工业企业VOCs处理现况总结

    随着新《环境保护法》、《大气污染防治法》、《挥发性有机物排污收费试点办法》和《重点行业挥发性有机物削减行动计划》等法规政策的颁布和实施，VOCs已被列入为“十三五”减排的主要约束性指标,使VOCs污染防治工作已经进入发展的快车道。但是，受制于相关行业众多、管理经验不足、治理难度较大、技术市场信息不对称等多种因素作用，我国的VOCs污染防治工作无论对管理部门、排污行业及治理企业等，都是需要重新审视和面对的问题。我公司就行业特点、难点，VOCs处理工艺及关键参数做了总结。
    1、VOCs处理工艺
    目前VOCs处理的工艺主要按照VOCs浓度的不同进行选用，综合考虑气体中影响工艺的组分。

    综合上图，低浓度的气体主要采用光催化、离子等高级氧化工艺以及生物处理工艺，风量小且浓度低也会选用不再生的活性炭吸附方式；中低等浓度大风量主要采用可再生的吸附方式，主要为活性炭或沸石转轮进行吸附，然后用小风量进行脱附，并将脱附出来的小风量高浓度气体进行燃烧或催化燃烧；高浓度具有回收利用价值的组分，一般通过吸收、冷凝等物理方式进行回收；不具备回收价值的一般通过燃烧方式进行处理。
    目前VOCs治理以“各类预处理+高温氧化”治理工艺为主，治理方案按照“一厂一策”的方针。
    2、VOCs产生特点
    同一厂区VOCs气体排放的环节多，组分复杂，风量和浓度波动幅度大、多含S、N、Cl等杂原子等特征；大多数VOCs具有资源属性。以制药行业为例：
    1）化学原料和提取过程中产生的各类挥发性有机物气体和酸性气体，浓度相对较高、风量中等；
    2）部分高含湿，低浓度但带有异味且风量较大的发酵、干燥过程排气；
    3）各类无组织排放，包括未采取收集措施的原料储运、进出料及各类管道、容器的泄漏；
    4）各企业废水、固废处置过程的排气，其浓度、风量取决于废水和固废的性质及加盖、密封的形式。
    3、VOCs处理行业难点
    1）非连续性气体排放
    气体浓度和产生量均不稳定，采用燃烧方式不容易稳定程序化，系统运行不稳定，状况频出。
    浓度过高，容易催化剂和催化后温度飞升，造成催化剂和设备烧坏的风险。
    浓度过低，导致温度低，热交换不充分，影响燃烧效率。
    2）油烟处理
    油烟处理问题在我国尤其突出，其主要组分为颗粒物、油滴、VOCs，而且餐饮行业以及家庭排油烟量，相对比较稳定，目前行业常用的工艺为静电吸附、离子除油等方式，效果不佳，设备均被油滴糊死，不易清理。
    北京市2018年将把餐饮油烟治理列为工作重点，引导餐饮单位达标排放，以帮助餐饮企业适应即将于2019年施行的北京市《餐饮业大气污染物排放标准》（DB11/1488-2018）。所以该行业废气的处理，是一大难题，也是一大机遇。
    （标准规定了餐饮服务单位排放的油烟、颗粒物和非甲烷总烃三项污染物的排放限值，其中餐饮企业油烟排放浓度限值为1mg/m2，高于现行国家标准的2mg/m2；标准还对颗粒物以及非甲烷总烃的限值排放浓度做了相应限定，这两项目前还未被列入国家标准。标准将于2019年1月1日起实施，其中油烟和颗粒物限值自标准实施之日起执行，非甲烷总烃限值自2020年1月1日起执行。）
    3）催化剂中毒
    Cl、S、NOx等容易引起催化剂中毒，使其失活或催化反应受到抑制，可以通过以下措施进行避免：
    ①按操作规程正确控制反应条件；
    ②当催化剂表面结炭时，应吹入新鲜空气，以提高燃烧温度,烧去表面结炭；
    ③将废气进行预处理，以除去毒物,防止催化剂中毒；
    ④改进催化剂的制备工艺，提高催化剂的耐热性和抗毒能力。
    4、RTO处理VOCs工艺设计
    1）箱式结构与旋转式结构区别：箱式结构适合狭长区域，但整体对比，旋转式结构占地更小；
    2）设计停留时间：＞1s；
    3）设计风速：1-2m/s，大的做过7m/s，温度压力均对其有影响；
    4）烧嘴选型：升温慢、开机长，选小烧嘴；升温快、开极端，对陶瓷冲击大，选大烧嘴；同时考虑是否频繁开启；
    5）RTO目前做过的浓度范围1g-10+g/m3，低到几百mg/m3；2-3g/m3的浓度可以不用点火。
    6）进气常温，出气温度可以根据需要进行控制；
    7）整套系统可配备自诊断系统，每个环节运行状态良好与否一目了然。
    5、RCO的催化剂选择
    1）不同有机物对应的催化温度不同。
    2）T99.5温度越低催化剂活性越高。
    3）难氧化的有机物代表：苯、乙酸乙酯、正己烷等。
    4）催化剂种类：颗粒催化剂（氧化铝小球为载体）、蜂窝催化剂
    选择催化剂：气流再分布、线速度、床层阻力、床层活动性、催化剂装填难易程度。
    5）催化剂的用量及装填：
    空速：单位体积催化剂在单位时间（h），通过反应气体的体积，（h-1）
    目前常用数据：催化剂空速15000h-1，即1m3催化剂1h处理15000m3的气体。
    ‚催化剂装填高度：300mm；规格：100*100*50；
    ƒ停留时间：3600/空速s，常用0.24s
    6）催化反应床设计关键问题：
    催化剂床层的温度分布均匀；
    ‚气流分布均匀。
    7）催化剂的不同状态装填方式
    全部贵金属催化剂：成分复杂，含有苯、烷烃、乙酸乙酯等，建议选用贵金属含量高的催化剂，如Pt-Pd催化剂。
    缺点：价格昂贵。
    ‚非贵金属、贵金属催化剂组合：节约费用，适用于含甲苯、二甲苯、乙酸乙酯等的气体，建议比例：5:5或4:6。
    ƒ全部非贵金属催化剂：费用低，适用于含乙酸乙酯（酯）、丙酮（酮）、DMF等含氧或含氮的有机废气的处理。
    „贵金属蜂窝、小球催化剂：可以适当弥补催化反应床布气不均匀的缺陷。
    …全部颗粒催化剂：催化反应床体形状多样化，同体积催化剂，价格上有优势。
    缺点：阻力大，催化剂活动易磨损。
    6、分子筛转轮
    1）比表面积：500-600㎡/g，疏水性好；
    2）吸附完成后，排放浓度＜5mg/m3；
    在政策和市场方面，VOCs治理现状比较严峻，由于目前治理市场鱼龙混杂，不论从废气的收集方式，还是到废气的治理方法都存在不同程度的缺陷,而全国各个地方制定的一些地方标准的不切实际，使治理达标增加了极大的难度，且国家环保督查的不断巡视，这就使原已治理的企业不得不在原有的治理基础上进一步提高治理效果；一些未治理的企业不得不对环保治理重视起来，花较大的资金投入到环保项目中；之后，由于各种治理方法的前期投入及运行费用的巨大差异，使得治理企业在选择治理方法上也极为慎重。
    因此针对不同工况，不同限制条件，在保证达标的基础上选择比较经济有效的工艺尤为重要。