化工行業VOCs廢氣治理的應用

惠州市南岳環保科技有限公司 蘇艷敏

VOCs廢氣污染已經成為當今社會廣泛關注的環境問題，而VOCs廢氣污染主要來源于化工行業的產業化發展。在VOCs廢氣污染治理的過程中需要加強對化工行業各工藝環節的VOCs廢氣產污分析，同時還需要充分了解化工行業現有的VOCs廢氣治理技術，選擇適合的廢氣治理方案。并且相關研發人員還要加強對VOCs廢氣治理技術的有效研究，適當借鑒先進VOCs廢氣治理的經驗，以實現VOCs廢氣治理技術的不斷創新和發展，從而完善我國VOCs廢氣治理體系，促進化工行業的穩定發展。

一、VOCS概述

（一）VOCs的分類及特性

我國城市地區的VOCs主要來源包括機動車排放、油品揮發泄漏、溶劑使用排放、液化石油氣使用、工業排放等。按揮發性有機化合物（VOCs）的化學結構，可分為8類：烷烴類、芳香烴類、烯烴類、鹵代烴類、酯類、醛類、酮類和其他化合物。從環保意義上講，主要指化學性質活潑的一類揮發性有機物。常見的VOCs有苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、三氯乙烯、三氯甲烷、三氯乙烷、二異氰酸酯（TDI）、二異氰甲苯酯等。

VOCs最典型的共有特性是具有揮發性。許多VOCs具有易于發生化學反應的特性（反應性）。目前知道的VOCs在空氣中可發生很多種化學反應，最主要的幾種反應類型包括：（1）VOCs與羥基自由基的反應，被氧化成有機自由基，然后進一步分解、反應。（2）部分含雙鍵的VOCs（如烯烴、二烯烴等）與臭氧發生反應形成雙自由基，再進一步分解、反應。（3）少數含氧有機物，如甲醛、丙酮等醛酮類VOCs，可以直接被光分解，形成自由基，從而引發更多反應。此外，VOCs是PM2.5和O3的重要前體物，對夏季臭氧和秋冬季細顆粒物污染貢獻巨大；一部分VOCs還具有毒性，對人體健康有害，如苯、甲苯等。

（二）VOCs的危害

1.環境危害

VOCs對環境的危害主要為誘發霧霾天氣，破壞臭氧層，造成溫室效應等。VOCs是形成PM2.5和O3等二次污染物的重要前體物，會引發灰霾、光化學煙霧等大氣環境問題。隨著我國工業化和城市化的快速發展以及能源消費的持續增長，以PM2.5和O3為特征的區域性復合型大氣污染日益突出，區域內空氣重污染現象大范圍同時出現的頻次日益增多，嚴重制約社會經濟的可持續發展，威脅人民群眾身體健康。此外，很大一部分VOCs有明顯異味，會嚴重影響人們的生活質量，造成區域矛盾和投訴居高不下。

2.人體健康危害

VOCs除了會對環境產生危害以外，對人體健康也會造成一定的危害。環境空氣中部分VOCs具有特殊氣味并且表現出刺激性、腐蝕性、器官毒性、致癌性，對人體健康造成較大的影響。某些VOCs可使皮膚出現丘疹瘙癢等癥狀，對眼鼻呼吸道等有刺激作用，導致眼睛、鼻子、喉嚨發炎，嚴重時可引起氣喘、神志不清、暈厥、嘔吐及支氣管炎等；引起胃脹、胃痛，損傷肝、腎，影響中樞神經系統造成頭疼等癥狀；某些揮發性有機物（如苯、芥子氣、氯乙烯、4-氨基聯苯、雙氯甲醚和工業品級氯甲醚、甲醛）被認為或者已經被證實對人體具有致癌效應，室內長期暴露于高濃度VOCs下會明顯增加得肺癌、白血病和淋巴瘤的幾率。

（三）我國VOCs廢氣治理現狀

由于歷史原因，多年的工業化進程中排放的大量廢氣已經使我國的自然生態環境出現了很大變化，環境污染非常嚴重，霧霾天氣遍布全國。隨著科學技術的發展和人們知識水平的普遍提高，環境治理越來越受到重視。由于揮發到空氣中的VOCs氣體不容易控制，而且危害非常大，因此最有效的方法是控制它的產生。鑒于此，國家不僅出臺了很多法律法規、環保行業標準及規范文件，同時還投入了大量的資金支持VOCs治理工作。近年來，企業也按照國家要求在使用燃料時應用廢氣處理設備，或選用了環保燃料或其他清潔能源，對于工業用溶劑也盡量選擇污染小的種類，同時對反應過程進行管理，大大減少了VOCs的排放量。對于人們的出行，國家也大力宣傳倡導綠色出行，多使用公共交通，減少私人車輛行駛，新能源汽車的發展已經成為一種新的趨勢，很多地區也陸續推出了車輛限行政策，但治理效果仍然不夠理想。目前VOCs的排放量雖然得到了很大程度的控制，但由于工業生產一直在發展，VOCs廢氣的成分越來越復雜，處理難度越來越大，因此，VOCs廢氣的治理工作仍然存在著相當大的挑戰。

二、化工行業VOCs廢氣產污分析

化工產業是國民經濟的基礎性產業，關乎各行各業的發展。化工行業市場規模龐大，具有門類繁多、工藝復雜、產品多樣等特點。化工行業分為基礎化工和石油石化兩個一級子行業，其中，基礎化工行業包括農用化工、化學纖維、化學原料、塑料及制品、橡膠及制品、其他化學制品等二級子行業；石油石化行業包括石油開采、石油化工、油服工程等二級子行業。無論是基礎化工行業還是石油石化行業都是VOCs廢氣的排放大戶，是VOCs廢氣治理的主要目標。

化工行業雖然門類繁多、工藝復雜，但是VOCs產污來源相對固定。化工行業VOCs產污環節主要集中在VOCs物料儲存、物料轉移和輸送過程、生產設備與管線組件泄漏、生產工藝操作過程、敞開液面、非正常排放等。因此，在對化工行業VOCs廢氣治理的過程中應該針對以上各個產污環節的VOCs逸散通過源頭削減、過程控制和末端治理三管齊下進行有效控制，才能確保VOCs廢氣治理達到理想的效果。

三、化工行業VOCs廢氣治理技術的應用

化工行業VOCs廢氣的產污特性，決定了其在VOCs廢氣治理時，要采用綜合治理方案。綜合治理方案主要從源頭削減、過程控制和末端治理這三個方面入手，再結合管理臺賬和自行監測等環境管理手段。（1）源頭削減：通過使用低VOCs含量的原輔材料、清潔生產工藝等措施減少VOCs的產生；（2）過程控制：通過對工藝設計、設備性能、運行操作以及技術管理等提出控制要求，減少VOCs的無組織排放；（3）末端治理：通過應用經濟高效治理技術，確保VOCs廢氣穩定達標排放；（4）環境管理手段：通過管理涉及VOCs各產污環節的相關臺賬和定期的自行監測，進行自查自糾，減少非正常排放的產生。

（一）源頭削減治理技術的應用

1.從產業鏈優化控制VOCs廢氣的產生

調整化工產業布局，將原來的粗放式生產加工，轉變為集約式發展模式。對該行業產業鏈進行全面剖析，吸收跨國企業經營經驗，利用規模產業鏈的辦法，引導上游企業加大化工產品的研發創新，研發出更多低VOCs含量的化工產品。讓中下游的化工生產企業能夠使用低VOCs含量物料作為原材料，對中下游產品進行綠色改良，以促進整個化工行業的良性發展。

2.從生產原料使用控制VOCs廢氣的產生

使用低（無）VOCs含量、低反應活性的物料作為生產原輔材料，加快對芳香烴、含鹵素有機化合物的綠色替代，使用非鹵代烴和非芳香烴溶劑；使用無毒、無害或低毒、低害的物料作為生產原輔材料，減少有毒、有害原輔材料的使用。

3.從生產設備和生產工藝選用控制VOCs廢氣的逸散

在明確VOCs廢氣產污節點的前提下，不斷地對生產技術進行優化和改進，選用全密閉、連續化、自動化等先進的生產工藝技術，以及高效密閉的工藝和設備進行生產，防止有毒有害氣體揮發到大氣環境中。與此同時，盡量選用無泄漏、低泄漏的泵，壓縮機、過濾機、離心機、干燥設備等輔助生產設備和密閉式的循環水冷卻系統。

（二）過程控制治理技術的應用

1.開展設備與管線組件泄漏檢測與修復（LDAR）工作

對載有VOCs物料（含氣態和液態）的設備和管線組件的密封點進行識別，建立密封點檔案并制定“泄漏檢測與修復”的管理制度和工作計劃，包括對密封點進行編號和標記，制定該項工作開展的程序，確定檢測方法、檢測頻率、泄漏濃度限值和修復要求等。

建立密封點LDAR信息管理平臺，全面分析泄漏點的信息，對易泄漏環節制定針對性的改進措施，以減少設備和管線組件中VOCs的泄漏排放。

2.控制VOCs物料儲存過程的廢氣排放

VOCs物料儲存于密閉的容器、包裝袋、儲罐、儲庫、料倉中，并確保在非取用狀態時盛裝VOCs物料的容器做好加蓋、封口等保持密閉的措施。揮發性有機液體儲存設施在符合安全等相關規范的前提下，依據儲存物料的真實蒸氣壓選擇適宜的儲罐罐型進行儲存，如壓力罐、低壓罐、固定頂罐、高效密封的浮頂罐或安裝頂空聯通置換油氣回收裝置的拱頂罐等。同時采取平衡措施控制進出罐流量、維持罐內氣相平衡，并定期對儲罐進行維護檢查。

揮發性有機液體的裝卸采取全密閉、液下裝載等方式，嚴禁噴濺式裝載。汽油、石腦油、煤油等高揮發性有機液體和苯、甲苯、二甲苯等危險化學品的裝卸過程優先采取高效油氣回收措施。

3.控制生產工藝過程的廢氣排放

液態VOCs物料采用密閉管道輸送方式或采用高位槽（罐）、桶泵等給料方式密閉投加；粉狀、粒狀VOCs物料采用氣力輸送方式或采用密閉固體投料器等給料方式密閉投加。無法密閉投加的，在密閉空間內操作，或進行局部氣體收集，廢氣排至VOCs廢氣收集處理系統。

生產期間，所有涉VOCs的生產工序采用密閉設備或在密閉空間內操作，廢氣應排至VOCs廢氣收集處理系統；無法密閉的，應采取局部氣體收集措施，廢氣應排至VOCs廢氣收集處理系統。

4.控制敞開液面的廢氣排放

工藝過程排放的含VOCs廢水，集輸系統采用密閉管道輸送；如采用溝渠輸送，應加蓋密閉。廢水集輸系統的接入口和排出口應采取與環境空氣隔離的措施。

對于開式循環冷卻水系統，定期開展循環水塔和含VOCs物料換熱器進出口的總有機碳（TOC）檢測工作，并將其納入泄漏檢測與修復（LDAR）工作中。

5.控制非正常工況廢氣排放

制定開停車、檢維修、生產異常等非正常工況的操作規程和污染控制措施。載有VOCs物料的設備及其管道在開停工（車）、檢維修和清洗時，應在退料階段將殘存物料退凈，并用密閉容器盛裝，退料過程廢氣排至VOCs廢氣收集處理系統；清洗及吹掃過程排氣排至VOCs廢氣收集處理系統。

（三）末端治理控制技術的應用

1.工藝廢氣收集原則

根據生產工藝、操作方式以及廢氣性質、處理和處置方法，設置不同的廢氣收集系統，盡可能對廢氣進行分質收集，各廢氣收集系統均應實現壓力損失平衡及較高的收集效率。

廢氣收集系統的輸送管道應密閉并在負壓下運行，若處于正壓狀態，應對管道組件的密封點進行泄漏檢測，納入泄漏檢測與修復（LDAR）工作中。

2.末端治理技術的選用

VOCs廢氣的末端治理技術主要有吸附法、燃燒法（熱力燃燒和催化燃燒）、吸收法、冷凝法、生物法及其組合技術。各種末端治理技術都有其特定的適用范圍，在選用具體的治理技術時，應先對VOCs廢氣的組分及濃度、溫度、濕度、風量等進行分析后，再從技術可行性和經濟可行性兩方面考慮選擇。

與此同時，還需結合不同處理風量對廢氣治理技術進行選擇。如大風量低濃度的VOCs廢氣建議選用吸附濃縮+催化燃燒/熱力燃燒組合技術；小風量低濃度的VOCs廢氣則可直接選用吸附法進行治理，但需定期更換活性炭，確保廢氣的治理效果；中小風量中高濃度的VOCs廢氣可選用催化燃燒（CO/RCO）和熱力燃燒（TO/RTO）治理技術。

此外還需要考慮廢氣溫度和濕度對各種治理技術處理效果的影響。若廢氣溫度較高或者濕度較大，采用吸附法時需要先對廢氣進行降溫預處理或者除濕預處理，以保證活性炭對有機物的吸附效果。

3.末端治理的運行管理

廢氣收集處理系統和VOCs末端治理設施應在生產工藝設備啟動前開機運行，即廢氣收集處理系統和VOCs末端治理設施達到正常運行狀態后才能開啟生產工藝設備投入正常生產。廢氣收集處理系統和VOCs末端治理設施在生產工藝設備運行的全過程（包括啟動、停車、維護等）均應保持正常運行，并在生產工藝設備停車后將系統中所有VOCs廢氣凈化處理完后才可停機。

（四）環境管理手段的應用

1.建立環境管理臺賬

建立VOCs物料全過程管理的臺賬記錄制度，包括含VOCs原輔材料臺賬、密封點泄漏和檢測臺賬、含VOCs原輔材料儲存臺賬、含VOCs原輔材料裝載臺賬、含VOCs廢水集輸系統臺賬、循環冷卻水系統臺賬、非正常工況排放臺賬、事故排放臺賬、廢氣治理設施運行臺賬和維護保養臺賬、危廢臺賬等。

2.定期組織自行監測

根據相關行業的《排污單位自行監測技術指南》和《排污許可證申請與核發技術規范》中關于各廢氣監測點位、監測指標及最低監測頻次的要求，分別對有組織廢氣和無組織廢氣進行監測，并保留原始的監測數據。

3.其他環境管理方式

政府部門要充分發揮自身的監管職能，結合不同行業的實際狀況制定相應的標準和政策，確保企業都能夠嚴格按照相關規定，實現廢氣的達標排放；對于不按照規定要求達標排放的企業要進行嚴格處罰，且重點加大對此類企業的管控力度。此外，政府部門還應該做好相關法律法規和政策文件的宣導工作，讓化工企業對VOCs廢氣治理理念的認識更加深刻；并加大資金、政策的支持力度，鼓勵企業開展廢氣治理工作，促進企業產業結構得到全面升級和優化，減少VOCs廢氣的產生和排放。

四、結束語

VOCs具有易揮發性特征，現階段的研究表明，VOCs是PM2.5和O3的重要前體物，對夏季臭氧和秋冬季細顆粒物污染貢獻巨大；部分VOCs還具有毒性，對人體健康有害。VOCs主要來源包括機動車排放、油品揮發泄漏、溶劑使用排放、液化石油氣使用、工業排放等，其中化工行業是VOCs廢氣的排放大戶。化工行業的VOCs產污來源相對固定，在進行VOCs廢氣治理時，針對各產污環節采用源頭削減、過程控制和末端治理的綜合治理方案，能夠確保VOCs廢氣治理達到理想的效果。但是，為了促進化工行業的持續穩定發展，仍需加強對VOCs廢氣治理技術的有效研究，實現VOCs廢氣治理技術的不斷創新和發展，從而充實我國VOCs廢氣治理體系。