液晶面板工廠廢有機溶劑再生循環利用技術研究

鄭劍平

南京中電熊貓再生資源利用有限公司（江蘇 南京 210028）

節能環保

液晶面板工廠廢有機溶劑再生循環利用技術研究

鄭劍平

南京中電熊貓再生資源利用有限公司（江蘇 南京 210028）

液晶面板工廠廢有機溶劑中含有大量優質化學品，采用先進、高效的精餾裝置和技術回收高品質有機溶劑，然后回用于液晶面板產業，可以實現優質資源在產業內部的高效循環利用。通過對液晶面板產業廢有機溶劑進行分析，結合其中目標組分、沸點以及不揮發物含量等特性，提出了利用多套具有不同功能的回收系統（獨立或協同運行），進行溶劑的差異化再生的思路和方法。

廢有機溶劑 再生循環利用 精餾

自2008年京東方科技集團股份有限公司宣布投資建立8.5代線以來，國內形成了一個液晶面板投資建廠的高潮，目前全球的液晶面板布局逐漸形成了韓國、中國臺灣省和中國大陸地區三分天下的趨勢[1]。在液晶面板制造中大量使用各種有機化學品，隨之產生大量的廢有機溶劑，在取得經濟效益的同時也帶來新的環境問題，廢有機化學品的再生循環利用，已經成為各液晶面板企業乃至社會必須面對的課題[2-5]。

對于各種廢有機溶劑，早期國內常見的處置方式有兩種：一是焚燒，這種方式不僅造成資源浪費，而且增加企業成本，同時影響環境；二是采用普通蒸餾的方式回收其中的溶劑[6-8]，這種方法回收的溶劑品質較低，一般用于涂料工業，其中的化學品雖然得到了再利用，但是卻大大降低了其經濟價值，是另一種形式的浪費。比較好的循環利用模式是通過精制回收高品質（達到電子級及以上品質）有機溶劑，回用于液晶面板工廠。國內已經有少數液晶面板生產企業建成在線回收系統，用于剝離液的再生循環利用，取得了很好的效果[9-10]。

1 液晶面板工廠主要廢有機溶劑分析

液晶面板工廠廢有機溶劑主要包括廢剝離液、廢稀釋劑、廢清洗劑等，這些廢溶劑中含有大量的有機化學品，包括單乙醇胺（MEA）、N－甲基乙醇胺（MMEA）、二甲基亞砜（DMSO）、二乙二醇丁醚（BDG）、丙二醇單甲醚（PGME）、丙二醇甲醚醋酸酯（PGMEA）、丙酮、四氫呋喃（THF）、2－甲基四氫呋喃（2-MeTHF）、環己酮（CYC）、N－甲基－2－吡咯烷酮（NMP）、二異丁基甲酮（DIBK）、4－甲基－2－戊酮（MIBK）、偏三甲苯、異丙醇（IPA）、醋酸丁酯（NBAC）、3－甲氧基丙酸甲酯（MMP）、3－乙氧基丙酸乙酯（EEP）、碳酸二甲酯（DMC）、N,N－二甲基甲酰胺（DMF）、N－甲基甲酰胺（NMF）、N,N－二甲基乙酰胺（DMAC）等，除此之外，廢有機溶劑中還含有水、光阻材料、著色感材以及其他雜質等。表1所示為國內某液晶面板工廠中廢有機溶劑主要成分的分析結果。

表1 國內某液晶面板工廠廢溶劑組成

在這類廢溶劑中，大部分有機溶劑具有很高的經濟價值，例如電子級PGME的市場價格約為8000元/噸、PGMEA的價格約為11 000元/噸、電子級CYC的價格約為8 500元/噸、電子級NMP的價格超過13000元/噸。以廢稀釋劑為例，每噸廢液中含有PGME 650 kg、PGMEA 250 kg，若按回收率90%計，則每噸廢液可回收高品質PGME 585 kg、PGMEA 225 kg，市場價值約為7155元。可見，再生化學品經調整、復配后回用于原液晶面板生產企業，其經濟效益和社會效益非常可觀。

2 溶劑再生循環利用流程

高效的再生循環利用就是利用化學品沸點的不同，對液晶面板工廠產生的廢有機溶劑進行蒸發分餾實現精制再生，使之成為高純度的有機溶劑，產品品質達到電子級，經化學品供應工廠補充相關化學品并調整復配后再回用于液晶面板制造工廠，圖1為有機溶劑再生循環利用流程示意圖。

圖1 有機溶劑再生循環利用過程

液晶面板工廠廢溶劑再生時，視回收產品的回用需要，可以對其中的溶劑進行分別回收，也可以多溶劑混合回收。再生溶劑回用于液晶面板工廠時，其規格應符合以下要求：目標組分質量分數不小于99.5%，水的質量分數小于0.1%，金屬離子（Li+，Na+，Mg2+，Al3+，Ca2+，Mn2+，Fe2+，Zn2+等）質量分數小于5× 10-8，陰離子（F-，Cl-，NO3-，SO42-）質量分數小于10-6，每毫升溶劑中粒徑大于0.2 μm的顆粒數量小于400、大于0.5 μm的顆粒數量小于50。

受液晶面板制造工藝以及有機溶劑相關專利技術等因素的影響，不同液晶面板工廠使用的有機溶劑不盡相同，產生的廢溶劑也千差萬別。回收工廠面對連續產生、量小且品種多的廢有機溶劑，建設多套回收系統，采用獨立或協同運行的模式，對高、低沸點溶劑分別進行回收，有利于回收工廠高效、節能、連續、穩定、安全運行。回收系統的數量、處置能力可依據實際需要進行合理配置，廢溶劑中目標組分的沸點、含水量以及不揮發物含量不同，采用的回收處理系統、工藝路線也略有差異。當目標組分沸點高于100℃時，處理流程為脫水→脫渣→脫輕→脫重精制；當目標組分沸點低于100℃時，處理流程則為脫渣、脫水→脫輕→脫重精制；如果一種物料中同時含有具有上述兩種特性的目標組分時，將相關系統串聯起來協同運行可以達到較好的效果。對于通過普通精餾無法分離的共沸廢有機溶劑，往往還需要采用共沸蒸餾、萃取蒸餾和真空干燥等工藝技術來實現高精度分離。

由于液晶面板工廠廢有機溶劑的沸點較高，因此精餾一般采用減壓蒸餾的方法。在蒸（精）餾過程中，保持系統的密封性并使其呈負壓狀態，真空度一般控制在10 kPa以下。為最大限度減少未冷凝氣體對環境的影響，可以采用循環水和冷凍水兩級冷凝的方式，仍然未冷凝的氣體經處理達到排放標準后排入大氣中。

3 廢有機溶劑的再生回收系統

3.1 目標組分沸點低于100℃的溶劑回收系統

當不揮發物含量高且目標組分沸點低于100℃時，可以先用1級精餾塔結合薄膜蒸發器脫除不揮發及難揮發的組分（包括大部分的水等重組分），再利用2級精餾塔脫除輕組分，3級精餾塔進一步脫重完成目標組分的精制，具體參見圖2。

圖2 目標組分沸點低于100℃的溶劑再生流程

物料經預處理，檢驗合格后打入1級精餾塔，根據物料的組成情況調整再沸器蒸汽量和廢溶劑進料量，不揮發及較難揮發的組分從精餾塔底部泵入薄膜蒸發器，通過薄膜蒸發器脫渣、脫水，其他組分氣化后進入2級精餾塔。在2級精餾塔內，通過調節塔頂回流比及塔底蒸發量來控制精餾塔的平衡溫度，氣、液相在填料層反復進行交換和平衡，溶劑中沸點較低的有機雜質從塔頂排出（脫輕），沸點較高的目標組分及有機雜質呈氣態從塔底泵入3級精餾塔。

在3級精餾塔內，目標組分從塔頂產出，沸點較高的有機雜質從塔底排出。如果多組分需單獨回收，沸點較高的目標組分從塔底泵入4級精餾塔，產品以氣態形式從塔頂餾出，高沸點有機雜質則在塔底返回到1級精餾塔或排出。

3.2 目標組分沸點高于100℃的溶劑回收系統

當不揮發物含量高且目標組分沸點高于100℃時，先用1級精餾塔在常壓下脫除大部分水及輕組分，2級精餾塔結合薄膜蒸發器脫除不揮發及難揮發的組分（脫渣），3級精餾塔在減壓條件下進一步脫除殘留的水及輕組分，4級精餾塔精制回收目標組分，具體參見圖3。

圖3 目標組分沸點高于100℃的溶劑再生流程

物料經預處理，檢驗合格后泵入1級精餾塔，根據物料的組成情況調整再沸器蒸汽量和廢溶劑進料量，在常壓下通過控制塔頂回流比及塔底蒸發量來控制平衡溫度，氣、液相在塔內填料層反復進行交換和平衡，大部分的水及低沸點有機雜質以氣態的形式在塔頂被蒸出（脫水），目標產品及高沸點有機雜質在塔底泵入2級精餾塔。

在2級精餾塔內（減壓條件下），沸點相對較低的目標產品、殘留的水及低沸點雜質從塔頂餾出并進入3級精餾塔，高沸點的雜質組分從塔底泵入薄膜蒸發器，進一步脫除不揮發及難揮發組分。

在3級精餾塔內，通過調節塔頂回流比及塔底蒸發量來控制平衡溫度，殘留的水及低沸點雜質從塔頂排出，沸點較高的目標產品及雜質由塔底泵入4級精餾塔。在4級精餾塔內，目標組分從塔頂產出，高沸點有機雜質從塔底排出返回到2級精餾塔。

3.3 不揮發物含量極低、目標產品簡單的溶劑回收系統

該系統的工作方式通常為間歇式，回收產品品質相對不高，適用于不揮發物含量低、成分單一的廢溶劑和上述再生系統內中間餾出溶劑的回收，原料直接泵入精餾塔進行精餾回收，具體參見圖4。

圖4 不揮發物含量極低、目標產品單一的溶劑回收流程

廢溶劑直接泵入精餾塔，由塔底部的再沸器對物料進行加熱蒸發，并根據物料的組成情況調整再沸器的蒸汽量和進料量。在精餾塔內，通過調節塔頂回流比及塔底蒸發量來控制精餾塔的平衡溫度，氣、液兩相在塔內填料層反復進行交換和平衡，輕組分（低沸點雜質）呈氣態從塔頂排出，冷凝后分離，經兩級冷凝后的未冷凝氣體被真空泵抽出，通過尾氣吸收塔吸收后排放，重組分（高沸點雜質）以液態的形式從塔底排出。目標產品從精餾塔中部側線采出，通過側線餾分冷凝器冷卻提出。

4 結語

廢有機溶劑的再生回收是一種物理分離過程，其技術難度并不大。但是，當溶劑回收工廠面對種類繁多的廢溶劑時，依據廢溶劑的特點，科學、合理地配置多套精餾回收系統是十分必要的，采取多套系統獨立或協同運行，分別對不同特性的廢溶劑進行精餾回收，有利于降低品種切換的頻率、保證系統的連續穩定運行、降低能源消耗、保證再生產品的品質。廢有機溶劑的再生循環利用是一項系統工程，只有對廢溶劑進行分類收集、分類處置，并確保各環節措施科學合理，才能真正實現產業內部資源的再生循環利用。

液晶面板工廠廢有機溶劑在產業內部的再生循環利用，可使優質資源的經濟價值最大化，在降低液晶面板工廠制造成本的同時，也可極大程度地降低環保風險和環境治理成本，是一種最有效的循環經濟模式，利國利民。

[1]薛首文.中電熊貓液晶公司競爭戰略研究[D].天津:河北工業大學,2014.

[2]闕祥明,朱斌,蔣宏斌.TFT-LCD工廠異味產生機理及處理對策研究和實踐[J].科技信息,2014(9):249-250.闕祥明,朱斌,蔣宏斌.TFT-LCD生產有機廢水處理及

[3]回用技術的研究和應用[J].江蘇科技信息,2014(5): 46-47.

[4]陳琛.合肥京東方公司工業廢棄物綜合利用現狀分析[J].中國資源綜合利用,2011,29(7):34-36.

[5]馬明榮.6000噸/年廢有機溶劑循環利用項目評價[D].北京:北京化工大學,2015.

[6]崔靈豐,涂勇,朱化軍,等.江蘇省廢有機溶劑回收利用行業現狀分析[J].化工設計通訊,2016,42(3):72-74.

[7]田國元,劉輝.幾種常見廢有機溶劑的回收利用[J].重慶環境科學,2002,24(5):78-79.

[8]劉曉峰,李鑫.廢有機溶劑再生技術概述[J].中國環保產業,2008(5):45-47.

[9]李武東,朱志亮.剝離液精餾工藝的模擬計算與優化設計[J].化學工程,2016,44(8):15-19.

[10]賈鵬飛,唐恒丹,王吉紅.剝離液精餾回收裝置的設計[J].天津化工,2014,28(4):56-57.

Study on Recycling Technology of Waste Organic Solvents in LCD Panel Factory

Zheng Jianping

The waste organic solvents in the LCD(liquid crystal display)panel factory contain a large number of high-quality chemicals.The chemicals can be recycled by adopting advanced and efficient distillation equipment and technology,and then be reused in LCD panel production,which can achieve the efficient recycle of high-quality resources within the industry.Based on the analysis of waste organic solvents in LCD panel industry,and combining with the characteristics of target components,the boiling points and contents of non-volatile matters,multiple recycling systems with different functions,operating independent or in concert,have been proposed to regenerate the solvents.

Waste organic solvent;Recycling;Rectification

X789

2017年2月

鄭劍平男1970年生工程師碩士主要研究方向為危險廢物的資源化利用