聚氯乙烯生产过程中大气污染物的产生及治理措施.pdf

聚氯乙烯生产过程中大气污染物的产生及治理措施 师莉娟 太原市环境科学研究设计院, 山西 030002 程芳琴 山西大学环境与资源学院, 太原 030006 摘要 通过对聚氯乙烯生产工艺的分析, 说明聚氯乙烯生产过程中主要污染物氯乙烯单体的产生部位和特点, 在此基 础上分析其治理措施情况, 最终提出高效、可行、且易操作的治理措施。 关键词 聚氯乙烯 污染物产生 影响 治理措施 1 概述 随着我国国民经济稳定快速的发展 ,聚氯乙烯树 脂 PVC 行业装置能力、产量、消费水平有较大增长, 我国聚氯乙烯树脂产量位居世界第三位 。 随着聚氯乙烯生产的扩大生产, 其生产过程中产 生的污染物氯乙烯单体对环境的污染程度也会随之加 剧。因此, 控制和治理污染已成为当务之急的大事。 2 聚氯乙烯生产过程中大气污染物的产生 目前 ,国内聚氯乙烯树脂生产工艺主要以乙烯氯 化法和电石法为主 。两种生产工艺在生产过程中除 原料的净化和氯乙烯合成工艺不同之外 ,氯乙烯的分 馏净化 、 聚合工艺是相同的 ,在此过程中均会产生含 有高浓度氯乙烯的分馏尾气产生, 以下通过氯乙烯的 净化分馏的工艺流程分析氯乙烯单体的产生及其 特点 。 2. 1 氯乙烯压缩分馏 来自氯乙烯合成工序的粗氯乙烯气体经过压缩 机加压及机后冷却除水 ,进入 2 台串联的全凝器, 使 大部分气体冷凝液化, 然后进入低沸塔进行分馏, 以 分馏氯乙烯液体中的低沸物, 低沸塔顶排出的分馏尾 气经尾气冷凝器进一步冷凝, 冷凝后的不凝气体主要 成分为乙炔及氯乙烯气体等, 其中氯乙烯的含量高达 67 500 mg Nm 3 ,物料在低沸塔中除去乙炔等低沸物 后,进入高沸塔进一步提纯,除去二氯乙烷等高沸物, 高纯度的氯乙烯气体由塔顶出来进入成品冷凝器 ,冷 凝为氯乙烯液态单体 ,进入单体槽作为聚合的原料。 工艺流程见图 1。 图 1 压缩分馏工艺流程图 2. 2 聚合工序 在聚合生产工序中, 产生氯乙烯废气的生产过程 为聚合、 浆料沉析、 离心、干燥 。 聚合后的料浆中含有大量的未聚合的氯乙烯单 体,从聚氯乙烯料浆中去除氯乙烯单体 , 通常采用沉 析的方法进行, 即进入沉析槽的聚氯乙烯料浆在加热 情况下用蒸汽吹动, 将未聚合的氯乙烯单体及微量低 分子聚氯乙烯吹出, 吹出气体中主要成分为氯乙烯单 体,这些气体经压缩冷凝后回收至氯乙烯单体贮槽回 用。将沉析初步脱除氯乙烯单体后的浆料 氯乙烯单 体的含量约为 2 10 -3 ～ 3 10 -3 送入卧式螺旋卸料 离心机进行离心脱水 ,离心过程中产生的尾气中氯乙 烯单体的浓度约为16 140 mg Nm 3 , 脱水后的湿聚氯乙 烯由螺旋给料机送入气流干燥器,湿聚氯乙烯在气流 干燥器内被蒸汽加热了的热空气吹入旋风干燥器 ,干 燥后的聚氯乙烯和热空气一起进入旋风分离器,在旋 风分离器内进行气固分离 ,由旋风分离器顶部分离出 的热空气中 ,氯乙烯单体的浓度约为 815 mg Nm 3 , 聚 氯乙烯从分离器底部进入振动筛,过筛后进入料仓包 装,工艺流程见图 2。 图 2 聚氯乙烯浆料沉析、离心、干燥工艺 3 聚氯乙烯生产过程中大气污染物的治理措施 由以上分析可知 ,聚氯乙烯生产过程中主要的大 气污染物氯乙烯单体, 主要来自低沸塔分馏尾气, 且 产生的废气中氯乙烯单体浓度之高 ,毒性和危害性之 46 环 境 工 程 2005年 6 月第23 卷第3 期 大,是非常惊人的,因此, 对其采取高效可行的治理措 施是非常必要的 。 3. 1 现有聚氯乙烯生产过程中 ,低沸塔分馏尾气治 理措施 我国现有聚氯乙烯生产过程中治理含氯乙烯废 气,均采用活性炭变温吸附的方法, 但由于管理水平 的差异,各生产厂家的处理效果却不相同。 活性炭变湿吸附的方法是利用活性炭吸附和解 吸的原理 ,即利用活性炭对氯乙烯分子的吸附能力, 将其从废气中去除 ,吸附时采用低温盐水冷凝吸附; 活性炭吸附饱和后再利用 0. 7 MPa 蒸汽解吸蒸汽进 行加温脱吸再生 ,温度维持80～ 95 ℃, 脱吸后含氯乙 烯的气体 ,由真空泵抽真空达到 95 kPa ,维持 30 min, 真空泵抽出的氯乙烯进入气柜 ,返回生产系统重新利 用。处理过程包括吸附、解吸、干燥、吹风 、置换等工 艺过程, 其工艺流程一般采用 4 台吸附器交替进行, 保证 3 台吸附器串联吸附, 吸附效率可达 99,确保 低沸塔分馏尾气的达标排放, 其工艺流程见图 3。 图 3 低沸塔分馏尾气吸附工艺流程图 以上工艺过程分析表明, 活性炭吸附分馏尾气中 氯乙烯的过程是一个连续的过程, 排放尾气中氯乙烯 浓度及处理效率均由吸附器切换频率来决定 ,切换频 率过低,则可能会出现超标排放,切换频率过高,则氯 乙烯回收成本过高 ,经济效益下降, 因此应将国家规 定的氯乙烯排放标准 , 做为切换控制浓度。大气污 染物综合排放标准中规定 ,现在装置氯乙烯排放标 准为 65 mg Nm 3 ; 新、 扩 、改建项目氯乙烯排放标准为 36 mg Nm 3 。可见, 活性炭吸附治理分馏尾气中氯乙 烯单体的方法是比较有效的治理措施, 但在运行过程 中对操作和管理水平的要求比较高 ,对工艺条件如温 度、 压力等控制要求比较严格, 如果出现过高或过低 都会影响处理效率 ,另外 ,吸附和再生的切换如果控 制不当,也会影响废气中氯乙烯的浓度 。如果管理不 善或操作不当, 可能会造成成本过高或超标排放, 达 不到理想的处理效果 。 3. 2 聚氯乙烯生产低沸塔分馏尾气治理的改进措施 目前, 国内聚氯乙烯生产过程中 , 低沸塔分馏尾 气治理措施 ,均为活性炭变温吸附的方法 ,即在活性 炭的吸附和再生过程中不是同温吸附再生,而是低温 吸收,高温再生, 在此过程中 , 由于吸附塔温度的变 化,使得在处理过程中的能量消耗比较大 ,且由于吸 附温度的控制不符合要求, 会影响吸附效果 ,从而造 成氯乙烯超标排放 ,同时对管理水平的要求较高, 因 此,为了克服变温吸附的不足, 建议采用变压吸附的 方法进行, 一方面可降低能源消耗, 便于操作 ,提高氯 乙烯的处理效率 。 其工艺流程为氯乙烯分馏尾气在 0. 52 MPa、 - 15 ℃ 下进入变压吸附装置 , 首先与净化后的气体 及真空泵出口的气体进行热交换,然后进入吸附器及 一系列程控阀门组成的变压吸附净化系统,经过净化 系统后分馏尾气中的氯乙烯、乙炔等吸附能力较强的 组分被吸附剂吸附, 在吸附器出口端输出净化后的气 体 输出压力为 0. 45～ 0. 5 MPa、温度为 40 ℃, 其中, C2H2的浓 度低 于 150 mg Nm 3 、C2H3Cl 浓 度低 于 36 mg Nm 3 ,一部分作为净化器输出 , 另一部分返回 到吸附器内作为冲洗气; 被吸附的氯乙烯和乙炔等气 体在逆放和抽空阶段解吸出来 ,作为产品气输出 输 出压力为 0. 02～ 0. 04 MPa、温度为40 ℃ 其中 C2H2为 16、 C2H3Cl 为 55 ,产品输出气返回系统 。 吸附器在不同时间依次经历吸附、 均降压 、 顺放、 逆放 、 抽空 、 抽空冲洗 、 均压升和最终升压等过程。工 艺流程见图 4。 图 4 氯乙烯分馏尾气等压吸附工艺流程简图 经过以上分析可知, 该处理工艺用于聚氯乙烯生 产低沸塔尾气的处理, 可克服变温吸附能耗高、再生 难、 难管理的弊端,且处理效果可达到要求。据调查, 目前某聚氯乙烯生产企业已将低沸塔尾气的处理设 备由变温吸附改造为变压吸附 ,改造后净化气中氯乙 烯的含量仅为 4 10 - 6 ～ 5 10 -6 , 乙炔含量基本为 零,运行效果较好 。因此 ,建议对聚氯乙烯生产行业 47 环 境 工 程 2005年 6 月第23 卷第3 期 中低沸塔的尾气处理措施进行改造 ,由变温吸附工艺 改造为变压吸附 ,在聚氯乙烯生产规模不断扩大的同 时使其对环境的污染程度减轻 。 4 结论与建议 1 聚氯乙烯树脂是我国重要的有机合成材料。 广泛用于工业、建筑、农业、日用生活 、 包装、电力、公 用事业等领域。随着国民经济的发展, 其需求量也不 断地增加, 聚氯乙烯树脂的生产规模将逐步扩大, 其 生产工艺也将不断的进行改进 ,与此同时也应加大生 产过程中的污染物的治理力度 ,减少对环境的污染 。 2 不论是采用石油法和电石法生产聚氯乙烯树 脂,其生产过程中, 均会产生含有高浓度氯乙烯单体 的分馏废气 ,氯乙烯单体为 Ⅰ级危险毒物 ,强致癌物 质。如果采取的治理措施处理效率达不到要求,导致 分馏废气的超标排放, 对环境和人体会造成较大的 影响 。 3 目前 ,我国现有聚氯乙烯生产过程中治理含 高浓度氯乙烯单体的分馏尾气 ,均采用活性炭变温吸 附的方法; 从多年来的运行情况来看, 这种方法对操 作和管理水平的要求比较高, 对工艺条件如温度、压 力等控制要求也比较严格 ,如果出现过高或过低都会 影响处理效率, 且能耗较高。 4 采用活性炭变压吸附处理聚氯乙烯生产过程 中低沸塔尾气的方法是目前较为理想的处理措施 ,建 议对目前的变温吸附方法进行改造 ,以保证在聚氯乙 烯生产规模在扩大的同时 ,不增加甚至减少对环境的 污染 。 作者通讯处 师莉娟 030002 太原市桃园三巷 93 号 太原市环境 科学研究设计院 2004 -10 -10 收稿 上接第 45页 参考文献 1 岑超平. 线路板生产废气的治理. 环境科学与技术, 2001. 7 24～ 26. 2 郑亚南主编. 如何通过ISO14001认证. 北京 学苑出版社,2000. 3 田森林, 宁平. 有机废气治理技术及其新进展. 环境科学动态, 2000. 1 23～ 28. 4 杨显万等. 生物法净化低浓度挥发性有机废气研究. 中国工程科 学, 2001. 3 9 64～ 68. 5 毛国柱, 闻见平等. 生物法净化有机废气研究进展. 现代化工, 2002. 第22 卷增刊 70～ 72. 6 赵毅, 李守信主编. 有害气体控制工程. 北京 化学工业出版社, 2001. 8 142～ 144. 7 P . 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It was indicated that desulfurization of condensing fluegaswas intensified by fog lye. Keywords Ca OH 2slurry droplet, condensing flue -gas, desulfurization and spray PURIFICATION OF ORGANIC WASTE GAS FROM THE WIRE PRINTED DISTRICT OF PRINTED CIRCUIT BOARD PLANTLi Shanhong et al 43 Abstract The flowchart of the intermittent fixed be active carbon adsorption for purification of the organic waste gas was selected in accordance with the organic waste gas pollution problems from the wire printed district of the printed circuit board plant. Through the calculation ability of the causing cold and quantitites of the adsorption. some parameters of the activated carbon adsorption are designed, such as the gas velocity of the empty tower was about 0. 6 m s, the activated carbon is coconut. The activated carbon adsorption bed was designed as double story with drawers. After the adsorption bed purification, practical monitor testified the efficient of the benzene. toluene andxylene purifiedto 81. 59, 83. 50, 85. 43 by adsorption. The waste activated carbon was accumulated and desorption. The recycle organic products were mixed into the diesel oil to be used as fuel of motors. Keywords organic waste gas, production of printed criculit board, activated carbon adsorption and purification ATION OF ATMOSPHERIC POLLUTANTS DURING PRODUCTION OF POLYVINYL CHLORIDE AND TREATMENT MEASURESShi Lijuan et al 46 Abstract It is explained that the production position and features of vinyl chloride monomer during the production of polyvinyl chloride PVCby analyzing the manufacturing process of PVC. Based on which its treatment conditions are also analyzed, and finally high -efficient and feasible controlling measures are proposed. Keywords PVC, production of pollutant, influence and control measures APPLICATION OF AMMONIA PROCESS FLUE GAS DESULPHURIZATION TO COAL -FIRED BOILERZhou Jianhong et al 49 Abstract Taking the project of 75 t h pulverised coal combustion boiler as an example, this paper discusses the application of ammonia processflue gas desulphurization to the coal -fired boiler. The result shows that, with the desulphurization unit is put into operation, average desulphurization effect in the system has reached 95. 92percent, and sulfur dioxide content in the flue gas from the boiler has been reduced to less than 135 mg per cubic meter, which is far lower than the specified limits. This paper also discussed operating index, treatment effect and existing problems. Keywords desulfurization by ammonia process, FGD, coal-fired boiler and sulfur dioxide DESIGN PRINCIPLE OF MODERN SOLID WASTE LANDFILL SITE AND ITS APPLICATION Wang Yanming et al 51 Abstract The design principle of modern landfilling site is summarized herein. An example project called Shanghai Laogang Landfill Site Phase -Ⅳis referred to show the detailed application of the theory. Keywords modern landfilling, design principle, constructing by stages, developing plan, high dimension and double anti-seepaging layer STUDIES ANDTECHNICAL DESIGNS OF ON -SITE TREATMENT OF NIGHSOIL AND KITCHEN GARBAGEChen Zhulei et al 54 Abstract This paper offers a suitof disposal techniques at source of the night soiland kitchen garbage. A pilot -scale system. whichwasused to dealwith the night soil and kitichen garbage from one unit of a residential building for simulationwas designed according to the data of lab-scale trials. The system comprises vacuum collection, anaerobic digestion of solids, composting of digestive sludge and anaerobic -aerobic disposal of mixed sewage. Its handling capacity was0. 2 t d. The night soil and kitchengarbage can be collected at source and disposed at locale, synchronously, the bacterial fertilizer and methane can be produced through the system. Keywords night soil, kitchen garbage, vacuum collection and anaerobic digestion STUDY ONTECHNOLOGY OF OPTIMIZAITONTREATMENT OF LIVING RUBBISHES IN CITIES AND TOWNSLiu Dayi et al 57 Abstract The present situation of technology of treating living rubbish is synopsized, the technology of optimization treatment of living rubbish is put forward, and comparedwith the present technology. The engineering example indicates that the new technology has high efficency of treatment, it isworth popularizing. Keywords cities and towns, living rubbish and optimization treatment technology STUDY ONDETERMINING CONCENTRATIONOF TOTALVOLATILE ORGANICCOMPOUND IN 4 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 23,No. 3, Jun. , 2005