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口罩生产关键环节—环氧乙烷(EO)灭菌工序的废气排放及常见治理方法

2020-03-06 15:17:58 东莞市中仁环保科技有限公司 阅读

新冠肺炎疫情发生以来,口罩瞬间成为需求最为迫切的防疫物资。如果疫情期间全面复工,国内口罩日需求量或将达到5亿只左右;据国家发改委3月2日发布消息称,我国口罩日产能产量连续快速增长,双双突破1亿只。

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(中国生产口罩的速度算是很快的,仅需0.5秒/只;图片来源网络)

国内已有三万家企业转型生产口罩等防护品,近3000家企业增产转产口罩据企查查专业版数据显示,自2020年1月1日至2月28日,经营范围涉及医疗器械、口罩等防护用品企业增速可观,全国范围内医疗器械企业新增量超3万家,消毒产品次之。其中,有2957家新增企业经营范围涉及口罩生产业务。

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众所周知,我们常见的口罩有普通棉布口罩、一次性医用口罩、医用外科口罩、N95型口罩……,其中一次性医用口罩、医用外科口罩可以在一定程度上预防呼吸道感染,无法防霾;N95型口罩能有效预防呼吸道感染,可以防霾;普通棉布口罩由于材质本身不够致密,无法起到预防感染目的。

下面据公开资料给大家梳理汇总口罩生产的主要工序流程及主要产排污环节、以及主要污染物(环氧乙烷)尾气处理常用的治理方法,仅供参考!

一、生产工艺流程

1、一次性口罩生产工艺流程无纺布、熔喷布合并→压合→鼻梁条线贴合→切边层叠→裁断→补边压合→热压固定挂耳绳→灭菌→解析(EO灭菌)→成品

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2、熔喷布生产工艺流程聚丙烯→热熔→拉丝→聚合成网→驻极处理→成品

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熔喷法非织造布生产流程

此外,工信部也表示,口罩生产原料主要是高熔指纤维聚丙烯,国内产能比较充足,2019年国内产量约90万吨,一吨可生产一次性外科口罩90万-100万副,生产N95医用防护口罩20万-25万副。聚丙烯纤维:聚丙烯纤维是以丙烯聚合得到的等规聚丙烯为原料纺制而成的合成纤维,在我国的商品名为丙纶。(有机化学中聚丙烯的结构简式如下)

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二、污染物排放环节

一次性口罩生产过程中污染物排放较大的环节主要为解析(EO灭菌)过程,产生环氧乙烷。

三、医用防护口罩主要生产设备

1、医用口罩生产流程及设备医用口罩以结构形式主要分为:平式和杯式

①平式口罩生产工序:

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②杯式口罩生产工序:

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医用防护口罩的生产一般是全自动或者半自动设备。半自动的设备包括口罩成型机、口罩压合机、口罩切边机、鼻梁条线贴合机、耳带点焊机;全自动设备包括全自动平面口罩机、全自动折叠口罩机等,费用较高但省时高效。
2、环氧乙烷(EO)灭菌工序生产无菌医用口罩,涉及到灭菌工序。目前绝大部分企业选择的是环氧乙烷(EO)灭菌设备。

环氧乙烷灭菌的口罩需要进行解析。因为环氧乙烷灭菌后,口罩上会有环氧乙烷残留,而环氧乙烷是一种有毒的致癌物质,长期吸入环氧乙烷,不但刺激呼吸道,还会有致癌可能性。长期少量接触,可见有神经衰弱综合征和植物神经功能紊乱。因此,经环氧乙烷灭菌的医用口罩,必须经过解析释放口罩上残留的环氧乙烷,经检测合格才能出厂上市。经过验证的环氧乙烷解析时间约为7-15天,可确保口罩中残留的环氧乙烷含量低于10ug/g的安全标准。 
另外,环氧乙烷灭菌的口罩应选用透气的内包装材料。否则环氧乙烷难以穿透,难以达到灭菌效果。还有医用绷带、缝线、手术器具以及一些不耐受高温消毒的物品,都能用环氧乙烷来消毒的。此外,现在高档医用防护口罩的消毒环节很多采用辐射消毒,主要利用电离辐射杀灭致病微生物的能力,对一次性医疗用品进行消毒处理,它优于加热法和环氧乙烷化学消毒法,是辐射加工中非常成熟的灭菌方法。

四、有关环氧乙烷

环氧乙烷:是一种有机化合物,化学式是C2H4O,分子量44.052,自燃点571℃,熔点-112.2℃,闪点-29℃,沸点10.8℃。外观为无色气体,是一种有毒的致癌物质,以前被用来制造杀菌剂。环氧乙烷易燃易爆,不易长途运输,因此有强烈的地域性。被广泛地应用于洗涤,制药,印染等行业。在化工相关产业可作为清洁剂的起始剂。

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五、常用的环氧乙尾气处理方法

5.1 直接燃烧法

利用燃气或燃油等辅助燃料燃烧。将环氧乙烷与燃烧原料混合的气体加热,使环氧乙烷在高温作用下可分解成为CO2、H2O等无毒物质。

优点:工艺简单。缺点:具有爆炸的危险。在进行燃烧处理时,必须控制环氧乙烷的浓度。对安全技术、操作要求较高。

5.2吸收法

吸收法一般采用物理吸收,即将环氧乙烷废气引入吸收液中进行净化,待吸收液饱和后经加热、解析、冷凝、回收。

优点:适用于气量较大、浓度低、温度低的气体。缺点:需要配置加热解析回收装置,设备体积-般较大、投资较高。且环氧乙烷性质活泼,吸收液比较难取。

5.3催化燃烧法

环氧乙烷废气被加热经催化燃烧成CO2、H2O等无毒物质。

优点:起燃温度低、节能、净化率较高、操作也较为简便。缺点:占地面积、设备投资较大。

5.4 吸附法

由于活性炭非极性吸附剂,而环氧乙烷是非极性有机化合物,所以环氧乙烷容易被活性炭吸附。

优点:设备简单、投资小。缺点:活性炭相对更换频繁,增加了危废处理量。

5.5吸附-催化燃烧法

采用吸附材料(活性炭)吸附,在接近饱和后引入热空气进行脱附、解析,脱附后环氧乙烷废气引入催化燃烧床燃烧,将其彻底净化,热气体可以在系统中循环使用。

优点:减少了危废产生,降低能耗。缺点:占地面积、设备投资较大。

5.6常压催化水合法

酸性条件反应过程:以环氧乙烷水溶液加入0.5~1.0%稀硫酸作为催化剂,在50~70℃反应温度,9.8~19.6kPa的反应压力条件下反应30分钟,水合反应生成乙二醇(EG)。反应产物用碱液中和,经蒸发提炼,可得到80%浓度的EG,再经过精馏塔浓缩,可以得到98%以上的EG。也可以在碱性或中性条件下,按照SN2反应机理,进行水合。

优点:常压,催化剂价格较低。缺点:无机酸催化剂会导致碳钢设备腐蚀,无机碱催化剂会产生一些副产物。

5.7 直接水合法

直接水合法也称环氧乙烷加压水合法。将水和环氧乙烷以摩尔比为22: 1 的溶液,在管式反应器中,在150~200℃,15~ 2.5MPa的条件下反应20分钟,直接液相水合制得EG,同时会产生副产物二乙二醇(Diethylene Glycol, 简称DEG),三乙二醇(Triethylene Glycol, 简称TEG)和多乙二醉。反应得到的EG稀溶液通过热交换器冷却后进入膨胀器,在膨胀器中将巴豆醛,乙醛等易挥发组分吹出,液体流入贮槽,再通过泵送去提炼蒸发,经蒸发后的液体进入第一蒸馏塔,真空蒸馏脱除水分,塔项粗EG进入第二蒸馏塔,塔顶得到纯EG,塔底成分再进入填料塔得到各种组分。

优点:转化率高。缺点:副产物增加,同时乙二醇中的水分增加。能耗高。

5.8 催化水合法

均相催化水合法以及非均相催化水合法。均相催化是催化剂与反应物同处于一均匀物相中的催化作用。有液相和气相均相催化。液态酸碱催化剂,可溶性过渡金属化合物催化剂和碘、一氧化氮等气态分子催化剂的催化属于这一类。均相催化剂的活性中心比较均一,选择性较高,副反应少,易用于光谱、波谱、同位素示踪等方法来研究催化剂的作用,反应动力学一般不复杂。均相催化水合法和非均相催化水合法均需采用合适的催化剂。

优点:副反应少,能耗低。缺点:催化剂难以分离、回收和再生。

最后还是要提醒大家,注意防护,戴口罩、勤洗手、常通风、不聚餐、少出门、不传谣、不恐慌,早日战胜疫情!

来源:VOCs前沿



标签:   口罩生产 环氧乙烷废气处理