摘要：合成革生产过程中废气的主要来源为有机溶剂的挥发，而随着合成革产品的生产规模逐步扩大，合成革工业的废气排放和环境问题也日益突出。本文对合成革废气的治理技术进行详细分析和讨论，以期为工程提供借鉴。
Abstract: In synthesis leather production process waste gas main origin for organic solvent volatility, but expands gradually along with the synthesis leather product scale of production, the synthesis leather industry exhaust gas discharge and the environment question day by day are also prominent.This article to synthesizes the leather waste gas the government technology to carry on the multianalysis and the discussion, provides the model take the time as the project.
1.引言
合成革是以高密织布（非织造）作为基布进行聚氨酰浸渍和涂层加工后的产品。由于合成革产品应用领域的迅速扩大、产品的高附加值，其生产规模逐步扩大，但由此引发的废气排放和环境问题也逐渐凸显。因此，采取经济实用的治理技术，开发合适的工艺流程，使众多合成革厂的废气排放指标达到国家标准，具有重要的现实意义。
2.合成革生产的环境问题
合成革生产过程中废气的主要来源为有机溶剂的挥发、其来源包括树脂及溶剂在配料、运输、存放时的挥发；涂覆或含浸等加工过程中有机物的挥发；在烘箱加热时有机物的挥发；后处理过程中有机物的挥发。废气污染物同具体工艺及配方组成有关。对于一定工艺配方往往可以更改，所以其产生的具体污染物也并不固定。干法工艺生产过程中一般的有机溶剂污染物有：DMF、甲苯、二甲苯、丁酮等；湿法工艺生产过程中一般的有机污染物有DMF。
二甲基甲酰胺（DMF）作为溶剂近年来使用量剧增，它的用途很广，主要用作高分子合成的溶剂或中间原料，特别是用作聚丙烯晴纤维的纺丝溶剂，也用于制造人造革或皮革（或称PVC面料、镭射革、防水布）表面材料时作为聚氨基甲酸酯树脂的处理溶剂，还被用作石油制品如：乙烯、丁烯的分离提取溶剂、乙炔的回收和防虫防锈涂料的溶剂等。二甲基甲酰胺属中等偏低的有毒物质，可经呼吸道、皮肤和消化道侵入机体，引起中毒反应。
3.合成革废气的治理技术
3.1合成革主要生产工艺及产污简介
合成革生产工艺（工序、流程）种类较多。根据要求，一种产品往往需要多种生产工艺进行组合生产。通常以一种材料为基材，在上面涂覆一层或多层合成树脂（包括各种添加剂）制成的一种外观似皮革的产品。所用的基材有各类织布、合成纤维无纺布、皮革等，也有无基材的产品。涂覆的合成树脂主要为聚氨酯（PU）、聚氯乙烯（PVC），据资料介绍还有聚酰胺（PA）和聚烯烃（如聚乙烯PE、聚丙烯PP）等，在此重点介绍干法和湿法的生产工艺。
3.1.1干法生产工艺
干法生产工艺用于聚氨酯（PU）、聚氯乙烯（PVC）及聚烯烃（如聚乙烯PE、聚丙烯PP）等合成革的生产，包括直接涂覆法和间接涂覆法（离型纸法、钢带法等）。其主要工艺流程是将涂层物质涂覆（直接涂覆或间接涂覆再贴合）并烘干的过程，其中最常见的为离型纸法。
离型纸干法典型生产工艺流程图1。
3.1.2湿法生产工艺
湿法生产工艺主要是聚氨酯（PU）合成革生产工艺，生产的结果一般还是半成品（称为“贝斯”），一般再经干法工艺或其它后处理后才成为成品。湿法工艺包括浸渍（含浸）、涂覆工艺或两种工艺组合。
3.1.3合成革的废气污染物
废气污染物同具体工艺、配方组成有关。对于一定工艺，配方往往可以更改，所以其产生的具体污染物也并不固定。生产过程中一般的污染物有：
（1）聚氨酯干法工艺：有机溶剂（DMF、甲苯、二甲苯、丁酮等）
（2）聚氨酯湿法工艺：有机溶剂（DMF）
（3）聚氯乙烯等相关工艺：增塑剂烟雾（邻苯二甲酸二辛酯等）、氯乙烯、氯化氢、有机溶剂、铅
（4）后处理工艺：有机溶剂（DMF、甲苯、二甲苯、丁酮、乙酸丁脂等）、颗粒物
（5）超纤工艺：有机溶剂（DMF、甲苯、二甲苯等）
3.2合成革废气的治理技术
制革生产工艺中加入甲苯、丁酮和DMF作为溶剂，由于较易挥发、回收困难，这些溶剂大部分随着废气排入环境中。目前，对于高浓度的有机废气的净化处理，人们早就有研究，而且已经开发出一些卓有成效的控制技术。在这些控制技术中研究较多并且广泛采用的有吸附法、热破坏法、冷凝法、吸收法等。近年来形成的新控制技术有生物膜法、电晕法、臭氧分解法、催化燃烧法和等离子体分解法等。但对于低浓度有机废气，净化处理难度大且费用高。因而这类工业废气的净化处理在国内外都是环境保护的难题之一。
废气处理方法一般有：焚烧法、吸收法、吸附法、催化燃烧法、冷凝法、静电法和玻纤过虑器法等。对较稀有机溶剂废气采用催化燃烧法的很多。我国加入WTO后，国家对环境的治理越来越严格。而现在的制革废气中有机物含量达不到新的排放标准，已有方法少且不理想。合成革废气治理技术的发展是随着合成革工艺的改变而不断变化的。合成革生产中DMF使用规模与其它工业相比并不算大，但回收技术并不简单。与主体设备相比，回收设备费用的投资相当高。废弃物回收利用是合成革行业最有潜力的清洁生产途径，经济效益明显。我国DMF大部分需进口，且价格昂贵，回收DMF可大幅度节约成本，具有重要的现实意义。
干法生产线的有机废气主要在烘箱和涂台等处产生。废气排放特征为：废气温度低，一般低于75℃；废气量大，一条典型的干法生产线排放含DMF工艺废气的量约为大于2000～25000m3/h；废气中有机物污染物浓度高，其中DMF的浓度约为1500ppm；污染物DMF可与水混溶。根据以上废气特征，可以将干法生产线DMF废气进行回收利用。现有制革废气治理技术一般采用水喷淋塔吸收并回收废气中DMF，或者活性炭吸附废气中有机溶剂，再经直接燃烧处理。喷淋水吸收法虽然能较好地除去废气中的DMF，但对甲苯和丁酮的去除率很低，甲苯和丁酮依然随着废气排入大气中。活性炭吸附在制革废气治理中，由于气量较大，活性炭再生困难。现多采用吸附饱和后直接送去燃烧的方式，因此运行费用很高，一般企业难以承受。我国有些合成革厂采用分段浓缩提取法，即将初始溶剂蒸发最浓缩的区域中，采取有形隔绝稀薄区域的措施，将此段浓废气单独吸出处理。有些厂采用串联多级吸收塔，循环吸收，直到允许排放浓度才放空。要串联多少塔那就取决于废气的排放浓度。
4.基于绿色设计概念的吸收法治理工艺
绿色设计和绿色产品的概念最早出现在70年代。经过几十年的发展，对绿色设计已有了较为科学的定义。绿色设计是以环境资源为核心概念的设计过程，即在产品的整个生命周期内，优先考虑产品的环境属性，如可拆卸性、可回收性等，并将其作为产品更新换代的设计目标，在满足环境目标的同时保证产品的理化目标。绿色设计综合了面向对象设计，并进行工程、寿命周期设计等，包含了产品从概念形成到生产制造，乃至废物的回收、再用及处理的各个阶段，即涉及到产品的整个生命周期。
本文在此从绿色设计的概念出发，遵循绿色设计的目标和原则，最大限度地提高产品的资源和能源利用率，降低产品生命周期成本，使产品的环境污染最小化。在合成革废气治理工艺设计的过程中，通过应用溶剂绿色化技术，在不引入新的有机溶剂的前提下，高效率地吸收回用废气中的甲苯、丁酮和DMF，从而能够产生明显的环境效益、社会效益和经济效益，下面以某合成革厂的废气治理为例进行说明。
4.1废气排放工艺参数
由表1中的各项工艺参数可以发现，现有废气特点是废气排放量大，废气中所含的有机溶剂－DMF、甲苯和丁酮的溶解特性存在差异。针对该厂的废气排放特点，选用现有的废气治理工艺中较为经济成熟的吸收法，结合该合成革厂的实际情况和治理需要，进行工艺设计，选用DMF作为吸收剂。利用厂方已经有喷淋塔水吸收DMF设备、水－DMF蒸发回收系统、排气筒和风机等设施，重点考虑去除废气中的甲苯和丁酮。
4.2工艺原理
本工艺设计的关键是以两级吸收塔设备来分别吸收废气中的甲苯、丁酮和DMF。填料塔或板式塔作为第一级吸收设备，DMF作为吸收溶剂来吸收废气中的甲苯和丁酮，并配以包括系列换热器、蒸发器、回收溶剂接受槽、输送泵、真空泵等设备的有机溶剂蒸发回收系统，从废气中吸收分离出甲苯和丁酮。DMF则随废气进入第二级吸收设备。第二级吸收设备为喷淋塔或板式塔，水作为吸收溶剂来吸收废气中的DMF，经吸收净化后的废气排放。回收的DMF一部分用作第一级吸收设备的吸收溶剂，其余的DMF和回收的甲苯、丁酮用于生产或者出售。该工艺设计的有益效果是，可以在不引入新的有机溶剂情况下，高效率地吸收回用废气中的甲苯、丁酮和DMF，具备明显的社会效益和经济效益，并使得废气中的上述三种有机溶剂成分能达标排放。
4.3工艺流程
为了不增加新的污染成分，同时有效利用厂方现有的水吸收DMF设备，降低投资和运行成本，在此采用DMF－水联合吸收工艺。工艺流程简图如图1所示。
第一级吸收系统：由换热器（DMF－Air）、填料塔、风机1、甲苯/丁酮真空蒸发设备合相应的辅助设备组成，主要吸收和回收废气中所含的甲苯、丁酮。吸收设备采用填料塔，塔内装规整填料，吸收溶剂选用DMF溶液。第二级吸收系统：由喷淋塔、风机2、DMF常压蒸发回收设备和相应的辅助设备设施组成。根据DMF的溶解特性，选用水作为吸收溶剂。DMF常压蒸发回收设施选用厂方现有设备。在厂方已有水吸收DMF系统的情况下，只需在收集好的废气出口至水吸收DMF设备之间添加第一级吸收系统，形成完整的废气中有机溶剂治理回用装置，从而大幅度降低系统的投资费用。
整个装置工作时，收集好的有机废气先进入DMF－Air换热器进行预降温，从填料塔底出来的吸收了甲苯、丁酮的DMF溶液在此进行预升温。从DMF－Air换热器中出来的废气进入填料塔，填料塔内装有SM350型板波填料，采用DMF溶液作为溶剂来吸收废气中的甲苯和丁酮。在此过程中，甲苯和丁酮绝大部分被溶剂吸收而进入DMF溶液，DMF溶液对甲苯和丁酮的吸收效率高达95％，从而保证尾气中甲苯和丁酮成分的达标排放。进入吸收溶剂的甲苯和丁酮从塔底经过DMF－Air换热器进入“甲苯/丁酮真空蒸发系统”。在此吸收过程中，废气中因带出而新增加的DMF及原有的DMF气体从塔顶出来后经过引风机切向进入喷淋塔。气体在喷淋塔内旋转上升，与自上而下的吸收溶剂水雾接触发生吸收作用，由于水对DMF的吸收作用非常强，因此在该塔中基本能完全除去废气中的DMF成分。从喷淋塔底出来的吸收了DMF的水溶液经过泵进入厂方原有的DMF常压蒸发系统进行DMF和水的蒸发分离。为了减少废气中的含水率，应在喷淋塔顶部加装特殊设计的旋转除雾板，防止风机带水，影响系统的正常运行。从喷淋塔顶部出来的废气经过引风机后通过排气筒排入大气。从填料塔底出来的吸收了甲苯、丁酮的DMF溶液在泵送作用下先进入。
DMF－Air换热器与废气热交换进行预升温。之后，含溶质的DMF溶液进入DMF换热器，蒸汽作为加热源，在这里DMF溶液被加热到100℃。DMF经加热后进入真空蒸发器，在真空蒸发器中，由于甲苯和丁酮的沸点比DMF低，丁酮和甲苯先从溶液中蒸馏出来进入甲苯丁酮冷凝器，在甲苯丁酮冷凝器中冷凝后，甲苯和丁酮进入溶剂接受槽，甲苯、丁酮液体从溶剂接受槽底部进入回收有机溶剂罐进行回收，然后再次应用生产。从真空蒸发器中出来的DMF溶液由DMF泵送至DMF冷却器，在DMF冷却器中和冷却水进行热交换从而降温至300℃，再循环回填料塔作为溶剂使用。整个管路的真空度由后续的真空泵提供真空度。在整个循环过程中，由于雾沫夹带等原因，DMF溶液会有少量的损耗，因此，应当定期补充适量DMF溶液。
5结论
本文对合成革废气的来源及环境问题进行分析，对合成革废气的治理技术进行了讨论，在绿色设计概念的基础上，建立了绿色设计概念和吸收法合成革废气处理工艺流程，并对流程进行了详细分析和介绍，可供类似工程借鉴。