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国内外VOCs控制技术面面观

更新时间:2017-06-17 09:36:29点击次数:1132次
      雾霾等重污染天气多发,如何消减挥发性有机物(VOCs)成为社会广泛关注的问题。汽车涂装、印刷包装、石油化工等行业被国家列为VOCs重点削减行业。目前,北京、上海等多省市已对这些VOCs重点排放行业企业征收排污费。
       如今,摆在VOCs排放企业面前的问题,就是如何做好自身VOCs排放的控制。对此邀请了多位行业专家对国内外VOCs排放控制技术做了系统梳理,并对国内外的相关技术及设备进行比较分析。

重点行业的VOCs控制技术

汽车涂装行业

      汽车涂装行业的VOCs废气主要来自于喷涂、干燥过程的漆雾和有机溶剂。漆雾来源于空气喷涂作业中溶剂型涂料飞散。有机溶剂来自于涂料使用过程中的溶剂、稀释剂,绝大部分属挥发性排放,其主要的污染物为二甲苯、苯、甲苯等。
       喷涂环节,主要通过采用水性涂料、粉末涂料、高固体分涂料等环保型涂料以降低VOCs排放量。当前,欧美国家所有新建涂装线底涂均采用了电泳底漆或粉末涂料,中涂采用水性涂料或粉末涂料,面涂采用水性底色加高固体分清漆。日本也在积极开发和推广水性涂料、高固体分及超高固体分罩光漆。
       汽车烘干废气控制技术以蓄热式直接燃烧系统(RTO)为主,另外,回收式热力燃烧系统(TAR)、蓄热式催化燃烧系统(RCO)在部分企业得到使用,催化燃烧技术有少量企业使用。在国外回收式热力燃烧系统(TAR)应用较多。

包装印刷业

       包装印刷行业VOCs排放主要来源于油墨调配、印制、烘干过程中油墨溶剂的挥发,以及稀释剂、润版液、清洗剂等的使用。此行业产生的VOCs浓度高,浓度变化大,对回收与销毁技术的要求较高。
       源头控制旨在推行低VOCs或无VOCs的环保油墨、胶黏剂以及清洗剂等原辅材料使用,即从工艺的开端减少原辅材料的VOCs含量。过程中推广干燥装置优化控制系统是控制该行业VOCs排放量行之有效的技术。
       末端控制目前使用的治理技术主要包括两类:一是采用吸附的方法对烘干机产生的高浓度部分废气进行回收。吸附剂有活性炭纤维和颗粒活性炭两种。二是采用吸附浓缩催化焚烧的方法对车间排出的低浓度废气进行净化。吸附剂有蜂窝活性炭和颗粒活性炭,净化效率一般在90%以上。有部分企业采用了国外的沸石转轮吸附浓缩装置,效果良好。国内目前在吸附材料沸石的改性方面还没有很好的解决方法。

石油化工行业

       石油化工行业的生产装置复杂,因此,排放的污染物众多,成分复杂,浓度变化大。石化行业的污染物排放分为无组织排放和有组织连续排放。
       石化行业VOCs的有组织排放主要为生产工艺过程中的人为排放。工艺过程产生的有机废气无法彻底回收利用,尽管采用了焚烧、吸附、冷凝等方式处理,但仍有部分有机尾气排放到大气中。主要包括催化裂化催化剂再生烟气、酸性气回收装置尾气、有机废气收集处理装置排气等三类。
       无组织排放是石化行业VOCs排放的重要方式。主要有三个来源:①生产、储运过程中存在不同程度的泄漏和人为排放问题。②在废水集输及处理系统的开放空间中,暂溶于废水的VOCs会重新逸散,挥发到大气中对环境产生二次影响。③轻质油品及挥发性化学药剂和溶剂贮存过程中的逸散也会产生VOCs。
       根据石油化工行业的典型特点,控制VOCs首先应注重无组织排放的收集。一般使用多级技术串联,集成冷凝、膜和吸附的回收工艺可以实现毫克级的技术标准。
       目前大气污染源中,有组织的排放在末端处理中基本可以得到处置,而无组织排放的污染则很难控制,末端治理有难以克服的弊病,比如风向的改变也会影响VOCs的控制。所以VOCs的控制重点还是从源头抓起,从生产工艺开始入手。

国内外VOCs控制技术比较

       就VOCs的控制技术而言,我国的主流技术包括吸附回收、催化氧化、蓄热燃烧等方法。这些技术也是国际上的主流VOCs治理技术。
      不过,由于我国VOCs的研究起步较晚,特别是基于长期观测的结果还不够,尽管治理技术已与国际接轨,但VOCs治理投入不够,国内装备的发展跟不上技术的需求,所使用的治理材料和装备过分追求低成本,普遍效率低;而国外则选择高效合理的先进材料和装备。与国外VOCs治理相比,我国的差距主要体现在以下几个方面:
       第一,用于监测VOCs的仪器设备多数采用国外产品,价格昂贵,核心监测设备还没有达到国产化。虽然国内的一些科研院所和企业在傅里叶光谱技术、在线色谱以及在线质谱方面做了一些研究,也进行了一些应用,但是总体来讲,还没有形成系统的VOCs在线监测技术,没有成套的应用示范,VOCs在线监测技术稳定运行和准确测试的可靠性方面还需要更多的验证。另外,VOCs监测过程控制方面的应用几乎没有。
       第二,VOCs的种类繁多,所涉及到的污染行业、工艺过程众多,污染气体的排放情况差异很大,以上性质决定了单一的治理技术不可能满足所有废气的治理要求。国外普遍采用多级串联的组合式深度技术,如吸附浓缩—催化(蓄热催化)、氧化集成技术、吸附浓缩—冷凝回收集成技术、吸附浓缩—吸收集成技术等。相比之下,国内的治理技术就没有这么丰富,单独活性炭吸附法应用比例大。
       第三,单从某种技术的应用上看,比如吸附技术,由于活性炭成本较低,国内广泛使用,而国外早已使用分子筛转轮浓缩转轮吸附,与蜂窝活性炭固定床装置相比具有材料寿命长、运行稳定性高、吸附效率高、维护费用低、安全可靠等优点。在燃烧法处理VOCs方面,无论是蓄热式热力燃烧还是蓄热式催化燃烧,国外使用的普遍为三床式RTO/RCO,而国内主要还是两床式的。三床蓄热式燃烧装置处理效率大于98%,而两床式的处理效率为90%~95%。
除了技术层面,国内外的材料和装备的使用也存在差距。比如,国内所使用的吸收剂普遍为水,而国外选用的则是高效率、低挥发的有针对性的吸收剂。国外治理材料和装备从品种、规格和大小都做到了精细化、专一化,相比之下,国内应用治理装备时存在缺乏针对性的滥用现象。目前,国家层面和业界已经对这些问题高度重视,相信随着VOCs治理要求的提高、治理投入的加大,我国将迎来VOCs治理领域的装备升级和技术升级。