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2025年6月3-5日

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大气治理技术推动化工生态园区的可持续发展

挥发性有机物的定义与排放标准:
 
挥发性有机物(VOCs)根据其物理和化学特性及监测方法进行定义。2019年后,定义趋向统一,主要指参与大气光化学反应的有机化合物。中国已制定多项VOCs的排放标准,包括行业型、综合型、通用型及区域型污染物排放标准,分别适用于特定行业、跨行业、以及特定区域的污染源控制。现行的《大气污染物综合排放标准》和其他相关标准对于促进清洁生产和污染治理发挥了重要作用,尽管存在一些如排放限值过宽、技术改造缺乏要求等问题。
 
VOCs的产生机制及主要来源:
工业源:固定燃烧源、炼油和石化企业、溶剂使用装置(如工业涂装、汽车制造等)。
生活源:如干洗、汽车维修、餐饮等。
其他源:包括农药使用、固体废物处置、移动源排放、植物源排放等。
 
工业废气中的有害物质:
工业废气含有二氧化硫、氮氧化物和烟(粉)尘等有害物质。2011至2015年间,这些物质的产生量有所波动,但其去除率普遍提高,尤其是烟(粉)尘的去除率超过98%。化工行业园区的总排放量占比约为10%,显示出有害物质去除率的提高对排放量的递减起到了关键作用。
 
1.大气污染物控制技术
 
颗粒物去除设备主要有干式除尘设备和湿式除尘设备。常用的干式除尘设备包括:重力沉降室、(多级)旋风分离器、静电除尘器和袋式除尘器等,它们可以单独使用,也可以组合使用。常用的湿式除尘设备包括:水膜旋风除尘器、自激式除尘器、文丘里洗涤器等。干式除尘器投资费用较高并且需要控制待处理气体的状况(温度、含水量和有机气体含量、CO:O2 比),但是其运行能量消耗较湿式除尘器少。湿式除尘器适用于含湿量大的物料干燥废气,并能起到除去一定酸性气体的作用,其投资和维护费用较低,但是要达到满意的捕集效率需要高能量消耗,同时存在污泥和洗涤液的二次污染问题。一般情况下,不同的工况,颗粒物的治理技术是不同的。
 
2.氮氧化物控制技术
 
燃料燃烧时产生的氮氧化物(NOx)分为两种,一种是燃料中的 N 经过氧化生成的 NOx(燃料型 NOx);另一种是燃料高温燃烧时空气中 N2 和 O2 反应生成的 NOx(热力型 NOx)。NOx 主要是指 NO 和 NO2,习惯上被称为硝,工业炉窑废气中 NOx 的治理措施大致可分为一次措施和二次措施。
 
(1)一次措施突出污染源控制,其特征是通过各种技术手段,在产生NOx 的源头上进行控制,限 NOx 的形成。可采取降低燃烧温度、减少过量空气、缩短气体在高温区的停留时间等措施减少燃烧阶段 NOx 的生成量。主要的一次措施包括采用低氮燃烧技术、富氧(纯氧)燃烧技术、燃烧优化调整等,其中低氮燃烧技术具有应用广泛、结构简单、经济有效等优点。采用一次措施对氮氧化物的减排效率可达 30~70%,当要进一步提高脱除率时,就要采用二次措施。
 
二次措施为净化烟气脱硝技术,是指对工业废气中已经产生的 NOx进行处理,从而降低废气中 NOx 的排放量,主要的二次措施包括:
 
A.选择性催化还原法(SCR 法),是指在废气处理过程中使用氨、尿素、稀土氧化物、低温脱硝催化剂等作还原剂,在催化剂的作用下,将氮氧化物还原成氮气,脱硝效率可达 60~98%,所要求的反应温度约为 130~450℃。
 
B.选择性非催化还原法(SNCR),是指在废气处理过程中使用氨、尿素、复合还原剂等作脱硝剂,将氮氧化物还原成氮气,脱硝效率可达 40~90%,最佳反应温度为 950℃左右。但是 SCR、SNCR 均存在设备投资高、运行成本高、催化剂易中毒、运行不稳定等缺点。
 
C.陶瓷滤芯催化一体化脱销除尘技术。将窑炉废气通过引风机进入陶瓷滤芯催化一体化除尘器,极细的陶瓷纤维交错形成的细密多孔结构可以过滤次微米级固体颗粒,实现高效通气过滤,粉尘实现超低排放。脱销催化剂均匀布置在滤管表面,定期进行反吹,解决了催化剂的堵塞、中毒失活等问题,延长了催化剂的使用寿命,脱硝效率可达到 80%以上。
 
D.液体吸收法,NO2 溶于水,可采用水或者其他溶液吸收烟气中的 NOx,同时具有一定的除尘能力。此法工艺简单,能够以硝酸盐等形式回收进行综合利用,但是吸收效率不高。
 
E.吸附法是用吸附剂对烟气中 NO 进行吸附,然后在一定条件下使被吸附的 NOx 脱附回收,同时吸附剂再生。此法 NOx 脱除率非常高,并且能回收利用,但一次性投资很高。
 
F.臭氧氧化吸收脱硝技术,以臭氧为氧化剂将烟气中不易溶于水的 NO 氧化成 NO2 或更高价的氮氧化物,然后以相应的吸收液(水、碱溶液、酸溶液、金属络合物溶液等)对烟气进行喷淋洗涤,使气相中的氮氧化物转移到液相中,脱硝效率大于 85%,对烟气温度没有要求,同时,臭氧的氧化能力对烟气中其他有害成分(如汞)也有氧化脱除作用。
 
G.联合脱硫脱氮技术。如固相吸附再生技术、湿式洗涤脱硝技术(WSASNOX)、MCT 脱硫脱硝技术等。其中 MCT 脱硫脱硝技术通过微孔磁性催化颗粒的多孔结构特性,在磁场和催化剂的作用下,使二氧化硫、NOx 与微孔磁性催化颗粒中的钾、钙进行反应,生成硫酸盐、硝酸盐、亚硝酸盐,实现对烟气的脱硫脱硝,脱硫、脱硝效率可分别达 80%、75%以上,脱硫脱硝副产品可作农肥。同时,半干法、湿法、活性炭吸附法等脱硫工艺也具有一定的脱硝能力。
 
3.SO2控制技术
 
目前,控制 SO2 污染的技术可分为三类,即燃烧前控制技术,燃烧中控制技术和燃烧后控制技术。
 
(一)燃烧前控制技术:也称为控制技术,是控制污染的先决一步。对于煤炭中硫的燃烧前控制技术包括物理、化学、生物的方法,以及多种技术联合使用的综合工艺、煤炭转化脱等。
 
物理脱硫方法有跳汰、重介质、空气重介质、风选、斜槽和摇床等多种重选、电选、磁选浮选、油团聚分选等分离方法。化学脱硫方法有碱法、热解与氢化脱硫、氧化法脱硫等方法,具体而言
 
主要有热碱液浸出法、硫酸铁溶液浸出法、液相氧化法、催化氧化法、PETC 法、Ames法、KVB 法、氯解法、熔碱法、溶解抽提法等。
 
煤炭转化脱硫技术指的是煤炭气化和煤炭液化技术,将煤气化合液化后进行脱硫。常温煤气脱硫方法有干法脱硫和湿法脱硫两类。湿法脱硫分为物理吸收法、化学吸收法和氧化法。热煤气脱硫技术包括炉内热煤气脱硫、炉外热煤气脱硫、膜分离技术脱硫和电化学脱硫等多种方法。
 
(二)燃烧中控制技术:指清洁燃烧技术,旨在减少燃烧过程污染物排放,提高燃料利用效率的加工燃烧、转化和排放污染控制的所有技术的总称。燃烧中空盒子技术主要指的是型煤固硫技术、循环流化床燃烧技术和水煤浆燃烧技术等方法。
 
(三)燃烧后控制技术:指的是烟气脱硫技术(FGD)。烟气脱硫技术分类方法很多,按照操作特点分为干法、湿法和半干法;按照生成物的处置方式分为回收法和抛弃法;按照脱硫剂是否循环使用分为再生法非再生法。根据净化原理分为两大类:
 
①吸收吸附法,用液体或固体物料优先吸收或吸附废气中的 SO2:
 
②氧化还原法,将废气的 SO2 氧化成 SO3,在转化为硫酸或还原为硫,再将硫冷凝分离。前者应用较多,后者还存在一定的技术问题,应用较少。
 
按当前脱硫工艺的商业应用状况及业绩,FGD 工艺也可分为五种类型:
 
①湿式石灰石/石灰-石膏法
该法采用石灰石或石灰浆为吸收剂,脱硫副产物为石膏。
 
②湿式洗涤抛弃法
包括石灰石飞灰烟气洗涤法、氧化镁法、双碱法和海水洗涤等。双碱法以纳碱或氨碱作为吸收剂,吸收烟气中 SO2 生成 NaHSO3 或 NH4HSO3,排出液用 CaCO3或 CaO 进行处理,生成难溶的 CaSO3·1/2H20 排放。海水法以海水作为吸收溶液,废水经恢复处理后再排入海洋。
 
③喷雾干燥法
按雾化方式的不同,分为旋转雾化和双流体雾化工艺。吸收剂为石灰浆液,脱硫产物为 CaSO3、CaSO4、Ca(OH)2 和飞灰的混合物。
 
④吸收剂喷射法
包括直接喷钙、炉内喷钙加烟气增湿活化、管道喷射脱硫剂和烟气循环流化床工艺等。
 
⑤可回收在生工艺
吸收了 SO2 的吸收剂经热处理或化学处理后可重复利用,并制取高纯 SO2 或元素硫。此类工艺中包括亚钠循环法、氧化镁法、活性炭法等.
 
结尾
 
大气污染物控制技术在化工生态园区的运用日益显得至关重要。通过实施先进的污染物控制技术,不仅能有效降低有害物质的排放,而且促进化工行业的可持续发展,实现环境保护与经济效益的双赢。当前,我国在大气污染防治领域拥有世界级的先进设备,但同时,也存在不少使用落后生产工艺的企业,其环保治理设施简陋,甚至完全缺乏相应设施。这种行业发展水平的不均衡,导致劣质产品和服务驱逐优质对应物的问题尤为突出。
 
特别是在一些工业园区,散乱污企业众多,其环境影响重大,这严重阻碍了产业的转型升级和高质量发展。为有效应对这一挑战,实施针对VOCs的源头削减、过程管控与深度治理成为打赢蓝天保卫战的关键策略。这些措施不仅是推动制造业高质量发展的重要手段,也是推进供给侧结构性改革的重要抓手。通过这样的整合和优化,我们能够确保环境治理与经济增长的协同进步,为未来的可持续发展打下坚实的基础。

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