石油和化工企业如何选择VOCs治理技术

　　随着环保力度的加大，VOCs治理越来越受到关注。石油和化工行业VOCs排放总量大，成分复杂多样，排放工况多变，很多复杂性问题亟待解决。同时，VOCs治理技术有多种方法，并有着各自的特点和适应范围。那么，这些技术各有哪些优缺点，企业又应该如何选择这些技术呢?

　　定义不同：治理目标均为减轻污染

　　VOCs英文全称为Volatile Organic Compounds，翻译为挥发性有机化合物，最早出现在20世纪70年代末美国联邦环保署(EPA)出版的《污染物控制技术指南》中。该《指南》首次明确了VOCs的定义:除CO、CO2、H2CO3、金属碳化物、金属碳酸盐、碳酸铵之外，标准状态下蒸汽压大于0.1mmHg(1mmHg=0.133kPa)的碳化合物。

　　而我国对VOCs没有统一定义，各种标准中对VOCs定义各不一样。如《环境标志产品技术要求胶印油墨》(HJ/T370-2007)及《环境标志产品技术要求凹印油墨和柔印油墨》(HJ/T371-2007)定义VOCs为：在101.3KPa压力下，任何初沸点低于或等于250℃的有机化合物;在《合成革与人造革工业污染物排放标准》(GB21902-2008)中，VOCs指常压下沸点低于250℃，或者能够以气态分子的形态排放到空气中的所有有机化合物(不包括甲烷);在《城市大气挥发性有机化合物(VOCs)监测技术指南》中，VOCs是指在常压下沸点低于260℃或常温下饱和蒸汽压大于70.91Pa的有机化合物;《石油化学工业污染物排放标准》(GB31571—2015)3.11条对VOCs的定义为：参与大气光化学反应的有机化合物，或者根据规定的方法测量或核算确定的有机化合物。

　　虽然各项标准对VOCs定义不一，但目的均为限制挥发性有机化合物的排放，减轻环境污染。

　　回收技术：处理后返回工艺再利用

　　目前的VOCs治理技术可概括为两大类：回收技术和销毁技术。

　　回收技术是通过物理的方法，改变温度、压力或采用选择性吸附剂和选择性渗透膜等方法来分离有机污染物。主要包括吸附技术、吸收技术、冷凝技术及膜分离技术等。回收的挥发性有机物可以直接或经过简单纯化后返回工艺过程再利用，以减少原料的消耗，或者用于有机溶剂质量要求较低的生产工艺，或者集中进行分离提纯。

　　其中，吸收法主要利用吸收剂与VOCs之间的物理性质差异将二者分离，通常采用低挥发性或不挥发性溶剂。吸附法主要采用吸收剂吸附废气中的VOCs，从而达到去除有机废气的目的，常用吸附剂主要有颗粒活性炭、纤维活性炭、蜂窝状活性炭等。

　　由于废气成分是多种多样的，每种成分在不同温度和压力下具有不同的饱和蒸汽压，冷凝法主要就是通过降低温度或改变压力使废气中有机组分的压力等于该组分的饱和蒸汽压，从而使该部分成分由气态转化成液态并分别进行收集。

　　而膜分离法是一种新型回收治理技术，主要利用高分子膜的选择透过性。油气是由多种组分组成的，不同的组分在不同压力下具有不同的渗透压。在特定压差下，使有机废气能选择透过高分子膜而其他气体物质不能透过该层膜来达到分离的目的。

　　销毁技术：转变为二氧化碳和水

　　销毁技术是通过化学或生化反应，用热、光、催化剂或微生物等将有机化合物转变成为二氧化碳和水等无毒害无机小分子化合物的方法。主要包括催化燃烧法、蓄热式燃烧法、蓄热式催化燃烧法、生物氧化、低温等离子体法、光催化氧化技术、超低排放燃烧法等。

　　其中，催化燃烧法是在直接燃烧的基础上加入催化剂，在催化剂的作用下，废气中的VOCs等可燃组分在较低的温度(250～350℃)下进行氧化，将VOCs氧化成CO2和H2O。催化燃烧法主要分为浸渍法和共沉淀法两种。

　　蓄热式焚烧法(RTO)是把有机废气加热到760℃以上，使废气中的有机物氧化分解成CO2和H2O。氧化产生的高温气体流经陶瓷蓄热体，使陶瓷体升温，从而用于对原始废气进行预热。陶瓷蓄热体通常分为两室或三室。蓄热式催化燃烧法(RCO)是RTO的基础上发展起来的，其原理是在一定温度下，在催化剂的作用下将污染物完全氧化为CO2和H2O，同时回收热量。

　　低温等离子体技术作为近年来发展势头较猛的新技术，在恶臭污染治理中应用越来越多。其原理有两个方面：一是在等离子体产生的过程中，高频放电的瞬间所产生的高能量可以破解部分有害气体分子的化学能，使之分解为单质原子或无害分子;二是等离子体中包含大量的高能电子和具有强氧化性的自由基，这些活性粒子和部分臭气分子碰撞结合，使得臭气分子的化学键断裂，直接分解成单质原子或由单一原子构成得无害气体分子。同时产生大量的活性自由基和氧化性极强的O3，与有害气体分子发生化学反应，最终生成无害产物。

　　超低排放燃烧技术(CEB)主要使用金属纤维无烟无火焰燃烧器，预先混合均匀的燃气空气混合物流向燃烧器头部，在透气性均匀的金属纤维织物表面层以蓝焰方式在织物上方燃烧。火焰由数以百万计小火焰组成，呈蓝色浮在表面上，热量以对流方式释放。

　　各有优缺：组合技术成为佳选

　　事实上，每种VOCs治理技术都有其各自的适用性和局限性。比如，吸收法有简单易行、投资成本低、操作费用低、使用范围广的优点，但也有依赖于吸收剂、对吸收剂的品质需求较高、会产生废水等缺点;膜分离法作为新型回收治理技术，对使用技术要求不高且能高效分离有机废气，但成本较高，膜的稳定性目前也有不足;而蓄热式催化燃烧法虽然效率高、能耗低，却不能处理含硫含氯及其他卤族元素的废气。

　　因此，企业应依据排放废气特征、VOCs组分及浓度、生产工况等，合理选择治理技术。如低浓度、大风量废气宜采用沸石转轮吸附、活性炭吸附、减风增浓等浓缩技术;高浓度废气可优先进行溶剂回收，难以回收的宜采用高温焚烧、催化燃烧等技术;油气(溶剂)回收宜采用冷凝+吸附、吸附+吸收、膜分离+吸附等技术;低温等离子、光催化技术主要适用于恶臭异味等治理。

　　从石油和化工企业的实际情况来看，生产中产生的VOCs多种多样，单一的技术往往无法满足治理需求，通常采用多种技术组合使用。尤其是对治理难度大、单一治理工艺难以稳定达标的废气要采用多种技术的组合工艺，比如冷凝吸附、冷凝吸收、吸附燃烧等。组合技术可以最大程度上发挥各自优缺点，对企业的VOCs治理提供最佳助力。

　　在石油和化工行业快速发展的今天，VOCs是不可避免的污染物。在采取措施实现源头控制VOCs排放量的同时，应加快研究开发更高效更经济的综合治理技术，为企业提供更多元、更经济的选择，以削减VOCs带来的污染。