煤化工相關產業的VOCs治理技術發展分析

王倩倩(河南省化工研究所有限責任公司，河南 鄭州 450052)

0 引言

VOCs又名揮發性有機化合物，是大氣組成成分中最為重要的一類氣態污染物，隨著近年來我國煤化工以及其相關產業的飛速發展，加劇了我國VOCs的污染排放，給我國的大氣環境治理帶來了巨大的困難。煤化工及其相關產業在生產過程中難免會產生硫氧化物、一氧化碳等對大氣和人體健康造成嚴重損害的揮發性氣體，但我國的工業生產和經濟建設又離不開煤化工及其相關產業的重要支撐。因此，研究出一套切實可行的VOCs氣體治理方案就顯得尤為重要，煤化工相關產業要重視VOCs治理技術對煤化工實現環境友好型生產的重要意義，通過不斷的收集、摸索和總結治理經驗，探尋VOCs治理技術的未來發展方向。

1 VOCs處理技術概述

當前，國內外對于VOCs的處理方法在總體上來講主要由兩種方式構成：回收法和消除法。

首先，回收法的VOCs處理技術有：變壓吸附法、炭吸附法、膜分離技術法、冷凝法以及吸收法等，回收法的VOCs處理技術主要依賴物理方法，通過改變壓力和溫度等物理數值，或者采用選擇性滲透膜、吸附劑等方法來實現VOCs的富集分離；其次，消除法的VOCs處理技術有：催化燃燒法、熱氧化法、等離子體法、燃燒法、集成技術法、生物氧化法以及紫外光催化氧化法等，消除法的VOCs處理技術主要依賴化學方法，結合化學反應，利用光、催化劑、微生物、熱等將VOCs轉化成為水，二氧化碳等無污染、無危害的小分子化合物[1]。

近年來，隨著科學技術的不斷進步和提高，VOCs處理技術也得到了快速的發展，等離子體、半導體光催化技術、生物氧化等新型技術得到了快速發展，然而因資金消耗較大，暫時難以得到廣泛的應用。

2 國內外VOCs處理技術的發展現狀

當前國內外采用熱氧化法、等離子體法、催化燃燒法等VOCs的消除法處理技術較為廣泛，但由于化學反應的環境影響因素較大，在實際應用時產生的效果并不十分突出，本文集中分析以來物理手段來進行VOCs處理的回收法技術。

2.1 冷凝技術

VOCs處理的冷凝技術開始于20世紀70年代中后期，由美國Edwards公司最先發明且廣泛推廣應用，當前國外煤化工及其相關產業主要采用冷凝于吸附組合實施VOCs處理工藝，這種工藝的基本原理就是油氣先冷凝再吸附，抑或是油氣經過吸附后解析氣體進行冷凝。冷凝技術具有較為突出的缺點，該工藝耗能高且VOCs氣體的去除率也無法滿足較高要求，要想提升去除率就必須不停車進行除霜工作，這就大幅提升了運行成本[2]。

2.2 膜分離技術

膜分離技術創始于20世紀90年代末期，由美國、德國以及日本開始著手應用研究。該項技術主要被應用到工業制氮氣、天然氣除濕以及制備富氮空氣等領域，該項技術起步較晚，發展尚不成熟，雖然其VOCs去除率極高，但其膜的造價極高，且裝置對環境和操作水平要求較高[3]。

2.3 吸收技術

吸收技術是日本上殊勇研制出的一種吸收劑來對VOCs氣體進行吸附處理，這種技術的VOCs吸附率較高，且不污染環境，可循環反復使用且運行費用偏低。吸收技術可應用范圍較廣，可在壓力較高或者溫度較低的條件下對VOCs進行處理，但吸收技術對裝置的要求較高，需要定期對吸附劑進行更換，一旦處理不當則容易造成二次污染。

2.4 生物處理技術

20世紀80年代，德國開始著手研究生物發來進行VOCs尾氣處理，生物處理技術能夠對絕大多數VOCs有機氣體進行不同程度的降解，該項技術具有處理效率高、費用低且應用范圍廣，并且沒有二次污染，但對于一些對生物降解有抵抗能力的VOCs氣體處理起來十分困難[4]。

3 我國煤化工發展現狀及VOCs排放現狀

3.1 當前我國煤化工相關產業發展現狀

近年來，隨著我國市場拉動以及宏觀政策引導作用，現代煤化工及其相關產業得到了飛速的發展，我國煤化工的自主化率以達到9成以上，大型設備的制造能力得到顯著提升，再加上我國《現代煤化工產業創新發展布局方案》和《煤炭深加工產業示范“十三五”規劃》等文件的逐步實施，煤化工及其相關產業的發展得到了清晰的定位，煤化工及其相關產業將成為我國“十三五”期間現代能源體系當中的重要組成部分，高速發展的背后必將是煤能源的大幅消耗，隨之而來的VOCs污染排放也將大幅增加。

3.2 當前我國煤化工VOCs排放現狀

由于之前我國并未將VOCs正式納入到環境監測體系當中，所以，相關數據統計并不全面，據不完全統計：2010年—2014年我國VOCs理論排放氣體總量為1 363萬～1 700萬t/a，平均年增長率達到6.58%，這其中煤化工相關產業的VOCs排放量占VOCs排放總量約62%，且呈逐年遞增趨勢，預計2020年，我國VOCs的排放總量將達到2 466萬t/a，煤化工相關產業的VOCs排放量將占比約7成以上。

煤化工及其相關產業是我國VOCs污染排放的重點行業，煤化工及其相關產業涉及到液化、氣化、低溫干餾、煉焦等眾多化學工藝，受煤化工及其相關產業的生產工藝流程特點影響，氣化過程中產生的VOCs污染源主要是由于火層傾斜、結渣而導致氣化爐非正常停車，進而造成爐內大量氣體逸散而產生的。此外，粗煤氣凈化工序中產生的尾氣、氣化爐卸壓的廢氣、氨回收吸收塔所排放的氣體以及硫酚類物質回收裝置產生的酸性氣體都是煤化工及其相關產業VOCs排放的重要原因。

4 煤化工相關產業VOCs治理技術

4.1 治理方案

煤化工相關產業的VOCs排放源主要可分為兩個大類：有組織排放廢氣和無組織排放廢氣。其中，有組織排放廢氣與煤化工相關產業的加工工藝、化學工藝、加工工況等因素息息相關，可以精確定位分析污染源，因此，可以進行準確的VOCs排放總量核算。本文治理方案設計主要針對無組織排放廢氣，做好泄漏修復、泄漏檢測以及敞開液面加蓋密封工作，進而對無組織VOCs氣體排放進行集中處理。VOCs具體治理方案為：源頭消減(原材料替代)—過程控制(工藝優化改進和泄漏、異常排放應急機制)—末端治理(回收技術和銷毀技術)，并將以上VOCs控制全過程納入到VOCs監測體系，實現在線或離線監管。

4.2 關鍵技術解析

首先，原材料替代。煤化工相關產業要嚴格把控原材料的使用過程，將具有揮發性的有機溶劑使用操作流程進行嚴格的規范，謹防原料中的VOCs逸散；其次，泄漏檢測和修復技術(簡稱LDAR)。結合移動或者固定的檢測設備對煤化工生產易出現泄漏的部位進行管道、各類反應釜、泵的定期監測，整個LDAR檢測流程包含：方案編制、需求分析、泄漏檢測頻率以及確定允許泄漏值，進而幫助煤化工相關產業及時發現VOCs泄漏問題，減免原料消耗的同時，降低VOCs污染；第三，治理技術。治理技術主要包含回收技術和銷毀技術，一方面，煤化工相關產業VOCs治理方案所采用的回收技術為物理方法，通過使用吸附、吸收、冷凝、膜分離等技術來回收VOCs，再將回收后的VOCs經過集中分離提純或者簡單純化回流回工藝流程，實現原材料消耗的降低；另一方面，煤化工相關產業VOCs治理方案所采用的銷毀技術是通過生化或者化學反應將VOCs廢氣直接分解成為水、二氧化碳或者無毒無害的小分子化合物，所采用的技術包含：生物法、光催化、等離子法等。

4.3 技術篩選

煤化工及其相關產業在進行VOCs治理技術的選擇時要依照不同工藝環節所產生的VOCs含量以及成分來選擇最佳的治理技術工藝。譬如：高濃度VOCs廢氣易采用吸附、冷凝等有用成分回收使用的回收技術；中等濃度的VOCs廢氣宜采用燃燒凈化技術或吸附技術進行能量回收；低濃度VOCs宜采用有機溶劑回收或吸附技術；無回收價值的VOCs廢氣宜采用生物技術、低溫等離子技術或燃燒等方式進行氣體凈化處理。

5 結語

隨著我國經濟的不斷發展，煤化工及其相關產業的不斷壯大，大氣污染問題成為了當前擺在煤化工生產方面的首要問題，煤化工及其相關產業要想實現環境友好型發展就要重視VOCs廢氣處理技術的研究，結合現階段國內外主流的VOCs處理技術來分析和尋找創新的VOCs處理工藝，制定相應的VOCs治理控制方案，依照不同技術的優勢擇優設計，從而提升我國煤化工相關產業的VOCs處理能力，實現保護環境和環境友好型生產的根本目標。