丁亞運

(南通江山農(nóng)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(tài)環(huán)境保護。對于國內(nèi)的化工企業(yè)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(jù)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(guī)范使用的情況。隨著《省生態(tài)環(huán)境廳關(guān)于深入開展涉VOCs治理重點工作核查的通知》(蘇環(huán)辦〔2022〕218號)的發(fā)布,活性炭吸附裝置在設(shè)計風(fēng)量、設(shè)備質(zhì)量、氣體流速、活性炭質(zhì)量及填充料都有了詳細的要求。為此,作者針對一化工企業(yè)合成車間的廢氣收集處置實際案例,提出相應(yīng)的廢氣收集及處理工藝,以供其他化工企業(yè)參考。

1 車間廢氣概況

某化工企業(yè)合成車間生產(chǎn)農(nóng)藥中間體,使用二氯乙烷、甲苯作為合成反應(yīng)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(fù)雜,溶劑易揮發(fā),且使用的原料中間體及合成的產(chǎn)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(yīng)、轉(zhuǎn)料至最終包裝的全密閉。其中,固體原料投料、產(chǎn)品成鹽及精制時的固液分離工段產(chǎn)生的惡臭氣味最大,需要進行改造,改善車間工作環(huán)境。

2 車間廢氣收集

根據(jù)車間的廢氣產(chǎn)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(chǎn)生,將反應(yīng)釜、投料高位槽、冷凝器、接收罐等工藝設(shè)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(yīng)開始的固體投料階段和最后的精制壓濾階段,由于該產(chǎn)品使用的原料及最終產(chǎn)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(jù)該企業(yè)反映,車間正常生產(chǎn)時周邊惡臭氣味十分明顯。為此,企業(yè)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(yīng)釜人孔進行投料,投料時產(chǎn)生的異味較大。企業(yè)特別設(shè)計了固體投料箱,要求原料生產(chǎn)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(shè)有專用的密閉閥門及對接口。投料時將投料箱吊裝至反應(yīng)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(yīng)釜。投料箱上設(shè)有氣體接口,可通入壓縮空氣將物料全部吹掃至反應(yīng)釜內(nèi)。其次,企業(yè)原先采用板框壓濾機進行固液分離,產(chǎn)品及母液均有特征性惡臭。為此,企業(yè)進行了工藝改造,采用三合一壓濾干燥機,壓濾干燥均在設(shè)備內(nèi)操作,廢氣可全部收集至管道內(nèi)。最后為了保證產(chǎn)品包裝時異味不散發(fā),固體出料時直接進入密閉螺旋輸送機,將產(chǎn)品轉(zhuǎn)移至車間內(nèi)一處密閉卸料包裝間。該卸料間進行了密閉化改造,設(shè)有通風(fēng)換氣管道。

3 廢氣處理工藝設(shè)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(xué)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(yè)產(chǎn)生的廢氣成分復(fù)雜、處理難度大,需要根據(jù)廢氣的組分、濃度、風(fēng)量、持續(xù)性等因素,綜合考慮處理成本和處理效果,找到最經(jīng)濟的處理方法。

3.2 廢氣處理工藝設(shè)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(shè)置了一套二級深冷裝置,通過冷凝法進行預(yù)處理,回收絕大部分二氯乙烷和甲苯。

根據(jù)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(zhì)在不同溫度下的安托因計算數(shù)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(jīng)濟。

經(jīng)冷凝預(yù)處理后的廢氣,經(jīng)檢測,非甲烷總烴濃度在1 200～1 500 mg·m-3之間,風(fēng)量約為1 500 m3。企業(yè)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(nèi)高溫焚燒處置。

3.2.2 低濃度惡臭廢氣

經(jīng)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(jīng)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(tài)環(huán)境廳關(guān)于深入開展涉VOCs治理重點工作核查的通知》(蘇環(huán)辦〔2022〕218號)中對活性炭吸附工藝參數(shù)的要求,經(jīng)過活性炭吸附工藝計算,設(shè)計了相應(yīng)的顆?；钚蕴课较?如圖1所示),具體計算參數(shù)如表3所示。

圖1 顆?；钚蕴课较渫庑问疽鈭DFig. 1 Outline dimensions of particle activated carbon adsorption box

表3 顆?；钚蕴课接嬎憬Y(jié)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(yè)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(jīng)檢測,車間廢氣排氣筒出口臭氣濃度滿足規(guī)范要求。

4 結(jié)論

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

化工企業(yè)尤其是農(nóng)藥、醫(yī)藥生產(chǎn)企業(yè),因生產(chǎn)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(nèi)容可以為化工企業(yè)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(yù)處理,運用活性炭吸附工藝,經(jīng)濟合理地處理特定情況下的工藝廢氣。