1.引言

合成革是以高密織布（非織造）作為基布進(jìn)行聚氨酰浸漬和涂層加工后的產(chǎn)品。由于合成革產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域的迅速擴(kuò)大、產(chǎn)品的高附加值，其生產(chǎn)規(guī)模逐步擴(kuò)大，但由此引發(fā)的廢氣排放和環(huán)境問(wèn)題也逐漸凸顯。因此，采取經(jīng)濟(jì)實(shí)用的治理技術(shù)，開(kāi)發(fā)合適的工藝流程，使眾多合成革廠的廢氣排放指標(biāo)達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2.合成革生產(chǎn)的環(huán)境問(wèn)題

合成革生產(chǎn)過(guò)程中廢氣的主要來(lái)源為有機(jī)溶劑的揮發(fā)、其來(lái)源包括樹(shù)脂及溶劑在配料、運(yùn)輸、存放時(shí)的揮發(fā)；涂覆或含浸等加工過(guò)程中有機(jī)物的揮發(fā)；在烘箱加熱時(shí)有機(jī)物的揮發(fā)；后處理過(guò)程中有機(jī)物的揮發(fā)。廢氣污染物同具體工藝及配方組成有關(guān)。對(duì)于一定工藝配方往往可以更改，所以其產(chǎn)生的具體污染物也并不固定。干法工藝生產(chǎn)過(guò)程中一般的有機(jī)溶劑污染物有：DMF、甲苯、二甲苯、丁酮等；濕法工藝生產(chǎn)過(guò)程中一般的有機(jī)污染物有DMF。

二甲基甲酰胺（DMF）作為溶劑近年來(lái)使用量劇增，它的用途很廣，主要用作高分子合成的溶劑或中間原料，特別是用作聚丙烯晴纖維的紡絲溶劑，也用于制造人造革或皮革（或稱PVC面料、鐳射革、防水布）表面材料時(shí)作為聚氨基甲酸酯樹(shù)脂的處理溶劑，還被用作石油制品如：乙烯、丁烯的分離提取溶劑、乙炔的回收和防蟲防銹涂料的溶劑等。二甲基甲酰胺屬中等偏低的有毒物質(zhì)，可經(jīng)呼吸道、皮膚和消化道侵入機(jī)體，引起中毒反應(yīng)。

3.合成革廢氣的治理技術(shù)

3.1合成革主要生產(chǎn)工藝及產(chǎn)污簡(jiǎn)介

合成革生產(chǎn)工藝（工序、流程）種類較多。根據(jù)要求，一種產(chǎn)品往往需要多種生產(chǎn)工藝進(jìn)行組合生產(chǎn)。通常以一種材料為基材，在上面涂覆一層或多層合成樹(shù)脂（包括各種添加劑）制成的一種外觀似皮革的產(chǎn)品。所用的基材有各類織布、合成纖維無(wú)紡布、皮革等，也有無(wú)基材的產(chǎn)品。涂覆的合成樹(shù)脂主要為聚氨酯（PU）、聚氯乙烯（PVC），據(jù)資料介紹還有聚酰胺（PA）和聚烯烴（如聚乙烯PE、聚丙烯PP）等，在此重點(diǎn)介紹干法和濕法的生產(chǎn)工藝。

3.1.1干法生產(chǎn)工藝

干法生產(chǎn)工藝用于聚氨酯（PU）、聚氯乙烯（PVC）及聚烯烴（如聚乙烯PE、聚丙烯PP）等合成革的生產(chǎn)，包括直接涂覆法和間接涂覆法（離型紙法、鋼帶法等）。其主要工藝流程是將涂層物質(zhì)涂覆（直接涂覆或間接涂覆再貼合）并烘干的過(guò)程，其中最常見(jiàn)的為離型紙法。

離型紙干法典型生產(chǎn)工藝流程圖1。

3.1.2濕法生產(chǎn)工藝

濕法生產(chǎn)工藝主要是聚氨酯（PU）合成革生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)的結(jié)果一般還是半成品（稱為“貝斯”），一般再經(jīng)干法工藝或其它后處理后才成為成品。濕法工藝包括浸漬（含浸）、涂覆工藝或兩種工藝組合。

一般濕法工藝流程見(jiàn)圖2。

3.1.3合成革的廢氣污染物

廢氣污染物同具體工藝、配方組成有關(guān)。對(duì)于一定工藝，配方往往可以更改，所以其產(chǎn)生的具體污染物也并不固定。生產(chǎn)過(guò)程中一般的污染物有：

（1）聚氨酯干法工藝：有機(jī)溶劑（DMF、甲苯、二甲苯、丁酮等）

（2）聚氨酯濕法工藝：有機(jī)溶劑（DMF）

（3）聚氯乙烯等相關(guān)工藝：增塑劑煙霧（鄰苯二甲酸二辛酯等）、氯乙烯、氯化氫、有機(jī)溶劑、鉛

（4）后處理工藝：有機(jī)溶劑（DMF、甲苯、二甲苯、丁酮、乙酸丁脂等）、顆粒物

（5）超纖工藝：有機(jī)溶劑（DMF、甲苯、二甲苯等）

3.2合成革廢氣的治理技術(shù)

制革生產(chǎn)工藝中加入甲苯、丁酮和DMF作為溶劑，由于較易揮發(fā)、回收困難，這些溶劑大部分隨著廢氣排入環(huán)境中。目前，對(duì)于高濃度的有機(jī)廢氣的凈化處理，人們?cè)缇陀醒芯�，而且已�?jīng)開(kāi)發(fā)出一些卓有成效的控制技術(shù)。在這些控制技術(shù)中研究較多并且廣泛采用的有吸附法、熱破壞法、冷凝法、吸收法等。近年來(lái)形成的新控制技術(shù)有生物膜法、電暈法、臭氧分解法、催化燃燒法和等離子體分解法等。但對(duì)于低濃度有機(jī)廢氣，凈化處理難度大且費(fèi)用高。因而這類工業(yè)廢氣的凈化處理在國(guó)內(nèi)外都是環(huán)境保護(hù)的難題之一。

廢氣處理方法一般有：焚燒法、吸收法、吸附法、催化燃燒法、冷凝法、靜電法和玻纖過(guò)慮器法等。對(duì)較稀有機(jī)溶劑廢氣采用催化燃燒法的很多。我國(guó)加入WTO后，國(guó)家對(duì)環(huán)境的治理越來(lái)越嚴(yán)格。而現(xiàn)在的制革廢氣中有機(jī)物含量達(dá)不到新的排放標(biāo)準(zhǔn)，已有方法少且不理想。合成革廢氣治理技術(shù)的發(fā)展是隨著合成革工藝的改變而不斷變化的。合成革生產(chǎn)中DMF使用規(guī)模與其它工業(yè)相比并不算大，但回收技術(shù)并不簡(jiǎn)單。與主體設(shè)備相比，回收設(shè)備費(fèi)用的投資相當(dāng)高。廢棄物回收利用是合成革行業(yè)最有潛力的清潔生產(chǎn)途徑，經(jīng)濟(jì)效益明顯。我國(guó)DMF大部分需進(jìn)口，且價(jià)格昂貴，回收DMF可大幅度節(jié)約成本，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

干法生產(chǎn)線的有機(jī)廢氣主要在烘箱和涂臺(tái)等處產(chǎn)生。廢氣排放特征為：廢氣溫度低，一般低于75℃；廢氣量大，一條典型的干法生產(chǎn)線排放含DMF工藝廢氣的量約為大于2000～25000m3/h；廢氣中有機(jī)物污染物濃度高，其中DMF的濃度約為1500ppm；污染物DMF可與水混溶。根據(jù)以上廢氣特征，可以將干法生產(chǎn)線DMF廢氣進(jìn)行回收利用。現(xiàn)有制革廢氣治理技術(shù)一般采用水噴淋塔吸收并回收廢氣中DMF，或者活性炭吸附廢氣中有機(jī)溶劑，再經(jīng)直接燃燒處理。噴淋水吸收法雖然能較好地除去廢氣中的DMF，但對(duì)甲苯和丁酮的去除率很低，甲苯和丁酮依然隨著廢氣排入大氣中�；钚蕴课皆谥聘飶U氣治理中，由于氣量較大，活性炭再生困難�，F(xiàn)多采用吸附飽和后直接送去燃燒的方式，因此運(yùn)行費(fèi)用很高，一般企業(yè)難以承受。我國(guó)有些合成革廠采用分段濃縮提取法，即將初始溶劑蒸發(fā)最濃縮的區(qū)域中，采取有形隔絕稀薄區(qū)域的措施，將此段濃廢氣單獨(dú)吸出處理。有些廠采用串聯(lián)多級(jí)吸收塔，循環(huán)吸收，直到允許排放濃度才放空。要串聯(lián)多少塔那就取決于廢氣的排放濃度。

4.基于綠色設(shè)計(jì)概念的吸收法治理工藝

綠色設(shè)計(jì)和綠色產(chǎn)品的概念最早出現(xiàn)在70年代。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，對(duì)綠色設(shè)計(jì)已有了較為科學(xué)的定義。綠色設(shè)計(jì)是以環(huán)境資源為核心概念的設(shè)計(jì)過(guò)程，即在產(chǎn)品的整個(gè)生命周期內(nèi)，優(yōu)先考慮產(chǎn)品的環(huán)境屬性，如可拆卸性、可回收性等，并將其作為產(chǎn)品更新?lián)Q代的設(shè)計(jì)目標(biāo)，在滿足環(huán)境目標(biāo)的同時(shí)保證產(chǎn)品的理化目標(biāo)。綠色設(shè)計(jì)綜合了面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)，并進(jìn)行工程、壽命周期設(shè)計(jì)等，包含了產(chǎn)品從概念形成到生產(chǎn)制造，乃至廢物的回收、再用及處理的各個(gè)階段，即涉及到產(chǎn)品的整個(gè)生命周期。

本文在此從綠色設(shè)計(jì)的概念出發(fā)，遵循綠色設(shè)計(jì)的目標(biāo)和原則，最大限度地提高產(chǎn)品的資源和能源利用率，降低產(chǎn)品生命周期成本，使產(chǎn)品的環(huán)境污染最小化。在合成革廢氣治理工藝設(shè)計(jì)的過(guò)程中，通過(guò)應(yīng)用溶劑綠色化技術(shù)，在不引入新的有機(jī)溶劑的前提下，高效率地吸收回用廢氣中的甲苯、丁酮和DMF，從而能夠產(chǎn)生明顯的環(huán)境效益、社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，下面以某合成革廠的廢氣治理為例進(jìn)行說(shuō)明。

4.1廢氣排放工藝參數(shù)

表1現(xiàn)有合成革生產(chǎn)工藝廢氣參數(shù)

由表1中的各項(xiàng)工藝參數(shù)可以發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有廢氣特點(diǎn)是廢氣排放量大，廢氣中所含的有機(jī)溶劑－DMF、甲苯和丁酮的溶解特性存在差異。針對(duì)該廠的廢氣排放特點(diǎn)，選用現(xiàn)有的廢氣治理工藝中較為經(jīng)濟(jì)成熟的吸收法，結(jié)合該合成革廠的實(shí)際情況和治理需要，進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)，選用DMF作為吸收劑。利用廠方已經(jīng)有噴淋塔水吸收DMF設(shè)備、水－DMF蒸發(fā)回收系統(tǒng)、排氣筒和風(fēng)機(jī)等設(shè)施，重點(diǎn)考慮去除廢氣中的甲苯和丁酮。

4.2工藝原理

本工藝設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是以兩級(jí)吸收塔設(shè)備來(lái)分別吸收廢氣中的甲苯、丁酮和DMF。填料塔或板式塔作為第一級(jí)吸收設(shè)備，DMF作為吸收溶劑來(lái)吸收廢氣中的甲苯和丁酮，并配以包括系列換熱器、蒸發(fā)器、回收溶劑接受槽、輸送泵、真空泵等設(shè)備的有機(jī)溶劑蒸發(fā)回收系統(tǒng)，從廢氣中吸收分離出甲苯和丁酮。DMF則隨廢氣進(jìn)入第二級(jí)吸收設(shè)備。第二級(jí)吸收設(shè)備為噴淋塔或板式塔，水作為吸收溶劑來(lái)吸收廢氣中的DMF，經(jīng)吸收凈化后的廢氣排放�；厥盏腄MF一部分用作第一級(jí)吸收設(shè)備的吸收溶劑，其余的DMF和回收的甲苯、丁酮用于生產(chǎn)或者出售。該工藝設(shè)計(jì)的有益效果是，可以在不引入新的有機(jī)溶劑情況下，高效率地吸收回用廢氣中的甲苯、丁酮和DMF，具備明顯的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，并使得廢氣中的上述三種有機(jī)溶劑成分能達(dá)標(biāo)排放。

4.3工藝流程

為了不增加新的污染成分，同時(shí)有效利用廠方現(xiàn)有的水吸收DMF設(shè)備，降低投資和運(yùn)行成本，在此采用DMF－水聯(lián)合吸收工藝。工藝流程簡(jiǎn)圖如圖1所示。

第一級(jí)吸收系統(tǒng)：由換熱器（DMF－Air）、填料塔、風(fēng)機(jī)1、甲苯/丁酮真空蒸發(fā)設(shè)備合相應(yīng)的輔助設(shè)備組成，主要吸收和回收廢氣中所含的甲苯、丁酮。吸收設(shè)備采用填料塔，塔內(nèi)裝規(guī)整填料，吸收溶劑選用DMF溶液。第二級(jí)吸收系統(tǒng)：由噴淋塔、風(fēng)機(jī)2、DMF常壓蒸發(fā)回收設(shè)備和相應(yīng)的輔助設(shè)備設(shè)施組成。根據(jù)DMF的溶解特性，選用水作為吸收溶劑。DMF常壓蒸發(fā)回收設(shè)施選用廠方現(xiàn)有設(shè)備。在廠方已有水吸收DMF系統(tǒng)的情況下，只需在收集好的廢氣出口至水吸收DMF設(shè)備之間添加第一級(jí)吸收系統(tǒng)，形成完整的廢氣中有機(jī)溶劑治理回用裝置，從而大幅度降低系統(tǒng)的投資費(fèi)用。

整個(gè)裝置工作時(shí)，收集好的有機(jī)廢氣先進(jìn)入DMF－Air換熱器進(jìn)行預(yù)降溫，從填料塔底出來(lái)的吸收了甲苯、丁酮的DMF溶液在此進(jìn)行預(yù)升溫。從DMF－Air換熱器中出來(lái)的廢氣進(jìn)入填料塔，填料塔內(nèi)裝有SM350型板波填料，采用DMF溶液作為溶劑來(lái)吸收廢氣中的甲苯和丁酮。在此過(guò)程中，甲苯和丁酮絕大部分被溶劑吸收而進(jìn)入DMF溶液，DMF溶液對(duì)甲苯和丁酮的吸收效率高達(dá)95％，從而保證尾氣中甲苯和丁酮成分的達(dá)標(biāo)排放。進(jìn)入吸收溶劑的甲苯和丁酮從塔底經(jīng)過(guò)DMF－Air換熱器進(jìn)入“甲苯/丁酮真空蒸發(fā)系統(tǒng)”。在此吸收過(guò)程中，廢氣中因帶出而新增加的DMF及原有的DMF氣體從塔頂出來(lái)后經(jīng)過(guò)引風(fēng)機(jī)切向進(jìn)入噴淋塔。氣體在噴淋塔內(nèi)旋轉(zhuǎn)上升，與自上而下的吸收溶劑水霧接觸發(fā)生吸收作用，由于水對(duì)DMF的吸收作用非常強(qiáng)，因此在該塔中基本能完全除去廢氣中的DMF成分。從噴淋塔底出來(lái)的吸收了DMF的水溶液經(jīng)過(guò)泵進(jìn)入廠方原有的DMF常壓蒸發(fā)系統(tǒng)進(jìn)行DMF和水的蒸發(fā)分離。為了減少?gòu)U氣中的含水率，應(yīng)在噴淋塔頂部加裝特殊設(shè)計(jì)的旋轉(zhuǎn)除霧板，防止風(fēng)機(jī)帶水，影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。從噴淋塔頂部出來(lái)的廢氣經(jīng)過(guò)引風(fēng)機(jī)后通過(guò)排氣筒排入大氣。從填料塔底出來(lái)的吸收了甲苯、丁酮的DMF溶液在泵送作用下先進(jìn)入。

DMF－Air換熱器與廢氣熱交換進(jìn)行預(yù)升溫。之后，含溶質(zhì)的DMF溶液進(jìn)入DMF換熱器，蒸汽作為加熱源，在這里DMF溶液被加熱到100℃。DMF經(jīng)加熱后進(jìn)入真空蒸發(fā)器，在真空蒸發(fā)器中，由于甲苯和丁酮的沸點(diǎn)比DMF低，丁酮和甲苯先從溶液中蒸餾出來(lái)進(jìn)入甲苯丁酮冷凝器，在甲苯丁酮冷凝器中冷凝后，甲苯和丁酮進(jìn)入溶劑接受槽，甲苯、丁酮液體從溶劑接受槽底部進(jìn)入回收有機(jī)溶劑罐進(jìn)行回收，然后再次應(yīng)用生產(chǎn)。從真空蒸發(fā)器中出來(lái)的DMF溶液由DMF泵送至DMF冷卻器，在DMF冷卻器中和冷卻水進(jìn)行熱交換從而降溫至300℃，再循環(huán)回填料塔作為溶劑使用。整個(gè)管路的真空度由后續(xù)的真空泵提供真空度。在整個(gè)循環(huán)過(guò)程中，由于霧沫夾帶等原因，DMF溶液會(huì)有少量的損耗，因此，應(yīng)當(dāng)定期補(bǔ)充適量DMF溶液。

5結(jié)論

本文對(duì)合成革廢氣的來(lái)源及環(huán)境問(wèn)題進(jìn)行分析，對(duì)合成革廢氣的治理技術(shù)進(jìn)行了討論，在綠色設(shè)計(jì)概念的基礎(chǔ)上，建立了綠色設(shè)計(jì)概念和吸收法合成革廢氣處理工藝流程，并對(duì)流程進(jìn)行了詳細(xì)分析和介紹，可供類似工程借鑒。

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