纺织印染定型有机废气净化处理工艺及应用

谢开光 付智明 吴杰 查钰明 邢俊冬

摘  要：我国纺织印染规模大，工艺路线长，使用有机助剂种类繁多，无组织排放量大，污染非常严重，现有定型机有机废气治理技术不能完全满足日益严格的环保要求。该文通过调查研究结合国内现有治理技术，对原定型有机废气湿式静电处理系统进行了技术改造，在此基础上提出了一条新的VOCs废气治理技术路线，即增加了活性炭吸附、再生处理和催化氧化装置系统。经过改造后检测VOCs总的脱除效率达到95%以上。

关键词：纺织印染;定型机;有机废气;净化处理

中图分类号：X791                  文献标志码：A

1 定型机原废气处理系统介绍

1.1 概述

我国是世界印染行業规模最大的国家，由于纺织印染工艺路线长，所采用的有机助剂种类繁多，其无组织排放量大，覆盖面广，污染非常严重，现有的定型机有机废气治理技术不能完全满足日益严格的环保要求。目前，印染行业定型机有机废气VOCs的治理技术主要有：“气/气热回收—喷淋洗涤法”、“水/气冷却—静电除尘法”、“热能回收—喷淋洗涤—湿式静电除尘法”和“冷却+静电+碳纤维吸附+UV光解”处理定型及拉伸有机废气，但普遍存在有机废气净化效率较低、运行安全稳定性较差、存在火灾事故隐患等问题。另外，VOCs废气治理普遍采用的是低温等离子体、光氧化以及一次性活性炭吸附技术，在京津冀地区约占治理企业的80%以上，其中大部分企业（约占80%以上）都不能实现达标排放。

1.2 原有定型机VOCs处理工艺

VOCs原处理工艺如图1所示。

1.3 原工艺设备情况

系统包括：定型废气换热系统、湿式静电装置系统、主风机等，主要设备参数见表1。

1.4 原系统说明

（1）定型废气换热系统

一般定型机由5个单元组成，每个单元分2个室，每个单元设置一台定型废气排出风机，流量为2 000 Nm3/h。一台5单元定型机的有机废气总量为10 000 Nm3/h。空气由定型机底部自然进入，布料定型控制温度190 ℃～200 ℃，定型废气排出风机出口废气温度170 ℃～180 ℃。定型有机废气集中通过定型废气换热器回收热能，新鲜空气2 000 Nm3/h经定型废气换热器加热至110 ℃左右后返回到定型机第一单元的前两室内，以提高第一单元的前两室温度，同时减少定型机进口处冷空气的进入。

（2）湿式静电装置系统

定型有机废气经换热后温度降至75℃，从底部进入湿式静电装置系统。湿式静电装置包括：湿式静电装置、油水分离池、循环泵等。湿式静电装置上部为高压静电部分，下部为喷淋、冷却、吸收部分。湿式静电下部为双筒体结构，其内筒设置不锈钢丝网填料、喷淋装置。内筒上部设置梯形栅板，湿式静电分离的油污经导流板从塔壁间隙流到底部。通过循环泵，一部分循环水在填料层上面直接喷淋、冷却、吸收定型废气，另一部分循环水则进入湿式静电装置的高压部分，对阳极筒壁进行润湿和清洗。循环水与油污在油水分离器中分离，比重轻的废纤维油脂以油污的形式回收利用。废气经湿式静电净化处理后温度为30 ℃～45 ℃。

（3）主风机

定型有机废气主风机，应能保证克服烟气系统阻力并留有适当的余量，主风机全风压一般在3 000 Pa～4 000 Pa。包括烟道系统阻力300 Pa～600 Pa，定型废气换热器阻力约200 Pa，湿式静电装置阻力约1 200 Pa，活性炭装置吸附阻力550 Pa～1 200 Pa。

2 改造新增加工艺系统

2.1 活性炭吸附再生

活性炭对有机废气具有良好的吸附性能，吸附热较小，主要为物理吸附，是目前有机废气治理使用最多的方法之一。活性炭吸附是可逆的，被吸附的分子由子热运动还会脱离固体外表，即：解吸或脱附。随着吸附的进行，活性炭表面上的有机废气逐渐增多，吸附和脱附互为可逆过程。吸附进行一段时间后，当有机废气的吸附量与脱附量相等时，吸附和脱附达到动态平衡。

谢裕坛、金一中等对不同气速下的活性炭床层压降进行了测定，发现单位高度活性炭床层压降的对数值，与气速在一定气速范围内几乎呈线性关系。郭昊以活性炭AC-1为样品，床层高度200 mm，在不同流速条件下研究其压力降。通过对数据进行二次项拟合得到“流速与床层压降”的关系方程见式（1），活性炭床层有机废气流速与压降的关系如图2所示。

△P=554υ+9163υ2      （1）

式（1）中：△P为单位活性炭床层高度压降，单位为帕斯卡每米（Pa/m）;υ为有机废气流速，单位为米每秒（m/s）。

活性炭吸附定型有机废气，适宜的吸附温度为40 ℃～70 ℃，废气流速0.30 m/s～0.50 m/s，活性炭装填高度600 mm的阻力一般为550 Pa～1 200 Pa。在动态运行情况下，活性炭对定型有机废气（甲苯、二甲苯等苯系物）的饱和吸附容量在0.10 g/g～0.24 g/g。

吸附饱和的活性炭脱附时，采用热空气脱附比较经济。徐胜男等对活性炭脱附进行了热空气吹脱实验研究，认为脱附温度为180℃、脱附空气流速0.106 m/s、脱附时间40 min。实际工程应用过程中，当有机废气浓度满足装置对爆炸极限的要求时，宜采用热空气脱附。脱附温度过过高易引起活性炭氧化。因此，适宜的脱附温度应低于120℃。再生时空塔流速一般为0.10 m/s～0.15 m/s。

活性炭吸附有机废气接近饱和后引入热空气对活性炭进行再生，脱附下的高浓度有机废气进入催化床进行催化氧化分解。

2.2 催化氧化装置

如果废气中VOCs的浓度较低（低于1 000 mg/m3），氧化反应放出的热量不能维持催化剂床层的温度达到起燃温度以上，这时需要从外部施加一定的热量， 其量的大小与废气中VOCs的浓度和种类有关。当废气中VOCs浓度低于100 mg/m3时，通过吸附一催化燃烧技术处理超低浓度的VOCs废气。通过吸附剂将VOCs浓缩、富集，脱附后获得浓度较高的VOCs后再进行催化燃烧，因此可以处理低于100 mg/m3的VOCs废气。

针对定型有机废气中的二甲苯、苯、甲苯等污染物，催化氧化装置所使用的催化剂起燃温度低于320 ℃。VOCs浓度

1 000 mg/m3～3 000 mg/m3，浓缩有机废气量1 000 Nm3/h～2 000 Nm3/h，催化剂装填量70 L～100 L，使用温度300 ℃～380 ℃，设计空速不大于30 000h-1。

2.3 吸附再生及催化氧化组合工艺流程

在主风机出口引入活性炭裝置和催化氧化装置（图3）。活性炭装置设置2套，互为备用，当一套活性炭装置吸附饱和后，将废气切换到另一套活性炭装置。饱和的活性炭装置进入活性炭再生，脱附的有机物引入催化氧化装置分解成水和二氧化碳。经催化氧化装置处理后的废气再回至定型废气换热器回收余热。

2.4 新增主要设备

主要设备见表3。

2.5 处理效果

根据实测，经过吸附再生及催化氧化组合系统，有机废气污染物检测结果见表4。

3 结语

该文所提出的纺织印染定型机有机废气净化处理技术工艺，即在原定型有机废气湿式静电处理系统的基础上进行技术改造，新增加了活性炭吸附、再生处理和催化氧化装置系统，VOCs总的脱除效率达到95 %以上。通过现场实际检测颗粒物除效率为93.3 %和89.45 %，VOCs总的脱除效率为95.21 %和95.81 %。

参考文献

[1]高华生，陈和平，陈文春，等.定型机废热回收与烟气净化工业应用[C]//第六届全国染整机电装备暨资源综合利用新技术研讨会论《纺织染整能源资源利用及有机废气治理培训班论文集》，宁波大学环境工程系，2015.

[2]栾志强，王喜芹，郝郑平，等.有机废气治理行业2017年发展综述[J].中国环保产业，2018（6）：13.

[3]谢裕坛，金一中.活性炭固定床操作参数的优化[J].环境污染与防治，2002，24（5）：265-268.

[4]郭昊.活性炭吸附回收VOCs的过程研究与工程设计[D].北京：中国林业科学研究院，2014.

[5]徐胜男，羌宁，裴冰，等.活性炭处理甲苯气体吸附再生实验研究[J].环境污染与防治，2007，29（12）：57-63.

[6]吴永文，李忠.VOCs污染控制技术与吸附催化材料[J].离子交换与吸附，2003，19（1）：88-95.

[7]杨裔，狄彦，强陈，等.吸附催化协同技术去除室内低浓度VOCs探讨[C]//第七届国际绿色建筑与建筑节能大会论文集，中国建筑科学研究院中国建筑技术集团有限公司，2003（1）：88-95.