔顶喷淋下来的低温吸收剂(10℃)进行逆流接触，低温废气中的甲苯、丁酮和DMF被充分吸收后，低温废气从塔顶出来，再经第一换热器10H01A与高温废气进行换热(回收冷量)后直接排入大气，其中甲苯含量低于15mg/m³，DMF含量低于10mg/m³，VOCs小于40mg/m³；总去除率大于99％。

从吸收塔10C01A底部出来的吸收液，含甲苯、丁酮、DMF、水和吸收剂，通过第二换热器10H02换热(取走从解吸塔底出来的含DMF和水的吸收液中的热量)，提高温度后进入解吸塔20C01进行解吸。

吸收工艺条件：吸收塔操作温度为10℃，塔压力为绝压200KPa。

(2)轻组分解吸工段

经过预加热后的含甲苯、丁酮、DMF、水和吸收剂的吸收液，进入解吸塔20C01，在常压下进行解吸，从塔顶解吸出的甲苯、丁酮和水，经过冷凝器后进入预分离罐，将水和有机物先分离，有机物溢流至回流罐20T01，部分回流后(回流比为2.5)进入分离罐，在分离罐通过静置分相后，可以得到纯度大于99.5％的有机物(为甲苯、丁酮及低沸点有机物混合物，无需再分离，可直接回用于车间)，下层为废水(根据废水量及COD大小需另行处理)。

解吸后从塔底出来的含DMF和水的吸收液，进入吸收液中间罐20T04后，通过解吸塔底泵2打出来；在解吸塔底泵2之后设有两个三通阀，当解吸塔底出来的吸收液中DMF的含量小于10-15％时，利用这两个三通阀(经过这两个三通阀之间的连接管线)，该吸收液进入第二换热器10H02与来自吸收塔10C01A塔底的低温吸收液进行热交换，分别再通过第三换热器10H03和第四换热器10H04与5℃的冷冻水进行热交换，温度降低至10℃后，进入吸收塔10C01A顶部进行喷淋循环利用。

轻组分解吸工艺条件：解吸塔温度为300℃，塔压力为绝压200KPa。

(3)重组分解吸工段

当解吸塔底出来的吸收液中DMF的含量超过10-15％时(可从解吸塔塔底温度判断出来)，利用解吸塔底泵2之后的两个三通阀(不经过这两个三通阀之间的连接管线)，该吸收液进入减压蒸馏塔30C01，通过减压蒸馏塔将其中的DMF解吸出来；从减压蒸馏塔塔底出来的解吸后的吸收液进入回收吸收液罐，从回收吸收液罐出来之后(与新鲜吸收液罐的出口管线合并后)进入第二换热器10H02与来自吸收塔10C01A塔底的低温吸收液进行热交换，分别再通过第三换热器10H03和第四换热器10H04与5℃的冷冻水进行热交换，温度降低至10℃后，进入吸收塔10C01A顶部进行喷淋循环利用；减压蒸馏塔塔顶气经过冷凝器30H01后进入回流罐30T01(回流比为2.5)，根据工艺塔要求，部分回流后进入储罐30T03，得到纯度大于99％的DMF。

重组分解吸工艺条件：减压蒸馏塔温度为200℃，塔压力为绝压60KPa。

实施例2

利用本实用新型一种聚氨酯合成革废气中有机物回收装置进行的有机物回收方法，装置及具体工艺过程同实施例1，不同之处在于：吸收工艺条件：吸收塔操作温度为5℃，塔压力为绝压100KPa；轻组分解吸工艺条件：解吸塔温度150℃，塔压力为绝压100KPa；重组分解吸工艺条件：减压蒸馏塔温度130℃，塔压力为绝压30KPa；

上述步骤(2)和步骤(3)中的回流比为5；

所述专用吸收剂中各组分质量百分比为：离子液体55％、对苯二甲酸二丁酯5％、对苯二甲酸丁二酯25％、间苯二甲酸乙二酯15％；其中，离子液体与对苯二甲酸二丁酯二者之间的比例为11:1；对苯二甲酸丁二酯与间苯二甲酸乙二酯二者之间的比例为5:3。

实施例3

利用本实用新型一种聚氨酯合成革废气中有机物回收装置进行的有机物回收方法，装置及具体工艺过程同实施例1，不同之处在于：吸收工艺条件：吸收塔操作温度为8℃，塔压力为绝压150KPa；轻组分解吸工艺条件：解吸塔温度180℃，塔压力为绝压150KPa；重组分解吸工艺条件：减压蒸馏塔温度150℃，塔压力为绝压70KPa；

上述步骤(2)和步骤(3)中的回流比为0.5；

所述专用吸收剂中各组分质量百分比为：离子液体60％、对苯二甲酸二丁酯20％、对苯二甲酸丁二酯15％、间苯二甲酸乙二酯5％；其中，离子液体与对苯二甲酸二丁酯二者之间的比例为3:1；对苯二甲酸丁二酯与间苯二甲酸乙二酯二者之间的比例为3:1。

实施例4

利用本实用新型一种聚氨酯合成革废气中有机物回收装置进行的有机物回收方法，装置及具体工艺过程同实施例1，不同之处在于：吸收工艺条件：吸收塔操作温度为6℃，塔压力为绝压120KPa；轻组分解吸工艺条件：解吸塔温度250℃，塔压力为绝压180KPa；重组分解吸工艺条件：减压蒸馏塔温度180℃，塔压力为绝压50KPa；

上述步骤(2)和步骤(3)中的回流比为2；

所述专用吸收剂中各组分质量百分比为：离子液体50％、对苯二甲酸二丁酯25％、对苯二甲酸丁二酯20％、间苯二甲酸乙二酯5％；其中，离子液体与对苯二甲酸二丁酯二者之间的比例为2:1；对苯二甲酸丁二酯与间苯二甲酸乙二酯二者之间的比例为4:1。

实施例5

利用本实用新型一种聚氨酯合成革废气中有机物回收装置进行的有机物回收方法，装置及具体工艺过程同实施例1，不同之处在于：吸收工艺条件：吸收塔操作温度为9℃，塔压力为绝压180KPa；轻组分解吸工艺条件：解吸塔温度200℃，塔压力为绝压160KPa；重组分解吸工艺条件：减压蒸馏塔温度165℃，优选160℃，塔压力为绝压90KPa；

上述步骤(2)和步骤(3)中的回流比为3；

所述专用吸收剂中各组分质量百分比为：离子液体60％、对苯二甲酸二丁酯15％、对苯二甲酸丁二酯15％、间苯二甲酸乙二酯10％；其中，离子液体与对苯二甲酸二丁酯二者之间的比例为4:1；对苯二甲酸丁二酯与间苯二甲酸乙二酯二者之间的比例为1.5:1。

从解吸塔底泵打出来的吸收液，不管其中DMF的含量是超过10-15％，还是小于10-15％，都不经过解吸塔底泵20P04之后的两个三通阀之间的连接管线，都进入减压蒸馏塔，通过减压蒸馏塔将其中的DMF解吸出来；从减压蒸馏塔塔底出来的解吸后的吸收液进入回收吸收液罐，从回收吸收液罐出来之后(与新鲜吸收液罐的出口管线合并后)进入第二换热器10H02与来自吸收塔10C01A塔底的低温吸收液进行热交换，分别再通过第三换热器10H03和第四换热器10H04与5℃的冷冻水进行热交换，温度降低至10℃后，进入吸收塔10C01A顶部进行喷淋循环利用。