適用于炭黑行業(yè)的高性能玻璃纖維覆膜濾料

王兆宇，張心華，許重陽

（安徽省績(jī)溪華林環(huán)保科技股份有限公司，安徽 績(jī)溪 242000）

引言

近年來，針對(duì)我國(guó)大氣污染狀況，有關(guān)部門出臺(tái)了系列環(huán)境保護(hù)政策，提出了實(shí)施深化大氣顆粒物污染控制，加強(qiáng)工業(yè)煙塵、粉塵的控制[1]。工業(yè)煙塵產(chǎn)生于各工業(yè)領(lǐng)域，炭黑就是其中一種黑色煙塵。

炭黑是一種重要的也是最穩(wěn)定的化工產(chǎn)品，其具有獨(dú)特的物理性質(zhì)，可用作橡膠的補(bǔ)強(qiáng)劑和填充劑，也被用作黑色顏料，是橡膠工業(yè)的原材料之一，也是一種應(yīng)用較多的納米材料。袋式除塵器在其生產(chǎn)過程中不但具備除塵功能，更重要的也是收集產(chǎn)品的生產(chǎn)設(shè)備。由于其生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品物理形態(tài)的特點(diǎn)，決定了這種袋式除塵器對(duì)主要部件過濾材料有高性能要求。本文論述了一種適用炭黑生產(chǎn)的脈沖除塵器用高性能過濾材料。

1 基本狀況

炭黑生產(chǎn)已有多年歷史，發(fā)展速度很快，目前世界炭黑產(chǎn)量預(yù)計(jì)已超過1000萬噸。我國(guó)汽車工業(yè)發(fā)展十分迅速，現(xiàn)已成為世界第一汽車生產(chǎn)大國(guó)，因此國(guó)內(nèi)的橡膠工業(yè)（主要為輪胎）發(fā)展也很快，已成為世界炭黑生產(chǎn)大國(guó)。

我國(guó)炭黑工業(yè)生產(chǎn)采用的脈沖除塵器，其濾袋大多為玻璃纖維針刺氈和復(fù)合氈。針刺氈中纖維非連續(xù)態(tài)，表面主要為短纖維非均勻無序交錯(cuò)狀分布（多維結(jié)構(gòu)），對(duì)攔阻微細(xì)顆粒物效果較好，但是較之連續(xù)纖維機(jī)織物厚度大，運(yùn)行一段時(shí)間后針刺氈內(nèi)部截留塵粒，加之煙塵若含水、含油率高，則極易堵塞氣流通道，使運(yùn)行阻力急劇升高，如運(yùn)行3個(gè)月后運(yùn)行阻力可高達(dá)1500～1800Pa，運(yùn)行6個(gè)月后的運(yùn)行阻力甚至達(dá)到2000Pa以上，致過濾失效。這種針刺結(jié)構(gòu)不具備表面過濾功能，且表面粗糙，不利清灰，難以適應(yīng)炭黑袋除塵器高性能要求。當(dāng)然針刺覆膜材料，具備表面過濾功能，但由于針刺氈表面結(jié)構(gòu)粗糙，不易與膜均勻貼合，加之覆膜工藝技術(shù)等問題，針刺氈基料與膜貼合不良，易造成局部脫膜或膜破裂，因而失效。所以國(guó)內(nèi)炭黑行業(yè)原來使用的脈沖除塵器濾袋使用壽命往往在6個(gè)月左右[2、3]。

2 針對(duì)炭黑行業(yè)生產(chǎn)特性進(jìn)行濾料產(chǎn)品研發(fā)

炭黑行業(yè)生產(chǎn)的炭黑目前大多為爐法炭黑，尤以油爐體為多。爐油炭黑是以氣態(tài)、液態(tài)烴或它們按一定比例的混合物為原料，在特殊爐內(nèi)通入適量空氣在高溫下燃燒、裂解，生成含炭黑的煙氣后經(jīng)冷卻，收集而成。炭黑生產(chǎn)溫度高達(dá)1250℃～1650℃，經(jīng)急冷使煙氣降至700℃～950℃，終止反應(yīng)。最后又再冷卻至200℃～290℃，進(jìn)行炭黑收集。炭黑生產(chǎn)其煙氣具有如下特點(diǎn)：1）炭黑收集時(shí)煙氣溫度高，接近300℃；2）含水率高（主袋濾器為36%～40%，副袋濾器更高達(dá)70%～73%），且含油率高；3）煙氣固態(tài)顆粒含量高（主袋濾器達(dá)50～90g/m3）；4）煙氣中炭黑顆粒很少，炭黑粒子（無論原生粒子還是其聚熔體）嚴(yán)格上來講均具有較高的腐蝕性；5）炭黑煙氣中含有H2、CO等可燃性氣體，含有CO2、NOx、SO2等氣體，它們具有較高的腐蝕性；6）由于煙氣中的含水率高，并含有腐蝕性氣體，如SO2等，致使煙氣在濾袋內(nèi)很易產(chǎn)生結(jié)露生成酸性露珠，不但易糊袋，且具有較強(qiáng)的腐蝕性[2、3]。

綜上所述，炭黑生產(chǎn)不但工藝特殊，而且煙氣成分復(fù)雜，加之炭黑產(chǎn)品形態(tài)及物理特性等，對(duì)袋式除塵器尤其對(duì)濾料的要求較高，普通高溫濾料很難滿足。

炭黑生產(chǎn)要求過濾材料結(jié)構(gòu)均勻致密，透氣性良好、阻力小、淺灰效果好，材料必須耐高溫、耐腐蝕性良好，機(jī)械強(qiáng)度高，較高收集效率和較長(zhǎng)使用壽命。國(guó)內(nèi)反吹風(fēng)袋濾器一般使用機(jī)織玻璃纖維濾料，脈沖袋濾器常使用針刺氈產(chǎn)品，如諾梅克斯（NOMEX）等化纖材質(zhì)針刺氈，這種材料耐堿性較好，但耐酸性中等，耐溫性能只達(dá)180℃～220℃，所以這種材料用于炭黑生產(chǎn)并不理想，而且其為針刺氈結(jié)構(gòu)也存在一些不足[2、3]。

根據(jù)炭黑生產(chǎn)特點(diǎn)及其對(duì)濾料的高要求，采用耐高溫、強(qiáng)度高、尺寸穩(wěn)定性好，耐酸性良好，不吸水、表面光潔的玻璃纖維機(jī)織物覆膜材料。

（1）高強(qiáng)度方面

針對(duì)炭黑生產(chǎn)煙氣含量高，負(fù)荷大等特點(diǎn)，以及脈沖除塵器清灰方式要求濾料強(qiáng)度高等，采用無堿玻璃，并采用紡織增強(qiáng)型浸潤(rùn)劑，確保玻纖原絲具有較高強(qiáng)度，并從表面化學(xué)處理技術(shù)、配方入手，以期提高基布強(qiáng)度。

（2）耐高溫性能

玻璃纖維本身就是一種耐高溫材料，但作為過濾材料必須進(jìn)行表面化學(xué)處理。在基布表面涂覆一層材料，提高其過濾性能，力求涂覆配方不會(huì)降低其耐溫性能，確?；寄茉?60℃高溫下正常工作，可耐瞬時(shí)280℃高溫。

（3）提高防水拒油性能

嚴(yán)格講，玻璃纖維的防水、防油性能滿足不了炭黑生產(chǎn)要求，為此，采用特殊化學(xué)處理配方對(duì)基布進(jìn)行表面化學(xué)處理，從而大大提高基布防水憎油性能，使其能滿足炭黑煙氣高含水、高含油特點(diǎn)。

（4）耐酸性能

對(duì)基布進(jìn)行獨(dú)特的表面化學(xué)處理，使基布獲得良好耐酸性能，在85%強(qiáng)硫酸溶液、100℃溫度下浸30min，其強(qiáng)度保留率達(dá)75%以上，可滿足炭黑煙氣酸性要求。

（5）表面過濾性能

針刺氈結(jié)構(gòu)形態(tài)的濾料在炭黑生產(chǎn)應(yīng)用存在一些不足，故采用玻纖膨體紗機(jī)織材料作濾料基布，由于其纖維呈多維分布，利于攔截?zé)煔庵泄腆w微細(xì)顆粒，且透氣性和氣流阻力也優(yōu)于非膨體機(jī)織布，但其尚不具備表面過濾功能[2、3]。針對(duì)炭黑納米級(jí)尺寸形態(tài)，我們?cè)谂蝮w紗機(jī)織布上覆合ePTFE。經(jīng)多方面努力，在表面化學(xué)處理工藝、配方、設(shè)備以及基布織物結(jié)構(gòu)上達(dá)到處理基布含膠量均勻、色澤均一、質(zhì)地柔軟、帖服性良好，進(jìn)而達(dá)到良好的覆膜質(zhì)量。經(jīng)國(guó)內(nèi)外權(quán)威檢測(cè)機(jī)構(gòu)測(cè)試，這種覆膜濾料對(duì)PM2.5過濾效率達(dá)99.999%，運(yùn)行氣流阻力低，可長(zhǎng)期穩(wěn)定在600～1000Pa，利于炭黑穩(wěn)定生產(chǎn)。

3 應(yīng)用

玻纖膨體紗機(jī)織物覆合聚四氟乙烯微孔薄膜之高性能覆膜濾料，具備強(qiáng)度高、尺寸穩(wěn)定性好、耐高溫、拒水憎油、運(yùn)行阻力小、過濾效率高、壽命長(zhǎng)（可達(dá)2年以上）等優(yōu)勢(shì)，已在炭黑行業(yè)大量使用，社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益良好，獲行業(yè)好評(píng)。

例如，國(guó)內(nèi)某炭黑企業(yè)，新建一條生產(chǎn)線，主袋濾器（脈沖除塵器）作過濾材料。掛袋1320條。工況：入口煙氣溫度265℃，過濾風(fēng)速0.5～0.6m/min，入口炭黑濃度20g/m3，脈沖清灰壓力0.3MPa。濾袋安裝運(yùn)行一個(gè)月后，運(yùn)行阻力達(dá)400～600Pa，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)查看后，建議延長(zhǎng)淺灰時(shí)間間隔，調(diào)整后運(yùn)行阻力上升至600～800Pa，運(yùn)行正常，炭黑收集效率高，排塵濃度低。經(jīng)在線監(jiān)測(cè)，粉塵排放濃度為3.54mg/Nm3，除塵效率達(dá)99.99%，使用壽命達(dá)24個(gè)月以上，用戶較滿意。