＊吳勁松

（江蘇富淼科技股份有限公司 江蘇 215600）

隨著海水淡化和工業(yè)污水零排放技術(shù)在國內(nèi)的廣泛應(yīng)用，分離膜作為其中的核心產(chǎn)品得到了國家和行業(yè)的重視。在21世紀(jì)以前，分離膜技術(shù)都是被國外所壟斷，直到20世紀(jì)90年代末期中國才開始掌握分離膜的生產(chǎn)技術(shù)。分離膜生產(chǎn)制造過程中大量使用各種易揮發(fā)有機溶劑。其制備過程中產(chǎn)生的廢氣成分復(fù)雜，尾氣產(chǎn)生量大、尾氣濃度波動大。處理過程中安全和環(huán)保問題非常突出。

1.尾氣處理技術(shù)

對于這類尾氣的處理，目前，工業(yè)化的尾氣治理方案有吸收、吸附、冷凝、催化燃燒、等離子燃燒和RTO等[1]。

（1）吸收法。吸收法是以水溶液作為吸收劑，利用水、稀鹽酸、稀堿等吸收液使廢氣中的有害成分吸收下來，從而達(dá)到凈化的目的[2]。常用的液體吸收劑有10%鹽酸或32%液堿。吸收法治理氣態(tài)污染物技術(shù)成熟，設(shè)計及操作經(jīng)驗豐富，適用于酸性、堿性和水溶性揮發(fā)氣體。弊端是吸收劑飽和后的處理費用高，并且對有機物的吸收有選擇性，容易出現(xiàn)二次污染[3]。

（2）吸附法。吸附法是利用各種固體吸附劑，目前使用最廣泛的吸附劑有活性炭、分子篩、活性碳纖維等。使用吸附法主要是利用吸附劑的微孔結(jié)構(gòu)和內(nèi)部靜電作用對排放廢氣中的污染物進(jìn)行吸附凈化[4]。吸附法適用于含氯尾氣、常用的醇類、部分酮類和酯類等氣體。吸附法適用范圍廣、結(jié)構(gòu)簡單且凈化效率高，是傳統(tǒng)的廢氣治理技術(shù)之一。目前應(yīng)用最多的吸附劑有顆粒狀、柱狀、蜂窩煤狀活性炭和大孔樹脂。

（3）冷凝法。冷凝法是利用尾氣中有機組分在不同的溫度和壓力條件下的飽和蒸汽壓變化，在高壓和低溫條件下，使氣態(tài)的污染物液化從而在氣相中分離出來的過程[2]。冷凝法適用于高沸點和高濃度VOCs。其優(yōu)點是可回收到高純度的組分，缺點是設(shè)備投資和操作費用高；冷凝液需要作為危廢進(jìn)行處置，產(chǎn)生二次污染。

（4）催化燃燒。催化燃燒技術(shù)發(fā)展迭代比較快，未來有較大的應(yīng)用空間。催化燃燒技術(shù)是在催化劑的作用下，將廢氣進(jìn)行燃燒處理，轉(zhuǎn)化成對人體無害的二氧化碳和水。應(yīng)用過程中催化劑容易中毒，對某些有機尾氣也可能沒有活性，因此需要進(jìn)一步研究更為廣譜和高效的催化劑。當(dāng)下、開發(fā)分離氧化物催化劑是催化燃燒技術(shù)新的發(fā)展方向。

（5）等離子燃燒。等離子燃燒技術(shù)是指采用直流空氣等離子體作為點火源，實現(xiàn)無油點火的燃燒技術(shù)。等離子體具有促進(jìn)燃燒的特性，等離子燃燒系統(tǒng)主要有燃燒系統(tǒng)、等離子發(fā)生器、電氣系統(tǒng)、等離子空氣系統(tǒng)以及等離子冷卻水系統(tǒng)等。等離子燃燒技術(shù)可脫除通常條件下不易進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的尾氣，反應(yīng)時間極為短暫。低溫等離子燃燒技術(shù)對于各類揮發(fā)性有機物的治理，具有效率高，對尾氣量和濃度變化有很強的適應(yīng)性。但是，近些年隨著等離子凈化裝置因安全配套設(shè)施不齊全而造成的事故頻繁，對其進(jìn)一步推廣產(chǎn)生了極大的負(fù)面影響。

（6）RTO工藝。RTO即再生熱氧化分解器，又稱蓄熱式焚燒器。其原理是把有機廢氣加熱到760℃以上，使廢氣中的VOC再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)入的有機廢氣。從而節(jié)省廢氣升溫的燃料消耗。RTO自出現(xiàn)之后，首先受歐美等國家的廣泛認(rèn)可。RTO的特點是結(jié)構(gòu)簡單、對有機尾氣的脫除徹底、無二次污染，因此在行業(yè)內(nèi)應(yīng)用廣泛。

圖1 底膜制備工藝

2.尾氣處理設(shè)施實例

江蘇某分離膜制造企業(yè)的生產(chǎn)工序分為底膜制備工序和復(fù)合膜制備工序。

在分離膜生產(chǎn)過程中生產(chǎn)裝置各工段的尾氣出口檢測到DMF、DMAC和ISO-G成分，濃度范圍從1.5mg/m3到1000g/m3，尾氣量為25000Nm3/h到50000Nm3/h。查閱MSDS后得到DMF、DMAC和ISO-G的爆炸下限分別為2.2%、2.0%、0.7%。企業(yè)選擇了行業(yè)內(nèi)成熟的處理工藝，尾氣處理工藝1、前段采用水噴淋、然后再經(jīng)過尾氣除濕，最后進(jìn)入RTO焚燒爐（兩室+捕獲室）進(jìn)行處理。同時也采用了尾氣處理工藝2、前段采用水噴淋、然后再經(jīng)過尾氣除濕，最后進(jìn)入活性炭吸附箱進(jìn)行處理的兩套工藝并用。兩套裝置既保證了尾氣安全處置的要求，也滿足了去除率和達(dá)標(biāo)排放的要求。

圖2 復(fù)合膜制備工藝

堿噴淋對于DMF和DMAC的吸收效率在95%以上；經(jīng)過設(shè)計的煤質(zhì)柱狀活性炭（CTC值60%）吸收塔對于DMF和DMAC的吸收效率在95%以上。

堿噴淋+RTO裝置對于ISO-G的去除效率需要在98%以上。典型RTO裝置有2室結(jié)構(gòu)，98%去除率；2室+捕獲室，99%去除率；3室，99.5%去除率及五室以上結(jié)構(gòu)。綜合考慮投資和環(huán)保效益，針對分離膜生產(chǎn)工藝，可選擇的RTO裝置結(jié)構(gòu)為2室+捕獲室，如投資允許的情況下建議采用3室的RTO裝置更佳。

3.結(jié)論與探討

分離膜生產(chǎn)制造過程中產(chǎn)生的尾氣量和尾氣濃度不穩(wěn)定。其中DMF、DMAC和ISO-G的含量常規(guī)排放超其爆炸下限值。通過計算和安全分析后，合理的選用兩套尾氣處理設(shè)施，分別處理不同濃度和性質(zhì)的尾氣。其中，RTO處理尾氣風(fēng)量總計為20650m3/h（18500Nm3/h，25%～110%），廢氣濃度最高可達(dá)3863.68mg/m3，多條線生產(chǎn)的平均濃度大于2000mg/m3，RTO結(jié)構(gòu)為2室+捕獲室，去除率不低于99%，能夠滿足相關(guān)排放要求。RTO蓄熱體采用蜂窩陶瓷體&馬鞍陶瓷體組合形式，熱效率96%，最大程度降低運行時天然氣的消耗。熱能回收方面，余熱回收采用余熱蒸汽回收，回收熱量大約為30萬kcal/h。節(jié)約工廠蒸汽用量0.59t/h，若按照蒸汽費用200元/噸，則每小時可節(jié)約蒸汽加熱費用118元，全年可節(jié)省42.5萬元（對應(yīng)3600h生產(chǎn)時長），考慮到生產(chǎn)的不連續(xù)性，余熱回收按照40%～60%估算，每年可回收17萬～25.5萬元，經(jīng)濟回報十分可觀。由于分離膜生產(chǎn)過程中廢氣排放不穩(wěn)定，進(jìn)入RTO系統(tǒng)的尾氣中可燃和易爆組分的含量有短時超過爆炸下限的風(fēng)險。如果控制不到位，系統(tǒng)有發(fā)生閃爆的風(fēng)險，因此RTO系統(tǒng)從設(shè)計開始就應(yīng)該充分考慮這些潛在風(fēng)險，避免RTO系統(tǒng)發(fā)生重大安全事故。

如何準(zhǔn)確確定尾氣的成分和濃度數(shù)據(jù)是企業(yè)實現(xiàn)安全生產(chǎn)和達(dá)標(biāo)排放的關(guān)鍵任務(wù)。

尾氣速率和濃度計算，可以利用尾氣中有機組分的飽和蒸氣壓曲線和理想氣體狀態(tài)方程以及道爾頓定律進(jìn)行運算。同時和現(xiàn)場實際取樣進(jìn)行對比，可以準(zhǔn)確確定危險組分的組成和濃度。

查閱危險組分的MSDS，得到其爆炸下限值。對于尾氣濃度超過了其爆炸極限的下限值25%以上，存在較大的燃爆風(fēng)險的工況。在工藝設(shè)計階段，這些工段采取了充氮置換，取樣合格后再進(jìn)行開機運行。避免裝置運行過程中發(fā)生燃爆風(fēng)險。同時，為確保系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，這些尾氣集中收集后采用噴淋+活性炭的處理工藝。對于尾氣的濃度低于其爆炸極限的下限值25%，且這些尾氣具有一定熱值的工況，其具備進(jìn)入RTO燃燒爐焚燒的條件。根據(jù)《省應(yīng)急管理廳省生態(tài)環(huán)境廳關(guān)于印發(fā)《蓄熱式焚燒爐(RTO爐)系統(tǒng)安全技術(shù)要求》的通知》蘇應(yīng)急〔2021〕46號第4.3.4.3條，在RTO爐系統(tǒng)進(jìn)口管道上，應(yīng)根據(jù)風(fēng)險識別結(jié)果設(shè)置LEL在線檢測儀，應(yīng)冗余設(shè)置。LEL在線檢測儀與進(jìn)入RTO爐系統(tǒng)的廢氣切斷閥、新風(fēng)閥、緊急排放閥聯(lián)動，對廢氣進(jìn)行安全處理，確保進(jìn)入RTO爐的廢氣濃度平穩(wěn)且低于爆炸下限的25%。LEL在線檢測儀安裝的位置距RTO爐的管道等效長度（L）綜合考慮檢測器響應(yīng)時間（t1）、切換閥門動作時間（t2）和廢氣的流速（v）的關(guān)系，L＞v×(t1+t2)。LEL在線檢測儀檢測精度±5% F.S，控制廢氣進(jìn)入RTO的濃度＜25%LEL。

查閱國家和地方環(huán)保法規(guī)，其中《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB 32/4041—2021）表1排放限值；《化學(xué)工業(yè)揮發(fā)性有機物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB 323151—2016）表1排放限值的要求。可以計算出尾氣處理設(shè)施需要達(dá)到的總體去除率，從而合理選擇處置設(shè)施。

表1 尾氣易爆組分含量和爆炸限值

表2 尾氣處理數(shù)據(jù)及去除率