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        某化工園區(qū)兩家石油化工企業(yè)不同裝置的VOCs源排放成分分析

        2022-12-10 02:34:08揚(yáng)
        江蘇科技信息 2022年32期
        關(guān)鍵詞:顆粒物

        崔 揚(yáng)

        (江蘇省生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)有限公司,江蘇 南京 210019)

        0 引言

        工業(yè)的快速發(fā)展帶給人們舒適的生活,但環(huán)境問題隨之暴露出來,大量的工業(yè)廢氣排入空氣中,引起了嚴(yán)重的大氣污染,揮發(fā)性有機(jī)化合物屬于其中較難處理的一種污染物。目前,工業(yè)源排放量在VOCs人為源排放量中占一半左右的比例,化工原料和化工制品制造業(yè)、交通設(shè)施制造業(yè)、醫(yī)藥制造業(yè)占據(jù)工業(yè)VOCs點(diǎn)源案例的一半,與源頭追蹤法估算的行業(yè)VOCs排放量排名基本一致[1]。揮發(fā)性有機(jī)污染物作為PM2.5和O3重要的前體物,其排放量引起環(huán)保部等政府部門重點(diǎn)關(guān)注[2]。

        本文通過對(duì)某化工園進(jìn)行實(shí)地調(diào)查,綜合選取了兩家企業(yè)進(jìn)行VOCs實(shí)地監(jiān)測(cè), 確定采樣的工藝裝置并開展廢氣采樣工作(以有組織為主),兩家企業(yè)分別為A企業(yè)和B企業(yè),經(jīng)過與企業(yè)的協(xié)商溝通,最終選取A企業(yè)的工藝加熱爐、酸性氣體回收裝置、異構(gòu)化再生裝置、廢水處理有機(jī)廢氣裝置與B企業(yè)的工藝加熱爐、脫硫脫硝裝置、產(chǎn)品精制脫臭裝置、廢水處理有機(jī)廢氣裝置,對(duì)每個(gè)裝置選取特定的污染物進(jìn)行監(jiān)測(cè),并將樣品帶回實(shí)驗(yàn)室分析出數(shù)據(jù),對(duì)各環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,得到源排放成分,分析出VOCs的排放特征及當(dāng)?shù)靥卣魑廴疚铩?/p>

        1 研究目的及意義

        某省空氣質(zhì)量總體優(yōu)良,但部分市縣地區(qū)空氣質(zhì)量良級(jí)天數(shù)偏多,良級(jí)天數(shù)主要受PM2.5,PM10,O3污染物影響;且PM2.5,PM10,O3與VOCs的排放密切相關(guān),石化行業(yè)作為某工業(yè)園內(nèi)主要產(chǎn)業(yè),管件銜接、生產(chǎn)工藝、末端排氣中難免排放大量VOCs。VOCs排放組分復(fù)雜,治理周期長(zhǎng),難以有效控制,國內(nèi)對(duì)VOCs排放組分僅在珠江三角洲、上海、北京等地區(qū)開展研究,某省本地工業(yè)VOCs研究較少。

        選取某省某工業(yè)園區(qū)實(shí)地調(diào)研,對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行成分研究,不僅能改善工業(yè)園周邊的環(huán)境質(zhì)量,更能識(shí)別當(dāng)?shù)氐腣OCs特征污染物,為日后構(gòu)建具有本地特征的VOCs排放源成分譜提供依據(jù),合理構(gòu)建某省的大氣污染防治方案、重點(diǎn)污染物監(jiān)控體系、VOCs排放標(biāo)準(zhǔn)等。

        2 VOCs采樣及源排放成分譜分析

        2.1 VOCs采樣選取

        通過對(duì)兩家企業(yè)的協(xié)調(diào),選取不同工藝環(huán)節(jié)的排放源進(jìn)行“有組織樣品采集”和“無組織樣品采集”,即廢氣裝置尾端采集以及周邊環(huán)境空氣采集。本次檢測(cè)對(duì)有組織以及無組織的氣體使用活性炭管、采樣氣袋、濾筒采集。采樣點(diǎn)位選擇參照GB/T 16157—1996《固定污染源排氣中顆粒物和氣態(tài)污染物采樣方法》、HJ/T 55—2000《大氣無組織排放監(jiān)測(cè)技術(shù)導(dǎo)則》。

        有組織氣體采樣應(yīng)優(yōu)先選擇在垂直管段,避開煙道彎頭和斷面急劇變化的部位,采樣位置應(yīng)設(shè)置在彎頭、閥門、變徑管下游方向不小于6倍直徑和距上述部件不小于3倍直徑處;對(duì)于氣態(tài)污染物,由于混合比較均勻,采樣位置不受上述限制,但應(yīng)避開渦流區(qū)[3]。監(jiān)測(cè)點(diǎn)位為避免風(fēng)向風(fēng)速等因素干擾,分3個(gè)時(shí)間段進(jìn)行平行采樣。

        無組織氣體在周圍氣體逸散的工序位置進(jìn)行采樣,采樣點(diǎn)應(yīng)設(shè)在距離地面高度為1.5 m的呼吸帶,當(dāng)周圍有高大建筑物時(shí),采樣點(diǎn)移至與障礙物呈小于30°角,采樣點(diǎn)不受周圍植物、建筑物影響,一般存在270°自由空間,且避開近地其他污染物影響。監(jiān)測(cè)點(diǎn)位為避免風(fēng)向風(fēng)速等因素干擾,分3個(gè)時(shí)間段進(jìn)行平行采樣[4]。

        2.2 A企業(yè)不同裝置VOCs源排放成分

        2.2.1 工藝加熱爐裝置

        在工藝加熱爐裝置中檢測(cè)了氮氧化物、二氧化硫和顆粒物3種因子,此外還包括總懸浮顆粒物中的硫酸鹽、硝酸鹽、銨鹽、黑碳、有機(jī)碳。由表1可看出,這5種因子占比過低,而氮氧化物所占比例排在首位為48.12%,其次是二氧化硫和顆粒物;氮氧化物和二氧化硫占據(jù)所測(cè)因子中絕大部分質(zhì)量比例,本裝置主要為后續(xù)工藝提供熱量,故未檢測(cè)揮發(fā)性有機(jī)污染物。

        2.2.2 酸性氣體回收裝置

        在酸性氣體回收裝置中,監(jiān)測(cè)的因子為二氧化硫、非甲烷總烴和硫酸霧,由表1可看出,二氧化硫占比73.33%,主要可能由酸沉降器裝置硫酸循環(huán)利用帶出的氣體溢散,并檢測(cè)出20%的非甲烷總烴和小于10%的硫酸霧。

        2.2.3 異構(gòu)化再生裝置

        在異構(gòu)化再生裝置中,一共監(jiān)測(cè)了20種因子。由表1可看出,含氧化合物整體含量很高,其中異丙醇占據(jù)總質(zhì)量百分比的一半,苯類也占據(jù)一定比例,同類類別中,乙苯、間二甲苯、二甲苯、對(duì)二甲苯占比均在3%左右;氯化氫濃度高于其他裝置,可能是異構(gòu)化再生反應(yīng)所致;烴類所占比例較少,非甲烷總烴占比為7.52%。

        2.2.4 廢水處理有機(jī)廢氣裝置

        在廢水處理有機(jī)廢氣裝置中,共監(jiān)測(cè)了29種因子,從表中1可以看出含氧有機(jī)物濃度最高,其中異丙醇含量占據(jù)首位達(dá)到32.23%;氮氧化物和二氧化硫含量?jī)H次于異丙醇,分別為17.35%和15.30%,含量高于其他裝置,可能是由于其他裝置的廢氣大部分集中在此裝置中;苯系物約占10%左右;烴類含量較低,其中含量最高的組分丁烯質(zhì)量百分比為1.88%。

        2.2.5 廠界上風(fēng)向

        在廠界上風(fēng)向,一共監(jiān)測(cè)了17種因子,氮氧化物和二氧化硫均占總質(zhì)量的三分之一左右,可能源于A企業(yè)上風(fēng)向的企業(yè)尾氣排放;顆粒物比例為8.19%;非甲烷總烴含量略高于顆粒物,為9.13%;苯系物種類占總污染物的三分之一,但比例不到10%,如表1所示。

        2.2.6 廠界下風(fēng)向

        在廠界下風(fēng)向,共監(jiān)測(cè)了17種因子,排在首位的氮氧化物與二氧化硫質(zhì)量百分比與廠界上風(fēng)向相比,并無明顯變化;顆粒物含量相較于廠界上風(fēng)向略有下降,為6.87%;非甲烷總烴含量略微下降為8.36%;各苯系物濃度與上風(fēng)向相比無明顯變化,如表1所示。

        2.3 B企業(yè)不同裝置VOCs源排放成分

        2.3.1 工藝加熱爐裝置

        在工藝加熱爐中,檢測(cè)了氮氧化物、二氧化硫和顆粒物3種因子,其中氮氧化物和二氧化硫占所測(cè)因子中的絕大部分,為91.29%,可能是由燃料氣燃燒加熱原料油所產(chǎn)生的廢氣;顆粒物僅占總質(zhì)量的8.81%,總懸浮物質(zhì)量比幾乎為0,B企業(yè)工藝加熱爐裝置VOCs質(zhì)量百分比如表2所示。

        2.3.2 脫硫脫硝裝置

        在脫硫脫硝裝置中,一共監(jiān)測(cè)了29種因子。由表2可知異丙醇含量最高,占總質(zhì)量的30.85%,除異丙醇外的含氧有機(jī)物含量最高不超過4%;氮氧化物和二氧化硫VOCs貢獻(xiàn)排第二和第三,二氧化硫可能來源于制氫裝置轉(zhuǎn)化爐燃燒產(chǎn)生的廢氣;顆粒物含量為3.95%;氯化氫與顆粒物含量接近;苯系物物種數(shù)量最多,但總質(zhì)量占比不高;此裝置中,烴類物質(zhì)含量較低。

        2.3.3 產(chǎn)品精制脫臭裝置

        在產(chǎn)品精制脫臭裝置中,共監(jiān)測(cè)了20種因子,異丙醇含量相較于其他監(jiān)測(cè)裝置更高,占比為50.19%,其他含氧有機(jī)物比例也較高;因此,裝置連續(xù)產(chǎn)生非甲烷總烴廢氣,非甲烷總烴排放量占據(jù)第二,貢獻(xiàn)了6.83%;各個(gè)苯系物含量較低,最高含量的間二甲苯為2.70%(見表2)。

        2.3.4 廢水處理有機(jī)廢氣裝置

        在廢水處理有機(jī)廢氣裝置中,一共監(jiān)測(cè)了29種因子,總含量最高的是異丙醇,占32.30%;氮氧化物和二氧化硫的含量與脫硫脫硝裝置相近,源于燃料燃燒排放;氯化氫的貢獻(xiàn)率為3.55%;顆粒物含量稍微低于氯化氫;烴類和苯系物排放比例相差不大,普遍低于2.00%(見表2)。

        2.3.5 廠界上風(fēng)向

        在廠界上風(fēng)向中,共監(jiān)測(cè)了17種因子,其中二氧化硫占33.20%,氮氧化物的含量略低于二氧化硫?yàn)?2.51%,二者占據(jù)大部分,可能源于B企業(yè)上風(fēng)向的企業(yè)燃料燃燒;顆粒物貢獻(xiàn)率為6.73%;非甲烷總烴濃度高于顆粒物為8.59%;苯系物濃度普遍偏低,間二甲苯、二甲苯、對(duì)二甲苯3種含量較高,分別為3.30%,3.27%,3.07%(見表2)。

        表1 A企業(yè)不同裝置及廠界VOCs源排放成分占比 (單位:%)

        2.3.6 廠界下風(fēng)向

        在廠界下風(fēng)向,一共監(jiān)測(cè)了17種因子,其中氮氧化物與二氧化硫質(zhì)量百分比與廠界上風(fēng)向相比,含量依然很高,分別為32.54%和31.34%;顆粒物與非甲烷總烴含量與上風(fēng)向相比也波動(dòng)不大;各苯系物含量與上風(fēng)向相比無明顯變化(見表2)。

        表2 B企業(yè)不同裝置及廠界VOCs源排放成分占比 (單位:%)

        3 結(jié)果分析

        通過對(duì)A,B企業(yè)不同裝置的VOCs源排放采樣成分分析,得出以下結(jié)論:

        (1)有組織采樣中,異丙醇在不同裝置中排放量最大;各類苯系物的貢獻(xiàn)率普遍較低。

        (2)無組織采樣中,氮氧化物與二氧化硫含量排在前列,可能與燃料燃燒相關(guān)。

        (3)不同裝置的VOCs源成分特征可能與原料、化學(xué)反應(yīng)及尾氣排放等相關(guān),資料顯示,A企業(yè)與B企業(yè)均有不同程度的末端處理技術(shù)。

        VOCs的排放與工藝原料、工藝過程以及末端治理密切相關(guān),同時(shí)園區(qū)內(nèi)的設(shè)施也有可能存在接縫處VOCs無組織溢散的情況。根據(jù)成分譜可以看出,工業(yè)園內(nèi)的兩家企業(yè)源排放的VOCs組成成分具有一定的相似性,結(jié)合更多的企業(yè)VOCs排放資料,能為以后系統(tǒng)編制地方性的VOCs源排放成分譜奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

        4 結(jié)語

        由于條件有限,只對(duì)企業(yè)中典型裝置進(jìn)行VOCs排放監(jiān)測(cè),獲得的數(shù)據(jù)大致代表整個(gè)企業(yè)的排放特征,且裝置末端VOCs的排放受到原料、化學(xué)反應(yīng)等因素的影響,可能會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)分析帶來一定的誤差,希望日后能對(duì)企業(yè)中每一個(gè)裝置進(jìn)行更全面、周期性的在線監(jiān)測(cè),獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),使得分析更加規(guī)范化、準(zhǔn)確化。編制出本地的VOCs排放成分譜,為識(shí)別大氣中的污染物,評(píng)價(jià)某省環(huán)境空氣質(zhì)量提供數(shù)據(jù)支持。

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