含丙烯腈废气的处理工艺

谢玉蓉

（广州市环境技术中心广东广州510180）

1 有机废气处理工艺概述

有机废气是主要大气污染物之一，对人体有害，引起的共同症状是疲乏无力、头晕头痛、恶心呕吐、心慌气喘﹑血象变化等。有机废气治理的根本途径是采用无污染工艺，少用有毒原料，控制有毒废气排放量，使之在环保要求的排放限值内。

有机废气污染物治理的方法主要有两类：一类是回收法，另一类是消除法。回收法主要有活性炭吸附、变压吸附、吸收法、冷凝法及膜分离技术。处理方法的选择取决于废气的化学和物理性质、浓度、排放量、排放标准以及回用作原料或副产品的经济价值等诸多方面。

消除法有直接燃烧、热氧化、催化燃烧、生物氧化、等离子体法、紫外光催化氧化法及其集成技术；消除法主要是通过化学或生化反应，用热、光、催化剂和微生物将有机气相污染物转变成为CO2和水等无毒害的无机小分子化合物。

近些年还出现了一些新的处理工艺，简述如下：

（1）生物分解法。该法是在已成熟的采用微生物处理废水基础上发展起来的处理有机废气的方法，通过附着在多孔、潮湿介质上的活性微生物，用大气中低浓度的有机废气为其生命活动的能源或养分，将其转化为简单的无机物或细胞组成物质。与传统的废气处理技术相比，生物处理技术具有效果好、投资及运行费用低、安全性好、无二次污染等优点。但是为了进一步实现大规模的工业化应用，仍有很多关键性的问题需要解决，包括菌种培养等。

（2）放电等离子体法。该法是通过高电压放电形式，获得非热平衡等离子体，即产生大量的高能电子或高能电子激励产生的O、OH、N基等活性粒子，破坏C-H、C-C等化学键，使尾气分子中的H、Cl、F等发生置换反应，最终生成CO2和H2O，即工业废气通过放电处理最终变为无害物质，具有工艺简单、流程短、可操作性好的特点，特别在节能方面有很大的潜力。但目前该技术仍未能解决一些关键的科学问题，导致了其尚未走近实用化行列。

（3）TiO2光催化法。该法在常温、常压条件下，能将废气中的有机物分解为CO2、H2O和其它无机物，有较大潜在应用价值，具有反应效率高、不受溶剂分子影响、易回收、反应速率快等优点，但这项技术还存在几个关键的技术难题，因此目前仍停留在实验研究阶段，尚未得到广泛的工业化应用。

（4）膜分离技术。该技术是目前废气处理领域的研究热点之一，具有流程简单、VOCs回收率高、能耗低、无二次污染等优点，国外已有许多成功应用的范例。常用的废气处理膜分离工艺包括：蒸汽渗透（VP）、气体膜分离（GMS/VMP）和膜接触器等。近年来，德国的GKSS公司、美国的MTR公司和日本的日东电工都成功的实现了采用膜技术回收废气中的VOCs的工业化生产。但目前由于技术的原因，应用范围尚小，并未大面积推广。

2 有机废气的活性炭吸附处理工艺

吸附法是利用某些具有吸附能力的物质如活性炭、硅胶、沸石分子筛、活性氧化铝等吸附有害成分而达到消除有害污染的目的。吸附法适用于几乎所有的气相污染物，一般是中低浓度的气相污染物；吸附效果取决于吸附剂性质、气相污染物种类和吸附系统的操作温度、湿度、压力等因素，具有去除效率高的优点，从而使其成为去除气相污染物较为常用的方法，但存在投资后运行费用较高且有产生二次污染的缺陷。

活性炭纤维被认为是目前最理想的吸附介质。活性炭纤维（ACF）是继粉末状和颗粒状活性炭之后的第三代活性炭产品，通常以有机纤维为原料经预处理-炭化-活化后制得。与颗粒状活性炭相比，活性炭纤维具有比表面积大、微孔丰富、孔径小且分布窄、吸附量大、吸附速率快的特点，其吸附能力较一般活性炭高1~10倍；而且再生容易，工艺灵活性大（易加工成布、毡等形式），以及不易粉化和沉降等特点，因此在工业废气，包括丙烯腈废气的处理方面得到了特别广泛的应用。

同时，与其他类型吸附材料（如颗粒状活性炭）相比，活性炭纤维的微孔容积大，吸附容量高，且具有良好的脱附性能，因此可以利用ACF对废气进行价值回收。研究表明，在相同条件下经过多次重复再生，得到的活性炭纤维的饱和吸附曲线都非常接近，因此理论上认为ACF可以多次再生而其吸附性能却不会发生大的变化，因此得到了广泛应用。近年来利用ACF进行物料回收的工业化生产实例多见报道。

3 工程实例

3.1 废气来源

本文中丙烯腈废气来自于丙烯腈储罐顶部的排放气。丙烯腈储罐采用立式固定顶罐，在储罐进料或者环境温度变化引起物料热胀冷缩过程中，会排放出废气。前者产生的尾气俗称大呼吸尾气；后者俗称小呼吸尾气，两者中均含有较高浓度的丙烯腈气体。因丙烯腈为有毒物质，为避免影响周围环境，故需对该尾气进行净化，使之达到规定的排放标准后才能排入大气。具体参数如下：

废气组成（mol%）：丙烯腈1.2%，氮气98.8%；丙烯腈最大浓度24g/m3；

处理量：650Nm3/h；

处理后废气标准：执行《大气污染物综合排放标准》（GB16297-1996）的二级标准，即丙烯腈含量≯22mg/m3。

3.2 排放标准

根据《环境空气质量标准》（GB3095-1996）的划分标准，净化后废气标准执行《大气污染物综合排放标准》（GB16297-1996）的二级标准，按表2“新污染源大气污染物排放限值”的要求，丙烯腈最高允许排放浓度为22mg/m3，最大流量650Nm3/h时，排放速率为0.0143kg/h。当最高排放浓度不变，最大流量按稀释后总流量（3000Nm3/h）计算，最大排放速率为0.66kg/h。最低烟囱高度15m时允许的排放速率为0.77kg/h，因此本项目可采用最高允许排放浓度22mg/m3、烟囱高度15m为验收标准。

3.3 处理工艺选择

国内对高浓度丙烯腈废气的处理，目前仍然以“吸附+催化燃烧”的联合处理工艺为主，该法占地面积大、工艺过程复杂、控制要求严格，而且造价昂贵。而随着工艺技术的进步，利用活性炭纤维作为吸附介质，通过提高吸附剂的吸附效率、吸附能力和吸附/解析的稳定性，能够实现对废气一次吸附处理即可达标排放，而且在占地省、投资少、控制灵活的基础上，还能回收丙烯腈，减少燃料消耗，降低装置能耗，提高项目的经济效益。

下表给出了采用的活性炭纤维的主要性能参数。

续表

3.4 处理流程

来自储罐顶部的废气，通过鼓风机鼓入新鲜空气，一方面对废气加压输送，另一方面将废气稀释至5g/m3，方便处理。首先经过前过滤系统除去杂质并预热后，进入活性炭纤维吸附槽内。吸附系统设置两组独立的吸附槽，按照以下程序连续运行，对废气中的丙烯腈进行吸附回收：

A槽：吸附—解吸—吸附

B槽：解吸—吸附—解吸

每个吸附周期大约15分钟。

吸附饱和后的活性炭纤维，通入低压饱和蒸汽，进行解析。解析后的含丙烯腈的废热蒸汽进入冷凝器通入冷却水冷却。冷凝下来的含丙烯腈的蒸汽凝液进入储槽集中收集和处理。未冷凝部分，则循环至系统前置过滤器内，重新经过风机送入吸附装置内进行重复处理。处理后的达标废气，直接通过设置的排气筒高点直接排放。

处理过程采用PLC控制系统，实现全自动操作，最大限度的保证处理过程的稳定性、可靠性和安全性。

处理过程的示意流程如下：

4 结论

工程运行结果显示，采用的活性炭纤维具有吸附速度快、吸附量大、寿命长、再生稳定等优点，对丙烯腈的吸附率达到99.5%以上，处理后的废气中丙烯腈含量不超过22mg/m3，满足规范要求，表明采用活性炭吸附法处理含丙烯腈废气得到了成功的应用。