化工行業(yè)VOCs廢氣治理技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀和討論

徐 薇

（1 上海紡織建筑設(shè)計(jì)研究院 上海 200060 2 上海紡織節(jié)能環(huán)保中心 上海 200000）

引言

揮發(fā)性有機(jī)物（Volatile Organic Compounds，VOCs）是工業(yè)生產(chǎn)中常見的一類污染物。通常定義為20℃時(shí)蒸氣壓不小于10pa 或者101.325kPa 標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，沸點(diǎn)不高于260℃的有機(jī)化合物[1]。VOCs是大氣污染扮演著重要角色，可生成顆粒物PM2.5 和臭氧，是產(chǎn)生霧霾的原因之一[2-3]。且VOCs 多數(shù)有毒性，吸入后可影響人體健康。根據(jù)國(guó)家2009 年VOCs 排放清單，工業(yè)源排放量占人為源的55.5%，其中化工行業(yè)是VOCs 排放的主要行業(yè)之一，占到了總排放量的5.8%[3-5]。過(guò)去幾十年內(nèi)，VOCs 治理技術(shù)發(fā)展迅速，從活性炭吸附分離的物理法，到燃燒法直接銷毀的化學(xué)法，光催化、等離子等技術(shù)在VOCs 治理領(lǐng)域也得到了快速發(fā)展[6-10]。而不同技術(shù)對(duì)VOCs 處理效率各有優(yōu)劣。而不同行業(yè)，乃至不同企業(yè)，VOCs 排放特征不盡相同，用簡(jiǎn)單的套用概念并不能有效解決實(shí)際問(wèn)題，對(duì)企業(yè)造成成本浪費(fèi)或運(yùn)行負(fù)擔(dān)。分析各個(gè)行業(yè)的VOCs 排放特征，對(duì)解決VOCs 減排問(wèn)題具有現(xiàn)實(shí)意義。

上海市的石化行業(yè)是工業(yè)制造的重要行業(yè)之一。主要包括石油加工及煉焦、化學(xué)原料及化學(xué)制品、化學(xué)纖維、橡膠制品、塑料制品業(yè)5 個(gè)行業(yè)大類。在響應(yīng) 《上海市大氣防治條例》 中對(duì)VOCs 的削減行動(dòng)中，區(qū)政府為了制定更有效的管理政策，對(duì)轄區(qū)內(nèi)工業(yè)企業(yè)進(jìn)行摸底排查，根據(jù)行業(yè)類型，制定行業(yè)VOCs 治理和管理建議和要求，對(duì)區(qū)域VOCs 排放減排行動(dòng)有現(xiàn)實(shí)意義。

1 研究方法

以上海市某區(qū)的化工企業(yè)為研究對(duì)象，調(diào)研了14 家典型化工企業(yè)，主要涉及化學(xué)品制造企業(yè)和少數(shù)制藥企業(yè)。企業(yè)類型包含國(guó)有和外資企業(yè)，均屬于大型化工企業(yè)，對(duì)環(huán)保工作相對(duì)比較重視。調(diào)研企業(yè)主要產(chǎn)品包括合成樹脂、助劑、聚氨酯、藥劑等，生產(chǎn)過(guò)程均有產(chǎn)生VOCs。調(diào)研內(nèi)容包括VOCs 產(chǎn)生來(lái)源，收集、處理情況以及管控措施。對(duì)收集資料進(jìn)行整理分析后討論。

2 結(jié)果討論

2.1 企業(yè)排放現(xiàn)狀

目前，企業(yè)多采用全封閉的反應(yīng)系統(tǒng)、全封閉的合成車間和全封閉的VOCs 正常放空和過(guò)壓排放系統(tǒng)，對(duì)于含VOCs 的各裝置工藝廢氣，設(shè)立專門的收集管道進(jìn)行收集并統(tǒng)一處置。但在儲(chǔ)罐呼吸廢氣、裝載過(guò)程、廢水池廢氣等環(huán)節(jié)仍然存在無(wú)組織排放。統(tǒng)計(jì)完成VOCs 總量估算的企業(yè)，VOCs 全場(chǎng)有組織和無(wú)組織排放量之和約在2～3t/a。

表1 調(diào)查化工企業(yè)VOCs廢氣處理方法

2.2 企業(yè)治理現(xiàn)狀

根據(jù)14 家化工企業(yè)情況，匯總企業(yè)2016 年VOCs 的排放狀況和治理方法，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見下表1。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，所調(diào)查企業(yè)中11 家企業(yè)均安裝了VOCs 處理設(shè)施，占到總數(shù)的80%。共統(tǒng)計(jì)了一個(gè)19 個(gè)工藝廢氣排口及相應(yīng)的處理設(shè)施。企業(yè)VOCs 廢氣成分復(fù)雜，以二甲苯、甲醇、甲醛和異氰酸酯為主要特征污染物。采用單級(jí)或多級(jí)噴淋法處理的11 套裝置；采用活性炭吸收或與其他連用的同樣9 套裝置；采用燃燒法處理的僅有2 套。噴淋法對(duì)VOCs 的處理效率較低，而活性炭對(duì)甲醇等低沸點(diǎn)物質(zhì)的處理效果同樣較差。

2.3 泄漏檢測(cè)和修復(fù)

在所調(diào)查的企業(yè)中，僅有1 家企業(yè)在過(guò)去三年中做過(guò)泄漏檢測(cè)與修復(fù)檢測(cè)（LDAR），多數(shù)企業(yè)未進(jìn)行LDAR 檢測(cè)。表明該區(qū)的化工企業(yè)在設(shè)備泄漏環(huán)節(jié)還有較大的減排潛力。

2.4 廢水處理設(shè)施廢氣

在調(diào)查的企業(yè)中，僅有兩家對(duì)廢水池的廢氣進(jìn)行收集，僅有一家利用生化法進(jìn)行處理。其余12 家企業(yè)無(wú)廢水處理設(shè)施，或未對(duì)廢水處理設(shè)施進(jìn)行加蓋收集。該環(huán)節(jié)的無(wú)組織揮發(fā)VOCs減排同樣有較大空間。

3 VOCs 末端治理方法討論

化工行業(yè)的VOCs 廢氣排放狀況較為復(fù)雜，可收集的部分主要為生產(chǎn)反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的廢氣，其排放主要為間歇式，風(fēng)量和VOCs 濃度變化范圍大。對(duì)典型化工企業(yè)廢氣量特征分析，現(xiàn)將VOCs 濃度和廢氣風(fēng)量大致分為以下幾種情況，見表2。根據(jù)調(diào)研結(jié)果，結(jié)合化工生產(chǎn)特征，常見的廢氣類型為高濃度中/小風(fēng)量，中濃度中/小風(fēng)量，低濃度大風(fēng)量。根據(jù)廢氣實(shí)際情況可使用單個(gè)或組合處理技術(shù)。

表2 廢氣特征分類

3.1 高濃度中/小風(fēng)量

高濃度中小風(fēng)量VOCs 廢氣是化工行業(yè)最常見的廢氣類型。對(duì)于高濃度的有機(jī)廢氣，根據(jù)廢氣的種類進(jìn)行處理。當(dāng)廢氣成分較為單一、沸點(diǎn)低、可回收利用效率高，則可先利用回收技術(shù)，如甲醇、乙醇、環(huán)氧乙烷等。處理后作為低濃度廢氣進(jìn)行處理。當(dāng)廢氣種類復(fù)雜，回收價(jià)值較低時(shí)，可直接進(jìn)行燃燒或吸附處理。常見的組合處理方式如冷凝+活性炭吸附/催化燃燒。

通過(guò)冷凝器對(duì)可回收組分進(jìn)行回收后，沒(méi)有完全液化的小部分VOCs 廢氣，經(jīng)活性炭吸附或催化燃燒，可達(dá)到處理效率90%以上[11]。該方法可以有效回收有價(jià)值廢氣，做到廢物再利用，節(jié)約成本。但對(duì)廢氣成分較為挑剔，在成分較多時(shí)，不易于分離，成本增加。因此，在條件允許時(shí)最為經(jīng)濟(jì)適用，常用在油氣回收企業(yè)。還可選用活性炭纖維吸附回收等方法。

3.2 中濃度中/小風(fēng)量

當(dāng)廢氣濃度略低，但具有回收價(jià)時(shí)，廢氣經(jīng)過(guò)吸附濃縮后，再脫附進(jìn)行冷凝。該方法提高了冷凝的效率，減少對(duì)空氣、水蒸氣的無(wú)效冷凝，節(jié)約成本。在吸附材料的選擇上需要謹(jǐn)慎，活性炭吸附則不易于用熱空氣脫附，最好用熱蒸汽或氮?dú)饷摳?，則提高了脫附成本。使用分子篩吸附安全性較好，但價(jià)格較高，一次性投入高。當(dāng)廢氣濃度成分復(fù)雜，無(wú)回收價(jià)值時(shí)，可直接采用蓄熱式燃燒處理（RTO）裝置，最直接徹底的處理，處理效率一般在90%以上[12]。該技術(shù)可以較為徹底地將VOCs 轉(zhuǎn)化為無(wú)害的無(wú)機(jī)廢氣，但對(duì)廢氣流量、運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間、運(yùn)行成本有較高要求。或采用生物降解或其等離子等其他方法。

3.3 低濃度大風(fēng)量

處理低濃度大風(fēng)量的廢氣一般常見的有光催化法、紫外光解法、等離子法和生物法。但以上方法實(shí)際應(yīng)用中處理效率較低，約在50%左右[12]。在VOCs（非甲烷總烴）濃度在500mg/m3時(shí)，不能完成達(dá)標(biāo)的去除效果，此類方法適用于濃度更低，或者廢氣成分單一的廢氣?？煽紤]使用組合技術(shù)，如等離子體-光催化復(fù)合凈化技術(shù)，協(xié)同作用能大大增強(qiáng)有機(jī)化合物的凈化效果，處理效率達(dá)到80%以上[13]。

結(jié)語(yǔ)

（1）上海市某區(qū)十余家典型化工企業(yè)VOCs 排放和處理現(xiàn)狀。該區(qū)化工生產(chǎn)企業(yè)采用的處理方法以活性炭吸附和噴淋吸收為主。對(duì)于廢水處理廢氣和管線滴漏部分的無(wú)組織還有較大減排潛力。

（2）化工行業(yè)常見有回收價(jià)值的高濃度中小風(fēng)量的廢氣可采用冷凝等回收方法后再用活性炭或催化燃燒法處理；對(duì)中低濃度中小風(fēng)量的廢氣，可采用吸附濃縮后再冷凝回收的處理方式。

（3）化工行業(yè)VOCs 廢氣情況復(fù)雜，在選取VOCs 處理方法時(shí)，除了風(fēng)量和VOCs 濃度，還需考慮廢氣溫度，濕度、含有顆粒物情況及VOCs 成分等因素。須根據(jù)企業(yè)現(xiàn)實(shí)情況具體分析、具體試驗(yàn)找到合適的處理方法，并利用組合式的處理方式來(lái)優(yōu)化處理效率，降低處理成本，最終達(dá)到VOCs 減排目標(biāo)。