王新軍(東營海德新材料有限公司安全生產(chǎn)部，山東 東營 257400)

0 引言

揮發(fā)性有機(jī)物(Volatile Organic Compounds, VOCs)為：在一個(gè)大氣壓、25℃時(shí)，具有蒸汽壓大于0.1torr(mmHg)的有機(jī)物，而在一般環(huán)境中約存在數(shù)百種以上的VOCs有機(jī)物，而且具有不同的鏈的烷烴、烯烴、炔烴，帶有芳香官能基的芳香烴及少數(shù)多環(huán)芳烴(PAHs)、帶氧碳?xì)浠衔锶缤?、醛類和醇類，以及帶有鹵素原子(F、Cl、Br、I)的鹵代烴如氟氯碳化物(CFCs)、氯乙烯等。由于VOCs的成分復(fù)雜，其所表現(xiàn)出的毒性、刺激性、致癌作用和具有的特殊氣味能導(dǎo)致人體呈現(xiàn)種種不適反應(yīng)，并對人體健康造成較大的影響，因此，研究環(huán)境中VOCs的存在、來源、分布規(guī)律、遷移轉(zhuǎn)化及其對人體健康的影響一直受到人們的重視，并成為國內(nèi)外研究的焦點(diǎn)[1]。近年來在國家高度重視國計(jì)民生、安全生產(chǎn)問題中的污染物監(jiān)測治理這一重大趨勢的背景下，對大氣中臭氧前驅(qū)體——碳?xì)浠衔锟偭康谋O(jiān)測治理的要求越來越迫切。在不同地區(qū)，非甲烷總烴(TNMHC)的成分及之間的關(guān)系也不同，并且未知。因此，在很多國家甲烷/非甲烷總烴已列為重要的監(jiān)測指標(biāo)，大氣排放治理的重點(diǎn)內(nèi)容。丙烯酸丁酯產(chǎn)生的廢氣中主要含有丙烯酸、丙烯酸丁酯、正丁醇等非甲烷總烴等，排放至大氣中會(huì)通過呼吸或直接作用人體，對人們的皮膚、血液、心肺、肝臟、神經(jīng)、眼睛產(chǎn)生危害。根據(jù)現(xiàn)有工藝情況，本處理工藝設(shè)計(jì)廢氣量為12000m3/h，廢氣濃度最高為6000ppm，最低濃度為1000ppm。凈化后廢氣濃度低于60ppm排放。

1 設(shè)計(jì)參數(shù)、設(shè)計(jì)依據(jù)及排放標(biāo)準(zhǔn)

1.1 設(shè)計(jì)參數(shù)

廢氣量：12000m3/h；進(jìn)氣溫度：廢氣源溫度預(yù)計(jì)30℃；工作時(shí)間：24h/天；濃度： VOC濃度平均約3500ppm。

1.2 設(shè)計(jì)依據(jù)及排放標(biāo)準(zhǔn)

《中華人民共和國環(huán)境保護(hù)法》；《中華人名共和國大氣污染防治法》；GBZ 1—2010《工業(yè)企業(yè)設(shè)計(jì)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》；GB 16297—1996《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》；GB 12348—2008《工業(yè)企業(yè)廠界噪聲標(biāo)準(zhǔn)》；GB 20101—2006《有機(jī)廢氣凈化裝置安全規(guī)定》；GB 4735—1997《鋼制常壓壓力容器》；GB/T 50062—2008《電力裝置的繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》；GB/T 28564—2012《電工電子設(shè)備機(jī)柜模數(shù)化設(shè)計(jì)要求》；DB 37/2801.6—2019《揮發(fā)性有機(jī)物排放標(biāo)準(zhǔn)第6部分：有機(jī)化工行業(yè)》；其他相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范、施工規(guī)范及規(guī)程。

2 設(shè)計(jì)原則

嚴(yán)格遵守國家、省、市級環(huán)保法規(guī)，認(rèn)真執(zhí)行相關(guān)技術(shù)規(guī)范。選擇處理效果好、動(dòng)力消耗低、運(yùn)行穩(wěn)定、管理簡便的處理工藝。采用技術(shù)先進(jìn)、高效、節(jié)能、穩(wěn)定、易于操作維護(hù)的核心凈化設(shè)備。提高系統(tǒng)的自動(dòng)化控制水平，降低操作人員的管理難度和勞動(dòng)強(qiáng)度。工程的外觀設(shè)計(jì)與建筑主體以及周圍的環(huán)境相協(xié)調(diào)。環(huán)保設(shè)施的設(shè)計(jì)不得影響生產(chǎn)工藝的正常運(yùn)行。以節(jié)約投資和降低造價(jià)為出發(fā)點(diǎn)[2]，合理選用治理設(shè)備。因地制宜采用合理的收集和處理方案，在達(dá)到工程目標(biāo)的前提下，降低造價(jià)及運(yùn)營費(fèi)用[2]。

3 處理工藝

3.1 工藝選擇

目前對于氣態(tài)有機(jī)物污染物種類繁多，采用的治理的方法也有多種，常用的主要有：吸收法、吸附法、催化燃燒法、燃燒法、冷凝法等。這些方法在應(yīng)用中各有特點(diǎn)和利弊，需要根據(jù)污染程度、使用環(huán)境與條件來權(quán)衡。

由于廢氣中含有有機(jī)硫類化合物質(zhì)，會(huì)和催化劑表面貴金屬反應(yīng)，導(dǎo)致催化劑失效。且廢氣濃度高峰值和低峰值差距太大(高低濃度差+15000ppm)容易導(dǎo)致催化燃燒時(shí)因廢氣濃度過高而產(chǎn)生高溫，在過高的環(huán)境溫度下催化劑表面貴金屬成份極易被氧化流失，而導(dǎo)致催化劑使用壽命短，催化劑失效。同時(shí)由于濃度過高單位數(shù)量的催化劑不能充分分解完有機(jī)物。且在濃度不穩(wěn)定、濃度高低差別太大的情況下，容易在高溫條件下體積膨脹變化太大，故不宜采用催化燃燒工藝處理廢氣。

由于濃度高低相差大，采用TRO工藝處理時(shí)焚燒爐設(shè)計(jì)的燃燒室需較大，以防止突然增高的濃度導(dǎo)致燃燒氣體膨脹體積過大產(chǎn)生爆炸。該燃燒處理工藝因結(jié)合生產(chǎn)使用熱能以提高經(jīng)濟(jì)效益，而公司已經(jīng)有一套爐子為車間提供足夠熱源。再投入一套熱源設(shè)備消耗大量能源而產(chǎn)生熱能又無法利用對公司帶來太大負(fù)擔(dān)。固定投資成本大，運(yùn)行能耗高，熱量沒有進(jìn)行有效利用。

按廢氣成份中各分子穩(wěn)定性不同，采用針對性洗滌吸收氧化分解逐步凈化廢氣中的有機(jī)物。主要工段有，兩級噴淋吸收塔、活性炭棉吸附、活性炭填料雙氧水噴淋氧化。整個(gè)工藝對廢氣無特殊要求，運(yùn)行條件簡單。操作簡單自動(dòng)化操作。相比高溫?zé)崃Ψ贌绕渌に嚹芎牡徒档推髽I(yè)生產(chǎn)成本，且工藝運(yùn)行簡潔穩(wěn)定安全性強(qiáng)。綜合以上特點(diǎn)，我們采用第三種工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3.2 工藝原理、工藝流程圖及工藝特點(diǎn)

工藝原理：生產(chǎn)廢氣收集后進(jìn)入兩級噴淋吸收塔，經(jīng)噴淋堿液洗滌中和廢氣中的酸性組份。經(jīng)堿液多次洗滌后的廢氣進(jìn)入活性炭棉吸附器，該兩組吸附器用于吸附廢氣中的重組份。重組份在低速過程中聚集在活性炭棉中的活性炭纖維表面發(fā)生聚集凝聚被截留一部分。吸附后的廢氣再進(jìn)入活性炭填料雙氧水噴淋塔。廢氣在噴淋塔內(nèi)與噴淋的雙氧水反應(yīng)被雙氧水所分解的自由基及負(fù)氧離子氧化，同時(shí)部分沒反應(yīng)的有機(jī)物被活性炭填料層吸附，雙氧水滲透入活性炭孔隙與被吸附的有機(jī)物反應(yīng)，有機(jī)物被氧化分解。在雙氧水溶液中安裝有防水紫外光源進(jìn)一步催化雙氧水的氧化活性產(chǎn)生高電位羥基自由基。利用自由基的強(qiáng)氧化性氧化廢氣中的剩余有機(jī)物[3]，工藝流程如圖1所示。

圖1 廢氣處理工藝流程圖

3.3 工藝特點(diǎn)

生產(chǎn)廢氣經(jīng)廢氣管網(wǎng)收集后進(jìn)入兩級噴淋吸收塔，在噴淋塔內(nèi)填料層與堿液充分接觸反應(yīng)，洗滌中和去除廢氣中的酸性組份。噴淋塔采用低流速設(shè)計(jì)，增大接觸反應(yīng)時(shí)間以達(dá)到更好的去除效果。廢氣經(jīng)堿液洗滌吸收后進(jìn)入活性炭棉吸附器，利用兩組內(nèi)部放置活性炭棉的吸附器用于吸附廢氣中的重組份。重組份在吸附過濾器內(nèi)低速流動(dòng)的過程中，被活性炭棉中的活性炭纖維表面發(fā)生聚集凝聚被截。采用兩組串聯(lián)以增大處理效果?；钚蕴棵薷鶕?jù)運(yùn)行實(shí)際情況定期更換。

經(jīng)活性炭纖維干式過濾吸附器吸附后的廢氣進(jìn)入復(fù)合式氧化塔。廢氣在噴淋塔內(nèi)與噴淋的雙氧水反應(yīng)被雙氧水分解產(chǎn)生的自由基及負(fù)氧離子氧化，同時(shí)部分沒反應(yīng)的有機(jī)物被活性炭填料層吸附，雙氧水滲透入活性炭孔隙與被吸附的有機(jī)物反應(yīng)，有機(jī)物被氧化分解。在雙氧水溶液中安裝有防水紫外光源進(jìn)一步催化雙氧水的氧化活性產(chǎn)生高電位羥基自由基。利用自由基的強(qiáng)氧化性氧化廢氣中的剩余有機(jī)物。復(fù)合氧化塔原理：噴淋液H2O2在一定波段紫外光的照射下，每一H2O2分子可產(chǎn)生2個(gè)·OH。

UV-H2O2體系生成·OH對有機(jī)物的氧化作用分為三種反應(yīng)：脫氫反應(yīng)、親電子加成反應(yīng)、電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)，即RH+·OH →H2O+·R，進(jìn)一步氧化，·OH對有機(jī)物的電子加成可導(dǎo)致有機(jī)物自由基反應(yīng)。當(dāng)發(fā)生多鹵取代后電位阻現(xiàn)象，對脫氫和親電加成不利時(shí)，·OH氧化轉(zhuǎn)化為OH-進(jìn)行電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)[4]。

H2O2-O3氧化體系，其本身兩者均是強(qiáng)氧化性。而兩者的聯(lián)合使用除了各自自身氧化作用外，還可通過產(chǎn)生·OH產(chǎn)生氧化降解作用[4]，大大提高了氧化效率。其機(jī)理為：O3→O-+O2，O(·OH) →OH-。

H2O2-UV-O3氧化體系，本體系對有機(jī)污染物的氧化降解即利用了O3的直接氧化，O3與H2O2分解產(chǎn)生的·OH氧化，又利用了相應(yīng)物質(zhì)光解作用與離解作用，使其為有機(jī)污染物的降解能力得到大大加強(qiáng)而得到有力使用[4]。

4 結(jié)語

丙烯酸丁酯生產(chǎn)廢氣經(jīng)過有機(jī)廢氣凈化裝置后，符合DB37/2801.6—2019《揮發(fā)性有機(jī)物排放標(biāo)準(zhǔn)第6部分：有機(jī)化工行業(yè)》所要求的VOCs濃度限值60mg/m3的排放標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)標(biāo)氣體通過煙囪高空排放。