CN107824033B - 一种复合纤维密封材料制备过程废气的治理方法 - Google Patents

一种复合纤维密封材料制备过程废气的治理方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种复合纤维密封材料制备过程废气的治理方法，属于制浆造纸或环境领域。具体包括如下步骤：复合密封材料生产过程的废气经收集、冷却、分类吸收及催化氧化，实现对废气的有效控制及达标处理。本发明的优点在于通过复合纤维密封材料制备过程废气的分类分步处理，实现废气净化；同时，净化过程所产生的副产物均可回用于复合纤维密封材料制备过程，无二次废弃物产生。

Description

一种复合纤维密封材料制备过程废气的治理方法
技术领域
本发明涉及一种复合纤维密封材料制备过程废气的治理方法，属于制浆造纸或环境领域。
背景技术
纤维复合密封材料主要用于制造各种密封垫片，广泛用于各种车辆、机械设备及各类管道连接处的密封，对车辆、机械的使用性能以及工业生产过程中的环境卫生和操作安全起着关键性的作用。纤维密封材料有石棉纤维产品和无石棉纤维产品。随着科学的发展，石棉纤维对人体健康危害性逐步被广泛认知，石棉产品逐步被取代，无石棉化已成为一种趋势。
在一定介质和介质压力下，流体介质透过密封材料横断面的渗透速率主要由材料内部的空隙率和添料有效直径的大小决定。渗透速率与材料空隙率的立方和颗粒有效直径的平方成正比。因此为降低多孔性材料的渗透泄漏，即提高纤维复合密封材料的断面密封性能，必须同时有效地降低材料内部结构的空隙率和颗粒的有效直径。通常有三种技术途径：(1)提高材料的紧密度：该法难以同时兼顾密封性、柔软性及可压缩性，且会大幅增加产品的附加成本；(2)在原料配方中使用低粒径填料：单纯的使用低粒径填料并不能及其有效的提高纤维复合材料的密封性能，另外比表面积小带来的滤水性能差的问题严重影响密封材料的正常生产；(3)提高配方中胶乳含量：该法会增加原料成本、降低抗压强度、增加压溃引起的泄漏风险。而一种基于紧密堆积原理的复合密封材料有效的客服了上述方法的不足，使密封材料均得到很大的改善。但是在生产过程中产生的废气还需治理。
复合密封材料是一种新型的材料，国内尚无先例，废气主要来源于复合密封材料生产过程的熟化工段，复合密封材料生产过程中的熟化过程在一定的温度、压力、时间下将橡胶分子由链状的线型结构变为立体的网状结构的过程，使产品获得能满足使用需要的硬度、耐热、耐老化、耐酸碱、耐高温、弹性等物理机械性能和其他性能。该过程会产生污染厂区环境、严重危害操作人员健康的有机废气。这种废气的污染因子主要为恶臭等污染物，废气成分复杂多变，尤其是废气中恶臭成分对周围环境、厂区环境造成一定的污染，扰民现象难以避免。臭气成分大致可分成5类：1)含硫的化合物：如H2S、硫醇类、硫醚类；2)粉尘类：如碳黑；3)含氯的化合物：如酰胺、吲哚类；4)烃类：如烷烃、烯烃、炔烃、芳香烃；5)含氧的有机物，如醇、酚、醛、酮、有机酸等。熟化废气为间歇排放，采用常规洗涤塔等废气净化设备很难对其进行有效净化处理。熟化过程中使用的熟化剂分为无机和有机两大类。前一类有硫磺、一氯化硫、硒、碲等。后一类有含硫的促进剂(如促进剂TMTD)、有机过氧化物(如过氧化苯甲酰)、醌肟化合物、多硫聚合物、氨基甲酸乙酯、马来酰亚胺衍生物等。因此熟化过程中产生的废气主要成分为含熟化合物、含氧有机物、烃类等。
针对《恶臭污染物排放标准》(GB14554-93)中规定的9项控制项目，对密封材料的废气进行测定，结果见表1：
表1 复合材料熟化车间废气测定结果
Figure BSA0000152700580000021
由表1中可以看出，复合材料熟化车间废气含有氨、硫化氢、甲硫醇、甲硫醚、二硫化碳、二甲二硫醚、苯乙烯等，且臭气浓度高达4000以上，可见废气成分复杂，且污染较为严重。必须进行有效的处理才能排放。
国内外目前工业废气处理技术有：(1)吸附法，利用吸附剂对VOC进行吸附净化，吸附效果主要由VOC浓度、种类、吸附剂性质以及操作温度、压力、湿度等因素决定，常用吸附剂有活性炭纤维、颗粒活性炭、分子筛、沸石活性氧化铝、多孔粘土矿石以及吸附树脂。吸附法存在的问题主要在于吸附剂运费费用高、吸附剂再生以及形成的二次污染。(2)吸收法，利用VOC的物化性质，用化学吸收剂或水对废气进行吸收，如填充塔、喷淋塔及各类洗涤器，需考虑废弃物和二次污染的再处理问题。(3)冷凝法，该法原理是不同压力和不同温度下气态污染物的蒸汽压不同，以调节压力和温度使某种有机物过饱和而产生凝结现象，从而对其进行净化回收。该法常与其他方法联合使用。(4)生物法，将废气在湿度控制器中做加湿处理，然后令其通过生物滤床的布气板，使废气沿着滤料向上均匀移动，气相物质通过吸附扩散效应、平流效应等综合作用，和滤料表面的活性生物层中微生物发生反应，实现生物降解，形成水和二氧化碳。(5)燃烧法(含铂催化和直燃法)，废气进入燃烧室，通过催化剂床时，碳氢化合物的分子和混合气体中的氧分子分别被吸附在催化剂的表面而活化。由于表面吸附降低了反应的活化能，碳氢化合物与氧分子在较低的温度下迅速氧化，产生二氧化碳和水。
由此可见，基于紧密堆积原理的复合密封材料使密封材料的各项性能均得到很大的改善，属新型的材料，国内尚无先例，但熟化过程的废气成分复杂，含有氨、硫化氢、甲硫醇、甲硫醚、二硫化碳、二甲二硫醚、苯乙烯等，且臭气浓度高达4000以上，现有工业臭气治理技术难以满足该废气的治理。如何对生产过程这种高性能产品生产过程的废气实现减量、治理，使其生产过程中不对环境造成影响，这是本发明重点突破的技术。
发明内容
针对基于紧密堆积原理的复合密封材料使密封材料生产过程的废气成分复杂、臭气浓度高等制约产品的正常生产等问题，本发明提供一种复合纤维密封材料制备过程废气的治理方法，从对废气的有效收集、分类吸收及催化氧化进行系统处理，实现对废气的有效控制及达标处理。
本发明提出一种复合纤维密封材料制备过程废气的治理方法，具体解决方案如下：
(1)废气的收集：由于复合纤维密封材料的整个熟化过程均有废气产生，分散在整个车间中，因此在处理废气之前必须先把废气进行有效的收集，避免其任意扩散，在车间机器产生废气的部位加上密闭系统，安装相对应的管道，利用风机作用将废气抽出，车间顶部的负压为90kPa；在车间四周的地面部位安装3～5台鼓风机，将车间内散布的废气由下而上鼓气，风压为50kPa，从而车间内产生一定的负压，保证车间内废气不会向外扩散，实现废气的充分收集；
(2)废气的预处理：废气的初始温度为200℃以上，气体体积与温度呈正比关系，将步骤(1)收集的废气送入金属冷却风道对废气进行冷却，以缩小其体积，降低后续处理设备的处理负荷；为防止废气温度降低至露点以下对金属材料的防腐，风道采用导热性能和耐腐性能较好的316L材质；废气温度由200℃以上降低到30℃，相应的废气体积降低40％以上，有效降低处理负荷，且温度低气体分子运动强度降低有利于后续处理；
(3)酸性气体的分离：将步骤(2)处理后的废气输送到碱性吸收塔中，将废气由下而上输入，浓度为20％的氢氧化钠溶液通过喷淋的方式由上而下喷淋废气，所用塑料共轭环填料的尺寸为径×高×厚＝25mm 25mm×17.5mm×1.0mm，比表面积为228m2/m3，空隙率为94％，堆积密度为74000个/m3，共轭环填料肋可增大传质表面积，改善传质性能，防止填料散装时填料体之间发生叠合，液体在填料表面能达均匀分布；相邻填料的内肋与表面接触点多，强化肋液体的汇聚和分散，促进了气液接触的表面更新；填料间及其与塔壁间均为点接触，空隙均匀，具有流体阻力小、压降小、流量大的优点，流体通过填料层时，气涂接触良好，沟流和壁流趋势小，从而达到付质性能优良的效果；喷淋的液气比为1.2L∶1m3，氢氧化钠溶液循环使用，直到氢氧化钠有效浓度低于5g/L，回用于复合纤维密封材料备料过程；该过程去除废气中的硫化氢等酸性气体及粉尘；
(4)碱性气体的分离：将步骤(3)处理后的废气经气水分离器后送酸性吸收塔，酸性吸收塔原理与碱性吸收塔一样，只是吸收液为50％的硫酸，所用填料为陶瓷波纹填料，比表面积为125m2/m3，空隙率为90％，其表面可形成极薄的液膜的湍动及气流的倾斜曲折通道能促进气流但又不阻挡气流，耐腐蚀，表面结构有良好的湿润性能，能使液体加快流动、使填料滞液量降至最低，喷淋的液气比为1.18L∶1m3，硫酸吸收液循环使用，直到硫酸的有效浓度低于8％，回用于复合纤维密封材料备料过程；该过程去除废气中的氨等碱性气体及粉尘；
(5)活性炭吸附：将步骤(4)处理后的废气送活性炭吸附塔，对烃类、含氧有机物等废气进一步吸附，所用活性炭粒径为250～325目，比表面积1000m2/g，碘值大于870mg/g，在过滤器两端设置压差检测装置，以提醒及时进行过滤器清洗或更换，废气经净化后氨、硫化氢、甲硫醇、甲硫醚、二硫化碳、二甲二硫醚、苯乙烯的去除率均在99％以上；
(6)催化燃烧器处理：将步骤(5)送催化燃烧装置中，有机废气先通过热交换器预热到200～400℃，再进入燃烧室，通过催化剂床时，碳氢化合物的分子和混合气体中的氧分子分别被吸附在催化剂的表面而活化，由于表面吸附降低了反应的活化能，碳氢化合物与氧分子在较低的温度下迅速氧化，产生二氧化碳和水，所用催化剂为钍、镍、钼、钴的硫化物，处理后气体可以直接排放。
附图说明
图1为复合纤维密封材料制备过程废气的治理工艺流程图
具体实施方式
下面通过具体的实例进一步说明本发明的特点。
实施例
复合纤维密封材料制备过程废气通过以下方式实现有效治理，并对副产物进行回用：
(1)废气的收集：由于复合纤维密封材料的整个熟化过程均有废气产生，分散在整个车间中，因此在处理废气之前必须先把废气进行有效的收集，避免其任意扩散，在车间机器产生废气的部位加上密闭系统，安装相对应的管道，利用风机作用将废气抽出，车间顶部的负压为90kPa；在车间四周的地面部位安装3～5台鼓风机，将车间内散布的废气由下而上鼓气，风压为50kPa，从而车间内产生一定的负压，保证车间内废气不会向外扩散，实现废气的充分收集；
(2)废气的预处理：废气的初始温度为200℃以上，气体体积与温度呈正比关系，将步骤(1)收集的废气送入金属冷却风道对废气进行冷却，以缩小其体积，降低后续处理设备的处理负荷；为防止废气温度降低至露点以下对金属材料的防腐，风道采用导热性能和耐腐性能较好的316L材质；废气温度由200℃以上降低到30℃，相应的废气体积降低40％以上，有效降低处理负荷，且温度低气体分子运动强度降低有利于后续处理；
(3)酸性气体的分离：将步骤(2)处理后的废气输送到碱性吸收塔中，将废气由下而上输入，浓度为20％的氢氧化钠溶液通过喷淋的方式由上而下喷淋废气，所用塑料共轭环填料的尺寸为径×高×厚＝25mm 25mm×17.5mm×1.0mm，比表面积为228m2/m3，空隙率为94％，堆积密度为74000个/m3，共轭环填料肋可增大传质表面积，改善传质性能，防止填料散装时填料体之间发生叠合，液体在填料表面能达均匀分布；相邻填料的内肋与表面接触点多，强化肋液体的汇聚和分散，促进了气液接触的表面更新；填料间及其与塔壁间均为点接触，空隙均匀，具有流体阻力小、压降小、流量大的优点，流体通过填料层时，气涂接触良好，沟流和壁流趋势小，从而达到付质性能优良的效果；喷淋的液气比为1.2L∶1m3，氢氧化钠溶液循环使用，直到氢氧化钠有效浓度低于5g/L，回用于复合纤维密封材料备料过程；该过程去除废气中的硫化氢等酸性气体及粉尘；
(4)碱性气体的分离：将步骤(3)处理后的废气经气水分离器后送酸性吸收塔，酸性吸收塔原理与碱性吸收塔一样，只是吸收液为50％的硫酸，所用填料为陶瓷波纹填料，比表面积为125m2/m3，空隙率为90％，其表面可形成极薄的液膜的湍动及气流的倾斜曲折通道能促进气流但又不阻挡气流，耐腐蚀，表面结构有良好的湿润性能，能使液体加快流动、使填料滞液量降至最低，喷淋的液气比为1.18L∶1m3，硫酸吸收液循环使用，直到硫酸的有效浓度低于8％，回用于复合纤维密封材料备料过程；该过程去除废气中的氨等碱性气体及粉尘；
(5)活性炭吸附：将步骤(4)处理后的废气送活性炭吸附塔，对烃类、含氧有机物等废气进一步吸附，所用活性炭粒径为250～325目，比表面积1000m2/g，碘值大于870mg/g，在过滤器两端设置压差检测装置，以提醒及时进行过滤器清洗或更换，废气经净化后氨、硫化氢、甲硫醇、甲硫醚、二硫化碳、二甲二硫醚、苯乙烯的去除率均在99％以上；
(6)催化燃烧器处理：将步骤(5)送催化燃烧装置中，有机废气先通过热交换器预热到200～400℃，再进入燃烧室，通过催化剂床时，碳氢化合物的分子和混合气体中的氧分子分别被吸附在催化剂的表面而活化，由于表面吸附降低了反应的活化能，碳氢化合物与氧分子在较低的温度下迅速氧化，产生二氧化碳和水，所用催化剂为钍、镍、钼、钴的硫化物，处理后气体可以直接排放。

Claims (1)

1.一种复合纤维密封材料制备过程废气的治理方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)废气的收集：由于复合纤维密封材料的整个熟化过程均有废气产生，分散在整个车间中，因此在处理废气之前必须先把废气进行有效的收集，避免其任意扩散，在车间机器产生废气的部位加上密闭系统，安装相对应的管道，利用风机作用将废气抽出，车间顶部的负压为90kPa；在车间四周的地面部位安装3～5台鼓风机，将车间内散布的废气由下而上鼓气，风压为50kPa，从而车间内产生一定的负压，保证车间内废气不会向外扩散，实现废气的充分收集；复合纤维密封材料熟化车间废气含有氨、硫化氢、甲硫醇、甲硫醚、二硫化碳、二甲二硫醚及苯乙烯，且臭气浓度高达4000以上；
(2)废气的预处理：废气的初始温度为200℃以上，气体体积与温度呈正比关系，将步骤(1)收集的废气送入金属冷却风道对废气进行冷却，以缩小其体积，降低后续处理设备的处理负荷；为防止废气温度降低至露点以下对金属材料的防腐，风道采用导热性能和耐腐性能较好的316L材质；废气温度由200℃以上降低到30℃，相应的废气体积降低40％以上，有效降低处理负荷，且温度低气体分子运动强度降低有利于后续处理；
(3)酸性气体的分离：将步骤(2)处理后的废气输送到碱性吸收塔中，将废气由下而上输入，浓度为20％的氢氧化钠溶液通过喷淋的方式由上而下喷淋废气，所用塑料共轭环填料的尺寸为径×高×厚＝25mm×17.5mm×1.0mm，比表面积为228m2/m3，空隙率为94％，堆积密度为74000个/m3，共轭环填料肋可增大传质表面积，改善传质性能，防止填料散装时填料体之间发生叠合，液体在填料表面能达均匀分布；相邻填料的内肋与表面接触点多，强化肋液体的汇聚和分散，促进了气液接触的表面更新；填料间及其与塔壁间均为点接触，空隙均匀，具有流体阻力小、压降小、流量大的优点，流体通过填料层时，气涂接触良好，沟流和壁流趋势小，从而达到付质性能优良的效果；喷淋的液气比为1.2L∶1m3，氢氧化钠溶液循环使用，直到氢氧化钠有效浓度低于5g/L，回用于复合纤维密封材料备料过程；该过程去除废气中的酸性气体及粉尘；
(4)碱性气体的分离：将步骤(3)处理后的废气经气水分离器后送酸性吸收塔，酸性吸收塔原理与碱性吸收塔一样，只是吸收液为50％的硫酸，所用填料为陶瓷波纹填料，比表面积为125m2/m3，空隙率为90％，其表面可形成极薄的液膜的湍动及气流的倾斜曲折通道能促进气流但又不阻挡气流，耐腐蚀，表面结构有良好的湿润性能，能使液体加快流动、使填料滞液量降至最低，喷淋的液气比为1.18L∶1m3，硫酸吸收液循环使用，直到硫酸的有效浓度低于8％，回用于复合纤维密封材料备料过程；该过程去除废气中的碱性气体及粉尘；
(5)活性炭吸附：将步骤(4)处理后的废气送活性炭吸附塔，对烃类、含氧有机物进一步吸附，所用活性炭粒径为250～325目，比表面积1000m2/g，碘值大于870mg/g，在过滤器两端设置压差检测装置，以提醒及时进行过滤器清洗或更换，废气经净化后氨、硫化氢、甲硫醇、甲硫醚、二硫化碳、二甲二硫醚、苯乙烯的去除率均在99％以上；
(6)催化燃烧器处理：将步骤(5)送催化燃烧装置中，有机废气先通过热交换器预热到200～400℃，再进入燃烧室，通过催化剂床时，碳氢化合物的分子和混合气体中的氧分子分别被吸附在催化剂的表面而活化，由于表面吸附降低了反应的活化能，碳氢化合物与氧分子在较低的温度下迅速氧化，产生二氧化碳和水，所用催化剂为钍、镍、钼、钴的硫化物，处理后气体直接排放。
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CN105148674A (zh) * 2015-10-14 2015-12-16 安徽省绿巨人环境技术有限公司 炼胶废气处理方法及装置
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