石化行業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物在線監(jiān)測現(xiàn)狀及對策建議

何少林 陳 輝 于景琦，2 葛雁冰 呂曉君 王 婧

(1.中國石油規(guī)劃總院；2.國家油頁巖生態(tài)環(huán)境分中心；3.生態(tài)環(huán)境部環(huán)境工程評估中心)

0 引 言

石化、化工、工業(yè)涂裝、包裝印刷、油品儲運(yùn)銷等行業(yè)是VOCs重點(diǎn)排放源。2018年8月30日，生態(tài)環(huán)境部印發(fā)了《關(guān)于加強(qiáng)重點(diǎn)排污單位自動(dòng)監(jiān)控建設(shè)工作的通知》(環(huán)辦環(huán)監(jiān)[2018]25號)，要求重點(diǎn)排污單位的VOCs排放重點(diǎn)源應(yīng)自2019年起將VOCs項(xiàng)目納入自動(dòng)監(jiān)控。

及時(shí)開展石化行業(yè)VOCs在線監(jiān)測現(xiàn)狀研究，解決當(dāng)前石化行業(yè)VOCs在線監(jiān)測實(shí)施中存在的問題，是規(guī)范重點(diǎn)排污單位VOCs自動(dòng)監(jiān)控設(shè)施建設(shè)和運(yùn)行的需要，并將增強(qiáng)在線監(jiān)測效能，確保在線監(jiān)測數(shù)據(jù)真實(shí)、準(zhǔn)確、可靠，更好地發(fā)揮自動(dòng)監(jiān)控在環(huán)境監(jiān)管執(zhí)法和企業(yè)運(yùn)行管理中的作用。

1 VOCs在線監(jiān)測國內(nèi)外政策要求及國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)

1.1 國內(nèi)外政策要求

美國煉油污水VOCs排放標(biāo)準(zhǔn)要求采用現(xiàn)場再生活性碳吸附裝置處理污水廢氣時(shí)，應(yīng)安裝VOCs在線監(jiān)測設(shè)施[1]。新澤西州要求VOCs源強(qiáng)大于等于200 t/a的排放源采用燃燒法或催化燃燒法處理VOCs時(shí)，應(yīng)安裝VOCs在線監(jiān)測設(shè)施；VOCs源強(qiáng)大于等于100 t/a的排放源采用蓄熱式燃燒法或蓄熱式催化燃燒法處理VOCs時(shí)，應(yīng)安裝VOCs在線監(jiān)測設(shè)施[2]。

生態(tài)環(huán)境部《重點(diǎn)行業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物綜合治理方案》(環(huán)大氣[2019]53號)要求石化、化工、包裝印刷、工業(yè)涂裝等VOCs排放重點(diǎn)源納入重點(diǎn)排污單位名錄，主要排污口安裝自動(dòng)監(jiān)控設(shè)施，并與生態(tài)環(huán)境部門聯(lián)網(wǎng)，重點(diǎn)區(qū)域2019年底前基本完成，全國2020年底前基本完成。鼓勵(lì)重點(diǎn)區(qū)域?qū)o組織排放突出的企業(yè)，在主要排放工序安裝視頻監(jiān)控設(shè)施。鼓勵(lì)企業(yè)配備便攜式VOCs監(jiān)測儀器，及時(shí)掌握排污狀況。

天津市在DB 12/524—2014《工業(yè)企業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物排放控制標(biāo)準(zhǔn)》中明確要求排氣筒VOCs排放速率(包括等效排氣筒等效排放速率)大于2.5 kg/h，或排氣量大于60 000 m3/h時(shí)須配套建設(shè)VOCs在線監(jiān)測設(shè)備。VOCs在線監(jiān)測設(shè)備的管理、使用按照環(huán)境保護(hù)和計(jì)量監(jiān)督的有關(guān)法規(guī)執(zhí)行。

山東省生態(tài)環(huán)境廳《關(guān)于印發(fā)山東省重點(diǎn)排污單位名錄制定和污染源自動(dòng)監(jiān)測安裝聯(lián)網(wǎng)管理規(guī)定的通知》(魯環(huán)發(fā)[2019]134號)要求排氣筒VOCs排放速率(包括等效排氣筒等效排放速率)大于0.5 kg/h，或排氣量大于10 000 m3/h的固定排放源，大氣環(huán)境重點(diǎn)排污單位的VOCs排放重點(diǎn)源應(yīng)監(jiān)控VOCs(非甲烷總烴)及煙氣含氧量、流速、流量、溫度、濕度5項(xiàng)煙氣參數(shù)。其中，排放標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定其他特征污染物的，還應(yīng)監(jiān)控相應(yīng)特征污染物。

《公私場所應(yīng)設(shè)置連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測設(shè)施及與主管機(jī)關(guān)聯(lián)機(jī)之固定污染源公告》于2018年8月20日發(fā)布修正草案，對石化制程廢氣燃燒塔增加了非甲烷總烴和高反應(yīng)性VOCs在線監(jiān)測設(shè)施要求，目前修正草案尚未正式頒布。

1.2 國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)

2018年12月，HJ 1013—2018《固定污染源廢氣非甲烷總烴連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)要求及檢測方法》首次發(fā)布；2020年3月，生態(tài)環(huán)境部發(fā)布《固定污染源廢氣中非甲烷總烴排放連續(xù)監(jiān)測技術(shù)指南(試行)》；《固定污染源廢氣非甲烷總烴自動(dòng)監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》目前正在編制中。上海、天津等地針對固定污染源VOCs連續(xù)監(jiān)測相繼出臺了技術(shù)規(guī)范[3-4]，如《上海市固定污染源非甲烷總烴在線監(jiān)測系統(tǒng)安裝及聯(lián)網(wǎng)技術(shù)要求(試行)》《上海市固定污染源非甲烷總烴在線監(jiān)測系統(tǒng)驗(yàn)收及運(yùn)行技術(shù)要求(試行)》。

2 國內(nèi)石化行業(yè)VOCs在線監(jiān)測設(shè)施安裝現(xiàn)狀

通過煉化企業(yè)及VOCs在線監(jiān)測儀器供應(yīng)商，對總計(jì)40余家煉化企業(yè)開展了VOCs在線監(jiān)測設(shè)施安裝情況調(diào)查。對調(diào)查資料進(jìn)行歸類統(tǒng)計(jì)，從區(qū)域、源項(xiàng)、指標(biāo)和品牌對安裝情況進(jìn)行分析。

2.1 安裝區(qū)域

石化行業(yè)VOCs在線監(jiān)測設(shè)施安裝情況表現(xiàn)出明顯的區(qū)域特征，沿海省市，尤其是京津冀、長三角和珠三角區(qū)域安裝較多，遼寧、吉林、福建、廣西、河南、陜西、甘肅、寧夏等省均有石化企業(yè)安裝了VOCs自動(dòng)監(jiān)測設(shè)施，總計(jì)覆蓋15個(gè)省市。隨機(jī)調(diào)查顯示，企業(yè)安裝比例約為34.6%?？傮w看，石化行業(yè)VOCs在線監(jiān)測設(shè)施安裝處于起步階段。

2.2 安裝源項(xiàng)

22家已安裝企業(yè)的安裝源項(xiàng)包括廠界、污水處理場VOCs治理設(shè)施排放口、連續(xù)重整裝置再生煙氣排放口、汽油裝車、儲罐廢氣、順丁橡膠后處理尾氣、順丁橡膠廢氣焚燒爐尾氣、丁苯橡膠及污水池治理設(shè)施入口和出口、常壓蒸餾加熱爐煙氣、動(dòng)力站鍋爐煙氣脫硫脫硝排放口、催化再生煙氣脫硫脫硝排放口、蠟油加氫加熱爐煙氣、制氫裝置加熱爐煙氣等。

對9家安裝企業(yè)的安裝源項(xiàng)進(jìn)行了詳細(xì)調(diào)查，9家企業(yè)總計(jì)安裝60臺VOCs在線監(jiān)測儀，安裝源項(xiàng)統(tǒng)計(jì)見表1。其中，標(biāo)準(zhǔn)有明確VOCs排放要求的源項(xiàng)安裝46臺，無VOCs排放要求的源項(xiàng)安裝14臺。

表1 9家安裝企業(yè)VOCs安裝源項(xiàng)統(tǒng)計(jì)

2.3 監(jiān)測指標(biāo)

對16家安裝企業(yè)的監(jiān)測指標(biāo)進(jìn)行了詳細(xì)調(diào)查，16家企業(yè)總計(jì)安裝77臺VOCs在線監(jiān)測儀，監(jiān)測指標(biāo)見表2。其中，75臺監(jiān)測非甲烷總烴，17臺同時(shí)監(jiān)測非甲烷總烴和三苯，11臺同時(shí)監(jiān)測非甲烷總烴和特征污染物(三苯除外)，2臺僅監(jiān)測特征污染物。

表2 16家安裝企業(yè)VOCs在線監(jiān)測儀器監(jiān)測指標(biāo)

2.4 儀器品牌

對9家安裝企業(yè)的儀器品牌進(jìn)行了詳細(xì)調(diào)查，9家企業(yè)總計(jì)安裝60臺VOCs在線監(jiān)測儀，儀器廠家、型號及數(shù)量見表3。

表3 9家安裝企業(yè)VOCs在線監(jiān)測儀器廠家、型號和數(shù)量

3 VOCs在線監(jiān)測存在的問題

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研和調(diào)查情況，VOCs在線監(jiān)測設(shè)施安裝和運(yùn)行存在問題如下。

3.1 比對數(shù)據(jù)誤差較大

選擇4家煉化企業(yè)開展了手工比對監(jiān)測，涉及煉油化工工序的裝車、儲存、工藝有組織、燃燒等源項(xiàng)，多數(shù)源項(xiàng)監(jiān)測結(jié)果比對相對誤差≤40.0%，順丁橡膠后處理尾氣和工藝加熱爐尾氣監(jiān)測結(jié)果比對相對誤差較大，詳見表4。

表4 4家安裝企業(yè)VOCs在線監(jiān)測與手工比對情況

從調(diào)研情況看，VOCs在線監(jiān)測與手工比對結(jié)果存在誤差較大的情況，無明顯規(guī)律，比對工作有待進(jìn)一步完善優(yōu)化。

3.2 源項(xiàng)要求不統(tǒng)一

《打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動(dòng)計(jì)劃》(國發(fā)[2018]22號)提出強(qiáng)化重點(diǎn)污染源自動(dòng)監(jiān)控體系建設(shè)。排氣口高度超過45 m高架源，以及石化、化工、包裝印刷、工業(yè)涂裝等VOCs排放重點(diǎn)源納入重點(diǎn)排污單位名錄，督促企業(yè)安裝煙氣排放自動(dòng)監(jiān)控設(shè)施，2019年底前，重點(diǎn)區(qū)域基本完成；2020年底前，全國基本完成。

目前部分地方生態(tài)環(huán)境管理部門依據(jù)該文件，要求超過45 m高架源以及石化企業(yè)的加熱爐、鍋爐等排放源均安裝VOCs在線監(jiān)測設(shè)施。而加熱爐VOCs排放濃度低，且排放標(biāo)準(zhǔn)中無VOCs限值要求。根據(jù)9家企業(yè)調(diào)查資料，加熱爐等無標(biāo)準(zhǔn)要求、且排放量明顯偏低的源項(xiàng)安裝占比達(dá)到23.3%，對生態(tài)環(huán)境部門監(jiān)管及企業(yè)環(huán)境管理造成不必要的浪費(fèi)(加熱爐作為廢氣處理設(shè)施的除外)。

石化企業(yè)廢氣排放源較多，某企業(yè)各類加熱爐和裂解爐排放口近60個(gè)，廢氣排放口總計(jì)106個(gè)。如要求所有源項(xiàng)安裝VOCs在線監(jiān)測設(shè)施，按一座VOCs儀表小屋80萬元，維護(hù)成本8萬元計(jì)，則該企業(yè)VOCs在線監(jiān)測設(shè)施安裝投資約8 480萬元，年運(yùn)行維護(hù)成本約848萬元。因此，石化企業(yè)VOCs安裝要求應(yīng)在兼顧環(huán)保監(jiān)管和企業(yè)能力的前提下進(jìn)一步明確。

3.3 無組織排放精細(xì)化監(jiān)管有待探索

石化企業(yè)VOCs排放主要來自無組織源，排放部位多、分散且無規(guī)則，難以逐一在源頭監(jiān)測。這些無組織排放與變化的污染氣象復(fù)合形成復(fù)雜的污染特征，監(jiān)控困難且復(fù)雜。VOCs在線監(jiān)測僅能獲取廠區(qū)邊界或有組織排放的污染物組成和濃度信息，應(yīng)用于有組織排放監(jiān)管，但時(shí)空覆蓋能力有限，無法監(jiān)控排放總量與分布，且廠界排放受周圍企業(yè)干擾，需進(jìn)一步追溯。

歐美國家開發(fā)了基于光學(xué)遙感技術(shù)的場地VOCs排放通量監(jiān)測技術(shù)，通過測量無組織排放煙羽的柱濃度(或截面)，結(jié)合風(fēng)速估算排放通量。其中，紅外掩日通量遙感監(jiān)測(SOF)、差分吸收激光雷達(dá)(DIAL)和垂向羽影射(VRPM)等技術(shù)相對成熟。目前歐盟標(biāo)準(zhǔn)化組織(CEN)和美國環(huán)保局(EPA)在開展SOF技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化工作[5]。

3.4 處理效率一拖二監(jiān)測方式需明確

石化行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對VOCs排放有處理效率的要求，目前大部分地區(qū)要求進(jìn)口和出口需單獨(dú)安裝，對企業(yè)造成一定的投資和運(yùn)行壓力。

杭州市生態(tài)環(huán)境局2019年9月發(fā)布《關(guān)于征求〈杭州市污染源自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)和運(yùn)行資金補(bǔ)助辦法〉(修訂稿)意見的函》，明確給予VOCs自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)資金補(bǔ)助，對具備一拖二的功能，自動(dòng)切換監(jiān)測VOCs治理前后的排放情況，至少5 min一組數(shù)據(jù)的VOCs在線監(jiān)測提供資金補(bǔ)助。

石化企業(yè)除連續(xù)重整再生煙氣和污水處理場廢氣外，其他有機(jī)廢氣排放口均以處理效率作為管控要求。因此，石化企業(yè)VOCs處理效率的在線監(jiān)測設(shè)施安裝要求應(yīng)在國家層面進(jìn)一步明確。

3.5 石油化學(xué)工業(yè)適用性需進(jìn)一步研究

氧氣、水分以及含氮、氧或鹵素離子的有機(jī)物會(huì)對FID檢測造成干擾。廢氣中含有較多的氧化合物類、含氮化合物類，則監(jiān)測濃度值較實(shí)際略低；廢氣中含有鹵化合物較多時(shí)，氫氣燃燒生成鹵化氫或腐蝕性氣體，損傷檢測器[6]。因此，F(xiàn)ID在石油化學(xué)工業(yè)特征污染物監(jiān)測方面的適用性尚需進(jìn)一步研究。

3.6 儀器質(zhì)量水平良莠不齊

在政策強(qiáng)力推動(dòng)下，VOCs在線監(jiān)測市場迎來爆發(fā)式增長，市場良莠不齊，較為混亂，存在部分產(chǎn)品質(zhì)量較差的情況。目前中國環(huán)境監(jiān)測總站已發(fā)布《環(huán)境空氣揮發(fā)性有機(jī)物氣相色譜連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)認(rèn)證檢測合格產(chǎn)品名錄》，截至2019年12月31日，僅武漢市天虹儀表有限責(zé)任公司和青島佳明測控科技股份有限公司各一款產(chǎn)品列入合格產(chǎn)品名錄。固定污染源VOCs自動(dòng)監(jiān)測合格產(chǎn)品名錄亟待建立。

4 結(jié)論與建議

我國石化企業(yè)VOCs在線監(jiān)測設(shè)施安裝目前處于起步階段，由于石化行業(yè)VOCs源項(xiàng)眾多，各地對安裝VOCs在線監(jiān)測源項(xiàng)的政策理解不一，要求不統(tǒng)一，存在抓小放大的現(xiàn)象。VOCs在線監(jiān)測的最終目的是管控企業(yè)VOCs排放，而石化企業(yè)VOCs以無組織排放為主，VOCs在線監(jiān)測僅應(yīng)用于有組織排放監(jiān)管，因此，需要在明確VOCs有組織源項(xiàng)安裝要求的基礎(chǔ)上，加緊探索石化企業(yè)VOCs整體排放監(jiān)管監(jiān)測模式。

現(xiàn)階段，為充分發(fā)揮VOCs在線監(jiān)測作用，加強(qiáng)石化行業(yè)VOCs有組織排放執(zhí)法監(jiān)管，提出如下建議。

1)明確石化行業(yè)VOCs在線監(jiān)測安裝源項(xiàng)要求，標(biāo)準(zhǔn)中有VOCs排放限值或處理效率要求的，且排氣量和排放速率達(dá)到一定限值的率先安裝。

2)明確界定《打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動(dòng)計(jì)劃》(國發(fā)[2018]22號)中“石化行業(yè)VOCs排放重點(diǎn)源”，如連續(xù)重整再生煙氣、儲存和裝卸廢氣處理設(shè)施、污水處理場廢氣處理設(shè)施等；45 m高架源有相應(yīng)VOCs排放標(biāo)準(zhǔn)要求的，可明確VOCs在線監(jiān)測設(shè)施安裝要求。

3)明確石化行業(yè)VOCs在線監(jiān)測指標(biāo)要求，標(biāo)準(zhǔn)中有特征污染物排放限值要求，且該污染物有國家監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)的，可要求同步安裝；當(dāng)前無國家監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)的，可在安裝VOCs在線監(jiān)測設(shè)施時(shí)預(yù)留相應(yīng)空間。

4)加快《固定污染源廢氣非甲烷總烴自動(dòng)監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》制修訂項(xiàng)目進(jìn)程；委托權(quán)威環(huán)境監(jiān)測機(jī)構(gòu)出臺VOCs在線監(jiān)測與手工比對技術(shù)指南或指導(dǎo)文件；推廣便攜式方法在VOCs在線監(jiān)測系統(tǒng)驗(yàn)收和質(zhì)控比對中的應(yīng)用；建立固定污染源VOCs自動(dòng)監(jiān)測合格產(chǎn)品名錄。

5)加大光學(xué)遙感技術(shù)VOCs排放監(jiān)測技術(shù)的研究和推廣。