树脂吸附-蒸汽脱附回收四氢呋喃的工程实例

2022-11-07 06:26陈振坎王志良
广州化学 2022年5期
关键词:吸附器四氢呋喃有机溶剂

陈振坎, 蒋 澍, 李 超, 徐 明, 王志良

树脂吸附-蒸汽脱附回收四氢呋喃的工程实例

陈振坎, 蒋 澍, 李 超, 徐 明, 王志良

(江苏齐清环境科技有限公司,江苏 南京 210036)

结合河南某医药企业的生产工艺、废气排放特征及相关工程经验,提出了采用“树脂吸附-蒸汽脱附+蓄热式热氧化炉”相结合的VOCs废气净化技术,满足了企业关于VOCs废气资源化利用和达标排放两个方面的需求。本文对树脂吸附回收四氢呋喃有机溶剂的技术展开论述,现场运行结果表明:自2020年11月投入使用至今,树脂吸附装置运行稳定,效果极佳,年回收四氢呋喃约120 t,年净收益183.4万元,具有较好的环境效益和经济效益。

树脂;VOCs废气;资源化利用;四氢呋喃

四氢呋喃是医药化工行业生产工艺中常见的有机溶剂,具有低沸点、易挥发等特性。在实际生产过程中,四氢呋喃废气排放浓度一般超过10 000 mg/m3,具有较高的回收价值。

目前,医药化工行业常见的挥发性有机化合物(VOCs)回收技术包括冷凝法、吸收法、吸附法等。冷凝法是最简单的VOCs废气回收技术[1],但平均去除率较低,仅70%左右[2],适用于有回收价值、小风量、高浓度VOCs废气的预处理方法[3];吸收法工艺简单[4]、无二次污染[5],适用于VOCs废气组分相对单一的工况,处理大风量、组分较为复杂的VOCs废气时,吸收效率较低[4];吸附法是目前应用最广、最成熟的VOCs废气回收技术[2,6],但传统的活性炭吸附技术具有对极性VOCs废气吸附效果较差、耐温性能差、易产生二次污染[7]等缺点。相比于其他技术,树脂吸附-蒸汽脱附技术具有吸附性能稳定、疏水性强、易于脱附、耐温性能好、安全性高、对极性分子有良好的吸附效果等优点[8],在VOCs废气治理工程应用中有很大的发展前景。

结合河南某医药企业合成车间的现场调查情况和检测结果,针对含四氢呋喃的高浓度VOCs废气,提出了采用树脂吸附-蒸汽脱附技术回收四氢呋喃有机溶剂,期望对以后类似企业高浓度VOCs废气资源化利用有一定的借鉴意义。

1 现场调研及工艺路线

河南某医药企业合成车间主要生产沙坦联苯,以对氯甲苯、邻氯苯腈等为原料,四氢呋喃、乙醇等为有机溶剂,包括格式、缩合、水解、结晶、离心等生产工序。车间废气收集处理现状调查情况见表1;车间碱性吸收塔出口尾气的总烃和风量检测结果见图1。

表1 废气收集处理现状

图1 合成车间碱性吸收塔出口尾气检测结果

由现场调查情况和检测结果可知,合成车间VOCs废气治理主要存在以下问题:1)根据企业提供的有机溶剂损耗数据表,四氢呋喃溶剂损耗量较高,四氢呋喃废气未进行有效回收利用;2)碱吸收技术对组分复杂的VOCs废气净化效果有限;3)四氢呋喃属于极性溶剂,活性炭对极性分子的吸附作用较弱;单一的活性炭吸附装置运行过程中易饱和,难以保证VOCs废气稳定达标排放。

针对VOCs废气治理存在的问题,主要采取以下措施:1)加强车间VOCs废气冷凝预处理,从源头减少污染物排放;2)采用树脂吸附-蒸汽脱附技术回收四氢呋喃有机溶剂;3)采用蓄热式热氧化炉焚烧技术处理全厂VOCs废气。本文仅对树脂吸附回收四氢呋喃有机溶剂的技术展开论述。

2 工艺流程简述

树脂吸附-蒸汽脱附回收四氢呋喃有机溶剂的工艺流程见图2,含四氢呋喃的高浓度VOCs废气经车间预处理后送至前端过滤冷凝器,起到去除颗粒物和降温的作用;再由风机送至吸附器A进行吸附处理,当吸附器A中的树脂吸附饱和后,切换到吸附器B,同时打开蒸汽阀门,对吸附器A中吸附饱和的树脂进行蒸汽脱附处理;脱附下来的蒸汽混合有机物经过三级冷凝处理后回车间精馏,精馏出来的四氢呋喃有机溶剂循环利用,不凝气回风机前端进行二次吸附处理。

图2 树脂吸附-蒸汽脱附工艺流程图

2.1 树脂选型

本装置选用陕西某特种树脂有限公司的LSV-16型大孔树脂,规格参数见表2。

表2 树脂规格参数

3 设计要点

1)根据《吸附法工业有机废气治理工程技术规范》HJ2026-2013第6.3.3节规定,采取纤维状吸附剂(活性炭纤维毡)时,气体流速宜低于0.15 m/s。本装置设计流速参照执行,取0.14 m/s,停留时间≥7s。

2)根据试验结果可知,对于同样工况的VOCs废气,树脂的穿透吸附量随着进气温度的升高而降低[8]。为了确保良好的吸附效果,本装置前端增设空冷过滤器,保证进气温度在20℃左右。

3)树脂吸附是放热可逆的过程,且四氢呋喃沸点较低,因此必须控制吸附床层的初始温度,保证吸附过程正向稳定进行。本装置选用负压干燥降温技术,将吸附床层的初始温度控制在40℃左右。

4)蒸汽脱附技术具有安全性高,易冷凝等优点。根据试验结果可知,解析出同等质量的有机溶剂,蒸汽消耗量随着蒸汽压力的升高而降低,蒸汽压力不宜低于0.3 MPa[9]。本装置设计选用蒸汽压力≥0.6 MPa。

5)蒸汽解析下来的四氢呋喃蒸汽混合物经过冷凝系统冷凝后,冷凝下来的四氢呋喃水溶液回车间精馏回收,冷凝效率对四氢呋喃的回收率起决定性影响。本装置设计三级冷凝系统,前两级选用列管冷凝器,第三级选用螺旋板冷凝器,确保冷凝系统具有较高的冷凝效率。

6)吸附过程中,有机溶剂在树脂微孔表面产生吸附热,温度持续升高,万一突破着火点后,会导致火灾事故发生。本装置吸附床层设置温度传感器,并配置消防蒸汽阀,吸附过程中,当温度传感器测得吸附床层温度超过80℃时,消防蒸汽阀打开,确保系统安全稳定运行。

7)本装置吸附器为常压设计,设置压力变送器,并配置泄压阀,当吸附器内部压力超过0.1 MPa时,泄压阀自动开启,待吸附器内部压力降至设计压力,泄压阀关闭,确保系统安全稳定运行。

8)控制柜选用正压防爆结构设计,隔绝外部危险性气体。

4 运行效果分析

树脂吸附-蒸汽脱附回收四氢呋喃装置已正式投用1年,系统运行稳定。对装置进出口尾气总烃浓度进行了连续检测,检测数据见表3。由表3可知,四氢呋喃回收率稳定在96%,回收率很高,但装置出口尾气总烃排放浓度仍不满足《制药工业大气污染物排放标准》GB37823-2019,二级标准“TVOC-100 mg/m3”的要求,故需进一步采取蓄热式热氧化炉焚烧技术使其达标排放。

表3 含四氢呋喃废气处理情况

依据《环境空气和废气总烃、甲烷和非甲烷总烃便携式监测仪工艺要求及检测方法》(HJ 1012-2018),采用ERSATEC smart FID检测仪对装置进出口总烃浓度进行检测。

5 经济分析

1)装置规模:4 000 Nm3/h。

2)建设费用:180万元。

3)年运行费用:按年运行时间7 200 h计算,电费约5.6万元,蒸汽费用约18万元,循环冷却水费用约3万元,设备维修费和折旧费约30万元,合计56.6万元。

4)年回收四氢呋喃价值:根据企业实际回收情况,年可回收四氢呋喃约120 t,四氢呋喃价格按2万元/t计算,则年回收四氢呋喃价值240万元。

5)年净收益:240-56.6=183.4万元。

6 结论

采用树脂吸附-蒸汽脱附技术对合成车间含四氢呋喃的高浓度VOCs废气进行资源化利用,现场运行结果表明:树脂吸附装置运行稳定,效果极佳,年回收四氢呋喃约120 t,年净收益183.4万元,具有较好的环境效益和经济效益。目前,树脂吸附回收技术在VOCs废气治理工程应用中还相对少见,本项目为今后类似工程项目的研发和设计提供了一定的思路。

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Engineering Example of Resin Adsorption-Steam Desorption Recovery of Tetrahydrofuran

CHEN Zhen-kan, JIANG Shu, LI Chao, XU Ming, WANG Zhi-liang

(Jiangsu Qiqing Environmental Technology Co., Ltd., Nanjing 210036, China)

Combining the production process, exhaust gas emission characteristics and related engineering experience of a pharmaceutical company in Henan, a VOCs waste gas purification technology combining “resin adsorption-steam desorption + regenerative thermal oxidation furnace” is proposed, which satisfies the company's requirements for VOCs The demand for waste gas resource utilization and standard emission. This article only discusses the technology of resin adsorption and recovery of tetrahydrofuran organic solvent. The on-site operation results showed that: since it was put into use in November 2020, the resin adsorption device has been running stably and has excellent effects. The annual recovery of tetrahydrofuran is about 120 t, and the annual net income is 1.834 million yuan, with better environmental and economic benefits.

resin; VOCs waste gas; resource utilization; tetrahydrofuran

X51

A

1009-220X(2022)05-0068-05

10.16560/j.cnki.gzhx.20220508

2022-03-28

陈振坎(1993~),男,江苏宜兴人,工程师;主要从事挥发性有机物污染防治技术开发及工程设计。1075021500@qq.com

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