挥发性有机物治理方案的探讨

曾 冲

(陕西未来能源化工有限公司，陕西 榆林 719000)

VOCs是挥发性有机化合物(volatile organic compounds)的英文缩写，指的是挥发性的碳氢化合物及其衍生物，它包括烃类、芳烃类、醇类、醛类、酮类、酯类、胺类、有机酸等常温下饱和蒸汽压大于133.32 Pa、常压下沸点在50～260℃以下的有机化合物，或在常温常压下任何能挥发的有机固体或液体。VOCs不仅导致空气质量变差而且是夏季光化学烟雾、城市雾霾的主要成分，并且其超过一定浓度时，会刺激人的眼睛和呼吸道，甚至损害人体的肝脏、肾脏、大脑和神经系统。VOCs已成为世界性公害，发达国家不断修改法律一再降低VOCs排放浓度，我国VOCs治理也到了刻不容缓的时刻。

1 VOCs来源

目前石油炼制及化工企业产生的挥发性有机物主要来源有三个方面,一是法兰及密封泄漏至大气中的挥发性有机物，二是挥发性有机物充装过程中产生的挥发性气体，三是挥发性有机物在储存过程中由呼吸阀呼出的气体。对于第一点，企业一般通过有资质的专业公司进行现场检测，消除跑冒滴漏。而第二点和第三点，则需要通过增加油气回收装置进行治理。

2 治理方案简介

2.1 纯冷凝法

由于不同的物质在不同的温度及压力下，会显示不同的饱和度。通过提高系统压力或降低系统温度的方式，可使处于气态的挥发性有机化合物冷凝，从废气中分离出来。冷凝法具有较多操作环节，在有机废气净化作业中，企业常常将该法运用于风量较小、温度较低、净化浓度较高的环境中。采用三级制冷，制冷系统使油气的温度降至-110℃，即可使油气中98%以上的碳氢化合物冷凝成液体，实现很好的经济效益。但由于需要深冷至-110℃，因此纯冷凝法油气回收机组存在着耗电量大的缺点。

2.2 冷凝+吸附法

采用二级制冷，制冷系统使油气的温度降至-75℃，使油气中90%以上的碳氢化合物冷凝成液体；未被冷凝下来的少量油气，进入两个交替工作的活性炭吸附系统，被活性炭系统吸附，当其中一套以系统吸附饱和时，该罐进行解吸处理，同时，另一套活性炭系统投入工作，最终可使油气中98%以上的碳氢化合物被处理回收，从机组排出的气体为达标气体，达到环保要求。

2.3 膜分离法

有机废气中不同组分在透过聚合物复合膜时的速度因气体自身性质和膜的特点有所差异，膜分离技术即利用气体内不同的组分在透膜时的渗透能力不同并结合空气透膜能力与有机蒸汽能力之间的差别来分离有机废气中挥发性有机化合物与其它组分。常见的膜分离技术可对氯化有机物、酮、酯及部分烷烃等实现较高的分离回收率。采用这一方法具有较强的简便性，且较高效、操作弹性较大、便于控制，可广泛用于诸多领域，同时还可对废气中的有机物回收，一定程度提高经济效益。

2.4 催化氧化(CO)+余热回收

其工艺原理是将待处理尾气加热到设定温度(催化剂固定床进气温度，约300～450℃)，流经催化剂表面时，在催化剂的作用下，尾气有机物的活性分子降低了活化能，因而有机气体分子化学键极易被断裂，在较低的温度下和氧发生氧化反应，生成CO2+H2O+反应热。由于有机物在较低的温度下就可氧化，因此可节省为维持高温度必须需要添加的辅助燃料。

催化燃烧装置主要由热交换器、燃烧室、催化反应器、热回收系统和净化烟气的排放烟囱等部分组成。其净化原理是：未净化气体在进入燃烧室以前，先经过热交换器被预热后送至燃烧室，在燃烧室内达到所要求的反应温度，氧化反应在催化反应器中进行，由于催化反应器中的催化剂的载体是由多孔材料制作的，具有较大的比表面积和合适的孔径，当加热到300～450℃的有机气体通过催化层时，氧和有机气体被吸附在多孔材料表层的催化剂上，增加了氧和有机气体接触碰撞的机会，提高了活性，使有机气体与氧产生剧烈的化学反应而生成CO2和H2O，同时产生热量，从而使得有机气体变成无毒无害气体。净化后烟气经热交换器释放出部分热量，再由烟囱排入大气。

该法有起燃温度低，能耗少，燃烧易达稳定，甚至到起燃温度后无需外界传热就能完成氧化反应。且净化效率高，污染物(如NOx及不完全燃烧产物等)的排放水平较低。适应氧浓度范围大，噪音小，无二次污染，且燃烧缓和，运转费用低，操作管理也很方便。

2.5 蓄热氧化(RTO)

针对废气中有机物含量较低，热值不足以维持燃烧室的温度从而需要添加辅助燃料的问题，借鉴冶金、化工行业业已成功应用的蓄热炉经验，将其用于有机废气净化，即为蓄热式热力氧化器。蓄热式焚烧炉(RTO)采用热氧化法处理中低浓度的有机废气，用陶瓷蓄热床换热器回收热量。RTO主体结构由燃烧室、陶瓷填料床和切换阀等组成。其主要特征是：蓄热床底部的自动控制阀分别与进气总管和排气总管相连，蓄热床通过换向阀交替换向，将由燃烧室出来的高温气体热量蓄留，并预热进入蓄热床的有机废气；采用陶瓷蓄热材料吸收、释放热量；预热到一定温度(≥760℃)的有机废气在燃烧室发生氧化反应，生成二氧化碳和水，得到净化。

2.6 直接焚烧(TO)+余热回收

采用燃烧法，能够对有机废气中大部分有害物质进行分解，在燃烧过程中，可以充分利用有机废气分解时自身产生的热量以促进该反应持续完全进行。催化燃烧法在相应催化剂作用下对有机废气进行燃烧，有效代替了传统的燃烧方式，能够在较低温度的燃烧情况下完成对有害物质的分解。催化燃烧所用的催化剂多为具有大比表面积的贵金属如：铂、钯等。在这个治理过程中，技术人员能够通过科学操作，充分回收利用热量，实现资源节约。由于某些催化剂会发生中毒反应，控制时必须保障催化剂能够在活性温度的情况下进行，对于这类催化剂，可采用铁系催化剂进行处理，或者运用加热法处理，从而保障催化剂能够充分发挥作用。

3 结束语

综上所述，石油炼制及化工企业应重视对挥发性有机物的排放治理工作，尽可能降低挥发性有机物的排放量及排放浓度，才能保护企业周边环境少受污染。挥发性有机物治理工作的推进，不仅对企业自身带来一定的经济效益，而且对环保工作起到了积极的社会效益，从而推动我国工业的可持续发展。