VOCs治理过程中碳排放核算方法及减排路径的思考

撰文：蒋彬，孙慧，陈晨，吕泽瑜，吕竹明

一、背景和意义

1、背景

中共中央、国务院近日印发《关于深入打好污染防治攻坚战的意见》指出：要深入贯彻习近平生态文明思想,实现减污降碳协同增效。因此，在环境治理中污染物减排与碳减排必须综合考虑。

然而在实际的VOCs污染治理过程中，通过增加处理设备、改进处理工艺提升治理效率，一般会造成运行能耗上升。目前处理效率比较高的治理方式为热力氧化或焚烧技术，废气的收集和处理过程消耗大量的电力和天然气，逐步成为企业碳排放的重要来源之一。为推进“3060”双碳目标，在VOCs高效治理的同时必须兼顾碳减排。  

2、意义

目前碳排放核算主要针对组织或产品层面，没有针对项目层面，因此，开展VOCs治理项目层面碳排放核算，具有以下突出的意义：

（1）有利于对企业碳排放源进行深入挖掘减排潜力；

（2）有助于对项目方案进行比选，在VOCs治理效率提升和碳排放削减之间寻求平衡点；

（3）有利于对废气治理项目精细化管理，综合计算项目投入与产出。  

二、来源分析及核算方法探讨

1、电力消耗

VOCs废气通过风机进行收集、输送需要消耗电力，风机的风量、风压、风机效率等参数都会影响其电力消耗。近年来，由于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。  

2、化石燃料燃烧

采用焚烧法或热力氧化法处理VOCs时，需要在较高的温度下使VOCs与氧气进行反应。当进口VOCs浓度低于2g/m3时，不能进行自持燃烧，需要额外的天然气助燃。   

3、VOCs燃烧

采用焚烧法或热力氧化法处理VOCs时，VOCs与氧气反应转化为二氧化碳，该过程相当于化石燃料燃烧，上述处理工艺的处理效率均达到95%以上，说明绝大部分的VOCs转化为二氧化碳，这部分的碳排放量也是不可忽视的。  

4、核算方法探讨

（1）现有核算方法

根据北京市《二氧化碳核算和报告要求 其他行业》（DB11/T 1787-2020）的要求，核算边界包括化石燃料燃烧排放、消耗外购电力产生的排放和消耗外购热力产生的排放。以上核算边界，没有考虑VOCs最终燃烧产生的二氧化碳排放量。

以某企业为例，VOCs废气采用“浓缩+RTO”处理工艺，根据统计数据，去除1吨VOCs需要消耗电力3.0万kWh/吨，消耗天然量5400m3/吨，折合二氧化碳排放量为29.8tCO₂。该过程中电力消耗产生的二氧化碳排放量占总量的61%，主要是废气经过浓缩预处理后，提高了VOCs浓度、降低了废气总量，节约了后续RTO处理过程的天然气消耗。

（2）拓展核算

目前，VOCs通常以非甲烷总烃（以碳计）表征，去除1吨VOCs（非甲烷总烃，以碳计），燃烧过程产生的二氧化碳量为3.7tCO₂，占到处理过程总碳排放量的11%。

由于这部分二氧化碳是VOCs焚烧产生的，其排放量是相对固定的，但由于治理过程的电力、天然气消耗量的差异，这部分碳排放量所占比例不是固定的，该比例数值越高越好。

三、思考与建议

1、VOCs处理效率提升的边际成本

假设车间内废气是均匀的，收集效率增加通常意味着风量增加。如风机特性曲线所示，若风机不换，风量上升至则风压相应下降；若通过更换电机保持压力不变，风量增加10%，按照风机定律则风机的功率则增加33%，造成电耗增加较多。

风机特性曲线

即使风量和风压的增加能够提升VOCs的收集效率，但是由于车间内VOCs分布的不均匀性，通常会造成VOCs收集浓度的下降，反而增加废气增浓预处理和燃烧过程的能耗。

综合来看，随着废气治理效率的提升，收集过程和处理过程的能耗会相应的增加，且边际成本越来越高。   

2、VOCs处理产生的碳排放成本

上述案例计算结果表明，VOCs处理过程的碳排放主要来源于电力消耗和天然气燃烧，去除1吨VOCs产生的碳排放高达33.5tCO₂，此外还会产生二氧化硫、氮氧化物等大气污染物。因此，在当前减污降碳协同增效的背景下，仅仅通过末端治理改造削减VOCs的代价是比较高的。   

3、VOCs治理低碳化路径

（1）源头削减。采用源头削减的方式减少VOCs的使用和产生有助于降低末端治理的压力，可以采取相对简单的工艺进行治理即可达标。如汽车行业中涂漆、色漆水性化后，喷漆室的废气经过文丘里水洗后即可以达标排放，无须进入RTO处理。

（2）选择低碳处理技术。采取局部密闭、减风增浓、浓缩预处理等技术，在控制风量的前提下提高VOCs的收集效率和废气浓度，降低后续处理过程的能源消耗。如2018年《国家先进污染防治技术目录(大气污染防治领域)》载明的“包装印刷行业节能优化及废气收集处理一体化技术”可以使排风量减少70%以上，VOCs浓度可提高3倍以上，减风增浓后可以直接进入氧化设备净化。

（3）加强设备运行控制。《重污染天气应急减排措施制定技术指南（2020年修订版）》要求A级企业VOCs治理设施“安装DCS或PLC系统，连续测量并记录治理设施控制指标温度、压力（压差）、时间和频率值”，通过收集设备运行参数反馈于优化控制，使治理设施保持在高效运行状态。

   

参考资料：

《二氧化碳核算和报告要求 其他行业》（DB11/T 1787-2020）

《国家先进污染防治技术目录(大气污染防治领域)》（2018年）

《重污染天气应急减排措施制定技术指南（2020年修订版）》