化工行業VOCs廢氣治理技術應用現狀和討論

徐 薇

（1 上海紡織建筑設計研究院 上海 200060 2 上海紡織節能環保中心 上海 200000）

引言

揮發性有機物（Volatile Organic Compounds，VOCs）是工業生產中常見的一類污染物。通常定義為20℃時蒸氣壓不小于10pa 或者101.325kPa 標準大氣壓下，沸點不高于260℃的有機化合物[1]。VOCs是大氣污染扮演著重要角色，可生成顆粒物PM2.5 和臭氧，是產生霧霾的原因之一[2-3]。且VOCs 多數有毒性，吸入后可影響人體健康。根據國家2009 年VOCs 排放清單，工業源排放量占人為源的55.5%，其中化工行業是VOCs 排放的主要行業之一，占到了總排放量的5.8%[3-5]。過去幾十年內，VOCs 治理技術發展迅速，從活性炭吸附分離的物理法，到燃燒法直接銷毀的化學法，光催化、等離子等技術在VOCs 治理領域也得到了快速發展[6-10]。而不同技術對VOCs 處理效率各有優劣。而不同行業，乃至不同企業，VOCs 排放特征不盡相同，用簡單的套用概念并不能有效解決實際問題，對企業造成成本浪費或運行負擔。分析各個行業的VOCs 排放特征，對解決VOCs 減排問題具有現實意義。

上海市的石化行業是工業制造的重要行業之一。主要包括石油加工及煉焦、化學原料及化學制品、化學纖維、橡膠制品、塑料制品業5 個行業大類。在響應 《上海市大氣防治條例》 中對VOCs 的削減行動中，區政府為了制定更有效的管理政策，對轄區內工業企業進行摸底排查，根據行業類型，制定行業VOCs 治理和管理建議和要求，對區域VOCs 排放減排行動有現實意義。

1 研究方法

以上海市某區的化工企業為研究對象，調研了14 家典型化工企業，主要涉及化學品制造企業和少數制藥企業。企業類型包含國有和外資企業，均屬于大型化工企業，對環保工作相對比較重視。調研企業主要產品包括合成樹脂、助劑、聚氨酯、藥劑等，生產過程均有產生VOCs。調研內容包括VOCs 產生來源，收集、處理情況以及管控措施。對收集資料進行整理分析后討論。

2 結果討論

2.1 企業排放現狀

目前，企業多采用全封閉的反應系統、全封閉的合成車間和全封閉的VOCs 正常放空和過壓排放系統，對于含VOCs 的各裝置工藝廢氣，設立專門的收集管道進行收集并統一處置。但在儲罐呼吸廢氣、裝載過程、廢水池廢氣等環節仍然存在無組織排放。統計完成VOCs 總量估算的企業，VOCs 全場有組織和無組織排放量之和約在2～3t/a。

表1 調查化工企業VOCs廢氣處理方法

2.2 企業治理現狀

根據14 家化工企業情況，匯總企業2016 年VOCs 的排放狀況和治理方法，統計結果見下表1。統計結果顯示，所調查企業中11 家企業均安裝了VOCs 處理設施，占到總數的80%。共統計了一個19 個工藝廢氣排口及相應的處理設施。企業VOCs 廢氣成分復雜，以二甲苯、甲醇、甲醛和異氰酸酯為主要特征污染物。采用單級或多級噴淋法處理的11 套裝置；采用活性炭吸收或與其他連用的同樣9 套裝置；采用燃燒法處理的僅有2 套。噴淋法對VOCs 的處理效率較低，而活性炭對甲醇等低沸點物質的處理效果同樣較差。

2.3 泄漏檢測和修復

在所調查的企業中，僅有1 家企業在過去三年中做過泄漏檢測與修復檢測（LDAR），多數企業未進行LDAR 檢測。表明該區的化工企業在設備泄漏環節還有較大的減排潛力。

2.4 廢水處理設施廢氣

在調查的企業中，僅有兩家對廢水池的廢氣進行收集，僅有一家利用生化法進行處理。其余12 家企業無廢水處理設施，或未對廢水處理設施進行加蓋收集。該環節的無組織揮發VOCs減排同樣有較大空間。

3 VOCs 末端治理方法討論

化工行業的VOCs 廢氣排放狀況較為復雜，可收集的部分主要為生產反應過程中產生的廢氣，其排放主要為間歇式，風量和VOCs 濃度變化范圍大。對典型化工企業廢氣量特征分析，現將VOCs 濃度和廢氣風量大致分為以下幾種情況，見表2。根據調研結果，結合化工生產特征，常見的廢氣類型為高濃度中/小風量，中濃度中/小風量，低濃度大風量。根據廢氣實際情況可使用單個或組合處理技術。

表2 廢氣特征分類

3.1 高濃度中/小風量

高濃度中小風量VOCs 廢氣是化工行業最常見的廢氣類型。對于高濃度的有機廢氣，根據廢氣的種類進行處理。當廢氣成分較為單一、沸點低、可回收利用效率高，則可先利用回收技術，如甲醇、乙醇、環氧乙烷等。處理后作為低濃度廢氣進行處理。當廢氣種類復雜，回收價值較低時，可直接進行燃燒或吸附處理。常見的組合處理方式如冷凝+活性炭吸附/催化燃燒。

通過冷凝器對可回收組分進行回收后，沒有完全液化的小部分VOCs 廢氣，經活性炭吸附或催化燃燒，可達到處理效率90%以上[11]。該方法可以有效回收有價值廢氣，做到廢物再利用，節約成本。但對廢氣成分較為挑剔，在成分較多時，不易于分離，成本增加。因此，在條件允許時最為經濟適用，常用在油氣回收企業。還可選用活性炭纖維吸附回收等方法。

3.2 中濃度中/小風量

當廢氣濃度略低，但具有回收價時，廢氣經過吸附濃縮后，再脫附進行冷凝。該方法提高了冷凝的效率，減少對空氣、水蒸氣的無效冷凝，節約成本。在吸附材料的選擇上需要謹慎，活性炭吸附則不易于用熱空氣脫附，最好用熱蒸汽或氮氣脫附，則提高了脫附成本。使用分子篩吸附安全性較好，但價格較高，一次性投入高。當廢氣濃度成分復雜，無回收價值時，可直接采用蓄熱式燃燒處理（RTO）裝置，最直接徹底的處理，處理效率一般在90%以上[12]。該技術可以較為徹底地將VOCs 轉化為無害的無機廢氣，但對廢氣流量、運轉時間、運行成本有較高要求。或采用生物降解或其等離子等其他方法。

3.3 低濃度大風量

處理低濃度大風量的廢氣一般常見的有光催化法、紫外光解法、等離子法和生物法。但以上方法實際應用中處理效率較低，約在50%左右[12]。在VOCs（非甲烷總烴）濃度在500mg/m3時，不能完成達標的去除效果，此類方法適用于濃度更低，或者廢氣成分單一的廢氣。可考慮使用組合技術，如等離子體-光催化復合凈化技術，協同作用能大大增強有機化合物的凈化效果，處理效率達到80%以上[13]。

結語

（1）上海市某區十余家典型化工企業VOCs 排放和處理現狀。該區化工生產企業采用的處理方法以活性炭吸附和噴淋吸收為主。對于廢水處理廢氣和管線滴漏部分的無組織還有較大減排潛力。

（2）化工行業常見有回收價值的高濃度中小風量的廢氣可采用冷凝等回收方法后再用活性炭或催化燃燒法處理；對中低濃度中小風量的廢氣，可采用吸附濃縮后再冷凝回收的處理方式。

（3）化工行業VOCs 廢氣情況復雜，在選取VOCs 處理方法時，除了風量和VOCs 濃度，還需考慮廢氣溫度，濕度、含有顆粒物情況及VOCs 成分等因素。須根據企業現實情況具體分析、具體試驗找到合適的處理方法，并利用組合式的處理方式來優化處理效率，降低處理成本，最終達到VOCs 減排目標。