RTO焚燒系統(tǒng)遇到DMF該怎么辦？

在大多數(shù)原料藥或者中間體企業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)用到DMF（N，N－二甲基甲酰胺），對(duì)于含有DMF的有機(jī)廢氣高如何處置，我們今天著重分析。由于DMF獨(dú)特的物理性質(zhì)，可以溶解大多數(shù)的有機(jī)物和很多種無(wú)機(jī)物，因此被廣泛用作溶劑，有萬(wàn)能溶劑之稱。對(duì)于包括RTO系統(tǒng)在內(nèi)的治理設(shè)備設(shè)計(jì)，我們需要根據(jù)其特性來(lái)制定治理流程各工藝。
DMF結(jié)構(gòu)式如下：

其化學(xué)性質(zhì)可以表述如下：

但是由于DMF的結(jié)構(gòu)中含有醛基和二甲胺基團(tuán)，所以其同時(shí)在各種化學(xué)轉(zhuǎn)化的催化劑以及合成有機(jī)化學(xué)中許多官能團(tuán)的供體。

一、DMF的不穩(wěn)定性
純DMF 是沒(méi)有氣味的，但工業(yè)級(jí)或變質(zhì)的二甲基甲酰胺則有魚(yú)腥味，因其含有二甲基胺類的雜質(zhì)。純的DMF在室溫下很穩(wěn)定，但是加熱至其沸點(diǎn)（153℃）會(huì)緩慢分解。在氮?dú)夥諊逻M(jìn)行DSC和ARC分析，一直到350℃其狀態(tài)穩(wěn)定，未見(jiàn)其分解；但是在空氣條件下，170℃即開(kāi)始發(fā)生分解反應(yīng)溫度不同，分解產(chǎn)物也不一樣，一般的分解產(chǎn)物為：三甲胺，甲胺，一氧化碳，二氧化碳，氫氣等。

致使分解或產(chǎn)生危險(xiǎn)的因素：
1. DMF在空氣中和加熱至沸時(shí)均很穩(wěn)定，當(dāng)溫度高于350℃時(shí)即失水，生成一氧化碳和二甲胺。
2. 在酸，特別是強(qiáng)酸存在下DMF的水解可能是有害的，因?yàn)樗猱a(chǎn)物HCOOH可以進(jìn)一步分解釋放不可冷凝的氣體，如CO，CO2和氫（H2）等
3. 在強(qiáng)堿如氫氧化鉀（KOH)，氫氧化鈉（NaOH）或氫化鈣（CaH2）存在下在環(huán)境溫度下長(zhǎng)時(shí)間靜置，則純DMF明顯分解。在強(qiáng)堿存在下DMF的分解釋放的Me2NH已被用作Me2NH的原位來(lái)源以實(shí)現(xiàn)各種化學(xué)轉(zhuǎn)化。
4. 其他的在DMF溶劑中的具有潛在危險(xiǎn)的試劑還有：鹽酸，硫酸，磷酸；氫化鋰，氫化鈉，氫化鈣，醇鉀，氯氣，溴水，高錳酸鉀，高氯酸；硼氫化鈉，硼烷等。
二、DMF傳統(tǒng)回收工藝
綜上所述，可知DMF本身的理化性質(zhì)可直接導(dǎo)致回收及處理均須謹(jǐn)慎考慮。傳統(tǒng)DMF回收工藝采用：過(guò)濾、預(yù)熱、二級(jí)減壓濃縮除水、常壓精餾、減壓脫酸、常壓脫胺（五塔三效工藝），可回收得到純度99%的DMF。

回收過(guò)程中須考慮副反應(yīng)，DMF與水遇熱會(huì)水解，回收的每個(gè)環(huán)節(jié)須考慮水解產(chǎn)生的甲酸和二甲胺，當(dāng)溫度超過(guò)90℃時(shí)DMF發(fā)生熱分解，當(dāng)溫度超過(guò)150℃時(shí)副產(chǎn)物甲酸則會(huì)分解成一氧化碳和水。具體反應(yīng)過(guò)程如下：
a，DMF水解：
      C3H7NO + H2O → HCOOH + NH(CH3)2
b，DMF熱分解：
      C3H7NO → CO + NH(CH3)2
c，甲酸分解：
      HCOOH → CO + H2O
d，二甲胺中和反應(yīng)：
      NH(CH3)2 + H2SO4 → (CH3)2NH•H2SO4
三、不同情況的回收及處置方案
01廢氣所含為單一組分（或其余組分水溶性較差）
可采用水洗塔進(jìn)行吸收，吸收裝置的主體是三段吸收塔。在第一階段吸收液采用循環(huán)富集DMF的水溶液，當(dāng)循環(huán)液濃度中DMF濃度為15％-22％時(shí)，排放至待回收罐。
考慮到該階段的主要目的為降溫和富集，水溶液中DMF濃度較高，采用大水量噴淋，進(jìn)塔的吸收液進(jìn)行預(yù)降溫。
第二階段采用填料塔結(jié)構(gòu)，用低濃度水溶液吸收，吸收液一部分補(bǔ)充至第一階段作吸收液，其余部分繼續(xù)循環(huán)，第三階段同樣采用填料塔結(jié)構(gòu)，吸收液為純水，來(lái)保證廢氣的出口濃度達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，并采用純水作為補(bǔ)充水。
設(shè)計(jì)初始階段應(yīng)考慮實(shí)際吸收情況，對(duì)組分濃度進(jìn)行放量計(jì)算，以確保廢氣出口組分含量低于排放標(biāo)準(zhǔn)。富集收集的DMF水溶液，可根據(jù)密度檢測(cè)確定含量，可根據(jù)使用需求，確定是否精制。
02 廢氣為多種有機(jī)組分除DMF組分不溶于水
DMF濃度占主要組分，可采用上述方法進(jìn)行回收（同樣回收盡可能完全，避免后續(xù)含氮氧化物超標(biāo)），有所區(qū)別的是在尾氣后端加設(shè)轉(zhuǎn)輪濃縮，提高組分濃度，以及RTO（蓄熱式燃燒爐）處理尾氣，可達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。
具體結(jié)合組分中物質(zhì)的不同，設(shè)計(jì)不同的工藝路線，以確保從經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、安全方面均能處于優(yōu)質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。
03 廢氣為多種有機(jī)組分除DMF組分溶于水
該情況由于組分的復(fù)雜性，應(yīng)當(dāng)綜合考慮后續(xù)富集溶液中組分的相互反應(yīng)（消耗DMF產(chǎn)生副產(chǎn)物），組分間分離難易程度，結(jié)合工藝設(shè)計(jì)成本確定是否回收。          
對(duì)于回收能源消耗較大的，可設(shè)置堿洗塔吸收，結(jié)合風(fēng)量，濃度，吸收效率及相互反應(yīng)等多方面因素，設(shè)計(jì)RTO（蓄熱式熱力氧化爐）處理尾氣。堿洗塔在線監(jiān)測(cè)吸收液PH，達(dá)標(biāo)后進(jìn)入污水站處理。
四、 RTO系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)需要具備的解決方案
1、通常對(duì)于組分當(dāng)中DMF含量未達(dá)到回收標(biāo)準(zhǔn)且含有酸性氣體的情況，大多在設(shè)計(jì)過(guò)程中采用堿洗塔進(jìn)行吸收廢氣當(dāng)中的酸性氣體，從而導(dǎo)致當(dāng)中的DMF分解產(chǎn)生難溶于水的二甲胺及一氧化碳，從而導(dǎo)致RTO的設(shè)計(jì)處理濃度與實(shí)際處理廢氣組分及濃度有所偏差，在設(shè)計(jì)RTO前端廢氣處理工藝時(shí)應(yīng)當(dāng)避免直接使用堿洗塔處理，采用更加高效安全的處置方案。
2、對(duì)于不含有酸性氣體的含DMF廢氣，直接進(jìn)RTO燃燒處理，通過(guò)對(duì)各組分的考慮合理設(shè)計(jì)RTO，相較于進(jìn)爐前有所處理，該方案會(huì)導(dǎo)致燃燒后廢氣中NOx含量急劇上升。排放前單一考慮使用傳統(tǒng)的堿洗塔吸收，更應(yīng)當(dāng)考慮在RTO初始設(shè)計(jì)中避免過(guò)多的NOx產(chǎn)生，導(dǎo)致對(duì)堿洗塔前端設(shè)備及管道的腐蝕，縮短設(shè)備維護(hù)周期及使用壽命。后續(xù)堿洗塔設(shè)計(jì)也應(yīng)當(dāng)考慮過(guò)多的氮氧化物在反應(yīng)結(jié)合不完全時(shí)對(duì)塔以及后端設(shè)備管道的酸蝕，可在液堿中適當(dāng)添加還原性化合物，將其還原成對(duì)設(shè)備無(wú)害的N2。
3、綜合廢氣各組分情況，結(jié)合其物質(zhì)特性及相互作用，準(zhǔn)確了解工藝裝置處理方法所運(yùn)用的基本原理，這樣再結(jié)合設(shè)備的處理效率、耐受性能、合理的聯(lián)鎖控制，將方方面面考慮其中設(shè)計(jì)出一套安全、穩(wěn)定、節(jié)能、環(huán)保的RTO廢氣處理系統(tǒng)。

來(lái)源：VOCs減排工作站