工业用硝化棉生产过程VOCs废气的收集与治理

工业用硝化棉生产过程VOCs废气的收集与治理

王乐全

身份证号：370724198501027295 山东省潍坊市 261000

摘要：工业用硝化棉产品为了满足应用性能和使用、运输、贮存的法规要求，大部分产品要用酒精或异丙醇等醇类溶剂置换生产过程带入的水（简称驱水），得到含有25%～30%酒精或异丙醇的产品（简称含醇硝化棉产品），按《挥发性有机物无组织排放控制标准》中VOCs物料的定义，含醇硝化棉属VOCs物料。因此，硝化棉驱水及含醇硝化棉产品的输送、加工、包装及淡醇溶液的精馏回收及溶剂储罐等均有VOCs废气产生，且排放量比较大，对环境和人的健康有较大危害，必须收集并对收集的VOCs废气进行净化处理，才能实现排气筒VOCs废气达标排放，确保硝化棉产业的持续健康发展。

关键词：硝化棉生产；VOCs废气；收集治理

引言

VOCs具有易挥发性特征，主要成分包括氨、硫化物、烃类，可以以液态、固态、气态形式存在。现阶段的研究表明，VOCs毒性较大，其来源包括日常生活、农业、交通、工业。尤其在化工行业，煤、石油、天然气，以及其它工业原料的燃烧、应用，均会产生大量VOCs。目前，在治理此类污染方面的技术种类较多。从实践经验看，综合治理已经成为主要途径。

1 VOCs排放种类及主要物性

硝化棉生产中，排放的VOCs主要是乙醇、异丙醇，而乙醇、异丙醇极易挥发，国家废气排放标准中将乙醇纳入VOCs（非甲烷总烃）进行管控，异丙醇纳入特别控制的污染物项目进行管控。实际上，硝化棉生产过程中产生的醇类废气量较大，因此必须针对醇类废气进行收集和治理。

2 VOCs的排放特征

化工行业VOCs排放与原料、产品生产制造过程，及其污染物控制存在密切关联。从化工行业的VOCs排放特征看，一是污染物排放方式、排放源多；二是排放总量大，且存在无组织形式的排放；三是排放环节环境较多，在产品生产制造全过程的原料采购运输、生产加工、成品装卸、仓储、使用等各个环节，均存在VOCs的生成、逸散、排放等。而且，随着监测技术的逐渐成熟，发现VOCs废气也会出现在化工合成、精馏、离心等精细化操作环节。

3 VOCs危害

大气环境中VOCs化学反应，会加剧大气环境中细颗粒物、臭氧等二次污染物浓度，引发大气环境中常见的光化学烟雾及灰霾等环境问题。VOCs具有较强的化学活性，在紫外线照射下，可吸入颗粒物会生成固态、液态等，随着风、雨等气候变化而漂移扩散、进入水体或土壤环境，加剧生态环境污染程度。此外，VOCs也会影响人体健康。在汽车维修操作室，短时间里VOCs浓度值过高，就会导致出现头疼、恶心、乏力等症状，伤及肾脏、肝脏、脑神经系统和血管系统，危害极大。

4 VOCs废气收集治理技术

4.1储罐排放的VOCs废气的收集

随着环境温度或储罐内溶剂体积的变化，储罐内气相压强发生变化，而一般溶剂储罐采用常压储罐，为维持储罐内压力相对稳定，一般在储罐顶部安装呼吸阀。当环境温度升高或储罐内注入溶剂时，储罐内气体被压缩，气相压力升高，排出VOCs废气；反之，储罐内气相压力降低，吸入空气或保护气；储罐溶剂状态无变化或环境温度变化不大时，储罐不呼出也不吸入气体。这样，通过风机收集储罐排放在收集罩里的VOCs废气或空气并输送至废气治理设施。VOCs废气收集管出储罐区后，在收集管最低点处设置积液槽，沿呼吸阀至积液槽的所有管线，其坡度应不大于0°；沿积液罐至收集罩的收集管线，其坡度不小于0°，防止在收集管内积液。

4.2变压吸附分离与净化法

该方法主要是通过气体组分吸附、分离、净化完成对VOCs废气的治理目标。具体而言，气体组分本身具有在固体材料上吸附的特性，配套的应用分离装置，借助气压调节，能够实现对有机废气的处理。现阶段，在应用该方法时采用物理方式，通常应用的材料为沸石分子筛。在温度、压力控制到一定条件后，可以通过该物质完成对VOCs废气的吸附选择，并将未能吸附的气体成分，转入到下一环境进行处理。由于吸附剂的再生能力较强，所以，在使用该方法时，成本较低，仅需要重复操作工序即可达到治理目的。

4.3吸收技术

吸收技术是一种主要的VOCs治理方式，工作人员通过将废气直接排放到各种设备中，促使各种设备设施和废气保持紧密接触状态，而VOCs组分也能够在接触过程中直接溶于吸收剂，进而完成产业组分分离。通常而言，吸收技术多适用于那些浓度高、流量大的VOCs气体，如果用于处理低浓度VOCs气体，在一定程度上将会增加成本投入。VOCs治理技术又可以按照不同的应用方式进行技术处理，第一种VOCs治理工艺为常压常温吸收技术，第二种VOCs治理工艺为常压低温吸收技术，两个治理工艺的差异点便在于常压常温吸收技术需要工作人员调控温度，完成吸收剂的冷却作业，还需要额外添加制冷设备，强化作用效果。

4.4精馏工序排放的VOCs废气的收集

精馏工序排出的部位主要是产品收集槽、淡酒槽、中间槽及精馏塔，其中收集槽、淡酒槽、中间槽因槽内液位的增加或环境温度的增加而排出VOCs废气，可采用呼吸阀呼口集中收集。精馏塔塔顶排出的不凝气中含有一定的VOCs废气，由表1可以看出，精馏塔排出的VOCs废气的浓度约500mg/m3，可在精馏塔尾气排出口设置呼吸阀。实际上，在储罐或精馏塔VOCs排放口设置呼吸阀，可有效降低其VOCs废气排放的浓度。其主要原因是，风机不停抽取收集罩处气体，且风量远大于VOCs的排气量，这样就在VOCs废气收集管形成约300～500Pa的真空度，收集管的真空度会加速挥发性溶剂的挥发；而在VOCs废气排放口设置呼吸阀后，容器内压力必须达到呼吸阀的呼气压力后才排出废气，抑制了VOCs挥发，降低了VOCs废气的排放浓度。

4.5冷凝回收法

冷凝回收法以有机物不同温度条件下的饱和度作为前提条件，能够借助提高、降低系统压力的方式，实现对有机物饱和度的调节，并将它从预先设置的蒸汽环境中提取出来。通过对VOCs废气的冷凝效果看，净化程度较高。该方法的缺点是操作难度大，将常温水转变为冷却水的过程中，需要增加较大的运营成本。

4.6燃烧技术

将会形成大量的VOCs气体，对于生态环境，对于居民生活都会造成严重影响，为了实现VOCs气体的治理工作，采用燃烧处理也可以取得良好的废气治理效果。具体来讲，燃烧技术是指直接将各种废气排放到燃烧室内，从而向燃烧室内通入空气，促使VOCs气体能够在燃烧室内得到充分且彻底的燃烧，并能够在燃烧作用下分解生产H2O、CO2。即使都是在燃烧室中进行废气燃烧，采用的燃烧方式也会存在差别，第一种燃烧方式即为直接燃烧，整个燃烧过程燃料为VOCs气体，温度需要控制在1000℃以上，当温度不足时，也需要及时补充辅助燃料，从而满足废气燃烧的基本能条件。而当采用直接燃烧法进行废气处理时，还需要额外进行气体处理。需要注意的是，采用直接燃烧方式，本身含有明火存在，燃烧温度高、热量高，而多余的这些热量，化工企业很难将其进行直接使用，需要将其进行回收。

5 VOCs废气治理

VOCs废气治理技术种类很多，主要可区分为破坏法（如热力燃烧、催化燃烧、生物处理）和回收法（如吸收法、吸附法、冷凝法、蒸汽平衡）两大类。通过对VOCs废气治理技术对硝化棉生产的VOCs废气治理的适宜性比较可知，针对精馏塔的尾气进行深度冷凝处理，可以回收高浓度高价值的溶剂；针对硝化棉生产过程中产生的含醇（乙醇及异丙醇）尾气，由于富含大量空气，回收价值低，考虑硝化棉生产过程的废水总氮处理需要大量碳源，而乙醇、异丙醇易溶于水，可与水任意比例混溶，最好的处理方式是采用水吸收洗涤废气的处理方法，既可实现硝化棉生产的尾气中的异丙醇、乙醇的达标排放，又可减少废水处理的外加碳源。收集的VOCs废气经风机进入经特殊设计的水封罐（其主要功能是相当于单向阀，废气只能经风机、水封罐进入吸收塔，水封罐出口的废气不能经水封罐倒流入工房尾气管道系统）进入吸收塔，同时异丙醇共沸精馏塔的尾气首先进入深度冷凝器，经冷凝后与酒精塔、储罐、工房的VOCs废气汇合后从吸收塔的下部进入吸收塔，在吸收塔的顶部通入吸收剂水，吸收塔装有填料，这样含醇VOCs废气与水在填料内进行逆流接触被水吸收，进而实现达标排放。

结束语

综上所述，对VOCs治理技术展开分析具有至关重要的意义。近些年来，工业发展迅速、VOCs气体含量增多、环境污染也更加严重，为了实现VOCs气体治理，需结合工业要求和环境变化，应用并组合VOCs治理技术，从而提高VOCs气体治理效率，降低治理成本，推动化工行业的高质量可持续发展。

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