大孔樹脂吸附處理鹵代烴廢氣

熊明瑜，滕富華，繆孝平，章家棟

（1.嘉興市環(huán)境科學(xué)研究所有限公司，浙江 嘉興 314100； 2.浙江省環(huán)境保護科學(xué)設(shè)計研究院，杭州 310007）

1 引言

據(jù)環(huán)境保護部印發(fā)的《“十三五”揮發(fā)性有機物污染防治工作方案》，揮發(fā)性有機物（VOCs）是指參與大氣光化學(xué)反應(yīng)的有機化合物，包括非甲烷烴類（烷烴、烯烴、炔烴、芳香烴等）、含氧有機物（醛、酮、醇、醚等）、含氯有機物、含氮有機物、含硫有機物等，是形成臭氧（O3）和細微顆粒物（PM2.5）污染的重要前體物。

鹵代烴類VOCs是VOCs中一個或多個氫原子被鹵院子取代而生成的化合物，可分為飽和鹵代烴、不飽和鹵代烴和芳香族鹵代烴。鹵代烴急性中毒可引起神經(jīng)系統(tǒng)、心、肺、肝、腎等多系統(tǒng)多臟器損害，甚至引起猝死，會產(chǎn)生嚴重的健康危害[1、2]。為減少鹵代烴廢氣的排放，企業(yè)在廢氣收集后，需尋求一種高效的處理技術(shù)進行處理。

目前，針對VOCs的末端處理技術(shù)很多，有吸收、低溫等離子[3]、光催化[4]、生物凈化、吸附[5]、催化氧化、鍋爐熱力焚燒[6]、蓄熱式熱氧化（RTO）[7]等技術(shù)。鹵代烴廢氣一般具有水溶性低、生化性差、氧化和焚燒過程易產(chǎn)生二次污染等特點，因此吸附法是目前相對最合適的鹵代烴廢氣處理技術(shù)，常規(guī)吸附法一般采用活性炭或活性碳纖維作為吸附劑，活性炭比表面積相對較小，脫附性能較差，回收溶劑品質(zhì)一般，且活性炭表面帶有催化功能，易導(dǎo)致鹵代烴少量分解產(chǎn)生酸性物質(zhì)；活性碳纖維吸附容量較高，但易被氧化。

大孔樹脂具有良好的吸附性能，具有吸附容量大、易再生、選擇性好、耐酸堿、回收溶劑品質(zhì)好等優(yōu)點，之前常用于廢水中有機物的吸附處理，目前正逐步用于VOCs廢氣的處理。本文討論將大孔樹脂用于對氯苯類鹵代烴的吸附回收處理，可取得良好的環(huán)境效益和社會效益。

2 工程設(shè)計

2.1 項目概況

浙江某精細化工中間體生產(chǎn)企業(yè)，建有氯苯項目，在生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生無機和VOCs類混合廢氣，無機類成分包括Cl2、HCl等，有機類VOCs廢氣包括苯、氯苯和二氯苯等。

該企業(yè)目前已對車間產(chǎn)生的廢氣進行了收集，由于廢氣中含有腐蝕性酸性廢氣，因此先采用堿吸收對廢氣進行預(yù)處理，再選擇除VOCs技術(shù)進行處理。考慮廢氣成分復(fù)雜具有酸堿性，企業(yè)采用大孔樹脂吸附回收其中的VOCs類物質(zhì)，并委托浙江省環(huán)境監(jiān)測中心監(jiān)測后驗證其處理效果。

2.2 設(shè)計條件

氯苯廢氣產(chǎn)生的環(huán)節(jié)主要是在氯化反應(yīng)、閃蒸、精餾等工序，設(shè)計收集總風量為2000m3/h。企業(yè)生產(chǎn)過程中，苯和氯苯的產(chǎn)生濃度較高，波動較大，濃度可達到1000～10,000mg/m3， 并存在一定的Cl2和HCl。

2.3 工藝設(shè)計

下圖為氯苯車間氯化反應(yīng)產(chǎn)生的高濃度HCl廢氣（含Cl2）先采用三級降膜水吸收，副產(chǎn)鹽酸，以去除絕大部分HCl和少部分Cl2；然后與其他工序產(chǎn)生的低濃度HCl廢氣合并，采用兩級堿吸收處理繼續(xù)除去HCl和Cl2，最后采用大孔樹脂吸附處理，吸附苯、氯苯類，最后經(jīng)15米排氣筒排放。

廢氣處理工藝流程圖

氯苯廢氣樹脂吸附裝置，配置樹脂吸附罐2臺（1用1備），1個吸附罐處于吸附狀態(tài)，另1個吸附罐脫附再生或備用狀態(tài)，通過PLC自動控制2個吸附罐的自動切換。

吸附材料采用XDA-1B型大孔吸附樹脂，帶有弱極性基團吸附劑，企業(yè)采用蒸氣對吸附樹脂進行再生，冷凝后獲得苯、氯苯類和水的混合物，經(jīng)分離后回收苯和氯苯類，廢水在廢水站進行處理，不會產(chǎn)生二次污染。吸附罐主要設(shè)計參數(shù)見表1。

表1 吸附罐主要設(shè)計參數(shù)

2.4 工程特點

（1）考慮化工廢氣成分的復(fù)雜性，對廢氣分類進行收集，酸性廢氣濃度高的廢氣預(yù)先進行預(yù)處理，再與酸性濃度低的廢氣混合后進行處理。

（2）在廢氣進入吸附罐前，仍需盡量除去酸性氣體，減輕廢氣對設(shè)備的腐蝕，延長設(shè)備的使用壽命。

（3）設(shè)計吸附罐的空罐氣速不高于 0.3m/s，吸附床層高度約0.6m，以盡可能提高廢氣處理效率，確保VOCs廢氣達標排放。

（4）廢氣的鹵代烴可采用水蒸汽進行脫附，含水混合物可通過分層進行回收。如用來吸附胺類等堿性有機物，也可采用70%的硫酸進行再生。

3 運行效果

該化工企業(yè)按設(shè)計要求建成本套廢氣處理設(shè)施，經(jīng)過一段時間調(diào)試運行后，企業(yè)委托浙江省環(huán)境監(jiān)測中心于2017年對廢氣處理設(shè)施進行了監(jiān)測。VOCs類的監(jiān)測數(shù)據(jù)見表2，監(jiān)測結(jié)果表明，特征污染因子的平均凈化效率大部分都在99%以上，排放濃度達到《大氣污染物綜合排放標準》（GB16297-1996）中新污染源二級標準。

表2 VOCs類監(jiān)測值

4 經(jīng)濟指標

預(yù)處理+堿吸收+吸附系統(tǒng)的總投資費用約40萬元，總裝機容量為11.2kW，運行功率為8.2kW，按70%的運行效率、0.7元/kW·h的電價計，則每日產(chǎn)生的電費為96.4元/d。消耗30%的液堿約40kg/d，按1000元/t的液堿價格，每日消耗的液堿費用為40元。70%稀硫酸消耗較少，僅按日消耗10kg、200元/t的稀硫酸價格，每日消耗的稀硫酸費用為2元。按年運行300天計，總運行費用約為4.15萬元/a。

5 結(jié)論

（1）大孔樹脂吸附適用于處理中高濃度的鹵代烴廢氣，具有很好的凈化效率，特征污染因子的平均凈化效率一般可達到99%以上，使處理后的廢氣達標排放，是一種值得推廣的化工廢氣末端處理設(shè)備。

（2）運行過程中，大孔樹脂脫附操作簡單，蒸氣消耗適中，運行費用較低。

[1] 張維森，江朝強，劉麗芬.鹵代烴類有機溶劑理化特性及其職業(yè)危害防護[J].中華勞動衛(wèi)生職業(yè)病雜志，2010，28（10）：792-794.

[2] 徐志榮，王浙明，許明珠，等.浙江省制藥行業(yè)典型揮發(fā)性有機物臭氧產(chǎn)生潛力分析及健康風險評價[J].環(huán)境科學(xué)，2013，34（5）：1864-1870.

[3] 王玲玲，張建平.低溫等離子體在廢氣處理中的應(yīng)用[J].中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2013（1）：35～37.

[4] 劉楠，滕富華，陸建海，等.光催化-吸收法處理家具涂裝廢氣中試試驗[J].浙江大學(xué)學(xué)報（工學(xué)版），2017，51（2）：393-398.

[5] 紀利俊，應(yīng)衛(wèi)勇，朱家文，等.活性炭固定床上氯苯氣體的吸附過程[J].華東理工大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2006，32（9）：1021-1024.

[6] 陸建海，顧震宇，韋彥斐，等.鍋爐熱力焚燒技術(shù)在有機廢氣處理工程中的應(yīng)用[J].環(huán)境工程，2014，32（192）：71-73，101.

[7] 滕富華，顧震宇，項敏，等.蓄熱式熱氧化爐處理醫(yī)化廢氣[J].中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2015（4）：4-7.