煤化工相關(guān)產(chǎn)業(yè)的VOCs治理技術(shù)發(fā)展分析

王倩倩(河南省化工研究所有限責(zé)任公司，河南 鄭州 450052)

0 引言

VOCs又名揮發(fā)性有機化合物，是大氣組成成分中最為重要的一類氣態(tài)污染物，隨著近年來我國煤化工以及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，加劇了我國VOCs的污染排放，給我國的大氣環(huán)境治理帶來了巨大的困難。煤化工及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)在生產(chǎn)過程中難免會產(chǎn)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(fā)性氣體，但我國的工業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)濟建設(shè)又離不開煤化工及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)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(guān)產(chǎn)業(yè)要重視VOCs治理技術(shù)對煤化工實現(xiàn)環(huán)境友好型生產(chǎn)的重要意義，通過不斷的收集、摸索和總結(jié)治理經(jīng)驗，探尋VOCs治理技術(shù)的未來發(fā)展方向。

1 VOCs處理技術(shù)概述

當(dāng)前，國內(nèi)外對于VOCs的處理方法在總體上來講主要由兩種方式構(gòu)成：回收法和消除法。

首先，回收法的VOCs處理技術(shù)有：變壓吸附法、炭吸附法、膜分離技術(shù)法、冷凝法以及吸收法等，回收法的VOCs處理技術(shù)主要依賴物理方法，通過改變壓力和溫度等物理數(shù)值，或者采用選擇性滲透膜、吸附劑等方法來實現(xiàn)VOCs的富集分離；其次，消除法的VOCs處理技術(shù)有：催化燃燒法、熱氧化法、等離子體法、燃燒法、集成技術(shù)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(shù)主要依賴化學(xué)方法，結(jié)合化學(xué)反應(yīng)，利用光、催化劑、微生物、熱等將VOCs轉(zhuǎn)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(xué)技術(shù)的不斷進步和提高，VOCs處理技術(shù)也得到了快速的發(fā)展，等離子體、半導(dǎo)體光催化技術(shù)、生物氧化等新型技術(shù)得到了快速發(fā)展，然而因資金消耗較大，暫時難以得到廣泛的應(yīng)用。

2 國內(nèi)外VOCs處理技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

當(dāng)前國內(nèi)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(shù)較為廣泛，但由于化學(xué)反應(yīng)的環(huán)境影響因素較大，在實際應(yīng)用時產(chǎn)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(shù)。

2.1 冷凝技術(shù)

VOCs處理的冷凝技術(shù)開始于20世紀70年代中后期，由美國Edwards公司最先發(fā)明且廣泛推廣應(yīng)用，當(dāng)前國外煤化工及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)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(jīng)過吸附后解析氣體進行冷凝。冷凝技術(shù)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(shù)

膜分離技術(shù)創(chuàng)始于20世紀90年代末期，由美國、德國以及日本開始著手應(yīng)用研究。該項技術(shù)主要被應(yīng)用到工業(yè)制氮氣、天然氣除濕以及制備富氮空氣等領(lǐng)域，該項技術(shù)起步較晚，發(fā)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(huán)境和操作水平要求較高[3]。

2.3 吸收技術(shù)

吸收技術(shù)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(shù)的VOCs吸附率較高，且不污染環(huán)境，可循環(huán)反復(fù)使用且運行費用偏低。吸收技術(shù)可應(yīng)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(shù)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(dāng)則容易造成二次污染。

2.4 生物處理技術(shù)

20世紀80年代，德國開始著手研究生物發(fā)來進行VOCs尾氣處理，生物處理技術(shù)能夠?qū)^大多數(shù)VOCs有機氣體進行不同程度的降解，該項技術(shù)具有處理效率高、費用低且應(yīng)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(fā)展現(xiàn)狀及VOCs排放現(xiàn)狀

3.1 當(dāng)前我國煤化工相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

近年來，隨著我國市場拉動以及宏觀政策引導(dǎo)作用，現(xiàn)代煤化工及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)得到了飛速的發(fā)展，我國煤化工的自主化率以達到9成以上，大型設(shè)備的制造能力得到顯著提升，再加上我國《現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展布局方案》和《煤炭深加工產(chǎn)業(yè)示范“十三五”規(guī)劃》等文件的逐步實施，煤化工及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展得到了清晰的定位，煤化工及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)將成為我國“十三五”期間現(xiàn)代能源體系當(dāng)中的重要組成部分，高速發(fā)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(dāng)前我國煤化工VOCs排放現(xiàn)狀

由于之前我國并未將VOCs正式納入到環(huán)境監(jiān)測體系當(dāng)中，所以，相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計并不全面，據(jù)不完全統(tǒng)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(guān)產(chǎn)業(yè)的VOCs排放量占VOCs排放總量約62%，且呈逐年遞增趨勢，預(yù)計2020年，我國VOCs的排放總量將達到2 466萬t/a，煤化工相關(guān)產(chǎn)業(yè)的VOCs排放量將占比約7成以上。

煤化工及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)是我國VOCs污染排放的重點行業(yè)，煤化工及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)涉及到液化、氣化、低溫干餾、煉焦等眾多化學(xué)工藝，受煤化工及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)工藝流程特點影響，氣化過程中產(chǎn)生的VOCs污染源主要是由于火層傾斜、結(jié)渣而導(dǎo)致氣化爐非正常停車，進而造成爐內(nèi)大量氣體逸散而產(chǎn)生的。此外，粗煤氣凈化工序中產(chǎn)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(zhì)回收裝置產(chǎn)生的酸性氣體都是煤化工及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)VOCs排放的重要原因。

4 煤化工相關(guān)產(chǎn)業(yè)VOCs治理技術(shù)

4.1 治理方案

煤化工相關(guān)產(chǎn)業(yè)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(guān)產(chǎn)業(yè)的加工工藝、化學(xué)工藝、加工工況等因素息息相關(guān)，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(shè)計主要針對無組織排放廢氣，做好泄漏修復(fù)、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(yōu)化改進和泄漏、異常排放應(yīng)急機制)—末端治理(回收技術(shù)和銷毀技術(shù))，并將以上VOCs控制全過程納入到VOCs監(jiān)測體系，實現(xiàn)在線或離線監(jiān)管。

4.2 關(guān)鍵技術(shù)解析

首先，原材料替代。煤化工相關(guān)產(chǎn)業(yè)要嚴格把控原材料的使用過程，將具有揮發(fā)性的有機溶劑使用操作流程進行嚴格的規(guī)范，謹防原料中的VOCs逸散；其次，泄漏檢測和修復(fù)技術(shù)(簡稱LDAR)。結(jié)合移動或者固定的檢測設(shè)備對煤化工生產(chǎn)易出現(xiàn)泄漏的部位進行管道、各類反應(yīng)釜、泵的定期監(jiān)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(guān)產(chǎn)業(yè)及時發(fā)現(xiàn)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(shù)。治理技術(shù)主要包含回收技術(shù)和銷毀技術(shù)，一方面，煤化工相關(guān)產(chǎn)業(yè)VOCs治理方案所采用的回收技術(shù)為物理方法，通過使用吸附、吸收、冷凝、膜分離等技術(shù)來回收VOCs，再將回收后的VOCs經(jīng)過集中分離提純或者簡單純化回流回工藝流程，實現(xiàn)原材料消耗的降低；另一方面，煤化工相關(guān)產(chǎn)業(yè)VOCs治理方案所采用的銷毀技術(shù)是通過生化或者化學(xué)反應(yīng)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(shù)包含：生物法、光催化、等離子法等。

4.3 技術(shù)篩選

煤化工及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)在進行VOCs治理技術(shù)的選擇時要依照不同工藝環(huán)節(jié)所產(chǎn)生的VOCs含量以及成分來選擇最佳的治理技術(shù)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(shù)；中等濃度的VOCs廢氣宜采用燃燒凈化技術(shù)或吸附技術(shù)進行能量回收；低濃度VOCs宜采用有機溶劑回收或吸附技術(shù)；無回收價值的VOCs廢氣宜采用生物技術(shù)、低溫等離子技術(shù)或燃燒等方式進行氣體凈化處理。

5 結(jié)語

隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，煤化工及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)的不斷壯大，大氣污染問題成為了當(dāng)前擺在煤化工生產(chǎn)方面的首要問題，煤化工及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)要想實現(xiàn)環(huán)境友好型發(fā)展就要重視VOCs廢氣處理技術(shù)的研究，結(jié)合現(xiàn)階段國內(nèi)外主流的VOCs處理技術(shù)來分析和尋找創(chuàng)新的VOCs處理工藝，制定相應(yīng)的VOCs治理控制方案，依照不同技術(shù)的優(yōu)勢擇優(yōu)設(shè)計，從而提升我國煤化工相關(guān)產(chǎn)業(yè)的VOCs處理能力，實現(xiàn)保護環(huán)境和環(huán)境友好型生產(chǎn)的根本目標。