揮發性有機物治理方案的探討

曾 沖

(陜西未來能源化工有限公司，陜西 榆林 719000)

VOCs是揮發性有機化合物(volatile organic compounds)的英文縮寫，指的是揮發性的碳氫化合物及其衍生物，它包括烴類、芳烴類、醇類、醛類、酮類、酯類、胺類、有機酸等常溫下飽和蒸汽壓大于133.32 Pa、常壓下沸點在50～260℃以下的有機化合物，或在常溫常壓下任何能揮發的有機固體或液體。VOCs不僅導致空氣質量變差而且是夏季光化學煙霧、城市霧霾的主要成分，并且其超過一定濃度時，會刺激人的眼睛和呼吸道，甚至損害人體的肝臟、腎臟、大腦和神經系統。VOCs已成為世界性公害，發達國家不斷修改法律一再降低VOCs排放濃度，我國VOCs治理也到了刻不容緩的時刻。

1 VOCs來源

目前石油煉制及化工企業產生的揮發性有機物主要來源有三個方面,一是法蘭及密封泄漏至大氣中的揮發性有機物，二是揮發性有機物充裝過程中產生的揮發性氣體，三是揮發性有機物在儲存過程中由呼吸閥呼出的氣體。對于第一點，企業一般通過有資質的專業公司進行現場檢測，消除跑冒滴漏。而第二點和第三點，則需要通過增加油氣回收裝置進行治理。

2 治理方案簡介

2.1 純冷凝法

由于不同的物質在不同的溫度及壓力下，會顯示不同的飽和度。通過提高系統壓力或降低系統溫度的方式，可使處于氣態的揮發性有機化合物冷凝，從廢氣中分離出來。冷凝法具有較多操作環節，在有機廢氣凈化作業中，企業常常將該法運用于風量較小、溫度較低、凈化濃度較高的環境中。采用三級制冷，制冷系統使油氣的溫度降至-110℃，即可使油氣中98%以上的碳氫化合物冷凝成液體，實現很好的經濟效益。但由于需要深冷至-110℃，因此純冷凝法油氣回收機組存在著耗電量大的缺點。

2.2 冷凝+吸附法

采用二級制冷，制冷系統使油氣的溫度降至-75℃，使油氣中90%以上的碳氫化合物冷凝成液體；未被冷凝下來的少量油氣，進入兩個交替工作的活性炭吸附系統，被活性炭系統吸附，當其中一套以系統吸附飽和時，該罐進行解吸處理，同時，另一套活性炭系統投入工作，最終可使油氣中98%以上的碳氫化合物被處理回收，從機組排出的氣體為達標氣體，達到環保要求。

2.3 膜分離法

有機廢氣中不同組分在透過聚合物復合膜時的速度因氣體自身性質和膜的特點有所差異，膜分離技術即利用氣體內不同的組分在透膜時的滲透能力不同并結合空氣透膜能力與有機蒸汽能力之間的差別來分離有機廢氣中揮發性有機化合物與其它組分。常見的膜分離技術可對氯化有機物、酮、酯及部分烷烴等實現較高的分離回收率。采用這一方法具有較強的簡便性，且較高效、操作彈性較大、便于控制，可廣泛用于諸多領域，同時還可對廢氣中的有機物回收，一定程度提高經濟效益。

2.4 催化氧化(CO)+余熱回收

其工藝原理是將待處理尾氣加熱到設定溫度(催化劑固定床進氣溫度，約300～450℃)，流經催化劑表面時，在催化劑的作用下，尾氣有機物的活性分子降低了活化能，因而有機氣體分子化學鍵極易被斷裂，在較低的溫度下和氧發生氧化反應，生成CO2+H2O+反應熱。由于有機物在較低的溫度下就可氧化，因此可節省為維持高溫度必須需要添加的輔助燃料。

催化燃燒裝置主要由熱交換器、燃燒室、催化反應器、熱回收系統和凈化煙氣的排放煙囪等部分組成。其凈化原理是：未凈化氣體在進入燃燒室以前，先經過熱交換器被預熱后送至燃燒室，在燃燒室內達到所要求的反應溫度，氧化反應在催化反應器中進行，由于催化反應器中的催化劑的載體是由多孔材料制作的，具有較大的比表面積和合適的孔徑，當加熱到300～450℃的有機氣體通過催化層時，氧和有機氣體被吸附在多孔材料表層的催化劑上，增加了氧和有機氣體接觸碰撞的機會，提高了活性，使有機氣體與氧產生劇烈的化學反應而生成CO2和H2O，同時產生熱量，從而使得有機氣體變成無毒無害氣體。凈化后煙氣經熱交換器釋放出部分熱量，再由煙囪排入大氣。

該法有起燃溫度低，能耗少，燃燒易達穩定，甚至到起燃溫度后無需外界傳熱就能完成氧化反應。且凈化效率高，污染物(如NOx及不完全燃燒產物等)的排放水平較低。適應氧濃度范圍大，噪音小，無二次污染，且燃燒緩和，運轉費用低，操作管理也很方便。

2.5 蓄熱氧化(RTO)

針對廢氣中有機物含量較低，熱值不足以維持燃燒室的溫度從而需要添加輔助燃料的問題，借鑒冶金、化工行業業已成功應用的蓄熱爐經驗，將其用于有機廢氣凈化，即為蓄熱式熱力氧化器。蓄熱式焚燒爐(RTO)采用熱氧化法處理中低濃度的有機廢氣，用陶瓷蓄熱床換熱器回收熱量。RTO主體結構由燃燒室、陶瓷填料床和切換閥等組成。其主要特征是：蓄熱床底部的自動控制閥分別與進氣總管和排氣總管相連，蓄熱床通過換向閥交替換向，將由燃燒室出來的高溫氣體熱量蓄留，并預熱進入蓄熱床的有機廢氣；采用陶瓷蓄熱材料吸收、釋放熱量；預熱到一定溫度(≥760℃)的有機廢氣在燃燒室發生氧化反應，生成二氧化碳和水，得到凈化。

2.6 直接焚燒(TO)+余熱回收

采用燃燒法，能夠對有機廢氣中大部分有害物質進行分解，在燃燒過程中，可以充分利用有機廢氣分解時自身產生的熱量以促進該反應持續完全進行。催化燃燒法在相應催化劑作用下對有機廢氣進行燃燒，有效代替了傳統的燃燒方式，能夠在較低溫度的燃燒情況下完成對有害物質的分解。催化燃燒所用的催化劑多為具有大比表面積的貴金屬如：鉑、鈀等。在這個治理過程中，技術人員能夠通過科學操作，充分回收利用熱量，實現資源節約。由于某些催化劑會發生中毒反應，控制時必須保障催化劑能夠在活性溫度的情況下進行，對于這類催化劑，可采用鐵系催化劑進行處理，或者運用加熱法處理，從而保障催化劑能夠充分發揮作用。

3 結束語

綜上所述，石油煉制及化工企業應重視對揮發性有機物的排放治理工作，盡可能降低揮發性有機物的排放量及排放濃度，才能保護企業周邊環境少受污染。揮發性有機物治理工作的推進，不僅對企業自身帶來一定的經濟效益，而且對環保工作起到了積極的社會效益，從而推動我國工業的可持續發展。