化工行业VOCs废气治理的应用

惠州市南岳环保科技有限公司 苏艳敏

VOCs废气污染已经成为当今社会广泛关注的环境问题，而VOCs废气污染主要来源于化工行业的产业化发展。在VOCs废气污染治理的过程中需要加强对化工行业各工艺环节的VOCs废气产污分析，同时还需要充分了解化工行业现有的VOCs废气治理技术，选择适合的废气治理方案。并且相关研发人员还要加强对VOCs废气治理技术的有效研究，适当借鉴先进VOCs废气治理的经验，以实现VOCs废气治理技术的不断创新和发展，从而完善我国VOCs废气治理体系，促进化工行业的稳定发展。

一、VOCS概述

（一）VOCs的分类及特性

我国城市地区的VOCs主要来源包括机动车排放、油品挥发泄漏、溶剂使用排放、液化石油气使用、工业排放等。按挥发性有机化合物（VOCs）的化学结构，可分为8类：烷烃类、芳香烃类、烯烃类、卤代烃类、酯类、醛类、酮类和其他化合物。从环保意义上讲，主要指化学性质活泼的一类挥发性有机物。常见的VOCs有苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、三氯乙烯、三氯甲烷、三氯乙烷、二异氰酸酯（TDI）、二异氰甲苯酯等。

VOCs最典型的共有特性是具有挥发性。许多VOCs具有易于发生化学反应的特性（反应性）。目前知道的VOCs在空气中可发生很多种化学反应，最主要的几种反应类型包括：（1）VOCs与羟基自由基的反应，被氧化成有机自由基，然后进一步分解、反应。（2）部分含双键的VOCs（如烯烃、二烯烃等）与臭氧发生反应形成双自由基，再进一步分解、反应。（3）少数含氧有机物，如甲醛、丙酮等醛酮类VOCs，可以直接被光分解，形成自由基，从而引发更多反应。此外，VOCs是PM2.5和O3的重要前体物，对夏季臭氧和秋冬季细颗粒物污染贡献巨大；一部分VOCs还具有毒性，对人体健康有害，如苯、甲苯等。

（二）VOCs的危害

1.环境危害

VOCs对环境的危害主要为诱发雾霾天气，破坏臭氧层，造成温室效应等。VOCs是形成PM2.5和O3等二次污染物的重要前体物，会引发灰霾、光化学烟雾等大气环境问题。随着我国工业化和城市化的快速发展以及能源消费的持续增长，以PM2.5和O3为特征的区域性复合型大气污染日益突出，区域内空气重污染现象大范围同时出现的频次日益增多，严重制约社会经济的可持续发展，威胁人民群众身体健康。此外，很大一部分VOCs有明显异味，会严重影响人们的生活质量，造成区域矛盾和投诉居高不下。

2.人体健康危害

VOCs除了会对环境产生危害以外，对人体健康也会造成一定的危害。环境空气中部分VOCs具有特殊气味并且表现出刺激性、腐蚀性、器官毒性、致癌性，对人体健康造成较大的影响。某些VOCs可使皮肤出现丘疹瘙痒等症状，对眼鼻呼吸道等有刺激作用，导致眼睛、鼻子、喉咙发炎，严重时可引起气喘、神志不清、晕厥、呕吐及支气管炎等；引起胃胀、胃痛，损伤肝、肾，影响中枢神经系统造成头疼等症状；某些挥发性有机物（如苯、芥子气、氯乙烯、4-氨基联苯、双氯甲醚和工业品级氯甲醚、甲醛）被认为或者已经被证实对人体具有致癌效应，室内长期暴露于高浓度VOCs下会明显增加得肺癌、白血病和淋巴瘤的几率。

（三）我国VOCs废气治理现状

由于历史原因，多年的工业化进程中排放的大量废气已经使我国的自然生态环境出现了很大变化，环境污染非常严重，雾霾天气遍布全国。随着科学技术的发展和人们知识水平的普遍提高，环境治理越来越受到重视。由于挥发到空气中的VOCs气体不容易控制，而且危害非常大，因此最有效的方法是控制它的产生。鉴于此，国家不仅出台了很多法律法规、环保行业标准及规范文件，同时还投入了大量的资金支持VOCs治理工作。近年来，企业也按照国家要求在使用燃料时应用废气处理设备，或选用了环保燃料或其他清洁能源，对于工业用溶剂也尽量选择污染小的种类，同时对反应过程进行管理，大大减少了VOCs的排放量。对于人们的出行，国家也大力宣传倡导绿色出行，多使用公共交通，减少私人车辆行驶，新能源汽车的发展已经成为一种新的趋势，很多地区也陆续推出了车辆限行政策，但治理效果仍然不够理想。目前VOCs的排放量虽然得到了很大程度的控制，但由于工业生产一直在发展，VOCs废气的成分越来越复杂，处理难度越来越大，因此，VOCs废气的治理工作仍然存在着相当大的挑战。

二、化工行业VOCs废气产污分析

化工产业是国民经济的基础性产业，关乎各行各业的发展。化工行业市场规模庞大，具有门类繁多、工艺复杂、产品多样等特点。化工行业分为基础化工和石油石化两个一级子行业，其中，基础化工行业包括农用化工、化学纤维、化学原料、塑料及制品、橡胶及制品、其他化学制品等二级子行业；石油石化行业包括石油开采、石油化工、油服工程等二级子行业。无论是基础化工行业还是石油石化行业都是VOCs废气的排放大户，是VOCs废气治理的主要目标。

化工行业虽然门类繁多、工艺复杂，但是VOCs产污来源相对固定。化工行业VOCs产污环节主要集中在VOCs物料储存、物料转移和输送过程、生产设备与管线组件泄漏、生产工艺操作过程、敞开液面、非正常排放等。因此，在对化工行业VOCs废气治理的过程中应该针对以上各个产污环节的VOCs逸散通过源头削减、过程控制和末端治理三管齐下进行有效控制，才能确保VOCs废气治理达到理想的效果。

三、化工行业VOCs废气治理技术的应用

化工行业VOCs废气的产污特性，决定了其在VOCs废气治理时，要采用综合治理方案。综合治理方案主要从源头削减、过程控制和末端治理这三个方面入手，再结合管理台账和自行监测等环境管理手段。（1）源头削减：通过使用低VOCs含量的原辅材料、清洁生产工艺等措施减少VOCs的产生；（2）过程控制：通过对工艺设计、设备性能、运行操作以及技术管理等提出控制要求，减少VOCs的无组织排放；（3）末端治理：通过应用经济高效治理技术，确保VOCs废气稳定达标排放；（4）环境管理手段：通过管理涉及VOCs各产污环节的相关台账和定期的自行监测，进行自查自纠，减少非正常排放的产生。

（一）源头削减治理技术的应用

1.从产业链优化控制VOCs废气的产生

调整化工产业布局，将原来的粗放式生产加工，转变为集约式发展模式。对该行业产业链进行全面剖析，吸收跨国企业经营经验，利用规模产业链的办法，引导上游企业加大化工产品的研发创新，研发出更多低VOCs含量的化工产品。让中下游的化工生产企业能够使用低VOCs含量物料作为原材料，对中下游产品进行绿色改良，以促进整个化工行业的良性发展。

2.从生产原料使用控制VOCs废气的产生

使用低（无）VOCs含量、低反应活性的物料作为生产原辅材料，加快对芳香烃、含卤素有机化合物的绿色替代，使用非卤代烃和非芳香烃溶剂；使用无毒、无害或低毒、低害的物料作为生产原辅材料，减少有毒、有害原辅材料的使用。

3.从生产设备和生产工艺选用控制VOCs废气的逸散

在明确VOCs废气产污节点的前提下，不断地对生产技术进行优化和改进，选用全密闭、连续化、自动化等先进的生产工艺技术，以及高效密闭的工艺和设备进行生产，防止有毒有害气体挥发到大气环境中。与此同时，尽量选用无泄漏、低泄漏的泵，压缩机、过滤机、离心机、干燥设备等辅助生产设备和密闭式的循环水冷却系统。

（二）过程控制治理技术的应用

1.开展设备与管线组件泄漏检测与修复（LDAR）工作

对载有VOCs物料（含气态和液态）的设备和管线组件的密封点进行识别，建立密封点档案并制定“泄漏检测与修复”的管理制度和工作计划，包括对密封点进行编号和标记，制定该项工作开展的程序，确定检测方法、检测频率、泄漏浓度限值和修复要求等。

建立密封点LDAR信息管理平台，全面分析泄漏点的信息，对易泄漏环节制定针对性的改进措施，以减少设备和管线组件中VOCs的泄漏排放。

2.控制VOCs物料储存过程的废气排放

VOCs物料储存于密闭的容器、包装袋、储罐、储库、料仓中，并确保在非取用状态时盛装VOCs物料的容器做好加盖、封口等保持密闭的措施。挥发性有机液体储存设施在符合安全等相关规范的前提下，依据储存物料的真实蒸气压选择适宜的储罐罐型进行储存，如压力罐、低压罐、固定顶罐、高效密封的浮顶罐或安装顶空联通置换油气回收装置的拱顶罐等。同时采取平衡措施控制进出罐流量、维持罐内气相平衡，并定期对储罐进行维护检查。

挥发性有机液体的装卸采取全密闭、液下装载等方式，严禁喷溅式装载。汽油、石脑油、煤油等高挥发性有机液体和苯、甲苯、二甲苯等危险化学品的装卸过程优先采取高效油气回收措施。

3.控制生产工艺过程的废气排放

液态VOCs物料采用密闭管道输送方式或采用高位槽（罐）、桶泵等给料方式密闭投加；粉状、粒状VOCs物料采用气力输送方式或采用密闭固体投料器等给料方式密闭投加。无法密闭投加的，在密闭空间内操作，或进行局部气体收集，废气排至VOCs废气收集处理系统。

生产期间，所有涉VOCs的生产工序采用密闭设备或在密闭空间内操作，废气应排至VOCs废气收集处理系统；无法密闭的，应采取局部气体收集措施，废气应排至VOCs废气收集处理系统。

4.控制敞开液面的废气排放

工艺过程排放的含VOCs废水，集输系统采用密闭管道输送；如采用沟渠输送，应加盖密闭。废水集输系统的接入口和排出口应采取与环境空气隔离的措施。

对于开式循环冷却水系统，定期开展循环水塔和含VOCs物料换热器进出口的总有机碳（TOC）检测工作，并将其纳入泄漏检测与修复（LDAR）工作中。

5.控制非正常工况废气排放

制定开停车、检维修、生产异常等非正常工况的操作规程和污染控制措施。载有VOCs物料的设备及其管道在开停工（车）、检维修和清洗时，应在退料阶段将残存物料退净，并用密闭容器盛装，退料过程废气排至VOCs废气收集处理系统；清洗及吹扫过程排气排至VOCs废气收集处理系统。

（三）末端治理控制技术的应用

1.工艺废气收集原则

根据生产工艺、操作方式以及废气性质、处理和处置方法，设置不同的废气收集系统，尽可能对废气进行分质收集，各废气收集系统均应实现压力损失平衡及较高的收集效率。

废气收集系统的输送管道应密闭并在负压下运行，若处于正压状态，应对管道组件的密封点进行泄漏检测，纳入泄漏检测与修复（LDAR）工作中。

2.末端治理技术的选用

VOCs废气的末端治理技术主要有吸附法、燃烧法（热力燃烧和催化燃烧）、吸收法、冷凝法、生物法及其组合技术。各种末端治理技术都有其特定的适用范围，在选用具体的治理技术时，应先对VOCs废气的组分及浓度、温度、湿度、风量等进行分析后，再从技术可行性和经济可行性两方面考虑选择。

与此同时，还需结合不同处理风量对废气治理技术进行选择。如大风量低浓度的VOCs废气建议选用吸附浓缩+催化燃烧/热力燃烧组合技术；小风量低浓度的VOCs废气则可直接选用吸附法进行治理，但需定期更换活性炭，确保废气的治理效果；中小风量中高浓度的VOCs废气可选用催化燃烧（CO/RCO）和热力燃烧（TO/RTO）治理技术。

此外还需要考虑废气温度和湿度对各种治理技术处理效果的影响。若废气温度较高或者湿度较大，采用吸附法时需要先对废气进行降温预处理或者除湿预处理，以保证活性炭对有机物的吸附效果。

3.末端治理的运行管理

废气收集处理系统和VOCs末端治理设施应在生产工艺设备启动前开机运行，即废气收集处理系统和VOCs末端治理设施达到正常运行状态后才能开启生产工艺设备投入正常生产。废气收集处理系统和VOCs末端治理设施在生产工艺设备运行的全过程（包括启动、停车、维护等）均应保持正常运行，并在生产工艺设备停车后将系统中所有VOCs废气净化处理完后才可停机。

（四）环境管理手段的应用

1.建立环境管理台账

建立VOCs物料全过程管理的台账记录制度，包括含VOCs原辅材料台账、密封点泄漏和检测台账、含VOCs原辅材料储存台账、含VOCs原辅材料装载台账、含VOCs废水集输系统台账、循环冷却水系统台账、非正常工况排放台账、事故排放台账、废气治理设施运行台账和维护保养台账、危废台账等。

2.定期组织自行监测

根据相关行业的《排污单位自行监测技术指南》和《排污许可证申请与核发技术规范》中关于各废气监测点位、监测指标及最低监测频次的要求，分别对有组织废气和无组织废气进行监测，并保留原始的监测数据。

3.其他环境管理方式

政府部门要充分发挥自身的监管职能，结合不同行业的实际状况制定相应的标准和政策，确保企业都能够严格按照相关规定，实现废气的达标排放；对于不按照规定要求达标排放的企业要进行严格处罚，且重点加大对此类企业的管控力度。此外，政府部门还应该做好相关法律法规和政策文件的宣导工作，让化工企业对VOCs废气治理理念的认识更加深刻；并加大资金、政策的支持力度，鼓励企业开展废气治理工作，促进企业产业结构得到全面升级和优化，减少VOCs废气的产生和排放。

四、结束语

VOCs具有易挥发性特征，现阶段的研究表明，VOCs是PM2.5和O3的重要前体物，对夏季臭氧和秋冬季细颗粒物污染贡献巨大；部分VOCs还具有毒性，对人体健康有害。VOCs主要来源包括机动车排放、油品挥发泄漏、溶剂使用排放、液化石油气使用、工业排放等，其中化工行业是VOCs废气的排放大户。化工行业的VOCs产污来源相对固定，在进行VOCs废气治理时，针对各产污环节采用源头削减、过程控制和末端治理的综合治理方案，能够确保VOCs废气治理达到理想的效果。但是，为了促进化工行业的持续稳定发展，仍需加强对VOCs废气治理技术的有效研究，实现VOCs废气治理技术的不断创新和发展，从而充实我国VOCs废气治理体系。