某化工企業生產廢氣處理工程實例

畢道文

[夏禾科技（江蘇）有限公司，江蘇 泰州 225400]

化工廢氣常規治理技術有冷凝法、吸收法、吸附法、光催化氧化法、低溫等離子法和燃燒法[1,2]等。冷凝法是利用廢氣在不同溫度下具有不同飽和蒸氣壓這一特性，采用不同冷凝介質降低冷凝裝置內部環境溫度，使過流污染物冷凝并從廢氣中分離而轉化成液態物質的方法。冷凝效果一般取決于廢氣因子的沸點、飽和蒸氣壓、冷媒溫度、冷凝器換熱面積。吸收法可除去廢氣中酸堿氣體和水溶性氣體，吸收率不高，一般用于預處理。吸附法分為一次性吸附和吸附脫附，吸附工藝的選擇一般取決于廢氣污染物濃度、組分、風量、生產時間，主要吸附劑有活性炭、分子篩和大孔樹脂等，該方法技術成熟，處理效果好，應用廣泛。光催化氧化法適合處理低濃度廢氣，優點是能耗低、無二次污染、節能環保，缺點是處理效果較差，因此一般用于預處理。低溫等離子法可用于處理大風量、低濃度的廢氣[3,4]，具有節約能耗、節省成本、操作簡便的優勢，缺點是處理效果較差，因此應用較少。焚燒法主要適用于高濃度的廢氣處理，該技術具有去除效果好、無二次污染的優點，缺點是能耗高、成本高。實際工程中，需要根據不同廢氣性質選擇不同的處理工藝組合以達到較好的處理效果。

1 項目概況

以江蘇某化工企業為例，該企業生產廢氣主要來自于1#及2#甲類車間、純化車間、質檢中心、危廢倉庫、儲罐、污水處理站。在生產過程中排放的廢氣包含甲苯、二甲苯[5]、N,N-二甲基甲酰胺（DMF）、叔丁醇、乙酸甲酯、甲醇、乙醇、叔戊醇、四氫呋喃、丙酮、二氯甲烷、乙腈、正庚烷、環己烷、正丁醇、甲基環己烷、甲基叔丁基醚、1,4-二氧六環、異丙醇、氯化氫、硫化氫等。

2 處理要求和處理工藝流程

2.1 廢氣處理要求

企業有機廢氣排放執行《化學工業揮發性有機物排放標準》（DB 32/3151—2016）中揮發性有機物有組織排放限值，氯化氫、氮氧化物、二氧化硫及二噁英排放執行《大氣污染物綜合排放標準》（DB 32/4041—2021）中大氣污染物有組織排放限值。結合企業實際排放情況和當地環保要求，揮發性有機物排放限值見表1。

表1 揮發性有機物排放限值

2.2 處理工藝設計

該企業生產的廢氣來源廣泛、成分復雜。根據產廢特點，采用分類分質原則，將生產的廢氣分為普通工藝廢氣、含鹵廢氣、污水站廢氣、儲罐廢氣、特殊含氫廢氣、其他低濃度廢氣（危險廢物庫廢氣、局部換風廢氣、純化車間普通廢氣和質檢中心廢氣），對廢氣進行分類收集并采取合適的預處理或末端處理措施進行有效治理（見圖1）。

含鹵廢氣主要包括含鹵工藝廢氣、儲罐含鹵廢氣、純化車間含鹵廢氣。含鹵廢氣由于含有二氯甲烷，需要分類收集、分質處理，采用“冷凝+堿洗+樹脂吸脫附”工藝進行預處理，降低二氯甲烷廢氣濃度后再與經過預處理的普通廢氣匯合到一起進入蓄熱式熱力焚化爐（RTO）系統進行處理，從而實現達標排放。

廢氣處理流程圖

進入RTO 系統的廢氣主要包括普通工藝廢氣、儲罐普通尾氣、污水站廢氣、預處理含鹵廢氣。普通工藝廢氣由于濃度較高，含有氯化氫等酸性物質，需要經過“冷凝+堿洗”預處理；污水站廢氣由于含有少量硫化氫及水溶性有機物，需要收集后進行堿洗預處理；儲罐由于都是有機溶劑，產生的尾氣可直接進RTO 系統焚燒。以上廢氣通過不同方式預處理后，最終匯合到一起進入RTO 系統進行處理，凈化后的廢氣通過1#排氣筒達標排放；純化車間廢氣由于濃度較低，不宜直接進入RTO 系統焚燒，故需分開收集處理后再與RTO 系統的凈化尾氣匯合，最后從1#排氣筒排放。

車間特殊含氫廢氣由于存在爆炸風險，考慮單獨采用“氮氣保護+正壓輸送+水封洗滌”處理后，從車間樓頂煙囪排放；危險廢物庫廢氣與局部換風廢氣都屬于低濃度廢氣，由于車間與危險廢物庫距離較遠，只能單獨收集、分開處理，處理工藝為“堿洗（除霧）+活性炭吸附”，分別處理后兩股凈化尾氣匯合至2#排氣筒達標排放。質檢廢氣由于風量大、濃度低，距離其他廢氣設施距離較遠，只能單獨收集處理，處理工藝為“堿洗（除霧）+活性炭吸附”，凈化尾氣通過3#排氣筒達標排放。

3 主要廢氣處理設施設計參數

3.1 1#、2#車間廢氣預處理系統

引風機：2 臺，材質為玻璃鋼（FRP），Q=3500m3/h，壓強為2900Pa，功率為5.5kW，帶變頻；堿洗塔：2 座，材質為FRP；冷凝器：2 臺，換熱面積為30m2，材質為石墨；活性炭吸附器：2 臺，裝填面積為0.68m2，材質為304；阻火器：2 臺，材質為304；應急切換閥：7 只，規格DN350，材質為FRP；LEL 濃度檢測儀：2 臺，防爆；溫度傳感器：2 套，防爆，材質為304；煙感探測器：2 套，防爆；聲光報警：2 套，防爆；壓差計：4 套，壓強為0—1000Pa，防腐。

3.2 污水站廢氣處理系統

引風機：1 臺，Q=4000m3/h，壓強為3000Pa，材質為FRP；堿洗塔：1 座，材質為FRP，風量為4000m3/h；阻火器：1 臺，材質為304；壓差計：1 套，壓力為0—1000Pa，防腐。

3.3 儲罐（不含鹵廢氣）

引風機：1 臺，Q=200m3/h，壓強為1500Pa，材質為304；阻火器：1 臺，材質為304；壓差計：1 套，壓力為0—1000Pa，防腐。

3.4 含鹵廢氣處理系統

吸附風機：2 臺，Q=3000m3/h，壓強為5000Pa，N=7.5kW；洗滌塔：1 座，材質為FRP；一級冷凝器[6]：1 臺，換熱面積為25m2，材質為石墨；二級冷凝器：數量1 臺，換熱面積為20m2，材質為石墨；大孔樹脂吸附罐：內置大孔樹脂，每罐樹脂裝填量約3m3，材質為31603；一級脫附冷凝器：1 臺，換熱面積為50m2，材質為石墨；二級脫附冷凝器：1 臺，換熱面積為20m2，材質為石墨；油水分離器：1 臺，尺寸為800mm×1800mm，配視鏡，材質為31603；油相罐/廢水罐：2 個，尺寸為800mm×1200mm，材質為31603；循環水罐：1 個，材質為31603。

3.5 局部換風廢氣系統

吸附風機：1 臺，Q=15 000m3/h，壓強為3000Pa，N=22kW，材質為FRP；洗滌塔：1 座，材質為FRP；除霧器：1 臺，尺寸為1650mm×2300mm，材質為FRP；活性炭吸附器：1 臺，過氣流速≤0.6m/s，裝填高度≥0.50m；2#排氣筒：1 座，Q=36 000m3/h，管徑1000mm，高度30.0m（與危險廢物庫排氣共用）。

3.6 純化車間廢氣處理系統

吸附風機：1 臺，Q=5000m3/h，壓強為3000Pa，N=7.5kW，材質為FRP；洗滌塔：1 座，材質為FRP；除霧器：1 臺，尺寸為950mm×1500mm，材質為FRP；活性炭吸附器：1 臺，過氣流速≤0.6m/s，裝填高度≥0.50m。

3.7 危廢庫廢氣處理系統

吸附風機：1 臺，Q=21 000m3/h，壓強為4000Pa，N=37kW，材質為FRP；洗滌塔：1 座，材質為FRP；除霧器：1 臺，尺寸為1950mm×2500mm，材質為FRP；活性炭吸附器：數量1 臺，過氣流速≤0.6m/s，裝填高度≥0.50m。

3.8 質檢中心廢氣處理系統

吸附風機：1 臺，Q=40 000m3/h，壓強為3000Pa，N=37kW，材質為FRP；洗滌塔：1 座，材質為FRP；除霧器：1 臺，尺寸為2500mm×4000mm，材質為FRP；活性炭吸附器：1 臺，過氣流速≤0.6m/s，裝填高度≥0.50m；3#排氣筒：1 座，Q=40 000m3/h，管徑1100mm，高度30.0m。

3.9 含氫廢氣處理系統

系統流量為100m3/h；吸收塔：1 座，噴淋段尺寸為200mm×2000mm，儲液鼓泡罐尺寸為1200mm×1700mm，材質為FRP；填料：體積為0.03m3，單層堆積高度800mm，材質為PP；阻火器：2 臺，材質為SS316L；壓差計：2 套，壓力為0—1000Pa，防腐。

3.10 RTO 處理系統

前風機：1 臺，Q=15 000m3/h，壓強為3500Pa，N=30kW，材質為FRP，防爆變頻；爆炸下限（LEL）濃度檢測儀：2 臺，防爆；洗滌塔：2 座，材質為FRP；氣液分離器：1 臺，材質為FRP；阻火器：1臺，材質為SS316L；RTO 燃燒設備：1 臺，三廂式RTO，材質為“Q235-B+蜂窩陶瓷”；活性炭吸附塔：1 座，材質為304；出口混合器：1 臺，材質為不銹鋼2507；后風機：1 臺，Q=15 000m3/h，壓強為3500Pa，N=37kW，材質為FRP，防爆變頻；冷卻塔：1 座，材質為碳鋼（內襯耐火磚）；1#排氣筒：1 座，Q=20 000m3/h，管徑700mm，高度35.0m（與純化車間排氣共用）。

4 工藝設計特點

（1）本企業廢氣來源廣泛，成分復雜，企業采用分類分質的方式進行收集處理，目的明確，針對性強，工藝設計合理，處理效果好。

（2）含鹵工藝廢氣與普通工藝廢氣都屬于高濃度廢氣，由于兩種廢氣成分不同，采用不同的預處理措施，將冷凝產生的廢有機溶劑進行分類收集處置，方便企業日常管理。

（3）工藝廢氣排放源主要為反應釜、儲罐、凝液接收罐、離心機母液罐、干燥器、冷凝器、真空泵、離心機等。產氣工序主要為加料、卸料、拉真空、干燥、離心等。本著應收盡收的原則，上述廢氣排放源能采用密閉形式的盡量采用密閉形式，不能采用法蘭連接的可采用可旋轉式集氣罩，從而最大限度提高廢氣收集效率；反應釜的呼閥廢氣利用管道收集，桶裝加料處廢氣利用集氣罩收集。

（4）進入RTO 之前的生產廢氣，由于排放源濃度、成分、風量、排放方式等不同，進入RTO 設施的廢氣存在較大波動性，為了確保RTO 系統運行穩定，高濃度廢氣必須要進行降濃預處理，各股廢氣分類預處理后匯合至RTO 系統，可減少生產廢氣波動對RTO 的影響。

（5）為了確保RTO 的安全運行，在RTO 裝置前安裝了LEL 在線檢測裝置，檢測原理為點紅外原理，控制進氣濃度<25%LEL，設置二級報警，當達到一級報警時（氣體濃度<17%LEL），連鎖控制開啟新風閥，當達到二級報警時（氣體濃度＜25%LEL），開啟RTO 旁路緊急切換閥、關閉RTO 進氣閥，廢氣經過活性炭吸附后從煙囪排放。

（6）根據廢氣排放源位置，考慮到廢氣風量較大、濃度較低，在不能合并處理的情況下，采取單獨收集、分開處理的方式進行處理，處理工藝一般為“洗滌（除霧）+活性炭吸附”，運行成本低，處理效果好。

（7）含鹵廢氣因為采用“冷凝+堿洗+樹脂吸脫附”處理措施，廢氣中二氯甲烷能得到有效除去，去除率達95%以上。含鹵廢氣經過預處理后，與其他廢氣混合進入RTO 進行焚燒，大大降低了焚燒產生的酸性氣體對RTO 的腐蝕，RTO 設施末端也設計了堿洗塔，能夠有效去除焚燒產生的部分酸性氣體。RTO 關鍵部位為2507 材質，進一步提高了RTO 設施的抗腐蝕能力。

（8）考慮后期運行監管方便，企業將部分廢氣設施合并至排氣筒排放：RTO 凈化廢氣和純化車間凈化廢氣合并至1#排氣筒排放；危廢庫凈化廢氣和局部換風凈化廢氣合并至2#排氣筒排放。

5 工程運行分析

5.1 運行效果

該企業生產廢氣在經過一段時間的調試運行后，最終實現了穩定運行且達標排放。第三方監測單位對排氣筒廢氣濃度進行的檢測結果見表2。

由表2 可知，該企業生產廢氣采用分類收集、分質處理后，測得1#、2#、3#排氣筒廢氣污染物的排放濃度和排放速率均滿足《化學工業揮發性有機物排放標準》（DB 32/3151—2016）；檢測氯化氫、氮氧化物、二氧化硫及二噁英排放濃度及排放速率均滿足《大氣污染物綜合排放標準》（DB 32/4041—2021）。結果表明，針對不同性質的廢氣選擇不同的治理措施，可以滿足當地環保要求。

表2 各排氣筒檢測指標數值

5.2 經濟效益分析

（1）該企業廢氣來自：1#和2#車間廢氣預處理系統、儲罐廢氣收集系統、污水站廢氣處理系統、含鹵廢氣收集處理系統、危廢庫廢氣處理系統、純化車間廢氣處理系統、質檢廢氣處理系統、局部換風廢氣收集處理系統、含氫廢氣處理系統及RTO 處理系統。廢氣處理費用主要包括：設備基礎、設備設施、管材、自控、電氣、設計、安裝調試等費用，總投資約為1840 萬元。

（2）本項目總裝機容量為489.5kW，設施運行容量為390.4kW·h，每天電耗為7808kW·h，按電價為0.7 元/（kW·h）計，則電費約為5465.4 元/d、藥劑費用約為1000 元/d、天然氣費用約為850 元/d、水費約為300 元/d、蒸汽費用約為800 元/d、其他費用（氮氣/冷媒）約為200 元/d，運行費用合計約為8615.4 元/d，年運行費用約為258 萬元（生產以每年300d 計）。

6 結語

江蘇某化工企業對全廠生產廢氣進行收集治理，依照分質分類原則，將生產廢氣分類收集、分質處理。根據各股廢氣性質及排放源位置，采取適合的預處理（冷凝、吸收、吸附）或末端治理組合工藝，最終滿足達標排放要求。檢測結果表明：1#、2#和3#排氣筒主要指標非甲烷總烴排放濃度分別為17.3mg/m3、5.2mg/m3和4.5mg/m3，與之對應的排放速率分別為0.23kg/h、0.18kg/h 和0.17kg/h，各檢測指標均符合《化學工業揮發性有機物排放標準》（DB 32/3151—2016），氯化氫、氮氧化物、二氧化硫和二噁英檢測指標均符合《大氣污染物綜合排放標準》（DB 32/4041—2021）。