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石化行业挥发性有机物综合管控探讨
时间:2017-10-21 10:12:00 来源:环境保护
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  针对近年来挥发性有机物(VOCs)控制成为我国大气环境治理领域热点问题的情况,本文梳理了我国对石化行业VOCs综合管控的文件要求,分析了目前我国石化行业VOCs综合整治的现状情况,总结了主要存在的问题。最终提出加快完善顶层设计体系、加大环保人员的培训力度等提升VOCs综合管控能力的建议。

  近年来,大气环境中的臭氧和细颗粒物(PM2.5)是造成目前重污染天气的主要元凶之一。氮氧化物(NOx)和一些VOCs等物质在紫外光照射下,通过一系列光化学反应,造成臭氧在空气中的积累。这些VOCs的光化学活性主要有两种指标,分别为羟基自由基反应速率常数值KOH和最大增量活性指标MIR。除了光化学活性外,部分VOCs还具有有毒有害特性;少数VOCs具有破坏平流层臭氧和温室气体特性;其中苯、甲苯、二甲苯等物质同时具有光化学反应和有毒有害特性。

  VOCs的综合管控已成为我国大气环境污染治理的热点问题。石化行业是VOCs排放管控的重点行业之一,加之排放特点以无组织排放为主、行业工艺繁琐、涉及源项众多、组分复杂、真实组成不清、全过程精细化的管控能力不足等多方面问题,与其他行业相比,石化行业VOCs的综合管控需要更高的认知能力和系统技术支持。

  本文梳理了石化行业VOCs的国家管控要求,总结了我国目前石化行业的VOCs综合整治现状。以重点抽样调查企业的VOCs整治结果为基础,分析了存在的主要问题,对“十三五”期间企业和环境保护管理部门的VOCs综合管控提出了具有针对性的对策建议。

  石化行业VOCs管控要求

  相关标准

  目前我国涉及VOCs的标准有35项,包括监测方法标准、质量标准、排放标准等;核算方法有16项,涉及石化行业、印刷业、汽车制造业(涂装)等行业;收费办法有4项;地方出台的管理办法有4项,包括VOCs污染防治指导意见、VOCs污染整治验收办法等。

  相关政策文件

  2012年我国颁布实施的《重点区域大气污染防治“十二五”规划》中将VOCs和二氧化硫(SO2)、NOx、工业烟粉尘一起列为三区十群重点地区的重点防控对象,确定了重点行业现役源的减排目标,并要求开展重点行业的治理,其中明确要大力削减石化行业VOCs排放。随后,国家和地方相继出台了一系列VOCs的管控政策,至今约有26项相关文件。在石化行业VOCs的排放核算、措施要求、管控方式等方面均提出了要求,如《石化行业挥发性有机物综合整治方案》中明确提出开展挥发性有机物摸底调查;全面推行LDAR(泄漏检测与修复)技术;有机液体储存设施应全部采用高效密封的浮顶罐,或安装油气回收设施;废水系统应加盖密闭;有机废气应优先进行回收利用,无法回收利用的,应通过焚烧等方式进行有效处理;加强监督、管理,实施VOCs全过程污染控制等要求。

  石化行业VOCs综合整治现状

  根据石油和化学工业联合会的统计数据,2015年,我国石油和化工行业规模以上企业29765家,2015年全行业主营业务收入达到13.35万亿元,比2010年增长58.8%;税金总额达到1.03万亿元,占全国工业税收比重的21%左右,位列工业行业之首;石油产量、天然气产量和原油加工量分2017别居世界第四位、第六位和第二位。

  根据当前石化行业VOCs治理现状,重点地区大型企业如金陵石化、惠州炼化、大港石化等均已开展VOCs的治理工作。依据《石化行业挥发性有机物综合整治方案》的相关要求,2017年石化行业VOCs排放总量需比2014年削减30%以上。2015—2016年,各省(市、自治区)均根据整治方案,制订了关于VOCs综合整治的工作方案、实施方案、治理计划或实施细则等,开展了石化企业VOCs综合整治工作。总体来讲,各省(市、自治区)石化行业VOCs综合整治工作正在有序地推进,但实施过程中依然存在一些问题。

  按环保部大气司统一安排,工作团队对典型石化企业开展了现场调研工作,根据核算结果及类比计算,估算我国石化行业的VOCs排放水平。截至2015年年底,我国炼油产能约为7.97亿吨/年、乙烯生产能力约为1700万吨,据调研企业VOCs排放情况估算我国石油炼制行业、乙烯生产行业VOCs排放量分别约为54.99万吨/年、1.5万吨/年。由于选取企业的代表性和基础数据的准确性,估算数据与真实情况会存在一定程度的偏差。

  石化行业VOCs综合整治存在的主要问题

  近三年来,绝大多数的石化行业均已经开展了众多形式的VOCs综合整治,截至目前整治成效距离《石化行业挥发性有机物综合整治方案》的要求仍具有一定的差异性,例如VOCs的排放量的底数仍未摸清。采取的各类措施五花八门,多数为末端治理措施,当摆设的多,起实际作用的少。VOCs治理从业的人多,真正解决问题的人少,普遍存在认知水平不到位的问题。

  我国环境保护行政部门的力量相对薄弱,只对有组织排放的污染物尚难以进行长期有效的监管。对于以无组织排放为主的VOCs,传统的以政府监管和现场监测为主要手段的管理模式已无法满足VOCs管理的要求。根据典型石化企业的调研情况梳理,针对主要存在的问题探讨如下。

  VOCs定义模糊,顶层设计不完善

  目前我国涉及VOCs的众多监测方法标准、质量标准、排放标准尚未形成统一VOCs定义,较多的是根据VOCs的物理性质来定义,没有考虑物质的光化学特性,无法体现VOCs的控制目的,不利于企业采取针对性的措施。此外,标准覆盖不全面、表征和监测方法不统一,也给VOCs污染源监测、控制等均带来了难度。

  现行《大气污染防治法》未对VOCs的控制和排放提出针对性要求,导致VOCs污染控制工作缺少必要的法律基础和依据;配套标准尚不完善,众多涉及VOCs的行业尚未制定VOCs排放控制标准,也阻碍了VOCs污染控制的实施进度。

  认知水平不到位,未建立系统化管控思想

  企业VOCs管控理念及日常管理水平正在逐渐提高和加强,但相关人员对VOCs的污染管控认知水平不足,主要污染控制抓手仍偏向于末端治理。企业决策人员对治理技术的理解缺乏系统性,实际采用的技术往往只是系统技术中的一个单独模块,导致整体运行效果不理想。

  企业在VOCs日常管理方面存在一些系统性问题,如未建立LDAR管理制度;台账机制不健全,未连续记录点火设施和火炬的工作状态;火炬长明灯熄灭;部分工艺有组织排放源未统计等。当下企业更多地考虑的是如何避免或降低监管部门对企业的行政处罚,不利于提升企业在国际同行业中的竞争力,虽投入大量资本,但未起到明显改善环境质量的作用。

  污染源项识别不全,核算参数缺失或有误

  多数企业虽已开展有组织和无组织排放气体的相关基本信息统计工作,但污染源项识别不够全面,还需进一步细化统计工作。如炼化企业除延迟焦化以外的其他生产或操作过程中,也存在无组织排放源项但未统计排放量;生产中间产品装卸过程的VOCs排放未统计;储罐周转量未考虑倒罐周转部分、部分溶剂储罐未纳入核算范围;未核算采样过程和废水收集系统的排放量;废水采用排放系数法核算,未扣除污染治理实施去除VOCs的排放量等。

  部分企业未对燃烧烟气的流量、火炬气流量和组成等参数进行监测和记录。储罐VOCs排放核算所需的雷德蒸汽压、馏出温度、盘缝因子等相关重要参数缺少,会导致核算结果与实际情况存在较大差异。以裂解石脑油储罐的雷德蒸汽压及馏出温度参数为例,若无相应油品参数则直接现默认为轻石脑油数据,在17℃下的真实蒸汽压为57.5kPa,相应内浮顶罐的边缘密封损失为2.8吨/年,若按照雷德蒸汽压43.6kPa及相应馏出温度代入,17℃时的真实蒸汽压为22.9kPa,相应损失为0.9吨/年。前者是后者的3.1倍。

  个别企业尚未建立LDAR台账,核算采用初步统计的密封点类型不全面、数量不足,不能全面反应设备动静密封点泄漏VOCs的排放情况。或LDAR台账建立与相关要求不符,如统计密封点不能囊括全厂受控密封点、将阀门划分为压盖和填料两个密封点、乙二醇识别为轻液、未统计不可达点等。

  治理措施不满足要求,运行效果不理想

  大多数企业的清洁生产水平有待提高。如有机液体存储未安装油气回收设施;污水收集和输送未采取密闭设施,部分设施加盖收集但气密性有待加强;部分有机液体仍采用喷溅式装载;中间产品和产品装卸逸散较多,造成厂区环境污染。

  以装车设置油气回收设施为例,虽常年在运转中,但发现尚未回收到物料或回收物料很少,以收集效率、去除效率和设施投用率为统计手段的总控制效率很低。根据现场监测调研的数据,某石化企业有机液体装载过程利用油气收集对油气进行回收减排,通过末端治理措施的进出口油气浓度值比较,得出其去除效率为96%左右,然而通过汽油回收量、汽油理论挥发量核算得到其治理措施的油气综合去除效率仅为3.34%~5.56%。造成这种结果的主要原因为,虽然汽油回收设施本身对于收集到的油气具有较高的去除效率96%,但实际收集效率约为5%,95%的油气通过无组织排放到大气中。

  系统监测能力不健全,现代化管理手段应用不足

  目前石化行业VOCs综合整治基础相对薄弱,大部分企业不具备VOCs监测能力,少数具备能力的企业也基本未对工艺有组织尾气、废水和循环水等源项开展定期监测工作,无法获取具有统计学意义的监测数据。多数企业未制订监测制度,无法科学合理地掌握自身的VOCs排放情况。

  从地方到国家,至今尚未构建全国统一的VOCs管控信息平台,企业“各自为战”的模式导致环保管理部门不能切实掌握企业实际排放量的数据,横纵向比较的管理模式无法实现,公众社会无法查阅周边企业VOCs的排放,全社会监管模式不能顺利推进,难以实现公开、公正、公平的原则。

  对策建议

  根据《石化行业挥发性有机物综合整治方案》文件要求,到2017年,全国石化行业基本完成VOCs综合整治工作,建成VOCs监测监控体系,VOCs排放总量较2014年削减30%以上。2017年是方案的考核年,现状情况距离整治方案中的工作目标仍具有一定的差距,形势严峻。

  加快完善顶层设计体系

  应尽快统一VOCs的定义,建议从管控目的和可操作性的角度,参照美国标准定义VOCs,以光化学反应活性对其进行定义,并制定豁免清单,对光化学活性小的物质进行豁免。在此基础上,统一表征监测方法,规范驱动性的核算统计方法,为VOCs的系统性管控奠定基础。

  通过创建VOCs的管控平台,实现“政府引导和服务、企业施治和申报、社会参与和监督”多方参与的环境监管新模式。通过制定具有驱动性的管控要求,引导企业自主申报污染物真实排放情况;鼓励社会参与和监督,充分发挥群众监督和社会舆论的积极作用;环保部门进行动态监管,逐步将工作职能重点放在引导和监管上,以适应新形式下的环境保护要求。

  加大环保人员的培训力度,提升VOCs综合管控能力

  对于VOCs管控,应以全过程精细化管理为目标,加大各级环保部门、各企业相关人员的培训力度,提高环保队伍的认知水平和管控能力,使工作人员充分理解全过程精细化的管控理念及驱动性核算方法。提升整个系统VOCs综合管控能力建设水平,为实现VOCs减排目标及改善环境质量提供坚实的专业队伍保障。

  实施全过程精细化管理,提高总控制效率

  VOCs不同于传统常规污染物,须走管理、源头、过程、末端的全过程精细化管控模式。建议多数企业企业加大在源头控制、过程控制以及管理控制技术的投入、研发及应用力度,重视治理设施的收集效率,全面提升我国石化企业在国际行业中的竞争力。

  首先,提高清洁生产水平,从源头控制VOCs的产生。如将燃料油替换为清洁燃料,避免或减少废气中VOCs排放量;减少油品周转次数;减少或取消非必需的密封点,提升设备密封等级,如将开口采样器改造为密闭采样器;改进内浮顶罐的密封方式,逐步对浮顶罐采取液体镶嵌式并加装边缘刮板等高效密封方式以减少边缘密封损失;储存和装载环节,尽量降低有机液体的温度,安装油气回收设施,开展定期监测和及时维护,确保其治理系统正常运转。装载过程提高油气回收收集效率,改造罐车与管线连接形式,提高现有连接件的密闭性,将密封帽、压力平衡式集气罩等连接改造为法兰连接、硬管螺栓连接等,对于采用“活性炭吸附+冷凝”工艺的油气回收,要注意在活性炭更换过程中应采用密闭操作方式,避免二次污染;优先采用先进密闭生产工艺,如使用溶剂量较大的装置应采用完全密闭式生产工艺,对VOCs逸散环节设置局部或整体的气体收集系统,并对密闭性不好的收集系统进行改造等。

  其次,推动全过程精细化管理,以管理促进VOCs减排。建议企业建立定期对全厂VOCs排放源进行全面源项排查的制度,将VOCs排放源的管控纳入日常生产管理体系。重点提升治理设施VOCs收集效率,减少VOCs逸散。我国末端治理设施已较为成熟,去除效率普遍较高,总控制效率的关键取决于收集效率。VOCs绝大部分是原料或产品,VOCs的治理设施,优先选用回收利用技术开展VOCs有机废气治理。

  建立和完善关键参数的检测和统计平台

  企业应优先提供可核算真实排放量的支撑数据,从反映VOCs实际排放量的角度出发,做好现有工艺控制数据的记录工作,并将企业已开展或计划开展的监测工作与排查指南要求紧密结合,开展并加强对相关源项VOCs排放浓度、废气处理量、有机液体理化性质等关键参数的日常监测工作,按照相应的标准规范对采样、监测与分析过程实施严格的质量控制,逐渐建立健全VOCs减排台账制度,做好相应的统计工作。在核算方法和参数的选取上统一标尺,使核算数据在纵向和横向尺度上具有对比性。

  健全VOCs监测体系,完善数据台账

  建议企业按照《石化企业泄漏检测与修复工作指南》的要求,开展LDAR检测和设备泄漏密封点的排放量核算工作,确保台账建立、现场检测、泄漏维修的合规性和核算结果的准确性,利用LDAR信息管理平台,全面分析泄漏点信息,对泄漏环节制定针对性改进措施,加强设备密封点的定期巡检、监测和维修管理。

  建立健全污染源监测制度,对废气、废水污染源开展有计划、长周期的监测工作,以获得有统计意义的排放数据。监测因子应包括特征污染物、NMHC、TOC和POC,并根据国家VOCs管控要求逐步采用GC-MS对污染物实行定性、定量分析;建立并完善监测数据台账,做好原始数据记录。考虑到装置工况对监测数据的影响,应同步记录采样时装置运行情况。

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