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VOCs治理如何平衡與碳排放之間的關系
時間：2022-05-13
亞德環(huán)保導讀：近幾年，隨著雙碳目標的落地實施，VOCs減排過程中的碳排放問題逐漸凸顯。因質量守恒，VOCs治理過程中，碳排放基本是個增量過程（因有電耗、燃氣消耗等額外碳排放，但排除部分工藝如冷凝回收后的化工產(chǎn)品才能有回用價值等極端特殊情況，需特別計算對待）。
實際的VOCs污染治理過程中，通過增加處理設備、改進處理工藝提升治理效率，一般會造成運行能耗上升。目前處理效率比較高的治理方式為熱力氧化或焚燒技術，廢氣的收集和處理過程消耗大量的電力和天然氣，逐步成為企業(yè)碳排放的重要來源之一。為推進“3060”雙碳目標，在VOCs治理的同時必須兼顧碳減排。目前碳排放核算主要針對組織或產(chǎn)品層面，沒有針對項目層面，因此，開展VOCs治理項目層面碳排放核算。1）有利于對企業(yè)碳排放源進行深入挖掘減排潛力；2）有助于對項目方案進行比選，在VOCs治理效率提升和碳排放削減之間尋求平衡點；（3）有利于對廢氣治理項目精細化管理，綜合計算項目投入與產(chǎn)出。
1、碳來源分析與核算方法
①電力消耗VOCs廢氣通過風機進行收集、輸送需要消耗電力，風機的風量、風壓、風機效率等參數(shù)都會影響其電力消耗。近年來，由于VOCs無組織排放控制要求不斷加強，企業(yè)通過提高風量、風壓的方式提高廢氣收集效率，造成耗電量進一步增加。
②化石燃料燃燒采用焚燒法或熱力氧化法處理VOCs時，需要在較高的溫度下使VOCs與氧氣進行反應。當進口VOCs濃度低于2g/m3時，不能進行自持燃燒，需要額外的天然氣助燃。
③VOCs燃燒采用焚燒法或熱力氧化法處理VOCs時，VOCs與氧氣反應轉化為二氧化碳，該過程相當于化石燃料燃燒，上述處理工藝的處理效率均達到95%以上，說明絕大部分的VOCs轉化為二氧化碳，這部分的碳排放量也是不可忽視的。
④核算方法探討
現(xiàn)有核算方法根據(jù)北京市《二氧化碳核算和報告要求其他行業(yè)》（DB11/T 1787-2020）的要求，核算邊界包括化石燃料燃燒排放、消耗外購電力產(chǎn)生的排放和消耗外購熱力產(chǎn)生的排放。以上核算邊界，沒有考慮VOCs最終燃燒產(chǎn)生的二氧化碳排放量。以某企業(yè)為例，VOCs廢氣采用“濃縮+RTO”處理工藝，根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，去除1噸VOCs需要消耗電力3.0萬kWh/噸，消耗天然量5400m3/噸，折合二氧化碳排放量為29.8tCO2。該過程中電力消耗產(chǎn)生的二氧化碳排放量占總量的61%，主要是廢氣經(jīng)過濃縮預處理后，提高了VOCs濃度、降低了廢氣總量，節(jié)約了后續(xù)RTO處理過程的天然氣消耗。
拓展核算目前，VOCs通常以非甲烷總烴（以碳計）表征，去除1噸VOCs（非甲烷總烴，以碳計），燃燒過程產(chǎn)生的二氧化碳量為3.7tCO2，占到處理過程總碳排放量的11%。由于這部分二氧化碳是VOCs焚燒產(chǎn)生的，其排放量是相對固定的，但由于治理過程的電力、天然氣消耗量的差異，這部分碳排放量所占比例不是固定的，該比例數(shù)值越高越好。
2、思考與建議
1、VOCs處理效率提升的邊際成本
假設車間內廢氣是均勻的，收集效率增加通常意味著風量增加。如風機特性曲線所示，若風機不換，風量上升至則風壓相應下降；若通過更換電機保持壓力不變，風量增加10%，按照風機定律則風機的功率則增加33%，造成電耗增加較多。
風機特性曲線
即使風量和風壓的增加能夠提升VOCs的收集效率，但是由于車間內VOCs分布的不均勻性，通常會造成VOCs收集濃度的下降，反而增加廢氣增濃預處理和燃燒過程的能耗。綜合來看，隨著廢氣治理效率的提升，收集過程和處理過程的能耗會相應的增加，且邊際成本越來越高。
2、VOCs處理產(chǎn)生的碳排放成本
上述案例計算結果表明，VOCs處理過程的碳排放主要來源于電力消耗和天然氣燃燒，去除1噸VOCs產(chǎn)生的碳排放高達33.5tCO2，此外還會產(chǎn)生二氧化硫、氮氧化物等大氣污染物。因此，在當前減污降碳協(xié)同增效的背景下，僅僅通過末端治理改造削減VOCs的代價是比較高的。
3、VOCs治理低碳化路徑
（1）源頭削減。采用源頭削減的方式減少VOCs的使用和產(chǎn)生有助于降低末端治理的壓力，可以采取相對簡單的工藝進行治理即可達標。如汽車行業(yè)中涂漆、色漆水性化后，噴漆室的廢氣經(jīng)過文丘里水洗后即可以達標排放，無須進入RTO處理。
（2）選擇低碳處理技術。采取局部密閉、減風增濃、濃縮預處理等技術，在控制風量的前提下提高VOCs的收集效率和廢氣濃度，降低后續(xù)處理過程的能源消耗。如2018年《國家先進污染防治技術目錄(大氣污染防治領域)》載明的“包裝印刷行業(yè)節(jié)能優(yōu)化及廢氣收集處理一體化技術”可以使排風量減少70%以上，VOCs濃度可提高3倍以上，減風增濃后可以直接進入氧化設備凈化。
（3）加強設備運行控制?！吨匚廴咎鞖鈶睖p排措施制定技術指南（2020年修訂版）》要求A級企業(yè)VOCs治理設施“安裝DCS或PLC系統(tǒng)，連續(xù)測量并記錄治理設施控制指標溫度、壓力（壓差）、時間和頻率值”，通過收集設備運行參數(shù)反饋于優(yōu)化控制，使治理設施保持在高效運行狀態(tài)。
亞德環(huán)保在三廢（廢氣、廢液和固廢）管理、無害化和資源化方面擁有全面的技術儲備，以及豐富的項目業(yè)績和建設運營經(jīng)驗。
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