超高分子量聚乙烯干法纺丝溶剂的高效回收方法及系统与流程

本发明属于超高分子量聚乙烯干法纺丝技术领域，涉及一种超高分子量聚乙烯干法纺丝溶剂的高效回收方法及系统。

背景技术：

在超高分子量聚乙烯干法纺丝的生产过程中，采用的有机溶剂十氢萘具有易燃爆的特点，且具有一定的毒性，因而存在人员中毒及设备燃爆的风险，不能直接排入大气，综合考虑其安全性应对其进行治理；此外，十氢萘的价格昂贵，使得干法纺丝的工业化成本较高，考虑其经济性应对其进行回收处理。

当十氢萘与氮气混合体系的分离要求较高时，单一的有机废气治理技术往往难以满足分离要求。如若只采用冷凝法，则冷凝温度过低，导致单位回收量能耗过高，其经济成本不尽人意，因此须采用多种分离技术的耦合。冷凝法集成耦合膜分离法后，能在较高的回收要求下实现更低的能耗，因而与膜分离-变压吸附、压缩冷凝-变压吸附、膜分离-吸收等耦合方法相比，具有装置简单、无二次污染、运行成本更低等优势。此外，全密闭流程的循环回收方式，能保证十氢萘蒸汽无泄漏，进而避免了其燃爆危险，同时氮气介质的循环回用降低了系统运行成本。

中国发明专利cn103801104a公开了一种高性能聚乙烯纤维干法纺丝溶剂回收的节能方法，其采用了压缩冷凝-膜分离-吸附分离的综合回收工艺，可以达到高回收率，但是系统设备投资及能耗较高，且吸附系统须再生，流程复杂，操作繁琐；吸附工艺采用的活性炭易产生二次污染，作为危废处理也增加了回收成本；进入膜分离器的冷凝液滴会破坏膜分离效果，影响膜组件的使用寿命。此外，考虑到浓度过高会影响纺丝质量，同时兼顾节能，该专利技术设计两个回路分别回收，其中一路经过简单冷凝后返回纺丝箱体侧吹风进口，另一路再经压缩冷凝、膜分离、吸附得到低浓度的十氢萘后返回纺丝箱体甬道，因而经简单冷凝后的一路气中十氢萘含量较另一路相对高一些。本发明对该回路设计做了进一步优化，在不增加能耗的前提下，将两路气中十氢萘含量均进一步降低，以提升纺丝质量。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种超高分子量聚乙烯干法纺丝溶剂的高效回收方法及系统，以膜分离技术耦合冷凝工艺进行干法纺丝工艺中十氢萘溶剂的回收，在不增加吸附工艺的基础上实现溶剂回收率达99％以上，同时经冷凝、膜分离得到十氢萘浓度均较低的两路循环气，进而提高纺丝质量，同时简化操作流程，降低运行能耗。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

超高分子量聚乙烯干法纺丝溶剂的高效回收方法，该方法为：来自纺丝箱体的含有十氢萘蒸汽、氮气的原料气先进行第一次冷凝液化及气液分离回收溶剂，分离出的气体再经除雾后送至膜分离器中，膜分离器将气体分为两路；

其中一路为透过膜的渗透气，经第二次冷凝液化及气液分离回收溶剂后，将分离出的气体送至纺丝箱体甬道；

另一路为未透过膜的尾气，与补充的氮气混合后送至纺丝箱体的侧吹风进口中。

进一步地，所述的第一次冷凝液化的温度为-5～5℃。

进一步地，所述的气液分离回收溶剂的分离效率为95～99％。

进一步地，所述的膜分离器的前后压差为0～100kpa。

进一步地，所述的第二次冷凝液化的温度为-5～5℃。

进一步地，进入纺丝箱体甬道前的气体压力>纺丝箱体甬道内的气体压力。

超高分子量聚乙烯干法纺丝溶剂的高效回收系统，用于实施所述方法，所述的回收系统包括纺丝箱体，所述的纺丝箱体的一侧设有侧吹风进口，另一侧设有侧吹风出口，所述的纺丝箱体的底部设有纺丝箱体甬道，所述的回收系统还包括与侧吹风出口相连通的第一液化分离单元、与第一液化分离单元相连通的除雾器、与除雾器相连通的膜分离器以及设置在膜分离器的透过侧与纺丝箱体甬道之间的第二液化分离单元，所述的膜分离器的未透过侧与侧吹风进口相连通。第一液化分离单元实现溶剂的一级回收，膜分离器实现溶剂的二级回收。膜分离器前端连接除雾器，可以去除十氢萘蒸汽在管道内冷凝产生的液滴，避免液滴过多降低膜分离器的分离效率。

优选地，所述的膜分离器采用无孔致密膜，对十氢萘具有选择透过性与高渗透性。膜分离器采用叠式膜组件结构，流道短，阻力较小，有利于十氢萘的快速高效分离，且结构紧凑。

进一步地，所述的第一液化分离单元包括沿气体流动方向依次设置的第一冷凝器及第一气液分离器，所述的第一冷凝器与侧吹风出口相连通，所述的第一气液分离器的顶部与除雾器相连通，底部设有第一溶剂收集器。

进一步地，所述的第二液化分离单元包括沿气体流动方向依次设置的真空泵、第二冷凝器、第二气液分离器及引风机，所述的真空泵与膜分离器的透过侧相连通，所述的引风机与纺丝箱体甬道相连通，所述的第二气液分离器的底部设有第二溶剂收集器。膜分离器出口气分为渗透气与尾气，其中一路渗透气由真空泵引入第二冷凝器，经分离后的渗透气由引风机送至纺丝箱体甬道；另一路尾气含有的十氢萘大部分被分离去除，不须再经冷凝，只用与补充的氮气混合后即直接送至侧吹风进口，进而节省能耗。

优选地，所述第一气液分离器及第二气液分离器为内置波纹型金属丝网的下装式结构，用于将冷凝液滴从气体中分离，分离效率为95～99％。

进一步地，所述的侧吹风出口与第一液化分离单元之间设有流量计，所述的侧吹风进口与膜分离器的未透过侧之间设有氮气储罐，该氮气储罐的出口处设有第二气动球阀，所述的纺丝箱体甬道与第二液化分离单元之间设有第一气动球阀。引风机后端连接第一气动球阀，并与纺丝箱体甬道进口的压力表联锁，控制的压力范围为0.5～1kpa，保持纺丝箱体甬道内为微正压，形成氮封，避免空气的吸入。纺丝箱体侧吹风进口连接氮气储罐，引入氮气将纺丝中的十氢萘带出，待气体循环后用于补充氮气，第二气动球阀与流量计联锁，控制系统循环体积流量维持在稳定范围，以维持系统运行的稳定性。

本发明的原理为：来自纺丝箱体的原料气首先经第一冷凝器冷凝液化、第一气液分离器与第一溶剂收集器分离回收，进入除雾器去除液滴后送至膜分离器进行分离。膜分离器将气体分为两路，其中一路为透过膜的渗透气，含有的十氢萘得到了增浓，经第二冷凝器冷凝液化、第二气液分离器与第二溶剂收集器分离回收后，送至纺丝箱体甬道；另一路为未透过膜的尾气，含有的十氢萘大部分被分离去除，与补充的氮气混合后不经冷凝直接循环至纺丝箱体侧吹风进口。这样，在实现溶剂回收的同时，就得到了十氢萘含量均较低的两股回路气，返回至纺丝箱体后，有利于提升纺丝的质量。

与现有技术相比，本发明具有以下特点：

1)本发明采用高效膜分离器，并与冷凝器集成耦合，将分离后的低浓度十氢萘气体分为两路循环至纺丝箱体，实现溶剂的高效回收，进一步提升纺丝质量，同时简化操作流程，节省设备投资与运行成本。

2)本发明采用膜分离法与冷凝法集成的二级回收工艺，能够提升十氢萘溶剂的回收率，达99％以上；免去吸附工艺，在达到相同回收率的情况下，节省设备投资并降低运行能耗；经分离回收后的两路气含有的十氢萘均较低，分别返回至纺丝箱体后，可提升纺丝质量，同时一路尾气不须再经冷凝回收，因而能耗进一步降低。

3)本发明中氮气循环无泄漏，提升了系统的安全性；流程简单，设备投资与运行成本低。

附图说明

图1为本发明中回收系统的结构示意图；

图中标记说明：

1—第一冷凝器、2—第一气液分离器、3—第一溶剂收集器、4—除雾器、5—膜分离器、6—真空泵、7—第二冷凝器、8—第二气液分离器、9—第二溶剂收集器、10—引风机、11—第一气动球阀、12—纺丝箱体、13—纺丝箱体甬道、14—侧吹风进口、15—侧吹风出口、16—氮气储罐、17—第二气动球阀、18—流量计。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1：

超高分子量聚乙烯干法纺丝溶剂的高效回收方法的工艺流程为：来自纺丝箱体侧吹风出口15的十氢萘与氮气的原料气进入第一冷凝器1，将原料气冷凝至-5～5℃，经第一气液分离器2与第一溶剂收集器3分离回收，再经除雾后送入膜分离器5，分离的动力由真空泵6提供，膜前后压差范围为0～100kpa，透过膜的一路气中十氢萘得到增浓，作为渗透气经第二冷凝器7冷凝至-5～5℃，由第二气液分离器8与第二溶剂收集器9分离回收，加热至工艺所需温度后送至纺丝箱体甬道13，维持纺丝箱体甬道13内微正压，形成氮封避免空气吸入；未透过膜的一路气中十氢萘的浓度较低，作为尾气加热至工艺所需温度后送至纺丝箱体侧吹风进口14，保证纺丝质量；侧吹风进口14与膜分离器5的未透过侧之间设有氮气储罐16，用于补充氮气，维持回收系统运行稳定。

以某纺丝企业为例：该干法纺丝工艺的尾气为氮气与十氢萘的混合体系，流量为110～130m³/h，十氢萘的进口浓度为：14000mg/m³，经第一冷凝器在-5℃下冷凝后，经气液分离，回收十氢萘总量的90％，分离后的原料气中十氢萘的浓度<1500mg/m³；经除雾后送入膜分离器5进行分离，膜前后压差为75kpa，分离后的尾气浓度<300mg/m³，实现十氢萘总体回收率达99.2％；与两级冷凝法相比，能耗降低30％以上。膜分离器5的出口尾气与渗透气循环至纺丝箱体12，避免了十氢萘的泄露，循环的氮气节省运行成本；同时与冷凝-膜分离-吸附耦合法相比，在达到相同回收率的条件下，流程简单，设备投资成本、能耗显著降低。

实施例2：

超高分子量聚乙烯干法纺丝溶剂的高效回收方法为：来自纺丝箱体12的含有十氢萘蒸汽、氮气的原料气先进行第一次冷凝液化及气液分离回收溶剂，分离出的气体再经除雾后送至膜分离器5中，膜分离器5将气体分为两路；

其中一路为透过膜的渗透气，经第二次冷凝液化及气液分离回收溶剂后，将分离出的气体送至纺丝箱体甬道13；

另一路为未透过膜的尾气，与补充的氮气混合后送至纺丝箱体12的侧吹风进口14中。

其中，第一次冷凝液化的温度为-5～5℃(例如-5℃、0℃、2℃、5℃)。气液分离回收溶剂的分离效率为95～99％(例如96％、98％)。膜分离器5的前后压差为0～100kpa(例如10kpa、50kpa、80kpa)。第二次冷凝液化的温度为-5～5℃(例如-5℃、0℃、2℃、5℃)。进入纺丝箱体甬道13前的气体压力>纺丝箱体甬道13内的气体压力。

如图1所示的用于实施上述方法的超高分子量聚乙烯干法纺丝溶剂的高效回收系统，包括纺丝箱体12，纺丝箱体12的一侧设有侧吹风进口14，另一侧设有侧吹风出口15，纺丝箱体12的底部设有纺丝箱体甬道13，回收系统还包括与侧吹风出口15相连通的第一液化分离单元、与第一液化分离单元相连通的除雾器4、与除雾器4相连通的膜分离器5以及设置在膜分离器5的透过侧与纺丝箱体甬道13之间的第二液化分离单元，膜分离器5的未透过侧与侧吹风进口14相连通。

第一液化分离单元包括沿气体流动方向依次设置的第一冷凝器1及第一气液分离器2，第一冷凝器1与侧吹风出口15相连通，第一气液分离器2的顶部与除雾器4相连通，底部设有第一溶剂收集器3。

第二液化分离单元包括沿气体流动方向依次设置的真空泵6、第二冷凝器7、第二气液分离器8及引风机10，真空泵6与膜分离器5的透过侧相连通，引风机10与纺丝箱体甬道13相连通，第二气液分离器8的底部设有第二溶剂收集器9。

侧吹风出口15与第一液化分离单元之间设有流量计18，侧吹风进口14与膜分离器5的未透过侧之间设有氮气储罐16，该氮气储罐16的出口处设有第二气动球阀17，纺丝箱体甬道13与第二液化分离单元之间设有第一气动球阀11。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。