一种废聚丙烯腈聚合液的回收利用方法

本发明涉及一种固废处理，特别是涉及一种废聚丙烯腈聚合液的回收利用方法。

背景技术：

1、随着碳纤维工程产业化的进展，碳纤维生产必须考虑生产成本、效益利润、安全环保等综合性问题，尤其绿色环保的社会责任使企业加大了环境保护及自身三废治理的投入。碳纤维的生产是流程性生产，生产过程长而冗杂，生产工艺点多而复杂，任何生产工艺过程中控制不到位都会造成不可逆转的固体废料产生，不仅增加了生产成本，同时这些固体废弃物多为不可再生的固废，所以在安全环保上必须有配套治理的方法。

2、在聚丙烯腈纤维的生产过程中，由于聚合工艺过程的复杂性，特别是在进行试验阶段不可避免会有不合格聚丙烯腈聚合液的产生。这些不合格的聚丙烯腈聚合液中含有聚丙烯腈和有机溶剂，若直接当危废处理，则对原材料的浪费较大，同时也会污染环境。

3、因此，如何将废聚丙烯腈聚合液进行回收并利用，成为碳纤维企业面临的问题。并且，废聚丙烯腈聚合液在长期存储过程中，一部分保持溶解状态，还有部分已经固化结胶，均质化很差，为后续处理带来负担，故需要及时处理废聚丙烯腈聚合液。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供一种废聚丙烯腈聚合液的回收利用方法，主要目的在于将废聚丙烯腈液制备成聚丙烯腈短切纤维，以实现废聚丙烯腈聚合液的回收利用。

2、为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：

3、一方面，本发明的实施例提供一种废聚丙烯腈聚合液的回收利用方法，其包括如下步骤：

4、制备聚丙烯腈纤维步骤：使废聚丙烯腈聚合液由喷丝装置喷出形成纺丝细流，并进入纺丝甬道；在纺丝甬道中，随着纺丝细流中的溶剂不断挥发，形成丝条细流的浓度不断提高直至凝固，形成初生纤维；对初生纤维依次进行牵伸定型处理、水洗处理、热水牵伸处理、上油处理、干燥致密化处理、蒸汽牵伸处理后，得到聚丙烯腈纤维；

5、短切处理步骤：对所述聚丙烯腈纤维进行短切处理，得到聚丙烯腈短切纤维。

6、优选的，在所述制备聚丙烯腈纤维步骤中：使废聚丙烯腈聚合液由喷丝装置喷出的喷丝速度为1.5-5m/s；和/或所述废聚丙烯腈聚合液的粘度为150-500pa.s(40℃水浴落球粘度)；和/或喷丝装置的喷丝板位于所述纺丝甬道内的靠近顶部位置处，且所述喷丝板距离所述纺丝甬道的底部距离为4-10m；和/或在所述纺丝甬道中，对所述丝条细流的牵伸倍数为2-10倍；所述丝条细流在所述纺丝甬道的停留时间为1-10s；和/或所述纺丝甬道的温度为150-300℃；和/或所述纺丝甬道中的流动气氛选用氮气、过热水蒸汽、二氧化碳、氩气中的一种或几种；优选的，流动气氛的流速为100-500nm3/h；和/或在所述纺丝甬道中，挥发的溶剂被流动气氛带走，以回收利用。

7、优选的，在所述制备聚丙烯腈纤维步骤中：通过热风循环系统实现纺丝甬道中的流动气氛的循环使用、以及溶剂的回收利用；其中，所述热风循环系统包括：

8、流动气氛输入管路，所述流动气氛输入管路与所述纺丝甬道的进气口连通，用于向所述纺丝甬道内输入流动气氛；

9、流动气氛输出管路，所述流动气氛输出管路与所述纺丝甬道的出气口，用于使带有挥发溶剂的流动气氛从纺丝甬道中流出；

10、冷却器，所述流动气氛输出管路与所述冷却器的进气口连通，以使带有挥发溶剂的流动气氛进入所述冷却器中，使挥发溶剂冷凝成液态；

11、溶剂回收装置，所述溶剂回收装置与所述冷却器的冷凝液出口连通，用于回收冷凝后的溶剂；

12、加热管路，所述加热管路的进口端通过管路与所述冷却器的出气口连通，用于对从冷却器排出的流动气氛进行加热，所述加热管路的出气口与所述流动气氛输入管路连通，以实现流动气氛循环使用；

13、优选的，所述加热管路的进口端还与补气管路连通；

14、优选的，所述加热管路包括管路以及设置在管路上的换热器；

15、优选的，所述加热管路的出口端通过风机与所述流动气氛输入管路连通；

16、优选的，所述出气口位于所述纺丝甬道的侧壁的上端位置处。优选的，所述纺丝甬道的进气口为多个，均匀地分布在纺丝甬道的四周侧壁上。

17、优选的，在所述制备聚丙烯腈纤维步骤中：在对所述初生纤维进行牵伸定型处理时，使所述初生纤维经过所述纺丝甬道的底部的敞口后，进入到定型液中进行牵伸定型；其中，所述牵伸定型的牵伸倍数为1.2-2.0倍，定型液的温度为5-20℃；优选的，牵伸定型处理在牵伸定型槽中进行；其中，在所述牵伸定型槽中设置有导丝结构；其中，导丝结构上设置多个导丝凹槽，以使纤维丝束在所述导丝凹槽中收到向上的托力，使集束的丝束在导丝凹槽中铺展；优选的，所述定型液为废聚丙烯腈溶剂的水溶液，优选是由从纺丝细流中挥发出的溶剂经回收后配制而成的水溶液；或所述定型液为n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、碳酸丙烯酯、碳酸丙烯酯的水溶液；优选的，所述定型液的浓度为10-45wt％。

18、优选的，在所述制备聚丙烯腈纤维步骤中：使牵伸定型处理后的纤维依次经过多级水洗区进行水洗处理；其中，后一级水洗区的温度比前一级水洗区的温度高3-5℃；第一个水洗区的温度为50-55℃；所述水洗处理的时间为5-10min；和/或在对牵伸定型处理后的纤维进行水洗处理时，每个水洗区内设有振动装置，以使纤维产生振动，增加纤维丝束与水的相对运动；优选的，所述振动装置为拍打棍；和/或在对牵伸定型处理后的纤维进行水洗处理时，每个水洗区内的去离子水是由鼓泡的方式加入的；和/或在对牵伸定型处理后的纤维进行水洗处理时，每个水洗区内设置有隔板，以增加水洗区内的湍流效果；和/或在对牵伸定型处理后的纤维进行水洗处理时，采用喷淋装置向漏出水面的纤维进行喷水；和/或水洗处理后的纤维中的有机溶剂含量小于等于0.03wt％。

19、优选的，在所述制备聚丙烯腈纤维步骤中：所述热水牵伸处理为温度范围为75-95℃的多道牵伸，总牵伸倍数为1-1.3；和/或使热水牵伸处理后的纤维先进行干燥处理后，再进行上油处理，以去除水分，优选的，使热水牵伸处理后的纤维经过热风烘箱或热棍来完成干燥处理；和/或所述干燥致密化处理的温度为95-130℃，相邻温度梯度之间的温差为0-10℃，每级温度的干燥致密化时间为5-10s，牵伸倍数0.95-1.1。以饱和水蒸汽或过热蒸汽为介质，对干燥致密化处理后的纤维进行蒸汽牵伸处理，其中，蒸汽压力为0.12-0.4mpa，牵伸倍数为2-5倍；蒸汽牵伸处理的停留时间为3-6s。

20、优选的，聚丙烯腈纤维的单丝直径为9-20μm、体密度为1.18-1.19g/cm3

21、优选的，在所述短切处理步骤中：将聚丙烯腈纤维传送至短切装置中进行短切处理，得到的短切纤维；短切纤维经干燥处理、筛选处理后，得到所需尺寸的聚丙烯腈基短切纤维；优选的，短切处理后得到的短切纤维在传送装置的作用下经过干燥装置进行干燥处理，然后将干燥处理后的短切纤维传送至筛选装置内；优选的，所述干燥处理的温度为90-100℃，干燥处理的时间为25-30s。

22、优选的，在短切处理步骤之前，先将至少两个纺位的聚丙烯腈纤维进行合并处理，再进行短切处理。

23、再一方面，本发明实施例提供一种聚丙烯腈短切纤维，其中，所述聚丙烯腈短切纤维是利用上述任一项所述的废聚丙烯腈聚合液的回收利用方法制备而成；其中，所述短切聚丙烯腈纤维的单丝直径为9-20μm，强度为350-670mpa。

24、与现有技术相比，本发明的一种废聚丙烯腈聚合液的回收利用方法至少具有下列有益效果：

25、一方面，本发明实施例提供的废聚丙烯腈聚合液的回收利用方法，利用干法纺丝将废聚丙烯腈聚合液制备成聚丙烯腈纤维，然后将聚丙烯腈纤维进行短切处理，制备成聚丙烯腈短切纤维。本发明实施例通过上述方案，解决了聚丙烯腈原丝生产过程中不合格聚合液的处理，同时可以制备聚丙烯腈短切纤维，较好地解决了废聚合液的处理，生产出不同强度的聚丙烯腈短切纤维，同时使废聚合液中的有机溶剂得到回收利用。

26、进一步地，本发明实施例提供的废聚丙烯腈聚合液的回收利用方法，使废聚丙烯腈聚合液由喷丝装置喷出形成纺丝细流，并进入纺丝甬道；在纺丝甬道中，随着纺丝细流中的溶剂不断挥发，形成丝条细流的浓度不断提高直至凝固，形成初生纤维；对初生纤维依次进行牵伸定型处理、水洗处理、热水牵伸处理、上油处理、干燥致密化处理、蒸汽牵伸处理后，得到聚丙烯腈纤维。在此，本发明实施例通过对上述工艺参数进行相应的控制，实现了溶剂的高效回收及废聚丙烯腈所制备的聚丙烯腈短切纤维性能达到所需要求。

27、上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。