聚丙烯酰胺干燥尾气治理的探索与研究
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摘 要：本文介绍了中石油大庆炼化公司聚丙烯酰胺装置运用喷淋吸附法对聚丙烯酰胺干燥尾气进行的一次探索与研究。针对尾气的特点，采用了几种治理方法来对比试验，从而探索出了干燥器尾气的成分组成和分离方向，为下一步综合治理提供了详细准确的试验数据和现场操作经验，为以后干燥尾气的综合治理指明了方向，达到了尾气综合治理探索和研究的目的。
关键词：聚丙烯酰胺 干燥尾气 治理
一、干燥尾气概述
聚丙烯酰胺是全球使用量最大、应用最为广泛的合成类水溶性高分子化合物。在国内作为三次采油的驱油剂，被大量的应用于石油开采行业。大庆炼化公司具有年产15万吨聚丙烯酰胺的能力，切实保障了大庆油田的持续稳产并创造了良好的经济效益。但聚丙烯酰胺生产过程中排放出大量有害气体，对周边的环境造成了一定影响。其尾气主要在后水解及干燥过程中产生。在干燥过程中，干燥器用热风来干燥，干燥后大量水汽、后水解过程中溶于胶粒中的氨气（约占20%）、细小的聚丙烯酰胺颗粒和造粒工序加入的研磨油通过干燥器排气风机排出。干燥尾气中含有聚丙烯酰胺胶粒、研磨油、氨气以及大量水蒸气。每条生产线干燥尾气风量达到135000Nm3/h，剩余的20%以下的氨气在总排放量中的浓度已经远远低于了国家排放标准，已经没有回收意义。所以治理干燥尾气中所含的聚丙烯酰胺、研磨油和水为本研究主要目的。
二、工艺路线的研究与选择
由于干燥尾气中含有研磨油，所以按含油废气来考虑治理路线。国内外针对含油废气的处理工艺主要有：生物法、焚烧法、吸附回收等。
生物法对小气量、低浓度的含油废气处理效果较好，但其投资成本高，运行稳定性差，对来气成分、温度及气量的稳定性有较高要求，不适合干燥机尾气的处理。
焚烧法工艺处理量大，运行成本低，但运行效果较差，且对气体中含油浓度具有一定要求，含油浓度不能过低。对风量和聚丙烯酰胺含量也有一定的限制。
吸附回收法是通过载体的吸附作用将废气中的物质吸附到载体上或载体中，再通过其他手段将被吸附的物质从载体中分离出来，从而实现净化尾气和回收目的。该方法的其中一类是喷淋吸附，利用吸附填料或吸收液自身通过吸附、裹附、捕捉等方式实现去除聚丙烯酰胺，回收研磨油和水的目的。
本研究考虑到安全因素，结合炼化公司的实际情况，权衡经济成本等因素最终选用喷淋吸附的工艺方式。其原理为：用水作为吸附剂，废气中的聚丙烯酰胺胶粒易溶于水，生成均一乳液，该乳液能溶解一定量的研磨油，喷淋过程中，不断有研磨油溶入乳液中，当达到饱和时凝聚成油滴并漂浮在表面，形成油层。该方式可将废气中的聚丙烯酰胺和液态细小油滴淋洗吸附下来，回收方便，但对于分子态的研磨油组分处理效果较差。
三、研究的具体实施
本研究选择喷淋吸附的方式，用水吸收尾气中的聚丙烯酰胺、研磨油等成分形成乳状液，运用乳状液的喷淋、裹附等作用回收尾气中的研磨油。在运行过程中，通过不断的总结数据、现象，不断改进工艺措施，先后试验了单塔吸收、双塔吸收、冷却加双塔吸收等处理工艺。
1.单塔吸收试验及总结
单塔吸收试验的工艺原理是干燥尾气从下部进入填料吸收塔，通过循环泵将循环室中的吸收液连续输送至塔顶喷淋下来，与尾气进行逆向接触，吸附后的尾气由吸收塔顶部排出。
吸收塔对研磨油的吸收不是无限制的，当吸收液中的研磨油保持吸附-解析平衡时，应及时排出上层浮油并置换吸收液。单塔吸收对尾气中的聚丙烯酰胺去除效果明显，但对研磨油的去除效果不理想，同时吸收液挥发量过大，吸收液破乳难度大，工业应用困难。
2.双塔吸收试验及总结
为进一步验证吸收塔的可行性，采用两个吸收塔串联的方式进行吸收，并在两级塔末端增加一台引风机，以提高通过吸收塔的风速。总结如下：
2.1双塔串联运行起主要作用的为一级吸收塔，二级塔中吸收液油含量很小。因此，仅用一级吸收塔便可满足需要。
2.2仅用吸收塔去除尾气中的研磨油效果不明显，去除率不到10%。
3.冷却后进行双塔吸收
为减小吸收液挥发量，增加研磨油回收率，在两级塔之前增加冷却装置，采用冷冻盐水对干燥机尾气进行冷却，可将尾气温度冷却到30℃左右。
由于二级塔吸收液含油较少，且两级塔及冷却装置的运行使得风速降至2.8m/s。为了提高装置运行风速，因此停止二级吸收塔的运转，只运转冷却装置及一级吸收塔，风速升至6.0m/s左右。试验装置运转后，每小时约排出冷凝液8L左右，初期多为油水混合物，后期有明显油层出现。冷却装置进出气温差在10~12℃之间。
3.1冷却装置加双塔吸收总结
3.1.1经过冷却装置及一级吸收塔的处理，尾气中能够被乳液再次捕捉的研磨油量很少，冷却加双塔吸收与冷却加单塔吸收效果相差无几。
3.1.2尾气出口冷凝水较少，说明温度的降低能够减少尾气中的水气含量，从而减轻吸收塔吸收液挥发程度。
3.1.3冷却对尾气中研磨油的凝聚具有一定作用，每天能回收研磨油平均800mL，比不加冷却装置回收量增大很多。但仍有大量研磨油以气态形式进入大气，回收率仅为15.3%。
四、研究数据结果分析
通过本次试验运行，对运用喷淋吸附的方法回收去除尾气中的聚丙烯酰胺和研磨油进行了探索研究。结果发现该方法可以去除尾气中的聚丙烯酰胺，而回收的研磨油仅占理论值的15.3%，效果较差。根据对回收的研磨油进行馏分检测发现其馏分分布在280-290℃之间，绝大部分研磨油多以气态分子存在于尾气中。为了使研磨油中的轻质组分以细小液滴存在于尾气中，必须降低尾气的温度。实验证明，当运用冷冻盐水对尾气进行降温至30℃时，研磨油的去除率仍不明显，如果再继续降温，耗能非常大，也无法按照实际工况放大到工业应用中。
针对吸附液的破乳问题，也进行了各种破乳剂试验和研究。由于吸附液里面含有聚丙烯酰胺、研磨油、Span80等物质，溶液均一稳定，很难破乳。吸附液成分复杂，相互影响比较大，用SY-102也只能把油含量降低到100mg/L左右，达不到化工污水排放标准。
五、结论
本次试验研究是本公司对干燥尾气治理的一次探索性研究，所取得的经验及数据为以后干燥尾气治理指明了方向，提供了实际依据。首先，针对研磨油的回收应避免应用挥发性液态吸收液，寻找一种饱和蒸汽压较低，在当前工况条件下难以挥发的吸收液，且研磨油易溶于该吸收液同时分离简单；其次，若要回收气态的研磨油而非单纯的去除，同时避免大量的能源损耗，最佳的方法应是吸附，但吸附材料再生困难，吸附液破乳难度大，寻求一种吸附力强，解吸、再生、破乳简单的吸附材料成为研磨油吸附回收能否成功的关键。第三，吸附液破乳后，聚丙烯酰胺、研磨油、水破乳的分离和再利用至关重要。
综合以上几点，治理这部分尾气，工艺复杂，能耗特别大，投资也非常大，在治理的过程中，依旧存在环保处理难题和复杂的工艺问题，建议目前采取工艺控制措施，降低研磨油用量，尾气采取分区域高点排放，减少周边环境污染问题。