干法腈纶装置DMF治理与回收项目的研究

赵衍武，黄 勇

（中国石油抚顺石油化工公司， 辽宁 抚顺 113004）

干法腈纶装置DMF治理与回收项目的研究

赵衍武，黄 勇

（中国石油抚顺石油化工公司， 辽宁 抚顺 113004）

抚顺石化腈纶厂采用杜邦工艺两步干法制腈纶。在生产中，以活性碳纤维为吸附材料，以连续式吸附器为主设备，对纺丝有机气体浓缩后产生的高浓度含二甲基甲酰胺（以下简称 DMF，DMF 是挥发性有机化合物的一种，一般是作为溶剂使用）有机气体，采用先吸附后水洗的办法进行增浓吸收，显著提高了 DMF的回收效果，降低了产品能耗物耗，减少了环境污染。

干法腈纶；二甲基甲酰胺；吸附

中国石油抚顺石化公司腈纶化工厂是国家大型化工化纤企业，是我国第一家采用技贸结合方式引进美国BP公司和杜邦公司专利技术兴建的丙烯腈、干法腈纶联合方式生产企业。原设计主要有 5 万 t/a丙烯腈装置、3 万 t/a 干法腈纶装置以及配套的 0.8万 t/a 毛条装置、0.6 万 t/a 硫铵装置和 1 万 t/a 丙酮氰醇等生产装置［5］。

该厂干法腈纶装置实施差别化扩能改造后，腈纶产品生产能力提高到 5.5 万 t/a，随着产品产能的提高，一方面纺丝工序经淋洗排放DMF有机气体量为 120 000 m3/h，原设计处理量为 80 000 m3/h 的 DMF有机气体回收处理装置，板式塔阻力大，能耗极大、回收效率极低（约 20%～30%）。另一方面后纺工序直接排放 DMF 有机气体量为 200 000 m3/h。使得大量的含DMF气体排入大气，增加了大量的运行成本，并没有得到好的回收效率，因此对DMF有机气体进行治理与回收迫在眉睫。自塔顶部补加，塔釜液不断循环，将自塔底部上行的 DMF 进行淋洗，吸收其中的 DMF；与淋洗后上行的 DMF 有机气体再进行吸收，净化后有机气体从塔顶排出塔在实际操作中，通过控制淋洗液浓度和塔釜液位，定期将塔釜淋洗液排出，送腈纶装置原料和溶剂回收工序（图 1）。

图 1 淋洗塔示意图Fig.1 Schematic diagram of the rinsing tower

1 改造前纺丝工序 DMF 处理工艺流程

纺丝工序 DMF 有机气体由三个 18.5 kW 风机排出，送到匀风室，再经过一个 300 kW 增压风机送纺丝淋洗塔。采用脱盐水对气体进行淋洗，脱盐水

淋洗塔主要运行参数如下：

①进塔 DMF 有机气体流量：1.2×105 m3/h，DMF 平均浓度为 540 mg/m3

②出塔净化有机气体流量：1.2×105 m3/h，DMF平均浓度为 30 mg/m3

工艺条件决定了进入淋洗塔的有机气体经洗涤后要排入到大气中，不可避免的将带走部分水份，而增压风机的排风量为 1.2×105 m3/h，导致实际加水量与回收量之间差距较大。

2 改造后的纺丝工序 DMF 治理与回收方案

2.1 改水吸收工艺为活性炭吸附工艺

充分利用活性炭外表面大，纤维直径细，吸附几率高，且可均匀接触，吸脱速度快，约是 GAC的 1.5～10 倍，且吸附效率高的优点，解决了水吸收工艺中，由于有机气体浓度低，导致的布水量大，塔底吸收液浓度低（即使采用毛细分布能力最强的丝网填料塔，极限布水量仍需 0.2 m3/( m2•h），此时塔底吸收液的浓度约为 1.5%左右，考虑到水的蒸发，浓度也只有 2%左右）后续的分离负荷和分离能耗（蒸汽消耗）大大提高的问

2.2 增加连续式吸附浓缩器

与催化净化设备或溶剂回收设备一起配套使用，连续式吸附浓缩器的床层阻力低通常在 800Pa以内，功耗省，能够小范围解吸，解吸安全性高。［9］它将低浓度有机气体经回转的吸附床净化后排放，解吸用热气流从喷嘴经回转吸附床的局部区域进行解吸，解吸后的高浓度气体可达 10～12 g/m3左右，气量为原来的 1/20，浓缩后产生的高浓度气体浓度采用吸收或冷冻冷凝回收都比较经济，将大大减少后处理设备的生产负荷和运行成本[10]。

具体新增能够连续在线吸附、解吸的吸附器及其配套设备。3台排风机对应设置3台吸附

①吸附器：是利用回转式动态解吸原理研究开发的低阻力吸附净化器，以活性碳纤维为吸附材料，主要用于低浓度常温有机有机气体的净化处理，能够实现在线连续吸附、解吸操作。净化气中DMF含量甚微，本方案忽略未计。吸附器运转耗电很小，本方案以 1 千瓦计。

②解吸风机：风量为 6 000 m3/h，风压为 4 000 Pa，电机功率为 15 kW。

③加热器：换热面积约为 150 m2，蒸汽消耗量0.5 t/h。

2.3 淋洗塔改造

根据浓缩后 DMF 有机气体条件重新设计新淋洗塔（图 2）。经初步核算，塔径由 3 800 mm 改为1 200 mm；塔高由 29 000 mm 改为 12 000 mm。全塔为填料塔，采用高效规整填料，提高吸收效率，降低全塔压降。主要运行参数如

①进塔 DMF 有机气体流量：6×103 m3/h，DMF浓度为 12 000 mg/m3

②出塔净化有机气体流量：6×103 m3/h，DMF浓度为 30 mg/m3

图 2 新增 DMF 废气浓缩设施示意图Fig.2 Schematic diagram of new increased exhaust gas enrichment facility

3 改造前后数据对比

3.1 改造前年排放 DMF 数量

系统改造前，抚顺石油化工公司腈纶化工厂旧处理系统废气排放量如下；

纺丝工序排气风量为：120 000 m3/h，540 mg/m3

后纺工序排气风量为：200 000 m3/h，580 mg/m3

排放到大气中的 DMF 为（取纺丝工序处理效率为 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 数量

新处理系统达到的排放标准为：40 mg/m3

新处理系统建成后排放到大气中的DMF为：

（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 新旧 DMF 处理系统数据对比

项目建成后每年排入大气中的DMF减少1 413.5－112.1=1 301.4( t/a)

按照 6 000 元/t DMF 的市场价计算年节约资金6 000×1 301.4=7 808 400 元=780.84 万元

3.4 能耗分析

由于原DMF淋洗装置稀液循环泵为两开一备，因此平时用电功率为 449.5 kW，经计算可知，新DMF 吸附回收装置装机功率较原 DMF淋洗装置少了 293.5 kW (表 1)。

表 1 新旧装置装机功率对比Table 1 The old and the new device installed power contrast

综合能耗对比（按时间计）：

原DMF淋洗装置综合能耗为：

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

新DMF吸附回收装置综合能耗为：

156×0.282 8+0.52×66=78.434 8 kg eo/h

由以上计算可知，新装置的综合能耗较老装置减少了 104.609 8 kg eo/h。

根据以上数据分析可知，不论从 DMF 的回收效果及综合能耗来说，新 DMF 吸附回收装置较较原 DMF 淋洗回收装置要好，而综合能耗却降低了104.609 8 kg eo/h。

4 结 论

在纺丝工序，采用活性炭纤维吸附工艺对含DMF的有机气体进行吸附，并通过热气流解吸后，提高了进入增浓吸收塔的有机气体中 DMF 含量。再运行DMF吸附回收装置，使 DMF的回收量由原来的 112.1 t/a，提高到 1 413.5 t/a，减轻了对环境的污染，同时年可节约资金 780 余万元，此外，该项目还降低了综合能耗和运行成本，大大提升了产品的竞争力。

［1］Pearce, E. M. Acrylonitrile in Macromolecules, Applied Polymer Sy mposium, Wiley[M]. New York Moureau, C , Ann. Chem. Phys, 1 993:2-186.

［2］Rein H. Survey of synthetic fiber developments, Angew. Chem[M]. 1948: 159-161.

［3］Textile Organon, Textile Economics Bureau, Inc[M]. New York, 1963.

［4］Edward N.Ruddyetal.Select the Best VOC Control Strategy[J]. Chem. Eng.Progress,1993,89(7):28-35.

［5］卢惠春 马建新.DM 干法纺丝腈纶[J].中国纤检,1996，12：25-31.

［6］庞斌. DMF 干法腈纶生产工艺[J].广东化纤,1997(1):7.

［7］费建奇.两步干法腈纶工艺聚合反应配方的特点[J]. 合成纤维工业, 2003, 26(6):30-32.

［8］许杰文.干法异形腈纶纤维工业开发初探[J].当代化工,2002,31（3）: 142-144.

［9］林涛.干法腈纶纤维的特点与纺织特性[J].广东化纤,1994(2):21-23.

［10］James C.Masson.腈纶生产工艺及应用[M].中国纺织出版社,2003:3-40.

中国汽车涂料市场发展现状调查分析

汽车涂料是指涂装在轿车等各类车辆车身及零部件上的涂料，一般指新车的涂料及辅助材料和车辆修补用涂料。

数据显示，当前，我国汽车销量连续突破 1800 万辆，高速增长的汽车销量有力拉动了汽车涂料涂装业务的持续发展，给汽车涂料行业带来了巨大的商机。

近 50 年来，汽车面漆无论是从基料还是面漆颜色和施工方面都有很大的变化。主要表现在基料方面由硝基磁漆到氨基醇酸磁漆，底漆用自干型醇酸树脂磁漆到热塑性丙烯酸树脂磁漆，其中热固性丙烯酸树脂磁漆和聚氨基耐污性等都得到了很大的提高，这就使面漆的保护性能得到了提升。

有国外分析机构预测全球汽车涂料市场在 20132018 年间的年复合增长率将为 5.59%。其中促成这一市场增长的主要因素之一就是各类涂料的需求增长。

中国汽车工业协会公布 2013 年全国汽车销量增长率达到 13.9%，销量达到 2198 万辆，产量达到 2211万辆。2014 年乘用车市场仍将以 10%左右的年均速度增长，这个增速并且会保持 3 年。

2014 年中国汽车市场 10%的增长力来自于这些省的市场购买力正在从省会、省中心城市向二、三线城市，或者三、四线释放。这些都会需要大量的汽车漆，汽车漆将会有较大幅度的需求增长。

在中国汽车原厂漆市场，75%～80%的市场份额是被国际品牌占领；在修补漆市场，75%左右的市场份额被国内品牌所占领，但是，它们大部分占领的是修补漆中低端市场。

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文献标识码： 1671-0460（2014）07-1212-03

2013-12-28

赵衍武（1959-），男，山东肥城人，硕士学位，高级工程师，研究方向：化工化纤工艺。E-mail：fsghz@sohu.com。