摘要：針對煤化工VOCs污染控制難題,介紹了煤化工VOCs排放現(xiàn)狀和當前國內(nèi)外管控措施,系統(tǒng)地分析了VOCs控制技術(shù),論述了技術(shù)篩選與評價方法,提出了煤化工VOCs的減排思路。煤化工在各生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)排放大量VOCs,嚴重污染區(qū)域大氣環(huán)境質(zhì)量且危害人體健康,煤化工全工藝流程應(yīng)落實清潔生產(chǎn)實現(xiàn)VOCs全過程管控,開展污染源調(diào)查,建立高分辨動態(tài)污染物排放清單,設(shè)立運行臺賬,實現(xiàn)源頭減排,完善篩選與評價方法,形成最佳控制技術(shù)庫。  

當前，我國現(xiàn)代煤化工技術(shù)創(chuàng)新實現(xiàn)重大突破，示范工程取得顯著成效，現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)步入發(fā)展快車道，其對實現(xiàn)煤炭清潔利用目標、豐富化工原料來源、調(diào)整能源供應(yīng)模式、保障國家能源安全等具有深遠現(xiàn)實意義，但在現(xiàn)代煤化工各生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)中排放大量揮發(fā)性有機物(VolatileOrganicCompounds，簡稱VOCs)，對當前大氣質(zhì)量產(chǎn)生多重環(huán)境效應(yīng)。VOCs作為PM2.5和O3重要前體物和參與物，其不僅能與SO2、NOx等發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)形成光化學(xué)煙霧，也能與大氣中的·OH和O3等強氧化劑反應(yīng)生成二次有機氣溶膠，嚴重污染區(qū)域大氣環(huán)境且危害人體健康，因此煤化工VOCs安全高效控制與減排亟待解決。針對煤化工VOCs污染控制難題，本文綜述了現(xiàn)階段煤化工VOCs排放現(xiàn)狀、管控措施、控制技術(shù)及篩選與評價方法，并對其減排提出了建議。  

1煤化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展背景  

1.1發(fā)展現(xiàn)狀  

近年來，由于受到宏觀政策引導(dǎo)和市場拉動作用，現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)得到快速發(fā)展，大型裝備制造能力顯著提升，自主化率達到90%以上;氣化、液化、甲醇制烯烴/乙二醇等技術(shù)工藝整體達到世界領(lǐng)先水平;煤化工基地化、園區(qū)化初具規(guī)模，相繼布局形成蒙東、蒙西、新疆準東、新疆伊犁、寧東、陜北、云貴等產(chǎn)業(yè)集群區(qū)，有效提高煤炭資源集中利用程度，主要煤化工基地及其產(chǎn)業(yè)布局見表1。  

1.2發(fā)展趨勢  

隨著《煤炭深加工產(chǎn)業(yè)示范“十三五”規(guī)劃》(國能科技〔2017〕43號)和《現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展布局方案》(發(fā)改產(chǎn)業(yè)〔2017〕553號)等文件的相繼頒布，現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展定位清晰。“十三五”期間，煤化工產(chǎn)業(yè)進入升級示范階段，將成為我國現(xiàn)代能源體系的重要組成部分。  

據(jù)統(tǒng)計，2016年我國煤制油和煤制天然氣產(chǎn)能分別達到658萬t和31億m3，預(yù)計2018年相應(yīng)產(chǎn)能將增長至1026萬t和79億m3，未來5年若年均復(fù)合增長率分別按15.24%和46.19%估算，到2022年我國煤制油和煤制天然氣產(chǎn)能將達到1810萬t和362億m3，2018-2022年煤制油及煤制天然氣產(chǎn)量預(yù)測分析如圖1和圖2所示。  

2VOCs排放與管控現(xiàn)狀  

2.1VOCs排放量估算及預(yù)測  

VOCs相比SO2、NOx等常規(guī)大氣污染物具有成分復(fù)雜、種類繁多、來源廣泛、涉及眾多行業(yè)領(lǐng)域等特點，且排放類型以無組織為主，排放量難以核算。由于此前未將VOCs納入環(huán)境監(jiān)測體系，相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)缺失，根據(jù)估算，2010年和2014年我國VOCs理論排放量約為1363萬t和1700萬t，年均復(fù)合增長率達到5.68%，預(yù)計2020年我國VOCs排放量將達到2466萬t，可見VOCs減排形勢嚴峻，2010-2014年VOCs理論排放量及2020年預(yù)測排放量如圖3所示。  

2.2煤化工VOCs排放現(xiàn)狀  

煤化工作為VOCs減排重點行業(yè)，涉及氣化、液化、煉焦以及低溫干餾等諸多化學(xué)工藝，典型現(xiàn)代煤化工生產(chǎn)工藝如圖4所示。  

氣化過程中產(chǎn)生的VOCs主要是由于結(jié)渣、火層傾斜等原因?qū)е職饣癄t非正常停車，造成爐內(nèi)大量氣體逸散，此外在氣化爐的卸壓廢氣、粗煤氣凈化工序中的尾氣、硫酚類物質(zhì)回收裝置的酸性氣體以及氨回收吸收塔的排放氣中VOCs含量也比較高。液化根據(jù)化學(xué)工藝可分為直接液化和間接液化，相比氣化過程其VOCs產(chǎn)生量較少，但在液化原油及液化殘渣中易揮發(fā)泄露VOCs。煉焦及低溫干餾產(chǎn)生的VOCs一部分來自化學(xué)轉(zhuǎn)化過程中未完全炭化的細煤粉及其析出的揮發(fā)組分、焦油、飛灰和泄漏的粗煤氣，另一部分來自出焦時灼熱的焦炭與空氣接觸生成的氣態(tài)污染物，主要成分是苯系物、酚、氰、硫氧化物以及碳氫化合物等。  

2.3法律法規(guī)與政策體系  

美國、日本、歐盟等發(fā)達國家及地區(qū)對VOCs防控較早，法律體系相對健全，其管控機制見表2。近年來，我國VOCs減排工作穩(wěn)步推進，法律法規(guī)相繼出臺，行業(yè)標準有序制定，政策體系日趨完善，VOCs部分重要法律法規(guī)及核心內(nèi)容見表3，VOCs政策體系如圖5所示。  

當前，為了進一步踐行綠色發(fā)展理念，促進大氣環(huán)境質(zhì)量持續(xù)改善，自2018年1月1日起，我國實施《環(huán)境保護稅法》，應(yīng)稅污染物收費參照納稅模式，由“企業(yè)主動申報+環(huán)保部門核定收費”轉(zhuǎn)變?yōu)?ldquo;企業(yè)自行核算主動申報+環(huán)保部門抽查收費”。由于VOCs種類繁多且性質(zhì)各異，目前其并未全部列入應(yīng)稅范圍，但苯、甲苯等有機廢氣在征收稅目之中，未來VOCs分批納入征稅范圍將是發(fā)展趨勢。  

3煤化工VOCs控制技術(shù)  

3.1控制方案  

煤化工VOCs根據(jù)來源可分為有組織排放廢氣和無組織排放廢氣，其中有組織排放廢氣與煤化工化學(xué)工藝及工序工況條件密切相關(guān)，通過對污染源定位分析，排放總量可以核算;而無組織排放廢氣污染源分析困難，且逸散、泄露的VOCs由于具有較強揮發(fā)性和反應(yīng)活性，易擴散、遷移、轉(zhuǎn)化，排放總量無法估算。申改燕等研究人員研究發(fā)現(xiàn)設(shè)備動靜密封點泄漏和煤化工廢水集輸、儲存、處理過程逸散是產(chǎn)生VOCs的兩大主要無組織排放源，針對無組織排放廢氣要做好泄漏檢測與修復(fù)以及敞開液面加蓋密封工作，將無組織排放VOCs收集成為有組織集中處理。  

控制煤化工VOCs通過采取源頭削減、過程控制、末端治理全過程控制實現(xiàn)VOCs減排，并將各生產(chǎn)工藝過程中排放的VOCs納入監(jiān)測體系，VOCs控制方案如圖6所示。  

由圖6可以看出，源頭削減即在煤化工各生產(chǎn)工藝前端嚴格管控原料使用過程，規(guī)范揮發(fā)性有機溶劑操作流程，避免原料中VOCs逸散到周圍環(huán)境;過程控制即對煤化工各生產(chǎn)工藝進行優(yōu)化改進，減少生產(chǎn)路徑VOCs排放量，避免發(fā)生VOCs泄露、異常排放等突發(fā)性事故;末端治理主要針對有組織排放廢氣，根據(jù)VOCs成分、含量、性質(zhì)等工況條件綜合分析，選擇治理VOCs最佳工藝路線。  

3.2關(guān)鍵技術(shù)  

3.2.1泄漏檢測與修復(fù)技術(shù)  

泄漏檢測與修復(fù)(LeakDetectionAndRepair，簡稱LDAR)是利用固定或者移動檢測設(shè)備(包括光離子化、非分散紅外等)對各類反應(yīng)釜、管道、泵、法蘭等易泄漏位置進行定期監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)問題采取相應(yīng)措施，避免原料損耗、減少VOCs排放。LDAR技術(shù)流程包括需求分析、方案編制、確定允許泄露值和泄露檢測頻率、展開定性檢測和定量分析、及時對泄露點進行修復(fù)及復(fù)檢、檢測與修復(fù)評估。  

3.2.2治理技術(shù)  

治理技術(shù)主要分為回收和銷毀兩類，回收技術(shù)是采用物理方法，通過改變溫度、壓力或使用吸附劑、滲透膜等方式來富集分離VOCs，包括吸收、吸附、冷凝、膜分離等，經(jīng)過回收的VOCs可直接或經(jīng)簡單純化后返回工藝過程再次利用以減少原料消耗，或者集中進行分離提純。銷毀技術(shù)是通過化學(xué)或生化反應(yīng)將VOCs氧化分解為CO2、H2O等無毒無害小分子化合物，包括燃燒、低溫等離子體、光催化和生物法等，其技術(shù)原理及優(yōu)缺點比較見表4。  

4技術(shù)篩選與評價  

4.1技術(shù)篩選  

在煤化工不同工藝環(huán)節(jié)根據(jù)廢氣中的VOCs成分、含量等實際工況條件選擇最佳技術(shù)工藝。對于高濃度VOCs廢氣，宜采用吸附、冷凝、膜分離等技術(shù)將有用成分回收利用，輔助其他控制技術(shù)實現(xiàn)達標排放;對于中等濃度VOCs廢氣，宜采用吸附技術(shù)對其進行回收，或采用燃燒技術(shù)凈化后達標排放且應(yīng)回收利用燃燒中產(chǎn)生的熱量;對于低濃度VOCs廢氣，當有回收價值時，宜采用吸附技術(shù)對有機溶劑回收后達標排放。當無回收價值時，宜采用燃燒、低溫等離子體、生物技術(shù)等凈化后達標排放。不同濃度條件下(高濃度>5000mg/m3，低濃度<3000mg/m3)VOCs控制技術(shù)性能比較見表5。  

4.2技術(shù)評價  

煤化工VOCs治理技術(shù)評價，首先要對煤化工各工藝流程VOCs排放現(xiàn)狀進行調(diào)查研究，建立污染物排放清單，結(jié)合煤化工各工藝流程VOCs污染物排放特征和理化性質(zhì)篩選符合應(yīng)用背景條件的控制技術(shù)對其進行評價，全面了解不同相關(guān)人員(如決策者、運營者、公眾)對各指標的關(guān)注程度，客觀構(gòu)建評價指標體系，按照層次分析法排出各備選評價技術(shù)的優(yōu)劣順序，最終選出最佳控制技術(shù)。VOCs控制技術(shù)評價步驟如圖7所示。  

5結(jié)論與展望  

隨著生態(tài)文明建設(shè)全面推進和大氣污染治理工作深入開展，煤化工VOCs控制與減排工作可以采取以下措施。  

(1)對煤化工行業(yè)全工藝流程落實清潔生產(chǎn)，強化源頭污染控制，加強過程管控，通過實施工藝改進減少無組織排放，避免泄露等異常排放，對難以回收利用VOCs按照相關(guān)要求強制末端治理，嚴格要求達標排放。  

(2)對煤化工行業(yè)全工藝流程開展污染源調(diào)查，建立高分辨動態(tài)污染物排放清單，基于物聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代化技術(shù)建立VOCs智能監(jiān)測與快速動態(tài)溯源平臺，將VOCs治理與監(jiān)控納入日常生產(chǎn)管理體系，完善監(jiān)測管理體系。  

(3)設(shè)立VOCs污染防治設(shè)施運行臺賬，明確排氣筒數(shù)量、位置、污染物種類、排放量、濃度、排放規(guī)律、排放情況等信息，制定VOCs治理年度計劃、任務(wù)目標和考核指標，確保VOCs治理管理體系有效運行。  

(4)結(jié)合煤化工行業(yè)各工藝流程VOCs污染物排放特征和理化性質(zhì)，制定煤化工行業(yè)標準，細化各污染物排放指標，相關(guān)部門加強管理力度，建立責任機制，推進實施《環(huán)境保護稅法》。  

(5)根據(jù)煤化工VOCs成分、含量等排放特征選擇控制技術(shù)工藝，當使用回收、銷毀單一治理技術(shù)難以實現(xiàn)VOCs達標排放時，可使用組合技術(shù)工藝達到經(jīng)濟高效控制目標，逐漸形成最佳技術(shù)庫并完善其評價方法。

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