石油化工行業(yè)分散有機(jī)揮發(fā)物分段式集中處理工藝

沈 輝

(山東寶塔新能源有限公司，山東 淄博 255100)

隨著科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步和工業(yè)化水平的不斷提高，人類在經(jīng)濟(jì)活動(dòng)過(guò)程中，制造了包含煙塵、二氧化硫、氮氧化物和揮發(fā)性有機(jī)化合物等破壞自然環(huán)境的大氣污染物。通常我們說(shuō)的揮發(fā)性有機(jī)化合物VOCs，如按照餾程范圍來(lái)分，一般是指常溫、常壓下沸點(diǎn)在50～260℃范圍內(nèi)的有機(jī)化合物，包括一些烴類、芳烴類、多環(huán)芳烴和芳烴衍生物等，也有人認(rèn)為是任何可以在常溫、常壓下?lián)]發(fā)的有機(jī)固體或液體，都屬于揮發(fā)性有機(jī)化合物。

1 石油化工行業(yè)有機(jī)揮發(fā)物的主要來(lái)源

石油化工行業(yè)有機(jī)揮發(fā)物的主要來(lái)源分為以下幾個(gè)途徑，以石油和天然氣為主要原料，生產(chǎn)燃料油品和化工產(chǎn)品過(guò)程中，各種機(jī)泵的機(jī)械密封組件、管線設(shè)備法蘭接口、閥門管件等處泄漏的揮發(fā)性有機(jī)物；各種加熱爐、焚燒爐、鍋爐、火炬等排出的廢氣；油品儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中，儲(chǔ)罐內(nèi)的呼吸作用排出的揮發(fā)物，油品裝卸車過(guò)程中產(chǎn)生的揮發(fā)物；含油污水生化處理過(guò)程中產(chǎn)生的逸散的廢氣等。

2 石油化工行業(yè)揮發(fā)性有機(jī)化合物的危害

揮發(fā)性有機(jī)化合物在大氣中，光照作用下與空氣中的氮氧化物發(fā)生反應(yīng)生成臭氧，使空氣質(zhì)量嚴(yán)重下降，是制造霧霾的主要成分之一。揮發(fā)性有機(jī)化合物是形成空氣中細(xì)小微粒(PM2.5)和臭氧的重要前體物質(zhì)，大氣中揮發(fā)性有機(jī)化合物VOCs在PM2.5中的比重范圍可達(dá)到20%～40%左右。揮發(fā)性有機(jī)化合物VOCs大部分是可以產(chǎn)生溫室效應(yīng)的氣體，隨著人類制造的揮發(fā)性有機(jī)化合物越來(lái)越多，近年以來(lái)全球范圍內(nèi)出現(xiàn)氣候變暖的現(xiàn)象。空氣中揮發(fā)性有機(jī)化合物VOCs超過(guò)一定濃度時(shí)，會(huì)使人的眼睛和呼吸道受到較嚴(yán)重的刺激，使人皮膚過(guò)敏、咽喉疼痛與人體免疫力下降。 揮發(fā)性有機(jī)化合物VOCs中成分較復(fù)雜，部分有機(jī)化合物具有一定毒性，會(huì)損害人的肝臟、腎臟、大腦和神經(jīng)系統(tǒng)，甚至有可能導(dǎo)致人類患上癌癥、血液系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)疾病等，對(duì)人類健康和大氣環(huán)境保護(hù)造成嚴(yán)重威脅。

3 目前常見(jiàn)的揮發(fā)性有機(jī)化合物處理技術(shù)

3.1 吸附法

對(duì)于處理流量較大, 揮發(fā)性有機(jī)化合物濃度較低的廢氣，吸附法是較常用的方法之一。有些固體表面具有分子引力和化學(xué)鍵能，可使有機(jī)物分子在固體表面吸附并富集，我們稱這種固體為吸附劑。使用吸附法凈化處理廢氣中的揮發(fā)性有機(jī)化合物，就是是廢氣與單位比表面積較大的多孔固體吸附劑在吸附器中接觸，將廢氣中的揮發(fā)性有機(jī)化合物分子吸附在固體吸附劑表面，使廢氣得到凈化。常用的固體吸附劑有活性炭、硅膠、活性氧化鋁、合成沸石分子篩、酚醛樹(shù)脂等。吸附效果較好的吸附劑需具有比較大的比表面積和孔隙率，廣泛的選擇性，機(jī)械強(qiáng)度大不易粉碎，使用成本較低等特點(diǎn)。

3.2 冷凝法

冷凝法用于回收廢氣中的揮發(fā)性有機(jī)化合物部分可在低溫下冷凝的組份。通常在油料儲(chǔ)運(yùn)裝卸過(guò)程中使用冷凝法回收油氣中夾帶的輕烴組份。來(lái)自油品裝卸車系統(tǒng)的油氣在油氣回收裝置經(jīng)過(guò)一級(jí)或多級(jí)深冷，一般冷卻到-75℃左右，油氣中的絕大部分輕烴會(huì)液化，重力流入集油罐儲(chǔ)存。冷凝法處理廢氣，需設(shè)置真空機(jī)組和冷凍機(jī)組，能耗較高，因布置在防爆區(qū)域，一般投資較多，還需考慮與其他設(shè)備安全間距，適用于油料儲(chǔ)運(yùn)裝卸過(guò)程產(chǎn)生油氣中輕烴的回收，不適宜處理低濃度廢氣。

3.3 低溫等離子體處理法

低溫等離子體處理技術(shù)是在廢氣通過(guò)電極時(shí)，電極上的外加電壓達(dá)到廢氣電子放電的電壓時(shí)，廢氣氣體分子被擊穿，產(chǎn)生包括各種電子、離子、原子和自由基在內(nèi)的混合體。整個(gè)氣體分子放電過(guò)程中，電子溫度很高，但整個(gè)系統(tǒng)處于低溫狀態(tài)，因此稱為低溫等離子體。廢氣氣體分子被擊穿后產(chǎn)生的高能電子、自由基等活性粒子和廢氣中的揮發(fā)性有機(jī)化合物作用，發(fā)生一系列氧化反應(yīng)，使揮發(fā)性有機(jī)化合物分子在較短的時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)化分解。

3.4 光催化氧化法

廢氣中的揮發(fā)性有機(jī)化合物分子在特定波長(zhǎng)的光波輻射和催化劑光觸媒作用下發(fā)生氧化反應(yīng)，從而除去廢氣中的揮發(fā)性有機(jī)化合物。

3.5 生物處理法

廢氣生物處理法原理類似于生物法處理污水，先將廢氣通入裝滿水的生物膜反應(yīng)器，揮發(fā)性有機(jī)化合物溶于水后，附著在生物膜表面，被微生物吸收降解，轉(zhuǎn)化為二氧化碳、水等簡(jiǎn)單無(wú)機(jī)物。

3.6 液體吸收法

液體吸收法是廢氣在吸收塔內(nèi)與吸收溶液逆流接觸，廢氣中的揮發(fā)性有機(jī)化合物被吸收液吸收，從而實(shí)現(xiàn)廢氣的凈化。這種吸收有物理作用和化學(xué)作用兩種。一種是廢氣中的揮發(fā)性有機(jī)化合物溶解于吸收液，一種是廢氣中的揮發(fā)性有機(jī)化合物與吸收液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，而被除去。

3.7 焚燒法

焚燒法處理廢氣是在焚燒爐中揮發(fā)性有機(jī)化合物發(fā)生氧化燃燒或高溫降解反應(yīng)，轉(zhuǎn)變成無(wú)害的水和二氧化碳等。一般有直接燃燒和催化燃燒兩種方式。催化燃燒可使揮發(fā)性有機(jī)化合物在較低溫度下加快反應(yīng)速度，尤其適合中高濃度廢氣的凈化。

除了以上常規(guī)廢氣處理技術(shù)，還有一些新技術(shù)、新材料、新裝備正處于研發(fā)和推廣階段，比如新型改性分子篩吸附濃縮技術(shù)、高效蓄熱式催化氧化燃燒技術(shù)、新型水基生物強(qiáng)化吸收技術(shù)等。

4 石油化工行業(yè)分散有機(jī)揮發(fā)物分段式集中處理工藝

針對(duì)單獨(dú)使用一種廢氣處理工藝無(wú)法處理多種廢氣的情況，我們開(kāi)發(fā)了“一種將不同種類、不同性質(zhì)、不同位置的氣體進(jìn)行分段特殊處理后在集中處理達(dá)標(biāo)排放的凈化裝置”。油品儲(chǔ)運(yùn)罐區(qū)內(nèi)揮發(fā)性油氣、油品裝卸站揮發(fā)性氣體使用配有風(fēng)罩、風(fēng)機(jī)、風(fēng)管收集系統(tǒng)，集中收集進(jìn)入油氣回收裝置，回收輕烴后進(jìn)入兩級(jí)溶劑回收塔處理；氨水罐、硫氫化鈉儲(chǔ)罐等酸堿類儲(chǔ)罐排放廢氣使用配有風(fēng)罩、風(fēng)機(jī)、風(fēng)管收集系統(tǒng)，集中收集進(jìn)入堿洗塔、水洗塔，兩級(jí)逆流接觸吸收，然后進(jìn)入兩級(jí)溶劑回收塔處理；污水處理裝置生化處理單元逸散的惡臭氣體使用風(fēng)罩、風(fēng)機(jī)、風(fēng)管收集系統(tǒng)，集中收集進(jìn)入生物膜反應(yīng)器初步處理，再送入兩級(jí)溶劑回收塔處理。在兩級(jí)溶劑回收塔中，脫除各路廢氣中的絕大部分有機(jī)污染物，所有廢氣經(jīng)溶劑吸收凈化處理后，通過(guò)活性炭吸附塔吸附凈化，處理達(dá)標(biāo)后排放，排放氣滿足《石油化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB 31571-2015標(biāo)準(zhǔn)排放。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著國(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)日益重視，人們環(huán)保意識(shí)逐步提高，目前已出現(xiàn)多種揮發(fā)性有機(jī)化合物處理技術(shù)，但每種技術(shù)都不可能完全處理?yè)]發(fā)性有機(jī)化合物中的所有組份達(dá)標(biāo)排放，而且各種廢氣處理設(shè)備普遍價(jià)格昂貴，運(yùn)行費(fèi)用高，使企業(yè)承受沉重的環(huán)境治理負(fù)擔(dān)。選擇廢氣處理工藝時(shí)應(yīng)根據(jù)廢氣中揮發(fā)性有機(jī)化合物的濃度進(jìn)行優(yōu)化選擇。對(duì)于揮發(fā)性有機(jī)化合物濃度含量較少的廢氣，可采用固體吸附劑吸附工藝回收后達(dá)標(biāo)排放；也可采用生物膜反應(yīng)凈化工藝、等離子體處理工藝或光催化氧化工藝等凈化后達(dá)標(biāo)排放。對(duì)于揮發(fā)性有機(jī)化合物濃度含量中等的廢氣，可采用溶劑洗滌吸收、固體吸附劑吸附回收工藝，也可采用催化氧化燃燒工藝和熱力焚燒爐焚燒工藝，凈化后達(dá)標(biāo)排放。當(dāng)采用催化氧化燃燒工藝和熱力焚燒爐焚燒工藝進(jìn)行凈化時(shí)，應(yīng)配套余熱回收裝置，利用余熱副產(chǎn)蒸汽或發(fā)電。對(duì)于揮發(fā)性有機(jī)化合物濃度含量較高的廢氣，如含有較多沸點(diǎn)較低的烴類可采用深冷冷凝回收、溶劑洗滌吸收、固體吸附劑吸附回收工藝進(jìn)行回收利用，并配套其他廢氣處理工藝，組合處理實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。因此我們需要根據(jù)企業(yè)實(shí)際情況，選擇工藝先進(jìn)、運(yùn)行費(fèi)用可控的組合處理工藝處理廢氣，在發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時(shí)，保持綠水青山的優(yōu)美環(huán)境。