吸收法处理二氯甲烷废气的模拟计算及优化

陈伟民，孙玉玉，李伟伟

（1.南京源恒环境研究所有限公司；2.中建安装集团有限公司，南京 210009）

当前，二氯甲烷作为一种应用非常广泛的有机溶剂，被大量用于医药、化工、纺织和涂料等行业[1]。但是，二氯甲烷具有较大的毒性，对环境和人体健康造成很大的威胁，1976年已经被美国环境保护局列入65 类有毒污染物清单中[2]。

针对二氯甲烷等含氯有机物的治理，人们已经探索出多种治理方法，其中较为成熟的有冷凝、吸附、焚烧和氧化还原等方法，此外，生物降解技术、催化燃烧技术、吸收-催化联合技术等新型技术也不断发展[3-7]。但是，它们存在二次污染，如产生活性炭危废，焚烧产生二噁英、氯气等有毒有害气体。

吸收是一种有效降低二氯甲烷尾气浓度的方法，通过吸收剂的再生，可以达到循环使用的目的，不产生二次污染[8]。本文采用流程模拟软件Aspen Plus对二氯甲烷废气分离过程进行研究，确定吸收剂种类、吸收流程和吸收塔操作参数，同时在理论计算的基础上进行试验认证，为工业废气净化设计奠定了基础。

1 废气组成及计算要求

本工艺流程所涉及的主要组分为二氯甲烷、DMF、水。常压下，三者的物性如表1所示。

表1 组分的物性

废气进气量为1 000 m3/h，其中二氯甲烷的浓度为1 000 mg/m3。模拟计算拟达到的要求为：出气二氯甲烷含量小于5 mg/m3，吸收剂含量小于5 mg/m3。

2 模拟计算与结果优化

采用Aspen Plus 严格精馏吸收模型进行模拟计算，采用二级吸收对二氯甲烷废气系统进行吸收过程模拟计算，分析研究规律变化，为实际应用打下基础。二氯甲烷吸收流程如图1所示。

图1 二氯甲烷废气净化流程

流程说明如下：二氯甲烷废气从吸收塔1 底部进入，与吸收剂1 在吸收塔内逆流接触，吸收除去，塔釜吸收液经解析再生循环使用，塔顶一级净化气进入到吸收塔2 中；在吸收塔2 中与吸收剂2 发生逆流接触，除去吸收剂1 和少量二氯甲烷，塔釜吸收液解析后循环使用，塔顶尾气达标排放。

2.1 吸收剂的筛选

吸收剂的类型对吸收效果存在很大影响，吸收剂要对吸收组分有着较强的溶解性。考虑到二氯甲烷属于极性有机溶剂，通过相似相容原理，本文首先分别以乙二醇、乙醇、二甲基乙酰胺、DMF 为吸收剂，分别考察了其吸收效果和出口吸收剂浓度的影响，结果如表2所示。

表2 不同吸收剂吸收效果

从表2 可以看出，除乙二醇外，三种吸收剂乙醇、二甲基乙酰胺、DMF 均可作为二氯甲烷废气的吸收剂。

以乙醇作为吸收剂，乙醇出口浓度偏高，再以水作为二级吸收剂可以实现对乙醇的吸收和除去，但是由于乙醇与水共沸，分离回收乙醇难度较大；以二甲基乙酰胺作为吸收剂，在相同的流量下，其吸收效果不及乙醇、DMF，同时二甲基乙酰胺来源也不广泛、价格也比较昂贵，实用性也较差；在相同的流量下，DMF 作为吸收剂，吸收效果较乙醇、二甲基乙酰胺好；其作为一种溶剂，来源较为广泛、易得。虽然吸收塔出口浓度较二甲基乙酰胺高，但是以水作为吸收剂可以将DMF 完全吸收下来，同时DMF 与水不存在共沸，分离回收相对容易，可以实现DMF、水的闭合循环。综上所述，选定DMF 作为二氯甲烷废气的一级吸收剂。

2.2 吸收塔1 模拟优化

以DMF 为吸收剂，本研究分别考察了塔板数对吸收效果、吸收剂用量的影响，具体情况如图2、图3所示。

图2 尾气浓度与塔板数的关系

从图2、图3 可以看出，随着塔板数的增大，塔顶二氯甲烷浓度越来越低；当塔板数为12 时，塔顶二氯甲烷浓度小于5 mg/m3。因此，选定塔板数12 块。

当进料流量为1 100 kg/h 时，塔顶二氯甲烷浓度小于5 mg/m3。继续增大进料流量，二氯甲烷出气浓度变化很小，因此选定DMF 流量为1 100 kg/h。在最优的吸收分离条件下，吸收塔1 的吸收结果如表3所示。

表3 吸收塔1 吸收结果

从表3 可以看出，采用DMF 作为吸收剂，可以满足相关要求，即吸收塔1 出口气浓度中二氯甲烷的浓度小于5 mg/m3，但是出口气体中DMF 浓度较高，需要进行处理达标后排放。

2.3 吸收塔2 模拟优化

考虑到DMF 时强极性溶剂，与水可以无限混溶，同时水与DMF 不存在共沸等问题，易于分离回收再循环，因此用水作为吸收塔2 的吸收剂。以水作为吸收剂，吸收效果如表4所示。

表4 吸收塔2 吸收结果

从表4 可以看出，以水作为吸收剂，尾气二级出口中二氯甲烷、DMF 的含量能够降到5 mg/m3以下，满足要求。

3 试验论证

采用鼓泡、稀释法配置二氯甲烷废气浓度1 000 mg/m3的废气，采用自制吸收塔对吸收过程进行研究，分别得到吸收塔1、2 塔顶出气组成。具体试验结果如表5所示。

表5 吸收塔吸收结果

从表5 可以看出，出气浓度与模拟计算基本一致，模拟计算结果正确。

4 结论

采用两塔串联吸收二氯甲烷废气，最终出气二氯甲烷浓度降到5 mg/m3以下。经模拟计算，本研究确定吸收塔1 塔板数12 块，最佳进料量1 100 kg/h。试验验证表明，结果相差不大，满足工业放大需求。