沥青烟气治理（烟气治理方案分享）

沥青烟气治理

目前，我国正处于道路交通建设和发展的高峰期，沥青路面以其自身的诸多优点成为了高速公路的主要路面形式，此外，在建筑、防水等领域也对沥青有着巨大需求量。随着沥青用量的增大，沥青烟气对环境和人身健康造成的危害也逐渐显著，沥青烟气的产生主要集中在沥青的生产、储存、运输、拌和、摊铺等阶段，烟气产生环境的复杂性也使得沥青烟气的治理难度增大。

国家环境保护部对沥青烟气的定义为：沥青烟气是指沥青及其沥青制品在生产、加工和使用过程中形成的液固态烃类颗粒物和少量气态烃类物质的混合烟雾[1]。我们通常所说的沥青VOC(volatile organic compounds)是从大气VOE的定义中延伸出来的，通常是指沸点50~260℃、饱和蒸气压（室温下）超过133.32Pa的有机化合物，其主要成分为烃类、卤代经、氮烃、含氧烃、硫烃以及低沸点的多环芳香烃等。沥青在高温条件下产生的气溶胶的沸点远超大气VOE的定义范围，所以一般将沥青VOE定义为在高温条件下能从沥青表面挥发出来的气溶胶（粒径<10µm)和气体物质[2]。随着国家对环保问题的愈发重视，沥青烟气的治理技术逐渐成熟，对环境友好型沥青的开发与应用也成为一个重要的研究方向。

沥青烟气组成与危害

沥青是原油经过常减压蒸熘后剩下的混合物，成分极其复杂，目前还无法对其进行精细分离研究，研究者通常根据沥青中各成分的相似性将其分为饱和分、芳香分、胶质、沥青质四个组分，四种组分之间可通过缔合、裂解反应相互转化，不同油源沥青性质也各不相同。沥青组成的多样性直接导致沥青烟气成分的复杂性，表1中列出的是沥青烟气中含有的部分有机物[3]。

目前，对于沥青烟气产生机理的研究还不够深入，研究者普遍认为沥青烟气的生成包括两个过程：一是在加热条件下沥青中已有轻组分的挥发；二是氧气与沥青分子在加热条件下发生平行顺序反应，该反应包括裂解和缩合两个方向，其中的裂解反应是沥青烟气产生的主要原因[4]。沥青烟雾中的某些成分会与大气中的其它成分发生光化学反应，增加污染烟雾和地表臭氧浓度，导致环境污染见沥青烟还会通过呼吸道或皮肤进入人体，使人中毒，让人出现头痛、心悸、腹痛、胸闷、眼结膜炎、视力模糊、皮炎等症状，烟气中的一些物质甚至会令长期接触者致癌。因此，加快沥青烟气治理的研究进程十分必要，确保排放符合相关标准既可以保护环境，又能防止人体健康受到威胁。

沥青烟气治理技术

沥青烟气主要以粒径为0.1~1.0µm的细雾粒存在，因此沥青烟气治理的关键就是尽可能捕集这些雾粒并确保不造成二次污染。目前沥青烟气的治理方法主要借鉴炼厂VOE治理的成熟技术，但由于沥青烟气的生成环境复杂，现有技术并不适用于所有场合。目前比较成熟的治理技术包括燃烧法、吸收法、吸附法、等离子体法等。

1、燃烧法

沥青烟气成分虽然复杂，但基本组成成分还是以碳氢化合物为主，在温度和氧气浓度合适的条件下就可以燃烧分解，这也是燃烧法在处理有机废气过程中被广泛使用的原因。将沥青烟气引入专用焚烧炉中，保持温度700°C左右，仅需0.5s左右的高温焚烧即可将沥青烟气完全燃烧[6]。该方法简单有效，容易实施，但是要维持如此高的温度需要耗费大掀燃料，运行成本较高，当烟气量较小时并不合适。氧化沥青相较直馏沥青，在一些性质上有其不可替代的优势，但氧化工艺生成的沥青烟气会导致环境污染，一般通过在氧化装置上加装烟气焚烧装置来处理污染烟气，但是这不可避免地增加了生产成本，这也是目前国内氧化沥青装置几乎绝迹的主要原因之一。

2、吸收法

吸收法主要利用沥青烟气能够溶于某些溶液的性质来将空气中的沥青烟气富集到液体环境中，不仅解决了污染问题，还实现了对有机烟气的回收利用。为了增加溶液与烟气的接触面积，提高吸收效率，吸收过程通常在装有填料的吸收塔中进行。该方法可以分为油吸收法和水吸收法，由于烟气成分主要为有机物，在油中溶解度较大，因此油吸收法适合高浓度烟气的治理，而水吸收法适合烟气浓度小的环境，吸收效果较油吸收法差[7]。但是由于沥青加工、储存、使用都需要在高温环境下进行，油吸收法安全性要弱于水吸收法，且运行成本相对较高。

3、吸附法

该方法主要利用小颗粒或多孔物质对气体的物理吸附作用将沥青烟气进行浓缩富集，达到烟气治理的目的。吸附剂的选择是该方法的关键，常用的吸附剂主要有活性炭、煅后焦、氧化铝和白云石粉等，吸附剂的比表面积越大，吸附能力越强。选择吸附剂时还要考虑脱附难度、是否适用于高温环境、重复利用次数等因素[8]。

4、等离子体法

该方法在常温常压下利用陡前沿、窄脉宽的高压脉冲电晕放电来获得非平衡态等离子体，这些等离子体能够对沥青中的相应分子进行氧化和降解，将沥青烟气中的有毒物质转化为无害气体后再进行排放，达到沥青烟气治理的目的。等离子体法对废气具有较好的净化效果，但是该方法前期投资大，操作繁琐，灵活性差，且对高浓度烟气处理能力不足。

综上可知，单一处理方法在治理沥青烟气时都存在不同程度的缺陷，因此在实际处理过程中往往将多种方法联合使用，多种方法之间相互协调，力求达到最好的处理效果。中国石化大连石油化工研究院开发了“低温柴油吸收－脱硫及经浓度均化－蓄热氧化(Tg-RTO)"工艺技术，并设计了专门的治理设备，该工艺主要用于沥青储运过程中生成烟气的治理，实现了沥青烟气的近零排放，各项排放指标均优于国内外最严排放标准要求[9]。另外，柴油吸收－催化氧化组合工艺、动力波洗涤－光催化氧化组合工艺、动力波洗涤－电捕油技术组合工艺等也是比较常用的组合工艺，在沥青烟气治理过程中应用较多[10]。组合工艺可以有效避免单一工艺技术固有的缺陷，对污染烟气进行最大程度净化，但是组合工艺操作更为复杂，装置占地面积更大，前期投资更高，需要时刻保持各工艺单元之间良好的连续性。