大孔樹脂吸附處理鹵代烴廢氣

熊明瑜，滕富華，繆孝平，章家棟

（1.嘉興市環境科學研究所有限公司，浙江 嘉興 314100； 2.浙江省環境保護科學設計研究院，杭州 310007）

1 引言

據環境保護部印發的《“十三五”揮發性有機物污染防治工作方案》，揮發性有機物（VOCs）是指參與大氣光化學反應的有機化合物，包括非甲烷烴類（烷烴、烯烴、炔烴、芳香烴等）、含氧有機物（醛、酮、醇、醚等）、含氯有機物、含氮有機物、含硫有機物等，是形成臭氧（O3）和細微顆粒物（PM2.5）污染的重要前體物。

鹵代烴類VOCs是VOCs中一個或多個氫原子被鹵院子取代而生成的化合物，可分為飽和鹵代烴、不飽和鹵代烴和芳香族鹵代烴。鹵代烴急性中毒可引起神經系統、心、肺、肝、腎等多系統多臟器損害，甚至引起猝死，會產生嚴重的健康危害[1、2]。為減少鹵代烴廢氣的排放，企業在廢氣收集后，需尋求一種高效的處理技術進行處理。

目前，針對VOCs的末端處理技術很多，有吸收、低溫等離子[3]、光催化[4]、生物凈化、吸附[5]、催化氧化、鍋爐熱力焚燒[6]、蓄熱式熱氧化（RTO）[7]等技術。鹵代烴廢氣一般具有水溶性低、生化性差、氧化和焚燒過程易產生二次污染等特點，因此吸附法是目前相對最合適的鹵代烴廢氣處理技術，常規吸附法一般采用活性炭或活性碳纖維作為吸附劑，活性炭比表面積相對較小，脫附性能較差，回收溶劑品質一般，且活性炭表面帶有催化功能，易導致鹵代烴少量分解產生酸性物質；活性碳纖維吸附容量較高，但易被氧化。

大孔樹脂具有良好的吸附性能，具有吸附容量大、易再生、選擇性好、耐酸堿、回收溶劑品質好等優點，之前常用于廢水中有機物的吸附處理，目前正逐步用于VOCs廢氣的處理。本文討論將大孔樹脂用于對氯苯類鹵代烴的吸附回收處理，可取得良好的環境效益和社會效益。

2 工程設計

2.1 項目概況

浙江某精細化工中間體生產企業，建有氯苯項目，在生產過程中會產生無機和VOCs類混合廢氣，無機類成分包括Cl2、HCl等，有機類VOCs廢氣包括苯、氯苯和二氯苯等。

該企業目前已對車間產生的廢氣進行了收集，由于廢氣中含有腐蝕性酸性廢氣，因此先采用堿吸收對廢氣進行預處理，再選擇除VOCs技術進行處理?？紤]廢氣成分復雜具有酸堿性，企業采用大孔樹脂吸附回收其中的VOCs類物質，并委托浙江省環境監測中心監測后驗證其處理效果。

2.2 設計條件

氯苯廢氣產生的環節主要是在氯化反應、閃蒸、精餾等工序，設計收集總風量為2000m3/h。企業生產過程中，苯和氯苯的產生濃度較高，波動較大，濃度可達到1000～10,000mg/m3， 并存在一定的Cl2和HCl。

2.3 工藝設計

下圖為氯苯車間氯化反應產生的高濃度HCl廢氣（含Cl2）先采用三級降膜水吸收，副產鹽酸，以去除絕大部分HCl和少部分Cl2；然后與其他工序產生的低濃度HCl廢氣合并，采用兩級堿吸收處理繼續除去HCl和Cl2，最后采用大孔樹脂吸附處理，吸附苯、氯苯類，最后經15米排氣筒排放。

廢氣處理工藝流程圖

氯苯廢氣樹脂吸附裝置，配置樹脂吸附罐2臺（1用1備），1個吸附罐處于吸附狀態，另1個吸附罐脫附再生或備用狀態，通過PLC自動控制2個吸附罐的自動切換。

吸附材料采用XDA-1B型大孔吸附樹脂，帶有弱極性基團吸附劑，企業采用蒸氣對吸附樹脂進行再生，冷凝后獲得苯、氯苯類和水的混合物，經分離后回收苯和氯苯類，廢水在廢水站進行處理，不會產生二次污染。吸附罐主要設計參數見表1。

表1 吸附罐主要設計參數

2.4 工程特點

（1）考慮化工廢氣成分的復雜性，對廢氣分類進行收集，酸性廢氣濃度高的廢氣預先進行預處理，再與酸性濃度低的廢氣混合后進行處理。

（2）在廢氣進入吸附罐前，仍需盡量除去酸性氣體，減輕廢氣對設備的腐蝕，延長設備的使用壽命。

（3）設計吸附罐的空罐氣速不高于 0.3m/s，吸附床層高度約0.6m，以盡可能提高廢氣處理效率，確保VOCs廢氣達標排放。

（4）廢氣的鹵代烴可采用水蒸汽進行脫附，含水混合物可通過分層進行回收。如用來吸附胺類等堿性有機物，也可采用70%的硫酸進行再生。

3 運行效果

該化工企業按設計要求建成本套廢氣處理設施，經過一段時間調試運行后，企業委托浙江省環境監測中心于2017年對廢氣處理設施進行了監測。VOCs類的監測數據見表2，監測結果表明，特征污染因子的平均凈化效率大部分都在99%以上，排放濃度達到《大氣污染物綜合排放標準》（GB16297-1996）中新污染源二級標準。

表2 VOCs類監測值

4 經濟指標

預處理+堿吸收+吸附系統的總投資費用約40萬元，總裝機容量為11.2kW，運行功率為8.2kW，按70%的運行效率、0.7元/kW·h的電價計，則每日產生的電費為96.4元/d。消耗30%的液堿約40kg/d，按1000元/t的液堿價格，每日消耗的液堿費用為40元。70%稀硫酸消耗較少，僅按日消耗10kg、200元/t的稀硫酸價格，每日消耗的稀硫酸費用為2元。按年運行300天計，總運行費用約為4.15萬元/a。

5 結論

（1）大孔樹脂吸附適用于處理中高濃度的鹵代烴廢氣，具有很好的凈化效率，特征污染因子的平均凈化效率一般可達到99%以上，使處理后的廢氣達標排放，是一種值得推廣的化工廢氣末端處理設備。

（2）運行過程中，大孔樹脂脫附操作簡單，蒸氣消耗適中，運行費用較低。

[1] 張維森，江朝強，劉麗芬.鹵代烴類有機溶劑理化特性及其職業危害防護[J].中華勞動衛生職業病雜志，2010，28（10）：792-794.

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[5] 紀利俊，應衛勇，朱家文，等.活性炭固定床上氯苯氣體的吸附過程[J].華東理工大學學報（自然科學版），2006，32（9）：1021-1024.

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