化工园区企业VOCs排放治理技术的评价分析

2017-10-11李文娟董事壁滕富华陆建海缪孝平顾震宇

化工设计通讯 2017年9期

关键词：等离子体化工企业废气

李文娟，董事壁，滕富华，陆建海，缪孝平，顾震宇

（浙江省环境保护科学设计研究院，浙江杭州 310007）

化工园区企业VOCs排放治理技术的评价分析

李文娟，董事壁，滕富华，陆建海，缪孝平，顾震宇

（浙江省环境保护科学设计研究院，浙江杭州 310007）

以浙江省某典型化工园区为研究对象，通过对园区内化工企业的生产工艺、VOCs排放情况及VOCs处理设施的详细调研，总结园区内企业VOCs排放特征，从技术和经济两方面对园区内主流VOCs治理技术进行了分析和评价，为化工企业选择VOCs治理技术提供参考。

化工园区；挥发性有机物；治理技术；评估

Abstract：This study chose one typical chemical industry park in Zhejiang Province as the object.Through the investigation of production technologies，VOCs emission and VOCs emission control technologies of chemical enterprises，this study summarized the VOCs emission characteristics in the park，analyzed the effect of VOCs emission treatment technologies.Finally the main VOCs emission treatment technologies were evaluated from technology and economy the two aspects，which can provide reference when selecting VOCs emission treatment technologies in chemical industry park.

Key words：chemical industry park；volatile organic compounds；treatment technology；evaluation

挥发性有机物（Volatile Organic Compounds，VOCs）是指在室温下蒸汽压大于133.32Pa、且在大气环境中沸点在50～250℃的易挥发有机化合物[1]。VOCs种类繁多，成分复杂，有研究表明，VOCs是臭氧和二次有机颗粒物的重要前体物[2-3]。

目前工业源排放的VOCs已经成为我国VOCs主要来源。石油化工行业作为我国工业生产的主导产业，工艺过程容易产生大量VOCs，排放量大且排放点分散[4]。而化工园区则是以石化化工产业为纽带形成的加工体系匹配、产业联系紧密的产业聚集地[5]。化工园区内企业大多属于石油化工、生物化工、精细化工行业[6]，生产工艺复杂，排放的VOCs种类多、成分复杂，VOCs污染十分严重。

随着我国化工园区数目的迅速增加，化工园区内企业排放VOCs引起的环境问题越来越受人们的关注[7]。而我国对化工园区各类VOCs治理技术的应用和运行情况缺乏系统调查。如何评价并选择合适的排放治理技术也是亟待解决的问题[7]。因此，本研究选取浙江省杭州湾沿岸的某典型化工园区，对化工园区内化工企业的VOCs排放特征和治理技术进行调研，并对VOCs排放治理技术进行评价。

1 评价对象及方法

1.1 评价对象

化工行业是浙江省支柱产业之一，经国家认定的化工园区多达十几家。本文选取浙江省杭州湾南岸某化工园区作为评价对象，该化工园区以精细化工产业为主。

1.2 评价方法

首先对化工园区内企业进行了详细调研，调查信息包括生产工艺、VOCs排放情况和VOCs治理技术与运行情况等，最后对汇总的信息进行分析整合。

化工园区企业VOCs排放治理技术的评价包括技术和经济两个方面。在技术方面，从企业实际应用情况阐明技术的优缺点，分析技术在应用过程的问题。在经济方面，计算企业在安装和运行处理技术的投资费用和运行成本。

2 评价结果

2.1 行业概述

本次研究调研了化工园区77家化工企业，分为专用化学产品制造、涂料、油墨、颜料及类似产品制造、农药制造、化学药品原料药制造、日用化学产品制造、化学药品制剂制造、生物药品制造和其他八大类。企业分类情况如图1所示。

图1 该化工园区企业分类情况

2.2 化工园区VOCs排放特征

（1）排放点多，排放量大，无组织排放严重。园区内化工企业通常有多套生产设备，每个生产设备都分布几十个VOCs排放点，且VOCs大多低空无组织排放，厂界废气浓度较高。

（2）间歇性排放多。精细化工的反应过程基本为间歇反应，VOCs排放也呈间歇性排放。

（3）VOCs排放组分不稳定。生产的原辅料成分复杂，排放的VOCs组分和浓度变化大，同一套装置在不同时期排放的污染物组分不一致。

（4）VOCs废气影响范围广。化工企业排放的VOCs大多具有恶臭异味，嗅阈值低、易扩散、影响范围广，因此化工园区经常收到周边居民关于恶臭异味的信访投诉。

（5）“跑冒滴漏”等现象产生VOCs排放。由于生产的易燃、易爆物质多，反应过程激烈，加上生产装备水平和工艺技术水平较低及管理不善，“跑冒滴漏”等现象导致VOCs排放。

2.3 化工园区VOCs排放治理技术的评价结果

园区内安装有处理设施的企业比例为85%。不同VOCs处理技术的使用比例如图2所示。碱吸收法为使用率最高的处理技术，其次为水吸收+碱吸收、氧化吸收+碱吸收、酸碱吸收。由此可知，吸收法为该化工园区的主流处理技术。

图2 园区不同VOCs处理技术占比

对园区内VOCs治理技术的评价结果如表1所示。吸附法和吸收法的技术成熟度最高，投资成本和运行成本较低，但VOCs的去除率差别大，效果不稳定。等离子体法技术成熟度不高，电晕放电形式的等离子体法投资和运行成本较低，其他放电形式的等离子体法投资和运行成本较高，但在目前的应用案例中总体去除效果不理想。燃烧法包括直接燃烧法和蓄热式热力焚烧法（RTO），VOCs去除率高，适合大部分中高浓度、低含氯的VOCs废气，但投资成本和运行成本高于其他处理方法。在投资费用和运行费用中，+的多少代表费用的高低

表1 VOCs处理技术的评估对比

（1）吸收法。吸收法是利用VOCs组分在吸收剂中的溶解性差异对不同VOCs吸收分离的技术[8]。吸收法在化工园区内使用率最高，主要原因是技术成熟、工艺流程简单、投资运行费用低。化工企业排放的VOCs废气中水溶性组分，采用水喷淋吸收法具有较好的处理效果；酸性、碱性组分则可利用酸碱中和原理，分别采用碱性、酸性的喷淋液吸收。

表2列举了典型企业吸收法的相关指标。由于化工企业排放VOCs种类复杂，当单级吸收处理效率有限时，可采用多级吸收方式。在调研中发现，吸收法使用时存在吸收液更换不及时等问题，会导致处理效率严重下降。因此，化工企业需要及时更换并妥善处理吸收液，如有回用价值，可对吸收液进行精馏处理。

表2 典型企业吸收法的相关指标

（2）吸附法。吸附法是利用固体表面的不平衡的化学键力或分子引力，使VOCs其中的一种或多种组分浓缩于固体表面上，以达到分离的目的[9]。吸附法是目前处理VOCs最常见的方法，特别适用于处理中、低浓度、总排放量较少的VOCs[10]，技术成熟度高。吸附法设备简单、投资小、操作方便，但废吸附剂需要作为固废单独处理。高宗江等人实测了吸附法的处理效率不超过80%[11]，并且保证吸附剂及时更换。

表3列举了典型企业吸附法的相关指标。吸附法的投资成本和运行成本较吸收法有所增加。企业E和企业F的运行成本集中在购买吸附剂的费用。有些企业安装了脱附再生装置则可以降低运行成本（如企业G）。目前吸附法应用存在的问题是吸附剂更换不及时。如果没有适时更换或再生，吸附剂饱和后处理效率甚至可以降至零。

表3 典型企业吸附法的相关指标

（3）燃烧法。燃烧法是目前应用较为广泛的VOCs治理技术之一[8]。本次调研中涉及的燃烧法为直接燃烧和RTO。化工企业排放的废气往往温度较高[11]，采用燃烧法可以利用这部分热量。直接燃烧法工艺简单、技术成熟度高，但能耗高、运行成本高，且不适于处理含氯有机废气，否则易产生Cl2、COCl2、NOX、多氯二苯呋喃等有毒副产物[12]。RTO则通过蓄热材料回收热量，可以达到90%～95%的热回收率，运行费用降低。园区内采用燃烧法的企业VOCs排放组分复杂，包含甲苯、二氯甲烷、二甲基亚砜、甲醇等十几种，基本来自生产工艺（如精馏、反应釜等）排放的废气。燃烧法的处理效率一般认为可达到95%以上[13]。

表4列举了燃烧法的相关指标。直接燃烧法的投资成本低于RTO法，但运行成本高于RTO法。目前应用的主要问题是燃烧法投资成本和运行成本均较高，且存在二噁英污染隐患。

表4 典型企业燃烧法的相关指标

（4）等离子体法。低温等离子体法利用高压脉冲放电获得高能电子、离子和自由基等活性粒子可与VOCs发生作用，将VOCs转化为CO2、H2O等无害或低害物质，从而使废气得到净化[11]。有研究表明，等离子体容易打开C—S和S—H，对于臭味和苯系物的净化均具有良好的效果[11，14-17]。等离子体法适宜处理低浓度、大风量的废气，但是实际应用的处理效果一般不超过70%[11]。表5列举了等离子体法处理的相关指标。

表5 典型企业等离子体法的相关指标

等离子体处理设施对恶臭指标有一定的处理效果，但对VOCs净化效率不高。目前等离子体处理在化工园区内的应用存在的问题是企业对于其作用机理研究不够充分，还没有形成规律性认识，很多企业只是在模仿这项技术，并没有真正掌握核心机理。

3 结束语

园区内化工企业以溶剂消耗型企业为主，VOCs废气排放量大且浓度较高。废气成分复杂、种类繁多，废气排放与化工企业生产情况息息相关，并伴有恶臭异味等，导致化工企业VOCs处理难度大。

园区内VOCs排放治理技术覆盖率为85%，以吸收法及其组合工艺为主，部分企业采用活性炭吸附、燃烧法、等离子体等技术。鉴于园区内VOCs排放特征复杂，部分企业采用的治理技术去除效果一般。园区内正推广燃烧法等高效治理技术，以提高VOCs处理效率。

园区内VOCs排放治理技术在长期的应用过程中存在不同程度的问题，主要有治理设施监管不力、吸附剂或吸收液更换不及时等。因此园区内企业应提高处理设施运行管理水平，保证处理设施的正常运行。

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