Przemysłowa kontrola emisji VOC: Technologie, procesy i ograniczanie wpływu na środowisko

Wprowadzenie

Lotne związki organiczne (VOC) stały się głównym obszarem zainteresowania środowiskowego, gdy globalne przemysły dążą do czystszej i bardziej zrównoważonej produkcji. Te związki, powszechnie występujące w przetwórstwie chemicznym, metalurgii, powlekaniu, drukarstwie oraz wielu innych sektorach przemysłowych, stanowią znaczne zagrożenie dla jakości powietrza, zdrowia ludzkiego i równowagi ekologicznej. W miarę jak na całym świecie przyśpiesza się regulacje środowiskowe, sektory te muszą wprowadzać skuteczne systemy kontroli VOC w celu ograniczenia emisji i zapewnienia zgodności z przepisami.

Artykuł ten oferuje szczegółowy przegląd sposobów powstawania lotnych związków organicznych w kluczowych branżach przemysłowych oraz omawia najskuteczniejsze technologie ich usuwania. Od przetwarzania węgla przez przemysł chemiczny po drukarstwo i opakowania, zrozumienie tych mechanizmów jest niezbędne przy projektowaniu rozwiązań zarówno ekologicznie uzasadnionych, jak i ekonomicznie opłacalnych.

Czym są lotne związki organiczne (VOC)?

Lotne związki organiczne to szeroka klasa związków chemicznych opartych na węglu o wysokim ciśnieniu par przy temperaturze pokojowej, co pozwala im łatwo przechodzić do powietrza. Zwykle obejmują substancje o temperaturze wrzenia pod normalnym ciśnieniem w zakresie 50°C i 260°C lub te o ciśnieniu pary nasyconej powyżej 133,32 Pa w warunkach otoczenia.

Typowe kategorie lotnych związków organicznych

Ze względu na strukturę chemiczną lotne związki organiczne dzielą się na osiem głównych grup:

• Alkany

• Węglowodory aromatyczne

• Alkeny

• Węglowodory halogenowane

• Estry

• Aldehydy

• Ketony

• Inne związki organiczne

Typowe przykłady LOT

• Węglowodory aromatyczne: benzen, toluen, ksylen, styren

• Węglowodory łańcuchowe: butan, składniki benzyny

• Węglowodory halogenowane: czterochlorku węgla, chloroform

• Alkohole i aldehydy: metanol, acetaldehyd, aceton

• Estry: octan etylu, octan butylu

• Inne: acetonitryl, akrilonitryl, chlorofluorowęglowodory

Te związki pochodzą z spalania paliw, reakcji chemicznych, parowania rozpuszczalników oraz różnych procesów przemysłowych. Ze względu na wysoką reaktywność i toksyczność, lotne związki organiczne (VOC) wymagają systematycznego kontrolowania.

Główne przemysłowe źródła emisji VOC

1. Lotne związki organiczne w przemyśle chemicznym opartym na węglu

Sektor chemiczny oparty na węglu jest jednym z największych przemysłowych źródeł emisji lotnych związków organicznych. Związki te powstają głównie w dwóch procesach:

• Koksowanie węgla

• Gazowanie węgla do gazu syntetycznego

1.1 Emisja LOT podczas koksowania węgla

Koksowanie polega na ogrzewaniu węgla w wysokich temperaturach, w wyniku czego lotne stają się złożone związki organiczne. Emisje występują głównie w dwóch fazach:

A. Etap załadowania węgla

Gdy surowy węgiel jest wsuwany do gorących pieców koksochimicznych, napotyka gorące powierzchnie i uwalnia mieszaninę:

• Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne

• Para smoły

• Gazy organiczne

Te zanieczyszczenia przyczyniają się do zagrożeń zawodowych oraz zanieczyszczenia środowiska.

B. Obszar regeneracji produktów ubocznych koksowania

Kluczowe obszary obejmują jednostkę kondensacji, jednostkę desulfuracji, jednostkę siarczanu amonowego oraz jednostkę benzyny surowej. Każda z nich generuje inne profile lotnych związków organicznych (VOC):

Sekcja kondensacji

• Emisje: amoniak, siarkowodór, naftalen, mieszane VOC

• Źródła: zbiorniki smoły, zbiorniki wody amoniakalnej, rurociągi, zamknięcia hydrauliczne

• Charakterystyka: wysokie stężenie, duże wahania, gaz bogaty w wilgoć

Sekcja Desulfuracji i Siarczanu Amonowego

• Emisje: gazy siarkowe, amoniak, niewielka zawartość VOC

• Emisje ciągłe o wysokim stężeniu amoniaku

Sekcja Benzyny Surowej

• Emisje: benzen, toluen, ksylen

• Objętość gazu mała, ale stężenie bardzo wysokie

Obszar oczyszczania ścieków

• Emisje: benzen, fenole, siarczki, organiczne związki azotu

• Pochodzi z zbiorników wyrównawczych, zbiorników awaryjnych, zbiorników beztlenowych, oczyszczalni osadów

To połączenie utrudnia oczyszczanie ze względu na złożony skład.

1.2 Lotne związki organiczne w gazownictwie węglowym i produkcji gazu ziemnego

Zakłady gazownictwa węglowego produkują gaz zawierający lotne związki organiczne podczas:

• Niskotemperaturowego płukania metanolem

• Zbiorników ciekłych/gazowych (straty oddechowe)

• Oczyszczanie ścieków

• Jednostek przechowywania ropy

A. Odpadowy gaz z niskotemperaturowego mycia metanolu

Strumień ten zawiera:

• Metan

• Etylen, etan

• Propan, propylen

• Pary metanolu

Trudny do ponownego wykorzystania, zazwyczaj poddawany jest RTO (Regeneracyjny Utleniacz Termiczny) w celu całkowitego spalania.

Dlaczego RTO, a nie RCO?

Katalizatory RCO są wrażliwe na zatrucie siarką i mają ograniczoną zdolność regeneracji, przez co RTO jest bardziej odporny i lepszy dla zastosowań w przemyśle chemicznym opartym na węglu.

B. Straty oddechowe zbiorników magazynowych

Zbiorniki magazynowe cieczy/gazu uwalniają pary zawierające związki siarki, amoniak oraz lotne związki organiczne podczas zmian temperatury i ciśnienia. Gazy te wymagają również utleniania termicznego.

C. Lotne związki organiczne w oczyszczalniach ścieków

Emisje te powstają głównie podczas:

• Przetwarzania wstępnego (oddzialanie oleju, wyrównanie, zakwaszenie)

• Zbiorników napowietrzania

• Pomieszczeń odwadniania osadu

Stężenia różnią się znacznie, a zawartość wilgoci jest wysoka.