Teollinen VOC-päästöjen hallinta: Teknologiat, prosessit ja ympäristövaikutusten lievitys

Johdanto

Haihtuvat orgaaniset yhdisteet (VOC) ovat nousseet merkittäväksi ympäristölliseksi painopisteeksi, kun globaalit teollisuudet pyrkivät puhtaampaan ja kestävämpään tuotantoon. Näitä yhdisteitä esiintyy laajalti kemian käsittelyssä, metallurgiassa, pinnoitteissa, painatuksessa ja monissa muissa teollisuuden aloissa, ja ne aiheuttavat merkittäviä riskejä ilmanlaadulle, ihmisten terveydelle ja ekologiselle vakaudelle. Kun ympäristösääntely kiristyy maailmanlaajuisesti, teollisuuden on omaksuttava tehokkaat VOC-ohjausjärjestelmät päästöjen vähentämiseksi ja säädösten noudattamiseksi.

Tässä artikkelissa esitetään kattava katsaus siihen, miten VOC:t syntyy tärkeimmillä teollisuuden aloilla, ja käsitellään tehokkaimpia teknologioita niiden käsittelyyn. Kaivokemian käsittelystä painatukseen ja pakkaamiseen asti näiden mekanismien ymmärtäminen on olennaista ratkaisujen suunnittelussa, jotta ne olisivat sekä ympäristön kannalta että taloudellisesti perusteltuja.

Mitä ovat VOC:t?

Volatile Organic Compounds (yleensä hiilivedyt) ovat laaja luokka hiileä sisältäviä kemikaaleja, joilla on korkea höyrynpaine huoneenlämmössä, mikä mahdollistaa niiden helposti haihtumisen ilmaan. Yleisesti VOC:t sisältävät aineet, joiden kiehumispiste normaalipaineessa on 50 °C ja 260 °C tai joiden kyllästynyt höyrynpaine on yli 133,32 Pa ympäristön olosuhteissa.

Yleiset VOC-luokat

Rakenteellisesti VOC:t jakautuvat kahdeksaan pääryhmään:

• Alkaanit

• Aromihiilivedyt

• Alkeenit

• Halogeenoidut hiilivedyt

• Esterit

• Aldehydit

• Ketonit

• Muut orgaaniset yhdisteet

Tyypillisiä VOC-esimerkkejä

• Aromaatit hiilivedyt: bentseeni, tsooluoli, ksyyliini, styreeni

• Ketjumaiset hiilivedyt: butaani, bensiinin komponentit

• Halogeenoidut hiilivedyt: tetrakloorimetaani, kloroformi

• Alkoholit ja aldehydit: metanoli, asetaldehydi, asetoni

• Esterit: etyyliasetaatti, butyyliasetaatti

• Muut: asetonitriili, akryylinitriili, kloorifluorihydrokarbonit

Nämä yhdisteet syntyvät polttoaineiden palamisessa, kemiallisissa reaktioissa, liuottimien haihtumisessa ja erilaisissa teollisuusprosesseissa. Suuren reaktiivisuutensa ja myrkyllisyytensä vuoksi VOC-yhdisteitä on hallittava systemaattisesti.

Tärkeimmät teolliset lähteet VOC-päästöille

1. VOC-yhdisteet hiiliteknologiassa

Hiiliteknologia on yksi merkittävimmistä teollisuuden VOC-päästöjen lähteistä. VOC-yhdisteet syntyvät pääasiassa kahdessa prosessissa:

• Hiilen koksautus

• Kohtien kaasutus synteettiseksi kaasuksi

1.1 VOC-päästöt kokoisessa

Kokoisa sisältää kivihiilen kuumentamista korkeassa lämpötilassa, jolloin monimutkaiset orgaaniset yhdisteet haihtuvat. Päästöt tapahtuvat pääasiassa kahdessa vaiheessa:

A. Kivihiililatausvaihe

Kun raakahiili ladataan korkean lämpötilan kokoisuuniin, se kohtaa kuumia pintoja ja vapauttaa sekoituksen:

• Monisyklisiä aromaattisia hiilivetyjä

• Tervahöyry

• Orgaanisia kaasuja

Nämä epäpuhtaudet edistävät työterveydellisiä riskejä ja ympäristön saastumista.

B. Kokoistuotteiden by-product-hyödyntämisen alue

Keskeisiä alueita ovat kondensaatioyksikkö, rikinpoistoyksikkö, ammoniumsulfaattiyksikkö ja raakabentseeniyksikkö. Jokainen tuottaa erilaisia VOC-profiileja:

Kondensaatio-osasto

• Päästöt: ammoniakki, rikki vedyn sulfidi, naftaleeni, sekoitetut VOC-yhdisteet

• Lähteet: tervakaivot, ammoniakkivesikaivot, putket, vesilukot

• Ominaisuudet: korkea pitoisuus, suuret vaihtelut, kosteaa kaasua

Rikinpoisto- ja ammoniumsulfaatti-osasto

• Päästöt: rikkiä sisältävät kaasut, ammoniakki, pieni määrä VOC-yhdisteitä

• Jatkuvat päästöt, joissa on korkea ammoniakkipitoisuus

Raakabentseeni-osasto

• Päästöt: bentseeni, toluene, xylooli

• Kaasutilavuus pieni, mutta pitoisuus erittäin korkea

Jäteveden käsittelyalue

• Päästöt: bentseeni, fenolit, sulfidit, typpeä sisältävät orgaaniset yhdisteet

• Syntyy tasauskaivoista, häiriökaivoista, anaerobisista kaivoista, lietteen käsittelystä

Tämä yhdistelmä tekee käsittelystä haastavaa sen monimutkaisen koostumuksen vuoksi.

1.2 VOC-yhdisteet hiilikaasutuksessa ja maakaasun tuotannossa

Hiilikaasutuslaitokset tuottavat VOC-pitoisia jätteitä kaasuja seuraavissa prosesseissa:

• Alhainen metanolipesu

• Kaasu/neste-säiliöt (hengityshäviöt)

• Liekonkäsittely

• Öljysäilytysyksiköt

A. Alhaisen lämpötilan metanolipesun huppukaasu

Tähän virtaan kuuluu:

• Methaani

• Eteeni, etaani

• Propaani, propyleeni

• Metanolihöyry

Sitä on vaikea käyttää uudelleen, ja se käsitellään yleensä RTO (Regeneratiivinen lämpöhapetin) täydellistä polttoa varten.

Miksi RTO eikä RCO?

RCO-katalysaattorit ovat alttiita rikki myrkytykselle eivätkä pysty regeneroitumaan tehokkaasti, joten RTO on kestävämpi ratkaisu kemianteollisuuden sovelluksissa.

B. Varastosäiliön hengityshäviöt

Kaasu-/nestevarastosäiliöt vapauttavat höyryjä, jotka sisältävät rikkiyhdisteitä, ammoniakkaa ja haihtuvia orgaanisia yhdisteitä (VOC) lämpötilan ja paineen muuttuessa. Näille kaasuille tarvitaan myös terminen hapetus.

C. Jäteveden käsittelyn VOC-päästöt

Nämä päästöt syntyvät pääasiassa:

• Esikäsittelyssä (öljyerottelu, tasaus, happamuuden säätö)

• Ilmastustankit

• Lietteen kuivatushuoneet

Pitoisuudet vaihtelevat voimakkaasti, ja kosteus on korkea.