石油和化工企業(yè)如何選擇VOCs治理技術(shù)
隨著環(huán)保力度的加大，VOCs治理越來(lái)越受到關(guān)注。石油和化工行業(yè)VOCs排放總量大，成分復(fù)雜多樣，排放工況多變，很多復(fù)雜性問(wèn)題亟待解決。同時(shí)，VOCs治理技術(shù)有多種方法，并有著各自的特點(diǎn)和適應(yīng)范圍。那么，這些技術(shù)各有哪些優(yōu)缺點(diǎn)，企業(yè)又應(yīng)該如何選擇這些技術(shù)呢?
定義不同：治理目標(biāo)均為減輕污染
VOCs英文全稱為Volatile Organic Compounds，翻譯為揮發(fā)性有機(jī)化合物，最早出現(xiàn)在20世紀(jì)70年代末美國(guó)聯(lián)邦環(huán)保署(EPA)出版的《污染物控制技術(shù)指南》中。該《指南》首次明確了VOCs的定義:除CO、CO2、H2CO3、金屬碳化物、金屬碳酸鹽、碳酸銨之外，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下蒸汽壓大于0.1mmHg(1mmHg=0.133kPa)的碳化合物。
而我國(guó)對(duì)VOCs沒(méi)有統(tǒng)一定義，各種標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)VOCs定義各不一樣。如《環(huán)境標(biāo)志產(chǎn)品技術(shù)要求膠印油墨》(HJ/T370-2007)及《環(huán)境標(biāo)志產(chǎn)品技術(shù)要求凹印油墨和柔印油墨》(HJ/T371-2007)定義VOCs為：在101.3KPa壓力下，任何初沸點(diǎn)低于或等于250℃的有機(jī)化合物;在《合成革與人造革工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB21902-2008)中，VOCs指常壓下沸點(diǎn)低于250℃，或者能夠以氣態(tài)分子的形態(tài)排放到空氣中的所有有機(jī)化合物(不包括甲烷);在《城市大氣揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOCs)監(jiān)測(cè)技術(shù)指南》中，VOCs是指在常壓下沸點(diǎn)低于260℃或常溫下飽和蒸汽壓大于70.91Pa的有機(jī)化合物;《石油化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB31571—2015)3.11條對(duì)VOCs的定義為：參與大氣光化學(xué)反應(yīng)的有機(jī)化合物，或者根據(jù)規(guī)定的方法測(cè)量或核算確定的有機(jī)化合物。
雖然各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)VOCs定義不一，但目的均為限制揮發(fā)性有機(jī)化合物的排放，減輕環(huán)境污染。
回收技術(shù)：處理后返回工藝再利用
目前的VOCs治理技術(shù)可概括為兩大類：回收技術(shù)和銷毀技術(shù)。
回收技術(shù)是通過(guò)物理的方法，改變溫度、壓力或采用選擇性吸附劑和選擇性滲透膜等方法來(lái)分離有機(jī)污染物。主要包括吸附技術(shù)、吸收技術(shù)、冷凝技術(shù)及膜分離技術(shù)等。回收的揮發(fā)性有機(jī)物可以直接或經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單純化后返回工藝過(guò)程再利用，以減少原料的消耗，或者用于有機(jī)溶劑質(zhì)量要求較低的生產(chǎn)工藝，或者集中進(jìn)行分離提純。
其中，吸收法主要利用吸收劑與VOCs之間的物理性質(zhì)差異將二者分離，通常采用低揮發(fā)性或不揮發(fā)性溶劑。吸附法主要采用吸收劑吸附廢氣中的VOCs，從而達(dá)到去除有機(jī)廢氣的目的，常用吸附劑主要有顆?；钚蕴俊⒗w維活性炭、蜂窩狀活性炭等。
由于廢氣成分是多種多樣的，每種成分在不同溫度和壓力下具有不同的飽和蒸汽壓，冷凝法主要就是通過(guò)降低溫度或改變壓力使廢氣中有機(jī)組分的壓力等于該組分的飽和蒸汽壓，從而使該部分成分由氣態(tài)轉(zhuǎn)化成液態(tài)并分別進(jìn)行收集。
而膜分離法是一種新型回收治理技術(shù)，主要利用高分子膜的選擇透過(guò)性。油氣是由多種組分組成的，不同的組分在不同壓力下具有不同的滲透壓。在特定壓差下，使有機(jī)廢氣能選擇透過(guò)高分子膜而其他氣體物質(zhì)不能透過(guò)該層膜來(lái)達(dá)到分離的目的。
銷毀技術(shù)：轉(zhuǎn)變?yōu)槎趸己退?/strong>
銷毀技術(shù)是通過(guò)化學(xué)或生化反應(yīng)，用熱、光、催化劑或微生物等將有機(jī)化合物轉(zhuǎn)變成為二氧化碳和水等無(wú)毒害無(wú)機(jī)小分子化合物的方法。主要包括催化燃燒法、蓄熱式燃燒法、蓄熱式催化燃燒法、生物氧化、低溫等離子體法、光催化氧化技術(shù)、超低排放燃燒法等。
其中，催化燃燒法是在直接燃燒的基礎(chǔ)上加入催化劑，在催化劑的作用下，廢氣中的VOCs等可燃組分在較低的溫度(250～350℃)下進(jìn)行氧化，將VOCs氧化成CO2和H2O。催化燃燒法主要分為浸漬法和共沉淀法兩種。
蓄熱式焚燒法(RTO)是把有機(jī)廢氣加熱到760℃以上，使廢氣中的有機(jī)物氧化分解成CO2和H2O。氧化產(chǎn)生的高溫氣體流經(jīng)陶瓷蓄熱體，使陶瓷體升溫，從而用于對(duì)原始廢氣進(jìn)行預(yù)熱。陶瓷蓄熱體通常分為兩室或三室。蓄熱式催化燃燒法(RCO)是RTO的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，其原理是在一定溫度下，在催化劑的作用下將污染物完全氧化為CO2和H2O，同時(shí)回收熱量。
低溫等離子體技術(shù)作為近年來(lái)發(fā)展勢(shì)頭較猛的新技術(shù)，在惡臭污染治理中應(yīng)用越來(lái)越多。其原理有兩個(gè)方面：一是在等離子體產(chǎn)生的過(guò)程中，高頻放電的瞬間所產(chǎn)生的高能量可以破解部分有害氣體分子的化學(xué)能，使之分解為單質(zhì)原子或無(wú)害分子;二是等離子體中包含大量的高能電子和具有強(qiáng)氧化性的自由基，這些活性粒子和部分臭氣分子碰撞結(jié)合，使得臭氣分子的化學(xué)鍵斷裂，直接分解成單質(zhì)原子或由單一原子構(gòu)成得無(wú)害氣體分子。同時(shí)產(chǎn)生大量的活性自由基和氧化性極強(qiáng)的O3，與有害氣體分子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，最終生成無(wú)害產(chǎn)物。
超低排放燃燒技術(shù)(CEB)主要使用金屬纖維無(wú)煙無(wú)火焰燃燒器，預(yù)先混合均勻的燃?xì)饪諝饣旌衔锪飨蛉紵黝^部，在透氣性均勻的金屬纖維織物表面層以藍(lán)焰方式在織物上方燃燒。火焰由數(shù)以百萬(wàn)計(jì)小火焰組成，呈藍(lán)色浮在表面上，熱量以對(duì)流方式釋放。
各有優(yōu)缺：組合技術(shù)成為佳選
事實(shí)上，每種VOCs治理技術(shù)都有其各自的適用性和局限性。比如，吸收法有簡(jiǎn)單易行、投資成本低、操作費(fèi)用低、使用范圍廣的優(yōu)點(diǎn)，但也有依賴于吸收劑、對(duì)吸收劑的品質(zhì)需求較高、會(huì)產(chǎn)生廢水等缺點(diǎn);膜分離法作為新型回收治理技術(shù)，對(duì)使用技術(shù)要求不高且能高效分離有機(jī)廢氣，但成本較高，膜的穩(wěn)定性目前也有不足;而蓄熱式催化燃燒法雖然效率高、能耗低，卻不能處理含硫含氯及其他鹵族元素的廢氣。
因此，企業(yè)應(yīng)依據(jù)排放廢氣特征、VOCs組分及濃度、生產(chǎn)工況等，合理選擇治理技術(shù)。如低濃度、大風(fēng)量廢氣宜采用沸石轉(zhuǎn)輪吸附、活性炭吸附、減風(fēng)增濃等濃縮技術(shù);高濃度廢氣可優(yōu)先進(jìn)行溶劑回收，難以回收的宜采用高溫焚燒、催化燃燒等技術(shù);油氣(溶劑)回收宜采用冷凝+吸附、吸附+吸收、膜分離+吸附等技術(shù);低溫等離子、光催化技術(shù)主要適用于惡臭異味等治理。
從石油和化工企業(yè)的實(shí)際情況來(lái)看，生產(chǎn)中產(chǎn)生的VOCs多種多樣，單一的技術(shù)往往無(wú)法滿足治理需求，通常采用多種技術(shù)組合使用。尤其是對(duì)治理難度大、單一治理工藝難以穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的廢氣要采用多種技術(shù)的組合工藝，比如冷凝吸附、冷凝吸收、吸附燃燒等。組合技術(shù)可以最大程度上發(fā)揮各自優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)企業(yè)的VOCs治理提供最佳助力。
在石油和化工行業(yè)快速發(fā)展的今天，VOCs是不可避免的污染物。在采取措施實(shí)現(xiàn)源頭控制VOCs排放量的同時(shí)，應(yīng)加快研究開(kāi)發(fā)更高效更經(jīng)濟(jì)的綜合治理技術(shù)，為企業(yè)提供更多元、更經(jīng)濟(jì)的選擇，以削減VOCs帶來(lái)的污染。