某化工企业生产废气处理工程实例

毕道文

[夏禾科技（江苏）有限公司，江苏 泰州 225400]

化工废气常规治理技术有冷凝法、吸收法、吸附法、光催化氧化法、低温等离子法和燃烧法[1,2]等。冷凝法是利用废气在不同温度下具有不同饱和蒸气压这一特性，采用不同冷凝介质降低冷凝装置内部环境温度，使过流污染物冷凝并从废气中分离而转化成液态物质的方法。冷凝效果一般取决于废气因子的沸点、饱和蒸气压、冷媒温度、冷凝器换热面积。吸收法可除去废气中酸碱气体和水溶性气体，吸收率不高，一般用于预处理。吸附法分为一次性吸附和吸附脱附，吸附工艺的选择一般取决于废气污染物浓度、组分、风量、生产时间，主要吸附剂有活性炭、分子筛和大孔树脂等，该方法技术成熟，处理效果好，应用广泛。光催化氧化法适合处理低浓度废气，优点是能耗低、无二次污染、节能环保，缺点是处理效果较差，因此一般用于预处理。低温等离子法可用于处理大风量、低浓度的废气[3,4]，具有节约能耗、节省成本、操作简便的优势，缺点是处理效果较差，因此应用较少。焚烧法主要适用于高浓度的废气处理，该技术具有去除效果好、无二次污染的优点，缺点是能耗高、成本高。实际工程中，需要根据不同废气性质选择不同的处理工艺组合以达到较好的处理效果。

1 项目概况

以江苏某化工企业为例，该企业生产废气主要来自于1#及2#甲类车间、纯化车间、质检中心、危废仓库、储罐、污水处理站。在生产过程中排放的废气包含甲苯、二甲苯[5]、N,N-二甲基甲酰胺（DMF）、叔丁醇、乙酸甲酯、甲醇、乙醇、叔戊醇、四氢呋喃、丙酮、二氯甲烷、乙腈、正庚烷、环己烷、正丁醇、甲基环己烷、甲基叔丁基醚、1,4-二氧六环、异丙醇、氯化氢、硫化氢等。

2 处理要求和处理工艺流程

2.1 废气处理要求

企业有机废气排放执行《化学工业挥发性有机物排放标准》（DB 32/3151—2016）中挥发性有机物有组织排放限值，氯化氢、氮氧化物、二氧化硫及二噁英排放执行《大气污染物综合排放标准》（DB 32/4041—2021）中大气污染物有组织排放限值。结合企业实际排放情况和当地环保要求，挥发性有机物排放限值见表1。

表1 挥发性有机物排放限值

2.2 处理工艺设计

该企业生产的废气来源广泛、成分复杂。根据产废特点，采用分类分质原则，将生产的废气分为普通工艺废气、含卤废气、污水站废气、储罐废气、特殊含氢废气、其他低浓度废气（危险废物库废气、局部换风废气、纯化车间普通废气和质检中心废气），对废气进行分类收集并采取合适的预处理或末端处理措施进行有效治理（见图1）。

含卤废气主要包括含卤工艺废气、储罐含卤废气、纯化车间含卤废气。含卤废气由于含有二氯甲烷，需要分类收集、分质处理，采用“冷凝+碱洗+树脂吸脱附”工艺进行预处理，降低二氯甲烷废气浓度后再与经过预处理的普通废气汇合到一起进入蓄热式热力焚化炉（RTO）系统进行处理，从而实现达标排放。

废气处理流程图

进入RTO 系统的废气主要包括普通工艺废气、储罐普通尾气、污水站废气、预处理含卤废气。普通工艺废气由于浓度较高，含有氯化氢等酸性物质，需要经过“冷凝+碱洗”预处理；污水站废气由于含有少量硫化氢及水溶性有机物，需要收集后进行碱洗预处理；储罐由于都是有机溶剂，产生的尾气可直接进RTO 系统焚烧。以上废气通过不同方式预处理后，最终汇合到一起进入RTO 系统进行处理，净化后的废气通过1#排气筒达标排放；纯化车间废气由于浓度较低，不宜直接进入RTO 系统焚烧，故需分开收集处理后再与RTO 系统的净化尾气汇合，最后从1#排气筒排放。

车间特殊含氢废气由于存在爆炸风险，考虑单独采用“氮气保护+正压输送+水封洗涤”处理后，从车间楼顶烟囱排放；危险废物库废气与局部换风废气都属于低浓度废气，由于车间与危险废物库距离较远，只能单独收集、分开处理，处理工艺为“碱洗（除雾）+活性炭吸附”，分别处理后两股净化尾气汇合至2#排气筒达标排放。质检废气由于风量大、浓度低，距离其他废气设施距离较远，只能单独收集处理，处理工艺为“碱洗（除雾）+活性炭吸附”，净化尾气通过3#排气筒达标排放。

3 主要废气处理设施设计参数

3.1 1#、2#车间废气预处理系统

引风机：2 台，材质为玻璃钢（FRP），Q=3500m3/h，压强为2900Pa，功率为5.5kW，带变频；碱洗塔：2 座，材质为FRP；冷凝器：2 台，换热面积为30m2，材质为石墨；活性炭吸附器：2 台，装填面积为0.68m2，材质为304；阻火器：2 台，材质为304；应急切换阀：7 只，规格DN350，材质为FRP；LEL 浓度检测仪：2 台，防爆；温度传感器：2 套，防爆，材质为304；烟感探测器：2 套，防爆；声光报警：2 套，防爆；压差计：4 套，压强为0—1000Pa，防腐。

3.2 污水站废气处理系统

引风机：1 台，Q=4000m3/h，压强为3000Pa，材质为FRP；碱洗塔：1 座，材质为FRP，风量为4000m3/h；阻火器：1 台，材质为304；压差计：1 套，压力为0—1000Pa，防腐。

3.3 储罐（不含卤废气）

引风机：1 台，Q=200m3/h，压强为1500Pa，材质为304；阻火器：1 台，材质为304；压差计：1 套，压力为0—1000Pa，防腐。

3.4 含卤废气处理系统

吸附风机：2 台，Q=3000m3/h，压强为5000Pa，N=7.5kW；洗涤塔：1 座，材质为FRP；一级冷凝器[6]：1 台，换热面积为25m2，材质为石墨；二级冷凝器：数量1 台，换热面积为20m2，材质为石墨；大孔树脂吸附罐：内置大孔树脂，每罐树脂装填量约3m3，材质为31603；一级脱附冷凝器：1 台，换热面积为50m2，材质为石墨；二级脱附冷凝器：1 台，换热面积为20m2，材质为石墨；油水分离器：1 台，尺寸为800mm×1800mm，配视镜，材质为31603；油相罐/废水罐：2 个，尺寸为800mm×1200mm，材质为31603；循环水罐：1 个，材质为31603。

3.5 局部换风废气系统

吸附风机：1 台，Q=15 000m3/h，压强为3000Pa，N=22kW，材质为FRP；洗涤塔：1 座，材质为FRP；除雾器：1 台，尺寸为1650mm×2300mm，材质为FRP；活性炭吸附器：1 台，过气流速≤0.6m/s，装填高度≥0.50m；2#排气筒：1 座，Q=36 000m3/h，管径1000mm，高度30.0m（与危险废物库排气共用）。

3.6 纯化车间废气处理系统

吸附风机：1 台，Q=5000m3/h，压强为3000Pa，N=7.5kW，材质为FRP；洗涤塔：1 座，材质为FRP；除雾器：1 台，尺寸为950mm×1500mm，材质为FRP；活性炭吸附器：1 台，过气流速≤0.6m/s，装填高度≥0.50m。

3.7 危废库废气处理系统

吸附风机：1 台，Q=21 000m3/h，压强为4000Pa，N=37kW，材质为FRP；洗涤塔：1 座，材质为FRP；除雾器：1 台，尺寸为1950mm×2500mm，材质为FRP；活性炭吸附器：数量1 台，过气流速≤0.6m/s，装填高度≥0.50m。

3.8 质检中心废气处理系统

吸附风机：1 台，Q=40 000m3/h，压强为3000Pa，N=37kW，材质为FRP；洗涤塔：1 座，材质为FRP；除雾器：1 台，尺寸为2500mm×4000mm，材质为FRP；活性炭吸附器：1 台，过气流速≤0.6m/s，装填高度≥0.50m；3#排气筒：1 座，Q=40 000m3/h，管径1100mm，高度30.0m。

3.9 含氢废气处理系统

系统流量为100m3/h；吸收塔：1 座，喷淋段尺寸为200mm×2000mm，储液鼓泡罐尺寸为1200mm×1700mm，材质为FRP；填料：体积为0.03m3，单层堆积高度800mm，材质为PP；阻火器：2 台，材质为SS316L；压差计：2 套，压力为0—1000Pa，防腐。

3.10 RTO 处理系统

前风机：1 台，Q=15 000m3/h，压强为3500Pa，N=30kW，材质为FRP，防爆变频；爆炸下限（LEL）浓度检测仪：2 台，防爆；洗涤塔：2 座，材质为FRP；气液分离器：1 台，材质为FRP；阻火器：1台，材质为SS316L；RTO 燃烧设备：1 台，三厢式RTO，材质为“Q235-B+蜂窝陶瓷”；活性炭吸附塔：1 座，材质为304；出口混合器：1 台，材质为不锈钢2507；后风机：1 台，Q=15 000m3/h，压强为3500Pa，N=37kW，材质为FRP，防爆变频；冷却塔：1 座，材质为碳钢（内衬耐火砖）；1#排气筒：1 座，Q=20 000m3/h，管径700mm，高度35.0m（与纯化车间排气共用）。

4 工艺设计特点

（1）本企业废气来源广泛，成分复杂，企业采用分类分质的方式进行收集处理，目的明确，针对性强，工艺设计合理，处理效果好。

（2）含卤工艺废气与普通工艺废气都属于高浓度废气，由于两种废气成分不同，采用不同的预处理措施，将冷凝产生的废有机溶剂进行分类收集处置，方便企业日常管理。

（3）工艺废气排放源主要为反应釜、储罐、凝液接收罐、离心机母液罐、干燥器、冷凝器、真空泵、离心机等。产气工序主要为加料、卸料、拉真空、干燥、离心等。本着应收尽收的原则，上述废气排放源能采用密闭形式的尽量采用密闭形式，不能采用法兰连接的可采用可旋转式集气罩，从而最大限度提高废气收集效率；反应釜的呼阀废气利用管道收集，桶装加料处废气利用集气罩收集。

（4）进入RTO 之前的生产废气，由于排放源浓度、成分、风量、排放方式等不同，进入RTO 设施的废气存在较大波动性，为了确保RTO 系统运行稳定，高浓度废气必须要进行降浓预处理，各股废气分类预处理后汇合至RTO 系统，可减少生产废气波动对RTO 的影响。

（5）为了确保RTO 的安全运行，在RTO 装置前安装了LEL 在线检测装置，检测原理为点红外原理，控制进气浓度<25%LEL，设置二级报警，当达到一级报警时（气体浓度<17%LEL），连锁控制开启新风阀，当达到二级报警时（气体浓度＜25%LEL），开启RTO 旁路紧急切换阀、关闭RTO 进气阀，废气经过活性炭吸附后从烟囱排放。

（6）根据废气排放源位置，考虑到废气风量较大、浓度较低，在不能合并处理的情况下，采取单独收集、分开处理的方式进行处理，处理工艺一般为“洗涤（除雾）+活性炭吸附”，运行成本低，处理效果好。

（7）含卤废气因为采用“冷凝+碱洗+树脂吸脱附”处理措施，废气中二氯甲烷能得到有效除去，去除率达95%以上。含卤废气经过预处理后，与其他废气混合进入RTO 进行焚烧，大大降低了焚烧产生的酸性气体对RTO 的腐蚀，RTO 设施末端也设计了碱洗塔，能够有效去除焚烧产生的部分酸性气体。RTO 关键部位为2507 材质，进一步提高了RTO 设施的抗腐蚀能力。

（8）考虑后期运行监管方便，企业将部分废气设施合并至排气筒排放：RTO 净化废气和纯化车间净化废气合并至1#排气筒排放；危废库净化废气和局部换风净化废气合并至2#排气筒排放。

5 工程运行分析

5.1 运行效果

该企业生产废气在经过一段时间的调试运行后，最终实现了稳定运行且达标排放。第三方监测单位对排气筒废气浓度进行的检测结果见表2。

由表2 可知，该企业生产废气采用分类收集、分质处理后，测得1#、2#、3#排气筒废气污染物的排放浓度和排放速率均满足《化学工业挥发性有机物排放标准》（DB 32/3151—2016）；检测氯化氢、氮氧化物、二氧化硫及二噁英排放浓度及排放速率均满足《大气污染物综合排放标准》（DB 32/4041—2021）。结果表明，针对不同性质的废气选择不同的治理措施，可以满足当地环保要求。

表2 各排气筒检测指标数值

5.2 经济效益分析

（1）该企业废气来自：1#和2#车间废气预处理系统、储罐废气收集系统、污水站废气处理系统、含卤废气收集处理系统、危废库废气处理系统、纯化车间废气处理系统、质检废气处理系统、局部换风废气收集处理系统、含氢废气处理系统及RTO 处理系统。废气处理费用主要包括：设备基础、设备设施、管材、自控、电气、设计、安装调试等费用，总投资约为1840 万元。

（2）本项目总装机容量为489.5kW，设施运行容量为390.4kW·h，每天电耗为7808kW·h，按电价为0.7 元/（kW·h）计，则电费约为5465.4 元/d、药剂费用约为1000 元/d、天然气费用约为850 元/d、水费约为300 元/d、蒸汽费用约为800 元/d、其他费用（氮气/冷媒）约为200 元/d，运行费用合计约为8615.4 元/d，年运行费用约为258 万元（生产以每年300d 计）。

6 结语

江苏某化工企业对全厂生产废气进行收集治理，依照分质分类原则，将生产废气分类收集、分质处理。根据各股废气性质及排放源位置，采取适合的预处理（冷凝、吸收、吸附）或末端治理组合工艺，最终满足达标排放要求。检测结果表明：1#、2#和3#排气筒主要指标非甲烷总烃排放浓度分别为17.3mg/m3、5.2mg/m3和4.5mg/m3，与之对应的排放速率分别为0.23kg/h、0.18kg/h 和0.17kg/h，各检测指标均符合《化学工业挥发性有机物排放标准》（DB 32/3151—2016），氯化氢、氮氧化物、二氧化硫和二噁英检测指标均符合《大气污染物综合排放标准》（DB 32/4041—2021）。