錢芳 劉德啟 陽科

（1蘇州大學(xué)材料與化學(xué)化工學(xué)部，江蘇 蘇州 215006）（2索爾維（張家港）精細(xì)化工有限公司，江蘇 蘇州 215613）

各類化工企業(yè)排放的廢氣引起的環(huán)境問題和擾民現(xiàn)象日益突出，受到社會各界的廣泛關(guān)注。針對生產(chǎn)過程排放的有組織廢氣污染的治理技術(shù)有多種，如水洗，酸洗，活性炭吸附[1]，沸石轉(zhuǎn)輪吸附[2]及焚燒處理等。但對于生產(chǎn)過程，如投料、放料、產(chǎn)品純化與脫水及物料分裝、廢水收集處理以及危廢暫存等環(huán)節(jié)產(chǎn)生的無組織廢氣沒有得到有效的收集與處理，這可能是導(dǎo)致生產(chǎn)過程廢氣異味擾民的癥結(jié)所在。

1 無組織排放廢氣源項排查與廢氣收集

1.1 VOCs源項排查

本企業(yè)主要從事叔胺系列、脂肪胺系列、脂肪聚醚系列、季銨鹽系列、瓜爾膠系列、高壓系列、甲胺及其衍生物系列等產(chǎn)品生產(chǎn)，公司的合成工藝廢氣均得到了良好的處理[3]，而源于上述的生產(chǎn)過程無組織廢氣沒有得到有效的收集與管理。公司大部分產(chǎn)品的生產(chǎn)屬于間歇式操作，工廠生產(chǎn)裝置較多，無組織尾氣產(chǎn)生與排放的分散在各個生產(chǎn)裝置的操作上，形成了點多面廣的無組織尾氣。經(jīng)過統(tǒng)計歸納，可以分為以下幾類：原料儲罐，中間體儲罐，產(chǎn)品儲罐的呼吸閥排氣，這部分尾氣與儲罐的裝卸料操作有關(guān)；桶裝原料，這部分尾氣在打開桶的過程會有物料的揮發(fā)擴(kuò)散，或者袋裝固體原料在拆袋熔化過程，其中的小分子擴(kuò)散到大氣中，如脂肪酸（C8-C22）和脂肪醇（C8-C22）。產(chǎn)品桶包裝、生產(chǎn)的廢棄殘渣桶包裝等操作，都會有物料與大氣接觸，造成揮發(fā)性VOCs或者臭味擴(kuò)散。生產(chǎn)車間的污水溝，污水池等無組織尾氣的擴(kuò)散。

1.2 無組織廢氣收集、廢氣量及廢氣組分特征

針對產(chǎn)生無組織廢氣較頻繁且排放量較大的工序，在設(shè)備上方設(shè)置集風(fēng)裝置，將廢氣進(jìn)行收集，減少操作人員減少接觸廢氣，最終“有毒轉(zhuǎn)無毒”，“無組織”轉(zhuǎn)“有組織”進(jìn)行收集后集中處理。在實際工程設(shè)計時為了保障無組織廢氣被完全收集，在設(shè)計收集氣量時需要考慮放大收集能力。

本企業(yè)的無組織廢氣排放點多、面廣，經(jīng)公司VOCs的源項排查LDAR的統(tǒng)計結(jié)果，無組織廢氣排放量平均值為13219m3/h，排放濃度平均值1912mg/m3，年排放量為182t，占企業(yè)VOCs排放量的80.0%。

公司生產(chǎn)過程產(chǎn)生的無組織廢氣主要組分包括：一甲胺、二甲胺、三甲胺，脂肪腈、丙烯腈、甲醇、乙醇、異丙醇、環(huán)己酮、氯甲烷、環(huán)氧乙烷等有機(jī)物，以及NH3等無機(jī)污染物或惡臭污染物，尾氣成分的嗅覺值很低。其中，主要污染物為二甲胺，脂肪腈，脂肪胺，異丙醇等，占50%以上，是公司無組織排放的主要污染物。雖然各組分的分散濃度不高，但長期暴露在這樣的環(huán)境中會危害健康，如導(dǎo)致使人體體質(zhì)下降，精神不振，引起呼吸系統(tǒng)病癥[4]，必須得到有效地收集及凈化。

2 無組織廢氣處理技術(shù)篩選與工藝優(yōu)化

2.1 無組織廢氣處理技術(shù)篩選

根據(jù)公司無組織廢氣的排放點，考慮到主要廢氣組分理化性質(zhì)的差異，如采用活性炭吸附，在一定溫度下難以實現(xiàn)對收集廢氣中所有的組分有效吸附[5]；采用焚燒處理工藝具有廢氣適用面廣，對各種有機(jī)組分均能有效處理?，F(xiàn)有工業(yè)化運行的焚燒技術(shù)常見的有蓄熱式氧化裝置(RTO),蓄熱式催化氧化裝置（RCO），催化氧化裝置（CTO）。蓄熱式燃燒氧化裝置RTO，尾氣通過≥760℃高溫燃燒，利用陶瓷蓄熱床換熱器回收熱量，熱回收效率可達(dá)95%以上。三室RTO或者旋轉(zhuǎn)式RTO可以達(dá)到98%以上。適應(yīng)性強(qiáng)，處理風(fēng)量、組成和濃度的彈性很大，熱效率高，凈化效率高，維護(hù)量少、操作安全可靠。但會產(chǎn)生NOx，需根據(jù)情況配置后處理。

根據(jù)本企業(yè)尾氣成分為胺類物質(zhì)，排放的廢氣中具有含氮化合物，其所占比例參見表2。顯然，不管是高溫焚燒或是催化氧化處理過程均會產(chǎn)生NOx，不解決該問題，則會造成二次污染。無組織廢氣實際產(chǎn)生量13219.0 Nm3/h，1912.5 mg/Nm3（可燃組分折算為二甲胺計含氮廢氣所占比例），其中含氮廢氣濃度321.4 mg/Nm3。

2.2 無組織廢氣處理工藝優(yōu)化

根據(jù)RTO、RCO及CTO技術(shù)產(chǎn)生尾氣可能帶來二次的污染成分，如煙塵、氮氧化物、二氧化硫、氯化氫等,以酸性氣體為主要特征。針對含氮有機(jī)廢氣的焚燒，在后續(xù)配置脫硝技術(shù)可最終得到凈化，如采用煙氣脫硝技術(shù)SNCR（Selective Non-Catalytic Reduction），SCR（Selective Catalytic Reduction），SNCR/SCR混合技術(shù)等，或采用氧化，堿洗中和等工藝進(jìn)行凈化處理。

根據(jù)對檢測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計，本企業(yè)無組織尾氣中含氮尾氣約占50%，SNCR按照50%的效率估算，最終NOx排放濃度在109.58mg/以下，因此采用SNCR即可滿足達(dá)標(biāo)要求。所以優(yōu)化的無組織廢氣的處理工藝為RTO焚燒+SNCR脫硝處理工藝。前者的燃燒能夠充分處置復(fù)雜的氣體組分，較高的熱氧化溫度能夠?qū)⑺形矚庋趸癁槎趸?，水和氮氧化合物；后者SNCR裝置對氮氧化合物進(jìn)行還原處理后，即可以實現(xiàn)凈化目的。系統(tǒng)的運行方式為：每天24小時運行，年運行時間與工廠運行相同，設(shè)計采用年運行時間7200小時。工藝系統(tǒng)的凈化原理參見圖1。

圖1 公司無組織廢氣RTO-SNCR組合處理工藝示意圖

RTO尾氣焚燒是一種高效的尾氣處理方式，其原理是將尾氣中的各種有機(jī)和無機(jī)廢氣經(jīng)過一定溫度的熱氧化反應(yīng)，變成二氧化碳和水以及其它小分子的氣體，本企業(yè)尾氣中含有氮元素，焚燒后的尾氣中含有氮氧化合物，一般經(jīng)過三室RTO焚燒后的尾氣，處理效率達(dá)到98%以上，處理后VOCs排放濃度將低于16.85mg/m3。

SNCR脫硝原理是通過氨或者尿素的還原性，將尾氣中的氮氧化合物還原為氮氣，從而達(dá)到減少氮氧化合物濃度，達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。

氨4NO+4NH3+O2 → 4N2+6H2O（800～1050℃）

尿素2NO+(NH2)2CO+1/2O2→2N2+2H2O+CO2（850～1100℃）

2.3 工程設(shè)計與運行評估

工藝設(shè)計參數(shù)按照現(xiàn)有無組織尾氣的評估結(jié)果，無組織廢氣的設(shè)計處理能力為30000Nm3/h；按照VOCs濃度及其燃燒產(chǎn)生熱量可以估算助燃?xì)怏w需要天然氣輔助能耗，同時進(jìn)一步估算NOx的產(chǎn)生量及脫硝所需尿素的添加量，為廢氣焚燒系統(tǒng)及SNCR處理系統(tǒng)設(shè)計的數(shù)據(jù)依據(jù)。由此，估算了無組織廢氣收集及處理項目的直接投資費用為600萬，年運行費用最大為100萬。

3 結(jié)語

通過以上的分析介紹和理論推算，無組織排放的廢氣在選用蓄熱氧化裝置RTO配套SNCR脫硝裝置，可以有效的去除VOCs，效率達(dá)到98%以上，計算排放濃度小于16.85mg/m3，并能保證NOx排放小于109.58mg/Nm3。但從投資和運行仍是一筆不小的費用。因此，綜合考慮化工企業(yè)的尾氣回收，廢氣焚燒，整合工廠的能源利用，如工廠的導(dǎo)熱油爐等進(jìn)行整合，對尾氣進(jìn)行凈化處理，既能減少建設(shè)投資，節(jié)省建設(shè)用地，又能降低運行費用，仍是值得研究的課題。另外，無組織尾氣在污水溝以及設(shè)備、管道連接處仍存在泄漏，在管道檢修時也可能會有部分殘留，此部分氣體也會造成環(huán)境污染，同時可能對員工造成傷害。對此企業(yè)應(yīng)推行LDAR技術(shù)，從源頭控制和減少VOCs泄漏，對易泄漏點進(jìn)行定期檢測并及時修復(fù)，強(qiáng)化VOCs的泄漏監(jiān)管，防范管道排放和散逸排放。

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