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摘要:介绍了一种高浓度含氟含氯废气处理与处置方法。采用SDG耦合活性炭的中和吸附工艺,对危废仓库产生的含氟含氯废气进行处理;处理后,废气排放的特征因子:HCl为0.24 mg/m3,总氟化物3.08 mg/m3,非甲烷总烃20.2 mg/m3,完全符合国家排放标准。该工艺操作简便,且系统运行稳定有效,可为类似项目设计与管理提供借鉴意义。
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。
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。
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(400 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(300 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。
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。
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。
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。
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。
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