冷凝回收工艺在涂料行业VOC治理的应用

近两年来随着国家对大气污染，特别是VOCs气体的管控越来越严，VOCs治理迫在眉睫。本文就活性炭吸附-蒸汽脱附-冷凝回收工艺在涂料行业中对有机废气的治理情况进行分析，通过企业监测的运行数据分别从设施的净化率、回收率及经济效益、环境效益等进行说明。结果表明：活性炭吸附-蒸汽脱附-冷凝回收工艺对涂料行业有机废气治理具有较显著的效果，在达标治理有机废气的同时回收有机溶剂，实现经济与社会效益的双赢，具有非常可观的经济效益。
1前言
随着化工涂料行业的安全环保问题越来越严峻，要求环保治理的同时，还应考虑到安全问题和对企业的经济效益。而化工涂料行业产生的有机性气体均称之为VOCs，由于VOCs大多具有毒性，部分已被列入致癌物，其危险性许多国家颁布法令，对VOCs排放进行管制。我国颁布的《中国人民共和国大气污染物防治法》，要求对工业生产中产生的可燃性气体回收利用，这就需要有经济有效的VOCs回收方法。目前，对活性炭吸附-脱附研究的报道较多，逐渐开发了以惰性气体为脱附介质的再生工艺，然活性炭吸附-蒸汽脱附回收技术仍是当今回收的主流工艺，具有工艺成熟，运行稳定，安全性高等优点，处理过程最高脱附温度不超过蒸气的温度，不存在高温和明火的风险，是最为适合化工涂料行业的废气处理工艺。
2治理工艺说明
2.1废气状况
该涂料生产企业的废气来源于2个车间的反应釜加料时挥发出来的有机气体、分散缸搅拌、洗缸和包装时产生的气体，通过吸风罩集中收集后进入废气处理设备进行处理。企业共有油漆反应釜18台、活动分散缸6台、固化剂反应釜2台、树脂反应釜4台，包装机13台。收集后总风管的VOC气体平均浓度为428PPM，排风量18000m3/h，排气温度为常温。生产过程中产生的粉尘采用脉冲布袋除尘器处理拦截粉尘，而有机气体则进入后端三个活性炭罐中吸附，利用活性炭的吸附能力，将有机组分拦截、吸附下来，最终达到排放标准。
2.2工艺流程说明
2.2.1预处理
采用布袋脉冲除尘器对前端风管收集的粉尘和颗粒进行拦截处理，其工作原理：除尘器的壳体空间分成2个袋房，每个袋房有若干个条形布袋（柔性滤料）。含尘废气通过滤袋侧部管道分别送入正在进行滤尘过程的袋房中，滤尘黏附在滤袋表面拦截，过滤后的气体经排气管排出除尘器。随着滤尘过程不断进行，滤袋表面的粉尘越来越厚，抽风阻力增大，这时通过时间控制脉冲气体对布袋进行反吹，粉料被吹脱掉到袋房的料斗中，保证滤袋表面干净、恢复拦截粉尘的效果。料斗中的粉尘需定期清理回用。
2.2.2吸附-脱附
该工程采用的处理工艺为“活性炭吸附-水蒸气脱附-冷凝回收”。经预处理后的废气通过合理布风，让气体通过固定吸附罐内的活性炭层的过滤断面，由于活性炭表面与有机废气分子间相互引力作用产生物理吸附（又称范德华力），有机废气吸附在活性炭表面和微孔里，净化后的气体通过烟囱达标排放。吸附材料采用溶剂回收专用的颗粒活性碳，规格为柱状粒径ф4mm，四氯化碳吸附率≧70%，比表面积800-1000m2/g左右。该工艺设置有三个吸附罐：两个罐处于吸附状态，一个罐处于脱附再生状态或者待吸附状态，运行过程采用PLC全自动控制，它们通过时间差进行吸附和脱附的轮流切换，以保证车间的连续生产。
2.2.3活性炭烘干
蒸汽脱附后，活性炭中会吸附大量的水，严重影响了下一轮的废气吸附效果，因此需要对活性炭进行烘干处理，烘干系统采用新鲜空气经加热器加热到80-100℃后对炭床进行吹扫，将活性炭中的水分烘干。烘干结束后关闭加热器，直接通过新鲜空气吹扫炭床进行降温，使活性炭温度恢复到吸附所需温度，以备于下一轮的吸附。
3废气设施的净化效率分析
本设施采用两吸一脱模式进行废气处理，每个炭罐的装载炭量为3吨，即时刻保持6吨的吸附炭容量。在抽风状态不变、生产状态不变的情况下，检验单个罐的处理效果。企业车间每天运行12小时，实际风量为18000m3/h。分别对每个罐进行连续三天检测，检测数据见表1、表2、表3。
 
注：净化率=（平均进口浓度－平均出口浓度）÷平均进口浓度×100%
从表1、表2及表3的数据可以看出，在大致相同的平均进口浓度和流速下，经蒸汽脱附再生后的炭床净化率均保持在90%以上，炭床吸附三天后，出口浓度均小于排放标准限值（50mg/m3），切换进入脱附再生阶段，另一再生后炭床切换进入吸附阶段，保证设施的连续运转的同时确保尾气达标排放。
4回收效益分析
结合厂区废气排放特征及排放浓度检测数据，本设施活性炭罐吸附周期为三天，三天后需进行一次脱附再生，脱附回收下来的有机溶剂经分层槽分层后流入长1500mm，宽1250mm，高1250mm的溶剂储罐中。本设施脱附运行后有机溶剂回收率达85%以上，产生的废水约为回收溶剂量的5.5倍左右，经对废水检测，其CODcr值达5800mg/L，说明未回收的有机溶剂一部分溶解于水中，仍还有一部分有机溶剂可能残留于活性炭内，在现有的脱附条件下无法脱附下来。由此可见涂料行业中选用冷凝回收工艺能回收溶剂，符合了企业的清洁生产要求。
5结论与问题
（1）中低浓度的VOCs气体通过活性炭吸附，脱附再生。保证2罐同时吸附确保废气达标排放，同时脱附回收的溶剂能利用，具有显著的经济效益和环境效益。
（2）选用冷凝回收工艺处理涂料行业的有机废气，采用再生的介质为水蒸气，不存在高温和明火，比较符合化工厂的安全要求。
（3）本工艺除了应采用防爆设备等措施外，还应设法使吸附和脱附的VOCs浓度控制在爆炸限值之外。
（4）该工艺设置3天脱附一次的频率能满足了废气排放要求，同时减少了企业的运行维护的工作负荷，比较容易被企业接受。
（5）冷却温度和蒸汽加热速度是脱附效率和回收效率的重要保证。
（6）存在的问题是该系统是有PLC自动在线控制的，根据设定的时间转换吸附和脱附的转换，如果企业生产量不大时，会造成活性炭吸附容量浪费和脱附蒸汽的浪费。