石油化工行业分散有机挥发物分段式集中处理工艺

沈 辉

(山东宝塔新能源有限公司，山东 淄博 255100)

随着科学技术不断进步和工业化水平的不断提高，人类在经济活动过程中，制造了包含烟尘、二氧化硫、氮氧化物和挥发性有机化合物等破坏自然环境的大气污染物。通常我们说的挥发性有机化合物VOCs，如按照馏程范围来分，一般是指常温、常压下沸点在50～260℃范围内的有机化合物，包括一些烃类、芳烃类、多环芳烃和芳烃衍生物等，也有人认为是任何可以在常温、常压下挥发的有机固体或液体，都属于挥发性有机化合物。

1 石油化工行业有机挥发物的主要来源

石油化工行业有机挥发物的主要来源分为以下几个途径，以石油和天然气为主要原料，生产燃料油品和化工产品过程中，各种机泵的机械密封组件、管线设备法兰接口、阀门管件等处泄漏的挥发性有机物；各种加热炉、焚烧炉、锅炉、火炬等排出的废气；油品储运过程中，储罐内的呼吸作用排出的挥发物，油品装卸车过程中产生的挥发物；含油污水生化处理过程中产生的逸散的废气等。

2 石油化工行业挥发性有机化合物的危害

挥发性有机化合物在大气中，光照作用下与空气中的氮氧化物发生反应生成臭氧，使空气质量严重下降，是制造雾霾的主要成分之一。挥发性有机化合物是形成空气中细小微粒(PM2.5)和臭氧的重要前体物质，大气中挥发性有机化合物VOCs在PM2.5中的比重范围可达到20%～40%左右。挥发性有机化合物VOCs大部分是可以产生溫室效应的气体，随着人类制造的挥发性有机化合物越来越多，近年以来全球范围内出现气候变暖的现象。空气中挥发性有机化合物VOCs超过一定浓度时，会使人的眼睛和呼吸道受到较严重的刺激，使人皮肤过敏、咽喉疼痛与人体免疫力下降。 挥发性有机化合物VOCs中成分较复杂，部分有机化合物具有一定毒性，会损害人的肝脏、肾脏、大脑和神经系统，甚至有可能导致人类患上癌症、血液系统、神经系统、生殖系统疾病等，对人类健康和大气环境保护造成严重威胁。

3 目前常见的挥发性有机化合物处理技术

3.1 吸附法

对于处理流量较大, 挥发性有机化合物浓度较低的废气，吸附法是较常用的方法之一。有些固体表面具有分子引力和化学键能，可使有机物分子在固体表面吸附并富集，我们称这种固体为吸附剂。使用吸附法净化处理废气中的挥发性有机化合物，就是是废气与单位比表面积较大的多孔固体吸附剂在吸附器中接触，将废气中的挥发性有机化合物分子吸附在固体吸附剂表面，使废气得到净化。常用的固体吸附剂有活性炭、硅胶、活性氧化铝、合成沸石分子筛、酚醛树脂等。吸附效果较好的吸附剂需具有比较大的比表面积和孔隙率，广泛的选择性，机械强度大不易粉碎，使用成本较低等特点。

3.2 冷凝法

冷凝法用于回收废气中的挥发性有机化合物部分可在低温下冷凝的组份。通常在油料储运装卸过程中使用冷凝法回收油气中夹带的轻烃组份。来自油品装卸车系统的油气在油气回收装置经过一级或多级深冷，一般冷却到-75℃左右，油气中的绝大部分轻烃会液化，重力流入集油罐储存。冷凝法处理废气，需设置真空机组和冷冻机组，能耗较高，因布置在防爆区域，一般投资较多，还需考虑与其他设备安全间距，适用于油料储运装卸过程产生油气中轻烃的回收，不适宜处理低浓度废气。

3.3 低温等离子体处理法

低温等离子体处理技术是在废气通过电极时，电极上的外加电压达到废气电子放电的电压时，废气气体分子被击穿，产生包括各种电子、离子、原子和自由基在内的混合体。整个气体分子放电过程中，电子温度很高，但整个系统处于低温状态，因此称为低温等离子体。废气气体分子被击穿后产生的高能电子、自由基等活性粒子和废气中的挥发性有机化合物作用，发生一系列氧化反应，使挥发性有机化合物分子在较短的时间内转化分解。

3.4 光催化氧化法

废气中的挥发性有机化合物分子在特定波长的光波辐射和催化剂光触媒作用下发生氧化反应，从而除去废气中的挥发性有机化合物。

3.5 生物处理法

废气生物处理法原理类似于生物法处理污水，先将废气通入装满水的生物膜反应器，挥发性有机化合物溶于水后，附着在生物膜表面，被微生物吸收降解，转化为二氧化碳、水等简单无机物。

3.6 液体吸收法

液体吸收法是废气在吸收塔内与吸收溶液逆流接触，废气中的挥发性有机化合物被吸收液吸收，从而实现废气的净化。这种吸收有物理作用和化学作用两种。一种是废气中的挥发性有机化合物溶解于吸收液，一种是废气中的挥发性有机化合物与吸收液发生化学反应，而被除去。

3.7 焚烧法

焚烧法处理废气是在焚烧炉中挥发性有机化合物发生氧化燃烧或高温降解反应，转变成无害的水和二氧化碳等。一般有直接燃烧和催化燃烧两种方式。催化燃烧可使挥发性有机化合物在较低温度下加快反应速度，尤其适合中高浓度废气的净化。

除了以上常规废气处理技术，还有一些新技术、新材料、新装备正处于研发和推广阶段，比如新型改性分子筛吸附浓缩技术、高效蓄热式催化氧化燃烧技术、新型水基生物强化吸收技术等。

4 石油化工行业分散有机挥发物分段式集中处理工艺

针对单独使用一种废气处理工艺无法处理多种废气的情况，我们开发了“一种将不同种类、不同性质、不同位置的气体进行分段特殊处理后在集中处理达标排放的净化装置”。油品储运罐区内挥发性油气、油品装卸站挥发性气体使用配有风罩、风机、风管收集系统，集中收集进入油气回收装置，回收轻烃后进入两级溶剂回收塔处理；氨水罐、硫氢化钠储罐等酸碱类储罐排放废气使用配有风罩、风机、风管收集系统，集中收集进入碱洗塔、水洗塔，两级逆流接触吸收，然后进入两级溶剂回收塔处理；污水处理装置生化处理单元逸散的恶臭气体使用风罩、风机、风管收集系统，集中收集进入生物膜反应器初步处理，再送入两级溶剂回收塔处理。在两级溶剂回收塔中，脱除各路废气中的绝大部分有机污染物，所有废气经溶剂吸收净化处理后，通过活性炭吸附塔吸附净化，处理达标后排放，排放气满足《石油化学工业污染物排放标准》GB 31571-2015标准排放。

5 结语

随着国家对环境保护日益重视，人们环保意识逐步提高，目前已出现多种挥发性有机化合物处理技术，但每种技术都不可能完全处理挥发性有机化合物中的所有组份达标排放，而且各种废气处理设备普遍价格昂贵，运行费用高，使企业承受沉重的环境治理负担。选择废气处理工艺时应根据废气中挥发性有机化合物的浓度进行优化选择。对于挥发性有机化合物浓度含量较少的废气，可采用固体吸附剂吸附工艺回收后达标排放；也可采用生物膜反应净化工艺、等离子体处理工艺或光催化氧化工艺等净化后达标排放。对于挥发性有机化合物浓度含量中等的废气，可采用溶剂洗涤吸收、固体吸附剂吸附回收工艺，也可采用催化氧化燃烧工艺和热力焚烧炉焚烧工艺，净化后达标排放。当采用催化氧化燃烧工艺和热力焚烧炉焚烧工艺进行净化时，应配套余热回收装置，利用余热副产蒸汽或发电。对于挥发性有机化合物浓度含量较高的废气，如含有较多沸点较低的烃类可采用深冷冷凝回收、溶剂洗涤吸收、固体吸附剂吸附回收工艺进行回收利用，并配套其他废气处理工艺，组合处理实现达标排放。因此我们需要根据企业实际情况，选择工艺先进、运行费用可控的组合处理工艺处理废气，在发展经济的同时，保持绿水青山的优美环境。