VOCs治理如何平衡与碳排放之间的关系

时间:2022-05-13

      亚德环保导读:近几年,随着双碳目标的落地实施,VOCs减排过程中的碳排放问题逐渐凸显。因质量守恒,VOCs治理过程中,碳排放基本是个增量过程(因有电耗、燃气消耗等额外碳排放,但排除部分工艺如冷凝回收后的化工产品才能有回用价值等极端特殊情况,需特别计算对待)。

      实际的VOCs污染治理过程中,通过增加处理设备、改进处理工艺提升治理效率,一般会造成运行能耗上升。目前处理效率比较高的治理方式为热力氧化或焚烧技术,废气的收集和处理过程消耗大量的电力和天然气,逐步成为企业碳排放的重要来源之一。为推进“3060”双碳目标,在VOCs治理的同时必须兼顾碳减排。目前碳排放核算主要针对组织或产品层面,没有针对项目层面,因此,开展VOCs治理项目层面碳排放核算。1)有利于对企业碳排放源进行深入挖掘减排潜力;2)有助于对项目方案进行比选,在VOCs治理效率提升和碳排放削减之间寻求平衡点;(3)有利于对废气治理项目精细化管理,综合计算项目投入与产出。

1、碳来源分析与核算方法

      ①电力消耗VOCs废气通过风机进行收集、输送需要消耗电力,风机的风量、风压、风机效率等参数都会影响其电力消耗。近年来,由于VOCs无组织排放控制要求不断加强,企业通过提高风量、风压的方式提高废气收集效率,造成耗电量进一步增加。

      ②化石燃料燃烧采用焚烧法或热力氧化法处理VOCs时,需要在较高的温度下使VOCs与氧气进行反应。当进口VOCs浓度低于2g/m3时,不能进行自持燃烧,需要额外的天然气助燃。

      ③VOCs燃烧采用焚烧法或热力氧化法处理VOCs时,VOCs与氧气反应转化为二氧化碳,该过程相当于化石燃料燃烧,上述处理工艺的处理效率均达到95%以上,说明绝大部分的VOCs转化为二氧化碳,这部分的碳排放量也是不可忽视的。

      ④核算方法探讨

      现有核算方法根据北京市《二氧化碳核算和报告要求其他行业》(DB11/T 1787-2020)的要求,核算边界包括化石燃料燃烧排放、消耗外购电力产生的排放和消耗外购热力产生的排放。以上核算边界,没有考虑VOCs最终燃烧产生的二氧化碳排放量。以某企业为例,VOCs废气采用“浓缩+RTO”处理工艺,根据统计数据,去除1吨VOCs需要消耗电力3.0万kWh/吨,消耗天然量5400m3/吨,折合二氧化碳排放量为29.8tCO2。该过程中电力消耗产生的二氧化碳排放量占总量的61%,主要是废气经过浓缩预处理后,提高了VOCs浓度、降低了废气总量,节约了后续RTO处理过程的天然气消耗。

      拓展核算目前,VOCs通常以非甲烷总烃(以碳计)表征,去除1吨VOCs(非甲烷总烃,以碳计),燃烧过程产生的二氧化碳量为3.7tCO2,占到处理过程总碳排放量的11%。由于这部分二氧化碳是VOCs焚烧产生的,其排放量是相对固定的,但由于治理过程的电力、天然气消耗量的差异,这部分碳排放量所占比例不是固定的,该比例数值越高越好。

2、思考与建议

      1、VOCs处理效率提升的边际成本
      假设车间内废气是均匀的,收集效率增加通常意味着风量增加。如风机特性曲线所示,若风机不换,风量上升至则风压相应下降;若通过更换电机保持压力不变,风量增加10%,按照风机定律则风机的功率则增加33%,造成电耗增加较多。

风机特性曲线

      即使风量和风压的增加能够提升VOCs的收集效率,但是由于车间内VOCs分布的不均匀性,通常会造成VOCs收集浓度的下降,反而增加废气增浓预处理和燃烧过程的能耗。综合来看,随着废气治理效率的提升,收集过程和处理过程的能耗会相应的增加,且边际成本越来越高。

2、VOCs处理产生的碳排放成本

      上述案例计算结果表明,VOCs处理过程的碳排放主要来源于电力消耗和天然气燃烧,去除1吨VOCs产生的碳排放高达33.5tCO2,此外还会产生二氧化硫、氮氧化物等大气污染物。因此,在当前减污降碳协同增效的背景下,仅仅通过末端治理改造削减VOCs的代价是比较高的。

3、VOCs治理低碳化路径

(1)源头削减。采用源头削减的方式减少VOCs的使用和产生有助于降低末端治理的压力,可以采取相对简单的工艺进行治理即可达标。如汽车行业中涂漆、色漆水性化后,喷漆室的废气经过文丘里水洗后即可以达标排放,无须进入RTO处理。

(2)选择低碳处理技术。采取局部密闭、减风增浓、浓缩预处理等技术,在控制风量的前提下提高VOCs的收集效率和废气浓度,降低后续处理过程的能源消耗。如2018年《国家先进污染防治技术目录(大气污染防治领域)》载明的“包装印刷行业节能优化及废气收集处理一体化技术”可以使排风量减少70%以上,VOCs浓度可提高3倍以上,减风增浓后可以直接进入氧化设备净化。

(3)加强设备运行控制。《重污染天气应急减排措施制定技术指南(2020年修订版)》要求A级企业VOCs治理设施“安装DCS或PLC系统,连续测量并记录治理设施控制指标温度、压力(压差)、时间和频率值”,通过收集设备运行参数反馈于优化控制,使治理设施保持在高效运行状态。

 


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