红外掩日遥感监测炼油厂VOCs排放通量.pdf

红外掩日遥感监测炼油厂 排放通量刘新宇，李凌波，李龙，程梦婷，李宝忠（中石化（大连）石油化工研究院有限公司，辽宁省大连市 ）摘要：挥发性有机物（）无组织排放已成为炼化企业 排放的主导，排放因子法估算的企业 排放量与实际存在较大偏差。以红外掩日通量遥感测量方法实测了某炼油厂非甲烷烷烃排放通量及分布，得到了全厂非甲烷烷烃排放速率及其代表值，研究了非甲烷烷烃排放波动性，配合离线分析法进一步得到 排放通量及分布。结果表明：个监测日内共获取全厂 个非甲烷烷烃排放速率有效数据，非甲烷烷烃代表性排放速率为 ，日平均排放速率的相对标准偏差（）高达 ，罐区和装置区非甲烷烷烃排放速率占全厂排放速率的 和 ，全厂 排放速率为 ，排放系数为 ，罐区和装置区 排放速率占全厂排放速率的 和 。关键词：红外遥感监测炼油厂 排放通量非甲烷烷烃排放总量排放速率红外掩日通量遥感测量（）技术是欧盟工业场地挥发性有机物（）无组织排放通量监测的标准方法 ，用于评估炼油厂 排放控制水平、修正排放因子。论文采用 方法监测某炼油厂非甲烷烷烃排放通量及分布，分析了排放的代表性及波动性，通过苏玛罐采样 预浓缩气质联用的方法获取各主要污染区块 烟羽中非甲烷烷烃占比，间接获得全厂 排放总量与分布，计算 排放系数并与国内其他炼油厂 获得的 排放系数进行横向对比，评估该炼油厂 排放水平，同时筛查 重点排放源，提出下一步治理重点。技术 仪器 仪器由瑞典 公司提供，仪器包括傅里叶变换红外光谱仪、太阳跟踪器及光学组件、定位仪、风速仪、供电系统、数据采集计算机及配套软件。风速仪为美国 公司生产。气相色谱质谱联用仪由气体采样预浓缩系统和气相色谱质谱联用仪（）组成。原理红外光谱仪搭载于移动监测平台，太阳作为红外光源，太阳光谱中的红外波段被大气污染物选择性吸收，通过光谱仪解析得到污染物柱浓度，随着监测平台移动，太阳与光谱仪之间的光束对污染烟羽形成剖面，单位时间通过该剖面的污染物质量即为排放通量 。将柱浓度 沿平台移动路径积分，与风速 相乘即可计算 ，如式（）所示，其中 表示某柱浓度位置点。（）（）方法 年 月 日至 月 日期间，在某炼油厂开展 监测，监测的目标污染物为非甲烷烷烃，选择乙烷、丙烷、正丁烷、异戊烷和正辛烷用于测量拟合，解析波段为 ，光谱分辨率为 ，采用标准吸收谱库，利用多元回归算法拟合 。监测平台移动速度为 ，以 记录平台的位置信息。根据 记录的位置信息将测得的非甲烷烷烃柱浓度呈现在卫星遥感影像中，同时将实时风场信息导入，形成非甲烷烷烃柱浓度的时间空间分布收稿日期：；修改稿收到日期：。作者简介：刘新宇，工程师，硕士研究生，年毕业于大连理工大学高分子材料专业，主要研究方向大气环境监测技术研究与应用。联系电话：，：。基金项目：石化企业 排放源解析与多维监测技术开发（）。通信联系人：李凌波，正高级工程师，学士，研究方向为石油石化环境监测及污染物组学。联系电话：，：。图，进而由式（）得到非甲烷烷烃 。图 为厂区平面分布及移动监测路线，红线为全厂非甲烷烷烃 测量路线；蓝线为各区块非甲烷烷烃 测量路线。图 厂区平面分布及移动监测路线 在厂区内某一楼顶位置安装机械风速仪，测量高度为 左右，测量数据代表监测期间的风场信息。用苏玛罐采集厂内各区块主要 污染区域环境空气样品（平均每个区块采集 个样品），采用 环境空气挥发性有机物的测定罐采样 气相色谱 质谱法 标准方法测定 种 组分浓度。计算每个样品中非甲烷烷烃占 总浓度的百分比，再计算各区块该百分比的平均值作为该区块非甲烷烷烃与 代表性混合比。根据各区块非甲烷烷烃与 的代表性混合比及 测得的各区块非甲烷烷烃 ，计算出各区块 ，进而得到全厂 及各区块占比。结果与讨论 非甲烷烷烃排放测量结果图 为 测量非甲烷烷烃柱浓度及风向信息在卫星遥感影像上的图形化展示，浓度从低至高呈现深蓝 浅蓝 绿色 棕红 红渐进式变化，黄色箭头为监测期间的平均风向。统计 年 月 日 测量全厂非甲烷烷烃排放结果，共计完成 次有效监测。用 检验法剔除 次非正常生产工况的极端排放值（加氢装置异常排放），采用其余 次监测数据计算。非甲烷烷烃排放速率平均值为 ，标准偏差为 ，相对标准偏差为 ，中位值为 。图 所得全厂非甲烷烷烃排放柱浓度分布 非甲烷烷烃排放测量代表性分析图 为 监测非甲烷烷烃排放概率分布及拟合曲线。测量非甲烷烷烃排放速率概率符合正偏态分布，对数拟合曲线适于拟合 测量非甲烷烷烃概率分布，测量非甲烷烷烃排放速率值拟合相关系数 为 ，拟合优度良好。最大概率密度处的拟合值基本可反应监测期间代表性非甲烷烷烃排放速率，该值为 。图 监测非甲烷烷烃排放概率分布及拟合曲线 非甲烷烷烃排放波动分析表 为全厂非甲烷烷烃排放速率波动分析，计算每日非甲烷烷烃排放速率的标准偏差 和相对标准偏差 ，发现 月 日 较高（），月 日的 在 之间，月 日和 日数据较少不做单日 分析，但其排放速率平均值较其他几日平均值显著增高，使得每日平均排放速率的 高达 。上述分析说明，尽管某些单日之内厂内非甲烷烷烃排放速率波动相对较小（如 月 日），但涉及特殊工况或特殊作业排放产生非甲烷烷烃的情况无法避免，使得炼油厂整体非甲烷烷烃排放速率波动较高。表 全厂非甲烷烷烃排放速率波动分析 项目日期（年）非甲烷烷烃排放速率均值（）（），测量次数非甲烷烷烃排放速率日均值（）（），非甲烷烷烃排放速率分布通过 获得了厂区内非甲烷烷烃柱浓度分布（见图）及各区块非甲烷烷烃排放速率见表。从结果看出，罐区非甲烷烷烃排放速率占比最高（合计 ），其次是装置区（），这一结果与 年期间在瑞典炼油厂监测的结果 （原油罐占 ，成品油罐占 ，装置区占 ，污水厂占 ，装车占 ）大致相当。排放总量与分布全厂 排放总量及分布可根据各区块非甲烷烷烃与 代表性混合比结合非甲烷烷烃排放分布得出，如表 所示。图 测量厂区内非甲烷烷烃排放柱浓度分布 表 全厂主要 排放区块排放速率分布 项目 中非甲烷烷烃占比，非甲烷烷烃排放速率占全厂排放比例，非甲烷烷烃排放速率（）排放速率（）排放速率占全厂排放比例，北罐区 南罐区 加氢 催化 蒸馏装置 喷涂车间 重整装置 焦化装置 污水处理厂 全厂 排放速率为 ，计算 排放系数（排放系数为每日 排放速率与每日原油加工量的比值，该厂原油加工量为 ）为 。该排放系数比国内家大型炼化企业 年 获得的 排放系数平均值 降低 ，但相比最佳控制水平（排放系数 ）仍有 下降空间。排放分布与非甲烷烷烃排放分布相似，罐区和装置区 排放速率分别占全厂 排放速率的 （北罐区 南罐区）和 （加氢装置 催化装置 蒸馏装置 重整装置 焦化装置），是企业 减排治理重点。结语采用 技术配合离线采样方法监测国内某炼油厂非甲烷烷烃及 排放通量及分布，对非甲烷烷烃排放速率采用概率分布拟合的方式求得代表性排放值为 ；监测期间，排放波动较大，日平均排放速率的 高达 ；在非甲烷烷烃排放分布方面，罐区排放速率占比最高（），其次是装置区（）；全厂 排放速率为 ，排放系数为 ，减排治理的重点应是罐区和装置区（排放速率分别占全厂 和 ）。该技术应用中，建议每年开展多次监测，在此基础上推测年排放量更具代表性，助力企业 治理减排。参考文献 ：，：，：，（）：，李凌波，宫超，程梦婷，等 红外掩日遥感监测炼油厂非甲烷烷烃排放通量 中国环境科学，（）：（编辑于丰锴），（），）：，（），（），：，