隨著國家“雙碳”政策的落地,即2030年實現(xiàn)碳達峰,2060年實現(xiàn)碳中和,為推進“3060”雙碳目標,在VOCs高效治理的同時必須兼顧碳減排。目前處理效率比較高的治理方式為熱力氧化或焚燒技術,然而處理過程中會消耗電力特別是天然氣,會增加企業(yè)碳排放。
生物法因其可以利用有機污染物進行同化作用,將污染物轉化為自身的細胞體從而將污染物固定下來,而非全部釋放至外部環(huán)境中,因此在VOCs治理工藝中具備固碳、減碳潛力。下文我們將通過碳的常規(guī)核算方法、燃燒法的碳排放量、生物法的工藝原理以及它在VOCs處理中發(fā)揮的碳減排作用等幾部分進行闡述。
1、 碳的核算方法
碳排放源主要包括:燃料燃燒排放、過程排放、凈購入的電力和熱力消費引起的CO2排放,若產生的附加值產品或CO2可進行回收,則在核算碳排放量時應扣除此回收部分的碳值。計算公式為:
式中:
EGHG為企業(yè)溫室氣體排放總量,單位為噸CO2當量;
ECO2-燃燒為企業(yè)邊界內化石燃料燃燒產生的CO2排放;
EGHG-過程為企業(yè)內工業(yè)生產過程產生的各類溫室氣體CO2當量排放;
Rco2-回收指企業(yè)回收的CO2量;
Eco2-凈電指企業(yè)凈購入的電力消費引起的CO2排放;
Eco2-凈熱指企業(yè)凈購入的熱力消費引起的CO2排放。
注:計算公式摘選自《GB/T 32151.10-2015溫室氣體排放核算與報告要求第10部分:化工生產企業(yè)》
在VOCs處理過程中涉及的碳排放主要有:
(1)Eco2-凈電:VOCs廢氣通過風機進行收集、輸送需要消耗電力;除此之外噴淋塔裝置中的水泵循環(huán)以及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。若工業(yè)企業(yè)使用的是綠電,那么不計入CO2排放。
(2)EGHG-過程:在VOCs處理過程中此部分指待處理的VOCs通過各種物理、化學、生物等處理工藝轉化為CO2的量。
(3)ECO2-燃燒:當VOCs處理工藝采用RTO或TO等熱力焚燒工藝時,除待處理VOCs產生的EGHG-過程CO2量外,當進入燃燒爐的濃度低于燃燒自平衡濃度時,則需要補充額外天然氣,產生額外的CO2。因此當采用焚燒工藝時產生的CO2為Eco2-凈電+ EGHG-過程+ ECO2-燃燒??梢娙紵▽a生更多碳排放。
(4)若企業(yè)在VOCs處理中采用處理工藝能產生有回用價值的原料或能固定CO2,如冷凝回收工藝或生物法固定CO2等技術則此部分稱之為Rco2-回收;若企業(yè)在VOCs處理中需用到加熱,如蒸汽等,則此部分的CO2源稱之為Eco2-凈熱。
2、 燃燒法的碳排放量
在高濃度的VOCs處理中,燃燒法是極為合適的處理工藝,具有高效達標的特點,甚至可以進行余熱回用,然而在低濃度、大風量的工況下,由于濃度較低,風量較大,則需要補充天然氣作為額外能源,產生額外的碳排放,以涂裝行業(yè)為例,通常VOCs濃度為100~300 mg/m3之間,5-20萬風量較為常見,根據計算僅天然氣燃燒額外產生的CO2排放量也較為可觀,將會占用了企業(yè)碳排放指標。因此既可確保VOCs處理達標,又實現(xiàn)碳的減排的VOCs治理工藝將會得到更多企業(yè)的青睞。
3、生物法在VOCs處理中發(fā)揮的碳減排作用
生物法是利用微生物對于污染物的生化降解性能以實現(xiàn)在常溫常壓下的廢氣處理,達到凈化的目的。整個工藝運行安全和節(jié)能,不需要使用天然氣,二次污染產生較少。
在處理VOCs過程中,碳的循環(huán)路徑主要為3個:
(1)通過呼吸作用將一部分VOCs轉化為CO2,不同階段的呼吸作用轉化率不同,約為30%~90%。
(2)微生物同化作用,將VOCs轉化為自身生長繁殖所需的營養(yǎng)物質,從而實現(xiàn)自身細胞的增殖,此過程是生物固碳、廢氣排放減碳的過程。不同階段的固碳能力不同,約為10%~70%。
(3)由于生物箱設備存在固有孔隙率,未能完全捕捉或降解處理的VOCs,經排氣筒排放至大氣(出氣滿足達標排放限值)。
由此可見,生物法由于存在同化作用,能夠實現(xiàn)碳的固定,與其他VOCs處理工藝相比,具備碳的減排的潛力。下面請看如下計算實例:
以40萬風量的涂裝行業(yè)廢氣實際處理為例,下表對比了生物法與沸石—RTO工藝的CO2排放量,由計算可知,采用沸石+RTO工藝每年約產生1122 tCO2,而生物法產生448 tCO2,約為沸石+RTO工藝的40%(在此過程中因兩種工藝電力排放量相似,因此未計入電力產生CO2的質量,同時若使用綠電,此部分電力排放量為0。
污染物種類 |
乙酸丁酯、乙酸乙酯、丙二醇單甲醚乙酸酯、二甲苯等 |
|
過程排放量 |
生物工藝 |
沸石轉輪+RTO工藝 |
進口非甲烷總烴濃度(最大值) mg/m³ |
120 |
120 |
出口非甲烷總烴濃度(平均水平)mg/m3 |
20 |
20 |
生產時間 h/day |
16 |
16 |
風量 m³/h |
400000 |
400000 |
揮發(fā)性有機物碳含量(平均)% |
74.82% |
74.82% |
過程排放(平均)(tCO2/日均) |
1.756 |
1.756 |
燃料燃燒排放 |
生物工藝 |
沸石轉輪+RTO工藝 |
燃氣用量(m³/日均) |
0 |
610 |
天然氣燃燒排放因子(tCO2/104m3) |
21.62 |
21.62 |
天然氣燃燒碳排放(tCO2/日均) |
0.000 |
1.319 |
生物固碳量 |
生物工藝 |
沸石轉輪+RTO工藝 |
固碳量(平均)(tCO2/日均) |
0.527 |
0.000 |
總計年均固碳量(tCO2) |
192.250 |
0.000 |
合計CO2排放量 |
MUB生物工藝 |
沸石轉輪+RTO工藝 |
日均(tCO2) |
1.229 |
3.075 |
年排放量(tCO2) |
448.583 |
1122.244 |
注:相關參數(shù)、數(shù)據來源《GB/T 32151.10-2015溫室氣體排放核算與報告要求第10部分:化工生產企業(yè)》
由于可見,生物技術在VOCs處理中確實能發(fā)揮固碳、減碳的作用,相信隨著生物技術的不斷發(fā)展和完善,在適合其適用的工況條件下,將會成為VOCs處理中重要的一項處理工藝,發(fā)揮更大的作用,釋放企業(yè)碳量,提升企業(yè)生產空間,助力企業(yè)發(fā)展。
來源:VOCs減排工作站