化工園區企業VOCs排放治理技術的評價分析

李文娟，董事壁，滕富華，陸建海，繆孝平，顧震宇

（浙江省環境保護科學設計研究院，浙江杭州 310007）

化工園區企業VOCs排放治理技術的評價分析

李文娟，董事壁，滕富華，陸建海，繆孝平，顧震宇

（浙江省環境保護科學設計研究院，浙江杭州 310007）

以浙江省某典型化工園區為研究對象，通過對園區內化工企業的生產工藝、VOCs排放情況及VOCs處理設施的詳細調研，總結園區內企業VOCs排放特征，從技術和經濟兩方面對園區內主流VOCs治理技術進行了分析和評價，為化工企業選擇VOCs治理技術提供參考。

化工園區；揮發性有機物；治理技術；評估

Abstract：This study chose one typical chemical industry park in Zhejiang Province as the object.Through the investigation of production technologies，VOCs emission and VOCs emission control technologies of chemical enterprises，this study summarized the VOCs emission characteristics in the park，analyzed the effect of VOCs emission treatment technologies.Finally the main VOCs emission treatment technologies were evaluated from technology and economy the two aspects，which can provide reference when selecting VOCs emission treatment technologies in chemical industry park.

Key words：chemical industry park；volatile organic compounds；treatment technology；evaluation

揮發性有機物（Volatile Organic Compounds，VOCs）是指在室溫下蒸汽壓大于133.32Pa、且在大氣環境中沸點在50～250℃的易揮發有機化合物[1]。VOCs種類繁多，成分復雜，有研究表明，VOCs是臭氧和二次有機顆粒物的重要前體物[2-3]。

目前工業源排放的VOCs已經成為我國VOCs主要來源。石油化工行業作為我國工業生產的主導產業，工藝過程容易產生大量VOCs，排放量大且排放點分散[4]。而化工園區則是以石化化工產業為紐帶形成的加工體系匹配、產業聯系緊密的產業聚集地[5]?；@區內企業大多屬于石油化工、生物化工、精細化工行業[6]，生產工藝復雜，排放的VOCs種類多、成分復雜，VOCs污染十分嚴重。

隨著我國化工園區數目的迅速增加，化工園區內企業排放VOCs引起的環境問題越來越受人們的關注[7]。而我國對化工園區各類VOCs治理技術的應用和運行情況缺乏系統調查。如何評價并選擇合適的排放治理技術也是亟待解決的問題[7]。因此，本研究選取浙江省杭州灣沿岸的某典型化工園區，對化工園區內化工企業的VOCs排放特征和治理技術進行調研，并對VOCs排放治理技術進行評價。

1 評價對象及方法

1.1 評價對象

化工行業是浙江省支柱產業之一，經國家認定的化工園區多達十幾家。本文選取浙江省杭州灣南岸某化工園區作為評價對象，該化工園區以精細化工產業為主。

1.2 評價方法

首先對化工園區內企業進行了詳細調研，調查信息包括生產工藝、VOCs排放情況和VOCs治理技術與運行情況等，最后對匯總的信息進行分析整合。

化工園區企業VOCs排放治理技術的評價包括技術和經濟兩個方面。在技術方面，從企業實際應用情況闡明技術的優缺點，分析技術在應用過程的問題。在經濟方面，計算企業在安裝和運行處理技術的投資費用和運行成本。

2 評價結果

2.1 行業概述

本次研究調研了化工園區77家化工企業，分為專用化學產品制造、涂料、油墨、顏料及類似產品制造、農藥制造、化學藥品原料藥制造、日用化學產品制造、化學藥品制劑制造、生物藥品制造和其他八大類。企業分類情況如圖1所示。

圖1 該化工園區企業分類情況

2.2 化工園區VOCs排放特征

（1）排放點多，排放量大，無組織排放嚴重。園區內化工企業通常有多套生產設備，每個生產設備都分布幾十個VOCs排放點，且VOCs大多低空無組織排放，廠界廢氣濃度較高。

（2）間歇性排放多。精細化工的反應過程基本為間歇反應，VOCs排放也呈間歇性排放。

（3）VOCs排放組分不穩定。生產的原輔料成分復雜，排放的VOCs組分和濃度變化大，同一套裝置在不同時期排放的污染物組分不一致。

（4）VOCs廢氣影響范圍廣?；て髽I排放的VOCs大多具有惡臭異味，嗅閾值低、易擴散、影響范圍廣，因此化工園區經常收到周邊居民關于惡臭異味的信訪投訴。

（5）“跑冒滴漏”等現象產生VOCs排放。由于生產的易燃、易爆物質多，反應過程激烈，加上生產裝備水平和工藝技術水平較低及管理不善，“跑冒滴漏”等現象導致VOCs排放。

2.3 化工園區VOCs排放治理技術的評價結果

園區內安裝有處理設施的企業比例為85%。不同VOCs處理技術的使用比例如圖2所示。堿吸收法為使用率最高的處理技術，其次為水吸收+堿吸收、氧化吸收+堿吸收、酸堿吸收。由此可知，吸收法為該化工園區的主流處理技術。

圖2 園區不同VOCs處理技術占比

對園區內VOCs治理技術的評價結果如表1所示。吸附法和吸收法的技術成熟度最高，投資成本和運行成本較低，但VOCs的去除率差別大，效果不穩定。等離子體法技術成熟度不高，電暈放電形式的等離子體法投資和運行成本較低，其他放電形式的等離子體法投資和運行成本較高，但在目前的應用案例中總體去除效果不理想。燃燒法包括直接燃燒法和蓄熱式熱力焚燒法（RTO），VOCs去除率高，適合大部分中高濃度、低含氯的VOCs廢氣，但投資成本和運行成本高于其他處理方法。在投資費用和運行費用中，+的多少代表費用的高低

表1 VOCs處理技術的評估對比

（1）吸收法。吸收法是利用VOCs組分在吸收劑中的溶解性差異對不同VOCs吸收分離的技術[8]。吸收法在化工園區內使用率最高，主要原因是技術成熟、工藝流程簡單、投資運行費用低?；て髽I排放的VOCs廢氣中水溶性組分，采用水噴淋吸收法具有較好的處理效果；酸性、堿性組分則可利用酸堿中和原理，分別采用堿性、酸性的噴淋液吸收。

表2列舉了典型企業吸收法的相關指標。由于化工企業排放VOCs種類復雜，當單級吸收處理效率有限時，可采用多級吸收方式。在調研中發現，吸收法使用時存在吸收液更換不及時等問題，會導致處理效率嚴重下降。因此，化工企業需要及時更換并妥善處理吸收液，如有回用價值，可對吸收液進行精餾處理。

表2 典型企業吸收法的相關指標

（2）吸附法。吸附法是利用固體表面的不平衡的化學鍵力或分子引力，使VOCs其中的一種或多種組分濃縮于固體表面上，以達到分離的目的[9]。吸附法是目前處理VOCs最常見的方法，特別適用于處理中、低濃度、總排放量較少的VOCs[10]，技術成熟度高。吸附法設備簡單、投資小、操作方便，但廢吸附劑需要作為固廢單獨處理。高宗江等人實測了吸附法的處理效率不超過80%[11]，并且保證吸附劑及時更換。

表3列舉了典型企業吸附法的相關指標。吸附法的投資成本和運行成本較吸收法有所增加。企業E和企業F的運行成本集中在購買吸附劑的費用。有些企業安裝了脫附再生裝置則可以降低運行成本（如企業G）。目前吸附法應用存在的問題是吸附劑更換不及時。如果沒有適時更換或再生，吸附劑飽和后處理效率甚至可以降至零。

表3 典型企業吸附法的相關指標

（3）燃燒法。燃燒法是目前應用較為廣泛的VOCs治理技術之一[8]。本次調研中涉及的燃燒法為直接燃燒和RTO。化工企業排放的廢氣往往溫度較高[11]，采用燃燒法可以利用這部分熱量。直接燃燒法工藝簡單、技術成熟度高，但能耗高、運行成本高，且不適于處理含氯有機廢氣，否則易產生Cl2、COCl2、NOX、多氯二苯呋喃等有毒副產物[12]。RTO則通過蓄熱材料回收熱量，可以達到90%～95%的熱回收率，運行費用降低。園區內采用燃燒法的企業VOCs排放組分復雜，包含甲苯、二氯甲烷、二甲基亞砜、甲醇等十幾種，基本來自生產工藝（如精餾、反應釜等）排放的廢氣。燃燒法的處理效率一般認為可達到95%以上[13]。

表4列舉了燃燒法的相關指標。直接燃燒法的投資成本低于RTO法，但運行成本高于RTO法。目前應用的主要問題是燃燒法投資成本和運行成本均較高，且存在二噁英污染隱患。

表4 典型企業燃燒法的相關指標

（4）等離子體法。低溫等離子體法利用高壓脈沖放電獲得高能電子、離子和自由基等活性粒子可與VOCs發生作用，將VOCs轉化為CO2、H2O等無害或低害物質，從而使廢氣得到凈化[11]。有研究表明，等離子體容易打開C—S和S—H，對于臭味和苯系物的凈化均具有良好的效果[11，14-17]。等離子體法適宜處理低濃度、大風量的廢氣，但是實際應用的處理效果一般不超過70%[11]。表5列舉了等離子體法處理的相關指標。

表5 典型企業等離子體法的相關指標

等離子體處理設施對惡臭指標有一定的處理效果，但對VOCs凈化效率不高。目前等離子體處理在化工園區內的應用存在的問題是企業對于其作用機理研究不夠充分，還沒有形成規律性認識，很多企業只是在模仿這項技術，并沒有真正掌握核心機理。

3 結束語

園區內化工企業以溶劑消耗型企業為主，VOCs廢氣排放量大且濃度較高。廢氣成分復雜、種類繁多，廢氣排放與化工企業生產情況息息相關，并伴有惡臭異味等，導致化工企業VOCs處理難度大。

園區內VOCs排放治理技術覆蓋率為85%，以吸收法及其組合工藝為主，部分企業采用活性炭吸附、燃燒法、等離子體等技術。鑒于園區內VOCs排放特征復雜，部分企業采用的治理技術去除效果一般。園區內正推廣燃燒法等高效治理技術，以提高VOCs處理效率。

園區內VOCs排放治理技術在長期的應用過程中存在不同程度的問題，主要有治理設施監管不力、吸附劑或吸收液更換不及時等。因此園區內企業應提高處理設施運行管理水平，保證處理設施的正常運行。

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Evaluation of VOCs Emission Rreatment Technologies in Chemical Industry Park

Li Wen-juan，Dong Shi-bi，Teng Fu-hua，Lu Jian-hai，Miao Xiao-ping，Gu Zhen-yu

X78；X82

B

1003–6490（2017）09–0197–03

2017–07–07

李文娟（1989—），女，山東平陰人，博士，工程師，主要研究方向為VOCs污染防治技術。

浙江省科技計劃項目（2015F10008）；浙江省省屬科研院所扶持專項（2017F10013）；國家科技支撐計劃（2014BAC22B00）。