煤化工行業(yè)VOCs回收治理技術(shù)分析

孟凡華

（內(nèi)蒙古榮信化工有限公司，內(nèi)蒙古鄂爾多斯 014300）

對于煤化工行業(yè)中的VOCs 廢氣，有很多技術(shù)措施可對其進(jìn)行有效的回收治理?；诖耍夯て髽I(yè)與相關(guān)技術(shù)人員一定要對此類技術(shù)進(jìn)行深入研究，明確其主要的適用條件，并結(jié)合VOCs 廢氣的實(shí)際回收與治理需求，對相應(yīng)的技術(shù)措施加以合理應(yīng)用。通過這樣的方式，才可以實(shí)現(xiàn)VOCs 的良好回收與治理。

1 煤化工行業(yè)中的VOCs廢氣概述

VOCs 屬于一種具有揮發(fā)性特征的污染物，其主要組成成分有硫、氮、氯、氧和甲烷等。在煤化工行業(yè)中，VOCs 廢氣污染最為常見，其主要形成過程是煤化工企業(yè)的生產(chǎn)及其流體輸送環(huán)節(jié)。此類廢氣一旦泄漏到大氣環(huán)境中，便會對人體健康產(chǎn)生極大的危害，它可以破壞人的呼吸道、皮膚、黏膜等組織，可使人身體變得十分虛弱甚至衰竭，同時(shí)也具有較高的致癌性，且會導(dǎo)致基因突變等不良情況發(fā)生[1]?；诖耍S著現(xiàn)代煤化工行業(yè)的發(fā)展與各類科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，VOCs 回收治理也開始備受關(guān)注，而其回收治理技術(shù)也是現(xiàn)代煤化工行業(yè)與相關(guān)研究者的重點(diǎn)研究內(nèi)容。

2 煤化工行業(yè)中VOCs的主要回收治理技術(shù)

2.1 吸收技術(shù)

吸收技術(shù)是VOCs 回收治理中的一種傳統(tǒng)處理技術(shù)，其主要原理是將揮發(fā)性低或不揮發(fā)的液體用作吸收劑，利用吸收劑條件下VOCs 中不同組分的不同溶解度或不同化學(xué)反應(yīng)特征，實(shí)現(xiàn)VOCs 中各種組分的有效分離與回收，最終達(dá)到良好的廢氣凈化效果。比如，對于煤化工行業(yè)煙氣里的二氧化硫，可通過石灰乳來進(jìn)行吸收；對于煤化工行業(yè)尾氣里的氮氧化物，則可通過堿性溶液進(jìn)行吸收。

2.2 吸附技術(shù)

吸附技術(shù)也是煤化工行業(yè)VOCs 廢氣回收治理中的一項(xiàng)典型技術(shù)。其主要原理是通過具有較大比表面積的多孔粒狀碳纖維、活性炭、人工沸石以及硅膠等吸附劑對VOCs 中的各種污染物組分進(jìn)行吸附，使其附著到吸附劑表面，以此來實(shí)現(xiàn)VOCs 中各組分的有效回收與治理。此項(xiàng)技術(shù)在濃度適中的VOCs 凈化中比較適用，且其處理方法較多，目前最常用的吸附處理方法包括直接吸附、吸附回收以及吸附催化燃燒。

2.3 膜分離技術(shù)

膜分離技術(shù)是將VOCs 中不同組分的不同分子大小作為依據(jù)，通過特制的膜來分離和回收其中的各種污染物組分。此項(xiàng)技術(shù)在濃度較高的VOCs 回收治理中比較適用，其最高回收率可以達(dá)到97%。但是由于此項(xiàng)技術(shù)的實(shí)施成本比較高，膜的穩(wěn)定性不夠理想，所以在當(dāng)今的使用范圍依然比較有限。

2.4 氧化技術(shù)

氧化技術(shù)的主要原理是讓VOCs 和空氣之間充分接觸，并在適當(dāng)?shù)臏囟葪l件下將其中的有毒有害污染物氧化分解。目前，應(yīng)用在煤化工行業(yè)VOCs 回收治理中的氧化技術(shù)主要有兩種類型，第一是高溫氧化技術(shù)，包括熱回收氧化技術(shù)、蓄熱氧化技術(shù)和直燃氧化技術(shù)，此項(xiàng)技術(shù)具有較為廣闊的適用范圍，可對煤化工行業(yè)VOCs 廢氣中的多種有毒有害物質(zhì)進(jìn)行回收治理，且在實(shí)際應(yīng)用中具備較大的操作彈性；第二是催化氧化技術(shù)，包括熱回收催化氧化技術(shù)和蓄熱催化氧化技術(shù)，此項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用時(shí)的溫度較高溫氧化技術(shù)低，具有較低的開車能耗，且運(yùn)行過程中不會產(chǎn)生NOx，在催化劑的影響作用下，該技術(shù)的介質(zhì)處理更具針對性。表1為目前煤化工行業(yè)VOCs 回收治理中的氧化技術(shù)參數(shù)情況。

表1 目前煤化工行業(yè)VOCs回收治理中的氧化技術(shù)參數(shù)情況

因此，在環(huán)保要求比較嚴(yán)格的情況下，此項(xiàng)技術(shù)在VOCs 回收處理中更加適用。具體處理時(shí)，如果VOCs 在廢氣中的濃度占比較大，就不需要進(jìn)行燃料氣添加，且通?？砂殡S著一定量的副產(chǎn)物蒸汽產(chǎn)生。但是對于廢氣中的氯元素、硫元素和氮元素，經(jīng)氧化技術(shù)處理之后，其在廢氣中的含量可能依然達(dá)不到環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，或產(chǎn)生一些結(jié)晶體。在這樣的情況下，就需要根據(jù)實(shí)際情況，通過前后洗滌設(shè)備的合理添加來提升其回收治理效果。

2.5 生物降解技術(shù)

生物降解技術(shù)是一種比較簡單的VOCs 廢氣回收治理技術(shù)。其主要原理是將煤化工行業(yè)廢氣里的有機(jī)組分用作微生物的養(yǎng)分或能源，在被微生物降解之后，這些物質(zhì)便會轉(zhuǎn)化成CO2和H2O，從而達(dá)到良好的VOCs 治理效果。目前，應(yīng)用在煤化工行業(yè)VOCs 廢氣回收治理中的生物降解技術(shù)主要實(shí)施步驟包括：①首先讓廢氣里的VOCs 和水接觸，并在水中溶解。②借助于濃度差的推動作用，VOCs 會在生物膜中進(jìn)一步擴(kuò)散，并被生物膜里的微生物所捕獲。③在進(jìn)入到微生物體內(nèi)之后，VOCs 會以營養(yǎng)物質(zhì)和能源物質(zhì)的形式被微生物分解，最終轉(zhuǎn)化成無毒無害的無機(jī)化合物。相比較傳統(tǒng)的VOCs 回收治理技術(shù)，生物降解技術(shù)的操作更加簡單，前期投資和運(yùn)行費(fèi)用較低，且不會對環(huán)境造成二次污染[2]。憑借著這些優(yōu)勢，此項(xiàng)技術(shù)在現(xiàn)代煤化工行業(yè)的VOCs 回收治理工作中得到了非常廣泛的應(yīng)用。

2.6 光催化降解技術(shù)

光催化降解技術(shù)也是一種清潔型VOCs 回收治理技術(shù)。其主要原理是將半導(dǎo)體材料用作催化劑，將光用作能量，從而使廢氣中的VOCs 被分解成CO2和H2O。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，光催化降解技術(shù)也在不斷地應(yīng)用研究中實(shí)現(xiàn)了不斷優(yōu)化。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，如果將鈦酸丁酯用作前驅(qū)體，通過溶膠-凝膠法進(jìn)行TiO2光催化劑制備，再將紫外燈光用作能量，便可使VOCs 快速降解，通常情況下，其5 min 之內(nèi)的降解率可達(dá)到85%。而如果將光沉積法制備出的MoS2/Caln2S4復(fù)合型光催化劑應(yīng)用到此項(xiàng)工藝技術(shù)中，便可顯著提升VOCs 降解速度，甚至可以達(dá)到光催化降解速度的2~3倍。

2.7 等離子體技術(shù)

等離子體技術(shù)也是目前煤化工行業(yè)VOCs 回收治理中的一種先進(jìn)技術(shù)。其主要原理是借助于電子、離子、激發(fā)態(tài)分子、原子、自由基等活性物質(zhì)對VOCs進(jìn)行離解處理，使其轉(zhuǎn)變?yōu)闊o毒無害的小分子物質(zhì)。此項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用中具有較低的動力消耗，其裝置十分簡單，占用的空間較小，不需要花費(fèi)時(shí)間進(jìn)行預(yù)熱，且能夠即開即停。同時(shí)，此項(xiàng)技術(shù)對于高分子VOCs 具有更好的分解作用，可使帶有臭味的VOCs 被有效分解。尤其是在VOCs 濃度比較低的小氣量條件下，此項(xiàng)回收治理技術(shù)更加適用。

2.8 冷凝技術(shù)

冷凝技術(shù)的主要原理是對VOCs 廢氣進(jìn)行降溫處理，使其溫度低于有機(jī)成分露點(diǎn)，從而使其中的VOCs 凝結(jié)成液態(tài)，最終被合理回收。該技術(shù)在較高濃度且回收價(jià)值較大的VOCs 廢氣回收治理中比較適用。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)VOCs 濃度超過5×10-3時(shí)，其處理效率可達(dá)到50%~85%。

3 煤化工行業(yè)中VOCs主要回收治理技術(shù)選擇策略

3.1 污水池廢氣中的VOCs治理

對于煤化工行業(yè)中的污水池，具體的VOCs 回收治理中，應(yīng)將生物降解技術(shù)作為第一選擇。因?yàn)槲鬯赝ǔ＞哂休^小的廢氣排放量，廢氣中的VOCs 濃度也比較低，但是其成分卻非常復(fù)雜，一般會帶有一些惡臭性氣體，整體回收價(jià)值非常低。同時(shí)，由于污水池中的廢氣具有較大含濕量，其腐蝕性也比較強(qiáng)，所以在具體治理中，光催化技術(shù)以及等離子體技術(shù)都難以達(dá)到足夠理想的治理效果，且會面臨較大的治理能耗。而在氧化技術(shù)條件下，經(jīng)處理之后的煙氣里通常會含有較多的硫化物，也不能達(dá)到相應(yīng)的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，需通過水洗和堿洗設(shè)備的添加來實(shí)施進(jìn)一步處理，這樣勢必會增加治理技術(shù)的投資，且整體系統(tǒng)還很容易受到腐蝕。由此可見，在對此類VOCs 進(jìn)行治理時(shí)，生物降解技術(shù)是最為適用的一種技術(shù)形式。

3.2 罐區(qū)廢氣中的VOCs治理

煤化工行業(yè)中的罐區(qū)通常具有較小的廢氣量，且其中的VOCs 大多是在水中極易溶解的醇類。因其中的甲醇回收價(jià)值很高，所以在具體的VOCs 回收治理中，需要選擇回收技術(shù)。但是按照GB 31571—2015《石油化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，如果只采用一種回收技術(shù)，通常并不能使廢氣在處理之后達(dá)到其排放要求。因此，在具體的回收治理中，可對吸收技術(shù)、吸附技術(shù)以及冷凝技術(shù)等加以優(yōu)先選擇與組合應(yīng)用。圖1為某煤化工企業(yè)罐區(qū)VOCs 廢氣治理流程示意圖。

圖1 某煤化工企業(yè)罐區(qū)VOCs廢氣治理流程示意圖

在通過上述技術(shù)進(jìn)行罐區(qū)內(nèi)VOCs 的回收治理時(shí)，需要使罐區(qū)內(nèi)的VOCs 廢氣先進(jìn)入到冷凝單元里的冷凝換熱器，該換熱器冷源應(yīng)用的是乙二醇溶液，其溫度約為-5℃。在VOCs 廢氣進(jìn)入到換熱器之后，冷源可將其溫度冷卻到0~5℃。在這樣的情況下，VOCs 廢氣里的大部分水蒸氣都將會轉(zhuǎn)變?yōu)橐合唷Ｈ缓笤偈筕OCs 廢氣進(jìn)入到深冷換熱器中。深冷換熱器的冷源是液氮，它可以將進(jìn)入深冷換熱器中的VOCs廢氣溫度冷卻到-100℃以下，此時(shí)，廢氣里的大部分甲醇以及烴類組分都將會轉(zhuǎn)變成液相，并流入到凝液儲罐里進(jìn)行回收。經(jīng)冷凝技術(shù)處理之后，罐區(qū)廢氣里剩余的甲醇和烴類濃度將會降低到2~3 g/m3及以下，使其進(jìn)入到鍋爐中，通過焚燒的形式進(jìn)行氧化處理，便可使其中的VOCs 含量符合排放標(biāo)準(zhǔn)。通過這樣的方式，便可使罐區(qū)廢氣中的VOCs 得到足夠科學(xué)合理的回收治理。

3.3 低溫甲醇洗廢氣中的VOCs治理

煤化工行業(yè)低溫甲醇洗廢氣中的VOCs 主要的組成成分是低碳烴，此種VOCs 具有很低的沸點(diǎn)，且在水中不容易溶解，其化學(xué)性質(zhì)通常也較為穩(wěn)定，與強(qiáng)酸、強(qiáng)堿等物質(zhì)都不易發(fā)生反應(yīng)，并且其中的VOCs種類很多、每種VOCs 組分的濃度都很低，不具備回收價(jià)值，如果強(qiáng)行回收，花費(fèi)在回收技術(shù)中的成本會比VOCs 的回收價(jià)值高很多。基于此，在對其進(jìn)行治理時(shí)，吸收技術(shù)、吸附技術(shù)、冷凝技術(shù)、膜分離技術(shù)等的回收技術(shù)以及生物降解技術(shù)都并不適用。通過上述各方面因素的綜合分析之后可確定，在低溫甲醇洗廢氣匯總的VOCs 治理工作中，高溫氧化技術(shù)是最為合理的一種治理技術(shù)。具體應(yīng)用時(shí)，由于低溫甲醇洗廢液里的VOCs 具有較高濃度，且高溫氧化處理中會產(chǎn)生大量熱量，所以需要將余熱鍋爐或加熱器等設(shè)備增加到處理裝置中，以此來回收反應(yīng)中產(chǎn)生的熱量。在這樣的情況下，低溫甲醇洗廢氣VOCs 治理中的設(shè)備運(yùn)行收益會進(jìn)一步提升。

4 結(jié)束語

在對煤化工行業(yè)中的VOCs 廢氣進(jìn)行回收治理時(shí)，一定要全面明確其主要的治理技術(shù)，然后再結(jié)合實(shí)際的項(xiàng)目運(yùn)行情況，根據(jù)其VOCs 廢氣的實(shí)際回收與治理需求，選擇合理的技術(shù)措施來進(jìn)行回收治理。通過這樣的方式，才可以充分發(fā)揮出各類VOCs 回收治理技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢，使煤化工行業(yè)排放出的廢氣得到有效治理，在提升VOCs 回收效果、保障煤化工行業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)避免VOCs 廢氣對生態(tài)環(huán)境和人體健康的不良影響，從而達(dá)到良好的環(huán)保效果。這對于煤化工行業(yè)的發(fā)展與當(dāng)今社會環(huán)保工作質(zhì)量的提升都將十分有利。