北斗智库环保管家网讯：华东理工大学张巍教授研究团队通过分析典型精细化工行业VOCs排放企业处理前VOCs排放特征，结合能源投入等情况，评价了燃烧法对VOCs光化学反应活性及温室气体排放的影响，分析了燃烧治理VOCs与碳减排的协同效果，为衡量VOCs治理技术环境效益提供了数据参考。

 

 

　　1.研究对象

 

　　选取上海市某工业园区内精细化工行业相关的6家企业的7台燃烧治理设备进行采样分析，主要包括涂料制造、合成树脂制造、塑料制品制造、农药助剂制造等行业，涉及的燃烧技术包括蓄热式直接燃烧（RTO）以及催化燃烧（CO）。

 

　　表1 企业基本信息及设备运行参数

 

 

　　2.研究方法

 

　　（1）OFP。采用最大臭氧增量反应活性（MIR）结合VOCs组分的质量浓度计算废气中106种VOCs组分的OFP。

 

　　（2）SOA生成潜势（SOAP）。通过气溶胶产生系数（FAC）计算含VOCs废气对SOAP的贡献程度。

 

　　（3）VOCs排放量。通过实测估算燃烧设备处理前后VOCs组分的排放量。

 

　　（4）温室气体减排量。温室气体减排量为经燃烧法处理后温室气体排放的减少量（非二氧化碳温室气体则折算为二氧化碳当量）。末端设备处理前温室气体主要为末端进口废气中非二氧化碳温室气体；经燃烧处理后温室气体来源包括燃料燃烧、设备运行过程电力消耗、燃烧过程VOCs组分转化以及处理设施出口非二氧化碳温室气体排放。其中，电力消耗等统计数据来源于实际调研。

 

　　（5）协同效应系数。协同效应系数为单位污染物减排的同时产生的温室气体减排量。VOCs与温室气体减排协同效应系数（S1）以及臭氧与温室气体减排协同效应系数（S2）。

 

　　二、结果与讨论

 

　　1.处理前废气的排放特征

 

　　7台设备处理前VOCs废气的排放特征及OFP构成情况如图1所示。合成树脂制造企业（设备Ⅰ、Ⅵ）进口废气中主要排放物种为OVOCs；塑料制品制造企业（设备Ⅱ）的主要排放物种为芳香烃及OVOCs；农药助剂制造企业（设备Ⅲ）的主要排放物种为卤代烃；涂料制造企业（设备Ⅳ、Ⅴ、Ⅶ）的主要的排放物种均为芳香烃。

 

　　各行业处理前废气的VOCs物种OFP贡献率与质量分数相近。但塑料制品制造企业（设备Ⅱ）对OFP贡献最大的物种变更为OVOCs。此外，芳香烃并非农药助剂制造企业（设备Ⅲ）与合成树脂制造企业（设备Ⅵ）的主要排放物种但却具有最大的OFP贡献率。综上所述，对于VOCs的末端治理应该重点关注主要物种以及关键活性物种的削减效果。

 

 

　　图1 不同设备进口废气VOCs

 

　　物种构成与OFP贡献率

 

　　2.燃烧处理减排潜力

 

 

　　7台设备对VOCs的处理效率如图2所示。7台设备的进口VOCs质量浓度为11.25~1963.16mg/m3，其最终处理效率均大于95%。设备Ⅵ的处理效率略低的主要原因是进口浓度远低于该技术的建议使用浓度。

 

 

　　图２ 不同设备末端进出口排放

 

　　质量浓度与处理效率

 

　　不同燃烧法对不同VOCs物种的处理效率存在差别，如表2所示，当VOCs物种进口质量浓度大于1.50 mg/m3时，其处理效率均能达到90%以上；当VOCs物种进口浓度偏低时，处理效率也偏低，甚至出现处理效率为负值的情况（主要发生在处理低浓度烷烃与烯炔烃时）。分析经燃烧后浓度增加的物种发现，经过设备Ⅳ、Ⅴ与Ⅵ处理后，烷烃、烯炔烃物种浓度均有不同程度的增加，主要为乙烷、丙烷、丙烯、乙烯以及乙炔等低碳烃类组分，考虑是由高碳烃类组分不完全燃烧产生的。各设备对芳香烃以及OVOCs等主要物种的处理效率分别为67.4%~99.3%与95.0%~99.6%，去除效果普遍较好。

 

　　表２ 不同燃烧法对不同VOCs物种的处理效率

 

 

 

　　设备对OFP与SOAP的削减率分别为93.5%~99.2%与90.1%~99.3%。可以发现，进口OFP较高时，经燃烧法处理后OFP削减率也较高，SOAP的削减情况也类似。燃烧法能够有效地削减VOCs光化学反应活性。

 

 

　　图3 不同燃烧法对VOCs活性削减效果

 

　　温室气体减排效果

 

　　通过核算进出口废气中非二氧化碳温室气体的二氧化碳当量排放量，并且计算由于电力消耗、燃料燃烧、VOCs组分转化等方面造成的二氧化碳当量排放量，得到经处理后温室气体减排潜力（见表3）。

 

　　燃烧法处理造成的温室气体排放主要是由燃料燃烧以及电力消耗构成，并且除了设备Ⅲ外，其他设备的使用均会造成不同程度的温室气体排放。而设备Ⅲ能够减少温室气体排放的主要原因是进气中卤代烃组分占比大（质量分数为91.7%），并且削减效果较好（处理效率99.7%），因此对卤代烃的削减量足以抵消运行设备时所产生的温室气体排放量。因此，当燃烧法用于处理卤代烃组分占比大的废气时，设备对温室气体的减排潜力抵消运行设备所造成的温室气体排放的可能性更大，并且最终能够实现温室气体减排。

 

　　表３ 设备温室气体排放构成及净减排量

 

 

　　3.VOCs、臭氧与温室气体减排协同效应

 

　　企业月度运行时间及VOCs、臭氧与温室气体减排潜力如表4所示。利用协同控制效应坐标系法，评估燃烧法治理技术对VOCs、臭氧与温室气体减排的协同效应，协同效应系数越大，说明污染物与温室气体减排的协同效果越好。除了设备Ⅲ对VOCs、臭氧与温室气体减排具有正协同效应外，其余设备对VOCs或臭氧与温室气体减排均为此消彼长效应。

 

 

　　三、结论与展望

 

　　1.7台设备对进口质量浓度11.25~1963.16 mg/m3的VOCs废气处理效率均超过95%。当VOCs物种进口质量浓度大于1.50 mg/m3时，其处理效率均能达到90%以上；VOCs物种进口浓度偏低时，处理效率也偏低，甚至出现处理效率为负值的情况（部分烷烃、烯炔烃等低碳烃类组分浓度反而增加）。

 

　　2.不同燃烧法对OFP及SOAP的削减率分别为93.5%~99.2%、90.1%~99.3%，各燃烧设备均表现出较好的活性削减效果。

 

　　3.运行设备造成的温室气体排放主要来源于燃料燃烧以及电力消耗，当RTO用于处理主要物种为卤代烃的VOCs废气时，能表现出较好的温室气体减排潜力。

 

　　4.除了设备Ⅲ对VOCs、臭氧与温室气体减排均具有正协同效应外，其余设备对VOCs或臭氧与温室气体减排均为此消彼长效应。为进一步提高污染物与温室气体减排的协同效应，可从提高进口浓度和降低额外能源消耗等方面改进。

 

　　参考文献

 

　　杨纯尔，张巍，段玉森等.典型精细化工行业挥发性有机物燃烧治理综合环境效益分析.

 

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