VOCs治理政策梳理及技术综述

VOCs治理政策梳理和技术解读

文章来源:PROCESS《流程工业》 点击数:34 发布时间:2018-09-13
2017年9月19日,环保部、发改委、财政部、交通部、质检总局和能源局六部委联合印发《十三五”挥发性有机物污染防治工作方案》。提出全面加强挥发性有机物(VOCs)污染防治工作,以重点行业和重点污染物为主要控制对象,推进VOCs与NOX(氮氧化物)等污染物协同减排,实现环境空气质量持续改善和产业绿色发展。本文梳理了目前VOCs治理政策及四大主流技术,以飨读者。
VOCs治理政策梳理及技术综述

挥发性有机物(VOCs)是是形成臭氧和PM2.5细颗粒物污染的重要前体物,中国VOCs排放量仍呈增长趋势,数据显示中国VOCs绝对排放量超过了2 000万t/a。《工作方案》主要目标到2020年,建立健全以改善环境空气质量为核心的VOCs污染防治管理体系,夯实管理基础能力;实施重点工业行业排污许可制,推进重点地区、重点行业VOCs污染减排,排放总量下降10%以上;通过与NOX等污染物的协同控制,实现环境空气质量持续改善。

监测治理难点

化工园区VOCs排放种类较多,排放浓度波动较大,可燃气体同时具有安全隐患,有一定毒性;化工产业聚集,排放总量相对较大;无组织排放源多,面宽、量大,收集治理难度大;园区适用监测技术有待提升,排放底数不清;监管能力严重不足,企业对有机废气污染的认识缺乏。

石油炼制与石油化工、煤化工、化学品储运等是VOCs排放的重点行业,相关数据显示,仅石化行业VOCs排放量就达到了300万t/a。石化行业VOCs排放可以归类为有组织、无组织两种排放形式,一共包含12种排放源项。

图1 化工园区VOCs来源与类型
图1 化工园区VOCs来源与类型

落实石化行业全面排放达标

全面推进石化行业、煤化工行业泄露与修复(LDAR);

加大制药、农药、煤化工(含现代煤化工、炼焦、合成氨等)、橡胶制品、涂料、油墨、胶黏剂、染料、化学助剂、日用化工等化工行业VOCs治理力度;

2017年底前,严格按照排污许可证要求完成石油炼制企业VOCs治理250家,炼油能力7.1亿t;

到2020年底前,完成现代煤化工VOCs治理60家、炼焦600家、合成氨300家,染料生产300家,塑料助剂和橡胶助剂等化学助剂生产2 500家;
到2019年底前,完成化学原料药和化学药物制剂生产企业VOCs治理2 000家,农药生产企业1 600家,涂料生产企业2 000家、油墨生产企业340家、胶黏剂生产企业1 500家;京津冀大气污染传输通道城市2017年底前已基本完成。

重点污染物

加强活性强的VOCs排放控制,主要为芳香烃、烯烃、炔烃及醛类等。各地应紧密围绕本地环境空气质量改善需求,基于O3和PM2.5来源解析,确定VOCs控制重点。对于控制O3而言,重点控制污染物主要为间/对-二甲苯、乙烯、丙烯、甲醛、甲苯、乙醛、1,3-丁二烯、1,2,4-三甲基苯、邻-二甲苯和苯乙烯等;对于控制PM2.5而言,重点控制污染物主要为甲苯、正十二烷、间/对-二甲苯、苯乙烯、正十一烷、正癸烷、乙苯、邻-二甲苯、1,3-丁二烯、甲基环己烷以及正壬烷等。同时,要强化苯乙烯、甲硫醇及甲硫醚等恶臭类VOCs的排放控制。

图2 石化企业VOCs排放12类源项
图2 石化企业VOCs排放12类源项

重点地区

京津冀及周边、长三角、珠三角、成渝、武汉及其周边、辽宁中部、陕西关中、长株潭等区域,涉及北京、天津、河北、辽宁、上海、江苏、浙江、安徽、山东、河南、广东、湖北、湖南、重庆、四川及陕西等16个省(市)。

为改善大气质量,中国正在加快推进VOCs污染防治,在《“十三五”挥发性有机物污染防治工作方案》中明确提出了,到2020年,建立健全VOCs污染防治管理体系,实施重点地区、重点行业VOCs污染减排,排放总量下降10%以上。此外,多地政府也出台了针对本地区及不同行业的VOCs减排工作方案,并且已经有21省市自治区开始对VOCs开征排污费。

政策层面的强化将使VOCs污染防治成为众多企业环保工作重点任务之一,而这也必将带动VOCs治理、监测、第三方服务等市场的爆发式增长,相关数据预测“十三五”期间,VOCs防治相关市场规模或将达到1 400亿元。

石油炼制与石油化工、煤化工、化学品储运等是VOCs排放的重点行业,相关数据显示,仅石化行业VOCs排放量就达到了300万t/a。

VOCs种类繁多,来源广泛,成分复杂,单一企业对VOCs防治工作可能面临积极性不够、资金和资源不足等问题。据相关调查研究表明,VOCs的排放源中化工企业(有机化工、精细化工等企业)的排放量居全国工业VOCs排放源第一位。

化工企业中VOCs的产生主要有两种形式:一是生产工艺中产生的废气排放,排放气体中的污染物与化工生产工艺过程和工序工况条件有关,种类多且性质差异较大,这种排放有组织性,排放量可以估算;二是通过其他环节挥发产生,产生的VOCs由于具有很强的扩散性和反应活性,能够在一定条件下经过各种复杂的化学反应发生转化,该类形式产生的VOCs的排放量无法准确估计,产生源的分析也存在困难。

化工VOCs治理4大新技术

当下对VOCs的治理方法可分为两类,一类是回收技术,另一类是销毁技术。回收技术的核心思想是首先将化工企业中产生的VOCs进行吸收、过滤和分离,其次进行提纯等处理,最后展开资源化循环利用,传统的回收技术包括:吸收技术、吸附技术和膜分离技术等。

销毁技术则是通过不同的化学反应,将VOCs转化为其他无毒无害物质排出,达到减排的目的。传统的销毁技术主要指燃烧技术。近年来发展起来的新技术包括泄漏检测与修复(LDAR)技术、等离子体技术、生物技术和光催化等技术。

泄漏检测与修复技术

泄漏检测与修复(LDAR)技术可用于化工企业中VOCs的无组织排放的治理中,该技术是在常温下实行,采用固定或者移动检测设备(包括光离子化、非分散红外等)对化工企业生产中可能会产生VOCs泄露的设备或空间源进行定期监测,来确认是否存在发生泄露的设备,最后通过修复超过超出一定浓度的泄露处,从而达到控制原料泄露对环境造成的影响。

展开LDAR技术的流程包括:确定需求分析,进行方案的编制,确定允许泄露值和泄露检测频率;展开定量和定性检测;展开对泄露点的修复及修复后检测,并进行最后的评估。

低温等离子体技术

低温等离子体技术是近年来发展起来的另一种VOCs治理新技术。低温等离子体技术治理VOCs的主要原理是在较高的电场强度下,利用介质放电产生的等离子体以极快的速度反复轰击废气中的气体分子,去激活、电离和裂解废气中的各种成分,破坏VOCs分子的结构。通过氧化等一系列复杂的化学反应,使复杂大分子污染物转变为一些小分子的安全物质,如CO2、H2O、CO和NO2;或使有毒有害物质转变为无毒无害或低毒低害物质。

低温等离子体技术有动力消耗低、装置简单、易于操作、占地面积小及使用方便等优点,近年来得到迅速发展。

催化氧化技术

催化氧化技术的工作原理是VOCs在250~450℃温度的环境和相关催化剂的条件下,发生氧化反应,生成CO2和水,从而达到处理VOCs的目的。

光催化技术是指在光照在半导体的条件下,当光子能量高过催化剂的吸收阈值时,半导体的价带电子能够从价带跃迁到导带,产生光生电子和空穴,继而空气中的纳米颗粒物表面形成超氧负离子,最后和催化剂表面形成的羟基自由基将挥发性有机物转化成CO2和水无毒无害物质。

生物处理技术

生物处理技术最早是应用于废气脱臭,而随着对VOCs治理技术研究的不断深入,该技术逐步被应用于挥发性有机污染物的治理领域。

生物处理技术的原理是将化工企业产生废气流经带有液体吸收剂的吸收装置,该装置中培养有经过驯化的特种微生物,该种微生物可将废气分解代谢,从而达到废气治理的目的。生物处理技术按照工艺科分为生物洗涤技术、生物过滤技术和生物滴滤技术等,其对应的处理装置分别为生物洗涤塔、生物过滤池和生物滴滤塔等。

治理技术的灵活选择

不同化工企业中VOCs组成成分、浓度和气体流量均不同,因此在处理技术的选择上需灵活运用。而且化工企业在生产过程中产生的VOCs均以混合物的形式排放,由此采用组合治理技术,既能实现污染物的达标排放,同时降低了污染治理的费用。

光催化氧化技术是空间内挥发性有机污染物净化最受关注的技术,其可在室温的条件下利用紫外光降解有机污染物,将其转化为无危害的CO2和水。等离子体技术则可以和催化相结合,能够大大提高VOCs的脱除效率,以及能量效率,是新型的VOCs无害化处理技术。生物处理技术则最有希望代替燃烧法和吸附法废气处理技术。