烟气中VOCs在线监测及分析技术

烟气中VOCs在线监测及分析技术水质在线监测系统与仪表

VOCs(VolatileOrganicCompounds，挥发性有机化合物)广泛存在于生活和工业生产环境中，其在大气中形成的光化学烟雾，大多具有致癌、致畸、致突变性，对环境和人体健康危害很大[1]。许多发达国家都颁布了相应的法令限制VOCs排放，在监测项目中增加了VOCs。美国的光化学自动监测系统中有56种VOCs，欧洲也有30多种VOCs被列入。我国《大气污染物综合排放标准》

(GB16297-2004)严格规定了33种大气污染物的排放阈值，对苯、甲苯、二甲苯、酚类、苯胺类、硝基苯类物质的排放上限做出明确规定[2]。浙江省印发的《“十三五”节能减排综合工作方案》和《大气污染防治“十三五”规划》要求大力推进VOCs重点减排工程实施，对重点企业开展VOCs监督性监测，加大监测频次，严格VOCs有组织和无组织达标排放管理。

随着社会的发展，人们对环境污染问题越来越重视，逐渐改变了之前的“先污染，后治理”的意识。特别是在当今的“互联网+环保”大环境，环境监测的大数据为废气监测和治理提供了有力支持。然而，目前国内使用的VOCs废气在线监测设备和技术多种多样，在实际操作中，

不同行业的监测和分析系统也有较大差别，进而直接影响监测数据的准确性，导致监测效果不理想。认清我国不同行业主要监测的VOCs组分，了解在线监测和分析设备的精度与原理，对提高检测数据质量提供了理论基础和技术保障，对改善生态环境，促进中国环境友好的可持续发展具有重要的社会意义。

1 不同行业主要VOCs检测因子

固定污染源VOCs主要来源于喷涂行业、皮革行业、石油化工厂、印刷行业、污水/垃圾处理厂、加油站泄露、生物质、燃煤、半导体工业、冶金工业等[2]，主要检测指标为苯系物，非甲烷总烃以及部分挥发性有机溶剂。我国目前废气VOCS排放监测要求标准，详见表1。经文献调研[3-5]可知，集中工业园区工业有机废气的在线监控，监测因子主要是TVOC与硫化氢；餐饮业产生的油烟主要包含苯，甲苯，二甲苯和多环芳烃等有害物质，运营期废气污染物主要包括可沉降颗粒物、细颗粒物及烃类物质等；汽车尾气中含有大量的烯烃和多环芳烃如丁烯、甲苯和二甲苯等，其中含量最高的是C8H10，可能是二甲苯或乙基苯。

表1我国目前废气VOCS排放监测要求标准

2 VOCs监测及分析方法

应用在污染源现场的固定污染源废气VOCs在线监测系统(VOCs-CEMS)，按照采样和测量方式划分一般可分为：直接抽取测量方式、稀释抽取测量方式和直接测量方式3种结构[4]。稀释抽取法CEMS占据了主要地位，主要分布在美国，微量取样，灵敏度高，系统较复杂，价格高，连续时间长；直接抽取CEMS市场占有率中等，主要在德国和日本，对分析仪器要求低，可实现多组分同时测量，维护量大；直测式CEMS市场份额小，主要分布在英国和德国，系统简单，可实现多组分同时测量，然而在线校准难，维护量大。生产固定污染源废气VOCs在线监测系统的厂家有美国Durag、CICP、Phoenix，德国的

SICKMAIHAK(西克麦哈克)，法国OLDHAM，英国PROCAL，中国的天津蓝宇、安徽铜陵蓝盾、杭州聚光等。

根据烟气组分浓度测定原理，VOCs的分析方法可分氢火焰离子化检测、光离子化监测、催化氧化-非分散红外吸收、气相色谱/质谱、傅立叶变换红外光谱、差分吸收光谱、离子迁移谱、调谐吸收光谱等[5]。其中，气相色谱/质谱分析监测灵敏度高，选择性强，可检测TVOC和VOCs 单个组分，也可同时分析多个组分。这一在线监测技术在欧美日韩等已有广泛应用，并在我国部分经济发达城市得到引进，取得了良好的效果；傅立叶变换红外光谱，检测技术成熟，监测VOCs种类较多，可同时分析多个组分。现场测量周期短，相应时间快；差分吸收光谱主要是对苯、甲苯、邻(间、对)—二甲苯等苯系物进行检测，可更好的对苯系物成分进行定量分析。同时，采用自动切换—连续监测技术可以实现多排口同时在线监测。一般现场采取非接触式直接连续测量，无需预处理，保证气体不失真，响应时间很快，可实现测量光路区域内的在线监测；离子迁移谱在应急监测、食品安全监测等领域有所应用。监测灵敏度高、相比质谱技术不需要真空系统，仪器结构简单，成本较低。可测量浓度低、腐蚀性强的气体。

3 我国VOCS在线监测技术的发展需求

随着我国VOCs监测、分析、去除等研究的深入，尽快建立并完善VOCs的监测技术标准及指南，优化和统一VOCs监测系统，加强监测过程中监测频次和数据质量误差控制，势在必行；其次，目前应用最广泛的测量技术存在分辨率低、时间长、化合物共溢等现象，而高质量的分析仪、专用监测仪器和自动监测系统多是国外引进。努力加强污染源在线监测技术的创新，实现高灵敏度、高时间分辨率以及连续在线自动化仪器国产化和市场化，迫在眉睫。

全面解析VOCs处理的主流技术

工业环保网水处理

随着环保理念的不断推行，治理政策的逐渐深入，大气十条、环保税法、专项督查，VOCs进入大家的视野，挥发性有机废气（VOCs）已然成为目前环保针对的一个重要内容。VOCs来源众多、种类繁多、排放量多、指标更多，成分杂、浓度宽、风量广、有间歇性，并且危害环境，危害人们身体健康。下面向大家重点讲解一种主流技术，给处理VOCs废气作参考

VOCs排放行业有石油化工、制药行业、食品发酵、涂装行业、包装印刷、家具行业、汽车零部件等，产生含氯有机物、含氮有机物、含硫有机物；烷烃、烯烃、炔烃、芳香烃、醛、酮、醚等物质。

根据高、中、低的不同浓度可以把VOCs处理工艺大致分为三大类，进而还可以衍生出多种处理VOCs的方法，如UV光解、低温等离子、吸附法、生物法、催化氧化法等。

从处理效果出发又可以把方法分为2两大类：回收技术和消除技术，可以总结如下：

§吸附：中低浓度，较成熟，主流技术

§吸收：中高浓度，逐步发展

§冷凝：高浓度，中小风量，较成熟

§膜分离：不成熟，主要用于油气回收

§燃烧：中浓度，较成熟，主流技术

§生物：低浓度和恶臭处理，逐步发展

§光催化：不成熟，超低浓度，反应速度慢

§等离子：恶臭处理，去除率低，有待规范

RTO蓄热氧化炉O

原理：

RTO （Regenerative Thermal Oxidizer，简称RTO），蓄热式氧化炉。其原理是在高温下将废气中的有机物

（VOCs）氧化成对应的二氧化碳和水，从而净化废气，并回收废气分解时所释放出来的热量，三室RTO废气分解效率达到99%以上，热回收效率达到95%以上。RTO 主体结构由燃烧室、蓄热室和切换阀等组成。根据客户实际需求，选择不同的热能回收方式和切换阀方式。

【VOCs热氧化原理】

对比：

RTO，是一种高效有机废气治理设备。与传统的催化燃烧、直燃式热氧化炉（TO）相比，具有热效率高（≥95%）、运行成本低、能处理大风量中低浓度废气等特点，浓度稍高时，还可进行二次余热回收，大大降低生产运营成本。

【各种热氧化设备的对比分析分析】

【床式与旋转式RTO的对比分析（一）】

【床式与旋转式RTO的对比分析（二）】

适用废气：

1）使用有机废气种类：烷烃、烯烃、醇类、酮类、醚类、酯类、芳烃、苯类等碳氢化合物有机废气。

2）有机物低浓度(同时满足低于25%LFL)、大风量

3）废气中含有多种有机成分、或有机成分经常发生变化

4）含有容易使催化剂中毒或活性衰退成分的废气

优点：

·几乎可以处理所有含有机化合物的废气

·可以处理风量大、浓度低的有机废气

·处理有机废气流量的弹性很大（名义流量20%~120%）·可以适应有机废气中VOC的组成和浓度的变化、波动

·对废气中夹带少量灰尘、固体颗粒不敏感

·在所有热力燃烧净化法中热效率最高（>95%）

·在合适的废气浓度条件下无需添加辅助燃料而实现自供热操作

·净化效率高（三室>99%）

·维护工作量少、操作安全可靠

·有机沉淀物可周期性的清除，蓄热体可更换

·整个装置的压力损失较小

·装置使用寿命长

缺点：

·装置重量大，因为采用陶瓷蓄热体

·装置体积大，只能放在室外

·要求尽可能连续操作

·一次性投资费用相对较高

·不能彻底净化处理含硫含氮含卤素的有机物

发展趋势：

1）是在高温燃烧处理VOCs和臭味，并利用蓄热材料回收热的高效率节能设备

2）燃烧效率保持恒定，蓄热材的热回收率为95%以上

3）如果烟气浓度高，初始升温可以在无原料状态运转（甲苯350ppm↑, TVOCs）

4）使用催化剂可降低燃烧温度（初始投资↑, ↓）

5）VOCs 处理效率是约98%

【蓄热式燃烧设备种类】

参考资料：李俊峰《VOCs处理技术的应用与发展》、付博《高性能复合材料吸附净化VOCs废气新进展》