揮發(fā)性有機物治理方案的探討

曾 沖

(陜西未來能源化工有限公司，陜西 榆林 719000)

VOCs是揮發(fā)性有機化合物(volatile organic compounds)的英文縮寫，指的是揮發(fā)性的碳?xì)浠衔锛捌溲苌?，它包括烴類、芳烴類、醇類、醛類、酮類、酯類、胺類、有機酸等常溫下飽和蒸汽壓大于133.32 Pa、常壓下沸點在50～260℃以下的有機化合物，或在常溫常壓下任何能揮發(fā)的有機固體或液體。VOCs不僅導(dǎo)致空氣質(zhì)量變差而且是夏季光化學(xué)煙霧、城市霧霾的主要成分，并且其超過一定濃度時，會刺激人的眼睛和呼吸道，甚至損害人體的肝臟、腎臟、大腦和神經(jīng)系統(tǒng)。VOCs已成為世界性公害，發(fā)達(dá)國家不斷修改法律一再降低VOCs排放濃度，我國VOCs治理也到了刻不容緩的時刻。

1 VOCs來源

目前石油煉制及化工企業(yè)產(chǎn)生的揮發(fā)性有機物主要來源有三個方面,一是法蘭及密封泄漏至大氣中的揮發(fā)性有機物，二是揮發(fā)性有機物充裝過程中產(chǎn)生的揮發(fā)性氣體，三是揮發(fā)性有機物在儲存過程中由呼吸閥呼出的氣體。對于第一點，企業(yè)一般通過有資質(zhì)的專業(yè)公司進(jìn)行現(xiàn)場檢測，消除跑冒滴漏。而第二點和第三點，則需要通過增加油氣回收裝置進(jìn)行治理。

2 治理方案簡介

2.1 純冷凝法

由于不同的物質(zhì)在不同的溫度及壓力下，會顯示不同的飽和度。通過提高系統(tǒng)壓力或降低系統(tǒng)溫度的方式，可使處于氣態(tài)的揮發(fā)性有機化合物冷凝，從廢氣中分離出來。冷凝法具有較多操作環(huán)節(jié)，在有機廢氣凈化作業(yè)中，企業(yè)常常將該法運用于風(fēng)量較小、溫度較低、凈化濃度較高的環(huán)境中。采用三級制冷，制冷系統(tǒng)使油氣的溫度降至-110℃，即可使油氣中98%以上的碳?xì)浠衔锢淠梢后w，實現(xiàn)很好的經(jīng)濟效益。但由于需要深冷至-110℃，因此純冷凝法油氣回收機組存在著耗電量大的缺點。

2.2 冷凝+吸附法

采用二級制冷，制冷系統(tǒng)使油氣的溫度降至-75℃，使油氣中90%以上的碳?xì)浠衔锢淠梢后w；未被冷凝下來的少量油氣，進(jìn)入兩個交替工作的活性炭吸附系統(tǒng)，被活性炭系統(tǒng)吸附，當(dāng)其中一套以系統(tǒng)吸附飽和時，該罐進(jìn)行解吸處理，同時，另一套活性炭系統(tǒng)投入工作，最終可使油氣中98%以上的碳?xì)浠衔锉惶幚砘厥?，從機組排出的氣體為達(dá)標(biāo)氣體，達(dá)到環(huán)保要求。

2.3 膜分離法

有機廢氣中不同組分在透過聚合物復(fù)合膜時的速度因氣體自身性質(zhì)和膜的特點有所差異，膜分離技術(shù)即利用氣體內(nèi)不同的組分在透膜時的滲透能力不同并結(jié)合空氣透膜能力與有機蒸汽能力之間的差別來分離有機廢氣中揮發(fā)性有機化合物與其它組分。常見的膜分離技術(shù)可對氯化有機物、酮、酯及部分烷烴等實現(xiàn)較高的分離回收率。采用這一方法具有較強的簡便性，且較高效、操作彈性較大、便于控制，可廣泛用于諸多領(lǐng)域，同時還可對廢氣中的有機物回收，一定程度提高經(jīng)濟效益。

2.4 催化氧化(CO)+余熱回收

其工藝原理是將待處理尾氣加熱到設(shè)定溫度(催化劑固定床進(jìn)氣溫度，約300～450℃)，流經(jīng)催化劑表面時，在催化劑的作用下，尾氣有機物的活性分子降低了活化能，因而有機氣體分子化學(xué)鍵極易被斷裂，在較低的溫度下和氧發(fā)生氧化反應(yīng)，生成CO2+H2O+反應(yīng)熱。由于有機物在較低的溫度下就可氧化，因此可節(jié)省為維持高溫度必須需要添加的輔助燃料。

催化燃燒裝置主要由熱交換器、燃燒室、催化反應(yīng)器、熱回收系統(tǒng)和凈化煙氣的排放煙囪等部分組成。其凈化原理是：未凈化氣體在進(jìn)入燃燒室以前，先經(jīng)過熱交換器被預(yù)熱后送至燃燒室，在燃燒室內(nèi)達(dá)到所要求的反應(yīng)溫度，氧化反應(yīng)在催化反應(yīng)器中進(jìn)行，由于催化反應(yīng)器中的催化劑的載體是由多孔材料制作的，具有較大的比表面積和合適的孔徑，當(dāng)加熱到300～450℃的有機氣體通過催化層時，氧和有機氣體被吸附在多孔材料表層的催化劑上，增加了氧和有機氣體接觸碰撞的機會，提高了活性，使有機氣體與氧產(chǎn)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)而生成CO2和H2O，同時產(chǎn)生熱量，從而使得有機氣體變成無毒無害氣體。凈化后煙氣經(jīng)熱交換器釋放出部分熱量，再由煙囪排入大氣。

該法有起燃溫度低，能耗少，燃燒易達(dá)穩(wěn)定，甚至到起燃溫度后無需外界傳熱就能完成氧化反應(yīng)。且凈化效率高，污染物(如NOx及不完全燃燒產(chǎn)物等)的排放水平較低。適應(yīng)氧濃度范圍大，噪音小，無二次污染，且燃燒緩和，運轉(zhuǎn)費用低，操作管理也很方便。

2.5 蓄熱氧化(RTO)

針對廢氣中有機物含量較低，熱值不足以維持燃燒室的溫度從而需要添加輔助燃料的問題，借鑒冶金、化工行業(yè)業(yè)已成功應(yīng)用的蓄熱爐經(jīng)驗，將其用于有機廢氣凈化，即為蓄熱式熱力氧化器。蓄熱式焚燒爐(RTO)采用熱氧化法處理中低濃度的有機廢氣，用陶瓷蓄熱床換熱器回收熱量。RTO主體結(jié)構(gòu)由燃燒室、陶瓷填料床和切換閥等組成。其主要特征是：蓄熱床底部的自動控制閥分別與進(jìn)氣總管和排氣總管相連，蓄熱床通過換向閥交替換向，將由燃燒室出來的高溫氣體熱量蓄留，并預(yù)熱進(jìn)入蓄熱床的有機廢氣；采用陶瓷蓄熱材料吸收、釋放熱量；預(yù)熱到一定溫度(≥760℃)的有機廢氣在燃燒室發(fā)生氧化反應(yīng)，生成二氧化碳和水，得到凈化。

2.6 直接焚燒(TO)+余熱回收

采用燃燒法，能夠?qū)τ袡C廢氣中大部分有害物質(zhì)進(jìn)行分解，在燃燒過程中，可以充分利用有機廢氣分解時自身產(chǎn)生的熱量以促進(jìn)該反應(yīng)持續(xù)完全進(jìn)行。催化燃燒法在相應(yīng)催化劑作用下對有機廢氣進(jìn)行燃燒，有效代替了傳統(tǒng)的燃燒方式，能夠在較低溫度的燃燒情況下完成對有害物質(zhì)的分解。催化燃燒所用的催化劑多為具有大比表面積的貴金屬如：鉑、鈀等。在這個治理過程中，技術(shù)人員能夠通過科學(xué)操作，充分回收利用熱量，實現(xiàn)資源節(jié)約。由于某些催化劑會發(fā)生中毒反應(yīng)，控制時必須保障催化劑能夠在活性溫度的情況下進(jìn)行，對于這類催化劑，可采用鐵系催化劑進(jìn)行處理，或者運用加熱法處理，從而保障催化劑能夠充分發(fā)揮作用。

3 結(jié)束語

綜上所述，石油煉制及化工企業(yè)應(yīng)重視對揮發(fā)性有機物的排放治理工作，盡可能降低揮發(fā)性有機物的排放量及排放濃度，才能保護(hù)企業(yè)周邊環(huán)境少受污染。揮發(fā)性有機物治理工作的推進(jìn)，不僅對企業(yè)自身帶來一定的經(jīng)濟效益，而且對環(huán)保工作起到了積極的社會效益，從而推動我國工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。