硝基氯苯装置尾气净化处理与回收.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 26 日 作者简介：王宜勇（1971），男，汉族，安徽安庆人，中专，安徽八一化工股份有限公司，初级工程师，硝化反应。龚达（1986），男，汉族，安徽宿州人，研究生，安徽八一化工股份有限公司，工程师，硝化反应。-50-硝基氯苯装置尾气净化处理与回收 王宜勇 龚 达 杨玉祥 韩朝魁 安徽八一化工股份有限公司，安徽 蚌埠 233000 摘要：摘要：本论文详细介绍了一种以硝基氯苯装置为对象的尾气处理工艺，旨在实现硝基氯苯气相的完全回收，并确保尾气符合排放标准。该工艺基于喷淋填料塔，通过冷冻盐水的降温作用，经过三级处理过程。第一级采用氯苯喷淋吸收，成功回收硝基氯苯气相，而第二级和第三级则通过冷水喷淋进一步降低气相中氯苯的含量。这一工艺方案有效解决了高凝固点物料尾气处理的难题，为硝基氯苯装置的环保生产提供了可行的解决方案。研究结果表明，该处理工艺在提高硝基氯苯气相回收率的同时，确保了尾气排放的环保合规性。关键词：关键词：硝基氯苯装置尾气；喷淋吸收冷凝；三级处理 中图分类号：中图分类号：TQ242 硝基氯苯装置生产过程中会挥发大量有机物，形成有机尾气，其主要成分是硝基氯苯，有毒性，属于致癌物，通过呼吸道和皮肤进入人体后，长期低浓度或短期高浓度接触可造成人体的呼吸、血液、肝脏等系统和器官暂时性和永久性病变，对人体健康产生巨大危害。同时也造成了极大的资源浪费，以年产 20 万吨硝基氯苯装置为例，每年可回收气相物料约100吨，一方面有利于降低生产成本，产生经济效益；另一方面又可减少环境污染，是企业清洁生产的重要环节。硝基氯苯物料凝固点较高，其中对硝基氯苯凝固点为83，用循环水将气相直接冷凝容易堵塞设备和管道，用热水冷凝气相回收率不足 80%，所以尾气处理一直是难题。1 VOCs 尾气治理方法介绍 有机尾气的特点是气量较大、有机物组分有波动，目前国内化工厂处理常用的方法有燃烧法、吸收法、吸附法、冷凝法等1-10。（1）燃烧法：包括 RTO、RCO、RRTO、TO 等，该方法为有机废气燃烧法，包括高温燃烧和催化燃烧，前者需要附加燃料燃烧，使用该法时要考虑回收利用热能，工艺较复杂；催化燃烧能耗低，但在工作初期，需要用电加热将废气加热到起燃温度，采用催化燃烧投资较大。该方法处理 VOCs 效果明显，尾气可达标排放。但是用来治理卤代烃类 VOC 容易产生高温腐蚀和安全隐患。生态环境部 2020 年发布的 RTO 行业标准 蓄热燃烧法工业有机废气治理工程技术规范中明文规定：含卤素的废气不宜采用蓄热燃烧法处理。（2）吸收法：利用有机废气中的污染物在特定溶剂中的溶解性不同，利用相似相容原理，进行气体回收。一般在吸收塔内进行，吸收到一定浓度后进行溶剂与吸收剂的分离来回收溶剂。采用这种方法的关键是吸收剂的选择，由于吸收效率不高及吸收剂的分离困难，因此该方法受到了一定的限制。此种方法要选择合适的浓度和吸收时间，液气比足够大，操作温度足够低，尾气浓度比较高，溶剂初始浓度足够低，高效的气液传质。（3）吸附法：此法处理有机废气工艺已广泛采用，主要利用固体表面的吸附能力，使废气与大表面的多孔性固体物质相接触，废气中的污染物被吸附在固体表面上，使其与气体混合物分离，从而达到净化的目的。根据气体分子与固体表面分子作用力的不同，吸附可分为物理吸附和化学吸附。利用多孔吸附剂的多孔结构来吸附有机废气中的 VOCs，这种吸附过程多为物理吸附，当吸附剂吸附饱和后，用热氮气、热空气或者水蒸气进行脱附，再生的吸附剂可以重复使用。商业化的吸附剂主要包括活性炭、活性炭纤维、介孔分子筛、微孔非极性树脂等。吸附法最适合处理浓度为中低浓度的 VOCs，具有很好的溶剂回收及治理效果。在挥发性有机物治理中，吸附法使用较多，吸附材料多以价格低廉、使用寿命较短的活性炭为主。吸附法的难点是如何选择合适的吸附剂和设计吸附装置工艺，且面对高浓度有机尾气，为了实现达标排放，吸附法中国科技期刊数据库 工业 A-51-的投资成本和运行成本均较高。（4）冷凝法：此法依据有机物在不同温度下的饱和蒸气压不同，利用冷介质对高温挥发性有机物进行处理，可有效回收有机物。处理效果的好坏与冷媒的温度有关，适用高浓度、高沸点废气的处理。虽然该法投资和运行成本较低，工艺简单，可操作性强，但是，针对有机废气中一些有机气体污染物，当其经冷凝回收处理、饱和蒸气压降低幅度较大后，浓度一般仍不能达标排放，后面还需要其他尾气处理装置。后来开发了直接深冷技术，有机气体污染物回收装置在零下 73直至零下 114下运行，能耗极高、设备占地面积大、投资和运行费用高。硝基氯苯属于高凝固点物料，其中对硝基氯苯的凝固点为 83，单独使用其中的一种尾气处理方法，如冷凝法和吸附法，容易堵塞设备和管道，设备无法连续稳定运行。由于含有卤素和硝基，直接用燃烧法还需要尾气的二次处理，而且尾气量较大，资源浪费，增加成本。只用氯苯喷淋吸收硝基氯苯气相可以回收，但是尾气中氯苯的含量会超标。针对上述该物性特点，公司通过不断研究和实验，确定了硝基氯苯装置尾气分级处理方案。一级选择吸收法，吸收剂的选择至关重要，最终选择氯苯作为喷淋液，通过填料进行传热传质，冷冻盐水降温，回收硝基氯苯，吸收效果较好，而且不存在吸收剂分离的问题，吸收完尾气的氯苯直接回硝化工段作为反应原料；二级三级用水喷淋冷凝，三级使用新鲜水，冷冻盐水降温，确保三级尾气达标排放，三级喷淋塔出来的的喷淋液通过冷冻盐水降温后进入二级喷淋塔再次使用，减少废水产生量。实现排放尾气中有机物料完全回收。2 尾气处理装置工艺技术方案 通过小试及生产过程中不断工艺优化，确定尾气处理两个重要操作参数喷淋塔温度和喷淋液流量。吸收和冷凝都是放热过程，低温有利于吸收冷凝，再者温度越高硝基氯苯和氯苯越容易挥发。因而，如果一级温度高则导致硝基氯苯气相进入二级堵塞设备和管道。如果二级三级温度高导致尾气中氯苯含量高，尾气不达标。另外，喷淋塔温度主要通过喷淋液温度进行自动控制，因此，装置要求温度越低，就需要越多冷量去冷却喷淋液，由此带来较高的能耗。综合考虑选择优化的喷淋温度：一级喷淋液是氯苯，喷淋塔温度控制在 5以下；二级三级喷淋液是水，喷淋塔温度控制在 0-5。随着喷淋液流量的增加，尾气与喷淋液接触更加充分，会有更多的气相被吸收或冷凝，但是尾气中有机气相量是一定的，当喷淋流量继续加大时，气相中残留的有机物浓度变化不大，而且喷淋液流量增大会增加输送泵电能消耗，喷淋塔阻力也会增加。因此，选择适宜的喷淋液流量为 10-15m3/h。（1）一级喷淋 生产装置尾气汇总后进入一级喷淋塔下部，气相中主要组分为硝基氯苯，还含有微量的氯苯，温度大概在 100左右，硝化工段泵送过来的新鲜氯苯通过调节阀控制流量在 10-15m3/h，进入一级喷淋冷却器，通过冷冻盐水降温至 5以下，进入一级喷淋塔上部，与气相形成逆流。喷淋塔内装填规整孔板波纹填料 350Y，气液在填料内进行传质传热，硝基氯苯气相被氯苯吸收，吸收液自流进入装置下层的一级喷淋液罐，通过变频泵和液位联锁将罐中吸收液打回硝化工段作为硝化反应原料。（2）二级喷淋 一级喷淋塔顶部出来的气相，主要成分为氯苯，温度为 5左右，进入二级喷淋塔下部，将三级喷淋液罐中的喷淋液经变频泵控制流量在 10-15m3/h，进入二级喷淋液冷却器，通过冷冻盐水降温至 0-5，进入二级喷淋塔上部。喷淋塔内装填规整孔板波纹填料 350Y，气液在填料内进行传质传热，氯苯被冷凝，喷淋液自流进入装置下层的二级喷淋液罐。通过二级处理气相中氯苯去除率在 90%以上。通过变频泵和液位联锁将罐中喷淋液打回废水处理工段。（3）三级喷淋 二级喷淋塔顶部出来的气相，含微量氯苯，温度为 5左右，进入三级喷淋塔下部，新鲜自来水经调节阀控制流量在 10-15m3/h，进入三级喷淋液冷却器，通过冷冻盐水降温至 0-5，进入三级喷淋塔上部。喷淋塔内装填规整孔板波纹填料 350Y，气液在填料内进行传质传热，氯苯气相被冷凝，喷淋液自流进入装置下层的三级喷淋液罐，作为二级喷淋液使用。三级喷淋塔出来的尾气通过风机增压后高空排放。见如下简图。3 工艺流程特点（1）有效解决高凝固点物料气相回收问题 在硝基氯苯装置的尾气处理中，长期以来，高凝中国科技期刊数据库 工业 A-52-固点物料气相回收一直是一项具有挑战性的工程问题。原先的尾气处理装置采用高温冷凝气相的方式，然而，这一方法存在回收率低的问题，而且需要定期进行化料操作，导致装置无法长期保持稳定运行。更为严重的是，尾气无法达到标准排放要求。为了应对这一问题，现尾气处理装置采用了一种分级处理的先进方法。一级处理主要针对高凝固点物料硝基氯苯气相，而二级和三级处理则专注于低凝固点物料氯苯气相。通过采用冷冻盐水降温的方式，有效避免了结晶堵塞设备管道的问题，从而实现了更为可靠的气相处理。这一创新性的设计方案大大降低了气相中有机物的含量，为整个气相回收过程提供了可行性，同时也成功解决了原先所面临的困扰。图 1 简图（2）吸收剂无需分离 吸收法处理尾气所选用的吸收剂在整个工艺中扮演着至关重要的角色。在这一设计中，选择氯苯作为吸收剂，其选择具有独特的优势。首先，氯苯与硝基氯苯能够完全互溶，这不仅有利于提高吸收效果，而且为后续的处理步骤提供了便利。其次，氯苯作为车间硝化反应的原料之一，喷淋后的吸收剂无需进行二次处理，其中含有的硝基氯苯控制在 1%以内，不会对吸收剂的性能产生显著的影响。这一特性使得喷淋后的吸收剂能够直接回流至硝化工段，实现了吸收剂的高效循环利用。通过这一设计，不仅实现了硝基氯苯的回收，同时也有效节约了建设和运行成本。吸收剂在经过喷淋处理后，不仅保持了较高的吸收效果，而且在质量稳定的前提下，减少了对吸收剂的二次处理需求。这一节省成本的特性为整个尾气处理系统的经济性提供了有力支持。（3）全流程安全自动化控制设计 本装置的设计注重全流程的安全自动化控制，充分利用连续工艺的条件，通过解决物料结晶问题，实现了全部液体的流转，从而实现全过程的自动化运行，无需人工干预，并确保了本质安全。在设计中，各种关键工艺参数，包括液位、温度、压力、流量等，都通过先进的 DCS 系统实现了远程监测和控制。具体而言，通过设定关键参数的联锁值，实现了各个阶段的协同工作。例如，液位与罐出口变频泵实现了联锁，通过变频控制泵的流量，维持罐液位的稳定。喷淋液温度与冷冻盐水调节阀的联锁确保了喷淋液的低温状态。喷淋液流量与喷淋塔内温度的联锁用于控制塔内温度，保障了整个处理过程的高效进行。在安全方面，系统设置了远程报警，包括控制系统报警和现场声光报警，以确保及时疏散车间人员。此外，对于重点监控参数，还设置了联锁保护。例如，喷淋液罐液位与进料设置的联锁，一旦液位达到联锁值，将自动切断进料，有效防止溢出事故的发生。（4）高效的吸收塔设备 确保装置设备能够高效满足工艺要求是项目成功运行的关键。在本装置中，喷淋塔作为关键设备，扮演着至关重要的角色。气相自下部侧面进入，经过塔内气液逆流传质，最终从顶部排出，而喷淋液则自上部侧面进入，从底部排出，实现了气液相逆流的传质过程。为了确保传质的均匀性，我们选用了管式分布器，优化了液相在填料层的布水，确保液相在整个填料层的均匀分布。在填料的选择方面，我们经过实验验证，选用了高效的孔板波纹规整填料 350Y。该填料具有适中的比表面积，既保证了气液传质传热效果，又降低了气相系统的压降。填料的优异性能确保了气相能够在装置中得到有效的吸收和冷凝，进一步提高了处理效果。因此，通过对喷淋塔关键设备的精心选择，本装置在保证工艺要求的同时，实现了气相的高效吸收和冷凝，为整个尾气处理过程提供了可靠的技术保障。这种高效的吸收塔设备不仅确保了工艺的稳定运行，还为项目的长期经济效益打下了坚实基础。（5）建设成本与运行成本较低 通过采用吸收法和冷凝法工艺，本项目在尾气处理方面不仅能够满足工艺和技术要求，还在经济可行性方面表现出较强竞争力。相较于传统的燃烧法和树脂吸附法，该工艺的建设成本和运行成本更低，为项目的可持续发展提供了有力支持。在工艺选择上，采用喷淋吸收法和冷凝法，使得处理流程更加简单，运中国科技期刊数据库 工业 A-53-行更加稳定可靠。与燃烧法相比，无需复杂的燃烧装置，减少了设备投资和维护成本。与树脂吸附法相比，不需要对吸附剂进行再生和再利用，避免了二次处理环节，降低了操作难度和费用。此外，喷淋吸收液直接回收用于硝化工段，冷凝液则通过整合车间废水处理工段，实现资源的有效利用。这一综合利用的设计进一步降低了建设和运行成本，提高了项目的整体经济效益。因此，本工艺在硝基氯苯装置尾气处理中展现出了较低的成本和较高的经济效益，为环保产业的可持续发展提供了可行而有效的解决方案。4 结论 硝基氯苯装置尾气，经过现尾气处理装置三级喷淋吸收冷凝，冷冻盐水降温。一级氯苯吸收，喷淋液温度和喷淋塔温度控制5，喷淋液流量控制在10-15m3/h，喷淋液回硝化工段作为反应原料；二级用三级喷淋液喷淋冷凝，喷淋液温度和喷淋塔温度控制在 0-5，喷淋液流量控制在 10-15m3/h；三级用新鲜水，喷淋液温度和喷淋塔温度控制在 0-5，喷淋液流量控制在 10-15m3/h，喷淋液回废水处理工段，装置运行以来尾气中氯苯含量一直小于 40mg/m3，达到排放标准。参考文献 1杨振宇.有机废气治理技术及其进展分析J.节能与环保,2019(8):81-83.2贺磊.化工行业有机废气处理技术研究J.化工设计通讯,2018,44(3):173-174.3黄晓敏.活性炭吸附有机废气技术分析J.资源节约与环保,2019(4):138.4赵杨,何璐红,刘斌杰.吸收法处理 VOCs 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