中和吸附法处理含氟含氯有机废气的工程实例

彭 旭， 陈际雨（浙江蓝天环保高科技股份有限公司，浙江 杭州 310018）

含氟含氯的挥发性有机气体（VOCs）常见于消耗臭氧层物质（ODS）替代品生产的氟化工行业[1-4]。ODS生产过程会产生有机残液、酸性化工污泥，废催化剂等物质，在其委外处理时需要暂存危废仓库，但存储过程中会不可避免的产生含有较高浓度含氟、氯元素的有机废气；将造成不同程度的环境污染，对人员健康造成一定程度的危害，尤其在夏天高温天气[5]。传统处理VOCs的方法有：生物法、低温等离子法、光催化氧化法、活性炭吸附法等方法；但氟化工行业在其生产过程中产生的废气成分复杂、处理难度大、酸性较强，故传统方法对含氟、含氯有机废气的处理效果难以达到国家标准[6]。

浙江蓝天环保高科技股份有限公司主要生产 HCFC-123、HFC-125、HFC-236fa等 ODS 替代品，每年产生的酸性化工污泥、废卤化有机残液等各类危废约为500 t。根据行业生产的特点，结合公司的实际需求，采用SDG（干式酸性气体吸收填料）中和吸附耦合活性炭吸附的方法对危废仓库产生的废气进行处理；即含氟、氯的VOCs经过SDG（干式酸性气体吸收填料）的中和吸附，使含F、Cl酸性气体得到转化与固定化；剩余VOCs气体再经过活性炭的吸附而得到有效去除，达标后经高空排放。

1 反应机理及材料性能

1.1 SDG中和吸附反应机理与材料规格

SDG填料是一种新型处理酸性气体的吸附剂，其成本比分子筛、活性碳等吸附剂的成本低，相同工况条件下对酸性气体吸附容量大，处理效果好；是一种具有较高比表面积的固体颗粒物质，当含有酸性物质的气体扩散运动到SDG表面吸附力场时，便被其捕捉在其表面上，然后与其中活性成分发生化学反应，生产一种中性盐而固定在SDG吸附填料结构中；除了一般的物理吸附外，还存在化学中和，粒子吸附，催化作用等；由于这些理化作用以及由表及里的化学反应，大大增加了其吸附容量，增强了其使用寿命。

本项目采用的是固定床SDG干式酸气吸收装置，其填料具体性能如表1所示。

1.2 活性炭吸附机理与材料规格

活性炭是以木屑、果壳、褐煤等含碳物质为原料，经碳化和活化制成。其孔隙发达，比表面积大，总表面积高达每克500～1000㎡。使用其对需要操作的气体进行净化处理时，会使得其中某些组分通过物理吸附、化学吸附、交联吸附等方式得到去除。本项目所使用的活性炭性能参数如表2所示。

表1本项目所采用的SDG填料性能Table 1 The performance of SDG filler used in this project

表2 活性炭性能参数Table 2 Specification parameters of activated carbon

2 废气处理工艺流程

本项目含F、Cl的VOCs废气的处理工艺流程图见图1。

图1 废气处理流程图Fig.1 Process chart of waste gas treatment

该项目的处理与运行模式为：含F、Cl的VOCs经废气收集装置收集后，经过轴流风机引至输送管道，依次经过SDG中和吸附装置，活性炭吸附箱，再经离心风机后高空达标排放。离心风机前，整个过程处于负压状态，可有效防止收集的废气泄露到环境中。

3 主要处理构筑物与设备

3.1 废气收集装置与管路

废气收集装置 （Ø400 mm×10000 mm，PP材质，下方均匀开孔50个）位于危废仓库中；（11.5 m×5.5 m×3.5 m 钢砼），距楼顶约 1.2 m（抱箍悬挂式安装）。废气收集装置经轴流风机引风至废气输送管路（Ø300 mm×1000 mm，约125 m）中，每段管路以对接（PP材质）相连并焊接，同时采用钢支撑固定。废气收集装置见图2。

图2 废气收集装置Fig.2 Exhaust gas collection device

3.2 风机系统

风机引风系统主要由2台风机构成，轴流风机其规格为：3000 m3/h、全压93 Pa、N=120 W、玻璃钢材质；离心风机其规格为：3000 m3/h、全压2500 Pa、N=7.5 kW、玻璃钢材质。

配套设备：电控系统2套，防爆、防水；钢支撑基座2套。

3.3 SDG中和吸附反应箱与活性炭吸附箱

SDG中和吸附装置用来吸附废气中各种酸性气体以及部分有机物，其处理量为3000 m3/h，尺寸大小为：1.56 m×0.71 m×1.8 m，主体材质为PP塑料。采用抽屉式结构，便于填料快速更换，可有效解决一般废气处理设施填料更换困难的问题。其中SDG废气进口处设置初效过滤器 （和SDG装置一体化装配），用于去除废气中的悬浮颗粒以及水汽；过滤网为石棉和不锈钢结构，内分粗滤网、精滤网各一层，其流速小于2 m/s。

经过SDG中和吸附的废气再进入活性炭固定床吸附装置，主要用于去除酸性物质后的VOCs的吸收，其设计流量大小为3000 m3/h，尺寸大小为：1.56 m×0.71 m×1.8 m，主体材料PP塑料，内含过滤网，过滤速度约0.5 m/s，SDG中和吸附装置与活性炭吸附箱见图3。

配套设施：钢支撑基座2套。

图3 SDG中和吸附装置与活性炭吸附箱Fig 3 SDG neutralization adsorption device and activated carbon adsorption device

4 工艺参数的相关计算

4.1 设备选型相关计算

危废仓库结构为11.5 m×5.5 m×3.5 m的钢砼结构，总容积约220 m3，仓库一般状态下大部分时间都处于封闭状态，所以仓库内暂存废物按封闭空间换气数计算；考虑到仓库长期处于封闭状态且人员不在仓库空间工作，按每小时至少10次的换气标准[7]。

每小时更换的体积为：Vh=220×10=2200 m3/h，考虑到：风机风量=净化风量×1.2，所以风机风量V=2200×1.2=2640 m3/h，本工程选取风机风量为3000 m3/h。

风管内空气流动的阻力有两种，一种是由于空气本身的粘滞性及其与管壁间的摩擦而产生的沿程能量损失，称为摩擦阻力或沿程阻力（hf）；另一种是空气流经风管中的管件及设备时，由于流速的大小和方向变化以及产生涡流造成比较集中的能量损失，称为局部阻力（hξ）。主要计算公式如下：

其中：λ为摩擦阻力系数，ν为风管内空气的平均流速（m/s），ρ 为空气的密度（kg/m3），l为风管长度（m），D 为圆形风管直径（m），ξ为局部阻力系数。根据文献资料[8-9]，计算结果如表3所示。

表3局部与沿程阻力计算Table 3 Calculation of wind resistance

所以管网与设备总压降为2040.6 Pa，由于有15%的安全系数，故总风压应为2135.69 Pa，选取风机风压约2600 Pa是合适的。

4.2 SDG填料与活性炭更换周期

SDG填料与活性炭更换周期按照车间实际检测标准进行更换，委托公司质量部进行定期检测，以及按照设计更换标准进行综合管理。

4.3 处理效果评价

废气处理的进口与出口均有相应的检测口，用以检测相应的污染因子。

相关污染因子的检测方法，按照表4相应标准进行检测。

根据表4检测方法，在环境温度38℃，进口废气流速在13.8 m/s，出口废气15.0 m/s标态干废气流量=（2.91~3.22）×10 m3/h获得进出口废气检测浓度以及净化效率如表5所示。

表5 效果分析与评价Table 5 Analysis and evaluation of results

5 结论

SDG耦合活性炭中和吸附法处理含氟含氯有机废气，可以明显地降低废气中氯化氢、总氟化物、非甲烷总烃等的含量。整个处理工艺操作简便，治理成本较低，无废水排放；在达标排放的前提下，减少了填料更换频率，降低了工作量，也为企业有效减少了环保项目投资费用。

参考文献：

[1] 朱顺根.有机氟化物生产过程中产生的三废及其治理方法[J].有机氟工业， 2004，（1）：41-46.

[2] 姚琪，刁杰.氟化工“三废”的资源化利用[J].化工环保，2017， 37（3）： 289-293.

[3] 曹磊.化工企业无组织排放废气的危害与防治 [J].污染防治技术，2006， （5）：50-51.

[4] 徐金和，袁和兴.氢氟酸废渣的处理和利用 [J].浙江化工，1988， 19（3）： 54-56.

[5] 何伟立，谢国建，吴昊.VOCs废气的危害及处理技术综述[J].四川化工，2012，（1）：16-18.

[6] 李瑜瑜，刘晓琴.浅谈化工行业有机废气处理技术[J].大科技，2013， （7）：331-332.

[7] 上海市建筑工程局.通风与空调工程施工及验收规范[M].北京：中国建筑工业出版社，1983.

[8] 胡传鼎.通风除尘设备设计手册[M].北京：化学工业出版社工业装备与信息工程出版中心，2003.

[9] 罗继杰，张蔚东，陈雷.各类通风管道技术特点及沿程阻力特性分析[C].中国勘察设计协会建筑环境与设备专业委员会技术交流大会，2007.