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生物法在VOCs废气处理中的碳减排作用

文章出处:htpps://www.panshiganzaoji.net 人气:发表时间:2022-04-19 12:09:26

随着国家双碳政策的落地,即废气处理2030年实现碳达峰,2060年实现碳中和,为推进3060双碳目标,在VOCs高效治理的同时必须兼顾碳减排。目前处理效率比较高的治理方式为热力氧化或焚烧技术,然而处理过程中会消耗电力特别是天然气,会增加企业碳排放。

生物法因其可以利用有机污染物进行同化作用,将污染物转化为自身的细胞体从而将污染物固定下来,而非全部释放至外部环境中,因此在VOCs治理工艺中具备固碳、减碳潜力下文我们将通过碳的常规核算方法、燃烧法的碳排放量、生物法的工艺原理以及它在VOCs处理中发挥的碳减排作用等几部分进行阐述。

1、碳的核算方法

碳排放源主要包括:燃料燃烧排放、过程排放、净购入的电力和热力消费引起的CO2排放,若产生的附加值产品或CO2可进行回收,则在核算碳排放量时应扣除此回收部分的碳值。计算公式为:

式中:

EGHG为企业温室气体排放总量,单位为吨CO2当量;

ECO2-燃烧为企业边界内化石燃料燃烧产生的CO2排放;

EGHG-过程为企业内工业生产过程产生的各类温室气体CO2当量排放;

Rco2-回收指企业回收的CO2量;

E废气处理co2-净电指企业净购入的电力消费引起的CO2排放;

Eco2-净热指企业净购入的热力消费引起的CO2排放。

注:计算公式摘选自《GB/T 32151.10-2015温室气体排放核算与报告要求第10部分:化工生产企业》

VOCs处理过程中涉及的碳排放主要有:

1Eco2-净电VOCs废气通过风机进行收集、输送需要消耗电力;除此之外喷淋塔装置中的水泵循环以及VOCs无组织排放控制要求不断加强,企业通过提高风量、风压的方式提高废气收集效率,造成耗电量进一步增加。若工业企业使用的是绿电,那么不计入CO2排放。

2EGHG-过程VOCs处理过程中此部分指待处理的VOCs通过各种物理、化学、生物等处理工艺转化为CO2的量。

3ECO2-燃烧VOCs处理工艺采用RTOTO等热力焚烧工艺时,除待处理VOCs产生的EGHG-过程CO2量外,当进入燃烧炉的浓度低于燃烧自平衡浓度时,则需要补充额外天然气,产生额外的CO2。因此当采用焚烧工艺时产生的CO2Eco2-净电+EGHG-过程+ECO2-燃烧。可见燃烧法将产生更多碳排放。

废气处理4)若企业在VOCs处理中采用处理工艺能产生有回用价值的原料或能固定CO2,如冷凝回收工艺或生物法固定CO2等技术则此部分称之为Rco2-回收;若企业在VOCs处理中需用到加热,如蒸汽等,则此部分的CO2源称之为Eco2-净热

2、燃烧法的碳排放量

在高浓度的VOCs处理中,燃烧法是极为合适的处理工艺,具有高效达标的特点,甚至可以进行余热回用,然而在低浓度、大风量的工况下,由于浓度较低,风量较大,则需要补充天然气作为额外能源,产生额外的碳排放,以涂装行业为例,通常VOCs浓度为100~300 mg/m3之间,5-20万风量较为常见,根据计算仅天然气燃烧额外产生的CO2排放量也较为可观,将会占用了企业碳排放指标。因此既可确保VOCs处理达标,又实现碳的减排的VOCs治理工艺将会得到更多企业的青睐。

3、生物法在VOCs处理中发挥的碳减排作用

生物法是利用微生物对于污染物的生化降解性能以实现在常温常压下的废气处理,达到净化的目的。整个工艺运行安全和节能,不需要使用天然气,二次污染产生较少。

在处理VOCs过程中,碳的循环路径主要为3个:

1通过呼吸作用将一部分VOCs转化为CO2,不同阶段的呼吸作用转化率不同,约为30%~90%

废气处理2微生物同化作用,将VOCs转化为自身生长繁殖所需的营养物质,从而实现自身细胞的增殖,此过程是生物固碳、废气排放减碳的过程。不同阶段的固碳能力不同,约为10%~70%

3由于生物箱设备存在固有孔隙率,未能完全捕捉或降解处理的VOCs,经排气筒排放至大气(出气满足达标排放限值)。

由此可见,生物法由于存在同化作用,能够实现碳的固定,与其他VOCs处理工艺相比,具备碳的减排的潜力。下面请看如下计算实例:

40万风量的涂装行业废气实际处理为例,下表对比了生物法与沸石—RTO工艺的CO2排放量,由计算可知,采用沸石+RTO工艺每年约产生1122 tCO2,而生物法产生448 tCO2,约为沸石+RTO工艺的40%(在此过程中因两种工艺电力排放量相似,因此未计入电力产生CO2的质量,同时若使用绿电,此部分电力排放量为0。

污染物种类

乙酸丁酯、乙酸乙酯、丙二醇单甲醚乙酸酯、二甲苯等

过程排放量

生物工艺

沸石转轮+RTO工艺

进口非甲烷总烃浓度(最大值) mg/m³

120

120

出口非甲烷总烃浓度(平均水平)mg/m3

20

20

生产时间h/day

16

16

风量m³/h

400000

400000

挥发性有机物碳含量(平均)%

74.82%

74.82%

过程排放(平均)(废气处理tCO2/日均)

1.756

1.756

燃料燃烧排放

生物工艺

沸石转轮+RTO工艺

燃气用量m³/日均)

0

610

天然气燃烧排放因子(tCO2/104m3

21.62

21.62

天然气燃烧碳排放(tCO2/日均)

0.000

1.319

生物固碳量

生物工艺

沸石转轮+RTO工艺

固碳量(平均)(tCO2/日均)

0.527

0.000

总计年均固碳量(tCO2)

192.250

0.000

合计CO2排放量

MUB生物工艺

沸石转轮+RTO工艺

日均(tCO2

1.229

3.075

年排放量(tCO2)

448.583

1122.244

注:相关参数、数据来源《GB/T 32151.10-2015温室气体排放核算与报告要求第10部分:化工生产企业》

由于可见,生物技术在VOCs处理中确实能发挥固碳、减碳的作用,相信随着生物技术的不断发展和完善,在适合其适用的工况条件下,将会成为VOCs处理中重要的一项处理工艺,发挥更大的作用,释放企业碳量,提升企业生产空间,助力企业发展。

VOCs减排工作站再编辑。

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