淺析常見揮發(fā)性有機化合物回收與處理技術(shù)

楊曉東,梅峰彪,劉玉偉

(1.陜西未來能源化工有限公司 陜西 榆林 719000;2 兗礦集團有限公司煤制油二期籌備處,陜西 榆林 719000;3 兗礦榆林精細化工有限公司,陜西 榆林 719000)

VOCs是揮發(fā)性有機化合物(Volatile organic compounds)的縮寫，現(xiàn)國際上并未對VOCs有一個統(tǒng)一的定義，不同的國家和組織對VOCs的具體定義有所差別。環(huán)境保護部2014年8月20日發(fā)布公告2014年第55號“附件2大氣揮發(fā)性有機物源排放清單編制技術(shù)指南(試行)”中對VOCs定義為：標準狀態(tài)下飽和蒸氣壓較高(標準狀態(tài)下大于13.33Pa)、沸點較低、分子量小、常溫狀態(tài)下易揮發(fā)的有機化合物。同時在《石油煉制工業(yè)污染物排放標準》(GB31570-2015)和《石油化學工業(yè)污染物排放標準》(GB31571-2015)中使用"非甲烷總烴(NMHC)"作為排氣筒和廠界揮發(fā)性有機物排放的整合控制指標。廢氣排放控制指標中NMHC的涵蓋內(nèi)容更廣，指標要高于VOCs，更為嚴格。目前企業(yè)控制VOCs排放主要有分為回收措施和處理措施。

1 VOCs的回收技術(shù)[1]

VOCs回收技術(shù)主要有冷凝法、吸附法、吸收法和膜分離法，其原理均是利用排放氣物理性質(zhì)將排放氣中揮發(fā)性有機物進行分離出來，以達到回收有價值組分再利用的目的。

1.1 冷凝法

冷凝法回收技術(shù)主要是利用物質(zhì)在不同溫度下具有不同的飽和蒸氣壓這一性質(zhì)，利用低溫技術(shù)將排放氣中VOCs達到冷凝狀態(tài)，從而將VOCs從排放氣中分離出來進行回收。該技術(shù)的回收率與VOCs初始濃度、沸點有關(guān)，VOCs的初始濃度越大，沸點越高，回收率越高，適合較高濃度、大氣量含VOCs的排放氣體工況。通常獲得較高的回收率需降低氣體溫度或升高氣體壓力來實現(xiàn)。該技術(shù)所需設備和操作條件相對簡單，一般不單獨使用，聯(lián)合其他技術(shù)一起使用。

1.2 吸附法

吸附法回收技術(shù)分為固定床吸附法、流動床吸附法和濃縮輪吸附法等，主要是利用具有吸附劑具有密集的細孔結(jié)構(gòu)、內(nèi)表面積比較大的多孔結(jié)構(gòu)，將VOCs組分吸附在固體表面，利用吸附劑不斷吸附、脫附的循環(huán)，達到排放氣凈化和VOCs回收的目的，屬于干法工藝。該技術(shù)除與吸附劑類型相關(guān)外，還與排放氣中VOCs種類、濃度、操作溫度、壓力有關(guān)，往往不建議使用在排放氣含多種VOCs性質(zhì)差異較大的環(huán)境，適合濃度中等、氣量大等含VOCs的排放氣體工況下使用。常用的吸附劑主要有粒狀活性炭、炭纖維、硅膠、人造沸石等，使用吸附法回收技術(shù)在目前應用最為廣泛的VOCs回收技術(shù)。

1.3 吸收法

吸收法回收技術(shù)主要是利用有機物相似相溶原理，采用低揮發(fā)或不揮發(fā)溶劑對排放氣中VOCs進行吸收，再利用VOCs分子與吸收劑物理性質(zhì)的差異進行分離的一種方法，屬于濕法工藝。該技術(shù)與吸收劑的的吸收性能、設備結(jié)構(gòu)等有關(guān)，適合濕度大、氣量大、濃度中等含VOCs的排放氣體工況下使用。吸收法使用難點在于吸收劑的選擇，同時吸收后富吸溶劑需進一步處理，可能會造成二次污染。

1.4 膜分離法

膜分離法回收技術(shù)源于海水淡化研究中發(fā)現(xiàn)的一種新的高效分離方法，是一種選擇性透過技術(shù)。主要是采用對有機化合物選擇性滲透的高分子膜，排放氣VOCs在一定壓力下通過膜元件，未通過氣體被排除在外，以達到排放氣體凈化目的。目前該技術(shù)適合中等濃度的含VOCs氣體，主要回收脂肪和芳香族碳氫化合物，含氯、酮、醛、腈、醇、胺、酸等大部分揮發(fā)性有機化合物。

VOCs回收技術(shù)主要主要根據(jù)排放氣中揮發(fā)性有機化合物的種類、含量以及排放氣的氣量來選擇搭配的，不僅可以減少企業(yè)對環(huán)境的壓力，同時可增加企業(yè)部分經(jīng)濟效益。

2 VOCs的處理技術(shù)[2-3]

VOCs處理技術(shù)主要有燃燒法、低溫等離子法、光催化降解法、微生物凈化法等，其原理均是利用各種反應類型，將VOCs分解為水和二氧化碳，以達到排放氣環(huán)保排放的目的。

2.1 燃燒法

燃燒法技術(shù)分為直接燃燒法技術(shù)和催化燃燒法技術(shù)。

直接燃燒法技術(shù)是利用明火直接將高濃度VOCs進行燃燒成水和二氧化碳，溫度一般為1100℃左右。因為要保持燃燒區(qū)的溫度，維持燃燒的持續(xù)性，較低濃度的VOCs則不可燃燒或加入燃料使其燃燒。因燃燒溫度較高，該技術(shù)使用過程中會產(chǎn)生大量的NOx，造成二次污染。同時因為有明火存在，不宜使用在罐區(qū)等易燃易爆介質(zhì)較多的場所。

催化燃燒法技術(shù)是利用一定催化劑，對排放氣中的可燃燒氣體在短時間、較低溫度下進行燃燒，將排放氣中揮發(fā)性有機化合物轉(zhuǎn)化為二氧化碳與水，從而達到保護環(huán)境的作用。該技術(shù)因有催化劑的存在，避免使催化劑中毒，保證燃燒效果，需將空氣中灰塵等雜質(zhì)進行消除。同時該技術(shù)燃燒是不會產(chǎn)生明火、燃燒溫度較低，不會產(chǎn)生NOx，安全性也較高。

2.2 等離子體法

等離子體法技術(shù)是利用高能電子射線激活、電離、裂解排放氣中揮發(fā)性有機化合物中各組分，從而發(fā)生氧化等一系列復雜化學反應，將有害物轉(zhuǎn)化為無害物或有用途的副產(chǎn)物的處理手段。主要分為：電子束輻照、輝光放電、電暈放電、介質(zhì)阻擋放電、頻射放電、微波放電等。目前該技術(shù)主要存在實驗室階段，需下一步進行完善。

2.3 光催化降解法

光催化降解法技術(shù)原理是在特定波長光照下，光催化劑被活化，對排放氣中低濃度的揮發(fā)性有機化合物進行氧化，生成二氧化碳、水和無機物。該技術(shù)可分為直接光照法和催化光照法。催化光照法是在催化劑存在下，光照氣體分解，常用的光催化劑有：WO3、TIO2、ZnO、Fe2O3等。

2.4 微生物凈化法

微生物凈化法技術(shù)是利用附著在濾料介質(zhì)中的微生物，在適宜條件下，通過微生物的新陳代謝，對可揮發(fā)性有機化合物進行分解的過程。該技術(shù)適合處理濃度較低的VOCs，目前已成功應用工業(yè)化。

3 總結(jié)

隨著工業(yè)化和城市化發(fā)展，民眾對生活及工作環(huán)境要求越來越高。作為VOCs排放的主要源頭之一石油化工企業(yè)也承受著越來越大的環(huán)保壓力。企業(yè)應合理對VOCs看待，對有價值、數(shù)量可觀的有機物盡量利用各組合回收技術(shù)進行回收。對不可回收的也應合理制定處理方法，在保證安全的同時減少VOCs的排放。