樹脂吸附-蒸汽脫附回收四氫呋喃的工程實例

陳振坎， 蔣 澍， 李 超， 徐 明， 王志良

樹脂吸附-蒸汽脫附回收四氫呋喃的工程實例

陳振坎， 蔣 澍， 李 超， 徐 明， 王志良

（江蘇齊清環(huán)境科技有限公司，江蘇 南京 210036）

結(jié)合河南某醫(yī)藥企業(yè)的生產(chǎn)工藝、廢氣排放特征及相關(guān)工程經(jīng)驗，提出了采用“樹脂吸附-蒸汽脫附＋蓄熱式熱氧化爐”相結(jié)合的VOCs廢氣凈化技術(shù)，滿足了企業(yè)關(guān)于VOCs廢氣資源化利用和達標(biāo)排放兩個方面的需求。本文對樹脂吸附回收四氫呋喃有機溶劑的技術(shù)展開論述，現(xiàn)場運行結(jié)果表明：自2020年11月投入使用至今，樹脂吸附裝置運行穩(wěn)定，效果極佳，年回收四氫呋喃約120 t，年凈收益183.4萬元，具有較好的環(huán)境效益和經(jīng)濟效益。

樹脂；VOCs廢氣；資源化利用；四氫呋喃

四氫呋喃是醫(yī)藥化工行業(yè)生產(chǎn)工藝中常見的有機溶劑，具有低沸點、易揮發(fā)等特性。在實際生產(chǎn)過程中，四氫呋喃廢氣排放濃度一般超過10 000 mg/m3，具有較高的回收價值。

目前，醫(yī)藥化工行業(yè)常見的揮發(fā)性有機化合物（VOCs）回收技術(shù)包括冷凝法、吸收法、吸附法等。冷凝法是最簡單的VOCs廢氣回收技術(shù)[1]，但平均去除率較低，僅70%左右[2]，適用于有回收價值、小風(fēng)量、高濃度VOCs廢氣的預(yù)處理方法[3]；吸收法工藝簡單[4]、無二次污染[5]，適用于VOCs廢氣組分相對單一的工況，處理大風(fēng)量、組分較為復(fù)雜的VOCs廢氣時，吸收效率較低[4]；吸附法是目前應(yīng)用最廣、最成熟的VOCs廢氣回收技術(shù)[2,6]，但傳統(tǒng)的活性炭吸附技術(shù)具有對極性VOCs廢氣吸附效果較差、耐溫性能差、易產(chǎn)生二次污染[7]等缺點。相比于其他技術(shù)，樹脂吸附-蒸汽脫附技術(shù)具有吸附性能穩(wěn)定、疏水性強、易于脫附、耐溫性能好、安全性高、對極性分子有良好的吸附效果等優(yōu)點[8]，在VOCs廢氣治理工程應(yīng)用中有很大的發(fā)展前景。

結(jié)合河南某醫(yī)藥企業(yè)合成車間的現(xiàn)場調(diào)查情況和檢測結(jié)果，針對含四氫呋喃的高濃度VOCs廢氣，提出了采用樹脂吸附-蒸汽脫附技術(shù)回收四氫呋喃有機溶劑，期望對以后類似企業(yè)高濃度VOCs廢氣資源化利用有一定的借鑒意義。

1 現(xiàn)場調(diào)研及工藝路線

河南某醫(yī)藥企業(yè)合成車間主要生產(chǎn)沙坦聯(lián)苯，以對氯甲苯、鄰氯苯腈等為原料，四氫呋喃、乙醇等為有機溶劑，包括格式、縮合、水解、結(jié)晶、離心等生產(chǎn)工序。車間廢氣收集處理現(xiàn)狀調(diào)查情況見表1；車間堿性吸收塔出口尾氣的總烴和風(fēng)量檢測結(jié)果見圖1。

表1 廢氣收集處理現(xiàn)狀

圖1 合成車間堿性吸收塔出口尾氣檢測結(jié)果

由現(xiàn)場調(diào)查情況和檢測結(jié)果可知，合成車間VOCs廢氣治理主要存在以下問題：1）根據(jù)企業(yè)提供的有機溶劑損耗數(shù)據(jù)表，四氫呋喃溶劑損耗量較高，四氫呋喃廢氣未進行有效回收利用；2）堿吸收技術(shù)對組分復(fù)雜的VOCs廢氣凈化效果有限；3）四氫呋喃屬于極性溶劑，活性炭對極性分子的吸附作用較弱；單一的活性炭吸附裝置運行過程中易飽和，難以保證VOCs廢氣穩(wěn)定達標(biāo)排放。

針對VOCs廢氣治理存在的問題，主要采取以下措施：1）加強車間VOCs廢氣冷凝預(yù)處理，從源頭減少污染物排放；2）采用樹脂吸附-蒸汽脫附技術(shù)回收四氫呋喃有機溶劑；3）采用蓄熱式熱氧化爐焚燒技術(shù)處理全廠VOCs廢氣。本文僅對樹脂吸附回收四氫呋喃有機溶劑的技術(shù)展開論述。

2 工藝流程簡述

樹脂吸附-蒸汽脫附回收四氫呋喃有機溶劑的工藝流程見圖2，含四氫呋喃的高濃度VOCs廢氣經(jīng)車間預(yù)處理后送至前端過濾冷凝器，起到去除顆粒物和降溫的作用；再由風(fēng)機送至吸附器A進行吸附處理，當(dāng)吸附器A中的樹脂吸附飽和后，切換到吸附器B，同時打開蒸汽閥門，對吸附器A中吸附飽和的樹脂進行蒸汽脫附處理；脫附下來的蒸汽混合有機物經(jīng)過三級冷凝處理后回車間精餾，精餾出來的四氫呋喃有機溶劑循環(huán)利用，不凝氣回風(fēng)機前端進行二次吸附處理。

圖2 樹脂吸附-蒸汽脫附工藝流程圖

2.1 樹脂選型

本裝置選用陜西某特種樹脂有限公司的LSV-16型大孔樹脂，規(guī)格參數(shù)見表2。

表2 樹脂規(guī)格參數(shù)

3 設(shè)計要點

1）根據(jù)《吸附法工業(yè)有機廢氣治理工程技術(shù)規(guī)范》HJ2026-2013第6.3.3節(jié)規(guī)定，采取纖維狀吸附劑（活性炭纖維氈）時，氣體流速宜低于0.15 m/s。本裝置設(shè)計流速參照執(zhí)行，取0.14 m/s，停留時間≥7s。

2）根據(jù)試驗結(jié)果可知，對于同樣工況的VOCs廢氣，樹脂的穿透吸附量隨著進氣溫度的升高而降低[8]。為了確保良好的吸附效果，本裝置前端增設(shè)空冷過濾器，保證進氣溫度在20℃左右。

3）樹脂吸附是放熱可逆的過程，且四氫呋喃沸點較低，因此必須控制吸附床層的初始溫度，保證吸附過程正向穩(wěn)定進行。本裝置選用負壓干燥降溫技術(shù)，將吸附床層的初始溫度控制在40℃左右。

4）蒸汽脫附技術(shù)具有安全性高，易冷凝等優(yōu)點。根據(jù)試驗結(jié)果可知，解析出同等質(zhì)量的有機溶劑，蒸汽消耗量隨著蒸汽壓力的升高而降低，蒸汽壓力不宜低于0.3 MPa[9]。本裝置設(shè)計選用蒸汽壓力≥0.6 MPa。

5）蒸汽解析下來的四氫呋喃蒸汽混合物經(jīng)過冷凝系統(tǒng)冷凝后，冷凝下來的四氫呋喃水溶液回車間精餾回收，冷凝效率對四氫呋喃的回收率起決定性影響。本裝置設(shè)計三級冷凝系統(tǒng)，前兩級選用列管冷凝器，第三級選用螺旋板冷凝器，確保冷凝系統(tǒng)具有較高的冷凝效率。

6）吸附過程中，有機溶劑在樹脂微孔表面產(chǎn)生吸附熱，溫度持續(xù)升高，萬一突破著火點后，會導(dǎo)致火災(zāi)事故發(fā)生。本裝置吸附床層設(shè)置溫度傳感器，并配置消防蒸汽閥，吸附過程中，當(dāng)溫度傳感器測得吸附床層溫度超過80℃時，消防蒸汽閥打開，確保系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。

7）本裝置吸附器為常壓設(shè)計，設(shè)置壓力變送器，并配置泄壓閥，當(dāng)吸附器內(nèi)部壓力超過0.1 MPa時，泄壓閥自動開啟，待吸附器內(nèi)部壓力降至設(shè)計壓力，泄壓閥關(guān)閉，確保系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。

8）控制柜選用正壓防爆結(jié)構(gòu)設(shè)計，隔絕外部危險性氣體。

4 運行效果分析

樹脂吸附-蒸汽脫附回收四氫呋喃裝置已正式投用1年，系統(tǒng)運行穩(wěn)定。對裝置進出口尾氣總烴濃度進行了連續(xù)檢測，檢測數(shù)據(jù)見表3。由表3可知，四氫呋喃回收率穩(wěn)定在96%，回收率很高，但裝置出口尾氣總烴排放濃度仍不滿足《制藥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB37823-2019，二級標(biāo)準(zhǔn)“TVOC-100 mg/m3”的要求，故需進一步采取蓄熱式熱氧化爐焚燒技術(shù)使其達標(biāo)排放。

表3 含四氫呋喃廢氣處理情況

依據(jù)《環(huán)境空氣和廢氣總烴、甲烷和非甲烷總烴便攜式監(jiān)測儀工藝要求及檢測方法》（HJ 1012-2018），采用ERSATEC smart FID檢測儀對裝置進出口總烴濃度進行檢測。

5 經(jīng)濟分析

1）裝置規(guī)模：4 000 Nm3/h。

2）建設(shè)費用：180萬元。

3）年運行費用：按年運行時間7 200 h計算，電費約5.6萬元，蒸汽費用約18萬元，循環(huán)冷卻水費用約3萬元，設(shè)備維修費和折舊費約30萬元，合計56.6萬元。

4）年回收四氫呋喃價值：根據(jù)企業(yè)實際回收情況，年可回收四氫呋喃約120 t，四氫呋喃價格按2萬元/t計算，則年回收四氫呋喃價值240萬元。

5）年凈收益：240－56.6＝183.4萬元。

6 結(jié)論

采用樹脂吸附-蒸汽脫附技術(shù)對合成車間含四氫呋喃的高濃度VOCs廢氣進行資源化利用，現(xiàn)場運行結(jié)果表明：樹脂吸附裝置運行穩(wěn)定，效果極佳，年回收四氫呋喃約120 t，年凈收益183.4萬元，具有較好的環(huán)境效益和經(jīng)濟效益。目前，樹脂吸附回收技術(shù)在VOCs廢氣治理工程應(yīng)用中還相對少見，本項目為今后類似工程項目的研發(fā)和設(shè)計提供了一定的思路。

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Engineering Example of Resin Adsorption-Steam Desorption Recovery of Tetrahydrofuran

CHEN Zhen-kan, JIANG Shu, LI Chao, XU Ming, WANG Zhi-liang

（Jiangsu Qiqing Environmental Technology Co., Ltd., Nanjing 210036, China）

Combining the production process, exhaust gas emission characteristics and related engineering experience of a pharmaceutical company in Henan, a VOCs waste gas purification technology combining “resin adsorption-steam desorption + regenerative thermal oxidation furnace” is proposed, which satisfies the company's requirements for VOCs The demand for waste gas resource utilization and standard emission. This article only discusses the technology of resin adsorption and recovery of tetrahydrofuran organic solvent. The on-site operation results showed that: since it was put into use in November 2020, the resin adsorption device has been running stably and has excellent effects. The annual recovery of tetrahydrofuran is about 120 t, and the annual net income is 1.834 million yuan, with better environmental and economic benefits.

resin; VOCs waste gas; resource utilization; tetrahydrofuran

X51

A

1009-220X(2022)05-0068-05

10.16560/j.cnki.gzhx.20220508

2022-03-28

陳振坎（1993～），男，江蘇宜興人，工程師；主要從事?lián)]發(fā)性有機物污染防治技術(shù)開發(fā)及工程設(shè)計。1075021500@qq.com