石油和化工企業(yè)如何選擇VOCs治理技術(shù)
隨著環(huán)保力度的加大，VOCs治理越來越受到關(guān)注。石油和化工行業(yè)VOCs排放總量大，成分復雜多樣，排放工況多變，很多復雜性問題亟待解決。同時，VOCs治理技術(shù)有多種方法，并有著各自的特點和適應(yīng)范圍。那么，這些技術(shù)各有哪些優(yōu)缺點，企業(yè)又應(yīng)該如何選擇這些技術(shù)呢?
定義不同：治理目標均為減輕污染
VOCs英文全稱為Volatile Organic Compounds，翻譯為揮發(fā)性有機化合物，最早出現(xiàn)在20世紀70年代末美國聯(lián)邦環(huán)保署(EPA)出版的《污染物控制技術(shù)指南》中。該《指南》首次明確了VOCs的定義:除CO、CO2、H2CO3、金屬碳化物、金屬碳酸鹽、碳酸銨之外，標準狀態(tài)下蒸汽壓大于0.1mmHg(1mmHg=0.133kPa)的碳化合物。
而我國對VOCs沒有統(tǒng)一定義，各種標準中對VOCs定義各不一樣。如《環(huán)境標志產(chǎn)品技術(shù)要求膠印油墨》(HJ/T370-2007)及《環(huán)境標志產(chǎn)品技術(shù)要求凹印油墨和柔印油墨》(HJ/T371-2007)定義VOCs為：在101.3KPa壓力下，任何初沸點低于或等于250℃的有機化合物;在《合成革與人造革工業(yè)污染物排放標準》(GB21902-2008)中，VOCs指常壓下沸點低于250℃，或者能夠以氣態(tài)分子的形態(tài)排放到空氣中的所有有機化合物(不包括甲烷);在《城市大氣揮發(fā)性有機化合物(VOCs)監(jiān)測技術(shù)指南》中，VOCs是指在常壓下沸點低于260℃或常溫下飽和蒸汽壓大于70.91Pa的有機化合物;《石油化學工業(yè)污染物排放標準》(GB31571—2015)3.11條對VOCs的定義為：參與大氣光化學反應(yīng)的有機化合物，或者根據(jù)規(guī)定的方法測量或核算確定的有機化合物。
雖然各項標準對VOCs定義不一，但目的均為限制揮發(fā)性有機化合物的排放，減輕環(huán)境污染。
回收技術(shù)：處理后返回工藝再利用
目前的VOCs治理技術(shù)可概括為兩大類：回收技術(shù)和銷毀技術(shù)。
回收技術(shù)是通過物理的方法，改變溫度、壓力或采用選擇性吸附劑和選擇性滲透膜等方法來分離有機污染物。主要包括吸附技術(shù)、吸收技術(shù)、冷凝技術(shù)及膜分離技術(shù)等?；厥盏膿]發(fā)性有機物可以直接或經(jīng)過簡單純化后返回工藝過程再利用，以減少原料的消耗，或者用于有機溶劑質(zhì)量要求較低的生產(chǎn)工藝，或者集中進行分離提純。
其中，吸收法主要利用吸收劑與VOCs之間的物理性質(zhì)差異將二者分離，通常采用低揮發(fā)性或不揮發(fā)性溶劑。吸附法主要采用吸收劑吸附廢氣中的VOCs，從而達到去除有機廢氣的目的，常用吸附劑主要有顆?；钚蕴?、纖維活性炭、蜂窩狀活性炭等。
由于廢氣成分是多種多樣的，每種成分在不同溫度和壓力下具有不同的飽和蒸汽壓，冷凝法主要就是通過降低溫度或改變壓力使廢氣中有機組分的壓力等于該組分的飽和蒸汽壓，從而使該部分成分由氣態(tài)轉(zhuǎn)化成液態(tài)并分別進行收集。
而膜分離法是一種新型回收治理技術(shù)，主要利用高分子膜的選擇透過性。油氣是由多種組分組成的，不同的組分在不同壓力下具有不同的滲透壓。在特定壓差下，使有機廢氣能選擇透過高分子膜而其他氣體物質(zhì)不能透過該層膜來達到分離的目的。
銷毀技術(shù)：轉(zhuǎn)變?yōu)槎趸己退?/strong>
銷毀技術(shù)是通過化學或生化反應(yīng)，用熱、光、催化劑或微生物等將有機化合物轉(zhuǎn)變成為二氧化碳和水等無毒害無機小分子化合物的方法。主要包括催化燃燒法、蓄熱式燃燒法、蓄熱式催化燃燒法、生物氧化、低溫等離子體法、光催化氧化技術(shù)、超低排放燃燒法等。
其中，催化燃燒法是在直接燃燒的基礎(chǔ)上加入催化劑，在催化劑的作用下，廢氣中的VOCs等可燃組分在較低的溫度(250～350℃)下進行氧化，將VOCs氧化成CO2和H2O。催化燃燒法主要分為浸漬法和共沉淀法兩種。
蓄熱式焚燒法(RTO)是把有機廢氣加熱到760℃以上，使廢氣中的有機物氧化分解成CO2和H2O。氧化產(chǎn)生的高溫氣體流經(jīng)陶瓷蓄熱體，使陶瓷體升溫，從而用于對原始廢氣進行預熱。陶瓷蓄熱體通常分為兩室或三室。蓄熱式催化燃燒法(RCO)是RTO的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，其原理是在一定溫度下，在催化劑的作用下將污染物完全氧化為CO2和H2O，同時回收熱量。
低溫等離子體技術(shù)作為近年來發(fā)展勢頭較猛的新技術(shù)，在惡臭污染治理中應(yīng)用越來越多。其原理有兩個方面：一是在等離子體產(chǎn)生的過程中，高頻放電的瞬間所產(chǎn)生的高能量可以破解部分有害氣體分子的化學能，使之分解為單質(zhì)原子或無害分子;二是等離子體中包含大量的高能電子和具有強氧化性的自由基，這些活性粒子和部分臭氣分子碰撞結(jié)合，使得臭氣分子的化學鍵斷裂，直接分解成單質(zhì)原子或由單一原子構(gòu)成得無害氣體分子。同時產(chǎn)生大量的活性自由基和氧化性極強的O3，與有害氣體分子發(fā)生化學反應(yīng)，最終生成無害產(chǎn)物。
超低排放燃燒技術(shù)(CEB)主要使用金屬纖維無煙無火焰燃燒器，預先混合均勻的燃氣空氣混合物流向燃燒器頭部，在透氣性均勻的金屬纖維織物表面層以藍焰方式在織物上方燃燒?；鹧嬗蓴?shù)以百萬計小火焰組成，呈藍色浮在表面上，熱量以對流方式釋放。
各有優(yōu)缺：組合技術(shù)成為佳選
事實上，每種VOCs治理技術(shù)都有其各自的適用性和局限性。比如，吸收法有簡單易行、投資成本低、操作費用低、使用范圍廣的優(yōu)點，但也有依賴于吸收劑、對吸收劑的品質(zhì)需求較高、會產(chǎn)生廢水等缺點;膜分離法作為新型回收治理技術(shù)，對使用技術(shù)要求不高且能高效分離有機廢氣，但成本較高，膜的穩(wěn)定性目前也有不足;而蓄熱式催化燃燒法雖然效率高、能耗低，卻不能處理含硫含氯及其他鹵族元素的廢氣。
因此，企業(yè)應(yīng)依據(jù)排放廢氣特征、VOCs組分及濃度、生產(chǎn)工況等，合理選擇治理技術(shù)。如低濃度、大風量廢氣宜采用沸石轉(zhuǎn)輪吸附、活性炭吸附、減風增濃等濃縮技術(shù);高濃度廢氣可優(yōu)先進行溶劑回收，難以回收的宜采用高溫焚燒、催化燃燒等技術(shù);油氣(溶劑)回收宜采用冷凝+吸附、吸附+吸收、膜分離+吸附等技術(shù);低溫等離子、光催化技術(shù)主要適用于惡臭異味等治理。
從石油和化工企業(yè)的實際情況來看，生產(chǎn)中產(chǎn)生的VOCs多種多樣，單一的技術(shù)往往無法滿足治理需求，通常采用多種技術(shù)組合使用。尤其是對治理難度大、單一治理工藝難以穩(wěn)定達標的廢氣要采用多種技術(shù)的組合工藝，比如冷凝吸附、冷凝吸收、吸附燃燒等。組合技術(shù)可以最大程度上發(fā)揮各自優(yōu)缺點，對企業(yè)的VOCs治理提供最佳助力。
在石油和化工行業(yè)快速發(fā)展的今天，VOCs是不可避免的污染物。在采取措施實現(xiàn)源頭控制VOCs排放量的同時，應(yīng)加快研究開發(fā)更高效更經(jīng)濟的綜合治理技術(shù)，為企業(yè)提供更多元、更經(jīng)濟的選擇，以削減VOCs帶來的污染。