李文娟，董事壁，滕富華，陸建海，繆孝平，顧震宇

（浙江省環(huán)境保護(hù)科學(xué)設(shè)計(jì)研究院，浙江杭州 310007）

化工園區(qū)企業(yè)VOCs排放治理技術(shù)的評(píng)價(jià)分析

李文娟，董事壁，滕富華，陸建海，繆孝平，顧震宇

（浙江省環(huán)境保護(hù)科學(xué)設(shè)計(jì)研究院，浙江杭州 310007）

以浙江省某典型化工園區(qū)為研究對(duì)象，通過(guò)對(duì)園區(qū)內(nèi)化工企業(yè)的生產(chǎn)工藝、VOCs排放情況及VOCs處理設(shè)施的詳細(xì)調(diào)研，總結(jié)園區(qū)內(nèi)企業(yè)VOCs排放特征，從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)兩方面對(duì)園區(qū)內(nèi)主流VOCs治理技術(shù)進(jìn)行了分析和評(píng)價(jià)，為化工企業(yè)選擇VOCs治理技術(shù)提供參考。

化工園區(qū)；揮發(fā)性有機(jī)物；治理技術(shù)；評(píng)估

Abstract：This study chose one typical chemical industry park in Zhejiang Province as the object.Through the investigation of production technologies，VOCs emission and VOCs emission control technologies of chemical enterprises，this study summarized the VOCs emission characteristics in the park，analyzed the effect of VOCs emission treatment technologies.Finally the main VOCs emission treatment technologies were evaluated from technology and economy the two aspects，which can provide reference when selecting VOCs emission treatment technologies in chemical industry park.

Key words：chemical industry park；volatile organic compounds；treatment technology；evaluation

揮發(fā)性有機(jī)物（Volatile Organic Compounds，VOCs）是指在室溫下蒸汽壓大于133.32Pa、且在大氣環(huán)境中沸點(diǎn)在50～250℃的易揮發(fā)有機(jī)化合物[1]。VOCs種類繁多，成分復(fù)雜，有研究表明，VOCs是臭氧和二次有機(jī)顆粒物的重要前體物[2-3]。

目前工業(yè)源排放的VOCs已經(jīng)成為我國(guó)VOCs主要來(lái)源。石油化工行業(yè)作為我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，工藝過(guò)程容易產(chǎn)生大量VOCs，排放量大且排放點(diǎn)分散[4]。而化工園區(qū)則是以石化化工產(chǎn)業(yè)為紐帶形成的加工體系匹配、產(chǎn)業(yè)聯(lián)系緊密的產(chǎn)業(yè)聚集地[5]。化工園區(qū)內(nèi)企業(yè)大多屬于石油化工、生物化工、精細(xì)化工行業(yè)[6]，生產(chǎn)工藝復(fù)雜，排放的VOCs種類多、成分復(fù)雜，VOCs污染十分嚴(yán)重。

隨著我國(guó)化工園區(qū)數(shù)目的迅速增加，化工園區(qū)內(nèi)企業(yè)排放VOCs引起的環(huán)境問(wèn)題越來(lái)越受人們的關(guān)注[7]。而我國(guó)對(duì)化工園區(qū)各類VOCs治理技術(shù)的應(yīng)用和運(yùn)行情況缺乏系統(tǒng)調(diào)查。如何評(píng)價(jià)并選擇合適的排放治理技術(shù)也是亟待解決的問(wèn)題[7]。因此，本研究選取浙江省杭州灣沿岸的某典型化工園區(qū)，對(duì)化工園區(qū)內(nèi)化工企業(yè)的VOCs排放特征和治理技術(shù)進(jìn)行調(diào)研，并對(duì)VOCs排放治理技術(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1 評(píng)價(jià)對(duì)象及方法

1.1 評(píng)價(jià)對(duì)象

化工行業(yè)是浙江省支柱產(chǎn)業(yè)之一，經(jīng)國(guó)家認(rèn)定的化工園區(qū)多達(dá)十幾家。本文選取浙江省杭州灣南岸某化工園區(qū)作為評(píng)價(jià)對(duì)象，該化工園區(qū)以精細(xì)化工產(chǎn)業(yè)為主。

1.2 評(píng)價(jià)方法

首先對(duì)化工園區(qū)內(nèi)企業(yè)進(jìn)行了詳細(xì)調(diào)研，調(diào)查信息包括生產(chǎn)工藝、VOCs排放情況和VOCs治理技術(shù)與運(yùn)行情況等，最后對(duì)匯總的信息進(jìn)行分析整合。

化工園區(qū)企業(yè)VOCs排放治理技術(shù)的評(píng)價(jià)包括技術(shù)和經(jīng)濟(jì)兩個(gè)方面。在技術(shù)方面，從企業(yè)實(shí)際應(yīng)用情況闡明技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，分析技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程的問(wèn)題。在經(jīng)濟(jì)方面，計(jì)算企業(yè)在安裝和運(yùn)行處理技術(shù)的投資費(fèi)用和運(yùn)行成本。

2 評(píng)價(jià)結(jié)果

2.1 行業(yè)概述

本次研究調(diào)研了化工園區(qū)77家化工企業(yè)，分為專用化學(xué)產(chǎn)品制造、涂料、油墨、顏料及類似產(chǎn)品制造、農(nóng)藥制造、化學(xué)藥品原料藥制造、日用化學(xué)產(chǎn)品制造、化學(xué)藥品制劑制造、生物藥品制造和其他八大類。企業(yè)分類情況如圖1所示。

圖1 該化工園區(qū)企業(yè)分類情況

2.2 化工園區(qū)VOCs排放特征

（1）排放點(diǎn)多，排放量大，無(wú)組織排放嚴(yán)重。園區(qū)內(nèi)化工企業(yè)通常有多套生產(chǎn)設(shè)備，每個(gè)生產(chǎn)設(shè)備都分布幾十個(gè)VOCs排放點(diǎn)，且VOCs大多低空無(wú)組織排放，廠界廢氣濃度較高。

（2）間歇性排放多。精細(xì)化工的反應(yīng)過(guò)程基本為間歇反應(yīng)，VOCs排放也呈間歇性排放。

（3）VOCs排放組分不穩(wěn)定。生產(chǎn)的原輔料成分復(fù)雜，排放的VOCs組分和濃度變化大，同一套裝置在不同時(shí)期排放的污染物組分不一致。

（4）VOCs廢氣影響范圍廣?；て髽I(yè)排放的VOCs大多具有惡臭異味，嗅閾值低、易擴(kuò)散、影響范圍廣，因此化工園區(qū)經(jīng)常收到周邊居民關(guān)于惡臭異味的信訪投訴。

（5）“跑冒滴漏”等現(xiàn)象產(chǎn)生VOCs排放。由于生產(chǎn)的易燃、易爆物質(zhì)多，反應(yīng)過(guò)程激烈，加上生產(chǎn)裝備水平和工藝技術(shù)水平較低及管理不善，“跑冒滴漏”等現(xiàn)象導(dǎo)致VOCs排放。

2.3 化工園區(qū)VOCs排放治理技術(shù)的評(píng)價(jià)結(jié)果

園區(qū)內(nèi)安裝有處理設(shè)施的企業(yè)比例為85%。不同VOCs處理技術(shù)的使用比例如圖2所示。堿吸收法為使用率最高的處理技術(shù)，其次為水吸收+堿吸收、氧化吸收+堿吸收、酸堿吸收。由此可知，吸收法為該化工園區(qū)的主流處理技術(shù)。

圖2 園區(qū)不同VOCs處理技術(shù)占比

對(duì)園區(qū)內(nèi)VOCs治理技術(shù)的評(píng)價(jià)結(jié)果如表1所示。吸附法和吸收法的技術(shù)成熟度最高，投資成本和運(yùn)行成本較低，但VOCs的去除率差別大，效果不穩(wěn)定。等離子體法技術(shù)成熟度不高，電暈放電形式的等離子體法投資和運(yùn)行成本較低，其他放電形式的等離子體法投資和運(yùn)行成本較高，但在目前的應(yīng)用案例中總體去除效果不理想。燃燒法包括直接燃燒法和蓄熱式熱力焚燒法（RTO），VOCs去除率高，適合大部分中高濃度、低含氯的VOCs廢氣，但投資成本和運(yùn)行成本高于其他處理方法。在投資費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用中，+的多少代表費(fèi)用的高低

表1 VOCs處理技術(shù)的評(píng)估對(duì)比

（1）吸收法。吸收法是利用VOCs組分在吸收劑中的溶解性差異對(duì)不同VOCs吸收分離的技術(shù)[8]。吸收法在化工園區(qū)內(nèi)使用率最高，主要原因是技術(shù)成熟、工藝流程簡(jiǎn)單、投資運(yùn)行費(fèi)用低?；て髽I(yè)排放的VOCs廢氣中水溶性組分，采用水噴淋吸收法具有較好的處理效果；酸性、堿性組分則可利用酸堿中和原理，分別采用堿性、酸性的噴淋液吸收。

表2列舉了典型企業(yè)吸收法的相關(guān)指標(biāo)。由于化工企業(yè)排放VOCs種類復(fù)雜，當(dāng)單級(jí)吸收處理效率有限時(shí)，可采用多級(jí)吸收方式。在調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，吸收法使用時(shí)存在吸收液更換不及時(shí)等問(wèn)題，會(huì)導(dǎo)致處理效率嚴(yán)重下降。因此，化工企業(yè)需要及時(shí)更換并妥善處理吸收液，如有回用價(jià)值，可對(duì)吸收液進(jìn)行精餾處理。

表2 典型企業(yè)吸收法的相關(guān)指標(biāo)

（2）吸附法。吸附法是利用固體表面的不平衡的化學(xué)鍵力或分子引力，使VOCs其中的一種或多種組分濃縮于固體表面上，以達(dá)到分離的目的[9]。吸附法是目前處理VOCs最常見的方法，特別適用于處理中、低濃度、總排放量較少的VOCs[10]，技術(shù)成熟度高。吸附法設(shè)備簡(jiǎn)單、投資小、操作方便，但廢吸附劑需要作為固廢單獨(dú)處理。高宗江等人實(shí)測(cè)了吸附法的處理效率不超過(guò)80%[11]，并且保證吸附劑及時(shí)更換。

表3列舉了典型企業(yè)吸附法的相關(guān)指標(biāo)。吸附法的投資成本和運(yùn)行成本較吸收法有所增加。企業(yè)E和企業(yè)F的運(yùn)行成本集中在購(gòu)買吸附劑的費(fèi)用。有些企業(yè)安裝了脫附再生裝置則可以降低運(yùn)行成本（如企業(yè)G）。目前吸附法應(yīng)用存在的問(wèn)題是吸附劑更換不及時(shí)。如果沒(méi)有適時(shí)更換或再生，吸附劑飽和后處理效率甚至可以降至零。

表3 典型企業(yè)吸附法的相關(guān)指標(biāo)

（3）燃燒法。燃燒法是目前應(yīng)用較為廣泛的VOCs治理技術(shù)之一[8]。本次調(diào)研中涉及的燃燒法為直接燃燒和RTO?；て髽I(yè)排放的廢氣往往溫度較高[11]，采用燃燒法可以利用這部分熱量。直接燃燒法工藝簡(jiǎn)單、技術(shù)成熟度高，但能耗高、運(yùn)行成本高，且不適于處理含氯有機(jī)廢氣，否則易產(chǎn)生Cl2、COCl2、NOX、多氯二苯呋喃等有毒副產(chǎn)物[12]。RTO則通過(guò)蓄熱材料回收熱量，可以達(dá)到90%～95%的熱回收率，運(yùn)行費(fèi)用降低。園區(qū)內(nèi)采用燃燒法的企業(yè)VOCs排放組分復(fù)雜，包含甲苯、二氯甲烷、二甲基亞砜、甲醇等十幾種，基本來(lái)自生產(chǎn)工藝（如精餾、反應(yīng)釜等）排放的廢氣。燃燒法的處理效率一般認(rèn)為可達(dá)到95%以上[13]。

表4列舉了燃燒法的相關(guān)指標(biāo)。直接燃燒法的投資成本低于RTO法，但運(yùn)行成本高于RTO法。目前應(yīng)用的主要問(wèn)題是燃燒法投資成本和運(yùn)行成本均較高，且存在二噁英污染隱患。

表4 典型企業(yè)燃燒法的相關(guān)指標(biāo)

（4）等離子體法。低溫等離子體法利用高壓脈沖放電獲得高能電子、離子和自由基等活性粒子可與VOCs發(fā)生作用，將VOCs轉(zhuǎn)化為CO2、H2O等無(wú)害或低害物質(zhì)，從而使廢氣得到凈化[11]。有研究表明，等離子體容易打開C—S和S—H，對(duì)于臭味和苯系物的凈化均具有良好的效果[11，14-17]。等離子體法適宜處理低濃度、大風(fēng)量的廢氣，但是實(shí)際應(yīng)用的處理效果一般不超過(guò)70%[11]。表5列舉了等離子體法處理的相關(guān)指標(biāo)。

表5 典型企業(yè)等離子體法的相關(guān)指標(biāo)

等離子體處理設(shè)施對(duì)惡臭指標(biāo)有一定的處理效果，但對(duì)VOCs凈化效率不高。目前等離子體處理在化工園區(qū)內(nèi)的應(yīng)用存在的問(wèn)題是企業(yè)對(duì)于其作用機(jī)理研究不夠充分，還沒(méi)有形成規(guī)律性認(rèn)識(shí)，很多企業(yè)只是在模仿這項(xiàng)技術(shù)，并沒(méi)有真正掌握核心機(jī)理。

3 結(jié)束語(yǔ)

園區(qū)內(nèi)化工企業(yè)以溶劑消耗型企業(yè)為主，VOCs廢氣排放量大且濃度較高。廢氣成分復(fù)雜、種類繁多，廢氣排放與化工企業(yè)生產(chǎn)情況息息相關(guān)，并伴有惡臭異味等，導(dǎo)致化工企業(yè)VOCs處理難度大。

園區(qū)內(nèi)VOCs排放治理技術(shù)覆蓋率為85%，以吸收法及其組合工藝為主，部分企業(yè)采用活性炭吸附、燃燒法、等離子體等技術(shù)。鑒于園區(qū)內(nèi)VOCs排放特征復(fù)雜，部分企業(yè)采用的治理技術(shù)去除效果一般。園區(qū)內(nèi)正推廣燃燒法等高效治理技術(shù)，以提高VOCs處理效率。

園區(qū)內(nèi)VOCs排放治理技術(shù)在長(zhǎng)期的應(yīng)用過(guò)程中存在不同程度的問(wèn)題，主要有治理設(shè)施監(jiān)管不力、吸附劑或吸收液更換不及時(shí)等。因此園區(qū)內(nèi)企業(yè)應(yīng)提高處理設(shè)施運(yùn)行管理水平，保證處理設(shè)施的正常運(yùn)行。

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Evaluation of VOCs Emission Rreatment Technologies in Chemical Industry Park

Li Wen-juan，Dong Shi-bi，Teng Fu-hua，Lu Jian-hai，Miao Xiao-ping，Gu Zhen-yu

X78；X82

B

1003–6490（2017）09–0197–03

2017–07–07

李文娟（1989—），女，山東平陰人，博士，工程師，主要研究方向?yàn)閂OCs污染防治技術(shù)。

浙江省科技計(jì)劃項(xiàng)目（2015F10008）；浙江省省屬科研院所扶持專項(xiàng)（2017F10013）；國(guó)家科技支撐計(jì)劃（2014BAC22B00）。