從揮發(fā)性有機廢氣減排控制的技術(shù)工藝出發(fā)，講述了揮發(fā)性有機廢氣治理對象的特點，分析了幾個典型行業(yè)的治理難度。結(jié)合工程實踐提出了回收中吸附材料和工藝的選擇，幾個工藝參數(shù)的設(shè)計原則，并從理論上進行了闡述。

大氣污染的加重，引起了人們對揮發(fā)性有機物污染的重視。對于主要揮發(fā)性有機物的污染國家早有嚴格的排放標準，各地，尤其是北京、廣州、深圳等均發(fā)布了更加嚴格的排放標準。國家對于揮發(fā)性有機物污染治理也早有方針政策發(fā)布，尤其是2010年5月，在國務(wù)院辦公廳轉(zhuǎn)發(fā)環(huán)境保護部等部門關(guān)于推進大氣污染聯(lián)防聯(lián)控工作改善區(qū)域空氣質(zhì)量指導意見的通知（國辦發(fā)〔2010〕33號）文件中，首次把揮發(fā)性有機化合物與二氧化硫、氮氧化物、顆粒物并列確定為大氣污染聯(lián)防聯(lián)控的重點污染物，有力地推動了全國揮發(fā)性有機污染物的治理步伐。自此，在國家眾多政策的指引下，更是掀起了揮發(fā)性有機物污染治理的高潮。2014年3月5日，國家科技部與環(huán)保部聯(lián)合發(fā)布了《大氣污染防治先進技術(shù)匯編》；近期，中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)協(xié)會廢氣凈化委員會又在京召開了“第五屆全國揮發(fā)性有機污染物（VOCs）減排與控制會議”，進一步推進了VOCs治理高潮。

為配合這一治理高潮，本文根據(jù)《大氣污染防治先進技術(shù)匯編》中與揮發(fā)性有機化合物治理有關(guān)的內(nèi)容，發(fā)表一些在VOCs治理工程中的一些體會與同行共勉。其中的內(nèi)容大部分是以回收工藝為前提的。

1、 揮發(fā)性有機化合物（VOCs）治理技術(shù)的一般分類和主要治理工藝

1.1VOCs治理技術(shù)分類

VOCs治理技術(shù)一般分為回收技術(shù)和消除技術(shù)兩大類〔1〕。回收技術(shù)一般包括：冷凝法、吸收法、吸附法（包括變壓吸附）和膜分離法；消除技術(shù)一般包括燃燒法（包括催化燃燒、蓄熱燃燒等）、等離子體分解法、生物分解法、光催化氧化法等。

以上所述的處理技術(shù)是大家都非常熟悉的內(nèi)容。這些技術(shù)和方法的應(yīng)用一般都是針對單一的污染物或者氣體成分比較少或性質(zhì)比較接近的混合氣體而言的。但是在具體工程中，大家所遇到的往往是比較復(fù)雜的混合廢氣。在這樣的氣體治理中，首先遇到的一個問題就是治理工藝的選擇。

1.2 VOCs主要治理工藝

在近期科技部與環(huán)保部聯(lián)合發(fā)布的《大氣污染防治先講技術(shù)匯編》中，總結(jié)出了18種VOCs的治理工藝。這些治理工藝從大的方面為我們提出了治理的工藝、應(yīng)用對象、適應(yīng)范圍和大致的費用。為我們進行揮發(fā)性有機廢氣的治理提出了基本的建議。但是，由于揮發(fā)性有機廢氣種類繁多，所以匯編中不可能寫得面面俱到，很多東西還需要通過實踐去摸索、總結(jié)。

2、治理揮發(fā)性有機廢氣的特點

2.1 治理對象繁多

大家知道，目前我們所熟知的脫硫脫硝技術(shù)，它所面對的僅僅是SO2和NOx,成分簡單，性質(zhì)基本清楚，治理目標明確，目前國內(nèi)外已經(jīng)成熟的工業(yè)化治理技術(shù)已達數(shù)十種之多。而揮發(fā)性有機化合物已經(jīng)查明的就有數(shù)千種，與人類密切接觸并可對影響人體健康和對大自然造成污染的就有200余種。試想，要完成這么多污染物的治理，那將是一項多么艱巨的任務(wù)！更何況它們還常?；祀s在一起，這樣給我們治理增加了更大的難度。因此，在早期的VOCs治理行業(yè)就出現(xiàn)了“笑著進去、哭著出來”的現(xiàn)象。另外，由于國家對VOCs的減排與控制的政策法規(guī)尚不完善，同時，由于VOCs的治理涉及的技術(shù)途徑和工藝路線多，科學性強，需要具體的技術(shù)導則和工藝規(guī)范對VOCs的治理進行具體的指導。所以，VOCs減排和控制還面臨著不容樂觀的局面。

2.2 石化化工行業(yè)VOCs治理的特點

對于石化化工行業(yè)排放的揮發(fā)性有機廢氣的治理難度相對會小一些。原因是它的排放源的成分相對比較簡單，而且排放的物質(zhì)及其性質(zhì)也比較清楚。因此治理工藝比較容易選擇。另外，因為這些行業(yè)比較大，技術(shù)力量比較強，因此，對于這些行業(yè)的VOCs治理，大家不會很擔心。目前在這些行業(yè)早已出現(xiàn)了成熟的技術(shù)。比如現(xiàn)在他們推廣的LDAR（泄漏檢測與修復(fù)）的管理機制，就是一個很好的例證。

2.3 制藥行業(yè)VOCs治理的特點

制藥行業(yè)VOCs的治理難度應(yīng)該算是中等的。它比石化化工行業(yè)難度大，但又比其它行業(yè)容易。因為制藥行業(yè)排放的VOCs的成分也比較清楚，但是由于它的排放絕大部分都是間歇排放，而且排放濃度也經(jīng)常隨著時間的變化而呈現(xiàn)出不規(guī)律的變化，這就給治理增加了難度。

2.4 涂布行業(yè)VOCs治理的特點

我們感覺治理VOCs難度最大的當屬涂布行業(yè)。一是這些行業(yè)多屬鄉(xiāng)鎮(zhèn)小廠，技術(shù)力量差，又無分析手段；二是他們使用的涂布膠液不僅大都是外購，膠液供應(yīng)商對于他們的膠液配方都嚴格保密；三是他們所使用的膠液經(jīng)常變化。因此，即使你對他們使用的各種膠液的成分都分析得很清楚，但是你也不可能使用一個裝置去應(yīng)對他的所有膠液。

3、揮發(fā)性有機廢氣治理方案的選擇（主要談回收法）

3.1 治理工藝比治理設(shè)備重要

在采用回收技術(shù)治理VOCs時常常會出現(xiàn)這樣的爭論：是治理工藝重要還是治理設(shè)備重要？大家可能記得，上世紀90年代初出現(xiàn)的用于回收有機溶劑的活性炭纖維自動化回收裝置。這種裝置來源于日本，當時我們國家共引進了2套，其中一套就安裝在保定市的化工部第一膠片廠。后來膠片廠的科技人員對該裝置進行了成功的消化吸收，實現(xiàn)了國產(chǎn)化。于是很多人到處想辦法去搞圖紙，幾年的功夫，出現(xiàn)了很多利用該裝置回收VOCs的公司，而且出現(xiàn)了惡性競爭的局面。但是僅僅紅火了幾年，大多數(shù)公司垮掉了。究其原因是不少人認為，只要有了好的設(shè)備，好像根本就無需考慮回收什么物質(zhì)。

實際上，在搞VOCs回收時，首先應(yīng)該考慮廢氣成分及各成分的性質(zhì)，然后去研究采取什么樣的工藝。比如有人提出一種含甲苯、二甲苯和苯乙烯的混合廢氣，濃度在3000mg/m3,問用什么工藝回收。對于如此高濃度的VOCs廢氣，人們立即會想到：采用活性炭纖維回收。但是，這里面有個苯乙烯的問題，苯乙烯在活性炭纖維上比較容易聚合，尤其是當溫度較高時。而采用活性炭纖維吸附回收時就有個因其聚合而堵塞吸附劑微孔的問題。為此需要首先搞請苯乙烯聚合的條件，才能提出合理的回收工藝。

因此我認為，在治理尤其是采用吸附法回收VOCs時，治理工藝比治理設(shè)備重要。

3.2 采用炭基吸附劑吸附回收VOCs的問題

之所以提出，是因為我們主張能夠回收的東西盡可能地予以回收。因為任何揮發(fā)性有機化合物，回收價值都比回收熱量的價值大得多。實在濃度太低或雖然濃度高但無法回收時才可以采取消除（比如催化燃燒等）的辦法。所以我們常稱消除法處理VOCs是“沒有辦法的辦法”。這里僅就采用炭基吸附劑吸附法回收VOCs的技術(shù)談一些體會。

3.2.1吸附劑的選擇

這個問題大家都比較熟悉了，這里只想說2點：

A.活性炭纖維是“吃細糧”的，而顆?；钚蕴渴?ldquo;吃粗糧”的。因為活性炭纖維微孔的孔徑都在2nm左右，所以處理動力學分子直徑大的物質(zhì)時不宜采用，尤其是多種直徑分子的混合物，如汽油等。而顆粒活性炭〔2〕，除小孔外，還有0.01～0.1μm的中孔和少量大孔，因此，它可以處理多種直徑分子的混合物。如臺灣用來吸附回收涂布行業(yè)排放的混合有機廢氣，之所以能夠達到較高的回收率而且能夠較長時間的運行，他們所使用的吸附劑都是顆粒活性炭。近年來我國開展的油氣回收，所采用的也多為顆?；钚蕴?。

B.我們國內(nèi)所用的顆粒活性炭大部分都是以小孔為主的，因此在有些場合就不是很適用。近些年市場上出現(xiàn)了一些以中孔為主的顆?；钚蕴恳言诓簧賄OCs回收中得到了很好的應(yīng)用。

3.2.2簡單組分VOCs處理方法的選擇

如果需處理的廢氣成分簡單，性質(zhì)明確，那就是考慮吸附劑的選擇了。選擇吸附劑的首要原則就是要有大的比表面積。一般而言，活性炭類吸附劑應(yīng)為首選。但是要考慮炭基吸附劑有一個特性，就是它的表面存在著具有催化作用的活性點，它可以使還原性物質(zhì)氧化，比如它能夠把S2-催化氧化成S0,可以使一些易聚合的物質(zhì)聚合，從而堵塞吸附劑微孔。這時候就應(yīng)考慮采用其它類型的吸附劑。

3.2.3復(fù)雜組分VOCs處理方法的選擇

這里只想說一點，那就是必須把VOCs的成分及各成分的性質(zhì)搞清楚，才能進行處理方法和處理工藝的選擇。因此，對VOCs的檢測手段就顯得十分重要。這一點又是我們國家比較落后的方面。

3.2.4考慮某些物質(zhì)的特殊性質(zhì)

這里想說的是，在采用炭基吸附劑時，需要查一下VOCs的可脫附性。下表所列是一些從炭基吸附劑上難以脫附的物質(zhì)〔2〕：

不僅如此，有些物質(zhì)在炭基吸附劑上積累后還會著火，最典型的就是環(huán)己酮。當年在某石化企業(yè)回收VOCs時，因為其中含的環(huán)己酮在活性炭纖維上的不斷積累，結(jié)果回收裝置僅僅運行了3個月就發(fā)生了活性炭纖維被燒毀的事故。

4、幾個設(shè)計參數(shù)的確定

4.1廢氣進入處理系統(tǒng)的濃度

在我們進行VOCs治理時最重要的是安全問題。因為絕大多數(shù)VOCs都屬于易燃易爆物質(zhì)，因此，在VOCs回收或催化燃燒時必須考慮爆炸極限，以保證處理系統(tǒng)的安全運行。在環(huán)保部發(fā)布的《吸附法工業(yè)有機廢氣治理工程技術(shù)規(guī)范》（HJ2026-2013）和《催化燃燒法工業(yè)有機廢氣治理工程技術(shù)規(guī)范》（HJ2027-2013）中，對進入處理系統(tǒng)的VOCs濃度都作出了嚴格的規(guī)定，我們必須認真執(zhí)行。

4.2廢氣通過吸附床層的風速

有很多教科書上都明確寫道：氣體通過吸附器床層的風速一般為0.2~0.6m/s。通過工程實踐發(fā)現(xiàn)，這種說法有些偏頗。利用活性炭纖維作吸附劑的同行都知道，大家使用的最大風速也不會超過0.15m/s。那么為什么老的教科書給出這個數(shù)據(jù)呢？考查發(fā)現(xiàn)：過去人們大都采用顆?；钚蕴孔魑絼?，它的床層厚度一般設(shè)計在0.2~0.6m，最大不會超過1m，所以就給出了這個數(shù)據(jù)。實際上，通過工程實踐發(fā)現(xiàn)，廢氣通過床層的速度應(yīng)該是由廢氣在床層中與吸附劑的接觸時間決定的。總結(jié)工程實踐，廢氣在吸附床層內(nèi)與吸附劑的接觸時間以0.8~1.2s為宜，濃度低可以短一些，濃度高可以長一些，采用這樣的風速，完全可以滿足治理要求。

4.3脫附溫度

關(guān)于脫附溫度，很多人都認為與吸附質(zhì)的沸點有關(guān)，認為要想把高沸點的物質(zhì)從吸附

劑上脫附下來，脫附介質(zhì)的溫度必須高于該物質(zhì)的沸點。實踐證明這種觀點是錯誤的。以雙氧水行業(yè)回收三甲苯為例，我們作過不少這樣的工程，都是用100℃的水蒸氣脫附下來的，而且效果很好。而三甲苯的沸點為164.7℃。

為此可以得出結(jié)論，吸附質(zhì)的脫附溫度與其沸點沒有直接關(guān)系，而是和它的飽和蒸汽壓有關(guān)。這個結(jié)論可以用脫附原理來說明。

我們都知道，要想使吸附質(zhì)分子從吸附劑表面脫附下來必須給它能量或推動力，使其能夠從吸附劑表面“蒸發(fā)”到吸附劑孔道中，從而進入氣相主體。而在通常采用的脫附方法中〔2〕，加熱脫附是給它提供能量，以增加分子的動能；吹掃脫附和降壓（真空）脫附，都是為了降低吸附劑孔道中廢氣分子的分壓，也就是蒸汽壓，給廢氣造成一個濃度差，從而給廢氣分子由吸附劑表面向氣相轉(zhuǎn)移提供一個推動力，這個推動力越大，廢氣分子的脫附速度就越快。所以，從這個理論出發(fā)就不難理解，吸附質(zhì)的脫附溫度是與其飽和蒸汽壓直接相關(guān)的，而與它的沸點無關(guān)。

4.4采用水蒸氣脫附后是否都需要干燥？

不一定。當采用活性炭纖維作吸附材料時，就不需要設(shè)置單獨的干燥工序；而采用顆?；钚蕴孔魑讲牧蠒r就必須進行干燥。這在上世紀80~90年代PVC行業(yè)用顆?；钚蕴孔魑絼┗厥章纫蚁﹩误w時，各治理廠家無一例外地都有熱空氣干燥這一步。而到本世紀出初，我們改成活性炭纖維作吸附材料時，就大膽地省去了熱空氣干燥的工序，而且將整個回收工藝由原來的5步簡化為3步。

為什么可以省去干燥工序？經(jīng)過認真地分析，我們提出了大膽的設(shè)想認為〔3〕，經(jīng)過水蒸氣脫附的炭基吸附劑的微孔中存在著的水分為2類，一類為“自由水”，另一類是吸附在炭基表面的“吸附水”。由于顆?；钚蕴康目椎篱L且孔體積比活性炭纖維大得多，這樣，在顆?；钚蕴恐芯蜁嬗写罅康?ldquo;自由水”；因此，當顆?；钚蕴棵摳酵瓿芍螅仨毻ㄟ^干燥，把吸附劑中的“自由水”蒸發(fā)掉，才能使再進入的廢氣分子與吸附劑表面接觸，將“吸附水”分子置換下來。而由于活性炭纖維的微孔體積比顆粒炭的微孔體積小得多，很難存有“自由水”存在，因此可以省去熱空氣干燥，脫附完了可直接轉(zhuǎn)入吸附工序。我們這個設(shè)想，在回收氯乙烯的工程中得到了驗證，而且使脫附水蒸氣的用量由原來的回收1kg氯乙烯消耗5kg水蒸汽降低到1.5kg。我們先后在天津大沽化工廠、四川樂山永祥樹脂有限公司、山東新龍電化股份有限公司等多家公司成功地實施了氯乙烯回收工程。

5、關(guān)于注重高濃度揮發(fā)性有機廢氣回收的建議

在我國的不少行業(yè)存在著高濃度揮發(fā)性有機廢氣排放的問題。比如：PVC行業(yè)的氯乙烯單體、化學纖維行業(yè)的H2S和CS2、石油化工行業(yè)的石腦油和干氣等。這些VOCs排放濃度很高，對大氣中TVOCs的貢獻不可忽略，同時也是很好的資源。另外也希望關(guān)注一下變壓吸附在回收不凝氣方面的應(yīng)用。