石油化工行業分散有機揮發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)

隨著科學技術不斷進步和工業化水平的不斷提高，人類在經濟活動過程中，制造了包含煙塵、二氧化硫、氮氧化物和揮發性有機化合物等破壞自然環境的大氣污染物。通常我們說的揮發性有機化合物VOCs，如按照餾程范圍來分，一般是指常溫、常壓下沸點在50～260℃范圍內的有機化合物，包括一些烴類、芳烴類、多環芳烴和芳烴衍生物等，也有人認為是任何可以在常溫、常壓下揮發的有機固體或液體，都屬于揮發性有機化合物。

1 石油化工行業有機揮發物的主要來源

石油化工行業有機揮發物的主要來源分為以下幾個途徑，以石油和天然氣為主要原料，生產燃料油品和化工產品過程中，各種機泵的機械密封組件、管線設備法蘭接口、閥門管件等處泄漏的揮發性有機物；各種加熱爐、焚燒爐、鍋爐、火炬等排出的廢氣；油品儲運過程中，儲罐內的呼吸作用排出的揮發物，油品裝卸車過程中產生的揮發物；含油污水生化處理過程中產生的逸散的廢氣等。

2 石油化工行業揮發性有機化合物的危害

揮發性有機化合物在大氣中，光照作用下與空氣中的氮氧化物發生反應生成臭氧，使空氣質量嚴重下降，是制造霧霾的主要成分之一。揮發性有機化合物是形成空氣中細小微粒(PM2.5)和臭氧的重要前體物質，大氣中揮發性有機化合物VOCs在PM2.5中的比重范圍可達到20%～40%左右。揮發性有機化合物VOCs大部分是可以產生溫室效應的氣體，隨著人類制造的揮發性有機化合物越來越多，近年以來全球范圍內出現氣候變暖的現象。空氣中揮發性有機化合物VOCs超過一定濃度時，會使人的眼睛和呼吸道受到較嚴重的刺激，使人皮膚過敏、咽喉疼痛與人體免疫力下降。 揮發性有機化合物VOCs中成分較復雜，部分有機化合物具有一定毒性，會損害人的肝臟、腎臟、大腦和神經系統，甚至有可能導致人類患上癌癥、血液系統、神經系統、生殖系統疾病等，對人類健康和大氣環境保護造成嚴重威脅。

3 目前常見的揮發性有機化合物處理技術

3.1 吸附法

對于處理流量較大, 揮發性有機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鍵能，可使有機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性有機化合物，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，將廢氣中的揮發性有機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，機械強度大不易粉碎，使用成本較低等特點。

3.2 冷凝法

冷凝法用于回收廢氣中的揮發性有機化合物部分可在低溫下冷凝的組份。通常在油料儲運裝卸過程中使用冷凝法回收油氣中夾帶的輕烴組份。來自油品裝卸車系統的油氣在油氣回收裝置經過一級或多級深冷，一般冷卻到-75℃左右，油氣中的絕大部分輕烴會液化，重力流入集油罐儲存。冷凝法處理廢氣，需設置真空機組和冷凍機組，能耗較高，因布置在防爆區域，一般投資較多，還需考慮與其他設備安全間距，適用于油料儲運裝卸過程產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是在廢氣通過電極時，電極上的外加電壓達到廢氣電子放電的電壓時，廢氣氣體分子被擊穿，產生包括各種電子、離子、原子和自由基在內的混合體。整個氣體分子放電過程中，電子溫度很高，但整個系統處于低溫狀態，因此稱為低溫等離子體。廢氣氣體分子被擊穿后產生的高能電子、自由基等活性粒子和廢氣中的揮發性有機化合物作用，發生一系列氧化反應，使揮發性有機化合物分子在較短的時間內轉化分解。

3.4 光催化氧化法

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

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器，揮發性有機化合物溶于水后，附著在生物膜表面，被微生物吸收降解，轉化為二氧化碳、水等簡單無機物。

3.6 液體吸收法

液體吸收法是廢氣在吸收塔內與吸收溶液逆流接觸，廢氣中的揮發性有機化合物被吸收液吸收，從而實現廢氣的凈化。這種吸收有物理作用和化學作用兩種。一種是廢氣中的揮發性有機化合物溶解于吸收液，一種是廢氣中的揮發性有機化合物與吸收液發生化學反應，而被除去。

3.7 焚燒法

焚燒法處理廢氣是在焚燒爐中揮發性有機化合物發生氧化燃燒或高溫降解反應，轉變成無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。催化燃燒可使揮發性有機化合物在較低溫度下加快反應速度，尤其適合中高濃度廢氣的凈化。

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

4 石油化工行業分散有機揮發物分段式集中處理工藝

針對單獨使用一種廢氣處理工藝無法處理多種廢氣的情況，我們開發了“一種將不同種類、不同性質、不同位置的氣體進行分段特殊處理后在集中處理達標排放的凈化裝置”。油品儲運罐區內揮發性油氣、油品裝卸站揮發性氣體使用配有風罩、風機、風管收集系統，集中收集進入油氣回收裝置，回收輕烴后進入兩級溶劑回收塔處理；氨水罐、硫氫化鈉儲罐等酸堿類儲罐排放廢氣使用配有風罩、風機、風管收集系統，集中收集進入堿洗塔、水洗塔，兩級逆流接觸吸收，然后進入兩級溶劑回收塔處理；污水處理裝置生化處理單元逸散的惡臭氣體使用風罩、風機、風管收集系統，集中收集進入生物膜反應器初步處理，再送入兩級溶劑回收塔處理。在兩級溶劑回收塔中，脫除各路廢氣中的絕大部分有機污染物，所有廢氣經溶劑吸收凈化處理后，通過活性炭吸附塔吸附凈化，處理達標后排放，排放氣滿足《石油化學工業污染物排放標準》GB 31571-2015標準排放。

5 結語

隨著國家對環境保護日益重視，人們環保意識逐步提高，目前已出現多種揮發性有機化合物處理技術，但每種技術都不可能完全處理揮發性有機化合物中的所有組份達標排放，而且各種廢氣處理設備普遍價格昂貴，運行費用高，使企業承受沉重的環境治理負擔。選擇廢氣處理工藝時應根據廢氣中揮發性有機化合物的濃度進行優化選擇。對于揮發性有機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標排放；也可采用生物膜反應凈化工藝、等離子體處理工藝或光催化氧化工藝等凈化后達標排放。對于揮發性有機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，凈化后達標排放。當采用催化氧化燃燒工藝和熱力焚燒爐焚燒工藝進行凈化時，應配套余熱回收裝置，利用余熱副產蒸汽或發電。對于揮發性有機化合物濃度含量較高的廢氣，如含有較多沸點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行回收利用，并配套其他廢氣處理工藝，組合處理實現達標排放。因此我們需要根據企業實際情況，選擇工藝先進、運行費用可控的組合處理工藝處理廢氣，在發展經濟的同時，保持綠水青山的優美環境。