适用于炭黑行业的高性能玻璃纤维覆膜滤料

王兆宇，张心华，许重阳

（安徽省绩溪华林环保科技股份有限公司，安徽 绩溪 242000）

引言

近年来，针对我国大气污染状况，有关部门出台了系列环境保护政策，提出了实施深化大气颗粒物污染控制，加强工业烟尘、粉尘的控制[1]。工业烟尘产生于各工业领域，炭黑就是其中一种黑色烟尘。

炭黑是一种重要的也是最稳定的化工产品，其具有独特的物理性质，可用作橡胶的补强剂和填充剂，也被用作黑色颜料，是橡胶工业的原材料之一，也是一种应用较多的纳米材料。袋式除尘器在其生产过程中不但具备除尘功能，更重要的也是收集产品的生产设备。由于其生产工艺和产品物理形态的特点，决定了这种袋式除尘器对主要部件过滤材料有高性能要求。本文论述了一种适用炭黑生产的脉冲除尘器用高性能过滤材料。

1 基本状况

炭黑生产已有多年历史，发展速度很快，目前世界炭黑产量预计已超过1000万吨。我国汽车工业发展十分迅速，现已成为世界第一汽车生产大国，因此国内的橡胶工业（主要为轮胎）发展也很快，已成为世界炭黑生产大国。

我国炭黑工业生产采用的脉冲除尘器，其滤袋大多为玻璃纤维针刺毡和复合毡。针刺毡中纤维非连续态，表面主要为短纤维非均匀无序交错状分布（多维结构），对拦阻微细颗粒物效果较好，但是较之连续纤维机织物厚度大，运行一段时间后针刺毡内部截留尘粒，加之烟尘若含水、含油率高，则极易堵塞气流通道，使运行阻力急剧升高，如运行3个月后运行阻力可高达1500～1800Pa，运行6个月后的运行阻力甚至达到2000Pa以上，致过滤失效。这种针刺结构不具备表面过滤功能，且表面粗糙，不利清灰，难以适应炭黑袋除尘器高性能要求。当然针刺覆膜材料，具备表面过滤功能，但由于针刺毡表面结构粗糙，不易与膜均匀贴合，加之覆膜工艺技术等问题，针刺毡基料与膜贴合不良，易造成局部脱膜或膜破裂，因而失效。所以国内炭黑行业原来使用的脉冲除尘器滤袋使用寿命往往在6个月左右[2、3]。

2 针对炭黑行业生产特性进行滤料产品研发

炭黑行业生产的炭黑目前大多为炉法炭黑，尤以油炉体为多。炉油炭黑是以气态、液态烃或它们按一定比例的混合物为原料，在特殊炉内通入适量空气在高温下燃烧、裂解，生成含炭黑的烟气后经冷却，收集而成。炭黑生产温度高达1250℃～1650℃，经急冷使烟气降至700℃～950℃，终止反应。最后又再冷却至200℃～290℃，进行炭黑收集。炭黑生产其烟气具有如下特点：1）炭黑收集时烟气温度高，接近300℃；2）含水率高（主袋滤器为36%～40%，副袋滤器更高达70%～73%），且含油率高；3）烟气固态颗粒含量高（主袋滤器达50～90g/m3）；4）烟气中炭黑颗粒很少，炭黑粒子（无论原生粒子还是其聚熔体）严格上来讲均具有较高的腐蚀性；5）炭黑烟气中含有H2、CO等可燃性气体，含有CO2、NOx、SO2等气体，它们具有较高的腐蚀性；6）由于烟气中的含水率高，并含有腐蚀性气体，如SO2等，致使烟气在滤袋内很易产生结露生成酸性露珠，不但易糊袋，且具有较强的腐蚀性[2、3]。

综上所述，炭黑生产不但工艺特殊，而且烟气成分复杂，加之炭黑产品形态及物理特性等，对袋式除尘器尤其对滤料的要求较高，普通高温滤料很难满足。

炭黑生产要求过滤材料结构均匀致密，透气性良好、阻力小、浅灰效果好，材料必须耐高温、耐腐蚀性良好，机械强度高，较高收集效率和较长使用寿命。国内反吹风袋滤器一般使用机织玻璃纤维滤料，脉冲袋滤器常使用针刺毡产品，如诺梅克斯（NOMEX）等化纤材质针刺毡，这种材料耐碱性较好，但耐酸性中等，耐温性能只达180℃～220℃，所以这种材料用于炭黑生产并不理想，而且其为针刺毡结构也存在一些不足[2、3]。

根据炭黑生产特点及其对滤料的高要求，采用耐高温、强度高、尺寸稳定性好，耐酸性良好，不吸水、表面光洁的玻璃纤维机织物覆膜材料。

（1）高强度方面

针对炭黑生产烟气含量高，负荷大等特点，以及脉冲除尘器清灰方式要求滤料强度高等，采用无碱玻璃，并采用纺织增强型浸润剂，确保玻纤原丝具有较高强度，并从表面化学处理技术、配方入手，以期提高基布强度。

（2）耐高温性能

玻璃纤维本身就是一种耐高温材料，但作为过滤材料必须进行表面化学处理。在基布表面涂覆一层材料，提高其过滤性能，力求涂覆配方不会降低其耐温性能，确保基布能在260℃高温下正常工作，可耐瞬时280℃高温。

（3）提高防水拒油性能

严格讲，玻璃纤维的防水、防油性能满足不了炭黑生产要求，为此，采用特殊化学处理配方对基布进行表面化学处理，从而大大提高基布防水憎油性能，使其能满足炭黑烟气高含水、高含油特点。

（4）耐酸性能

对基布进行独特的表面化学处理，使基布获得良好耐酸性能，在85%强硫酸溶液、100℃温度下浸30min，其强度保留率达75%以上，可满足炭黑烟气酸性要求。

（5）表面过滤性能

针刺毡结构形态的滤料在炭黑生产应用存在一些不足，故采用玻纤膨体纱机织材料作滤料基布，由于其纤维呈多维分布，利于拦截烟气中固体微细颗粒，且透气性和气流阻力也优于非膨体机织布，但其尚不具备表面过滤功能[2、3]。针对炭黑纳米级尺寸形态，我们在膨体纱机织布上覆合ePTFE。经多方面努力，在表面化学处理工艺、配方、设备以及基布织物结构上达到处理基布含胶量均匀、色泽均一、质地柔软、帖服性良好，进而达到良好的覆膜质量。经国内外权威检测机构测试，这种覆膜滤料对PM2.5过滤效率达99.999%，运行气流阻力低，可长期稳定在600～1000Pa，利于炭黑稳定生产。

3 应用

玻纤膨体纱机织物覆合聚四氟乙烯微孔薄膜之高性能覆膜滤料，具备强度高、尺寸稳定性好、耐高温、拒水憎油、运行阻力小、过滤效率高、寿命长（可达2年以上）等优势，已在炭黑行业大量使用，社会效益、经济效益良好，获行业好评。

例如，国内某炭黑企业，新建一条生产线，主袋滤器（脉冲除尘器）作过滤材料。挂袋1320条。工况：入口烟气温度265℃，过滤风速0.5～0.6m/min，入口炭黑浓度20g/m3，脉冲清灰压力0.3MPa。滤袋安装运行一个月后，运行阻力达400～600Pa，经现场查看后，建议延长浅灰时间间隔，调整后运行阻力上升至600～800Pa，运行正常，炭黑收集效率高，排尘浓度低。经在线监测，粉尘排放浓度为3.54mg/Nm3，除尘效率达99.99%，使用寿命达24个月以上，用户较满意。