適用于炭黑行業的高性能玻璃纖維覆膜濾料

王兆宇，張心華，許重陽

（安徽省績溪華林環保科技股份有限公司，安徽 績溪 242000）

引言

近年來，針對我國大氣污染狀況，有關部門出臺了系列環境保護政策，提出了實施深化大氣顆粒物污染控制，加強工業煙塵、粉塵的控制[1]。工業煙塵產生于各工業領域，炭黑就是其中一種黑色煙塵。

炭黑是一種重要的也是最穩定的化工產品，其具有獨特的物理性質，可用作橡膠的補強劑和填充劑，也被用作黑色顏料，是橡膠工業的原材料之一，也是一種應用較多的納米材料。袋式除塵器在其生產過程中不但具備除塵功能，更重要的也是收集產品的生產設備。由于其生產工藝和產品物理形態的特點，決定了這種袋式除塵器對主要部件過濾材料有高性能要求。本文論述了一種適用炭黑生產的脈沖除塵器用高性能過濾材料。

1 基本狀況

炭黑生產已有多年歷史，發展速度很快，目前世界炭黑產量預計已超過1000萬噸。我國汽車工業發展十分迅速，現已成為世界第一汽車生產大國，因此國內的橡膠工業（主要為輪胎）發展也很快，已成為世界炭黑生產大國。

我國炭黑工業生產采用的脈沖除塵器，其濾袋大多為玻璃纖維針刺氈和復合氈。針刺氈中纖維非連續態，表面主要為短纖維非均勻無序交錯狀分布（多維結構），對攔阻微細顆粒物效果較好，但是較之連續纖維機織物厚度大，運行一段時間后針刺氈內部截留塵粒，加之煙塵若含水、含油率高，則極易堵塞氣流通道，使運行阻力急劇升高，如運行3個月后運行阻力可高達1500～1800Pa，運行6個月后的運行阻力甚至達到2000Pa以上，致過濾失效。這種針刺結構不具備表面過濾功能，且表面粗糙，不利清灰，難以適應炭黑袋除塵器高性能要求。當然針刺覆膜材料，具備表面過濾功能，但由于針刺氈表面結構粗糙，不易與膜均勻貼合，加之覆膜工藝技術等問題，針刺氈基料與膜貼合不良，易造成局部脫膜或膜破裂，因而失效。所以國內炭黑行業原來使用的脈沖除塵器濾袋使用壽命往往在6個月左右[2、3]。

2 針對炭黑行業生產特性進行濾料產品研發

炭黑行業生產的炭黑目前大多為爐法炭黑，尤以油爐體為多。爐油炭黑是以氣態、液態烴或它們按一定比例的混合物為原料，在特殊爐內通入適量空氣在高溫下燃燒、裂解，生成含炭黑的煙氣后經冷卻，收集而成。炭黑生產溫度高達1250℃～1650℃，經急冷使煙氣降至700℃～950℃，終止反應。最后又再冷卻至200℃～290℃，進行炭黑收集。炭黑生產其煙氣具有如下特點：1）炭黑收集時煙氣溫度高，接近300℃；2）含水率高（主袋濾器為36%～40%，副袋濾器更高達70%～73%），且含油率高；3）煙氣固態顆粒含量高（主袋濾器達50～90g/m3）；4）煙氣中炭黑顆粒很少，炭黑粒子（無論原生粒子還是其聚熔體）嚴格上來講均具有較高的腐蝕性；5）炭黑煙氣中含有H2、CO等可燃性氣體，含有CO2、NOx、SO2等氣體，它們具有較高的腐蝕性；6）由于煙氣中的含水率高，并含有腐蝕性氣體，如SO2等，致使煙氣在濾袋內很易產生結露生成酸性露珠，不但易糊袋，且具有較強的腐蝕性[2、3]。

綜上所述，炭黑生產不但工藝特殊，而且煙氣成分復雜，加之炭黑產品形態及物理特性等，對袋式除塵器尤其對濾料的要求較高，普通高溫濾料很難滿足。

炭黑生產要求過濾材料結構均勻致密，透氣性良好、阻力小、淺灰效果好，材料必須耐高溫、耐腐蝕性良好，機械強度高，較高收集效率和較長使用壽命。國內反吹風袋濾器一般使用機織玻璃纖維濾料，脈沖袋濾器常使用針刺氈產品，如諾梅克斯（NOMEX）等化纖材質針刺氈，這種材料耐堿性較好，但耐酸性中等，耐溫性能只達180℃～220℃，所以這種材料用于炭黑生產并不理想，而且其為針刺氈結構也存在一些不足[2、3]。

根據炭黑生產特點及其對濾料的高要求，采用耐高溫、強度高、尺寸穩定性好，耐酸性良好，不吸水、表面光潔的玻璃纖維機織物覆膜材料。

（1）高強度方面

針對炭黑生產煙氣含量高，負荷大等特點，以及脈沖除塵器清灰方式要求濾料強度高等，采用無堿玻璃，并采用紡織增強型浸潤劑，確保玻纖原絲具有較高強度，并從表面化學處理技術、配方入手，以期提高基布強度。

（2）耐高溫性能

玻璃纖維本身就是一種耐高溫材料，但作為過濾材料必須進行表面化學處理。在基布表面涂覆一層材料，提高其過濾性能，力求涂覆配方不會降低其耐溫性能，確保基布能在260℃高溫下正常工作，可耐瞬時280℃高溫。

（3）提高防水拒油性能

嚴格講，玻璃纖維的防水、防油性能滿足不了炭黑生產要求，為此，采用特殊化學處理配方對基布進行表面化學處理，從而大大提高基布防水憎油性能，使其能滿足炭黑煙氣高含水、高含油特點。

（4）耐酸性能

對基布進行獨特的表面化學處理，使基布獲得良好耐酸性能，在85%強硫酸溶液、100℃溫度下浸30min，其強度保留率達75%以上，可滿足炭黑煙氣酸性要求。

（5）表面過濾性能

針刺氈結構形態的濾料在炭黑生產應用存在一些不足，故采用玻纖膨體紗機織材料作濾料基布，由于其纖維呈多維分布，利于攔截煙氣中固體微細顆粒，且透氣性和氣流阻力也優于非膨體機織布，但其尚不具備表面過濾功能[2、3]。針對炭黑納米級尺寸形態，我們在膨體紗機織布上覆合ePTFE。經多方面努力，在表面化學處理工藝、配方、設備以及基布織物結構上達到處理基布含膠量均勻、色澤均一、質地柔軟、帖服性良好，進而達到良好的覆膜質量。經國內外權威檢測機構測試，這種覆膜濾料對PM2.5過濾效率達99.999%，運行氣流阻力低，可長期穩定在600～1000Pa，利于炭黑穩定生產。

3 應用

玻纖膨體紗機織物覆合聚四氟乙烯微孔薄膜之高性能覆膜濾料，具備強度高、尺寸穩定性好、耐高溫、拒水憎油、運行阻力小、過濾效率高、壽命長（可達2年以上）等優勢，已在炭黑行業大量使用，社會效益、經濟效益良好，獲行業好評。

例如，國內某炭黑企業，新建一條生產線，主袋濾器（脈沖除塵器）作過濾材料。掛袋1320條。工況：入口煙氣溫度265℃，過濾風速0.5～0.6m/min，入口炭黑濃度20g/m3，脈沖清灰壓力0.3MPa。濾袋安裝運行一個月后，運行阻力達400～600Pa，經現場查看后，建議延長淺灰時間間隔，調整后運行阻力上升至600～800Pa，運行正常，炭黑收集效率高，排塵濃度低。經在線監測，粉塵排放濃度為3.54mg/Nm3，除塵效率達99.99%，使用壽命達24個月以上，用戶較滿意。