多級冷凝噴淋吸收法處理二氯苯尾氣

王 暉，肖愛寶，陳燕林

（江蘇揚農(nóng)化工集團(tuán)有限公司，江蘇 揚州 225009）

二氯苯生產(chǎn)過程中的尾氣不但會造成大氣污染，危害人體健康，還造成資源浪費，二氯苯尾氣的處理與凈化勢在必行。

凈化有機(jī)物廢氣通常采用燃燒法、吸附法、吸收法和生處理法等[1，4]。燃燒法分為直接燃燒、熱力燃燒和催化燃燒，將有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)，采用燃燒法處理二氯苯廢氣，會產(chǎn)生氮的氧化物和氯化物，造成二次污染；采用吸附法處理二氯苯廢氣，由于在常溫下對二氯苯易結(jié)晶，會很快覆蓋吸附劑表面，使其失去吸附能力；吸收法必須以一種液體吸收劑吸收二氯苯，二氯苯不溶于水，易溶于乙醇、苯等有機(jī)溶劑，而乙醇、苯常溫下易揮發(fā)，容易產(chǎn)生新污染。生物處理法對高濃度廢氣無法處理，低濃度有機(jī)廢氣收吸效率對菌種有嚴(yán)格要求。因此，上述單一方法用于處理二氯苯廢氣存在一定的難度。

1 多級冷凝噴淋吸收法治理二氯苯廢氣機(jī)理及流程

二氯苯生產(chǎn)廢氣含對、鄰、間二氯苯蒸氣及升華物、水蒸氣和空氣。純品對二氯苯（PDCB）熔點為53.1℃，沸點為 174℃；純品鄰二氯苯（ODCB）熔點為-16.97℃，沸點為180～183℃；純品間二氯苯（MDCB）熔點為-24.8℃，沸點為173℃。對二氯苯易升華，廢氣中絕大部分物料為對二氯苯。針對二氯苯廢氣的組成，多級冷凝噴淋吸收法是一種有效的治理方法，處理工藝包括真空收集、換熱冷卻、冷凝、吸收、水噴淋直接冷卻等物理過程。

多級冷凝噴淋吸收法就是用不同溫度等級的冷卻水通過列管換熱器，將二氯苯生產(chǎn)廢氣，從120℃逐步冷卻，首先冷卻到40℃，將廢氣中水汽、鄰二氯苯、對二氯苯大部分冷凝，再經(jīng)過7℃水冷卻，進(jìn)一步冷凝。未冷凝廢氣經(jīng)過真空泵抽集，與低溫循環(huán)液鄰二氯苯接觸吸收。由于真空循環(huán)液連續(xù)置換新鮮鄰二氯苯，循環(huán)液回系統(tǒng)套用，真空泵低溫排氣基本出來的是鄰二氯苯蒸發(fā)氣體，此時的廢氣排放濃度極限值是此溫度下的平衡蒸汽壓。

根據(jù)安托因（Antoine）方程

式中：P—鄰二氯苯在一定溫度下的飽和壓，mmHg；

T—鄰二氯苯廢氣的絕對溫度，K；

A、B、C—鄰二氯苯 Antoine，常數(shù)。

查物性數(shù)據(jù)手冊鄰二氯苯的安托因常數(shù)A=16.279 9 B=3798.23 C=-59.340 0計算得鄰二氯苯的飽和蒸汽壓數(shù)據(jù)見表1。

表1 不同溫度下鄰二氯苯平衡蒸汽壓

尾氣中鄰二氯苯蒸汽分壓與濃度關(guān)系如下式所示。

式中：C—鄰二氯苯濃度，mg/m3；

P—鄰二氯苯在一定溫度下的飽和壓，mmHg；

T—鄰二氯苯廢氣的絕對溫度，K；

M—鄰二氯苯摩爾質(zhì)量，147。

由表1計算得不同溫度下鄰二氯苯的質(zhì)量濃度數(shù)據(jù)見表2。

表2 不同溫度下鄰二氯苯質(zhì)量濃度

對照二氯苯廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)執(zhí)行GB16297-1996《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中的二級標(biāo)準(zhǔn)，具體見表3。

表3 GB16297-1996中氯苯類廢氣的二級排放標(biāo)準(zhǔn)

由表2、表3數(shù)據(jù)可見，在正常情況下，真空泵排氣是可以達(dá)標(biāo)排放的。而500 m3/h廢氣排放速率也是符合排放標(biāo)準(zhǔn)的。在日常生產(chǎn)中，由于二氯苯腐蝕性較大，易造成系統(tǒng)各類換熱器損壞泄漏，特殊情況會導(dǎo)致二氯苯廢氣中水蒸氣含量大幅增加，導(dǎo)致尾氣處理系統(tǒng)中冷卻器換熱量不足，排氣溫度上升，而廢氣超標(biāo)排放的情況。為杜絕這一情況，在尾氣系統(tǒng)上增加水噴淋直接冷卻，保證尾氣排放溫度。噴淋采用大量水直接冷卻，由于水蒸氣分壓的存在，處理后的廢氣中二氯苯的濃度要比相同溫度下二氯苯的平衡濃度低。噴淋冷卻水使用氯苯生產(chǎn)過程的水洗廢水，沒有增加廢水排放量，保證了在生產(chǎn)裝置異常情況下，二氯苯廢氣的達(dá)標(biāo)排放[2，3]。處理工藝流程見圖1。

2 處理后的尾氣檢測

（1） 檢測原理

采用二硫化碳在低溫下吸收二氯苯尾氣后經(jīng)氣相色譜分離測定。

（2）檢測儀器

氣相色譜儀：具氫焰離子化檢測器；

色譜柱：30 m大口徑聚乙二醇毛細(xì)管色譜柱；

N2000色譜工作站；

微量注射器：10 μL；

DQ-1A型大氣取樣器。

（3）分析條件

溫度：柱室90℃（實際），汽化室250℃，檢測器250℃；

氣體壓力：N230 kPa，H280 kPa， AIR 30 kPa；

靈敏度：2；

進(jìn)樣量：0.2 μL，根據(jù)儀器靈敏度的不同而異。

（4）測定步驟

將氣體取樣器與尾氣取樣管接通，打開取樣器上下活塞，使試樣自動流經(jīng)取樣器，待其流通1～2 min，然后先關(guān)閉下活塞，再后關(guān)閉上活塞。在20 mL的試管中，加入20 mL純二硫化碳，用帶探管和出氣管的橡膠塞塞緊，探管尖端離試管底部約5 mm，分別與堿液吸收瓶、DQ-1A型大氣取樣器相連，在出氣管扣接真空泵抽濾至完全吸收結(jié)束后，取下試管，將探頭部分用二硫化碳吹洗至試管中，把試管中的液體加無水碳酸鈉中和過濾，將濾液用純二硫化碳補(bǔ)足至20 mL，用進(jìn)樣器吸取濾液進(jìn)行色譜分析。

（5）分析數(shù)據(jù)

對處理后二氯苯尾氣進(jìn)行跟蹤檢測，分析數(shù)據(jù)見表4。

3 處理效果及效益分析

從分析數(shù)據(jù)可以看出二氯苯生產(chǎn)所產(chǎn)生的廢氣均達(dá)標(biāo)排放，二氯苯生產(chǎn)尾氣中二氯苯回收率大于99%。二氯苯生產(chǎn)現(xiàn)場的大氣環(huán)境得到了較大的改善，在取得較好的環(huán)境效益的同時，1年可以回收有機(jī)物料5 000 kg以上。

表4 處理后二氯苯廢氣排放濃度檢測數(shù)據(jù)

4 影響因素分析

（1）二氯苯腐蝕性較強(qiáng)，加上尾氣中含一定量的水蒸氣，加劇了腐蝕，建議尾氣系統(tǒng)冷凝器使用石墨等非金屬材質(zhì)。

（2）在日常操作過程中，要防止物料結(jié)晶堵塞冷凝器，關(guān)注抽氣真空，真空過高時，應(yīng)適時對冷凝器做化料處理。

（3）真空泵抽氣量可以根據(jù)系統(tǒng)貯罐真空情況進(jìn)行調(diào)節(jié)，保持微負(fù)壓，避免過度抽吸。

（4）噴淋循環(huán)槽循環(huán)水應(yīng)勤置換，避免循環(huán)水中二氯苯積聚。

（5）在日常生產(chǎn)過程中加強(qiáng)對尾氣排放溫度的檢測，發(fā)現(xiàn)溫度異常，及時排查生產(chǎn)系統(tǒng)泄漏，避免大范圍腐蝕，延長設(shè)備管道使用壽命。

5 結(jié)論

（1）采用多級冷凝噴淋吸收法處理二氯苯廢氣，二氯苯回收率高，回收容易。

（2）冷卻水直接接觸冷卻廢氣，提高了換熱效果，保證了生產(chǎn)裝置在異常時廢氣含量大幅波動下能夠達(dá)標(biāo)排放。

（3）此尾氣處理工藝可與吸附濃縮、膜分離技術(shù)結(jié)合，進(jìn)一步降低尾氣排放濃度。

［1］吳玉祥，馮孝善.有機(jī)廢氣的生物處理.環(huán)境污染與防治，1992，14（4）：20－23.

［2］羅教生.用水－洗油吸收劑處理含苯廢氣的研究.環(huán)境與開發(fā)，1999，14（3）：19－20.

［3］孫 力，高 瑛，劉春祥，高占先.對硝基氯苯廢氣治理研究.環(huán)境工程，200l，l9（4）：38－40

［4］呂喚春，潘洪明，陳英旭.低濃度揮發(fā)性有機(jī)廢氣的處理進(jìn)展.化工環(huán)保，2001，21（6）：324－327.