催化劑生產(chǎn)過(guò)程粉塵治理對(duì)策

馬 堅(jiān)

(中國(guó)石化催化劑有限公司南京分公司，江蘇南京 210023)

粉塵是指懸浮在空氣中的固體微粒，可以誘發(fā)多種疾病，對(duì)人體健康和大氣環(huán)境有嚴(yán)重危害。國(guó)家已分別頒布了GBZ 2.1-2007《工作場(chǎng)所有害因素職業(yè)接觸限值 化學(xué)有害因素》和GB 31571-2015《石油化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，嚴(yán)格規(guī)定工作場(chǎng)所空氣中接觸粉塵的容許濃度和大氣顆粒物排放限值。

催化劑生產(chǎn)涉及諸多粉塵，現(xiàn)場(chǎng)粉塵已成為職業(yè)病危害的主要因素和關(guān)鍵控制點(diǎn)[1]。為實(shí)現(xiàn)企業(yè)健康、綠色發(fā)展，需要對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的粉塵進(jìn)行梳理分析，采取有效措施，分類(lèi)治理。

1 粉塵來(lái)源

1.1 無(wú)組織排放

粉粒狀物料在投加、喂料、出料、篩分、包裝以及人工作業(yè)等過(guò)程中，有很多作業(yè)點(diǎn)產(chǎn)生揚(yáng)塵，這些粉塵屬于無(wú)組織排放，見(jiàn)表1。

以上各作業(yè)點(diǎn)粉塵組成多元，且游離SiO2含量低于10%，在職業(yè)衛(wèi)生現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查中均被歸類(lèi)為其他粉塵[2]。

1.2 尾氣排放

表1 無(wú)組織排放作業(yè)點(diǎn)粉塵情況

催化劑在噴霧成型、閃蒸干燥及轉(zhuǎn)爐焙燒過(guò)程中，由于鼓入熱風(fēng)或引風(fēng)，產(chǎn)生夾帶大量粉塵的尾氣，見(jiàn)表2。

表2 排放尾氣參數(shù)

2 工業(yè)除塵技術(shù)

目前工業(yè)上主要采用以下除塵技術(shù)。

a)旋分除塵。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本較低，可處理高溫氣體，但對(duì)細(xì)小顆粒的捕集效率不高，適用于初步除塵。

b)靜電除塵[3]。可處理高溫氣體，屬于低阻力、低耗能的高效除塵技術(shù)。近年來(lái)電除塵技術(shù)也在不斷發(fā)展，已衍生出電袋復(fù)合、濕法電除塵等新技術(shù)，可以顯著改善微細(xì)粒子的脫除效果。

c)袋式過(guò)濾[4]。除塵效率很高，且不受粉塵特性的影響，穩(wěn)定可靠，排放濃度一般可控制在50 mg/m3以下，為應(yīng)用最廣的除塵方式。但使用溫度有一定限制(一般不高于250 ℃)，脫除精度離20 mg/m3的排放限值還有差距。

d)濕法洗滌[5]。最大的優(yōu)點(diǎn)是在除塵的同時(shí)，可以整合凈化其他污染物(可脫硫、脫硝等)，且可以降低氣體溫度。該法除塵效率高，代表性的技術(shù)有Dupont-Belco公司EDV工藝。但濕法除塵僅是將粉塵從氣相轉(zhuǎn)移到水相，后續(xù)還要解決次生的污水問(wèn)題。

e)云式除塵[6]。近來(lái)，蘭州大學(xué)受自然界成云降雨過(guò)程的啟發(fā)，結(jié)合“云”物理學(xué)原理和旋風(fēng)分離機(jī)理，新開(kāi)發(fā)了云式除塵技術(shù)。整個(gè)系統(tǒng)主要分為3個(gè)部分：云霧發(fā)生器、云式除塵器以及引風(fēng)機(jī)，見(jiàn)圖1。首先，模擬大自然的“成云”條件，在云霧發(fā)生器中噴淋細(xì)密水霧，形成過(guò)飽和濕度環(huán)境，使細(xì)顆粒物與水霧顆粒充分碰撞、凝聚長(zhǎng)大。隨后，在云式除塵器提供的超重力場(chǎng)下，長(zhǎng)大后的顆粒高效快速沉降，最終脫除細(xì)顆粒物，實(shí)現(xiàn)深度凈化，粉塵排放濃度可降至限值20 mg/m3以下。整個(gè)系統(tǒng)緊湊，占地少，運(yùn)維簡(jiǎn)便，投資費(fèi)用低。

3 粉塵治理對(duì)策

對(duì)于催化劑除塵，優(yōu)選干法，盡量不產(chǎn)生或少產(chǎn)生廢水。

無(wú)組織粉塵，點(diǎn)多面廣，位置分散，不便布置收塵管道集中處理。因此考慮就近原則，選用唐納森濾筒過(guò)濾除塵器，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)除塵。該除塵器外形小巧，安裝簡(jiǎn)便，除塵效果好。

圖1 云式除塵示意

尾氣除塵，先用旋分初步除塵，然后再用袋式過(guò)濾高效除塵。對(duì)于250 ℃以上的高溫尾氣，因已超過(guò)布袋耐受溫度，則改用濕法或其他方法。最后的末端排放，采用云式除塵或濕法電除塵等新技術(shù)進(jìn)行深度治理，以滿(mǎn)足嚴(yán)苛的限值要求。

3.1 無(wú)組織排放治理

投料作業(yè)點(diǎn)，需投加3種小包物料(50 kg/袋)和一種噸袋物料。對(duì)于較為輕便的小包，在每個(gè)投料口設(shè)置左、右、后三面不銹鋼板圍擋的集塵罩，見(jiàn)圖2(a)，并配置唐納森除塵器吸塵。噸袋物料采用密閉氣力輸送，見(jiàn)圖3，替代原來(lái)的人工投料。

圖2 集塵罩示意

干顆粒喂料、出料及篩分等作業(yè)點(diǎn)集中在活化崗位。為方便操作，在揚(yáng)塵點(diǎn)上方設(shè)置活動(dòng)垂簾集塵罩，見(jiàn)圖2(b)，同樣配置唐納森除塵器吸塵。

包裝、預(yù)濕等作業(yè)，采用新開(kāi)發(fā)的輸送工藝，替代人工，實(shí)現(xiàn)密閉自動(dòng)化運(yùn)行。

各作業(yè)點(diǎn)治理前后的粉塵數(shù)據(jù)對(duì)比見(jiàn)表3。

經(jīng)過(guò)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)收集、過(guò)濾除塵，采用氣力輸送及新的密閉自動(dòng)化工藝，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)組織粉塵可控制在較好水平，8 h加權(quán)平均濃度均在1.0 mg/m3以下，治理效果顯著。

圖3 氣力輸送流程

表3 各作業(yè)點(diǎn)粉塵治理效果 mg/m3

3.2 尾氣治理

尾氣治理的措施見(jiàn)表4。

表4 尾氣治理措施及出口粉塵濃度 mg/m3

對(duì)于噴霧干燥，其尾氣出口溫度一般不超過(guò)200 ℃，因此可使用袋式過(guò)濾。熱風(fēng)干燥物料后，經(jīng)過(guò)一、二級(jí)旋風(fēng)分離，再進(jìn)入袋式過(guò)濾器除塵，出口粉塵濃度穩(wěn)定在30～50 mg/m3。

閃蒸干燥與噴霧干燥類(lèi)似，其尾氣出口溫度也低于200 ℃，可使用袋式過(guò)濾。熱風(fēng)干燥物料后，夾帶物料一起進(jìn)入旋分，然后尾氣通過(guò)袋式過(guò)濾器除塵，出口粉塵濃度也可控制在30～50 mg/m3。

焙燒尾氣出口溫度高于濾袋耐受溫度，因此不能使用袋式過(guò)濾。由于尾氣中還同時(shí)含有大量NOX，需要脫硝，因此采用脫硝、除塵一體化工藝，將尾氣引入超重力脫硝反應(yīng)器，與尿素溶液混合反應(yīng)，在脫硝的同時(shí)，一并實(shí)現(xiàn)除塵。通過(guò)該濕法洗滌工藝除塵，超重力反應(yīng)器出口尾氣的粉塵濃度可降至50 mg/m3以下。由于吸納了大量催化劑細(xì)粉，超重力反應(yīng)器中的尿素溶液需定期抽出，進(jìn)行固液沉降分離，其上層清液返回使用，固渣外委處置。

以上各尾氣粉塵濃度均在20 mg/m3以上，尚達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn)，因此需要進(jìn)一步除塵。

末端除塵措施為將各尾氣合并，通入云式除塵系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一處理。工業(yè)運(yùn)行結(jié)果表明，經(jīng)云式除塵系統(tǒng)深度凈化，合并尾氣粉塵濃度由30～50 mg/m3降至20 mg/m3以下，可以穩(wěn)定低于限值，滿(mǎn)足國(guó)家排放要求。

4 結(jié)論及建議

通過(guò)對(duì)無(wú)組織粉塵及尾氣的有效治理，可使作業(yè)場(chǎng)所粉塵濃度控制在較好水平，8 h加權(quán)平均濃度均在1.0 mg/m3以下，治理效果顯著；尾氣末端排放粉塵濃度穩(wěn)定在20 mg/m3以下，滿(mǎn)足環(huán)保限值要求。

今后需盡量設(shè)計(jì)連續(xù)流程，避免或減少生產(chǎn)過(guò)程的中斷、轉(zhuǎn)料；更加注重采用新設(shè)備、新工藝，開(kāi)發(fā)密閉自動(dòng)化作業(yè)系統(tǒng)，從源頭解決粉塵問(wèn)題。