煤化工相关产业的VOCs治理技术发展分析

王倩倩(河南省化工研究所有限责任公司，河南 郑州 450052)

0 引言

VOCs又名挥发性有机化合物，是大气组成成分中最为重要的一类气态污染物，随着近年来我国煤化工以及其相关产业的飞速发展，加剧了我国VOCs的污染排放，给我国的大气环境治理带来了巨大的困难。煤化工及其相关产业在生产过程中难免会产生硫氧化物、一氧化碳等对大气和人体健康造成严重损害的挥发性气体，但我国的工业生产和经济建设又离不开煤化工及其相关产业的重要支撑。因此，研究出一套切实可行的VOCs气体治理方案就显得尤为重要，煤化工相关产业要重视VOCs治理技术对煤化工实现环境友好型生产的重要意义，通过不断的收集、摸索和总结治理经验，探寻VOCs治理技术的未来发展方向。

1 VOCs处理技术概述

当前，国内外对于VOCs的处理方法在总体上来讲主要由两种方式构成：回收法和消除法。

首先，回收法的VOCs处理技术有：变压吸附法、炭吸附法、膜分离技术法、冷凝法以及吸收法等，回收法的VOCs处理技术主要依赖物理方法，通过改变压力和温度等物理数值，或者采用选择性渗透膜、吸附剂等方法来实现VOCs的富集分离；其次，消除法的VOCs处理技术有：催化燃烧法、热氧化法、等离子体法、燃烧法、集成技术法、生物氧化法以及紫外光催化氧化法等，消除法的VOCs处理技术主要依赖化学方法，结合化学反应，利用光、催化剂、微生物、热等将VOCs转化成为水，二氧化碳等无污染、无危害的小分子化合物[1]。

近年来，随着科学技术的不断进步和提高，VOCs处理技术也得到了快速的发展，等离子体、半导体光催化技术、生物氧化等新型技术得到了快速发展，然而因资金消耗较大，暂时难以得到广泛的应用。

2 国内外VOCs处理技术的发展现状

当前国内外采用热氧化法、等离子体法、催化燃烧法等VOCs的消除法处理技术较为广泛，但由于化学反应的环境影响因素较大，在实际应用时产生的效果并不十分突出，本文集中分析以来物理手段来进行VOCs处理的回收法技术。

2.1 冷凝技术

VOCs处理的冷凝技术开始于20世纪70年代中后期，由美国Edwards公司最先发明且广泛推广应用，当前国外煤化工及其相关产业主要采用冷凝于吸附组合实施VOCs处理工艺，这种工艺的基本原理就是油气先冷凝再吸附，抑或是油气经过吸附后解析气体进行冷凝。冷凝技术具有较为突出的缺点，该工艺耗能高且VOCs气体的去除率也无法满足较高要求，要想提升去除率就必须不停车进行除霜工作，这就大幅提升了运行成本[2]。

2.2 膜分离技术

膜分离技术创始于20世纪90年代末期，由美国、德国以及日本开始着手应用研究。该项技术主要被应用到工业制氮气、天然气除湿以及制备富氮空气等领域，该项技术起步较晚，发展尚不成熟，虽然其VOCs去除率极高，但其膜的造价极高，且装置对环境和操作水平要求较高[3]。

2.3 吸收技术

吸收技术是日本上殊勇研制出的一种吸收剂来对VOCs气体进行吸附处理，这种技术的VOCs吸附率较高，且不污染环境，可循环反复使用且运行费用偏低。吸收技术可应用范围较广，可在压力较高或者温度较低的条件下对VOCs进行处理，但吸收技术对装置的要求较高，需要定期对吸附剂进行更换，一旦处理不当则容易造成二次污染。

2.4 生物处理技术

20世纪80年代，德国开始着手研究生物发来进行VOCs尾气处理，生物处理技术能够对绝大多数VOCs有机气体进行不同程度的降解，该项技术具有处理效率高、费用低且应用范围广，并且没有二次污染，但对于一些对生物降解有抵抗能力的VOCs气体处理起来十分困难[4]。

3 我国煤化工发展现状及VOCs排放现状

3.1 当前我国煤化工相关产业发展现状

近年来，随着我国市场拉动以及宏观政策引导作用，现代煤化工及其相关产业得到了飞速的发展，我国煤化工的自主化率以达到9成以上，大型设备的制造能力得到显著提升，再加上我国《现代煤化工产业创新发展布局方案》和《煤炭深加工产业示范“十三五”规划》等文件的逐步实施，煤化工及其相关产业的发展得到了清晰的定位，煤化工及其相关产业将成为我国“十三五”期间现代能源体系当中的重要组成部分，高速发展的背后必将是煤能源的大幅消耗，随之而来的VOCs污染排放也将大幅增加。

3.2 当前我国煤化工VOCs排放现状

由于之前我国并未将VOCs正式纳入到环境监测体系当中，所以，相关数据统计并不全面，据不完全统计：2010年—2014年我国VOCs理论排放气体总量为1 363万～1 700万t/a，平均年增长率达到6.58%，这其中煤化工相关产业的VOCs排放量占VOCs排放总量约62%，且呈逐年递增趋势，预计2020年，我国VOCs的排放总量将达到2 466万t/a，煤化工相关产业的VOCs排放量将占比约7成以上。

煤化工及其相关产业是我国VOCs污染排放的重点行业，煤化工及其相关产业涉及到液化、气化、低温干馏、炼焦等众多化学工艺，受煤化工及其相关产业的生产工艺流程特点影响，气化过程中产生的VOCs污染源主要是由于火层倾斜、结渣而导致气化炉非正常停车，进而造成炉内大量气体逸散而产生的。此外，粗煤气净化工序中产生的尾气、气化炉卸压的废气、氨回收吸收塔所排放的气体以及硫酚类物质回收装置产生的酸性气体都是煤化工及其相关产业VOCs排放的重要原因。

4 煤化工相关产业VOCs治理技术

4.1 治理方案

煤化工相关产业的VOCs排放源主要可分为两个大类：有组织排放废气和无组织排放废气。其中，有组织排放废气与煤化工相关产业的加工工艺、化学工艺、加工工况等因素息息相关，可以精确定位分析污染源，因此，可以进行准确的VOCs排放总量核算。本文治理方案设计主要针对无组织排放废气，做好泄漏修复、泄漏检测以及敞开液面加盖密封工作，进而对无组织VOCs气体排放进行集中处理。VOCs具体治理方案为：源头消减(原材料替代)—过程控制(工艺优化改进和泄漏、异常排放应急机制)—末端治理(回收技术和销毁技术)，并将以上VOCs控制全过程纳入到VOCs监测体系，实现在线或离线监管。

4.2 关键技术解析

首先，原材料替代。煤化工相关产业要严格把控原材料的使用过程，将具有挥发性的有机溶剂使用操作流程进行严格的规范，谨防原料中的VOCs逸散；其次，泄漏检测和修复技术(简称LDAR)。结合移动或者固定的检测设备对煤化工生产易出现泄漏的部位进行管道、各类反应釜、泵的定期监测，整个LDAR检测流程包含：方案编制、需求分析、泄漏检测频率以及确定允许泄漏值，进而帮助煤化工相关产业及时发现VOCs泄漏问题，减免原料消耗的同时，降低VOCs污染；第三，治理技术。治理技术主要包含回收技术和销毁技术，一方面，煤化工相关产业VOCs治理方案所采用的回收技术为物理方法，通过使用吸附、吸收、冷凝、膜分离等技术来回收VOCs，再将回收后的VOCs经过集中分离提纯或者简单纯化回流回工艺流程，实现原材料消耗的降低；另一方面，煤化工相关产业VOCs治理方案所采用的销毁技术是通过生化或者化学反应将VOCs废气直接分解成为水、二氧化碳或者无毒无害的小分子化合物，所采用的技术包含：生物法、光催化、等离子法等。

4.3 技术筛选

煤化工及其相关产业在进行VOCs治理技术的选择时要依照不同工艺环节所产生的VOCs含量以及成分来选择最佳的治理技术工艺。譬如：高浓度VOCs废气易采用吸附、冷凝等有用成分回收使用的回收技术；中等浓度的VOCs废气宜采用燃烧净化技术或吸附技术进行能量回收；低浓度VOCs宜采用有机溶剂回收或吸附技术；无回收价值的VOCs废气宜采用生物技术、低温等离子技术或燃烧等方式进行气体净化处理。

5 结语

随着我国经济的不断发展，煤化工及其相关产业的不断壮大，大气污染问题成为了当前摆在煤化工生产方面的首要问题，煤化工及其相关产业要想实现环境友好型发展就要重视VOCs废气处理技术的研究，结合现阶段国内外主流的VOCs处理技术来分析和寻找创新的VOCs处理工艺，制定相应的VOCs治理控制方案，依照不同技术的优势择优设计，从而提升我国煤化工相关产业的VOCs处理能力，实现保护环境和环境友好型生产的根本目标。