隨著現(xiàn)代煤化工的快速發(fā)展，其生產(chǎn)過程中排放的大量揮發(fā)性有機物(VOCs)將對當前空氣質量產(chǎn)生多重環(huán)境效應。但是目前對現(xiàn)代煤化工項目生產(chǎn)過程中排放的VOCs的認識還無法滿足大氣污染治理的管理和決策需求。針對這一問題，論文采用污染源源強核算的方法，對比分析了現(xiàn)代煤化工和石化行業(yè)VOCs排放特征；在文獻分析和實地調研基礎上，基于石化行業(yè)VOCs污染治理的成熟經(jīng)驗，分析了現(xiàn)代煤化工企業(yè)VOCs防控薄弱環(huán)節(jié)，探索跨越污染防控主要障礙方法。研究發(fā)現(xiàn)，廢水集輸、儲存、處理處置過程逸散是現(xiàn)代煤化工企業(yè)VOCs最大排放源，與石化企業(yè)VOCs排放特征存在明顯差異；排放底數(shù)不清是煤化工行業(yè)VOCs污染控制管理的主要障礙，建立在線監(jiān)測技術規(guī)范指導現(xiàn)代煤化工行業(yè)固定污染源的VOCs排放在線監(jiān)測，有助于提升整個行業(yè)VOCs污染防控水平。通過分析國內外固定污染源VOCs監(jiān)測技術方法，基于我國固定污染源污染物排放在線監(jiān)測的技術規(guī)范，研究建立了我國現(xiàn)代煤化工行業(yè)固定污染源VOCs排放在線監(jiān)測技術系統(tǒng)，并闡述了該系統(tǒng)的組成和結構、技術性能、監(jiān)測站房、安裝、技術指標調試檢測、技術驗收、日常運行管理、日常運行質量保證以及數(shù)據(jù)審核和處理等方面的要求。該系統(tǒng)標準的研究為我國煤化工行業(yè)VOCs排放監(jiān)測系統(tǒng)的建立提供了參考。

目前，我國SO2、氮氧化物(NOx)、煙粉塵污染控制已取得進展，但以PM2.5和O3為特征污染物的大氣復合污染形勢依然嚴峻。作為PM2.5和O3的前體物，VOCs排放量仍呈增長趨勢，對大氣環(huán)境影響日益突出，迫切需要全面加強VOCs污染防治工作。作為一種戰(zhàn)略性新興化工行業(yè)，現(xiàn)代煤化工能促進我國煤炭清潔高效利用和保障能源安全，近幾年進入了發(fā)展快車道，隨著供給側改革深入推進，未來新增產(chǎn)能仍然較大，生產(chǎn)過程中排放的VOCs量也會繼續(xù)增大，其污染防控也必將越來越嚴格。目前，很多學者專家參照石化行業(yè)VOCs處理對煤化工VOCs管控進行了相關的研究，張麗等[1]通過分析煤化工產(chǎn)業(yè)特點，比較了煤化工和石油化工的產(chǎn)品差異性，提出煤化工有機物排放治理的思考；竹濤等[2]介紹了煤化工VOCs排放現(xiàn)狀，論述了VOCs控制技術篩選和評價方法，提出了煤化工VOCs的減排思路；劉思明[3]結合煤化工項目對我國煤化工行業(yè)VOCs管控需求、污染源進行了分析，并提出了對煤化工行業(yè)VOCs管控的建議。然而，針對現(xiàn)代煤化工行業(yè)VOCs排放特征和污染防控的研究還很不系統(tǒng)，存在較多的薄弱環(huán)節(jié)，導致現(xiàn)階段對其的認識還無法滿足大氣污染治理的管理和決策需求，急需加強煤化工行業(yè)VOCs排放特征和污染防控薄弱環(huán)節(jié)的研究，探索解決薄弱環(huán)節(jié)的方法。

本文分析了煤化工行業(yè)典型企業(yè)VOCs排放特征和煤化工行業(yè)VOCs污染防控的薄弱環(huán)節(jié)，圍繞排放底數(shù)不清這一主要薄弱環(huán)節(jié)，提出建立現(xiàn)代煤化工行業(yè)固定污染源VOCs排放在線監(jiān)測技術規(guī)范，并分析了在線監(jiān)測技術規(guī)范的主要內容。

1、現(xiàn)代煤化工行業(yè)VOCs污染排放特征

現(xiàn)代煤化工生產(chǎn)技術復雜、工藝流程長，VOCs排放節(jié)點多，主要有設備動靜密封點、有機液體儲存與調和揮發(fā)損失、有機液體裝卸揮發(fā)損失、廢水集輸、儲存、處理處置過程逸散、工藝有組織排放、冷卻塔、循環(huán)水冷卻系統(tǒng)釋放、非正常工況(含開停工及維修)排放、工藝無組織排放、火炬排放、燃燒煙氣排放、采樣過程排放、事故排放、原料煤、反應(油)灰渣和活性污泥等固體物料等13類源項。

目前，我國只有少數(shù)現(xiàn)代煤化工企業(yè)開展了VOCs核查。表1為某煤制烯烴企業(yè)VOCs的源項核查結果(將氣化灰水及污水汽提塔底凈化水分為受控污水和非受控污水2種情況)[4]。

由表1可知，VOCs排放源強占比由高到低依次為：廢水集輸、儲存、處理處置過程逸散>冷卻塔、循環(huán)水冷卻系統(tǒng)釋放>有機液體儲存與調和揮發(fā)損失>設備動靜密封點泄漏>燃燒煙氣排放>工藝有組織排放>有機液體裝卸揮發(fā)損失。而國內典型石化企業(yè)VOCs排放源強占比由高到低依次為：有機液體存儲與調和揮發(fā)損失>廢水集輸、儲存、處理處置過程逸散>設備動靜密封點泄漏>有機液體裝卸揮發(fā)損失>冷卻塔、循環(huán)冷卻水系統(tǒng)>工藝有組織排放[5]。從典型企業(yè)VOCs排放數(shù)據(jù)來看，現(xiàn)代煤化工企業(yè)與石化企業(yè)的VOCs主要排放源強存在明顯差異，煤化工企業(yè)VOCs以廢水集輸、儲存、處理處置過程逸散為主，而石化企業(yè)VOCs排放主要是有機液體存儲與調和揮發(fā)損失。

對于非正常工況(含開停工及維修)排放、工藝無組織排放、火炬排放、采樣過程排放、事故排放等排放源項，現(xiàn)代煤化工企業(yè)基本無VOCs相關數(shù)據(jù)記錄及臺賬，無法進行VOCs排放量的核算。另外，固體物料堆存過程中的VOCs排放還存在難以進行核算的問題。

2 、現(xiàn)代煤化工VOCs污染防治的薄弱環(huán)節(jié)

由于現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)與石化產(chǎn)業(yè)在VOCs排放源強方面存在明顯差異，因此其污染防控不能照搬石化產(chǎn)業(yè)經(jīng)驗。當前，我國現(xiàn)代煤化工行業(yè)VOCs污染防治主要存在以下薄弱環(huán)節(jié)：

1)缺乏VOCs排放源清單。目前，針對現(xiàn)代煤化工行業(yè)VOCs排放源開展的研究工作相對零散，源清單建立所需的排放因子尚未確立，VOCs排放核算主要根據(jù)石化行業(yè)經(jīng)驗，實際工作中存在很多問題。

2)缺乏VOCs源成分譜庫。與SO2、NOx等大氣污染物不同，VOCs種類與其在大氣環(huán)境中的作用密不可分。因此，需要構建反映不同來源VOCs組成特征的成分譜庫。目前我國現(xiàn)代煤化工行業(yè)此方面的研究剛起步，亟需建立源成分譜數(shù)據(jù)平臺。

3)缺乏適應行業(yè)特點的VOCs控制技術體系。按照現(xiàn)代煤化工行業(yè)的工藝特征和排放特點開展從生產(chǎn)到使用的全過程VOCs控制和管理體系，是我國防控VOCs污染的必要途徑。然而，我國還未形成針對行業(yè)特點的VOCs控制技術體系[6]。

以上薄弱環(huán)節(jié)中，排放底數(shù)不清、污染排放特征不清是主要障礙。為了跨越這一障礙，亟需加強我國煤化工行業(yè)VOCs排放的監(jiān)測研究。

3、國內外固定污染源VOCs監(jiān)測技術方法

現(xiàn)代煤化工企業(yè)排放的VOCs種類繁多、組分復雜，通常包括烷烴、烯烴、芳香烴、炔烴等非甲烷碳氫化合物和醛、酮、醇、醚、酯、酚等含氧有機物、鹵代烴、含氮化合物、含硫化合物等，其監(jiān)測分析需要科學系統(tǒng)的方法作為保障。

目前，我國對固定污染源廢氣中的VOCs監(jiān)測主要參照《固定污染源排氣中非甲烷總烴的測定氣相色譜法》(HJ/T 38)、《固定污染源廢氣揮發(fā)性有機物的采樣氣袋法》(HJ 732—2014)和《固定污染源廢氣揮發(fā)性有機物的測定固相吸附-熱脫附氣相色譜-質譜法》(HJ 734—2014)進行，監(jiān)測主要以現(xiàn)場手工采樣、實驗室分析為主，整個過程耗時較長，不僅無法滿足監(jiān)測代表性和時效性的要求，更難滿足長時間、大范圍系統(tǒng)開展現(xiàn)代煤化工企業(yè)VOCs排放監(jiān)測的要求。

在美國、歐盟和日本等國家，固定污染源連續(xù)排放煙氣監(jiān)測系統(tǒng)(continuous emission monitoring system,CEMS)作為一種可靠、成熟的技術，已大量應用于固定污染源VOCs排放監(jiān)測[7]。同時，歐美國家還出臺了一系列法律法規(guī)和技術標準指導固定污染源CEMS的安裝、運行和管理。美國EPA Method 25A和PS-8、歐盟委員會的EN 12619—2013和EN 13526—2002、國際化標準組織的ISO 13199—2012和ISO 25140—2010等技術規(guī)范的發(fā)布和執(zhí)行，在節(jié)省人力物力的同時，大大提高了固定污染源VOCs監(jiān)測的準確可靠程度[8-9]。

當前，我國現(xiàn)代煤化工發(fā)展已領先于國外水平，但現(xiàn)代煤化工行業(yè)VOCs排放監(jiān)測卻落后于形勢的需要，因而迫切需要開展現(xiàn)代煤化工行業(yè)VOCs在線監(jiān)測研究，建立現(xiàn)代煤化工行業(yè)VOCs在線監(jiān)測技術標準。

4、現(xiàn)代煤化工行業(yè)固定污染源VOCs排放在線監(jiān)測技術規(guī)范

4.1在線監(jiān)測技術規(guī)范制定思路

我國指導固定污染源污染物排放在線監(jiān)測的技術規(guī)范中，最為重要的是《固定污染源煙氣排放連續(xù)監(jiān)測技術規(guī)范》(HJ 75—2017)和《固定污染源煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)技術要求及檢測方法》(HJ/T 76—2017) 2個技術標準。HJ 75規(guī)定了CEMS安裝、調試、聯(lián)網(wǎng)、驗收、運行維護、數(shù)據(jù)審核等技術要求；HJ 76規(guī)定了固定污染源煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)的主要技術指標、檢測項目、檢測方法和檢測時的質量保證措施[10]。2個標準聯(lián)合使用，基本可實現(xiàn)固定污染源顆粒物、SO2、NOx排放在線監(jiān)測的全程質控，但由于VOCs監(jiān)測原理與顆粒物、SO2、NOx等的監(jiān)測原理存在差別，這2個標準用來指導VOCs的監(jiān)測具有局限性。

由于非甲烷總烴常被用來表征VOCs總量，《固定污染源廢氣非甲烷總烴連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)技術要求及檢測方法》(HJ 1013—2018)也可用來指導VOCs在線監(jiān)測，HJ 1013—2018對于VOCs在線監(jiān)測的作用，與HJ 76對于顆粒物、SO2和NOx在線監(jiān)測的作用類似，因此，對于現(xiàn)代煤化工行業(yè)固定污染源VOCs排放在線監(jiān)測，還需要制定與HJ 75相對應的標準。

4.2在線監(jiān)測技術規(guī)范適用對象

VOCs種類繁多，分析方法多樣，不同VOCs分析儀器的原理和結構差異較大，儀器成熟度也不同。而固定污染源廢氣VOCs排放總量在線監(jiān)測比組分監(jiān)測更簡單和快速，在污染源VOCs排放量大，特別是排放VOCs特征污染源已知的情況下，VOCs排放總量監(jiān)測能起到較好的污染監(jiān)管控制效果。考慮到我國重點行業(yè)固定污染源VOCs排放在線監(jiān)測主要針對非甲烷總烴，氫火焰離子檢測器(FID)是最常見的固定污染源煙氣VOCs排放總量連續(xù)監(jiān)測方法，因此現(xiàn)代煤化工行業(yè)固定污染源VOCs排放在線監(jiān)測技術規(guī)范可針對非甲烷總烴的FID檢測展開。

現(xiàn)代煤化工企業(yè)大部分固定污染源排放氣中甲烷含量較低，每立方米通常只有幾毫克，相對于每立方米幾十毫克的非甲烷總烴濃度并不顯著。分析非甲烷總烴需通過催化燃燒或色譜柱進行分離，在設備的復雜程度、成本、響應時間和維護等方面都要付出較大代價，所以在特殊場合，可根據(jù)實際情況，選擇只測量總烴，即當甲烷含量小于10 mg/m3時，可只監(jiān)測總烴濃度，將總烴濃度近似作為非甲烷總烴濃度。

4.3在線監(jiān)測技術規(guī)范主要內容

參照HJ 75，現(xiàn)代煤化工行業(yè)固定污染源VOCs排放在線監(jiān)測技術規(guī)范主要包括在線監(jiān)測系統(tǒng)的組成、技術性能、監(jiān)測站房、安裝、技術指標調試檢測、技術驗收、日常運行管理、日常運行質量保證以及數(shù)據(jù)審核和處理等方面的內容。

現(xiàn)代煤化工行業(yè)固定污染源VOCs排放在線監(jiān)測系統(tǒng)的組成可參照HJ 1013，包括非甲烷總烴監(jiān)測單元、廢氣參數(shù)監(jiān)測單元、數(shù)據(jù)采集與處理單元。在線監(jiān)測系統(tǒng)技術性能要求應與《固定污染源廢氣非甲烷總烴連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)技術要求及檢測方法》(HJ 1013—2018)和《固定污染源煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)技術要求及檢測方法》(HJ/T 76—2017)基本保持一致。

監(jiān)測站房要求和安裝要求基本與HJ 75的要求一致。若排放口上無適當?shù)牟蓸涌讜r，可將采樣管直接由排放口插入2倍直徑或2 m深處采樣。若采樣孔位于排放管道負壓處，則采樣管與采樣孔之間應完全密封。出于煤化工企業(yè)安全考慮，電氣設備的外殼防護應符合GB/T 4208的技術要求，戶內達到防護等級IP24級，戶外達到防護等級IP55級。防爆區(qū)安裝CEMS，需具有防爆安全性，并通過防爆安全檢驗認證。

在線監(jiān)測系統(tǒng)安裝運行后，先要進行技術性能指標的調試檢測，可采用的HJ 1013中提出的現(xiàn)場檢測指標作為安裝調試指標，并建立相應的調試檢測方法。完成安裝、調試檢測后，應進行技術驗收，包括技術指標驗收和聯(lián)網(wǎng)驗收。技術指標操作步驟和計算公式參照HJ 75的相關要求，結果應符合表2的要求(排氣參數(shù)檢測符合HJ 75中相關要求)，聯(lián)網(wǎng)驗收可與HJ 75中的相關條款保持一致。

為保證CEMS長時間正常運行，可以參照HJ 1013和HJ 7中的相關規(guī)定，對CEMS系統(tǒng)保養(yǎng)內容、保養(yǎng)周期或耗材更換周期等做出明確規(guī)定；根據(jù)實際工作需要，統(tǒng)一制定出日常巡檢、日常維護保養(yǎng)、標準物質更換、易耗品更換等記錄表格，規(guī)定定期校準、定期維護、定期校驗的時間；當技術指標失控時，及時采取糾正措施直至滿足技術指標要求為止，并應縮短下一次校準、維護和校驗的間隔時間。定期維護方面需要根據(jù)現(xiàn)代煤化工行業(yè)VOCs在線監(jiān)測的實際，對檢查燃燒氣連接管路的氣密性、過濾器和采樣管路的結灰、氫氣發(fā)生器和氫氣鋼瓶壓力、除烴裝置溫度、出峰時間與標準譜圖一致性情況、氫氣發(fā)生器中的吸附劑和氧化劑等方面做出規(guī)定。

數(shù)據(jù)審核方面，可參照HJ 75提出有效數(shù)據(jù)捕集率全年必須達75%。失控時段的數(shù)據(jù)可按照表3中的方法對VOCs排放量進行修約，非甲烷總烴濃度和廢氣參數(shù)不修約。故障期間、維修期間的數(shù)據(jù)，可使用參比方法監(jiān)測的數(shù)據(jù)替代，也可按照表4中的方法對VOCs排放量進行修約，非甲烷總烴濃度和廢氣參數(shù)不修約。當采用參比方法監(jiān)測的數(shù)據(jù)替代時，頻次不低于每天1次，參比方法的監(jiān)測過程按照GB/T 16157、HJ/T 397、HJ 732、HJ 38要求進行，替代數(shù)據(jù)包括非甲烷總烴濃度、廢氣參數(shù)和VOCs排放量。維護保養(yǎng)和校準及其他異常導致的數(shù)據(jù)無效時段，VOCs排放量按照表4處理，非甲烷總烴濃度和廢氣參數(shù)不修約。

5、結 論

1)現(xiàn)代煤化工企業(yè)VOCs排放源強最大的是廢水集輸、儲存、處理處置過程逸散，其污染物排放源強與石化企業(yè)存在明顯差異，污染源強核算和防控不能照搬石化企業(yè)經(jīng)驗。

2)建立固定污染源VOCs排放在線監(jiān)測技術規(guī)范，在此指導下科學開展現(xiàn)代煤化工企業(yè)VOCs排放在線監(jiān)測，有助于跨越排放底數(shù)不清、污染排放特征不清這一主要障礙。

3)現(xiàn)代煤化工行業(yè)固定污染源VOCs排放在線監(jiān)測技術規(guī)范主要包括在線監(jiān)測系統(tǒng)的組成、技術性能、監(jiān)測站房、安裝、技術指標調試檢測、技術驗收、日常運行管理、日常運行質量保證以及數(shù)據(jù)審核和處理等。

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