کنترل انتشار VOC صنعتی: فناوری‌ها، فرآیندها و کاهش تأثیرات زیست‌محیطی

مقدمه

ترکیبات آلی فرار (VOCs) به یکی از مسائل مهم زیست‌محیطی تبدیل شده‌اند، زیرا صنایع جهانی در پی تولید پاک‌تر و پایدارتر هستند. این ترکیبات که به‌طور گسترده در فرآوری مواد شیمیایی، متالورژی، پوشش‌دهی، چاپ و بسیاری از بخش‌های صنعتی دیگر یافت می‌شوند، خطرات قابل توجهی را برای کیفیت هوا، سلامت انسان و ثبات اکولوژیک ایجاد می‌کنند. با سخت‌گیری بیشتر مقررات زیست‌محیطی در سراسر جهان، صنایع باید سیستم‌های کنترل مؤثر VOC را به‌کار گیرند تا انتشار آنها را کاهش داده و انطباق قانونی را تضمین کنند.

این مقاله مروری جامع درباره نحوه تولید ترکیبات VOC در صنایع عمده ارائه می‌دهد و فناوری‌های مؤثر برای پالایش آنها را بررسی می‌کند. از فرآوری شیمیایی زغال سنگ تا چاپ و بسته‌بندی، درک این مکانیزم‌ها برای طراحی راه‌حل‌هایی که از نظر زیست‌محیطی مناسب و از نظر اقتصادی عملی هستند، ضروری است.

ترکیبات آلی فرار چیستند؟

ترکیبات آلی فرار دسته‌ای گسترده از مواد شیمیایی مبتنی بر کربن با فشار بخار بالا در دمای اتاق هستند که به راحتی به هوا تبخیر می‌شوند. ترکیبات VOC معمولاً شامل موادی با نقطه جوش در فشار اتمسفر بین 50°C و 260°C یا آنهایی با فشار بخار اشباع بالاتر از 133.32 Pa در شرایط محیطی می‌شوند.

رده‌های متداول ترکیبات آلی فرار

بر اساس ساختار شیمیایی، ترکیبات آلی فرار در هشت گروه اصلی قرار می‌گیرند:

• آلکان‌ها

• هیدروکربن‌های آروماتیک

• آلکن‌ها

• هیدروکربن‌های هالوژنه

• استرها

• آلدهیدها

• کتون ها

• ترکیبات آلی دیگر

نمونه‌های معمول ترکیبات آلی فرار

• هیدروکربن‌های آروماتیک: بنزن، تولوئن، زایلن، استیرن

• هیدروکربن‌های زنجیری: بوتان، اجزای بنزین

• هیدروکربن‌های هالوژنه: تتراسیلرید کربن، کلروفرم

• الکل‌ها و آلدهیدها: متانول، استالدئید، استون

• استرها: اتیل استات، بوتیل استات

• سایر موارد: استونیتریل، آکریلونیتریل، کلروفلوئوروکربن‌ها

این ترکیبات از احتراق سوخت، واکنش‌های شیمیایی، تبخیر حلال و فرآیندهای صنعتی مختلف ناشی می‌شوند. به دلیل واکنش‌پذیری بالا و سمیت آنها، ترکیبات آلی فرار نیازمند کنترل سیستماتیک هستند.

منابع عمده انتشار ترکیبات آلی فرار در صنعت

1. ترکیبات آلی فرار در صنعت شیمیایی زغال‌سنگ

صنعت شیمیایی زغال‌سنگ یکی از مهم‌ترین منابع صنعتی انتشار ترکیبات آلی فرار است. این ترکیبات عمدتاً از دو فرآیند ناشی می‌شوند:

• کک‌سازی زغال‌سنگ

• گازی‌سازی زغال‌سنگ به گاز مصنوعی

1.1 انتشار ترکیبات آلی فرار در حین کک‌سازی زغال‌سنگ

فرآیند کک‌سازی شامل گرم کردن زغال‌سنگ در دمای بالا است که باعث تبخیر ترکیبات آلی پیچیده می‌شود. انتشار عمدتاً در دو مرحله رخ می‌دهد:

مرحله بارگذاری زغال‌سنگ

هنگامی که زغال‌سنگ خام به داخل کوره‌های دمای بالای کک‌سازی بارگذاری می‌شود، با سطوح داغ تماس پیدا کرده و مخلوطی از مواد زیر آزاد می‌شود:

• هیدروکربن‌های آروماتیک چندحلقه‌ای

• بخار قیر

• گازهای آلی

این آلاینده‌ها به خطرات شغلی و آلودگی محیط زیست منجر می‌شوند.

ب. منطقه بازیابی محصولات جانبی کک‌سازی

مناطق کلیدی شامل واحد تراکم، واحد حذف گوگرد، واحد سولفات آمونیوم و واحد بنزن خام می‌شود. هر کدام پروفایل‌های متفاوتی از ترکیبات آلی فرار (VOC) تولید می‌کنند:

بخش تراکم

• انتشارات: آمونیاک، هیدروژن سولفید، نفتالین، ترکیبات آلی فرار مخلوط

• منابع: مخازن قیر، مخازن آب آمونیاک، خطوط لوله، دریچه‌های آبی

• ویژگی‌ها: غلظت بالا، نوسانات زیاد، گاز غنی از رطوبت

بخش حذف گوگرد و سولفات آمونیوم

• انتشارات: گازهای حاوی گوگرد، آمونیاک، مقادیر کمی ترکیبات آلی فرار

• انتشارات مداوم با غلظت بالای آمونیاک

بخش بنزن خام

• انتشارات: بنزن، تولوئن، زایلن

• حجم گاز کم اما غلظت بسیار بالا

منطقه تصفیه فاضلاب

• انتشارات: بنزن، فنول‌ها، سولفیدها، ترکیبات آلی نیتروژن‌دار

• حاصل از مخازن تراز، مخازن حادثه، مخازن بی‌هوازی، تصفیه لجن

این ترکیب به دلیل ترکیب پیچیده‌اش، فرآیند تصفیه را دشوار می‌کند.

1.2 ترکیبات آلی فرار در گازسازی زغال‌سنگ و تولید گاز طبیعی

کارخانه‌های گازسازی زغال‌سنگ در طی مراحل زیر، گازهای دماغه‌ای حاوی ترکیبات آلی فرار تولید می‌کنند:

• شست‌وشوی متانول در دمای پایین

• مخازن ذخیره گاز/مایع (تلفات تنفسی)

• پردازش آب فاضلeh

• واحدهای ذخیره‌سازی روغن

A. گاز دماغی حاصل از شست‌وشوی متانول دمای پایین

این جریان شامل:

• متان

• اتیلن، اتان

• پروپان، پروپیلن

• بخار متانول

استفاده مجدد از آن دشوار است و معمولاً با RTO (اکسیداسیون حرارتی بازیاب) به طور کامل سوزانده می‌شود.

چرا RTO به جای RCO؟

کاتالیزورهای RCO در برابر سمیت گوگرد حساس هستند و توانایی بازیابی محدودی دارند، که این امر RTO را برای کاربردهای شیمیایی زغال سنگ مقاوم‌تر می‌کند.

ب. تلفات تنفسی مخازن ذخیره

مخازن نگهداری گاز/مایع در طول تغییرات دما و فشار، بخارات حاوی ترکیبات گوگردی، آمونیاک و ترکیبات آلی فرار (VOCs) را آزاد می‌کنند. این گازها نیز نیازمند اکسیداسیون حرارتی هستند.

ج. ترکیبات آلی فرار در فاضلاب‌های حاصل از تصفیه پساب

این انتشارات عمدتاً از موارد زیر ناشی می‌شوند:

• پیش‌تصفیه (جداسازی روغن، تثبیت، اسیدی‌سازی)

• مخازن هوادهی

• اتاق‌های خشک‌کن لجن

غلظت‌ها به‌طور قابل توجهی متغیر است و محتوای رطوبت بالا می‌باشد.