玻璃鋼生產(chǎn)過程中VOCs廢氣處理技術(shù)

宋圣才，李 敏，王東芳

（山東省環(huán)境保護產(chǎn)業(yè)協(xié)會，濟南 250101）

目前，國家對玻璃鋼行業(yè)的環(huán)境要求越來越嚴(yán)格，揮發(fā)性有機化合物（VOCs）的綜合治理已成為國家和地區(qū)層面“贏得藍(lán)天之戰(zhàn)”的關(guān)鍵措施之一[1]，為更好地指導(dǎo)玻璃鋼生產(chǎn)企業(yè)開展生態(tài)環(huán)境和安全問題整治，促進全面解決玻璃鋼行業(yè)污染控制技術(shù)與裝備落后、安全生產(chǎn)條件差的問題，引導(dǎo)玻璃鋼企業(yè)實現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級、健康發(fā)展，安丘市出臺《安丘市玻璃鋼生產(chǎn)企業(yè)生態(tài)環(huán)境問題整治工作方案》（安政辦〔2019〕38號）和《全市玻璃鋼企業(yè)安全生產(chǎn)專項治理工作方案》（安安委辦字〔2019〕18號）文件，引導(dǎo)了當(dāng)?shù)夭Ａт撔袠I(yè)的新一輪提級改造工作。

本文以濰坊聯(lián)榮環(huán)保設(shè)備有限公司生產(chǎn)玻璃房陽極管產(chǎn)生的VOCs廢氣處理為例，介紹了一種乳化液吸收+催化氧化處理含苯乙烯VOCs廢氣技術(shù)，處理后廢氣優(yōu)于《區(qū)域大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（VOCs＜20mg/m3）。

1 工程概況

濰坊聯(lián)榮環(huán)保設(shè)備有限公司主要加工生產(chǎn)玻璃鋼陽極管，在混料、噴襯、纏繞成型、固化過程中會有大量的苯乙烯、非甲烷總烴等廢氣產(chǎn)生。聯(lián)榮環(huán)保自2019年8月至9月底通過了中試至工業(yè)化應(yīng)用，廢氣排放量為20 000m3/h，入口廢氣濃度（VOCs）600mg/m3，出口穩(wěn)定在20mg/m3以下。

2 工藝流程及說明

工藝流程見圖1所示，有機廢氣通過底部吸氣方式收集后，通過管路進入乳化液噴淋塔，在3級噴淋塔內(nèi)，噴灑的乳化液與廢氣完全接觸，將廢氣中的大部分苯乙烯吸收凈化，進入高效催化氧化裝置進一步凈化處理后達(dá)標(biāo)排放。

圖1 工藝流程圖

3 設(shè)計思路及主要設(shè)備

玻璃鋼生產(chǎn)廠房內(nèi)苯乙烯氣體的濃度情況為：以地面為基準(zhǔn)，高度1m以下苯乙烯濃度≥500g/m3；1～2m苯乙烯濃度100～500g/m3；2m以上苯乙烯濃度≤100g/m3。因此，對該類氣體的收集應(yīng)以下方收集為主。

3.1 廢氣收集管路系統(tǒng)

為保證車間符合職業(yè)環(huán)境衛(wèi)生要求，苯乙烯濃度需低于40mg/m3。為此經(jīng)計算，此區(qū)域新房送風(fēng)量需達(dá)到26 400m3/h以上，為保廢氣不外溢，設(shè)計廢氣總排放量需達(dá)到40 000m3/h以上。

3.2 乳化液吸收塔

（1）噴淋塔自最上層噴淋層至進氣管上口段，是VOCs廢氣和乳化液進行接觸傳質(zhì)的主要區(qū)段，直接決定了VOCs廢氣凈化處理的凈化水平與凈化效率，因此該噴淋層裝置的設(shè)計非常重要。針對有機廢氣VOCs中污染物濃度不是太高但是氣體進氣量大的特點，設(shè)計了液相為分散相而氣體為連續(xù)相、相界面大的多級噴淋裝置，以滿足大風(fēng)量、高效率處理VOCs廢氣的目的，具體結(jié)構(gòu)詳見圖2。

圖2 多級噴淋裝置刨面圖及局部放大圖

（2）在實際運行過程中，由于噴淋乳化液霧化狀況、VOCs氣體在本體截面分布情況等條件的影響，此段的長度是VOCs廢氣吸收效率一個主要影響因素。如此段噴淋塔的截面布滿液滴，自由面大大縮小，會導(dǎo)致氣流實際速度增大很多倍。噴嘴的功能是將乳化液噴灑為細(xì)小液滴，設(shè)置合理的噴嘴能使乳化液充分霧化，增大氣液接觸面積。反之則乳化液噴灑不佳，氣液接觸面積小，影響設(shè)備的凈化效率。通過改進不同規(guī)格口徑、不同螺旋線的噴頭增加乳化液噴淋面積和噴淋效率。該螺旋噴頭可噴出大錐角的乳化液滴，在出噴嘴不遠(yuǎn)處即可布滿整個塔截面，使液體不僅向前進方向運動，而且產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動，這樣有助于將噴出液灑開，也有利于將噴出液分散為細(xì)霧。同時，選用了一定規(guī)格的鏤空積液球組成積水球?qū)?，用于提高氣液接觸時間和接觸方式。

（3）改進了噴淋脫水除霧裝置。自最上層噴淋層（最上一層的噴嘴）以上部分至出氣管口為脫水段，該部分的作用是使大液滴依靠自重降落，以除掉小液滴，使氣液較好的分離。為了提高除霧效率，該部分應(yīng)充分預(yù)留足夠的空間，一般設(shè)計時應(yīng)保證該部分的高與直徑比（H/D）在4～7。其中防水層裝有聚乙烯、聚丙烯、發(fā)泡聚苯乙烯或多孔橡膠制成的輕質(zhì)之字阻水層和蜂巢狀水平阻水層，在一定的氣流速度作用下，乳化液液滴在湍流運動的泡沫層中所捕獲，然后在重力作用下回流至噴淋塔底部。

3.3 催化氧化裝置

本裝置分為過濾區(qū)、超能離子場區(qū)、催化氧化區(qū)、高效吸附臭氧分解區(qū)等，主要是依靠高能電子轟擊、臭氧和羥基自由基的作用，打開苯乙烯的分子結(jié)構(gòu)，進行充分氧化，最終以CO2和H2O的形式排出。具體裝置示意圖如圖3所示。

圖3 催化氧化裝置示意圖

4 中試情況

在設(shè)備穩(wěn)定運行期，采集反應(yīng)系統(tǒng)出口氣體樣品，并利用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（GC-MS）分析樣品，得到氣相色譜圖如圖4所示。

圖4 氣相色譜圖

通過質(zhì)譜庫搜索可定性確定氣樣的組分，出口氣體組分GC-MS分析結(jié)果如上圖所示。出口氣體中檢測出2種物質(zhì)：苯甲醛（CHCHO）和苯甲酸（CHCOOH），均為不完全氧化的產(chǎn)物。苯乙烯氣體氧化的兩條主要路徑包括乙烯基側(cè)鏈的氧化和芳香環(huán)開裂。根據(jù)GC-MS分析測試結(jié)果，可推導(dǎo)出臭氧高級氧化苯乙烯有機氣體的路徑如下：第一步，臭氧分子攻擊苯乙烯的C-C雙鍵，發(fā)生乙烯基側(cè)鏈的環(huán)加成反應(yīng)形成苯乙烯臭氧化合物，且容易轉(zhuǎn)換成環(huán)氧化物；第二步，生成的環(huán)氧化物發(fā)生裂解形成Criegee中間體——苯甲醛，繼而被氧化成苯甲酸；第三步，苯甲酸中的芳香環(huán)被破壞而開環(huán)，生成順丁烯二酸酐和甲醛，最終被氧化降解為CO2和H2O。

5 結(jié)論

1）本工藝處理效果經(jīng)濰坊恒洋玻璃鋼有限公司的實際應(yīng)用，并在穩(wěn)定期進行實時監(jiān)測，結(jié)果顯示設(shè)備的處理效果穩(wěn)定，可以實現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放，且費用較低，有較大的推廣價值。

2）乳化液的配制和循環(huán)利用。該技術(shù)擴大了噴淋吸附的應(yīng)用范圍，改變了常見的噴淋吸收只能做酸堿中和及粉塵吸收的現(xiàn)狀。乳化液的配備和循環(huán)利用減少了工廠三廢的排放，是一項環(huán)境友好、可循環(huán)性的先進技術(shù)。為提高乳化液噴淋吸收的效果，對噴淋塔的結(jié)構(gòu)進行了改良，更好地促進了吸收效果，對提高設(shè)備的處理效率起到了重要作用。

3）綜合應(yīng)用高能電場進行各種形式的氧化，實現(xiàn)了高效開環(huán)和徹底氧化的效果。為玻璃鋼行業(yè)的尾氣處理提供了一種綜合性的高效處理工藝，解決了普通處理設(shè)備內(nèi)部苯乙烯氣體易結(jié)聚的問題，在該行業(yè)內(nèi)具有普遍的應(yīng)用前景。