申請日2015.06.18

　　公開(公告)日2015.09.09

　　IPC分類號(hào)C02F1/04; C02F103/38; C07C315/06; C07C317/04

　　摘要

　　碳纖維生產(chǎn)廢水分質(zhì)處理和資源化利用工藝方法及裝置，包括第一真空泵組、第二真空泵組、丙烯腈脫除塔、二甲基亞砜濃縮塔、粗品塔和精制塔，含0.5～1%丙烯腈和1～5%二甲基亞砜廢水進(jìn)入丙烯腈脫除塔，先減壓脫除水中的丙烯腈進(jìn)行分質(zhì)處理，塔釜液廢水經(jīng)二甲基亞砜濃縮塔、粗品塔減壓脫出水分，使得二甲基亞砜含量達(dá)到99%，再經(jīng)精制塔減壓精餾得到純度大于99.97%的二甲基亞砜。本發(fā)明通過減壓脫除丙烯腈進(jìn)行分質(zhì)處理，破解了含丙烯腈廢水難降解、處理成本高等環(huán)保處理難題，同步實(shí)現(xiàn)廢水中低濃度二甲基亞砜精餾提取和高純度精制回收利用，工藝過程簡單，資源化效率高，回收二甲基亞砜純度高，大幅度降低了廢水處理成本。

　　摘要附圖

 

　　權(quán)利要求書

　　1.碳纖維生產(chǎn)廢水分質(zhì)處理和資源化利用裝置，其特征在于：它包括第一真空泵組、第二真空泵組、丙烯腈脫除塔、二甲基亞砜濃縮塔、粗品塔、精制塔，第一真空泵組連接丙烯腈脫除塔冷凝器和丙烯腈脫除塔回流罐、二甲基亞砜濃縮塔冷凝器和二甲基亞砜濃縮塔回流罐;第二真空泵組連接粗品塔冷凝器和粗品塔回流罐、精制塔冷凝器和精制塔回流罐;精制塔頂換熱器、二甲基亞砜濃縮塔頂換熱器和預(yù)熱器依次連接共同構(gòu)成廢水進(jìn)料預(yù)熱系統(tǒng);預(yù)熱器連接丙烯腈脫除塔，丙烯腈脫除塔塔底分別連接脫除塔再沸器和脫除塔出料泵，丙烯腈脫除塔塔頂依次連接脫除塔冷凝器、脫除塔回流罐、脫除塔回流泵，脫除塔回流泵一端連接丙烯腈脫除塔，另一端連接丙烯腈廢水處理裝置或廢水深度處理系統(tǒng);

　　丙烯腈脫除塔出料泵出口連接二甲基亞砜濃縮塔，二甲基亞砜濃縮塔塔底分別連接濃縮塔再沸器和濃縮塔出料泵，濃縮塔塔頂依次連接濃縮塔冷凝器、濃縮塔回流罐、濃縮塔回流泵，濃縮塔回流泵出口一端連接二甲基亞砜濃縮塔，另一端連接廢水深度處理系統(tǒng);

　　濃縮塔出料泵出口連接粗品塔，粗品塔塔底分別連接粗品塔再沸器和粗品塔出料泵，粗品塔塔頂依次連接粗品塔冷凝器、粗品塔回流罐、粗品塔回流泵，粗品塔回流泵出口一端連接粗品塔，另一端連接二甲基亞砜濃縮塔;

　　粗品塔出料泵出口連接精制塔，精制塔塔底分別連接精制塔再沸器和精制塔出料泵，精制塔塔頂依次連接精制塔冷凝器、精制塔回流罐、精制塔回流泵，精制塔回流泵出口一端連接精制塔，另一端連接二甲基亞砜純品儲(chǔ)存設(shè)備，精制塔出料泵出口一端連接精制塔再沸器，另一端連接重組分儲(chǔ)存設(shè)備。

　　2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳纖維生產(chǎn)廢水分質(zhì)處理和資源化利用裝置，其特征在于：裝置可分隔為獨(dú)立的廢水濃縮聯(lián)合裝置和二甲基亞砜精制聯(lián)合裝置，廢水濃縮聯(lián)合裝置包括丙烯腈脫除塔、二甲基亞砜濃縮塔和第一真空泵組，二甲基亞砜精制聯(lián)合裝置包括粗品塔、精制塔和第二真空泵組;廢水濃縮聯(lián)合裝置和二甲基亞砜精制聯(lián)合裝置之間有隔斷閥門連接，一個(gè)閥門設(shè)在粗品塔回流泵出口與二甲基亞砜濃縮塔連接的管路上，另一個(gè)閥門設(shè)在濃縮塔出料泵出口與粗品塔連接的管路上,關(guān)閉兩個(gè)閥門，兩套裝置可各自獨(dú)立運(yùn)行，打開兩個(gè)閥門兩套裝置可串聯(lián)運(yùn)行。

　　3.碳纖維生產(chǎn)廢水分質(zhì)處理和資源化利用工藝方法，其特征在于：該工藝方法包括以下步驟：

　�、�、開啟真空泵，系統(tǒng)負(fù)壓;

　　⑵、生產(chǎn)廢水由第一進(jìn)樣口進(jìn)入，經(jīng)精制塔頂換熱器、濃縮塔頂換熱器和預(yù)熱器后進(jìn)入丙烯腈脫除塔，塔頂餾出高濃度丙烯腈廢水或含微量丙烯腈的預(yù)處理廢水，塔底排出低濃度二甲基亞砜廢水;

　�、�、低濃度二甲基亞砜廢水進(jìn)入二甲基亞砜濃縮塔，塔頂餾出含微量二甲基亞砜和丙烯腈的預(yù)處理廢水，塔底排出高濃度二甲基亞砜廢水;

　�、�、高濃度二甲基亞砜廢水進(jìn)入粗品塔，塔頂餾出中濃度二甲基亞砜廢水，塔底排出二甲基亞砜粗品;

　　⑸、二甲基亞砜粗品進(jìn)入精制塔，塔頂餾出二甲基亞砜純品，塔底排出含高沸點(diǎn)雜質(zhì)的重組分;

　　其工藝參數(shù)包括：

　　丙烯腈脫除塔：預(yù)熱器溫度為70～80℃，塔頂操作壓力為-50～-70Kpa，塔頂溫度為60～80℃，回流比為1/5～1/3，塔底溫度為70～80℃;二甲基亞砜濃縮塔：塔頂操作壓力為-50～-65Kpa，塔頂溫度為70～80℃，回流比為1/4～1/2，塔底溫度為90～110℃;粗品塔：塔頂操作壓力為-80～-100Kpa，塔頂溫度為80～120℃，回流比為1/3～2/3，塔底溫度為100～120℃;精制塔：塔頂操作壓力為-80～-100Kpa，塔頂溫度為100～125℃，回流比為1/3～1/2，塔底溫度為110～120℃。

　　4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的碳纖維生產(chǎn)廢水分質(zhì)處理和資源化利用工藝方法，其特征在于：所述的生產(chǎn)廢水主要包括：含有1～5%二甲基亞砜和0.5～1%丙烯腈的聚合工段脫單廢水及含有0.5～3%二甲基亞砜和微量丙烯腈的紡絲工段預(yù)牽廢水。

　　5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的碳纖維生產(chǎn)廢水分質(zhì)處理和資源化利用工藝方法，其特征在于：所述的處理廢水表述如下：高濃度丙烯腈廢水為丙烯腈質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為6～7%;低濃度二甲基亞砜廢水為二甲亞砜的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為10～12%;高濃度二甲基亞砜廢水為二甲亞砜的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為82～86%;中濃度二甲基亞砜廢水為二甲亞砜的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為45～55%;二甲基亞砜粗品為含高沸點(diǎn)雜質(zhì)，其中二甲基亞砜含量大于99%;二甲基亞砜純品為二甲基亞砜純度大于99.97%。

　　說明書

　　碳纖維生產(chǎn)廢水分質(zhì)處理和資源化利用工藝方法及裝置

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明涉及碳纖維新材料領(lǐng)域生產(chǎn)廢水分質(zhì)處理和資源化利用工藝方法，適用于含二甲基亞砜—丙烯腈三元有機(jī)廢水分離分質(zhì)環(huán)保處理和二甲基亞砜資源化利用處理。

　　背景技術(shù)

　　碳纖維是一種力學(xué)性能優(yōu)異的新材料，廣泛用于航空、航天、建筑、體育、汽車、醫(yī)療等領(lǐng)域，成為國內(nèi)新材料行業(yè)研發(fā)的熱點(diǎn)。目前國內(nèi)碳纖維企業(yè)多采用二甲基亞砜一步法濕法紡絲工藝進(jìn)行原絲制備。在聚丙烯腈碳纖維原絲的生產(chǎn)過程中，尤其是二甲基亞砜一步法生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)過程主要產(chǎn)生兩部分廢水：(1)脫單廢水，其中二甲基亞砜含量約為3～5%、丙烯腈含量約為0.5～1%;(2)預(yù)牽廢水，其中含有0.5～3%二甲基亞砜和微量丙烯腈。

　　丙烯腈是環(huán)境治理中的高毒污染物之一，不僅破壞水體生態(tài)平衡，還極易危害人體健康;二甲基亞砜化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，物質(zhì)溶解性好、生物滲透性好，是一種常見的萬能溶劑。丙烯腈本身對微生物的毒性加之二甲基亞砜的滲透性，使得此類有機(jī)廢水采用的生化、降解等被動(dòng)環(huán)保處理技術(shù)，存在處理成本高、環(huán)保排放難等諸多問題。目前此類有機(jī)廢水尚未有集安全、低成本、資源化利用為一體的綜合處理工藝和技術(shù)，行業(yè)內(nèi)配套污水處理技術(shù)不完善成為制約碳纖維國產(chǎn)規(guī)�；�的瓶頸之一。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　本發(fā)明的目的是為了克服上述生產(chǎn)中廢水處理技術(shù)難題，提出一種碳纖維生產(chǎn)廢水分質(zhì)處理和資源化利用工藝方法及裝置，它采用減壓精餾技術(shù)對二甲基亞砜—丙烯腈廢水進(jìn)行分質(zhì)分離，然后濃縮、提純二甲基亞砜實(shí)現(xiàn)資源化利用。

　　實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的所采取的技術(shù)方案是：該裝置包括第一真空泵組、第二真空泵組、丙烯腈脫除塔、二甲基亞砜濃縮塔、粗品塔、精制塔，第一真空泵組連接丙烯腈脫除塔冷凝器和丙烯腈脫除塔回流罐、二甲基亞砜濃縮塔冷凝器和二甲基亞砜濃縮塔回流罐;第二真空泵組連接粗品塔冷凝器和粗品塔回流罐、精制塔冷凝器和精制塔回流罐;精制塔頂換熱器、二甲基亞砜濃縮塔頂換熱器和預(yù)熱器依次連接共同構(gòu)成廢水進(jìn)料預(yù)熱系統(tǒng);預(yù)熱器連接丙烯腈脫除塔，丙烯腈脫除塔塔底分別連接脫除塔再沸器和脫除塔出料泵，丙烯腈脫除塔塔頂依次連接脫除塔冷凝器、脫除塔回流罐、脫除塔回流泵，脫除塔回流泵一端連接丙烯腈脫除塔，另一端連接丙烯腈廢水處理裝置或廢水深度處理系統(tǒng);

　　丙烯腈脫除塔出料泵出口連接二甲基亞砜濃縮塔，二甲基亞砜濃縮塔塔底分別連接濃縮塔再沸器和濃縮塔出料泵，濃縮塔塔頂依次連接濃縮塔冷凝器、濃縮塔回流罐、濃縮塔回流泵，濃縮塔回流泵出口一端連接二甲基亞砜濃縮塔，另一端連接廢水深度處理系統(tǒng);

　　濃縮塔出料泵出口連接粗品塔，粗品塔塔底分別連接粗品塔再沸器和粗品塔出料泵，粗品塔塔頂依次連接粗品塔冷凝器、粗品塔回流罐、粗品塔回流泵，粗品塔回流泵出口一端連接粗品塔，另一端連接二甲基亞砜濃縮塔;

　　粗品塔出料泵出口連接精制塔，精制塔塔底分別連接精制塔再沸器和精制塔出料泵，精制塔塔頂依次連接精制塔冷凝器、精制塔回流罐、精制塔回流泵，精制塔回流泵出口一端連接精制塔，另一端連接二甲基亞砜純品儲(chǔ)存設(shè)備，精制塔出料泵出口一端連接精制塔再沸器，另一端連接重組分儲(chǔ)存設(shè)備。

　　裝置可分隔為獨(dú)立的廢水濃縮聯(lián)合裝置和二甲基亞砜精制聯(lián)合裝置，廢水濃縮聯(lián)合裝置包括丙烯腈脫除塔、二甲基亞砜濃縮塔和第一真空泵組，二甲基亞砜精制聯(lián)合裝置包括粗品塔、精制塔和第二真空泵組;廢水濃縮聯(lián)合裝置和二甲基亞砜精制聯(lián)合裝置之間有隔斷閥門連接，一個(gè)閥門設(shè)在粗品塔回流泵出口與二甲基亞砜濃縮塔連接的管路上，另一個(gè)閥門設(shè)在濃縮塔出料泵出口與粗品塔連接的管路上,關(guān)閉兩個(gè)閥門，兩套裝置可各自獨(dú)立運(yùn)行，打開兩個(gè)閥門兩套裝置可串聯(lián)運(yùn)行。

　　廢水濃縮聯(lián)合裝置可獨(dú)立用于處理含高濃度(≥1%)的丙烯腈廢水或獨(dú)立用于含低濃度(≤1%)的二甲基亞砜廢水的處理，由第一進(jìn)樣口進(jìn)入裝置脫出丙烯腈和大量水后，濃縮廢水經(jīng)濃縮塔出料泵采出;二甲基亞砜精制聯(lián)合裝置可獨(dú)立用于含高濃度(≥60%)的二甲基亞砜廢水的處理，由第二進(jìn)樣口進(jìn)入裝置脫出大量水后，高純度二甲基亞砜經(jīng)精制塔回流泵采出。

　　所述的預(yù)熱器、冷凝器和再沸器均屬列管式換熱器，殼程過氣相，管程過液相;塔頂冷凝器均采用循環(huán)水冷凝，預(yù)熱器和塔底再沸器均采用蒸汽加熱。

　　該工藝方法包括以下步驟：

　�、�、開啟真空泵，系統(tǒng)負(fù)壓;

　�、啤⑸�產(chǎn)廢水由第一進(jìn)樣口進(jìn)入，經(jīng)精制塔頂換熱器、濃縮塔頂換熱器和預(yù)熱器后進(jìn)入丙烯腈脫除塔，塔頂餾出高濃度丙烯腈廢水或含微量丙烯腈的預(yù)處理廢水，塔底排出低濃度二甲基亞砜廢水;

　�、�、低濃度二甲基亞砜廢水進(jìn)入二甲基亞砜濃縮塔，塔頂餾出含微量二甲基亞砜和丙烯腈的預(yù)處理廢水，塔底排出高濃度二甲基亞砜廢水;

　　⑷、高濃度二甲基亞砜廢水進(jìn)入粗品塔，塔頂餾出中濃度二甲基亞砜廢水，塔底排出二甲基亞砜粗品;

　�、伞⒍�甲基亞砜粗品進(jìn)入精制塔，塔頂餾出二甲基亞砜純品，塔底排出含高沸點(diǎn)雜質(zhì)的重組分;

　　所述的工藝方法其工藝參數(shù)包括：

　　丙烯腈脫除塔工藝參數(shù)為：預(yù)熱器溫度為70～80℃，塔頂操作壓力為-50～-70Kpa，塔頂溫度為60～80℃，回流比為1/5～1/3，塔底溫度為70～80℃;二甲基亞砜濃縮塔工藝參數(shù)為：塔頂操作壓力為-50～-65Kpa，塔頂溫度為70～80℃，回流比為1/4～1/2，塔底溫度為90～110℃;粗品塔工藝參數(shù)為：塔頂操作壓力為-80～-100Kpa，塔頂溫度為80～120℃，回流比為1/3～2/3，塔底溫度為100～120℃;精制塔工藝參數(shù)為：塔頂操作壓力為-80～-100Kpa，塔頂溫度為100～125℃，回流比為1/3～1/2，塔底溫度為110～120℃。

　　所有精餾塔均采用泡點(diǎn)進(jìn)料，塔頂上升蒸汽均采用全凝器冷凝，塔底再沸器均采用蒸汽加熱，冷凝液在泡點(diǎn)以下一部分回流至塔內(nèi)。

　　所述的生產(chǎn)廢水主要包括：含有1～5%二甲基亞砜和0.5～1%丙烯腈的聚合工段脫單廢水及含有0.5～3%二甲基亞砜和微量丙烯腈的紡絲工段預(yù)牽廢水。

　　所述的處理廢水表述如下：高濃度丙烯腈廢水為丙烯腈質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為6～7%;低濃度二甲基亞砜廢水為二甲亞砜的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為10～12%;高濃度二甲基亞砜廢水為二甲亞砜的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為82～86%;中濃度二甲基亞砜廢水為二甲亞砜的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為45～55%;二甲基亞砜粗品為含高沸點(diǎn)雜質(zhì)，其中二甲基亞砜含量大于99%;二甲基亞砜純品為二甲基亞砜純度大于99.97%。

　　本發(fā)明的有益效果在于：采用碳纖維生產(chǎn)廢水分質(zhì)處理和資源化利用工藝方法，能夠安全有效脫出廢水中高毒物丙烯腈和難降解物二甲基亞砜，提高了生產(chǎn)廢水的可生化性，大幅度降低了廢水的處理成本和緩解環(huán)保排放壓力; 設(shè)計(jì)塔頂換熱器，既降低了進(jìn)料預(yù)熱器的蒸汽消耗，又減輕了塔頂冷凝器的換熱負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)節(jié)約與環(huán)保減排雙重效益;通過連續(xù)精餾工藝從生產(chǎn)廢水中分離、濃縮、提純有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的二甲基亞砜溶劑，降低了生產(chǎn)經(jīng)營成本。