石化行業揮發性有機物在線監測現狀及對策建議

何少林 陳 輝 于景琦，2 葛雁冰 呂曉君 王 婧

(1.中國石油規劃總院；2.國家油頁巖生態環境分中心；3.生態環境部環境工程評估中心)

0 引 言

石化、化工、工業涂裝、包裝印刷、油品儲運銷等行業是VOCs重點排放源。2018年8月30日，生態環境部印發了《關于加強重點排污單位自動監控建設工作的通知》(環辦環監[2018]25號)，要求重點排污單位的VOCs排放重點源應自2019年起將VOCs項目納入自動監控。

及時開展石化行業VOCs在線監測現狀研究，解決當前石化行業VOCs在線監測實施中存在的問題，是規范重點排污單位VOCs自動監控設施建設和運行的需要，并將增強在線監測效能，確保在線監測數據真實、準確、可靠，更好地發揮自動監控在環境監管執法和企業運行管理中的作用。

1 VOCs在線監測國內外政策要求及國內標準

1.1 國內外政策要求

美國煉油污水VOCs排放標準要求采用現場再生活性碳吸附裝置處理污水廢氣時，應安裝VOCs在線監測設施[1]。新澤西州要求VOCs源強大于等于200 t/a的排放源采用燃燒法或催化燃燒法處理VOCs時，應安裝VOCs在線監測設施；VOCs源強大于等于100 t/a的排放源采用蓄熱式燃燒法或蓄熱式催化燃燒法處理VOCs時，應安裝VOCs在線監測設施[2]。

生態環境部《重點行業揮發性有機物綜合治理方案》(環大氣[2019]53號)要求石化、化工、包裝印刷、工業涂裝等VOCs排放重點源納入重點排污單位名錄，主要排污口安裝自動監控設施，并與生態環境部門聯網，重點區域2019年底前基本完成，全國2020年底前基本完成。鼓勵重點區域對無組織排放突出的企業，在主要排放工序安裝視頻監控設施。鼓勵企業配備便攜式VOCs監測儀器，及時掌握排污狀況。

天津市在DB 12/524—2014《工業企業揮發性有機物排放控制標準》中明確要求排氣筒VOCs排放速率(包括等效排氣筒等效排放速率)大于2.5 kg/h，或排氣量大于60 000 m3/h時須配套建設VOCs在線監測設備。VOCs在線監測設備的管理、使用按照環境保護和計量監督的有關法規執行。

山東省生態環境廳《關于印發山東省重點排污單位名錄制定和污染源自動監測安裝聯網管理規定的通知》(魯環發[2019]134號)要求排氣筒VOCs排放速率(包括等效排氣筒等效排放速率)大于0.5 kg/h，或排氣量大于10 000 m3/h的固定排放源，大氣環境重點排污單位的VOCs排放重點源應監控VOCs(非甲烷總烴)及煙氣含氧量、流速、流量、溫度、濕度5項煙氣參數。其中，排放標準中規定其他特征污染物的，還應監控相應特征污染物。

《公私場所應設置連續自動監測設施及與主管機關聯機之固定污染源公告》于2018年8月20日發布修正草案，對石化制程廢氣燃燒塔增加了非甲烷總烴和高反應性VOCs在線監測設施要求，目前修正草案尚未正式頒布。

1.2 國內標準

2018年12月，HJ 1013—2018《固定污染源廢氣非甲烷總烴連續監測系統技術要求及檢測方法》首次發布；2020年3月，生態環境部發布《固定污染源廢氣中非甲烷總烴排放連續監測技術指南(試行)》；《固定污染源廢氣非甲烷總烴自動監測技術規范》目前正在編制中。上海、天津等地針對固定污染源VOCs連續監測相繼出臺了技術規范[3-4]，如《上海市固定污染源非甲烷總烴在線監測系統安裝及聯網技術要求(試行)》《上海市固定污染源非甲烷總烴在線監測系統驗收及運行技術要求(試行)》。

2 國內石化行業VOCs在線監測設施安裝現狀

通過煉化企業及VOCs在線監測儀器供應商，對總計40余家煉化企業開展了VOCs在線監測設施安裝情況調查。對調查資料進行歸類統計，從區域、源項、指標和品牌對安裝情況進行分析。

2.1 安裝區域

石化行業VOCs在線監測設施安裝情況表現出明顯的區域特征，沿海省市，尤其是京津冀、長三角和珠三角區域安裝較多，遼寧、吉林、福建、廣西、河南、陜西、甘肅、寧夏等省均有石化企業安裝了VOCs自動監測設施，總計覆蓋15個省市。隨機調查顯示，企業安裝比例約為34.6%。總體看，石化行業VOCs在線監測設施安裝處于起步階段。

2.2 安裝源項

22家已安裝企業的安裝源項包括廠界、污水處理場VOCs治理設施排放口、連續重整裝置再生煙氣排放口、汽油裝車、儲罐廢氣、順丁橡膠后處理尾氣、順丁橡膠廢氣焚燒爐尾氣、丁苯橡膠及污水池治理設施入口和出口、常壓蒸餾加熱爐煙氣、動力站鍋爐煙氣脫硫脫硝排放口、催化再生煙氣脫硫脫硝排放口、蠟油加氫加熱爐煙氣、制氫裝置加熱爐煙氣等。

對9家安裝企業的安裝源項進行了詳細調查，9家企業總計安裝60臺VOCs在線監測儀，安裝源項統計見表1。其中，標準有明確VOCs排放要求的源項安裝46臺，無VOCs排放要求的源項安裝14臺。

表1 9家安裝企業VOCs安裝源項統計

2.3 監測指標

對16家安裝企業的監測指標進行了詳細調查，16家企業總計安裝77臺VOCs在線監測儀，監測指標見表2。其中，75臺監測非甲烷總烴，17臺同時監測非甲烷總烴和三苯，11臺同時監測非甲烷總烴和特征污染物(三苯除外)，2臺僅監測特征污染物。

表2 16家安裝企業VOCs在線監測儀器監測指標

2.4 儀器品牌

對9家安裝企業的儀器品牌進行了詳細調查，9家企業總計安裝60臺VOCs在線監測儀，儀器廠家、型號及數量見表3。

表3 9家安裝企業VOCs在線監測儀器廠家、型號和數量

3 VOCs在線監測存在的問題

根據現場調研和調查情況，VOCs在線監測設施安裝和運行存在問題如下。

3.1 比對數據誤差較大

選擇4家煉化企業開展了手工比對監測，涉及煉油化工工序的裝車、儲存、工藝有組織、燃燒等源項，多數源項監測結果比對相對誤差≤40.0%，順丁橡膠后處理尾氣和工藝加熱爐尾氣監測結果比對相對誤差較大，詳見表4。

表4 4家安裝企業VOCs在線監測與手工比對情況

從調研情況看，VOCs在線監測與手工比對結果存在誤差較大的情況，無明顯規律，比對工作有待進一步完善優化。

3.2 源項要求不統一

《打贏藍天保衛戰三年行動計劃》(國發[2018]22號)提出強化重點污染源自動監控體系建設。排氣口高度超過45 m高架源，以及石化、化工、包裝印刷、工業涂裝等VOCs排放重點源納入重點排污單位名錄，督促企業安裝煙氣排放自動監控設施，2019年底前，重點區域基本完成；2020年底前，全國基本完成。

目前部分地方生態環境管理部門依據該文件，要求超過45 m高架源以及石化企業的加熱爐、鍋爐等排放源均安裝VOCs在線監測設施。而加熱爐VOCs排放濃度低，且排放標準中無VOCs限值要求。根據9家企業調查資料，加熱爐等無標準要求、且排放量明顯偏低的源項安裝占比達到23.3%，對生態環境部門監管及企業環境管理造成不必要的浪費(加熱爐作為廢氣處理設施的除外)。

石化企業廢氣排放源較多，某企業各類加熱爐和裂解爐排放口近60個，廢氣排放口總計106個。如要求所有源項安裝VOCs在線監測設施，按一座VOCs儀表小屋80萬元，維護成本8萬元計，則該企業VOCs在線監測設施安裝投資約8 480萬元，年運行維護成本約848萬元。因此，石化企業VOCs安裝要求應在兼顧環保監管和企業能力的前提下進一步明確。

3.3 無組織排放精細化監管有待探索

石化企業VOCs排放主要來自無組織源，排放部位多、分散且無規則，難以逐一在源頭監測。這些無組織排放與變化的污染氣象復合形成復雜的污染特征，監控困難且復雜。VOCs在線監測僅能獲取廠區邊界或有組織排放的污染物組成和濃度信息，應用于有組織排放監管，但時空覆蓋能力有限，無法監控排放總量與分布，且廠界排放受周圍企業干擾，需進一步追溯。

歐美國家開發了基于光學遙感技術的場地VOCs排放通量監測技術，通過測量無組織排放煙羽的柱濃度(或截面)，結合風速估算排放通量。其中，紅外掩日通量遙感監測(SOF)、差分吸收激光雷達(DIAL)和垂向羽影射(VRPM)等技術相對成熟。目前歐盟標準化組織(CEN)和美國環保局(EPA)在開展SOF技術標準化工作[5]。

3.4 處理效率一拖二監測方式需明確

石化行業相關標準對VOCs排放有處理效率的要求，目前大部分地區要求進口和出口需單獨安裝，對企業造成一定的投資和運行壓力。

杭州市生態環境局2019年9月發布《關于征求〈杭州市污染源自動監控系統建設和運行資金補助辦法〉(修訂稿)意見的函》，明確給予VOCs自動監控系統建設資金補助，對具備一拖二的功能，自動切換監測VOCs治理前后的排放情況，至少5 min一組數據的VOCs在線監測提供資金補助。

石化企業除連續重整再生煙氣和污水處理場廢氣外，其他有機廢氣排放口均以處理效率作為管控要求。因此，石化企業VOCs處理效率的在線監測設施安裝要求應在國家層面進一步明確。

3.5 石油化學工業適用性需進一步研究

氧氣、水分以及含氮、氧或鹵素離子的有機物會對FID檢測造成干擾。廢氣中含有較多的氧化合物類、含氮化合物類，則監測濃度值較實際略低；廢氣中含有鹵化合物較多時，氫氣燃燒生成鹵化氫或腐蝕性氣體，損傷檢測器[6]。因此，FID在石油化學工業特征污染物監測方面的適用性尚需進一步研究。

3.6 儀器質量水平良莠不齊

在政策強力推動下，VOCs在線監測市場迎來爆發式增長，市場良莠不齊，較為混亂，存在部分產品質量較差的情況。目前中國環境監測總站已發布《環境空氣揮發性有機物氣相色譜連續監測系統認證檢測合格產品名錄》，截至2019年12月31日，僅武漢市天虹儀表有限責任公司和青島佳明測控科技股份有限公司各一款產品列入合格產品名錄。固定污染源VOCs自動監測合格產品名錄亟待建立。

4 結論與建議

我國石化企業VOCs在線監測設施安裝目前處于起步階段，由于石化行業VOCs源項眾多，各地對安裝VOCs在線監測源項的政策理解不一，要求不統一，存在抓小放大的現象。VOCs在線監測的最終目的是管控企業VOCs排放，而石化企業VOCs以無組織排放為主，VOCs在線監測僅應用于有組織排放監管，因此，需要在明確VOCs有組織源項安裝要求的基礎上，加緊探索石化企業VOCs整體排放監管監測模式。

現階段，為充分發揮VOCs在線監測作用，加強石化行業VOCs有組織排放執法監管，提出如下建議。

1)明確石化行業VOCs在線監測安裝源項要求，標準中有VOCs排放限值或處理效率要求的，且排氣量和排放速率達到一定限值的率先安裝。

2)明確界定《打贏藍天保衛戰三年行動計劃》(國發[2018]22號)中“石化行業VOCs排放重點源”，如連續重整再生煙氣、儲存和裝卸廢氣處理設施、污水處理場廢氣處理設施等；45 m高架源有相應VOCs排放標準要求的，可明確VOCs在線監測設施安裝要求。

3)明確石化行業VOCs在線監測指標要求，標準中有特征污染物排放限值要求，且該污染物有國家監測標準的，可要求同步安裝；當前無國家監測標準的，可在安裝VOCs在線監測設施時預留相應空間。

4)加快《固定污染源廢氣非甲烷總烴自動監測技術規范》制修訂項目進程；委托權威環境監測機構出臺VOCs在線監測與手工比對技術指南或指導文件；推廣便攜式方法在VOCs在線監測系統驗收和質控比對中的應用；建立固定污染源VOCs自動監測合格產品名錄。

5)加大光學遙感技術VOCs排放監測技術的研究和推廣。