淺析油頁巖低溫干餾工藝VOCs治理方案

中圖分類號：TQ113.29 文獻標志碼：A文章編號：1004-0935（2025）06-1054-04

揮發性有機化合物（VOCs）的排放已成為我國環保關注的重點。多位學者針對不同行業VOCs治理進行了深入研究，提出了針對性的解決方案。周善舉等聚焦于焦化行業的VOCs精細化治理，探討了揮發性污染物的排放特點、來源及治理技術，并針對該行業面臨的挑戰提出了具體措施。劉穎等人則通過研究某家具廠的VOCs排放，驗證了活性炭吸附和催化劑催化燃燒的有效性。王華輝探討了汽車企業的VOCs治理措施，指出源頭控制與末端治理是當前主要的治理方案，并強調了日常監督、管理臺賬建設和排放監測的重要性。張研等分析了鑄造業VOCs治理中的吸附法和燃燒法，指出了其不足，并提出吸附濃縮-催化燃燒法的新思路。李梓睿針對石化企業丙酮和甲醇罐區VOCs治理，根據冷凝回收和催化氧化的技術要求，制定了具體的操作步驟。劉志堅等分析了船廠生產場景下的VOCs治理工藝，綜合考慮了環保、達標與安全等因素。何永安研究了石化企業芳烴儲罐VOCs治理設備的工藝原理、安全設置及其回收效果。李東陽梳理了有機廢氣VOCs治理技術及發展歷程，并通過實際案例驗證了等離子體技術的應用潛力。這些研究為各行業提供了VOCs治理的技術路徑與實踐指導，促進了環境友好型社會的建設。

1 VOCs簡述

揮發性有機化合物（VOCs）是指那些在常溫下（如 20°C ）擁有較高蒸汽壓（至少為 0.01kPa ），或在特定情況下容易揮發的有機化學物質。這類化合物通常帶有毒性，能夠對眼晴及呼吸道產生刺激作用，在極端情況下甚至可能引起中毒現象。更進一步，當VOCs與氮氧化合物（NOx）共同存在于環境中并在光照條件下相互作用時，會引發光化學反應，進而生成諸如臭氧、過氧乙酰硝酸酯（PAN）以及各種醛類物質，最終促成光化學煙霧的形成，導致環境中的二次污染問題

鑒于VOCs的危害，國家出臺了多項法規，生態環境部發布的《石化行業揮發性有機物綜合整治方案》對 VOCs 排放實施了嚴格管控[0-]。盡管頁巖煉油屬于油頁巖綜合利用行業，但由于其工藝特點和產品性質與煤化工及石油化工相近，因此VOCs的排放與治理同樣迫切。然而，頁巖煉油企業在VOCs的認識和治理方面起步較晚，加之排放組分復雜，目前行業內成熟的治理方案尚不多見。

2 頁巖煉油行業VOCs的產生與治理

撫順礦業集團頁巖煉油廠作為我國唯一的大型油母頁巖煉油企業，其生產工藝成為分析行業VOCs產生與治理的典型案例。從該企業的生產流程出發，可以深入探討VOCs的排放特征及其治理策略。

2.1油頁巖低溫干餾過程VOCs的產生

全廠生產環節涵蓋原油的生產、輸送、儲存與裝卸，污水的產生、輸送、儲存及處理，以及瓦斯的輸送、儲存與利用。VOCs治理的排查工作通常按照12種類別的排放源進行分類，主要包括以下方面：設備的動態和靜態密封點的泄漏；揮發性有機液體的存儲與混合過程；液體在裝載和卸載過程中

的揮發；廢水的收集、儲存與處理過程中的排放；

以及其他排放源。

2.1.1設備動靜密封點泄漏

涉及揮發性有機化合物（VOCs）傳輸或接觸的設施及管路部分通常包括泵、壓縮機、混合裝置、閥門、安全泄放裝置、取樣接口、開放的閥門或管線、法蘭連接以及其他相關部件[12]。主要的泄漏物質可以是天然氣、石油蒸氣及氨氣等[3]。鑒于VOCs成分繁多且難以精煉到可再利用的程度，從經濟角度來看，直接回收往往不太可行，因此一般采取將它們轉化為無害物質后再排放的方法來處理[4]。

對于處理量大且濃度較低的廢氣，直接燃燒并不是理想的選擇[。蓄熱式氧化技術（RTO）和催化氧化技術（RCO）雖然初期投資成本相似，但由于存在廢氣中硫含量可能導致催化劑失效的問題，因此RTO成了更優的選擇。RTO技術利用蓄熱式氧化過程，能夠達到超過 98% 的有機廢氣去除率，并且熱能利用率高達 95% 以上。這使得輔助燃料的需求大大減少，有效降低了運營成本。

RTO設備通常設計為包含一個氧化室和若干個蓄熱室的結構，通過周期性地切換閥門來改變氣體流動的方向，從而靈活應對不同情況下的廢氣流量和濃度變化。然而，需要注意的是，燃燒處理可能會產生二氧化硫（ SO₂ )，進而導致硫排放超標，并且燃燒過程中也可能生成氮氧化物（ NOx )，造成額外的環境污染。為了避免這些問題，可以在廢氣進入燃燒系統之前采用吸附或吸收的預處理手段，如吸附濃縮結合燃燒或者堿液洗滌結合燃燒的工藝以保證最終排放符合環境保護的標準。

2.1.2污水儲罐（均質罐）呼吸氣

污水儲存罐（或稱均質罐）排放的呼吸廢氣主要通過罐上的呼吸閥釋放，這類廢氣含有氨，并且其排放量和濃度會隨著外界溫度的變化而波動。由于這些廢氣不具備回收利用的價值，推薦采用蓄熱式氧化技術（RTO）進行直接處理。如果系統壓力損失允許的話，可以通過管道將這些廢氣輸送到生產設施中動態和靜態密封點已有的RTO裝置進行統一處理，這樣可以節省安裝新設備的成本。

2.1.3污水處理裝置廢氣

污水處理系統中的廢氣通常來自兩個主要來源：一是預處理階段的設施，如高濃度廢水池、均質調節池和油水分離池等排放的氣體，這些氣體的排放量和VOCs濃度變化較大；二是來自曝氣池和污泥脫水區域的氣體，這些氣體通常帶有明顯的惡臭，

主要含有硫化物和揮發性酚類化合物。盡管這兩種氣體的具體成分有所不同，但由于它們都處于污水處理區域內，可以利用現有的生化處理設施和操作條件，選擇生物降解技術，通過微生物的作用將廢氣中的有機成分轉化為二氧化碳和水，同時也去除掉硫和氮等無機成分。

2.1.4 油罐區排放氣

油罐區儲罐排放的氣體主要源于儲罐呼吸閥的操作和裝車作業期間。儲罐頂部的呼吸廢氣在經過水封槽處理后，可以通過管道與裝車時產生的廢氣匯合，進行集中處理。考慮到這類廢氣中含有高價值的有機溶劑，對其進行有效處理顯得尤為重要，且其特性與石化行業的排放物相似，可以借鑒石化工業中成熟的油氣收集技術。例如，采用冷凝 + 膜分離 + 吸附或吸附 ^?+ 吸收的組合工藝。這樣做不僅有助于減少有機廢氣向大氣中的排放，減輕對環境的影響，還能回收廢氣中的油分，增加經濟效益。

2.2 頁巖煉油工藝簡述

露天礦剝離的油母頁巖由電機車運送至原礦車間，經破碎篩分處理后，粒度為 12～75mm 的頁巖被送至干餾裝置。本廠生產裝置采用油母頁巖低溫干餾工藝，在隔絕空氣的條件下，以最終溫度550 C 進行干餾，產生焦油氣，經回收后得到頁巖油產品[18]。

頁巖煉油的核心工藝在于油母頁巖的低溫干餾及油氣回收。以煉油車間為例，頁巖在隔絕空氣的條件下，以550 C 的最終溫度進行低溫干餾，產生焦油氣及大量瓦斯氣（主要成分包括CO、 CO₂ 、烴類、水蒸氣、 H₂S 等），經爐內陣傘導出后，進入頁巖油回收系統。干餾過程中，當溫度升至 150～180°C 時，油母頁巖釋放吸附氣體；超過180 C 時，有機質分解生成水、二氧化碳、硫化氫及初生焦油；溫度達到330 C 時，低沸點揮發餾分開始形成；在350～550°C ，大量焦油被釋放。干餾產物經集合管初步洗滌后，通過洗滌飽和塔和冷卻塔進一步冷卻洗滌，隨后油水混合物在油水分離槽中自然分離，頁巖油經計量后送人成品罐。

3 VOCs處理技術

3.1 VOCs處理技術分類

揮發性有機化合物（VOCs）的處理方法依據其工作原理大致可以歸類為回收技術和破壞技術兩大類別[19-20]。回收技術側重于通過物理手段回收廢氣中有價值的溶劑，如冷凝、吸附、吸收以及膜分離等方法；而破壞技術則是借助化學或生物過程將有機物質轉化為二氧化碳（ CO₂ ）和水（ H₂O ）等無害物質，包括直接燃燒、蓄熱式燃燒、催化燃燒、生物降解以及光催化、等離子體處理和電暈放電等新興技術。

（1)冷凝回收：這種方法通過降低廢氣溫度至VOCs組分的露點之下，促使VOCs凝結成液體以便回收。它適合處理含有高濃度VOCs的小規模廢氣。

（2）吸收：使用一種揮發性較低的液體作為吸收劑，根據溶解度差異來去除VOCs。

（3）吸附：利用具有多孔結構的固體吸附劑有選擇性地捕獲廢氣中的某些組分來清除VOCs。

（4）膜分離：依靠空氣與VOCs蒸汽穿過膜的能力的不同，或是選擇性透過來實現VOCs的分離與回收。

（5）生物降解：利用微生物新陳代謝活動來分解廢氣中的有機物，

（6）燃燒技術：利用VOCs的可燃性質，通過高溫燃燒將其轉化為無害物質。其中包括直接燃燒、蓄熱式燃燒（RTO）和催化燃燒（RCO）。直接燃燒適合處理高濃度且熱值高的VOCs廢氣，燃燒溫度一般需要達到1100 °C 左右。蓄熱式燃燒適用于處理低濃度且不易自持燃燒的廢氣，通過高效的熱交換設計和陶瓷蓄熱材料，將廢氣加熱至大約 800‰ 進行氧化分解，燃燒產生的熱量可以用來預熱廢氣或產生蒸汽。催化燃燒則利用催化劑來降低反應所需的溫度并加快氧化速率，在較低的溫度下完成有機物的氧化分解。

3.2幾種常用VOCs處理技術的選擇

3.2.1 常見VOCs處理方法對比

上述VOCs處理技術代表了當前工業實踐中廣泛應用的一些主流方法2]。相比之下，像光催化技術、等離子體處理技術以及電暈放電法等，則屬于近年來發展起來的新型技術，這些技術目前更多的還是處于實驗室的研究階段，在實際工業應用中的實例相對較少。幾種常見處理技術的對比概覽如表1所示。

3.2.2 VOCs處理技術選擇標準

選擇VOCs廢氣處理工藝時需考慮以下幾點：

1）在考慮環保政策與法規的要求時，處理后的廢氣必須達到規定的排放標準，如石化行業的排放限值為 120mg^-L^-1 。此外，技術的選擇還需考量VOCs的去除效率、廢氣本身的特性（包括有機物的組成、VOCs的濃度、廢氣流量及氣味）、可利用的建設空間、技術的使用壽命、是否需要建設輔助設施（如蒸汽生產裝置）與現有污染控制設備的兼容性以及是否能夠回收有機溶劑等因素。

2）企業在遵循環保法規的同時，還需兼顧經濟因素，如項目的初始投資成本、長期運營維護費用以及潛在的財務風險。因此，在確定最適合企業的VOCs處理技術方案之前，應該針對廢氣的特性（如性質、流量、溫度和濃度等）進行全面的技術與經濟評估，并通過詳細的可行性研究來選擇最合適的治理技術。

3）企業需要依據廢氣的具體參數，對不同的處理技術進行綜合分析比較，確保所選技術不僅能滿足環保法規的要求，而且在技術可行性和經濟效益之間取得平衡，最終通過科學論證確定最佳的技術實施方案。

4結論

針對油頁巖干餾過程中的VOCs治理，根據不同排放源采用相應的技術：1）設備動靜密封點的VOCs采用廢氣處理技術和RTO 燃燒處理。2）污水儲罐（均質罐）呼吸廢氣采用RTO直接燃燒處理。3）污水處理裝置廢氣采用生物降解法和生化法。4）油罐區排放氣采用油氣回收技術，如冷凝 + 膜技術 + 吸附或吸附 + 吸收的組合工藝。

采用LDAR（泄漏檢測與修復）技術對無組織排放源進行精確的檢測與量化，以便及時發現并修復泄漏點。同時，通過優化生產工藝和升級設備，從根本上減少VOCs的泄漏和排放。鑒于VOCs對環境的危害及環保政策要求，企業還需根據具體情況選擇合適的末端治理技術，以實現投資少、操作簡便且高效的治理效果。

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Analysison VOCs Treatment Schemeof Oil ShaleLow Temperature Dry Distillation Process

XIN Hai， YAN Yulin， XU Zhenyu

(FushunMiningGroupCo.，Ltd.， ShaleRefinery，FushunLiaoning113115，China)

Abstract: Theemissonofvolatileorganiccompounds (VOCs)n the process ofshaleeingisaimporantenvironmentalproblem. Itsoreprocessompaestiloieldcoogdectioio storage，loadingandunloading，wastewatertreatmentand gasuilzationandother inks.Inorder toeffectivelycontrolVOCs，itis necessarytopayatentiontothleakageofthestaticsealingpointoftheequipment，therespratorydischargeofthesewagestorage tank，the wastegasgenratedbytesewagetreatmentfacilitisandthediscargeoftheoilankareaandaalyetegeneratioand treatment scheme of the oil shale VOCs.

Keywords:VOCs;Shale oil refining;Government