化工行业VOCs废气治理技术应用现状和讨论

徐 薇

（1 上海纺织建筑设计研究院 上海 200060 2 上海纺织节能环保中心 上海 200000）

引言

挥发性有机物（Volatile Organic Compounds，VOCs）是工业生产中常见的一类污染物。通常定义为20℃时蒸气压不小于10pa 或者101.325kPa 标准大气压下，沸点不高于260℃的有机化合物[1]。VOCs是大气污染扮演着重要角色，可生成颗粒物PM2.5 和臭氧，是产生雾霾的原因之一[2-3]。且VOCs 多数有毒性，吸入后可影响人体健康。根据国家2009 年VOCs 排放清单，工业源排放量占人为源的55.5%，其中化工行业是VOCs 排放的主要行业之一，占到了总排放量的5.8%[3-5]。过去几十年内，VOCs 治理技术发展迅速，从活性炭吸附分离的物理法，到燃烧法直接销毁的化学法，光催化、等离子等技术在VOCs 治理领域也得到了快速发展[6-10]。而不同技术对VOCs 处理效率各有优劣。而不同行业，乃至不同企业，VOCs 排放特征不尽相同，用简单的套用概念并不能有效解决实际问题，对企业造成成本浪费或运行负担。分析各个行业的VOCs 排放特征，对解决VOCs 减排问题具有现实意义。

上海市的石化行业是工业制造的重要行业之一。主要包括石油加工及炼焦、化学原料及化学制品、化学纤维、橡胶制品、塑料制品业5 个行业大类。在响应 《上海市大气防治条例》 中对VOCs 的削减行动中，区政府为了制定更有效的管理政策，对辖区内工业企业进行摸底排查，根据行业类型，制定行业VOCs 治理和管理建议和要求，对区域VOCs 排放减排行动有现实意义。

1 研究方法

以上海市某区的化工企业为研究对象，调研了14 家典型化工企业，主要涉及化学品制造企业和少数制药企业。企业类型包含国有和外资企业，均属于大型化工企业，对环保工作相对比较重视。调研企业主要产品包括合成树脂、助剂、聚氨酯、药剂等，生产过程均有产生VOCs。调研内容包括VOCs 产生来源，收集、处理情况以及管控措施。对收集资料进行整理分析后讨论。

2 结果讨论

2.1 企业排放现状

目前，企业多采用全封闭的反应系统、全封闭的合成车间和全封闭的VOCs 正常放空和过压排放系统，对于含VOCs 的各装置工艺废气，设立专门的收集管道进行收集并统一处置。但在储罐呼吸废气、装载过程、废水池废气等环节仍然存在无组织排放。统计完成VOCs 总量估算的企业，VOCs 全场有组织和无组织排放量之和约在2～3t/a。

表1 调查化工企业VOCs废气处理方法

2.2 企业治理现状

根据14 家化工企业情况，汇总企业2016 年VOCs 的排放状况和治理方法，统计结果见下表1。统计结果显示，所调查企业中11 家企业均安装了VOCs 处理设施，占到总数的80%。共统计了一个19 个工艺废气排口及相应的处理设施。企业VOCs 废气成分复杂，以二甲苯、甲醇、甲醛和异氰酸酯为主要特征污染物。采用单级或多级喷淋法处理的11 套装置；采用活性炭吸收或与其他连用的同样9 套装置；采用燃烧法处理的仅有2 套。喷淋法对VOCs 的处理效率较低，而活性炭对甲醇等低沸点物质的处理效果同样较差。

2.3 泄漏检测和修复

在所调查的企业中，仅有1 家企业在过去三年中做过泄漏检测与修复检测（LDAR），多数企业未进行LDAR 检测。表明该区的化工企业在设备泄漏环节还有较大的减排潜力。

2.4 废水处理设施废气

在调查的企业中，仅有两家对废水池的废气进行收集，仅有一家利用生化法进行处理。其余12 家企业无废水处理设施，或未对废水处理设施进行加盖收集。该环节的无组织挥发VOCs减排同样有较大空间。

3 VOCs 末端治理方法讨论

化工行业的VOCs 废气排放状况较为复杂，可收集的部分主要为生产反应过程中产生的废气，其排放主要为间歇式，风量和VOCs 浓度变化范围大。对典型化工企业废气量特征分析，现将VOCs 浓度和废气风量大致分为以下几种情况，见表2。根据调研结果，结合化工生产特征，常见的废气类型为高浓度中/小风量，中浓度中/小风量，低浓度大风量。根据废气实际情况可使用单个或组合处理技术。

表2 废气特征分类

3.1 高浓度中/小风量

高浓度中小风量VOCs 废气是化工行业最常见的废气类型。对于高浓度的有机废气，根据废气的种类进行处理。当废气成分较为单一、沸点低、可回收利用效率高，则可先利用回收技术，如甲醇、乙醇、环氧乙烷等。处理后作为低浓度废气进行处理。当废气种类复杂，回收价值较低时，可直接进行燃烧或吸附处理。常见的组合处理方式如冷凝+活性炭吸附/催化燃烧。

通过冷凝器对可回收组分进行回收后，没有完全液化的小部分VOCs 废气，经活性炭吸附或催化燃烧，可达到处理效率90%以上[11]。该方法可以有效回收有价值废气，做到废物再利用，节约成本。但对废气成分较为挑剔，在成分较多时，不易于分离，成本增加。因此，在条件允许时最为经济适用，常用在油气回收企业。还可选用活性炭纤维吸附回收等方法。

3.2 中浓度中/小风量

当废气浓度略低，但具有回收价时，废气经过吸附浓缩后，再脱附进行冷凝。该方法提高了冷凝的效率，减少对空气、水蒸气的无效冷凝，节约成本。在吸附材料的选择上需要谨慎，活性炭吸附则不易于用热空气脱附，最好用热蒸汽或氮气脱附，则提高了脱附成本。使用分子筛吸附安全性较好，但价格较高，一次性投入高。当废气浓度成分复杂，无回收价值时，可直接采用蓄热式燃烧处理（RTO）装置，最直接彻底的处理，处理效率一般在90%以上[12]。该技术可以较为彻底地将VOCs 转化为无害的无机废气，但对废气流量、运转时间、运行成本有较高要求。或采用生物降解或其等离子等其他方法。

3.3 低浓度大风量

处理低浓度大风量的废气一般常见的有光催化法、紫外光解法、等离子法和生物法。但以上方法实际应用中处理效率较低，约在50%左右[12]。在VOCs（非甲烷总烃）浓度在500mg/m3时，不能完成达标的去除效果，此类方法适用于浓度更低，或者废气成分单一的废气。可考虑使用组合技术，如等离子体-光催化复合净化技术，协同作用能大大增强有机化合物的净化效果，处理效率达到80%以上[13]。

结语

（1）上海市某区十余家典型化工企业VOCs 排放和处理现状。该区化工生产企业采用的处理方法以活性炭吸附和喷淋吸收为主。对于废水处理废气和管线滴漏部分的无组织还有较大减排潜力。

（2）化工行业常见有回收价值的高浓度中小风量的废气可采用冷凝等回收方法后再用活性炭或催化燃烧法处理；对中低浓度中小风量的废气，可采用吸附浓缩后再冷凝回收的处理方式。

（3）化工行业VOCs 废气情况复杂，在选取VOCs 处理方法时，除了风量和VOCs 浓度，还需考虑废气温度，湿度、含有颗粒物情况及VOCs 成分等因素。须根据企业现实情况具体分析、具体试验找到合适的处理方法，并利用组合式的处理方式来优化处理效率，降低处理成本，最终达到VOCs 减排目标。