化工企業涉VOCs及惡臭廢氣治理實例分析

丁亞運

(南通江山農藥化工股份有限公司,江蘇 南通 226017)

黨的二十大提出,要堅持綠水青山就是金山銀山的理念,全方位、全地域、全過程加強生態環境保護。對于國內的化工企業而言,涉VOCs廢氣的治理,除了使用RTO、催化氧化等熱解工藝外,仍大量采用活性炭處理低濃度的VOCs廢氣[1-3]。根據研究,活性炭對有機廢氣及惡臭氣體有較好的吸附效果[4,5],但也存在大量不規范使用的情況。隨著《省生態環境廳關于深入開展涉VOCs治理重點工作核查的通知》(蘇環辦〔2022〕218號)的發布,活性炭吸附裝置在設計風量、設備質量、氣體流速、活性炭質量及填充料都有了詳細的要求。為此,作者針對一化工企業合成車間的廢氣收集處置實際案例,提出相應的廢氣收集及處理工藝,以供其他化工企業參考。

1 車間廢氣概況

某化工企業合成車間生產農藥中間體,使用二氯乙烷、甲苯作為合成反應的溶劑,合成車間涉及硫化、成鹽、縮合、胺化和精制等工段。該車間使用原料復雜,溶劑易揮發,且使用的原料中間體及合成的產品均含有一種特征性的惡臭氣味。車間涉及的化工工藝包括催化合成、負壓精餾、壓濾、干燥等,廢氣收集難度較大,無法做到從進料、反應、轉料至最終包裝的全密閉。其中,固體原料投料、產品成鹽及精制時的固液分離工段產生的惡臭氣味最大,需要進行改造,改善車間工作環境。

2 車間廢氣收集

根據車間的廢氣產生情況,可分為有組織高濃度VOCs廢氣和無組織低濃度惡臭廢氣。有組織高濃度VOCs廢氣為合成及精餾工段產生,將反應釜、投料高位槽、冷凝器、接收罐等工藝設備的放空管密閉收集匯總即可。無組織低濃度惡臭廢氣集中在反應開始的固體投料階段和最后的精制壓濾階段,由于該產品使用的原料及最終產品均有一種嗅閾值極低的特征性惡臭氣味,僅采用普通的集氣罩作局部廢氣收集,效果有限。據該企業反映,車間正常生產時周邊惡臭氣味十分明顯。為此,企業采用了兩種不同的方式進行針對性的改造。

首先,固體原料原先采用包裝袋包裝,打開反應釜人孔進行投料,投料時產生的異味較大。企業特別設計了固體投料箱,要求原料生產廠家使用該投料箱進行裝料和運輸。該固體投料箱底部為錐體出料口,設有專用的密閉閥門及對接口。投料時將投料箱吊裝至反應釜上面,與進料口密閉對接后開啟出料閥門,固體物料可在密閉條件下投入反應釜。投料箱上設有氣體接口,可通入壓縮空氣將物料全部吹掃至反應釜內。其次,企業原先采用板框壓濾機進行固液分離,產品及母液均有特征性惡臭。為此,企業進行了工藝改造,采用三合一壓濾干燥機,壓濾干燥均在設備內操作,廢氣可全部收集至管道內。最后為了保證產品包裝時異味不散發,固體出料時直接進入密閉螺旋輸送機,將產品轉移至車間內一處密閉卸料包裝間。該卸料間進行了密閉化改造,設有通風換氣管道。

3 廢氣處理工藝設計

3.1 廢氣處理工藝簡介

常用的有機廢氣及惡臭廢氣處理方法有物理法、化學法、生物法等,如表1所示。

表1 各廢氣處理方法比較Tab. 1 Comparation of waste gas treatment process

化工企業產生的廢氣成分復雜、處理難度大,需要根據廢氣的組分、濃度、風量、持續性等因素,綜合考慮處理成本和處理效果,找到最經濟的處理方法。

3.2 廢氣處理工藝設計

3.2.1 高濃度VOCs廢氣

針對高濃度VOCs廢氣,在廢氣收集末端設置了一套二級深冷裝置,通過冷凝法進行預處理,回收絕大部分二氯乙烷和甲苯。

根據安托因方程,計算出兩種溶劑在不同溫度下的飽和蒸汽壓,可以計算出理論條件下的最佳冷凝溫度和冷凝效率(如表2所示)。

表2 物質在不同溫度下的安托因計算數值及冷凝效率Tab. 2 Antoine calculation values and condensation efficiency of substances at different temperatures

從表2可見,甲苯在-10 ℃,二氯乙烷在-25 ℃時,冷凝效率比較經濟。

經冷凝預處理后的廢氣,經檢測,非甲烷總烴濃度在1 200～1 500 mg·m-3之間,風量約為1 500 m3。企業選擇將該車間工藝尾氣和其他車間的工藝尾氣合并后,送入尾氣終端的RTO裝置內高溫焚燒處置。

3.2.2 低濃度惡臭廢氣

經氣體采樣檢測,該車間低濃度惡臭廢氣中,VOCs濃度不高,僅為惡臭氣體,采用高溫氧化等工藝經濟性不高,因此采用水洗+UV光解+活性炭吸附方式進行處理。

參照《省生態環境廳關于深入開展涉VOCs治理重點工作核查的通知》(蘇環辦〔2022〕218號)中對活性炭吸附工藝參數的要求,經過活性炭吸附工藝計算,設計了相應的顆粒活性炭吸附箱(如圖1所示),具體計算參數如表3所示。

圖1 顆粒活性炭吸附箱外形示意圖Fig. 1 Outline dimensions of particle activated carbon adsorption box

表3 顆粒活性炭吸附計算結果Tab. 3 Calculation results of adsorption of granular activated carbon

理論計算下,廢氣進氣濃度在80 mg·m-3時,活性炭吸附周期最大為135 h。企業實際日常廢氣平均濃度在20～30 mg·m-3,活性炭的更換周期為15～20天。采用UV光解+活性炭吸附的組合方式,能有效處理惡臭氣體。經檢測,車間廢氣排氣筒出口臭氣濃度滿足規范要求。

4 結論

對于化工企業,活性炭吸附對低濃度廢氣的處理仍然有一定的應用價值,企業可根據情況進行選擇應用。隨著蘇環辦〔2022〕218號文件的出臺,企業在使用活性炭處理廢氣時應重點關注活性炭吸附裝置的設計以及更換使用,使活性炭吸附裝置滿足江蘇省生態環境廳出臺的《活性炭吸附裝置入戶核查基本要求》。

化工企業尤其是農藥、醫藥生產企業,因生產工藝、使用原料繁雜,涉VOCs廢氣及惡臭廢氣的收集和處理需要慎重選擇。希望本研究內容可以為化工企業處理工藝廢氣提供另一種思路,即通過合理的廢氣分類收集及預處理,運用活性炭吸附工藝,經濟合理地處理特定情況下的工藝廢氣。