环氧树脂行业废气主要污染物为环氧氯丙烷(ECH)和其他后续精制工艺段的添加物,其中环氧氯丙烷(ECH)废气主要来源于前段缩合脱水过程反应,该工艺段废气风量排放浓度高,波动大。环氧氯丙烷(ECH)性质不稳定,加热时易分解,易燃易爆,且毒性较强,且挥发性强,常规吸附法对其吸附效果不佳,浓度较大时容易击穿吸附剂超标排放。所以该类废气是整个环氧树脂行业废气治理的痛点和难点。
一、活性炭吸附法适用性分析
技术原理:活性炭的吸附原理可分为物理吸附和化学吸附。物理吸附主要因为活性炭的多孔结构提供了大量的表面积,利用活性炭孔壁上的大量分子能产生强大的重力,从而将介质中的杂质吸引到孔径上。除物理吸附外,活性炭表面还经常发生化学反应。活性炭不仅含有碳,而且还含有少量的化学结合、官能团形式的氧和氢,这些表面含有土壤氧化物或复合物,能与吸附物质发生反应,并与吸附物质结合,在活性炭表面聚集。
技术适用性分析:
1、吸附效果较差:活性炭吸附的吸附杂质的分子直径必须小于活性炭的孔径,这样才能保证杂质被吸收到孔径中。由于环氧氯丙烷(ECH)分子结构式为C3H5ClO,分子量较大,所以很难保证活性炭的吸附效果,难以长期稳定维持废气排放达标。
2、运行费用较高:活性炭的吸附量只有自身总重量的10-20%,及1吨活性炭只能吸附100-200kg有机物。工厂处于24小时生产状态,活性炭会很快饱和,需频繁更换活性炭。且活性炭吸附存在污染物转移及后续固废二次处理费用的问题,运行费用较高。
二、燃烧法适用性分析
技术原理:RTO焚烧炉工作原理是使用天然气为燃料,直接燃烧有机废气,让废气在750-850℃的高温下分解成的CO2和H2O排放。在有机废气氧化的过程中会产生大量的热量会被储存在陶瓷蓄热体中,使得蓄热体升温蓄热,储存的热量会继续用于后续的有机废气的处理,这个过程会节省天然气燃料的燃烧,起到了节能降低成本的效果。
在常规的废气处理工艺中通常有活性炭吸附和RTO焚烧工艺,然而此类处理工艺对于ECH的处理有明显的弊端,主要问题集中在于尾气处理过程中的安全保证或难以持续稳定达标。以下先简要阐述活性炭吸附和RTO焚烧工艺工艺在此行业废气的适用性分析,并着重介绍生物法处理环氧氯丙烷废气的适用性分析及典型案例。
技术适用性分析:
1、安全风险较高:由于环氧氯丙烷(ECH)其蒸气与空气形成爆炸性混合物,遇明火、高温能引起分解爆炸和燃烧。若遇高热可发生剧烈分解,容易引起容器内压增大,有开裂和爆炸风险。对且由于前端浓度波动较大,对RTO的安全设计要求和现场操作管理也非常严苛,稍有不慎就可能出现事故,安全风险较高。
2、投资成本较大:环氧氯丙烷(ECH)燃烧分解可产生一氧化碳、二氧化碳、氯化氢。若直接采用RTO等焚烧的方式处理焚烧烟气中会有大量二次污染物二噁英及氯化氢产生。氯化氢腐蚀性极强,所以对RTO炉体的材质有很高的要求,且维护频次也要提高很多,无形中增加了很多投资成本。
3、能源消耗较高:由于生产前端废气浓度波动较大,且大部分工况下为低浓度工况,无法直接燃烧。所以需要消耗大量天然气来进行辅助燃烧。天然气用量较大,额外消耗了大量能源。也不符合国家节能减碳的环境治理方向。
三、生物法适用性分析
技术原理:
生物法是利用微生物对于污染物的生化降解性能以实现在常温常压下的废气处理,变为CO2、H2O,达到净化的目的。工艺运行条件为常温常压,安全和节能,不需要使用天然气,二次污染产生较少。
技术分析:
1、技术门槛高:生物法的核心关键是选择正确合适的菌种来应对特征性污染物,对菌种自身的处理效率和耐受能力要求很高,所以需要很强的前期技术积累和项目调试经验。如果能够针对污染物选择合适的微生物菌种以及运行参数,可给生产企业的VOCs尾气治理带来一个优化的工艺选择,在一定程度上可扭转生产企业面临的环保与安全相矛盾局面。
2、稳定达标排放:针对废气中的污染物定制化地筛选出针对性的微生物菌剂,利用特种定制菌剂可以完成对废气中污染物的高效降解。平均处理效率可达90%以上。
3、安全风险低:生物法工艺运行条件为常温常压,无天然气添加无明火。工艺体系为水系体系,无爆炸起火风险,安全可控。
4、运行费用低:整体工艺运行成本仅为风机水泵等常用电气设备的电费。无天然气等额外能源消耗,无活性炭消耗及后续危废处置费用。
5、减碳效果明显:生物法核心是用微生物将污染物进行生物降解。在降解的过程中,污染物部分被分解成CO2和H2O,还要一部分被生物利用变成生物繁殖过程中的细胞结构。相比于燃烧法引入天然气辅助燃烧处理,生物法的减碳固碳效果更加显著。大约减少碳排放30~70%。
四、典型案例分享
经市场调研分析及案例调研后发现,在选择针对环氧氯丙烷(ECH)的特有菌群后,生物法的综合降解效率可以达到80-90%。满足达标排放需求。
下表是某公司网站上公开的EHC废气相关案例运行数据,经整理后分享给大家。
该项目连续监测24天,进气浓度最高为243.5mg/m³,处理效率维持在85%以上,出气浓度一直低于15 mg/m³(满足《GB 31572-2015 合成树脂工业污染物排放标准》执行标准),可以实现稳定达标排放。
表:某项目现场连续24天进出气检测数据
以上的三种工艺有各自的优缺点,具体的处理工艺,需要根据实际情况选择,详情可以咨询我们中仁环保。
来源:VOCs减排工作站