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- VOCs涂料行業工業廢氣處理方法
- 發布日期：2021年03月29日 點擊次數：87 所屬分類：新聞中心
涂料生產廠為研究對象,研究其揮發性有機化合物(VOCs)的排放特點。分別從含塵廢氣和含溶劑廢氣系統進行生產設備及廢氣處理設施整改設計,使其VOCs排放達到現有排放標準要求,并為其他涂料生產企業的廢氣處理提供具有參考價值的減排方法與經驗。
化工生產過程對環境的污染主要包括兩個方面：一是生產過程中的無組織排放；二是由于有組織排放設施自身的缺陷，導致廢氣得不到有效處理并直接排放進入大氣，造成對周圍環境的污染。
有機廢氣是一種對人和環境都有害的氣態污染物，是城市周邊地區光化學煙霧形成的主要原因之一。它主要來源于涂料、合成樹脂等化工廠生產作業過程，其主要成分是揮發性有機物（VOCs）。
涂料在制造、施工、干燥、固化成膜過程中，向空氣中散發一定量的VOCs，盡管涂料正朝低污染、無公害的方向發展，目前水性化、粉末化、無溶劑化等環境友好型涂料占全球總產量的70%以上，但廢氣處理一直是各大涂料制造企業不可回避的難題。根據全國VOCs廢氣排放標準表，目前的VOC排放要求低于50mg/m3。
為實現涂料行業的可持續發展，涂料生產廠家不斷尋求VOCs減排的措施和技術手段，并不斷改進。A涂料生產廠于2014年開始投入資金進行環保型涂料生產線的改造，2015年加大轉型力度，重點生產環保型涂料。從2015年下半年開始，逐步實施VOCs減排措施并持續改進，如反應過程蒸發溶劑冷凝回收實現綠色生產、在反應罐與加料罐間增加平衡管線避免廢氣溢出、對儲罐防泄漏系統進行優化等。本文主要介紹A廠廢氣處理系統的優化。
VOCs 排放的主要環節包括儲罐日常加料與存儲過程中的排放、攪拌釜加料與攪拌過程中的排放、產品灌裝過程中的排放等。廠區廢氣排放系統主要有兩個：（1）生產過程廢氣收集處理系統，主要處理生產過程中的高濃度低流量廢氣；（2）投料過程廢氣處理系統，主要特征是處理的廢氣濃度低、排放量大。環保部門要求一廠一排放，以方便政府部門對廢氣排放進行監測，同時也為后期對所有排放口安裝遠程監控設備作準備。
對廢氣收集系統的整合改造主要包括：（1）對原車間內各投料罐直接對外排放的管道進行整合，將抽風系統接入一樓洗滌塔抽風系統；（2）將四樓投料站抽風系統合并到一樓洗滌塔抽風系統；（3）將一樓包裝線抽風系統合并到洗滌塔抽風系統，粉塵通過洗滌塔沉淀后與堿液殘液一起定期處理。
工藝管線抽風排放系統與包裝投料抽風系統合并后產生一個比較嚴重的問題，抽風管線需要大風量，不得不開啟洗滌塔系統后功率為4kW，風量為200m3/h 的風機。開啟風機后出現2 個問題：（1）原反應罐中部分氣體被抽入廢氣處理系統，增加了廢氣處理系統的負荷；（2）當洗滌塔系統飽和時會將洗滌塔內吸附飽和的溶劑抽出，使得廢氣處理末端的活性炭快速飽和，增加廢氣處理費用。為解決上述問題，對廢氣處理系統進行優化。
1、合并投料吸風系統和反應釜工藝過程抽風系統
投料吸風罩抽風系統與生產工藝過程呼吸閥排風系統合并后廢氣濃度急劇升高。在增大風量前，原先工藝管道中的VOCs只會在投料及反應過程中被抽出。由于罐內部物料平衡被呼吸閥排放口后部增大的抽風量打破，因此呼吸閥開啟時，大量高濃度廢氣瞬間被排出罐外。這部分額外抽出的廢氣大大增加了原有廢氣處理系統的處理負荷。通過對現有抽風量進行記錄，設計出兩套方案。
方案1是在每個呼吸閥后方增加一套與投料抽風系統相似的圓筒形抽風系統，對呼吸閥周圍進行不間斷抽風，但是由于生產線上每個儲罐都有一套呼吸閥，數量繁多，現有抽風量不能滿足所有儲罐上方安裝獨立抽風罩的需求。
方案2是將所有呼吸閥連接到抽風總管，然后在工藝廢氣排放系統合并的總管與投料系統總抽風管分叉合并處制作吸風罩式套管。該形式不主動將廢氣抽出，只保持工藝廢氣抽風總管有50 MPa的負壓，確保廢氣系統不會強行抽入過多的生產工藝廢氣。由于該方案未將廢氣主動抽出，造成VOCs氣體在抽氣管道內聚集，導致各罐呼吸閥至廢氣處理站的支管及總管內積存廢氣，廢氣排放管道將成為易燃氣體管道，所以需在所有廢氣排放管道上重新標識“易燃氣體”字樣。
由于投料系統需要大風量，故開啟一樓2000m3/h 大風量抽風機。如果直接在投料抽風系統主管上開孔作為工藝抽風系統抽風管，將大大增加投料吸風罩抽風系統的負荷，因此仍然啟用二樓工藝抽風系統25m3/min 的風機，其風管順流向插入投料系統抽風總管，不影響投料吸風罩抽風系統的風量。
2 、廢氣預冷凝，提前收集廢氣中的溶劑
洗滌塔加活性炭處理系統可以輕松處理低流量、高濃度工藝廢氣，大部分廢氣在洗滌塔中被中和，經過洗滌塔的剩余廢氣最后通過活性炭進行吸附處理，處理后可以直接排放入大氣中。目前，由于原洗滌塔系統接入投料斗抽風系統，不得不開啟一樓2000m3/h 的大風量風機。投料吸風系統與工藝過程抽風系統合并前，廢氣可以充分在洗滌塔中與堿液中和，然后通過后方活性炭罐。但是洗滌塔后方風機開啟后，不但廢氣不能充分與洗滌塔中堿液進行中和，而且當洗滌塔系統飽和時，大風機抽風量會將洗滌塔內吸附的廢氣抽出，使得廢氣處理末端的活性炭快速飽和。因此，不得不引進新設備對現有廢氣處理工藝進行改造。
首先，要處理廢氣系統中的溶劑性VOCs濕氣。由于A工廠投料及工藝廢氣系統所抽的原料主要是各種溶劑等液體原料，若不在洗滌塔前部增加除濕裝置，含有溶劑的廢氣很快會使洗滌塔內的堿液飽和。
其次，洗滌塔后大功率風機的開啟導致洗滌塔內含堿液濕氣的廢氣大量析出，不但使后端廢氣濃度升高，而且會使末端活性炭系統潤濕，進而使活性炭吸附能力大大降低。
對于以上條件，首先需要解決的問題是在洗滌塔前增加前置除濕裝置。改造過程中選擇冷凝除濕方式，廢氣在經過冷凝器后進入殘液收集口，然后再進入洗滌塔。殘液由重力沉降進入殘液收集槽，由專人定期進行收集排放。廢氣系統前端增加冷凝器后，由于急速對含溶劑廢氣進行冷凝，會產生過凝溢出、結晶現象，因此需要用蒸汽定期對洗滌塔中的結晶物質進行反沖清洗。
3、用低溫等離子廢氣處理系統
低溫等離子降解氣態污染物的機理是：首先，高能電子直接進攻有機污染物，通過碰撞將能量轉移到污染物的分子或原子中，獲得能量的分子或原子被激發，部分分子會被電離為活性基團；其次，活性基團從高能激發態向下躍遷，會產生紫外光子，其直接與有害氣體進行反應，使得氣體分子鍵斷裂得以降解；最后，活性粒子可直接降解氣態污染物，它與其他分子作用產生新的自由基和激發物質，可進一步降解低相對分子質量的酸等化合物。
A廠實際生產過程中，需要及時處理大流量、低濃度的廢氣，不得不引入輔助廢氣處理設備。經過多方案比選，最后選用低溫等離子廢氣處理設備對洗滌塔后廢氣進行處理。
A廠主要有害污染物是甲苯和二甲苯，故低溫等離子設備匹配計算以甲苯、二甲苯計
經計算可知：甲苯與氧氣反應的物質的量比為1∶9，相對分子質量之比為23∶36；二甲苯與氧氣反應的物質的量比為2∶21，相對分子質量之比為53∶84。同理可知：甲苯與臭氧反應的物質的量比為1∶6，相對分子質量之比為23∶72；二甲苯與臭氧反應的物質的量比為1∶7，相對分子質量之比為53∶168。甲苯中C6H5CH2—H 與C6H5—CH3的鍵能分別為317和414eV，而苯環中的C—H和C—C鍵能分別是419和510~513eV，由此可見，C6H5CH2—H最易被氧化。
綜上所述：23g甲苯與72g臭氧進行反應生成無害物質，而53g二甲苯與168g臭氧進行反應生成無害物質。實際匹配過程一般按照理論量的1.5倍配置低溫等離子設備，以保證處理效率。該方案所匹配的防爆型CD-AOI低溫等離子設備的等離子產生量（以臭氧計）為300g/h，而管道測得風量為80m3/h，最高質量濃度為800 mg/m3, 即每小時約產生70g污染物。可見，所選設備完全能夠滿足廢氣處理需求。
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