孫永嘉,孫靜靜,張紀文
(南京大學環(huán)境規(guī)劃設(shè)計研究院股份公司,江蘇 南京 210093)
二氯甲烷沸點39.8 ℃,分子直徑為3.3 ?,極性值3.4,室溫易揮發(fā),由于毒性低不易燃的優(yōu)勢,是一種廣泛使用的溶劑。雖然二氯甲烷的毒性相對較低,但是呼吸進入人體可分解成為鹽酸、一氧化碳和劇毒的光氣,對人體健康的次生危害不容忽視[1]。二氯甲烷目前廣泛應用于化工企業(yè),且往往無法替代,由于二氯甲烷不溶于水、熱值極低、對金屬設(shè)備的腐蝕性極強,二氯甲烷屬于VOCs治理領(lǐng)域的疑難雜癥。十三五規(guī)劃中明確提出,重點地區(qū)重點行業(yè)的VOCs排放量下降10%以上[2],所以二氯甲烷的高效處置方式顯得十分迫切。
由于二氯甲烷不溶于水所以吸收法不適用,含氯物質(zhì)會毒化催化劑催化燃燒法也不適用,光催化和低溫等離子法也無法有效去除二氯甲烷。目前處理含二氯甲烷有機廢氣的方法主要有冷凝法、吸附法[3-5]、生物處理法[6]和燃燒法,其中冷凝法對于飽和蒸汽濃度有一定效果,但是不凝尾氣濃度一般也會達到數(shù)千毫克每立方,冷凝只能作為預處理;吸附法主要以改性顆?;钚蕴亢吞祭w維為主,由于二氯甲烷沸點極低,一方面對二氯甲烷的吸附容量小,另一方面吸附的二氯甲烷很容易二次揮發(fā)再進入氣相;生物法只適用于低濃度的二氯甲烷處理,且代謝的酸性產(chǎn)物會進一步影響后續(xù)凈化效果;燃燒法是一種高效的處理方式,但是二氯甲烷的熱值較低需要額外補充熱量,同時需要重點關(guān)注是否會產(chǎn)生二噁英等強烈致癌物。
RTO(蓄熱燃燒)由于能耗低、凈化效率高、運行維護方便,是目前VOCs處理的一種主流技術(shù)。含二氯甲烷的VOCs,如果廢氣成分中不含苯環(huán)類物質(zhì),燃燒尾氣一般不會產(chǎn)生二噁英[7],鹽酸和氯氣的燃燒產(chǎn)物可以通過后續(xù)的堿洗進行高效處置。筆者結(jié)合以往工程經(jīng)驗,采用RTO處理含二氯甲烷和甲醇混合的VOCs,綜合凈化效率可以達到98%以上,尾氣中未檢出二噁英,鹽酸和氯氣含量遠低于國家標準。系統(tǒng)運行費用較低,且與含氯尾氣接觸的主要為蓄熱體,對系統(tǒng)腐蝕相對較低,本工藝對含二氯甲烷廢氣的處理具有較高的借鑒意義。
企業(yè)已二氯甲烷和甲醇作為主要生產(chǎn)溶劑,生產(chǎn)工序主要包括:配料、靜置、成膜、干燥等。根據(jù)實際調(diào)查,企業(yè)的儲罐呼吸廢氣、反應裝置和容器的放空廢氣、干燥排氣、真空泵排氣等均進行了收集,收集情況見表1所示。收集的廢氣中二氯甲烷濃度約1000 mg/m3,甲醇濃度約1500 mg/m3,總風量約20000 CMH。
表1 廢氣產(chǎn)污和收集處理現(xiàn)狀
圖1 廢氣處理系統(tǒng)工藝流程圖
廢氣處理工藝流程主要分為以下幾個階段:
(1)廢氣經(jīng)過過濾箱預處理和阻火器預處理,確保進入RTO的廢氣中顆粒物濃度小于5 mg/m3,同時處理系統(tǒng)和收集系統(tǒng)以及生產(chǎn)車間通過阻火器保證即便發(fā)生險情也不會蔓延。
(2)預處理后的有機廢氣進入三室RTO進行有效處理。
(3)經(jīng)過燃燒處理后的尾氣進入鋼制的降溫堿洗塔,將尾氣溫度進一步降低,同時中和二氯甲烷的燃燒產(chǎn)物鹽酸和氯氣。
(4)降溫后的尾氣進一步通過玻璃鋼堿洗塔進行二次吸收處理,高效凈化二氯甲烷的燃燒產(chǎn)物鹽酸和氯氣。
(5)有機廢氣經(jīng)上述處理單元處理后,通過主風機高空排放。
表2 廢氣處理系統(tǒng)主要設(shè)計參數(shù)
結(jié)合企業(yè)實際情況,在滿足揮發(fā)性有機物無組織排放控制標準的各項要求下,確定廢氣處理系統(tǒng)的處理能力為20000 m3/h。各項運行參數(shù)如表2所示。
處理系統(tǒng)調(diào)試完成正常運行時,第三方檢測機構(gòu)對處理系統(tǒng)進出口尾氣進行了采樣檢測,結(jié)果如表3所示。檢測結(jié)果表明,處理系統(tǒng)對二氯甲烷和甲醇的凈化效率可以達到98%以上,各項參數(shù)可以達到設(shè)計要求。排放口二噁英未檢出,鹽酸和氯氣遠低于國家和行業(yè)的相關(guān)排放標準。
表3 廢氣處理系統(tǒng)進出口監(jiān)測結(jié)果
(1)處理系統(tǒng)(包括過濾器、阻火器、RTO、兩級堿洗塔、風機等),設(shè)備總投資190萬元。
(2)裝機功率100 kW,節(jié)能系數(shù)0.7;天然氣最大用量75 Nm3/h;全年生產(chǎn)300天,24 h連續(xù)運行;電費0.75元/kW·h,天然氣3.5元/Nm3,32%液堿0.12萬元/噸;年冷啟動30次,冷啟動預熱3 h;正常運行時只需要補充極少量的天然氣。年運行費用為47萬元/年。
采用RTO處理含二氯甲烷的有機氣,對二氯甲烷和其他有機物的凈化效率可以達到99%,二氯甲烷燃燒的副產(chǎn)物鹽酸和氯氣經(jīng)過兩級堿洗處理后濃度遠低于相關(guān)標準要求。RTO處理二氯甲烷和甲醇混合廢氣不會產(chǎn)生二噁英。整套處理系統(tǒng)具有較高的經(jīng)濟和環(huán)境效益。