光催化氧化与吸附组合工艺处理C5树脂生产装置污水站废气

摘要：本文对碳五树脂生产装置污水站产生的废气提出了针对性的组合处理工艺，并在浙江某树脂生产企业成功应用，取得了较好的效果。

关键词：碳五树脂；污水站废气；处理

中图分类号：X512 文献标识码：A 文章编号2095-627X（2014）01-0142-03

The application of a novel coupling technology in the treatment of waste gas arise from chemical fibre factory

Yu Weiming

（Environmental Engineering Co.，Ltd.Zhejiang Province，Hangzhou 310012）Abstract： In this study， the pointed design plan was proposed on account of environmental pollution caused by volatile oil in the process of filaments" production， this technology was also successfully appllied in a lagre scale chemical fibre campany in zhejiang province，and the effect is remarkable.Key words： Chemical fibre campany； Waste gas arise from chemical fibre factory；Treatment

以乙烯装置副产碳五馏分为主要原料生产的石油树脂具有广泛的应用，我国乙烯产能不断扩大，占乙烯产量14%的碳五馏分十分丰富，石油树脂生产已成为提高乙烯装置利用率和附加值，增加企业经济效益和社会效益的重要途径。因此，我国有许多企业在生产碳五树脂。国内目前对碳五树脂生产工艺废气治理比较成熟，就是利用焚烧炉焚烧等解决，效果比较理想。但是，该装置污水站产生的废气目前还没有较好的处理方法，我们针对这一情况，设计了光催化氧化和吸附组

合工艺处理碳五树脂装置污水站废气。该工艺在浙江某企业实施，收到了较好的效果。

1 污水站废气基本情况。

经分析，污水站废气主要成分为：C5树脂、异戊烯、DMF以及一些助剂类物质、微量AlCl3水解产生的酸类气体等。此类污染物浓度低、气味大、多为有机物。对人的感官刺激比较大。具体检测标准有两项为非甲烷总烃和恶臭，见表

表1 污染物排放浓度初始值Table 1 Initial concentration of pollutant emissions

序号污染物种类排放量

1非甲烷总烃1150（mg/m3）

2恶臭5000（无量纲）2 工艺原理

本来该企业为了处理生产工艺废气已经配套建设了蓄热式焚烧装置，正常运行，本来可以将污水站废气接入焚烧装置一并处理，但是，由于污水站废气的收集方式限制，导致废气中含有大量的空气，如果接入焚烧装置，将使某些废气组分的浓度比例达到爆炸极限的范围，在安全问题上不能解决，同时如果将污水站废气接入焚烧系统，将大大稀释原有废气的浓度，同时带入水蒸气，焚烧装置需要消耗大量的能量，运行极不经济。所以，无论从安全还是经济角度，将污水站废气接入原焚烧系统的方法都是不可行的。因此，必须提出另外的解决办法。废气为混合物，弱酸性，因此用水吸收先去除酸性组分，其他组分为C、H类有机物，考虑使用光催化氧化装置对其先进行裂解，将大分子和链状分子分解为无害的小分子物质经光催化处理的废气再经过碱液吸收去除酸性及易溶物，以保护后续设备，再通过活性炭吸附装置吸附前道未被处理的物质。确保达标排放。

众所周知，紫外线是由电磁波组成，其能量与波长直接有关，波长越短，能量越大。光催化氧化就是在催化剂存在的情况下，高能紫外线光束与空气作用，产生臭氧及羟基自由基，对有机物进行协同分解氧化作用。使大分子物质在紫外线的作用下链结构断裂，转化为小分子化合物或者完全矿化。从而达到处理废气的目的。

电导率在104～10-10[1/（Ω·cm）]间的固体被归为半导体，光催化剂是光催化过程的关键组成部分，目前在多相光催化研究中所使用的光催化剂大都是半导体。决定光催化活性的关键因素首先决定于其化学结构和化学性质，即催化剂的种类，其次才与自身的物理性质如晶体结构、孔隙率、分散度等有关。光催化技术就是利用具有光催化活性的半导体材料在光照下激发出的电子和空穴对参与光化学反应完成对有机气体或者微生物有机体质的去除。由于电子.空穴对是在光照的作用下产生的，又被称作光生载流子。采用纳米级半导体主要因为：（a）纳米半导体粒子所具有的量子尺寸效应使其导带和价带能级变为分立的能级，能隙变宽，导带电位变得更负，而价带电位变得更正，这意味着纳米半导体粒子获得了更强的还原及氧化能力，从而提高其光催化活性；（b）对于纳米半导体粒子而言，其粒径通常小于空间电荷层的厚度。在此情况下，空间电荷层的任何影响都可忽略，光生载流子可通过简单的扩散从粒子内部迁移到粒子表面，而与电子给体或受体发生还原或氧化反应。本项目催化剂采用纳米TiO2锐钛矿型，如图1所示，其能带结构是由填满电子的低能价带（Valance band，VB）和空的高能导带（Conduction band，CB）构成，价带与导带之间存在禁带（Forbidden band，FB），电子从价带跃迁到导带所需能量为带隙能，波长入<387.5nm的光线能够克服该带隙能。当半导体被以波长入<387.5nm的光线照射时，如图2所示，价带上的电子被激发跃迁至导带，在价带上产生空穴（h+），在导带上产生电子（e-），光生空穴具有很强的氧化性，可把吸附于半导体颗粒表面的物质氧化成高价物质，而电子具有还原性，能够将半导体表面吸附的电子受体还原。利用所产生的空穴的氧化及自由电子的还原能力，二氧化钛和表面接触的H2O，O2发生反应，产生氧化力极强的自由基，这些自由基可分解几乎所有有机物质，将其所含的氢（H）和碳（C）变成水和二氧化碳。图1 纳米颗粒的能带结构示意图Fig 1 Nanoparticles of band structure diagram

图2 紫外光激发TiO2表面载流子的变化Fig 2 Ultraviolet stimulate changes in the surface of TiO2 carrier活性炭吸附，则是利用活性炭的较大比表面积和活性炭的吸附特性对物质进行吸附的过程。在环保领域活性炭吸附是使用比较多的常规方法。不再详细阐述。

3 工艺流程

经收集后的污水站废气依次进入水洗塔、光催化氧化装置、碱洗塔、活性炭吸附装置、风机、然后经15m排气筒排放。其简单工艺流程见下图：图3 废气处理工艺流程框图Fig 3 Waste gas treatment process flow diagram4 主要设备设计参数

本处理系统设计风量：7000 m3/h；

（1）吸收塔选用旋流板塔，设计塔径DN1000，空塔气速2.48m/s；压降约400Pa，塔内设3块塔板；喷淋密度15 m3/ m2；塔采用PP材质。碱洗塔后设置丝网除雾装置，去除从塔中带出的大部分水分，确保后续吸附效果。

（2）光催化氧化装置选用工业加强型成套设备。主要部件、整流器、灯管、催化剂（该设备采用纳米二氧化钛作为催化剂）均采用成熟、可靠、运行稳定的知名品牌。电压：380V，功率6.0-10.0KW，压降小于50 Pa，外形尺寸：1700×1200×1700mm，壳体材质：304不锈钢。

（3）活性碳吸附装置（卧式），罐体为碳钢材质，活性炭采用质量较好的果壳炭。外形尺寸：3000×2200×2200mm。

（4）风机：风量：7000 m3/h，风压：4000 Pa；功率：15 KW；玻璃钢材质，配防爆电机。

（5）排气筒：材质：玻璃钢，高度：25m，直径：Ф550mm，配保护架、取样平台。

5 处理效果

使用该工艺处理戊二烯生产装置污水站废气后，经当地环保监测部门监测，均达到了GB16297-1996《大气污染物综合排放标准》中的新污染源的二级标准，及恶臭气体GB14554-93《恶臭污染物排放标准》相关排放标准，其检测数据见表2所列，从表中可以看出，该套装置处理效率较高，效果十分明显。

6 工艺特点

上述工艺处理戊二烯生产装置污水站废气具有以下特点：

（1）该套装置安全性高、投资省、运行成本低。

（2）处理效率较高，与焚烧法基本接近，为该类企业处理类似废气除焚烧法外提供了一套可行的方案。

（3）该套系统易于操作，开启运行后，基本不需要人为干预，可为企业减少人力成本。

7 结束语

光催化氧化和吸附组合工艺处理碳五树脂生产装置污水站废气，效果比较理想。光催化作用下，会有臭氧产生，光催化装置功率大小与处理效果的关系、以及臭氧对后续设备的影响和排放都应该进一部深入研究。同时我们将和相关厂家保持密切沟通，随时监测系统运行中的情况，争取掌握第一手的数据和材料，不断优化该处理工艺，使其更加科学化，便于推广应用。

参考文献

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