聚丙烯酸酯压敏胶工业废气治理探讨

2014-12-24夏兰生柴国锦

石油化工应用 2014年8期

郭娟，夏兰生，柴国锦

（中石化宁波工程有限公司环保室，浙江宁波 315103）

1 聚丙烯酸酯压敏胶工业废气治理现状

聚丙烯酸酯压敏胶在人们日常生活中使用广泛，主要通过丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸等单体共聚制得。聚合过程由于反应放热，部分物质会挥发出来。在各种以压敏胶为原料的产品制造中一些工序也会产生物质的挥发，如压敏胶带生产中涂布工序由于加热操作会产生较大量的物质挥发。对挥发物质若不收集处理而直接排放到大气中会造成环境污染。我国早期的压敏胶生产企业基本没有对废气进行收集治理，随着我国环保要求的日趋严格，近几年一些企业采用活性炭吸附法处理制胶废气，据了解废气处理效果不太稳定，尤其趋近活性炭寿命期处理效率较低，不能达到污染物相关排放标准。本文以国内某压敏胶带生产企业为背景，对工艺废气治理进行探讨。

2 压敏胶带工业污染源及治理情况

2.1 污染源及治理情况

压敏胶带的生产分两个步骤。第一步丙烯酸丁酯和丙烯酸等单体聚合生产压敏胶。第二步涂布（以薄膜为基材）、分切、包装生产压敏胶带。

乳化釜、反应釜在加料及聚合反应过程中有丙烯酸丁酯和丙烯酸挥发。挥发物料经冷凝器（冷凝效率70 %）冷凝后冷凝液进入反应釜，不凝气经管道排出，在排气管上部设集气罩，收集气体去活性碳吸附塔处理并最终通过高排气筒排入大气。涂布机上部设密闭烘干通道，对薄膜上的胶水进行加热烘干，烘干过程有较大量的丙烯酸丁酯、丙烯酸挥发。烘干通道内设有风机和排气通道，烘干废气经收集后去活性碳吸附塔处理并最终通过高排气筒排入大气。通过调查，在活性炭吸附塔处理前期由于活性炭活性高处理效率（90 %）比较高，后期活性下降处理效率（50 %）随之降低。生产过程废气产生及不同处理阶段排放情况（见表1）。

表1 生产过程废气产生及不同处理阶段排放情况

2.2 活性炭吸附法处理此类废气缺点分析

2.2.1 处理效率降低原因分析当活性炭达到吸附饱和时需进行吸附剂的再生，采用高温水蒸汽或热气流再生法，脱附气体混合物入锅炉燃烧。每一次再生过程吸附质会有一些残留，通过不断的累积会造成吸附剂的劣化现象。这种劣化现象会降低吸附剂的吸附容量，缩短使用寿命，降低处理效率，当劣化程度超过设计值时应考虑更换部分或全部吸附剂。根据相关文献可知，丙烯酸丁酯和丙烯酸在活性炭上难以再生[1]，主要原因是活性炭对这两种有机物的吸附力很强，则再生时很困难，因此更加重并提前了活性炭的劣化现象。在活性炭劣化现象出现以后，若没有及时补充或更换活性炭，则污染物的处理效率会下降进而影响达标排放。

活性炭的使用周期一般1～2 年，对于劣化现象严重的情况使用寿命将大大缩短，这将极大增加活性炭的更换费用。往往多数企业出于费用的考虑不会及时更换，因此造成污染物达标排放的不稳定性。活性炭的再生操作一般都采用高温水蒸汽或热气流作为脱附介质，对脱附气体还要进行后续处理，因此对外界支撑条件要求较高且操作比较麻烦。

2.2.2 活性炭吸附法其它缺点分析《吸附法工业有机废气治理工程技术规范》（HJ2026-2013）中要求进吸附塔废气温度宜小于40 ℃。压敏胶制品生产流程涂布工序产生较高温度废气（＞100 ℃），因此需对干燥废气进行冷凝降温，增加了能耗。因为干燥废气中有机物料的含量不高，企业一般不考虑对其冷凝回收，因此干燥废气常以较高的温度进入吸附塔。活性炭有效吸附温度为5～50 ℃，主要进行物理吸附，温度过高时已吸附的物质会部分脱附影响吸附效率。活性炭的燃点一般不超过200 ℃，若干燥废气温度较高可能发生活性炭的自燃。

综上分析，对于聚丙烯酸酯系压敏胶产品生产企业采用活性炭吸附处理方法处理工艺废气从环保达标性、经济性、安全性方面是不适宜的。

3 对新方法H2O2-Fenton 吸收氧化法的推荐

压敏胶工业生产中的废气主要为丙烯酸酯类和丙烯酸，属于有机废气污染。对于有机废气的处理目前有多种方法，除活性碳吸附法外常见的还有液体吸收法、催化燃烧法、生物处理法等技术。一般在浓度高、气量小、废气温度又高的情况下，可采用催化燃烧的方法；中等浓度的有机废气可采用吸收净化方法；对低浓度的有机废气可采用吸附净化或生物净化法。聚丙烯酸酯系压敏胶产品生产过程工艺废气一般有机物浓度不高、气量不大，且丙烯酸易溶于水。根据废气特点综合考虑，推荐采用一种新吸收处理方法H2O2-Fenton 吸收氧化法。对吸收法而言最重要的是对吸收剂的选择。

3.1 吸收剂及处理剂的选择

H2O2具有很强的氧化性，可将丙烯酸酯类氧化为丙烯酸等小分子有机酸，而丙烯酸易溶于水，因此可选用30 %浓度H2O2溶液作为废气的吸收剂。

来自吸收塔的吸收浓液可采用Fenton 试剂作为处理剂对转化到浓液中的有机物进行氧化处理。Fenton 试剂即为H2O2与亚铁离子的混合溶液，其中Fe2+主要是作为同质催化剂，H2O2在Fe2+的催化作用下产生具有极强的氧化能力的·OH，对于水溶性高分子（聚乙烯醇、聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺）和水溶性乙烯化合物（丙烯腈、丙烯酸、丙烯酸酯类），·OH 可加成到C=C 键上，使双键断裂，然后将其氧化为CO2，COD 的去除率较高可达到95 %[2]。

3.2 处理工艺流程简述

压敏胶产品生产过程产生的工艺废气经收集后依此进入一级、二级喷淋吸收塔，以30 %H2O2溶液为吸收剂，采用逆流流程进行吸收处理。经两级吸收塔处理后尾气通过高排气筒排入大气。塔底吸收液排入中间罐，再用泵返回到塔顶循环使用。定期从吸收液中间罐排出一部分浓液，要定期向系统补充新鲜的H2O2溶液。系统排出的浓液进入Fenton 氧化池，在酸性条件下Fenton 氧化性更强，因此向池中加入H2SO4溶液将pH 值调到约3，浓液中有机物被氧化后大部分转化为CO2排入大气，此反应可在常温下进行。氧化废水排入中和池，用NaOH 溶液中和酸后废水可排放或作为地面冲洗水回用。若附近有焚烧炉或锅炉时，推荐将浓液直接入炉焚烧，这样既经济环保又操作简便。废气及浓液处理流程（见图1）。