PVC人造革生產中增塑劑有機廢氣治理研究

更新時間：2010-11-23 15:09 來源：聚氯乙烯作者: 閱讀：3863

前言

增塑劑是PVC人造革生產中的關鍵成分,是PVC軟質制品的物理性能影響最大的助劑。增塑劑決定著增塑糊的流變行為,可改善加工性能,并賦予PVC制品彈性和柔韌性。PVC是一種強極性聚合物,分子間的強作用力不僅使PVC加工性能差, 而且制品堅硬,缺乏柔韌性。在配方中加入適量增塑劑后,增塑劑分子可以插入到PVC分子中,使PVC分子間距增大,削弱其分子間作用力,降低PVC增塑糊粘度和塑化溫度,使PVC樹脂更易加工,制品質量優良[1]。

目前,使用的增塑劑品種主要有:①DOP增塑劑(鄰苯二甲酸二(2-乙基)己酯);②DINP增塑劑 (鄰苯二甲酸二異壬酯);③DOA增塑劑[己二酸二 (2-乙基)己酯];④環氧大豆油。其中 DOP為通用級增塑劑,適用各種加工,為最常用的增塑劑。在各種增塑劑的配方中,其用量在80%以上,而DOP的毒性相對來說,又比其他三種增塑劑要大。因此 PVC人造革生產過程中產生的增塑劑廢氣中的主要污染物為DOP增塑劑。

DOP是一種對人體有潛在危害的物質。美國和歐盟已先后禁止銷售供3歲以下兒童使用的、放入口中的PVC軟塑料玩具及兒童用品,包括6種鄰苯二甲酸酯類增塑劑中的一種或多種:DINP、DOP、 DBP、 DIDP、DNOP、BBP。另外,美國環境保護局還停止了6種新的鄰苯二甲酸酯的工業生產,DOP只限于在高含水量的食品包裝中使用,肉類包裝必須用其他無毒增塑劑代替,以防DOP對人體的危害。因此對PVC人造革生產過程中產生的增塑劑有機廢氣進行有效治理,并確保污染物排放總量的最小化,則是眾多PVC人造革生產企業必須予以高度重視的現實環境問題。

經過資料檢索,目前國內還沒有增塑劑有機廢氣治理方面的文獻報道,筆者認為,這主要與我國的《大氣污染物綜合排放標準》(GB16297-1996)以及地方標準均沒有將增塑劑類有機物列入控制排放的污染物有關。本文在實際工程的基礎上對增塑劑有機廢氣的處理方法、污染物類別、污染物去除效率等方面進行了研究。

1　PVC人造革生產工藝及廢氣產生情況

國內某大型PVC人造革生產企業(外資企業的工藝流程及廢氣產生情況如圖1所示。

各類原料(PVC粉、DOP等增塑劑、碳酸鈣)經過輸送及磅秤計量后,下料到高速混合攪拌機中進行高度物理混合,增塑劑初步滲入到PVC粉中,此時下料的過程中會有少許PVC粉從軟連接中漏出 (濃度非常低)。

物料從混合機出來后進入萬馬力機,此時加入色料,進行高低壓剪切、進一步攪拌、膠合混煉,DOP等增塑劑充分滲入到PVC粉體中,讓其發泡膠合, 此時半成品為熔融態膠體。該工序中會因機器泄漏及翻板門打開,有PVC粉揚起,采用鼓風機排走。

萬馬力機下料到A軋輪機進行進一步膠合、混煉、擠壓,再運輸到B軋輪機進行保溫混煉,由于開煉(物料露于空氣中)的緣故,該工序會有較大量的增塑劑廢氣產生,總質量濃度約80.2 mg/m3,經風機將增塑劑廢氣吸走,在車間外的靜電回收裝置進行回收處理,效率為95%左右。

料再經膠布機進行壓延成型,并接合上糊機來的基布。壓延中也會有較大量的增塑劑析出蒸發,也經過風機將DOP吸走于車間外靜電回收裝置進行回收處理,效率為95%左右。此時膠布已經成型。成型后的膠布再經發泡爐進行發泡,此時操作溫度達200℃以上,整套系統密封,會有大量的增塑劑析出蒸發,總質量濃度約 240.6 mg/m3,同樣使用風機吸走,并通過靜電回收設備處理。

發泡后的膠布最后經過壓花、研磨、印刷處理機、卷取,最終得到產品。該工序沒有增塑劑污染物蒸發。

PVC人造革生產工藝條件及廢氣污染物的產生情況詳見表1。

2　增塑劑有機廢氣治理工藝選擇及說明

2.1　增塑劑廢氣處理工藝比較及流程選擇

由于我國的《大氣污染物綜合排放標準》(GB 16297-1996)以及地方標準均沒有將增塑劑類的污染物列入控制排放的污染物,所以只能籠統地以粉塵濃度來控制污染物的排放。

PVC 人造革生產車間產生的增塑劑有機廢氣, 其中主要污染物為粉塵、DOP、DINP、DOA、ESO,這些廢氣的溫度在80~90℃之間,污染物的性質類似于廚房的油煙。因此本次實際廢氣處理工程是在參照油煙廢氣處理技術的基礎上而最終確定處理工藝的。目前處理油煙廢氣主要有5種處理技術[2,3]。

(1)靜電法治理技術

這種方法的原理與靜電除塵器原理相同,利用電場力去除油煙中的顆粒物和揮發性有機物質。其基本過程包括氣體分子電離、油霧粒子荷電、荷電粒子在電場力作用下向極板運動,并最終達到極板,從而達到與氣體相分離以及清理極板的目的。靜電型油煙凈化器如設計和維修妥善,應當可以獲得較高的油煙收集效率。據文獻介紹,雙驅電除塵器、沖洗式雙驅電除塵器、濕式電除塵器幾乎可以完全消除可見排放物,并可以使氣味完全消失或顯著減少。靜電技術對亞微米顆粒物有很高的捕集效率,可有效地去除細微的油霧顆粒。同時氣體放電過程中產生的臭氧對于氣味的去除也有一定的效果。但是帶有黏性的油滴附著在電極和集塵板上,會使電除塵器在運行一段時間后效果明顯劣化,特別是對于所收集油霧流動性差的情況,這個問題更加突出。為了解決這個問題,必須要經常清洗,維護的工作量相對較大。

(2)洗滌法控制技術

該法的原理是利用液體與油煙的接觸,從而去除顆粒物和揮發性有機氣體。因此有多少種氣液接觸方式, 就有多少種具體的技術。洗滌法對于 mm或更大的顆粒具有較高的去除效率,對于0. mm或更小顆粒的去除效率則較差,對于0.1~ mm顆粒物的捕集效率與壓降呈正相關。由于油霧滴的疏水性,在洗滌水中需加入各種表面活性劑、乳化劑等改善油水混合性能。

(3)過濾吸附法控制技術

該法的原理是利用吸附材料對油煙的攔截、碰撞、篩分等作用去除其中的顆粒物和揮發性有機氣體。該法的關鍵是選擇合適的過濾吸附材料。這些材料包括有機高分子材料、雞毛等動物羽毛、活性炭、纖維墊等。該法的優點是凈化效率高,通常達85%以上,運行穩定可靠。但是該法也有其突出的缺點,就是濕度高的油煙會堵塞吸附空間,降低吸附材料的性能和吸附介質的壽命,并增加維修費用。

(4)機械控制技術

該法原理是通過強制氣流使油煙廢氣的運動方向發生轉折,油煙廢氣中的顆粒物在慣性作用下到達沉積面而從氣體中分離出來。這些機械設施主要有百葉窗、濾網式排煙罩,金屬油隔、蜂窩式油煙濾清器等。該法的優點是設備簡單,壓降較低(通常為 50~200 Pa);缺點在于對小顆粒物的去除效率較低,總的去除效率為40%~70%,具體由機械設施的種類不同而有差異。通常需要和其他類型凈化器結合使用,作為預處理。

(5)燃燒法控制技術

該法是利用熱氧化反應,將油煙廢氣中的有機物氧化成穩定的無害物質。根據燃燒過程有無催化劑的加入,可分為直接燃燒法和催化燃燒法。該法的燃料消耗費用比較大,主要使用于可燃的氣溶膠、燃料氣體組成的情況。

根據增塑劑有機廢氣的廢氣量大、污染物總的顆粒物濃度相對較高(同油煙廢氣相比)的特性,決定選用靜電法治理技術對增塑劑有機廢氣進行治理。從治理效率來看,油煙廢氣處理前的質量濃度一般為12~20 mg/m3,外排質量濃度完全能夠達到 2 mg/m3以下。而增塑劑有機廢氣處理前污染物總質量濃度在80~270 mg/m3之間,去除效率完全可以達到90%以上,經過處理后外排污染物總質量濃度可以控制在8~27 mg/m3之間。當然,為了保證廢氣處理設施長期穩定的去除效率,在運行過程中必須定期將收集到的有機物質清理出去,以免影響設施的去除效率。收集下來的含有增塑劑有機物的乳液可以回用于生產工序,嚴格禁止隨意外排。

2.2　增塑劑廢氣處理流程說明

增塑劑廢氣處理工藝流程如圖2所示。

增塑劑廢氣在風機的作用下,不斷被抽進濕式靜電濾油機煙罩內的高效靜電場,利用靜電場力把增塑劑廢氣吸附在陽極的水膜上,然后被水帶走。經處理后的增塑劑廢氣的污染物濾除率達97%以上。

濕式靜電濾油機是本治理工藝的主體設備,該設備是在干式靜電濾油機的基礎上改進而成的,主要在以下三個方面進行了改進。

(1) 在靜電場下面增加一個噴霧裝置,形成了一個霧化區,它是通過高壓水泵把水變成了水霧來形成的。這個霧化區的存在主要有兩個方面的作用: ①由于抽風機的作用,噴淋霧化區的水霧會不斷被帶到電場里,使電場也充滿許多水霧,大部分水霧吸附在陽極表面而形成了一層水膜,這樣,被收集下來的增塑劑有機廢氣實際上是吸附在水膜上面,并很快被水帶走,從而保持了電場本身的干凈和濕潤。 ②噴淋霧化區的水霧本身對增塑劑有機廢氣有一定的吸附作用,因此可提高總體設備對增塑劑有機廢氣的濾除率。

(2)增加一套供水裝置,為電場提供水霧。

(3)由于電場在濕式狀態下工作,為防止電場被腐蝕,設備全部采用了不銹鋼結構。

3　廢氣治理效果

(1)粉塵廢氣治理效果

生產過程的混合和表面打磨工序產生的粉塵廢氣采用靜電法除塵器治理,效果如表2所示。