間苯二甲酸裝置廢氣堿洗塔設(shè)計(jì)

摘要：目前，某間苯二甲酸裝置氧化料倉輸送過程產(chǎn)生的廢氣均直接排放大氣中，廢氣的有害成分主要為醋酸。廢氣中醋酸濃度遠(yuǎn)超《煉油與石油化學(xué)工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB 11/447—2015）的排放限值，即醋酸排放濃度應(yīng)小于20 mg/m3。根據(jù)廢氣排放特點(diǎn)，在分析和對(duì)比治理方法的基礎(chǔ)上，最終選擇堿液吸收法處理含醋酸廢氣。經(jīng)堿洗塔水力學(xué)計(jì)算，對(duì)設(shè)備規(guī)格和材質(zhì)等進(jìn)行設(shè)計(jì)，使廢氣經(jīng)處理后實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。

關(guān)鍵詞：間苯二甲酸裝置；廢氣；堿洗塔；醋酸；吸收

中圖分類號(hào)：TQ221.211；X781 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-9500（2024）06-00-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.06.016

Design of Alkaline Wash Tower for Waste Gas from Phthalic Acid Plant

WANG Wei

（BGRIMM Technology Group， Beijing 102628， China）

Abstract： At present， the waste gas generated during the transportation process of the oxidation material bin in a certain phthalic acid plant is directly discharged into the atmosphere， and the harmful component of the waste gas is mainly acetic acid. The concentration of acetic acid in the waste gas far exceeds the emission limit of the Atmospheric Pollutant Emission Standards for the Refining and Petrochemical Industry （DB 11/447—2015）， which means that the acetic acid emission concentration should be less than 20 mg/m3. Based on the characteristics of waste gas emissions and the analysis and comparison of treatment methods， the alkaline absorption method is ultimately chosen to treat acetic acid containing waste gas. Through the hydraulic calculation of the alkali washing tower， the equipment specifications and materials are designed to achieve standard emissions of waste gas after treatment.

Keywords： phthalic acid plant; waste gas; alkali washing tower; acetic acid; absorb

目前，某間苯二甲酸裝置氧化料倉輸送用氣及防黏結(jié)氣在料倉脫氣后直接排入大氣，排放的廢氣含有濃度超標(biāo)的醋酸。作為一種一元有機(jī)酸，醋酸具有強(qiáng)腐蝕性和強(qiáng)刺激性。醋酸在空氣中長時(shí)間擴(kuò)散和傳播，不僅影響作業(yè)人員的身體健康，還會(huì)影響區(qū)域大氣環(huán)境。因此，含超標(biāo)醋酸廢氣的收集和治理勢(shì)在必行[1-2]。

1 廢氣來源及組成

廢氣來自間苯二甲酸裝置的2臺(tái)氧化料倉，粒料采用氮?dú)怙L(fēng)送至氧化料倉，風(fēng)送氣量為1 000 Nm3/h。為防止料倉內(nèi)部粒料黏結(jié)，在料倉頂部通過噴射泵吹入500 Nm3/h的氮?dú)?。廢氣的風(fēng)量共計(jì)1 500 Nm3/h，醋酸濃度約為235 mg/m3，風(fēng)量及濃度均偏低，廢氣目前在料倉頂部脫氣后直排大氣。

2 廢氣處理方案比選

目前，含醋酸廢氣的治理工藝主要有6種，即冷凝法、吸附法、直接燃燒法、蓄熱式熱氧化法、蓄熱式催化氧化法和吸收法等[3-11]。因醋酸易溶于水，間苯二甲酸裝置NaOH溶液（濃度為20%）供應(yīng)充足。經(jīng)工藝比選，采用吸收法（堿液中和）處理醋酸濃度超標(biāo)的廢氣。

2.1 冷凝法

冷凝法是根據(jù)氣態(tài)污染物蒸氣壓差異，使污染物冷凝并從廢氣中分離出來。它適用于處理高濃度、高沸點(diǎn)介質(zhì)的廢氣，氣量應(yīng)小于3 000 Nm3/h。優(yōu)點(diǎn)是直接回收有機(jī)物，無二次污染。缺點(diǎn)是耗電量大，操作費(fèi)用高。

2.2 吸附法

吸附法利用大比表面積和多孔結(jié)構(gòu)的活性炭對(duì)有機(jī)物進(jìn)行吸附。它適用于處理中低濃度、常溫介質(zhì)的廢氣，氣量宜保持在10 000～100 000 Nm3/h。優(yōu)點(diǎn)是適用范圍廣，設(shè)備簡單，去除效果好。缺點(diǎn)是吸附易飽和，吸附熱不易移除，形成的固廢不易處理。

2.3 直接燃燒法

直接燃燒法是指揮發(fā)性有機(jī)物（volatile organic compounds，VOCs）與氧氣在高溫下反應(yīng)，氧化為無害的水和CO2等無機(jī)物質(zhì)。它適用于處理較高濃度的廢氣，氣量宜保持在1 000～50 000 Nm3/h。優(yōu)點(diǎn)是VOCs去除徹底，去除率高。缺點(diǎn)是設(shè)備要求高，低濃度時(shí)需要補(bǔ)充燃料。

2.4 蓄熱式熱氧化法

蓄熱式熱氧化法是指在直接燃燒法的基礎(chǔ)上，采用蓄熱陶瓷有效回收熱量。它適用于處理較高濃度的廢氣，氣量為1 000～400 000 Nm3/h。優(yōu)點(diǎn)是操作彈性大，熱回收率高。缺點(diǎn)是運(yùn)行費(fèi)用高，安全間距要求大。

2.5 蓄熱式催化氧化法

蓄熱式催化氧化法是指在蓄熱式熱氧化基礎(chǔ)上，蓄熱材料頂部鋪設(shè)催化劑，降低反應(yīng)溫度。它適用于處理較高濃度的廢氣，氣量為1 000～50 000 Nm3/h。優(yōu)點(diǎn)為操作溫度較低，去除率高。缺點(diǎn)是催化劑易中毒失活，更換成本高。

2.6 吸收法

吸收法用溶劑或清水吸收工業(yè)廢氣中的揮發(fā)性氣體，使其與廢氣分離。它適用于處理中低濃度、高水溶性介質(zhì)的廢氣，氣量為1 000～100 000 Nm3/h。優(yōu)點(diǎn)是吸收劑易得，操作彈性大，適用于處理可聚合化合物。缺點(diǎn)是投資費(fèi)用較大，操作費(fèi)用較高。

3 工藝流程

廢氣通過堿洗塔時(shí)，醋酸與循環(huán)噴淋的NaOH溶液發(fā)生酸堿中和反應(yīng)，以去除廢氣中的醋酸。堿液泵出口設(shè)取樣口，當(dāng)吸收液pH接近中性時(shí)，將堿洗塔中吸收液排至沉淀池，而后補(bǔ)充新鮮堿液。醋酸與堿液發(fā)生反應(yīng)，生成醋酸鈉和水。

4 醋酸堿洗塔的設(shè)計(jì)

目前，常用的堿洗塔有兩種，即板式塔和填料塔。與板式塔相比，填料塔結(jié)構(gòu)簡單，傳質(zhì)效率高，壓降小。經(jīng)綜合分析，選用填料塔作為廢氣吸收設(shè)備。待處理廢氣為醋酸和氮?dú)?，流量? 500 Nm3/h，操作壓力為1.6 kPa，操作溫度為40 ℃。廢氣排放溫度和壓力不高，按理想氣體處理。廢氣排放時(shí)壓力為1 kPa，廢氣排放時(shí)溫度為40 ℃。廢氣中，醋酸含量為235 mg/m3。吸收液采用NaOH溶液，濃度為20%。堿液入塔溫度為30 ℃。

根據(jù)《煉油與石油化學(xué)工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB 11/447—2015）的排放限值，廢氣吸收后，醋酸排放濃度不大于20 mg/m3。廢氣吸收塔利用工藝模擬軟件進(jìn)行模擬，水力學(xué)數(shù)據(jù)采用FRI軟件進(jìn)行核算[12-14]，水力學(xué)計(jì)算結(jié)果如表1所示。填料規(guī)格為DN25 mm，貨號(hào)為鮑爾環(huán)，材質(zhì)為316L不銹鋼。

5 液體分布器的選型

分布器設(shè)置于塔內(nèi)填料區(qū)域的上部，主要目的是均勻分散液體，使氣液兩相可以在填料表面均勻接觸，提高傳質(zhì)效率[15-17]。分布器的型式很多，根據(jù)形狀，分布器可以分為槽式、管式、蓮蓬式及盤式等類型。槽式分布器適用于中、大直徑的填料塔，操作彈性大，不宜堵塞，但體積大，制作及安裝要求高，負(fù)荷大時(shí)易分布不均；管式分布器壓降小，節(jié)省空間，拆卸方便，但適應(yīng)負(fù)荷小，液體需要清潔，無顆粒；蓮蓬式液體分布器適用于小直徑填料塔和清潔介質(zhì)，缺點(diǎn)較為明顯，現(xiàn)已很少使用；盤式分布器操作彈性大，分布均勻，液體分布性能最優(yōu)，分布孔易堵塞，可增設(shè)液體過濾器。經(jīng)設(shè)計(jì)，采用盤式分布器。

6 塔釜容積計(jì)算

NaOH溶液循環(huán)使用，更換周期為15 d。經(jīng)計(jì)算，選擇立罐式塔釜（直徑800 mm，高度1 600 mm），塔釜全容積為0.8 m3（未考慮封頭容積）。經(jīng)計(jì)算，醋酸排放量為3 180 mol，堿液量為636 kg，堿液體積為0.616 m3，裝填系數(shù)為0.8，塔釜體積為0.77 m3。

7 材質(zhì)的選用

醋酸腐蝕性較強(qiáng)，會(huì)直接刺激呼吸系統(tǒng)及眼睛[18]，選擇不銹鋼作為設(shè)備的主要材料。經(jīng)各種牌號(hào)不銹鋼分析，醋酸處于沸點(diǎn)以下時(shí)，高合金不銹鋼的耐腐蝕性能表現(xiàn)較好，其中316L不銹鋼耐醋酸腐蝕性能最優(yōu)，也適用于稀醋酸蒸汽。不同環(huán)境溫度下，醋酸對(duì)316L不銹鋼的腐蝕性試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。廢氣操作溫度為32～40 ℃，醋酸含量約為235 mg/m3，選擇316L不銹鋼作為設(shè)備主材質(zhì)。

8 結(jié)論

間苯二甲酸裝置含醋酸廢氣經(jīng)堿洗塔中和處理，滿足《煉油與石油化學(xué)工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB 11/447—2015）的排放要求，即醋酸排放濃度小于20 mg/m3。該裝置連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，廢氣實(shí)現(xiàn)根本性治理，周邊環(huán)境得到極大改善。

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作者簡介：王偉（1986—），男，山東臨沂人，工程師。研究方向：化工工程設(shè)計(jì)。