關(guān)于涂布廢氣揮發(fā)性有機(jī)物治理提標(biāo)改造工程實(shí)例的應(yīng)用分析

許日高，管勤玲

（斯迪克新型材料（江蘇）有限公司，江蘇 宿遷 223900）

江蘇境內(nèi)某新材料企業(yè)始建于2010年，坐落于中國(guó)五大淡水湖之洪澤湖畔，企業(yè)的主要產(chǎn)品包括功能性薄膜材料、電子級(jí)膠黏材料、熱管理復(fù)合材料和薄膜包裝材料四大類。該公司于2010年投資建設(shè)膠黏材料生產(chǎn)項(xiàng)目，針對(duì)其中的12條涂布生產(chǎn)線有機(jī)廢氣采用溶劑回收裝置進(jìn)行治理，并完成“三同時(shí)”手續(xù)。隨著《江蘇省大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB 32/4041-2021）[1]的發(fā)布實(shí)施，要求“現(xiàn)有污染源自2022年7月1日?qǐng)?zhí)行此標(biāo)準(zhǔn)的排放限值”，該企業(yè)于2021年啟動(dòng)廢氣治理提標(biāo)改造工程，新建兩臺(tái)蓄熱式氧化爐代替現(xiàn)有溶劑回收裝置治理涂布生產(chǎn)有機(jī)廢氣，項(xiàng)目具有極大的環(huán)境效益。

1 工程概況

該企業(yè)某號(hào)車間12條涂布生產(chǎn)線主要生產(chǎn)雙面膠帶、導(dǎo)電膠帶、保護(hù)膜、易拉膠帶、網(wǎng)格膠帶等涂布產(chǎn)品，屬訂單制生產(chǎn)，生產(chǎn)流程主要是將基膜涂上不同配比的溶劑型膠黏劑后，將其送入烘箱烘干，每條生產(chǎn)線烘箱都為八節(jié)，烘箱內(nèi)的溫度根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)控制在120～230 ℃范圍，涂完膠的基膜依次進(jìn)入第一節(jié)至第八節(jié)烘箱，從第八節(jié)烘箱出來(lái)的成品收卷，根據(jù)客戶需求進(jìn)行后續(xù)分切。涂膠基膜在烘箱內(nèi)逐級(jí)移動(dòng)過(guò)程中，烘箱內(nèi)膠水中的溶劑（主要成分為乙酸乙酯，其次是甲苯及少量的丁酮等輔料）基本全部揮發(fā)至廢氣中，有機(jī)廢氣主要是烘箱內(nèi)部有組織收集的氣體[2]；其次在供膠涂布頭區(qū)域產(chǎn)生相對(duì)較高濃度的有機(jī)廢氣，供膠涂布在密閉空間操作，廢氣實(shí)現(xiàn)有組織收集；再次就是膠水配制操作和車間少量無(wú)組織廢氣的揮發(fā)。生產(chǎn)線烘箱廢氣中，第一節(jié)至第四節(jié)濃度相對(duì)最高，從前到后廢氣濃度總體上逐節(jié)降低，考慮產(chǎn)品質(zhì)量和節(jié)能環(huán)保需求，每條生產(chǎn)線末位四節(jié)熱風(fēng)循環(huán)利用，第八節(jié)最低濃度高溫廢氣，利用風(fēng)機(jī)抽出并鼓風(fēng)進(jìn)入第七節(jié)烘干產(chǎn)品，第七節(jié)進(jìn)入第六節(jié)、第六節(jié)進(jìn)入第五節(jié)、第五節(jié)進(jìn)入第四節(jié)，第一節(jié)至第四節(jié)風(fēng)機(jī)抽出后進(jìn)入環(huán)保設(shè)施，低濃度廢氣實(shí)現(xiàn)逐級(jí)增濃，生產(chǎn)線排風(fēng)濃度相對(duì)較高。此次改造，為滿足更加嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)方需求，淘汰了現(xiàn)有低效的溶劑回收廢氣治理裝置，改為使用蓄熱式氧化爐RTO進(jìn)行處理，項(xiàng)目具有極大的環(huán)境效益。目前國(guó)內(nèi)外諸多文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)了有機(jī)廢氣治理的理論研究和工程應(yīng)用，但很少涉及涂布生產(chǎn)有機(jī)廢氣治理提標(biāo)升級(jí)的工程實(shí)例，本篇以江蘇境內(nèi)某涂布生產(chǎn)線廢氣提標(biāo)治理工程為例，詳細(xì)介紹并分析涉及到的環(huán)保工程技術(shù)的可靠性和適用性[3]。

2 廢氣的性質(zhì)及排放控制

涂布生產(chǎn)運(yùn)行產(chǎn)出的有機(jī)廢氣，溫度在80～90 ℃，廢氣中的有機(jī)溶劑（主要成分為乙酸乙酯、甲苯）濃度達(dá)到3 000～8 700 mg/m3，并含有少量硅油、塵埃、膠結(jié)物等物質(zhì)，廢氣平均熱值約23 Kcal/m3；涂布頭區(qū)域收集的有機(jī)廢氣，廢氣溫度為常溫，廢氣中有機(jī)溶劑的濃度約為500～1 500 mg/m3，涂布區(qū)域在密閉房間內(nèi)完成，通過(guò)頂部排風(fēng)收集送入對(duì)應(yīng)生產(chǎn)線，高濃度廢氣后續(xù)一起處理。配膠室廢氣屬無(wú)組織排放，廢氣濃度≤20 mg/m3。12條生產(chǎn)線滿負(fù)荷開機(jī)，前四節(jié)排風(fēng)與涂布頭排風(fēng)風(fēng)量合計(jì)約為150 000 m3/h，廢氣中VOCs濃度與膠水中溶劑占比、涂層厚度、機(jī)速等有關(guān)，故廢氣風(fēng)量和VOCs濃度有明顯波動(dòng)，且呈現(xiàn)有規(guī)律的變化。在末端治理方面，在改造前利用溶劑回收裝置進(jìn)行廢氣處理，執(zhí)行《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 19297-1996）[4]，非甲烷總烴≤120 mg/m3，實(shí)際排放接近排放限值。改造后，利用2臺(tái)蓄熱式氧化爐RTO進(jìn)行處理，執(zhí)行《江蘇省大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB 32/4041-2021），非甲烷總烴≤120 mg/m3，實(shí)際排放≤20 mg/m3[5]。

3 溶劑回收

本文中溶劑回收指的是廢氣中有機(jī)溶劑進(jìn)行活性吸附濃縮后，利用蒸汽將活性炭中的有機(jī)溶劑解吸出來(lái)，將蒸汽和溶劑的混合物引入冷凝器，冷凝液進(jìn)入分離器，利用溶劑比水輕的特點(diǎn)進(jìn)行分離回收。具體操作流程如下：廢氣經(jīng)粗效過(guò)濾預(yù)處理，去除廢氣中的固體雜質(zhì)和硅油后，通過(guò)主風(fēng)機(jī)前后各一道的表冷器將廢氣降溫至25 ℃左右（廢氣溫度為80～90 ℃），表冷利用循環(huán)冷卻水進(jìn)行。廢氣在主風(fēng)機(jī)牽引下進(jìn)入活性炭吸附罐，有機(jī)溶劑被顆?；钚蕴垦a(bǔ)集吸附，吸附后的廢氣從罐體上部通過(guò)一根不低于15 m的排氣筒排入大氣。當(dāng)吸附罐內(nèi)活性炭吸附達(dá)到飽和狀態(tài)后，停止有機(jī)廢氣進(jìn)入該罐，有機(jī)廢氣送入120 ℃左右蒸汽中進(jìn)行吹脫解吸，恢復(fù)活性炭吸附能力，即“低位吸附，高溫解吸”，兩套溶劑回收裝置均是“四吸一脫”，系統(tǒng)在PLC的控制下自控運(yùn)行。吹脫出的含有機(jī)溶劑的解吸液進(jìn)行二級(jí)冷凝，冷凝利用循環(huán)冷卻水進(jìn)行，冷凝液靜置分層后進(jìn)入蒸餾和精餾工序進(jìn)行提純，提純物作為低端產(chǎn)品的原料使用，或者作為危廢處置，具體操作流程見圖1[6]。溶劑回收工藝在該企業(yè)使用中存在以下問(wèn)題。（1）單純的溶劑回收裝置無(wú)法滿足日趨嚴(yán)格的環(huán)保要求，往往需要在后面串聯(lián)其他高效的處理措施以滿足環(huán)保達(dá)標(biāo)排放要求；（2）裝置投資成本大、投資回收期長(zhǎng)，顆?；钚蕴垦b置體積大、重量重、吸附風(fēng)阻大、解析需要蒸汽用量大，吸附劑有效使用壽命短、運(yùn)行費(fèi)用較高，有機(jī)溶劑回收率總體較低；（3）活性炭性能直接影響裝置效率和投資成本，高效的新炭購(gòu)置費(fèi)用高，失效的活性炭是危險(xiǎn)廢物，處置成本較高；（4）脫附、冷凝、精餾、不凝廢氣、敞開液面、循環(huán)冷卻水泄露等造成溶劑無(wú)組織排放，現(xiàn)場(chǎng)氣味不易控制；（5）產(chǎn)生的有機(jī)廢水COD濃度為30 000～150 000 mg/m3，廢水的可生化性差、含鹽量較高、處理難度和成本較高，進(jìn)一步濃縮精制成本高；（6）蒸餾、精餾工序危險(xiǎn)性較高，動(dòng)靜密封點(diǎn)多，泄露隱患大；（7）回收的溶劑中混入雜質(zhì)和添加物，其使用價(jià)值降低，無(wú)法作為低端產(chǎn)品的原料時(shí)，作為危廢進(jìn)行處置增加額外成本。

圖1 溶劑回收裝置操作流程圖

目前，溶劑回收裝置在使用過(guò)程中日臻完善，具有良好的技術(shù)性能和廣闊的應(yīng)用前景，符合當(dāng)下“碳減排”發(fā)展理念，達(dá)到了減少?gòu)U氣排放及資源再生利用的目標(biāo)，是利國(guó)利民的可持續(xù)發(fā)展技術(shù)項(xiàng)目，比較適合從溶劑組分相對(duì)固定、成分相對(duì)簡(jiǎn)單的廢氣中回收有用物質(zhì)。但溶劑回收裝置在運(yùn)行過(guò)程中，如果技術(shù)和裝備比較落后或管理不善等，也會(huì)帶來(lái)較大負(fù)面環(huán)境影響。如單純利用溶劑回收裝置進(jìn)行廢氣處理，后續(xù)沒(méi)有進(jìn)一步的廢氣治理措施，易造成廢氣排放超標(biāo)；溶劑在精餾提純的過(guò)程中，沒(méi)有在負(fù)壓密閉區(qū)域操作，氣體易產(chǎn)生無(wú)組織溢散；廢水沒(méi)有妥善處理，造成水環(huán)境污染等，這些技術(shù)問(wèn)題使得溶劑回收技術(shù)在未來(lái)仍有待探索和提高。

4 蓄熱式氧化爐

由于本項(xiàng)目地處蘇北某縣，臨近居民區(qū)，高效治理廢氣及管控?zé)o組織排放廢氣顯得尤為重要，因此提標(biāo)改造迫在眉睫，該企業(yè)兩套溶劑回收裝置于2021年和2022年先后完成環(huán)保改造，溶劑回收裝置被RTO（蓄熱式氧化爐）取代。蓄熱式熱力焚化爐又稱蓄熱式氧化爐，英文名為“Regenerative Thermal Oxidizer”，簡(jiǎn)稱“RTO”，其原理是把有機(jī)廢氣加熱到760 ℃以上，使廢氣中的VOCs氧化分解成二氧化碳和水，氧化產(chǎn)生的高溫氣體流經(jīng)特制的陶瓷蓄熱體，使陶瓷體升溫而“蓄熱”，此“蓄熱”用于預(yù)熱后續(xù)進(jìn)入的有機(jī)廢氣，從而節(jié)省廢氣升溫的燃料消耗。在有機(jī)廢氣濃度較高時(shí)，RTO可以對(duì)外輸出余熱，通過(guò)蒸汽、熱風(fēng)、熱水、導(dǎo)熱油等形式加以利用，在滿足環(huán)保目標(biāo)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益。本文中涂布生產(chǎn)線產(chǎn)出廢氣濃度較高，具有極大的余熱利用價(jià)值，兩套R(shí)TO設(shè)計(jì)處理風(fēng)量分別為100 000 m3/h和85 000 m3/h，分別配套導(dǎo)熱油余熱鍋爐和蒸汽余熱鍋爐，最大化利用有機(jī)廢氣焚燒產(chǎn)生的余熱，車間烘箱供熱回油先經(jīng)過(guò)RTO進(jìn)行初步加熱，不足溫度由配套的燃?xì)忮仩t提供。運(yùn)行實(shí)踐表明，RTO投運(yùn)后，極大減少了燃?xì)忮仩t供熱負(fù)荷，鍋爐燃?xì)庀牧棵黠@降低。本項(xiàng)目工程包含燃燒室、蓄熱室、布風(fēng)箱、燃燒器、燃燒器風(fēng)機(jī)、廢氣風(fēng)機(jī)、導(dǎo)熱油換熱器、煙氣混合箱、空氣儲(chǔ)罐、煙囪、廢氣管道、煙氣管道、熱工控制系統(tǒng)、電控系統(tǒng)等，工程根據(jù)3T（溫度、時(shí)間、湍流）原則設(shè)計(jì)，確保廢氣在燃燒室內(nèi)充分氧化、熱解、燃燒[7]。焚燒爐的技術(shù)性能指標(biāo)：焚燒溫度≥800 ℃（760～1 000 ℃程序可調(diào)）；高溫?zé)煔鉁魰r(shí)間＞1.0秒（設(shè)計(jì)溫度800 ℃）；燃燒效率≥99.9%；蓄熱室熱閃換效率≥95%；焚燒去除率≥99%，燃燒室、蓄熱室壁面溫升15 ℃；凈化后氣體溫升50 ℃，在進(jìn)氣切換閥門處設(shè)置零泄漏系統(tǒng)，杜絕了RTO進(jìn)氣布風(fēng)箱臥推閥在動(dòng)作過(guò)程中的廢氣泄露。

系統(tǒng)包含RTO進(jìn)口管道配套泄爆片、LEL在線檢測(cè)冗余設(shè)置、防火閥，系統(tǒng)設(shè)置安全可靠的火焰監(jiān)測(cè)、多點(diǎn)溫度控制、多點(diǎn)壓力控制系統(tǒng)，并進(jìn)行了安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，極大保證了焚燒爐系統(tǒng)和周邊環(huán)境的安全。改造完成后，廢氣中VOCs去除效率大幅提升，在實(shí)際運(yùn)行中，RTO排氣VOCs在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示均值在6～10 mg/m3范圍內(nèi)，產(chǎn)品換單造成的廢氣異常波動(dòng)排放亦控制在≤20 mg/m3，極大提高了環(huán)境效益。在正常情況下，此項(xiàng)目廢氣能實(shí)現(xiàn)自供熱操作，不需要添加輔助燃料，如天然氣；廢氣濃度較高時(shí)，產(chǎn)生的余熱可以加熱導(dǎo)熱油和提供蒸汽供生產(chǎn)線使用，增加經(jīng)濟(jì)效益；同時(shí)杜絕了溶劑回收裝置現(xiàn)場(chǎng)無(wú)組織廢氣排放導(dǎo)致的異味溢散、產(chǎn)生高濃度有機(jī)廢水、新炭購(gòu)置及廢炭處置等弊端；RTO技術(shù)能處理不同組成成分、不同濃度的VOCs，對(duì)廢氣中少量的灰塵、固體物質(zhì)不敏感，裝置使用壽命較長(zhǎng)，運(yùn)行維護(hù)工作量小，操作安全可靠。但與此同時(shí)，RTO運(yùn)行也存在低濃度廢氣處理成本較高、低濃度廢氣進(jìn)入需要配套濃縮裝置、天然氣助燃提溫產(chǎn)生氮氧化物等弊端；同時(shí)高溫、富氧條件不可避免地會(huì)促進(jìn)熱力型NOx的形成，有機(jī)廢氣焚燒也會(huì)產(chǎn)生大量溫室氣體，如二氧化碳的排放，不符合目前倡導(dǎo)的“碳減排”理念；廢氣中硅油焚燒后變成二氧化硅晶體，需要定期清洗堵塞的蓄熱陶瓷體，以降低氣流阻力，保證RTO布風(fēng)均勻，并根據(jù)運(yùn)行條件定期清理沉積物及更換蓄熱體；由于安全裝置不足，可能導(dǎo)致發(fā)生安全事故，在處理閃點(diǎn)低、揮發(fā)性強(qiáng)的有機(jī)物時(shí)，即使廢氣濃度明顯低于爆炸下限，裝置仍可能會(huì)發(fā)生爆炸事故；廢氣中的酸性物質(zhì)會(huì)腐蝕設(shè)備，含有的鹵素在預(yù)處理不充分時(shí)，會(huì)產(chǎn)生二噁英排放等，也是RTO在設(shè)計(jì)和實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中需要進(jìn)行改進(jìn)的；此外，RTO一次性投入較大，因設(shè)備開機(jī)需要較長(zhǎng)的升溫時(shí)間和較多的燃料消耗，所以RTO運(yùn)行需盡可能連續(xù)操作，大風(fēng)量、低濃度有機(jī)廢氣亦會(huì)造成運(yùn)行費(fèi)用偏高。本文涉及項(xiàng)目采用兩臺(tái)RTO，分別是三床式和五床式，共治理12條涂布生產(chǎn)線廢氣，其中五床式RTO在布風(fēng)均勻性、去除效率穩(wěn)定性方面都表現(xiàn)良好。RTO工藝流程見圖2。

圖2 RTO工藝流程圖

5 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，大氣污染防治越來(lái)越受到各方重視，VOCs治理在各行業(yè)都引起關(guān)注，涂布行業(yè)亦是“減排”重點(diǎn)行業(yè)之一。本文針對(duì)具體項(xiàng)目涉及的VOCs兩種實(shí)效性的末端治理技術(shù)，溶劑回收和RTO進(jìn)行了全面分析。RTO焚燒爐對(duì)于大風(fēng)量、中低濃度的有機(jī)廢氣處理效果較好，在當(dāng)前能源價(jià)格飆升的背景下，以資源循環(huán)利用為目的的RTO處理VOCs廢氣技術(shù)具有廣闊的前景。但RTO應(yīng)用中的不足之處，主要是圍繞如何降低設(shè)備造價(jià)、提高裝置的安全性及穩(wěn)定性，以及避免二噁英、NOx等副產(chǎn)物產(chǎn)生等問(wèn)題，還需研究人員繼續(xù)探索和改進(jìn)。從廢氣中回收溶劑更符合當(dāng)下“碳減排”的理念，它在從廢氣中回收資源循環(huán)利用方面有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，這也決定了它有更大的應(yīng)用前景和研發(fā)潛能，但其也對(duì)日常運(yùn)行中的管理和技術(shù)提出了更高的要求，這也是今后各方的管控重點(diǎn)和技術(shù)提升方向。從環(huán)保方面來(lái)說(shuō)，VOCs治理是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，單一的末端處理無(wú)法從根本上解決廢氣污染問(wèn)題，因此，必須從源頭進(jìn)行控制，如在優(yōu)化工藝、提升裝備、協(xié)同治理、強(qiáng)化監(jiān)管等方面進(jìn)行全面控制，才能切實(shí)有效地解決揮發(fā)性有機(jī)廢氣的污染問(wèn)題。