某農(nóng)藥企業(yè)高濃度廢氣治理工程實例

姜 昆

(上海恒奕環(huán)境科技有限公司，上海 201100)

1 工程概況

某農(nóng)藥企業(yè)主要生產(chǎn)農(nóng)藥中間體三苯基磷(TPP)，車間生產(chǎn)線建成于2002年。在三苯基磷(TPP)生產(chǎn)過程中，需要使用甲醇、四氫呋喃和苯系物等原料和有機溶劑。因生產(chǎn)設(shè)施老舊，在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量的揮發(fā)性有機廢氣，從而形成廢氣強源[1]，通過對廢氣強源進行收集后，分析其治理前組分和濃度，其主要污染物為甲醇、四氫呋喃和苯，污染物濃度如表1所示。本工程設(shè)計風(fēng)量為3000 Nm3/h，廢氣溫度為20 ℃。

表1 治理前各主要污染物濃度Table 1 Concentration of major pollutants before treatment

該企業(yè)自2019年2月1日起執(zhí)行江蘇省地方標(biāo)準(zhǔn)《化學(xué)工業(yè)揮發(fā)性有機物排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB32/3151-2016)，治理后各主要污染物濃度排放標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

表2 治理后各主要污染物濃度排放標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Discharge standard for concentration of major pollutants after treatment

表1中所列四氫呋喃等污染物根據(jù)DB32/3151-2016標(biāo)準(zhǔn)要求計入非甲烷總烴如表2所示。

2 工藝選擇

目前針對高濃度廢氣多采用冷凝回收或直接焚燒的治理工藝，但該企業(yè)排放的廢氣無法進行分類收集，因此無法采用冷凝回收工藝，又已知在甲類車間區(qū)域設(shè)置明火焚燒工藝無法滿足安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)要求。因排放的污染物濃度極高，通過查閱各主要污染物理化性質(zhì)如表3所示。

表3 各主要污染物理化性質(zhì)Table 3 Physical and chemical properties of major pollutants

由表3可知，若選擇水吸收廢氣將產(chǎn)生大量廢水，且水的沸點與污染物沸點差距不大，無法進行精餾回收；若將廢水全部排放至污水站，則現(xiàn)有污水處理設(shè)施無法滿足[2]。因此沸點高、不易揮發(fā)、無刺激性氣味和價格合理的吸收劑作為選擇的標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過比選，本工程選擇N-甲基吡咯烷酮(NMP)作為廢氣的吸收劑，常壓下NMP沸點為203 ℃，遠(yuǎn)高于甲醇、四氫呋喃和苯等有機物沸點，因此常壓下，將吸附飽和后的混合溶液送至現(xiàn)有生產(chǎn)線精餾塔粗精餾，控制分餾溫度85～90 ℃，可將低沸點有機物分餾出，高沸點的NMP經(jīng)冷卻后返回至NMP吸收塔作為吸收劑循環(huán)使用。分餾出的混合有機物經(jīng)冷凝回收后可深度精餾出不同組分回收利用，若無利用價值可直接將冷凝后的混合物作為危廢處置。

考慮到該企業(yè)排放入口污染物濃度極高，采用兩級NMP吸收+堿溶液吸收+活性炭纖維吸附，才能將各污染物濃度降低至排放標(biāo)準(zhǔn)以下。圖1為工程本工藝流程圖。

圖1 高濃度廢氣治理系統(tǒng)工藝流程圖Fig.1 PFD of high concentration exhaust gas treatment system

3 設(shè)計說明

一/二級NMP吸收塔：本工程通過對廢氣強源進行收集，形成有組織廢氣風(fēng)量3000 Nm3/h，溫度20 ℃，污染物治理前總濃度4×105mg/Nm3，在離心風(fēng)機的作用下廢氣被依次送入一/二級NMP吸收塔進行吸收。NMP吸收塔內(nèi)部裝有填料布置噴淋管和噴頭，塔底設(shè)有貯存NMP吸收液的循環(huán)箱，循環(huán)箱內(nèi)吸收液通過循環(huán)泵輸送至塔頂噴淋管和噴頭[3]。廢氣從塔底進入，與吸收液呈反向流動，并連續(xù)通過填料層；廢氣與吸收液在填料層表面上進行氣液傳質(zhì)[4]。通過合理設(shè)計吸收塔內(nèi)部結(jié)構(gòu)和選擇合適的填料，單級吸收塔吸收效率約為60%，單級吸收塔吸收效率明顯下降時說明NMP吸收液已接近飽和，需要及時更換吸收液。飽和吸收液經(jīng)粗精餾后循環(huán)使用。

堿溶液吸收塔：經(jīng)兩級NMP吸收塔吸收后的廢氣濃度降至約8×104mg/Nm3，該廢氣濃度依然很高，需要通過NaOH水溶液再進行吸收，此過程除了與水混溶的有機物被吸收外，一些酸性廢氣也經(jīng)堿溶液反應(yīng)吸收，不僅能進一步降低廢氣濃度，也保證后續(xù)設(shè)施正常使用，避免酸性腐蝕設(shè)備降低使用壽命。堿溶液吸收塔吸收效率約為90%，吸收塔結(jié)構(gòu)與NMP吸收塔結(jié)構(gòu)類似，通過定期添加片堿調(diào)節(jié)堿溶液pH，可保持吸收塔的吸收效率，當(dāng)吸收塔吸收效率大幅度降低時，要及時更換清水，飽和吸收液排至污水站處理。

活性炭纖維吸附單元：經(jīng)堿溶液吸收塔吸收后的廢氣濃度約為8000 mg/Nm3，主要污染物為苯、四氫呋喃、甲醇和少量其他非甲烷總烴。將該廢氣送入活性炭纖維吸附-脫附-冷凝回收單元[5]，活性炭纖維吸附單元包含兩臺活性炭吸附罐、兩臺冷凝器和一臺溶劑儲罐，兩臺吸附罐交替吸附后經(jīng)15 m排氣筒高空排放[6]。已吸附飽和的吸附罐用低壓蒸汽(110～120 ℃)交替脫附，脫附后的高濃度廢氣依次進入兩臺冷凝器進行冷凝并排至溶劑儲罐貯存，儲罐靜置分層的溶劑進行精餾回收或作為危廢處置，下層水溶液排至污水站處理。

安全控制單元：因廢氣入口污染物濃度已超過其爆炸下限以上，為保證系統(tǒng)安全運行，需要將系統(tǒng)內(nèi)補充氮氣，降低系統(tǒng)氧含量。通過安裝氧含量分析儀、熱電偶等自動化儀表，采用PLC程序遠(yuǎn)程控制，具備手動、自動兩種操作方式，運行操作簡單，整個系統(tǒng)采用防爆設(shè)計和合規(guī)的靜電接地，運行安全可靠。本工程系統(tǒng)參數(shù)配置如表4所示。

表4 高濃度廢氣治理系統(tǒng)參數(shù)配置Table 4 Parameter configuration of high concentration exhaust gas treatment system

4 運營成本分析

本工程正常運行后主要直接費有電費、水費、溶劑費、藥劑費、蒸汽費和壓縮空氣費用。根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)配置計算各主要直接費年運行量及運營費用如表5所示。

表5 各主要直接費年運行量及運營費用Table 5 Annual operation volume and operation cost of main direct costs

5 治理效果

本工程經(jīng)安裝調(diào)試完成，累計試運行一個月后，對系統(tǒng)進出口進行取樣分析結(jié)果如表6所示。

表6 高濃度廢氣治理系統(tǒng)進出口污染物濃度Table 6 Pollutant concentration at import and export of high concentration exhaust gas treatment system (mg·Nm-3)

由表6可知，系統(tǒng)出口甲醇、苯和非甲烷總烴均滿足江蘇省地方標(biāo)準(zhǔn)《化學(xué)工業(yè)揮發(fā)性有機物排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB32/3151-2016)。

6 結(jié) 論

該工程正常運行6個月后，系統(tǒng)總體運行平穩(wěn)，出口濃度達(dá)到設(shè)計要求并滿足排放標(biāo)準(zhǔn)。

該工程充分利用原有生產(chǎn)及公用設(shè)施，既降低了直接投資費用和運營成本，又滿足了安全運行標(biāo)準(zhǔn)。

該工程運行后不斷優(yōu)化調(diào)整，實現(xiàn)了實際運營費用與達(dá)標(biāo)排放的平衡管理。

該工程有效論證了農(nóng)藥化工企業(yè)高濃度廢氣安全有效治理方案的可行性，可為同類型老舊企業(yè)廢氣治理提供借鑒。