聚酯生产废水废气的工艺处理李翠云

聚酯生产废水废气的工艺处理李翠云

李翠云

李翠云

广东微乐环保成套设备有限公司510000

摘要：聚酯化纤企业的废水主要来自聚酯化纤工艺生产过程中产生的各类废水，以及工艺清洗废水。指出目前聚酯生产废水、废气的工艺处理存在的问题。从废气工艺流程优化和汽提塔效率优化2个方面提出了一些建议和解决方案。

关键词：聚酯；废水废气；处理

1聚酯废水处理的影响因素分析

聚酯生产过程中由于受到检修、开停车及生产故障影响会使化学副反应加剧，增加废气及废水的排放；污水治理设施自身也会产生各种故障使生化反应异常，这些因素都会最终导致废水中的化学元素浓度发生变化，废水的COD指标上升。因此，依据相应的工程理论分析和研究这些影响因素，在此基础上制定出各种应对方案，运用到实践工作中去，从而稳定废水处理装置，提高废水处理效果，最终做到达标排放。

1.1开停车及生产故障处理的影响

酯化反应中的主要副反应为乙二醇缩合成二乙二醇，乙二醇分解为乙醛，反应方程式如下：

2HOCH2CH2OH→HOCH2CH2-O-CH2CH2OH+H2OHOCH2CH2OH→CH3CHO+H2O

以上副反应的生成物中，二乙二醇与乙醛是主要污染物质，副反应的速度及正向反应的转化率与反应温度、乙二醇的浓度及反应生成物的脱除效率均有一定的关系。反应温度高，分子发生碰撞的几率就增加，反应速度也会明显上升；在反应系统中乙二醇浓度增加，化学反应中正反应方向的浓度增加，反应正向进行的可能性也增加；在一定的时间内二乙二醇、水或乙醛的脱除量增加，反应正向进行的可能性也会增加。这些应该是影响副反应进行程度的关键因素，在聚酯生产开停车过程中或生产故障处理过程中这些影响因素往往发生变化，分析这些变化对污染物的生成原因、生成速度及生成量的影响均有重要的参考作用。为说明开车时污染物排放情况的变化，下面对开车过程酯化废水的化学指标进行分析对比，具体如表1所示。

表1聚酯装置开车前后的酯化生产废水指标变化

从表1可以看出，开车时酯化废水的COD指标是相当高的，这是因为采取了加压酯化反应的工艺，副反应明显加剧，乙醛的产生量也明显增加，从pH值的指标分析，变化不是很明显，但酸度增加是事实。因此，聚酯装置的开停车对废气处理的影响较为明显，具体表现在如下几方面。

①开车时的过度酯化反应，主要原因是采取了加压酯化反应工艺，PTA与EG在常压下很难发生化学反应，一是因为两种原料相态不同，发生分子碰撞的几率也较低；二是因为EG在197℃的温度下发生气化，而酯化反应的活化能温度是240℃，这两个原因导致化学反应必须在一定的正压力下才会增加几率，而正压力大于正常生产下的反应压力，约高1.5bar，势必导致副反应的几率增加，EG的副反应会产生乙醛及乙二醇醚，这两种物质是酯化反应的副产物酯化水中的主要气相组分，也是工艺废水COD指标的最主要影响因素。

②开车时的缩聚反应存在过度的副反应，部分物料由于在反应釜中停留时间偏长会产生热降解，热降解反应会产生一些小分子挥发物，如乙醛，这些挥发物是真空系统收集或最终通过液环系统排放的主要成分，也是尾气洗涤吸收的主要成分，最终需通过污水处理设施生化处理。

③停车时局部温度控制偏高产生的过度酯化反应或缩聚系统热降解，在对反应釜排空并实施EG清洗时会产生EG的副反应，这些副反应的量远远高于正常生产的产生量，因此也会影响废水的实际化学指标浓度。

另外，聚酯装置在运行过程中会受到一些主要机械设备、电气仪表故障的影响，有些影响会产生物料平衡破坏，大多数情况可以通过短时间故障排除以重新建立新的物料平衡，但一些故障排除困难，随着时间的推移，物料平衡破坏严重，甚至反应系统也开始受到严重影响，这时废气的产生量和一些化学元素的浓度也会发生变化，直接影响废水处理工艺的稳定运行。主要表现在以下几方面。①主要输送物料的泵故障停运，例如浆料泵、预聚物泵或熔体出料泵，这些机械故障导致的设备停运会随着恢复时间的变化进而不同程度地影响生产过程的物料平衡，平衡破坏时间过长也会影响化学反应的正常进行，主要是停留时间的变化，进而影响酯化反应酯化率或缩聚反应的聚合度，反应系统的变化会使废水的产生量或影响COD指标的一些化学元素浓度发生相应变化。②主要电气仪表的故障使反应的工艺参数得不到正确的反映，例如终聚釜的真空度、酯化反应的底部温度，这些重要的工艺参数是对化学反应的表征，酯化反应的温度高会生产过度的酯化反应，反之则使酯化率不足，终聚釜真空度无法正常显示会使物料的黏度控制失去最主要的调整手段，直接影响聚合度的控制，这些反应系统的不稳定变化会相应产生过度的废水化学指标，从而最终影响污水处理站的正常运行。

1.2污水治理设施自身故障的影响

污水治理的设施主要包括尾气洗涤吸收、蒸汽汽提和废水收集后的厌氧好氧生化处理，受到尾气洗涤、蒸汽汽提、污水装置停电、传动设备机械电气故障及天气突变等因素的影响，污水治理设施自身也会发生运行状态的变化，该种变化对污染物的生化处理及最终达标排放会产生不同程度的影响。以上主要的5种故障影响中，尾气洗涤及蒸汽汽提故障会引起集水池中污水的COD指标上升，通过混合水调配时可以控制COD值，停电及设备故障都可以短时间内排除，这些对污水处理系统的影响都不明显，但天气突变或温度失控等因素会引发厌氧系统生化处理的工艺状态变化，进而使厌氧菌的生存环境发生变化，生化处理效率下降，严重时会使整个污水处理系统瘫痪。

2聚酯生产废水废气的工艺处理方案

2.1废气工艺流程的优化

淋洗塔242C01的存在增加了一个直排含乙醛等有机污染质的废气排放口，增加了冷却水的消耗和工艺废水的排放，而且增加了472C01汽提塔的运行负荷，因此，建议将淋洗塔从聚酯废水废气的工艺过程中摘除，将②，③，④混合蒸气并入汽提塔处理后废气⑦一起送往热煤炉焚烧，或者采取其它方法对工艺尾气进行处理，使它达标排放。

在空气中，乙二醇爆炸的极限体积分数为1.8%～15.9%，乙醛的爆炸极限体积分数为4.0%～57%。若将工艺废气送往热煤炉焚烧，可采取鼓风稀释的方法对含乙醛和乙二醇的尾气进行处理，使其含量控制在低于其爆炸极限。有采用催化燃烧法处理聚对苯二甲酸乙二醇酯生产废气的报道，处理后的废气总烃质量浓度由2555～5099mg/m3降至1～38mg/m3，小于120mg/m3非甲烷总烃的国家排放标准，总烃去除率达98.6%～100%；处理后的废气中乙醛质量浓度小于99mg/m3，低于125mg/m3乙醛的国家排放标准。因此，亦可直接采用催化燃烧法处理聚酯的工艺废气，并将处理完的废气送热煤炉焚烧。

2.247-C01汽提塔汽提效率的优化

47-C01汽提塔的汽提效率一直未能达到设计要求，且汽提塔送往热煤炉的尾气并非以气体形式进入炉膛，而是以一定流量的水流进入炉膛，处于不正常状态。因此，汽提塔的工艺优化势在必行。分析汽提塔汽提效率偏低的主要原因有以下几点。

2.2.1运行负荷太高

汽提塔的设计，并未考虑到13-E01冷凝尾气②、第一预缩聚反应尾气④、终缩聚反应尾气③以及24-C01淋洗塔所用的冷却水给47-C01汽提塔所增加的运行负荷，只是针对乙二醇分离塔的塔顶冷凝液而设计的。聚酯装置在目前的生产负荷下，乙二醇分离塔的工艺废水产生量约为3.5t/h，淋洗塔因喷淋产生的废水水量约为1.00t/h，因此造成汽提塔超负荷运行，导致汽提塔汽提效率降低是不可避免的。

2.2.2操作参数的控制有待优化

通过查阅文献可知：聚酯生产工艺废水中主要有机污染质乙醛的沸点为20.8℃，乙二醇的沸点为197.7℃，两者沸点相差很大，47-C01汽提塔运行的塔顶温度一直在100℃左右，塔底温度绝大部分高于水的沸点。由于100℃与乙醛和乙二醇的沸点均相距甚远，该温度在一定范围内的波动对废水中的乙醛和乙二醇蒸发挥发效率不会起决定性的作用，而由于带压蒸汽的汽提作用，将在塔底产生一定的真空度，大量的水被汽化进入尾气则成为必然结果。这就导致进入热煤炉炉膛的汽提塔尾气带入了一定流量的水流，一定程度上影响了热煤炉燃烧，并造成汽提塔塔底废水中乙二醇的含量加大而使废水COD值超标。

由工艺运行参数的记录可知：前期大部分汽提塔废水外排流量明显低于进水流量，几乎接近进水流量的一半，也就是说，废水中有一半水被汽提带出，由此而使排出口废水的COD值增加1倍。后期，出水口是进水口水流量的2倍，是由于在出水口增加生产用水而使废水的COD值有所下降，并未能从提高汽提塔的工作效率方面有所突破。如此这般，不仅增加了生产用水量，而且还成倍地增加了废水的排放量，而并未减少污染质的排放总量，未从根本上解决问题。

结语

优化聚酯工艺废气的工艺过程、适当地降低汽提塔生产负荷，并对汽提塔工艺操作参数的控制从蒸汽阀的开启度、塔顶温度、塔底温度和塔顶压力等方面进行进一步的探索、调整和优化，将从本质上改善汽提塔的水处理过程，从根本上提高汽提塔的汽提效率。

参考文献

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