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光催化技術(shù)處理丁腈橡膠廢氣的中試研究

文檔作者：成飛龍，張彤，藺有雄文檔來源：中國石油天然氣股份有限公司蘭州石化分公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時間： 2022年04月11日
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★ 石油化工安全環(huán)保技術(shù)★
2017年第33卷第1期PETROCHEMICAL SAFETY AND ENVIRONMENTAL PROTECTION TECHNOLOGY
光催化技術(shù)處理丁腈橡膠廢氣的中試研究
成飛龍，張彤，藺有雄
(中國石油天然氣股份有限公司蘭州石化分公司，甘肅蘭州730060)
摘要：根據(jù)丁腈橡膠裝置產(chǎn)生廢氣流量大、濃度低的特點(diǎn)，通過對主要廢氣處理技術(shù)
進(jìn)行分析對比認(rèn)定，光催化技術(shù)更適合處理丁腈橡膠廢氣。通過開展中試試驗發(fā)現(xiàn)光催化入
口溫度、光催化入口水含量、紫外光照強(qiáng)度以及廢氣中的雜質(zhì)是影響處理效果的關(guān)鍵影響因
素。處理后的廢氣中丙烯腈濃度降至0．5 mg／m3以下，達(dá)到GB 31571．2015對丙烯腈排放限值
的要求，可為下一步工業(yè)化應(yīng)用提供設(shè)計依據(jù)。
關(guān)鍵詞：干燥廢氣丙烯腈光催化影響因素
2015年國家環(huán)保部會同國家質(zhì)檢總局發(fā)布了
新的《石油化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB
31571-2015)，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定外排廢氣中特征污染物
丙烯腈排放限值≤0．5 mg／m列¨。蘭州石化公司
年產(chǎn)5萬t丁腈橡膠裝置采用乳液聚合生產(chǎn)丁腈
橡膠，通過熱空氣將膠團(tuán)殘留的丙烯腈和水分干
燥后排放。該廢氣中丙烯腈含量最大值為
23．4 mg／m3，最小值為0．5 mg／m3，平均值為
4．06 mg／m’，無法滿足新標(biāo)準(zhǔn)的要求。
1 廢氣處理技術(shù)路線選擇
目前國內(nèi)外用于異味惡臭的廢氣處理有多種
技術(shù)，其中常用的技術(shù)為燃燒法、氧化法、吸收
法"J、吸附法、生物法pj、光催化法M3、等離子
體法等。其中吸收法的凈化效率不高，消耗吸收
劑，易形成二次污染；低溫等離子體法的適用范
圍廣、凈化效率高，但一次性投資較高；生物法
的占地面積大，填料需定期更換，脫臭過程不易
控制，運(yùn)行一段時間后容易出現(xiàn)問題，對疏水性
和難生物降解的物質(zhì)處理還存在較大難度口o；催
化燃燒法對廢氣中特征污染物的去除率高，流程
簡單，但要求廢氣中的非甲烷烴含量大于
1 000 mg／130_3，否則經(jīng)濟(jì)運(yùn)行成本高[6j；光催化
技術(shù)適用于大流量、低濃度有機(jī)廢氣的處理，光
催化氧化法能耗小，效益高，且不會產(chǎn)生二次污
染，是一種處理有機(jī)廢氣的較為優(yōu)異的方法¨1。
通過對以上廢氣處理技術(shù)從處理效果、運(yùn)行成
本、安全性、操控性等方面的綜合考慮，認(rèn)定采
用光催化技術(shù)處理丁腈橡膠干燥廢氣處理。因此
選用光催化技術(shù)在5萬噸／年丁腈橡膠裝置進(jìn)行中
試試驗，驗證技術(shù)的可行性。
2 中試試驗
2．1實驗原理
當(dāng)TiO：受到小于387．5 tim的紫外光照射后，
電子由價帶被激發(fā)到導(dǎo)帶，使價帶產(chǎn)生空穴
(h+)，由此產(chǎn)生的h+會將OH一和H：O分子氧化
成羥基自由基(OH·)，產(chǎn)生的e將表面O：還原生
成O一，，經(jīng)過一系列的反應(yīng)可產(chǎn)生羥基自由基捧o。
羥基自由基能夠?qū)U氣中的有機(jī)揮發(fā)物在2～3秒
內(nèi)分解為CO：和H：0等無害物質(zhì)。催化機(jī)理見
圖1。
2．2中試試驗裝備
本次中試試驗設(shè)備主要有預(yù)噴淋降溫冷卻
器、堿式氧化洗滌塔、光催化氧化反應(yīng)器、多元
多相反應(yīng)器、排風(fēng)機(jī)、電控柜等。試驗期間需要
配置5％的堿液，用于堿式氧化洗滌塔清洗廢氣。
收稿日期：2016—12—10。
作者簡介：成飛龍，男，2004年畢業(yè)于西北大學(xué)化
學(xué)工程與工藝，碩士，現(xiàn)主要從事石化企業(yè)環(huán)保管
理工作，巳發(fā)表論文13篇，工程師。電話：0931—
7988065，E—mail：chengfeilong@petrochina．con．cn
萬方數(shù)據(jù)
耋i—————————上蘭型堡絲型塑生!——————蘭墮簦旦麴
2．3工藝流程設(shè)計
中試試驗裝置的設(shè)計處理能力為1 000 m3／h，
來自5萬t／a丁腈橡膠裝置的干燥廢氣首先進(jìn)入
預(yù)噴淋降溫冷卻器將廢氣溫度冷卻到40℃以下，
經(jīng)堿式氧化洗滌塔除去廢氣中的雜質(zhì)，再經(jīng)除霧
器脫除游離水之后進(jìn)入光催化氧化反應(yīng)器和多元多
相反應(yīng)器徹底去除廢氣中的丙烯腈。最后經(jīng)引風(fēng)機(jī)
排放至大氣。試驗工藝流程示意圖如圖2所示。
鎏龔筵凳
T藝廢氣||||：藿霎裟凈‘荔氣
圖2工藝流程示意
2．4中試實驗條件
中試試驗二『：藝條件如表l所示：
表1 中試試驗工藝條件
工藝條件控制范吲
氧氧化鈉溶液／峨300
堿液循環(huán)量／(n11·h“) 20
十燥廢氣入口溫度／℃ 65～75
光催化入口溫度／℃ ≤4()
處理量／(Nm3·11“) ≤l 000
入口廢氣丙烯腈含量／(mg·III。) ≤10
m口廢氣丙烯腈含量／(n'tg．i11。) ≤0．5
2．5試驗過程
從丁腈橡膠裝置干燥廢氣排放煙囪取樣口
(DN80)將干燥廢氣引入中試試驗裝置；結(jié)合實
驗分析結(jié)果通過調(diào)整引風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)，逐步將中試
裝置的處理量從400 m3／h提高到1 500 m3／h。由
于試驗過程中分析丁腈橡膠裝置干燥廢氣中丙烯
腈濃度最高為5．7 mg／m3，與設(shè)計的丙烯腈含量
(廢氣中丙烯腈濃度≤10 mdm3)還有一定差距，
因此將丁腈裝置凝聚單元擠壓機(jī)排放的較高濃度
廢氣引入試驗裝置，使處理前廢氣中丙烯腈濃度
控制在9．2～22．8 mg／m3范圍，繼續(xù)考察中試裝
置對丙烯腈的處理效果。
2．6試驗數(shù)據(jù)及分析
本次試驗對不同濃度、不同流量的廢氣進(jìn)行
了處理，并對處理前后廢氣中的丙烯腈含量進(jìn)行
了檢測分析。2016年6月27日一2016年7月1
日中試試驗期間試驗數(shù)據(jù)見表2。
表2 廢氣治理中試試驗監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計
入LJ質(zhì)節(jié)濃度／ 出口質(zhì)最濃度／
處理量／
序哆 (ntg·m一’) (mg·m一) 排放門異味
(Itt"’·h一1)
丙烯腈丙烯腈
l 400 4．2 ≤0．5 無異味
40() 3．9 ≤0．5 無異味
3 400 2．9 ≤0．5 無異味
4 800 2．6 ≤0．5 無異昧
) 800 1．9 ≤0．5 無異味
6 l 000 3 4 ≤O．5 無異昧
7 1 000 5．7 ≤O．5 尤異味
8 l 500 2．1 ≤0．5 無異味
9 400 2．1 ≤0 5 無異味
lO l 400 22．8 ≤0．5 無異昧
ll l 100 6．7 ≤0．5 無異味
2 lOO 13．2 ≤0 5 尤異味
13 lOO 9．2 ≤O．5 尤異味
從實驗數(shù)據(jù)可以看出：在入H廢氣中丙烯腈
含量1．2～22．8 mg／m3的情況下，處理后的丁腈
干燥廢氣中的丙烯腈含量完全能達(dá)到0．5 mg／m3
的排放限值要求。
3影響中試裝置處理效果因素分析
3．1廢氣中的雜質(zhì)
由于干燥廢氣中夾帶部分碎膠屑、焦油等雜
質(zhì)，廢氣的預(yù)處理過程若去除不徹底，會隨廢氣
進(jìn)入光催化反應(yīng)器，附著在紫外燈管及催化劑表
面，影響光催化反應(yīng)的正常進(jìn)行。
3．2光催化入口溫度
由于丁腈廢氣溫度在65～75℃，通過廢氣的
預(yù)冷卻器將廢氣溫度冷卻到40℃以下，當(dāng)廢氣進(jìn)
入光催化入口溫度超過該溫度，會對廢氣的處理
效果造成一定的影響。
(下轉(zhuǎn)第50頁)
新空氣
一
、節(jié)
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萬方數(shù)據(jù)
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3 結(jié)論
1)煉油裝置的脫硫劑、胺液等有機(jī)溶劑對下
游污水場的影響也很大，因此，為保證污水的達(dá)
標(biāo)排放，必須要做好氨氮的預(yù)警工作，提前
防范。
2)若氧化溝對氨氮降解能力偏低，常規(guī)方法
首先考慮溶解氧不足、磷營養(yǎng)不足、pH值、水
溫的影響。
3)常規(guī)污水處理場自身生化系統(tǒng)難以處理高
(上接第46頁)
3．3光催化入口廢氣水含量
廢氣經(jīng)堿式氧化洗滌塔處理后，若除霧器對
廢氣中的水分去除不徹底，夾帶的游離水會附著
在催化劑表面，影響催化劑的效果。
3．4紫外光照強(qiáng)度
光催化反應(yīng)器中紫外燈管布置的密集程度和
完好運(yùn)行率直接影響光照強(qiáng)度，光照強(qiáng)度越強(qiáng)，
對丙烯腈的分解速度越快，反之越慢。
4結(jié)論
1)采用光催化技術(shù)處理丁腈橡膠裝置干燥廢
氣，處理后的廢氣中丙烯腈含量可以達(dá)到0．5％
以下的新排放指標(biāo)的要求，證明了光催化技術(shù)用
于大排量、低濃度、高濕度丁腈橡膠廢氣處理在
技術(shù)上是可行的。
2)光催化中試處理裝置操作方便、設(shè)備運(yùn)行
安全可靠，運(yùn)行成本和投資相對較低。
3)光催化反應(yīng)器入口廢氣溫度、光催化反應(yīng)
器人口水含量、紫外光照強(qiáng)度以及廢氣中雜質(zhì)去
除效果是決定處理效果的關(guān)鍵影響因素，需要在
工業(yè)化應(yīng)用中加以關(guān)注和妥善解決。
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氨氮廢水時，投加高效的硝化菌種，不失為一種
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