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化工企业废气污染治理与控制措施

2024-11-13 104 上传者：管理员

摘要：某磷酸酯阻燃剂生产企业出现废气污染物排放超标的情况，污染物类型包括环氧丙烷、环氧氯丙烷、甲苯、氯化氢等，为了达到国家规定的排放标准，需要对现有生产工艺进行改造，增加污染治理设备。含氯废气通过冷凝、氧化碱洗完成预处理，不含氯废气的预处理措施为冷凝、RTO焚烧，最后统一由碱洗塔进行集中处理，同时对生产设备设置有组织废气监测点，在厂区四周部署无组织废气监测点，实现污染监控。结果显示，经过治理后，废气中污染物的排放浓度大幅低于标准值。

关键词：
化工生产废气
控制措施
有机污染物
污染治理工艺
磷酸酯阻燃剂
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在磷酸酯阻燃剂的生产过程中，其原料、中间产物和最终产物中存在可挥发的有机污染物和无机污染物，最终通过废气进入大气循环。国家环保法规对废气排放提出了明确的要求，不得超过标准限值。企业在生产过程中，应该持续优化生产工艺，降低污染废气的排放浓度，故对此展开研究。

1、化工生产废气概况

1.1化工产品类型

某化工企业的产品为磷酸酯阻燃剂，产品类型及各产品的年生产能力如表1所示。

表1某企业化工产品类型及生产能力

某企业化工产品未进行废气集中处理之前污染物排放统计如表2所示。

表2某企业化工产品未进行废气集中处理之前污染物排放统计

1.2生产废气调查

1.2.1生产工艺

(1)TCPP生产反应原理。

TCPP生产的化学反应过程包括酯化反应、碱洗、水洗，生产过程需要使用催化剂和蒸馏水。酯化反应是生产磷酸三(2-氯丙基)酯的主要过程，生产原料为环氧丙烷(C3H6O)和三氯氧磷(POCl3)[1]。未反应的三氯氧磷通过碱洗工艺去除，碱洗反应过程为：

POCl3+6NaOH→Na3PO4+3NaCl+3H2O (1)

(2)TDCPP生产反应原理。

TDCPP的生产工艺与TCPP大体相同，除了酯化、碱洗、水洗之外，还需要进行蒸馏和压滤操作。生产物料包括三氯氧磷、环氧氯丙烷(C3H5ClO)、液碱、四氯化钛催化剂[2]。

(3)RDP生产反应原理。

RDP生产的化学反应包括交联反应、封端反应，后续的生产工艺与TDCPP相同。生产物料为间苯二酚(C6H6O2)、POCl3、苯酚(C6H5OH)、甲苯(C7H8)、甲基环己烷(C7H14)、氯化镁(MgCl2)等。

1.2.2废气分类

根据主反应、副反应、生产原料、中间产物和反应产物，该企业的主要废气污染物为环氧丙烷、三氯氧磷、环氧氯丙烷、甲苯、甲基环己烷等，大部分为挥发性有机物，同时含有少量的无机类污染物[3]。以三氯氧磷为例，该物质具有易挥发性，能够对人体产生强烈的刺激感。

2、废气污染治理工艺及控制措施

2.1化工生产废气污染治理工艺

2.1.1废气排放标准设计

从各个生产工序的污染物类型可知，该企业的主要污染物可分为六类。根据相关的污染物排放标准，在废气污染治理工作中，必须严格控制污染物的排放浓度、排放高度以及排放速率[4]。其中，HCl、甲苯的排放标准如表3所示。对于环氧丙烷、环氧氯丙烷、三氯氧磷、甲基环己烷四类污染物，主要从职业健康的角度出发，按照8 h加权平均容许浓度进行控制，相应的指标为5.00、1.00、0.30 mg/m3。

表3废气污染物排放标准限值

2.1.2污染物治理工艺方法

(1)废气治理方法选型。

对于废气中的HCl,由于浓度较高，主要的治理方法为回收利用，少量未能回收的HCl通过碱洗工艺进行处理，回收过程采用降膜吸收塔。对于含氯有机废气，包括环氧氯丙烷和三氯氧磷，先对其进行冷凝处理，将处理后的混合物与HCl废气合并在一起，再先后实施碱洗和废气集中处理。甲基环己烷和甲苯统一视为不含氯有机废气，其治理工序为先冷凝处理，再利用蓄热式热力焚化炉RTO)进行焚烧处理。生产过程会产生一定量的污水，该企业设计有污水处理站，生化池可产生臭气，也需要进行处理，方法为RTO焚化炉焚烧。

(2)废气预处理工艺及效果。

从废气治理方法可知，预处理工艺主要包括冷凝、碱洗、水洗以及RTO焚烧措施。针对挥发性有机物，以甲苯为例，冷凝过程的计算方法为：

有机物的饱和蒸汽压P按照式(2)进行计算。式中：A、B、C为常数，具体取值与有机物类型存在密切的联系，在计算甲苯的饱和蒸气压时，3个参数的取值分别为16.01、3096.52、-53.67;T为冷凝处理的温度。

在冷凝温度T下，有机物的气相浓度ρ=PM/RT,其中M为气体的摩尔质量，R为气体常数。将设计风量记为Q,则有机物的源强S=Q×ρ。甲苯的最大产生速率为2.0 kg/h,按照已知参数可计算出源强S=0.19 kg/h。则冷凝效率η=(2.0-0.9)/2.0=90.5%。按照以上方法，可计算出其他废气的冷凝效率。

在废气RTO焚烧阶段，应尽可能提高对污染物的净化率，将净化率达到99%所需的温度记为T99,则该温度参数的计算方法为：T99=577-10.0W1+110.2W2+67.1W4+72.6W4+0.586W5-23.4W6-430.9W7+82.5W8-82.9W9-65.5W10-76.1W11。其中，W1为碳原子数；W2为是否存在芳香族化合物，0代表无，1代表有；W3为是否存在碳碳双键，0代表无，1代表有；W4为反应物中的氢原子数；W5为自燃温度；W6、W7分别为氧原子数、硫原子数；W8为氢/炭比；W9代表是否存在丙烯化合物，0表示无，1表示有；W10为碳碳双键和氢是否存在相互作用，0代表无，1代表有；W11为停留时间的自然对数[5]。通过T99的计算，可确定RTO焚化炉的最低温度应达到750℃。

经过冷凝之后，含氯有机废气和HCl的预处理措施还包括吸收和碱洗操作，不含氯废气在冷凝后的预处理措施RTO焚烧。废气预处理的综合效果如表4所示。从表4可以看出，废气经过冷凝和其他预处理措施之后，浓度已经大幅下降。

表4废气预处理的综合效果

(3)废气集中处理工艺方法及效果。

对于不含氯的有机废气，在经过RTO焚烧之后，将产生的尾气送入集中处理装置，即碱洗塔。对于含氯有机物和HCl,经过各项预处理措施之后，直接送入集中处理装置。废气集中处理的工艺设备均为碱洗塔，与预处理阶段使用的氧化碱池有所不同。废气集中处理后的效果如表5所示。

对比污染治理的排放标准，各项污染物的排放浓度和单位时间排放量均大幅低于控制目标。

表5废气集中处理效果

2.2废气污染控制措施

废气污染治理属于动态化的过程，为保证治理工艺的可靠性以及污染物排放达标，在生产过程中，应该建立完善的监控体系，具体分为有组织废气监测和无组织废气监测。

(1)有组织废气监测。

在有组织废气监测管理中，需要设置5个监测点，2个位于多级碱洗工序，1个位于不含氯有机废气冷凝处理工序，1个位于RTO焚烧工序，最后1个设置在废气集中处理工序。

(2)无组织废气监测。

在无组织废气监测管理中，需要设置4个监测点，分别位于场界的东、西、南、北四个方位，对空气中的污染物进行长效监控。

2.3研究结果讨论

(1)该企业主要生产磷酸酯类阻燃剂，其原料、中间产物和最终产物多为有机物，具有较强的挥发性，从而污染空气。废气集中处理后，环氧丙烷的产生浓度为37.5 mg/m3,排放浓度为1.35 mg/m3,表明企业对环氧丙烷的处理效果较好，排放浓度明显低于国家标准；甲基环己烷的产生浓度为0.5 mg/m3,排放浓度为0.15 mg/m3,同样显示出对甲基环己烷的有效处理，排放浓度符合国家标准；环氧氯丙烷的产生浓度为3.8 mg/m3,排放浓度为2.70 mg/m3,处理效果较好，但排放浓度略高于国家标准，可能需要进一步改进废气处理设施；甲苯的产生浓度为0.4 mg/m3,排放浓度为0.05 mg/m3,处理效果良好，排放浓度明显低于国家标准；HCl的产生浓度为22.5 mg/m3,排放浓度为0.55 mg/m3,处理效果显著，排放浓度明显低于国家标准；由此可以看出，废气经过集中处理后，排放浓度大多符合国家标准，说明企业在废气处理方面已经取得了一定的成效，但仍需密切关注环氧氯丙烷的处理效果，需要进一步改进废气处理设施，确保所有污染物的排放浓度都在合理范围内。

(2)将污染废气分为2大类，分别为含氯污染物和不含氯污染物。针对含氯废气预处理工艺为冷凝、氧化碱洗、水洗。针对不含氯废气的预处理措施为冷凝、RTO焚烧。在预处理之后，通过碱洗塔进行集中处理。

(3)对比废气的合格排放标准，经过治理后，各类废气的单位时间排放量和排放浓度均大幅低于标准限值，治理措施达到预期目标。

(4)在后期的废气污染控制阶段，采取的主要措施为设置系统的废气浓度监测点，分为有组织废气监测和无组织废气监测。

3、结语

综上所述，该企业的主要污染物为HCl、POCl3、环氧氯丙烷、环氧丙烷、甲苯以及甲基环己烷。在治理超标排放问题时，对生产工艺进行了改进，设计了废气预处理措施和集中处理措施，主要包括冷凝、氧化碱洗、RTO焚烧、碱洗塔集中碱洗。在废气控制阶段，针对工艺设备部署有组织废气监测点，对无组织废气，在厂区东、西、南、北四个方位设置了监测点。

参考文献:

[1]孟鑫,周霈沨.化工行业有机废气治理新技术探讨[J].石化技术,2023,30(11):4-6.

[2]赵一慧.某香料化工企业废气综合整治提升工程研究[J].皮革制作与环保科技,2023,4(20):88-90.

[3]夏杰,肖庆军.精细化工行业有机废气的治理措施[J].当代化工研究,2023(9):70-72.

[4]张深.煤化工行业中VOCs废气排放治理研究[J].能源与环保,2023,45(3):128-133.

[5]孙磊,史会莹,韦辉.化工企业废气污染治理技术阐述[J].清洗世界,2022,38(11):119-121.

文章来源:苏美慧.化工企业废气污染治理与控制措施[J].聚酯工业,2024,37(06):43-46.