中和吸附法處理含氟含氯有機(jī)廢氣的工程實(shí)例

彭 旭， 陳際雨（浙江藍(lán)天環(huán)保高科技股份有限公司，浙江 杭州 310018）

含氟含氯的揮發(fā)性有機(jī)氣體（VOCs）常見于消耗臭氧層物質(zhì)（ODS）替代品生產(chǎn)的氟化工行業(yè)[1-4]。ODS生產(chǎn)過(guò)程會(huì)產(chǎn)生有機(jī)殘液、酸性化工污泥，廢催化劑等物質(zhì)，在其委外處理時(shí)需要暫存危廢倉(cāng)庫(kù)，但存儲(chǔ)過(guò)程中會(huì)不可避免的產(chǎn)生含有較高濃度含氟、氯元素的有機(jī)廢氣；將造成不同程度的環(huán)境污染，對(duì)人員健康造成一定程度的危害，尤其在夏天高溫天氣[5]。傳統(tǒng)處理VOCs的方法有：生物法、低溫等離子法、光催化氧化法、活性炭吸附法等方法；但氟化工行業(yè)在其生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢氣成分復(fù)雜、處理難度大、酸性較強(qiáng)，故傳統(tǒng)方法對(duì)含氟、含氯有機(jī)廢氣的處理效果難以達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[6]。

浙江藍(lán)天環(huán)保高科技股份有限公司主要生產(chǎn) HCFC-123、HFC-125、HFC-236fa等 ODS 替代品，每年產(chǎn)生的酸性化工污泥、廢鹵化有機(jī)殘液等各類危廢約為500 t。根據(jù)行業(yè)生產(chǎn)的特點(diǎn)，結(jié)合公司的實(shí)際需求，采用SDG（干式酸性氣體吸收填料）中和吸附耦合活性炭吸附的方法對(duì)危廢倉(cāng)庫(kù)產(chǎn)生的廢氣進(jìn)行處理；即含氟、氯的VOCs經(jīng)過(guò)SDG（干式酸性氣體吸收填料）的中和吸附，使含F(xiàn)、Cl酸性氣體得到轉(zhuǎn)化與固定化；剩余VOCs氣體再經(jīng)過(guò)活性炭的吸附而得到有效去除，達(dá)標(biāo)后經(jīng)高空排放。

1 反應(yīng)機(jī)理及材料性能

1.1 SDG中和吸附反應(yīng)機(jī)理與材料規(guī)格

SDG填料是一種新型處理酸性氣體的吸附劑，其成本比分子篩、活性碳等吸附劑的成本低，相同工況條件下對(duì)酸性氣體吸附容量大，處理效果好；是一種具有較高比表面積的固體顆粒物質(zhì)，當(dāng)含有酸性物質(zhì)的氣體擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)到SDG表面吸附力場(chǎng)時(shí)，便被其捕捉在其表面上，然后與其中活性成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生產(chǎn)一種中性鹽而固定在SDG吸附填料結(jié)構(gòu)中；除了一般的物理吸附外，還存在化學(xué)中和，粒子吸附，催化作用等；由于這些理化作用以及由表及里的化學(xué)反應(yīng)，大大增加了其吸附容量，增強(qiáng)了其使用壽命。

本項(xiàng)目采用的是固定床SDG干式酸氣吸收裝置，其填料具體性能如表1所示。

1.2 活性炭吸附機(jī)理與材料規(guī)格

活性炭是以木屑、果殼、褐煤等含碳物質(zhì)為原料，經(jīng)碳化和活化制成。其孔隙發(fā)達(dá)，比表面積大，總表面積高達(dá)每克500～1000㎡。使用其對(duì)需要操作的氣體進(jìn)行凈化處理時(shí)，會(huì)使得其中某些組分通過(guò)物理吸附、化學(xué)吸附、交聯(lián)吸附等方式得到去除。本項(xiàng)目所使用的活性炭性能參數(shù)如表2所示。

表1本項(xiàng)目所采用的SDG填料性能Table 1 The performance of SDG filler used in this project

表2 活性炭性能參數(shù)Table 2 Specification parameters of activated carbon

2 廢氣處理工藝流程

本項(xiàng)目含F(xiàn)、Cl的VOCs廢氣的處理工藝流程圖見圖1。

圖1 廢氣處理流程圖Fig.1 Process chart of waste gas treatment

該項(xiàng)目的處理與運(yùn)行模式為：含F(xiàn)、Cl的VOCs經(jīng)廢氣收集裝置收集后，經(jīng)過(guò)軸流風(fēng)機(jī)引至輸送管道，依次經(jīng)過(guò)SDG中和吸附裝置，活性炭吸附箱，再經(jīng)離心風(fēng)機(jī)后高空達(dá)標(biāo)排放。離心風(fēng)機(jī)前，整個(gè)過(guò)程處于負(fù)壓狀態(tài)，可有效防止收集的廢氣泄露到環(huán)境中。

3 主要處理構(gòu)筑物與設(shè)備

3.1 廢氣收集裝置與管路

廢氣收集裝置 （?400 mm×10000 mm，PP材質(zhì)，下方均勻開孔50個(gè)）位于危廢倉(cāng)庫(kù)中；（11.5 m×5.5 m×3.5 m 鋼砼），距樓頂約 1.2 m（抱箍懸掛式安裝）。廢氣收集裝置經(jīng)軸流風(fēng)機(jī)引風(fēng)至廢氣輸送管路（?300 mm×1000 mm，約125 m）中，每段管路以對(duì)接（PP材質(zhì)）相連并焊接，同時(shí)采用鋼支撐固定。廢氣收集裝置見圖2。

圖2 廢氣收集裝置Fig.2 Exhaust gas collection device

3.2 風(fēng)機(jī)系統(tǒng)

風(fēng)機(jī)引風(fēng)系統(tǒng)主要由2臺(tái)風(fēng)機(jī)構(gòu)成，軸流風(fēng)機(jī)其規(guī)格為：3000 m3/h、全壓93 Pa、N=120 W、玻璃鋼材質(zhì)；離心風(fēng)機(jī)其規(guī)格為：3000 m3/h、全壓2500 Pa、N=7.5 kW、玻璃鋼材質(zhì)。

配套設(shè)備：電控系統(tǒng)2套，防爆、防水；鋼支撐基座2套。

3.3 SDG中和吸附反應(yīng)箱與活性炭吸附箱

SDG中和吸附裝置用來(lái)吸附廢氣中各種酸性氣體以及部分有機(jī)物，其處理量為3000 m3/h，尺寸大小為：1.56 m×0.71 m×1.8 m，主體材質(zhì)為PP塑料。采用抽屜式結(jié)構(gòu)，便于填料快速更換，可有效解決一般廢氣處理設(shè)施填料更換困難的問題。其中SDG廢氣進(jìn)口處設(shè)置初效過(guò)濾器 （和SDG裝置一體化裝配），用于去除廢氣中的懸浮顆粒以及水汽；過(guò)濾網(wǎng)為石棉和不銹鋼結(jié)構(gòu)，內(nèi)分粗濾網(wǎng)、精濾網(wǎng)各一層，其流速小于2 m/s。

經(jīng)過(guò)SDG中和吸附的廢氣再進(jìn)入活性炭固定床吸附裝置，主要用于去除酸性物質(zhì)后的VOCs的吸收，其設(shè)計(jì)流量大小為3000 m3/h，尺寸大小為：1.56 m×0.71 m×1.8 m，主體材料PP塑料，內(nèi)含過(guò)濾網(wǎng)，過(guò)濾速度約0.5 m/s，SDG中和吸附裝置與活性炭吸附箱見圖3。

配套設(shè)施：鋼支撐基座2套。

圖3 SDG中和吸附裝置與活性炭吸附箱Fig 3 SDG neutralization adsorption device and activated carbon adsorption device

4 工藝參數(shù)的相關(guān)計(jì)算

4.1 設(shè)備選型相關(guān)計(jì)算

危廢倉(cāng)庫(kù)結(jié)構(gòu)為11.5 m×5.5 m×3.5 m的鋼砼結(jié)構(gòu)，總?cè)莘e約220 m3，倉(cāng)庫(kù)一般狀態(tài)下大部分時(shí)間都處于封閉狀態(tài)，所以倉(cāng)庫(kù)內(nèi)暫存廢物按封閉空間換氣數(shù)計(jì)算；考慮到倉(cāng)庫(kù)長(zhǎng)期處于封閉狀態(tài)且人員不在倉(cāng)庫(kù)空間工作，按每小時(shí)至少10次的換氣標(biāo)準(zhǔn)[7]。

每小時(shí)更換的體積為：Vh=220×10=2200 m3/h，考慮到：風(fēng)機(jī)風(fēng)量=凈化風(fēng)量×1.2，所以風(fēng)機(jī)風(fēng)量V=2200×1.2=2640 m3/h，本工程選取風(fēng)機(jī)風(fēng)量為3000 m3/h。

風(fēng)管內(nèi)空氣流動(dòng)的阻力有兩種，一種是由于空氣本身的粘滯性及其與管壁間的摩擦而產(chǎn)生的沿程能量損失，稱為摩擦阻力或沿程阻力（hf）；另一種是空氣流經(jīng)風(fēng)管中的管件及設(shè)備時(shí)，由于流速的大小和方向變化以及產(chǎn)生渦流造成比較集中的能量損失，稱為局部阻力（hξ）。主要計(jì)算公式如下：

其中：λ為摩擦阻力系數(shù)，ν為風(fēng)管內(nèi)空氣的平均流速（m/s），ρ 為空氣的密度（kg/m3），l為風(fēng)管長(zhǎng)度（m），D 為圓形風(fēng)管直徑（m），ξ為局部阻力系數(shù)。根據(jù)文獻(xiàn)資料[8-9]，計(jì)算結(jié)果如表3所示。

表3局部與沿程阻力計(jì)算Table 3 Calculation of wind resistance

所以管網(wǎng)與設(shè)備總壓降為2040.6 Pa，由于有15%的安全系數(shù)，故總風(fēng)壓應(yīng)為2135.69 Pa，選取風(fēng)機(jī)風(fēng)壓約2600 Pa是合適的。

4.2 SDG填料與活性炭更換周期

SDG填料與活性炭更換周期按照車間實(shí)際檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行更換，委托公司質(zhì)量部進(jìn)行定期檢測(cè)，以及按照設(shè)計(jì)更換標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行綜合管理。

4.3 處理效果評(píng)價(jià)

廢氣處理的進(jìn)口與出口均有相應(yīng)的檢測(cè)口，用以檢測(cè)相應(yīng)的污染因子。

相關(guān)污染因子的檢測(cè)方法，按照表4相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測(cè)。

根據(jù)表4檢測(cè)方法，在環(huán)境溫度38℃，進(jìn)口廢氣流速在13.8 m/s，出口廢氣15.0 m/s標(biāo)態(tài)干廢氣流量=（2.91~3.22）×10 m3/h獲得進(jìn)出口廢氣檢測(cè)濃度以及凈化效率如表5所示。

表5 效果分析與評(píng)價(jià)Table 5 Analysis and evaluation of results

5 結(jié)論

SDG耦合活性炭中和吸附法處理含氟含氯有機(jī)廢氣，可以明顯地降低廢氣中氯化氫、總氟化物、非甲烷總烴等的含量。整個(gè)處理工藝操作簡(jiǎn)便，治理成本較低，無(wú)廢水排放；在達(dá)標(biāo)排放的前提下，減少了填料更換頻率，降低了工作量，也為企業(yè)有效減少了環(huán)保項(xiàng)目投資費(fèi)用。

參考文獻(xiàn)：

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