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1、VOCs治理-常温高效催化氧化技术,山东省环境保护科学技术奖获奖项目 宝泉环保工程有限公司云忠杰环保科技有限公司2016年8月,VOCs治理-常温高效催化氧化技术,1,2,3,4,5,6,4,5,6,1,2,3,4,5,6,VOCs排放治理现状,我国VOCs排放总量惊人，预计2020年我国工业源VOCs排放量排放或逾2000万吨。十三五规划纲要发布，在环保方面，将VOCs新纳入总量控制指标，并浓墨重彩的强调生态修复工作。2017年，全国石化行业基本完成VOCs 综合整治工作，建成VOCs 监测监控体系，VOCs 排放总量较2014 年削减30%以上。,VOCs排放治理现状,排放行业众多（涉及到
2、上百个行业，几十个主要行业）。VOCs的物质种类繁多、物理和化学性质差异大。排放条件复杂（温度、湿度、压力、颗粒物含量等）。排放点源多而分散，无组织排放情况严重，难以集中进行收集。在大多数情况下，污染物质是以混合物的形式排放（多组分复杂体系），通常需要多种治理技术进行综合治理。异味扰民问题突出，异味来源广，治理要求高，多数设施异味处理效果难以令民众满意。企业已有的治理设施治理效果不达标。易燃易爆，治理设施需要完善的安全系统设计。,VOCs排放治理现状典型化工企业源项分布,回收,末端治理,源头控制,将无组织排放的废气有组织化，进行密闭式加料和密闭式生产。,对高浓度的有机废气进行深冷或冷凝处理，回
3、收利用。,对于有组织排放的末端VOCs废气，采用吸附或消解手段进行治理。,VOCs排放治理现状治理环节,VOCs排放治理现状配套政策,大气污染防治法：2016年1月1日施行，未采取减少VOCs废气排放措施的，处以罚款；拒不改正的，责令停产整治。排污收费：2016年1月19日，环保部下发关于挥发性有机物排污收费试点有关具体工作的通知多个省及直辖市已进入实质性的VOCs排污费征收阶段，VOCs作为大气污染的主要污染物，成了各地治理的重点。排放标准：排放标准的制订遵循技术经济可行性原则，国家正在制修订的固定源VOCs排放标准。,VOCs排放治理现状配套政策,VOCs排放治理现状配套政策,VOCs排放
4、治理现状配套政策,VOCs治理标准再严、收费再多，最终要靠改善生产工艺和采用先进治理技术从末端治理来实现。在法规、标准完善的基础上，应多渠道培养我们自己的专业治理队伍。当前VOCs处理技术储备相对薄弱，对各类技术的适用范围、使用条件尚缺乏规律性认识，对工艺设计和治理装备的设计、质量标准存在较大随意性等问题。VOCs涉及百余种气体和数十个不同行业，目前市场常见技术中，尚不存在某一种具有广泛适用性，高效、安全、经济的成熟技术体系；缺乏真正系统掌握治理技术和工艺的强大技术队伍和治理企业，更缺乏对新技术的研发。,VOCs排放治理现状小结,VOCs治理-常温高效催化氧化技术,1,2,3,4,5,6,4,
5、5,6,1,2,3,4,5,6,吸附、回收技术,消解技术,热力焚烧法催化燃烧法生物降解法光催化降解法低温等离子体,冷凝法吸收法吸附法膜分离法,活性炭吸附+热力焚烧/RTO/RCO,组合技术,沸石浓缩转轮+蓄热式燃烧,吸附法+催化燃烧技术,.,VOCs治理常用技术,VOCs治理常用技术-冷凝技术,原理冷凝将废气降温至VOCs成份之露点以下，使之凝结为液态后加以回收之方法。,适用范围多用于高浓度、单一组分有回收价值的VOCs的处理。冷凝法也经常搭配其它控制技术，例如:焚化、吸附、洗涤等作为前处理步骤。通常VOCs浓度 5000 ppm，适用冷凝处理，其效率介于50 85%之间。,VOCs治理常用技
6、术-吸收技术,原理由废气和洗涤液接触将VOCs从废气中移走，之后再用化学药剂将VOCs中和、氧化或其它化学反应破坏。,填充式洗涤塔,适用范围适用于：高水溶性VOCs，不适用于低浓度气体。优点：技术成熟、可去除气态和颗粒物、投资成本低、占地空间小、传质效率高、对酸性气体高效去除。缺点：有后续废水处理问题、颗粒物浓度高、会导致塔堵塞、维护费用高。,原理 利用吸附剂与VOCs进行物理结合或化学反应。,适用范围,适用于：中低浓度的VOCs的净化。优点：去除效率高，易于自动化控制。缺点：不适用于高浓度、高温的有机废气，且吸附材料往往需要频繁更换（解析脱附），VOCs并未消解，吸附材料仍需处理。,VOCs
7、治理常用技术-吸附技术,VOCs治理常用技术-吸附技术,碳纤维是一种吸附效果好但是价格较活性炭贵的吸附剂，最早应用于吸附二氯甲烷。比表面积大，对于小分子吸附速率高，速度快，易被解析，但是对于大分子如二噁英等反而无优势，因为孔径太小无法吸附很快堵塞。活性炭和碳纤维都不适用于大分子量VOCs，因为很快饱和。,VOCs治理常用技术-吸附技术,沸石转轮浓缩是利用吸附-脱附-浓缩三项连续变温的吸、脱附程序,使低浓度、大风量有机废气浓缩为高浓度的浓缩气体。通过转轮的旋转,可在转轮上同时完成气体的脱附和转轮的再生过程。吸附在转轮上的有机物被分离、脱附、进入后续处理系统。,VOCs治理常用技术-生物降解技术,
8、原理活性微生物以废气中的有机组分作为能源或养分，转化成简单的无机物或细胞组成物质。,VOCs治理常用技术-生物降解技术,应用范围和特点目前生物法处理废气还只适用于低浓度的简单废气，单位体积的生物降解速度有待提高。适应难降解有机物的细菌种类少，自动控制系统、布水、布气系统、填料等标准有待确立。废气中的颗粒物在滤床中积累过多，易造成滤床堵塞，阻力增大。,等离子体（plasma）是继固、液、气三态后被列为物质的第四态。包括六种典型的粒子，即电子、正离子、负离子、激发态的原子、基态的原子以及光子。在这个体系中因其总的正、负电荷数相等，故称为等离子体。分高温等离子体和低温等离子体，低于10000为低温等
9、离子体。,VOCs治理常用技术-低温等离子体技术,等离子体的状态分类,平衡等离子体,非平衡等离子体,等离子体温度分类,高温等离子体,低温等离子体,低温等离子体简介,低温等离子体产生方法,VOCs治理常用技术-低温等离子体技术,电子束,注入式等离子体,臭氧发生器,介质阻挡放电,脉冲放电,电晕放电,紫外光照射,直流辉光放电,UV光解,阵列式介质阻挡放电结构,VOCs治理常用技术-低温等离子体技术,介质阻挡放电(DBD)，放电空间插入绝缘介质的一种非平衡态气体放电又称介质阻挡电晕放电或无声放电。介质阻挡放电能够在高气压和很宽的频率范围内工作，通常的工作气压为104106。电源频率可从50Hz至1MH
10、z。双介质阻挡放电（Double Dielectric Barrier Discharge，DDBD）放电空间插入两层绝缘介质的一种非平衡态气体放电。双介质阻挡放电技术是介质阻挡放电技术放电密度的1500倍。,原理产生高能电子，羟基，臭氧及氧原子；高能电子轰击污染分子；自由氧、羟基、自由基氧化污染物分子；活性基团及分子碎片反应。,适用范围实现VOCs低温去除，适用于浓度低于500mg/m3、大风量的VOCs。投资成本及运行费用较高，放电盘或放电管极易被击穿，存在易燃易爆风险。不适合在危化品企业使用。,VOCs治理常用技术-低温等离子体技术,除水、除尘、除油、降温等专有预处理措施,通常还需要深度
11、氧化,原理在一定波长的光线照射下激发催化剂产生电子空穴对，空穴分解催化剂表面吸附的水产生羟基自由基，电子使还原空气中的氧气，形成过氧化氢，从而具备极强的氧化还原能力。,VOCs治理常用技术-光催化氧化技术,光能等于或超过半导体材料的带隙能量时，电子从价带(VB)激发到导带(CB)形成光生载流子(电子-空穴对)。价带空穴是强氧化剂，而导带电子是强还原剂。大多数有机光降解是直接或间接利用了空穴的强氧化能力。,适用范围及特点实现VOCs低温去除，适用于低浓度、小风量的VOCs。光生电子-空穴对的转移速度慢，复合率较高，导致光催化量子效率低，反应转化率较低。占地面积大，处理效率有限，灯管需时常维护，受
12、工况变化影响大。很少利用太阳光作为光源，通常只能用紫外光活化。,VOCs治理常用技术-光催化氧化技术,原理在高温下（800）将有机废气氧化生成CO2和H2O，从而净化废气，并回收分解时所释出的热量。,适用范围处理中低浓度1005000mg/m3，处理风量范围1,000300,000m/h。需核算VOCs爆炸极限，新上焚烧装置需申请二氧化硫、氮氧化物排污总量。电器控制要求高，投资和运行成本高。,VOCs治理常用技术-蓄热式焚烧技术（RTO）,VOCs治理常用技术-蓄热式焚烧技术（RTO）,排气烟囱,进气口,1,2,3,动态示意图,VOCs治理常用技术-蓄热式焚烧技术（RTO）,宁波石化经济开发区
13、部分企业实际运行情况,RTO设施需重点关注的安全隐患火灾隐患：RTO 一般运行在正压状态下，导致切入废气 时，燃烧室内高温气体回流引起 PVC 管道（阻燃，着火温度为 256左右）着火燃烧，进废气管线未安装阻火器，导致火势往上游漫延。爆炸隐患：主要是有机废气排放浓度短时间内超高（超过了设计上限），导致燃烧室内温度急骤上升、尾气温度超高，在联锁切断有机废气进气后从旁路直接排空，高温尾气与高浓度有机废气直接混合，导致放空尾气管发生爆炸。,原理催化燃烧是借助催化剂在较低的起燃温度条件(200500)下，发生无焰燃烧，实现可燃物的氧化并分解为CO2和H2O，从而达到去除废气中的有害物的目的，具备RTO
14、的高效回收能量的特点。,适用范围最佳自平衡浓度2500mg/m-3000mg/m，有机组分的起燃温度和热值对工艺有影响，爆炸极限浓度需要衡量，进气浓度在25%LEL以下。催化剂昂贵，一般采用贵金属钯、铂浸渍的蜂窝状陶瓷载体催化剂。催化剂需经常更换。对于卤代烃等高沸点的VOCs催化焚烧不充分。,VOCs治理常用技术-蓄热式催化焚烧（RCO）,特点RCO具有RTO高效回收能量的特点和催化反应的低温工作的优点，将催化剂置于蓄热材料的顶部，来使净化达到最优，其热回收率高达95%。RCO系统性能优良的关键是使用专用的催化剂，体系中存在少量的杂质，可使催化剂的活性和选择性减小或者消失；此外氧化发生在200
15、-500高温，工作温度对催化剂的老化影响很大。RCO技术已经取代CO进行有机废气的净化处理，很多RTO设备也已经开始转变成RCO，可以消减操作费用达33%-50%。有机物废气在高温下与空气混合易引起爆炸，安全问题十分重要，催化燃烧系统应设监测报警装置和有防爆措施。,VOCs治理常用技术-蓄热式催化焚烧（RCO）,废气浓度或燃值较低时，无法保证废气自燃以产生维持热氧化的温度。安全设计规范缺位，需要完善的安全系统设计。只适用于连续稳定产生VOCs气体的废气治理。存在氮氧化物、硫氧化物的排放等二次污染问题。关键部件如蝶阀、提升阀（每年开关20万次以上）、燃烧器等，国内产品多数质量不过关，存在质量安全
16、隐患，进口（德国为主）设备质量过关，但投资成本巨大。,VOCs治理常用技术-RTO/RCO存在的主要问题,VOCs治理常用技术-单一技术不足之处,不能分解污染物、吸附易饱和、需要后续处理,对难生物降解VOCs无能为力、特殊菌种昂贵；运行条件要求苛刻、系统运行稳定性有待提高,投资成本高、运行能耗较高、安全有一定隐患、催化剂易中毒、降解VOCs易产生副产物造成二次污染,光催化剂容易失活、催化剂使用周期短；复杂VOCs处理难以实际应用,投资成本高、运行能耗高、易产生二次污染、安全有隐患,运行能耗较高、存在易燃易爆风险、对实际工况要求高、放电盘（管）易损坏、实际工程去除效果不佳,废气,达标排放,冷凝+
17、吸附技术,组合三：,组合四：,冷凝+蓄热催化燃烧技术,废气,达标排放,VOCs治理常用技术-组合技术,VOCs治理常用技术-组合技术,VOCs治理常用技术-组合技术,应根据废气的浓度、流量、去除效率等选取适用的治理技术,VOCs治理常用技术适用范围,VOCs排放特点与治理技术要求,相当部分企业VOCs排放特征表现为低浓度（1万m3/h)。同一企业VOCs种类有多种、不同车间种类差异性大，且往往是组分复杂的混合气体，治理技 术应兼具针对性和广谱性。相同采样点，不同采样时间VOCs的浓度也不尽相同，要求设施运行具备弹性、处理效果稳定。不仅要达到国标、地标，还要达到“民标”，以上对VOCs治理技术提
18、出更高要求。,石化炼厂不同采样点VOCs成分谱,不同采样时间VOCs浓度变化,VOCs治理-常温高效催化氧化技术,1,2,3,4,5,6,4,5,6,1,2,3,4,5,6,新一代技术常温高效催化氧化（NTCO）,催化塔,VOCs 废气,系统控制装置,升压变压器,整流变频器,空 气压缩机,净化过滤,电源系统,配电,空气,空气源系统,羟基自由基,催化塔,催化塔,平衡器,本项目常温高效催化氧化专利技术：ZL 201420764523.9；ZL 201220621569.6,Normal temperature catalytic oxidation（NTCO）,本项目技术原理空气经过本系统处理后形
19、成羟基自由基等活性氧化剂（HO=2.8 eV；O=2.42eV；O3=2.07eV），氧化剂在系统内引发链反应，使有机物彻底降解。实现常温(-20100)下高效催化氧化VOCs，将污染物消解为二氧化碳、水和少量无机盐。VOC+active site VOC VOC+O CO2+O2 VOC+OH CO2+H2O,常温高效催化氧化（NTCO）本项目,关键核心技术之一：,催化剂核心制备技术-针对八大类VOCs气体特点，已制备100余种不同种类催化剂。在平衡器、羟基自由基发生器、催化塔中应用，室温下将VOCs高效降解，可将令人不愉悦的味道去除。抗硫、卤素中毒能力强，使用寿命可达3年以上。,常温高效催
20、化氧化（NTCO）本项目,关键核心技术之二：平衡器、羟基自由基发生器-针对VOCs气体，在平衡器内进行催化预处理并对高浓度溶剂等物质回收，起到温度平衡、布气平衡、停留时间平衡作用，在催化剂作用下高效生成羟基自由基等活性氧化剂。,常温高效催化氧化（NTCO）本项目,关键核心技术之三：催化氧化塔器设计-塔内件具有抗氧化、抗酸碱腐蚀的特性，而且其机械强度高，可在恶劣氧化环境中长期应用，实现活性催化剂的高强度负载。,常温高效催化氧化（NTCO）本项目,VOCs治理-常温高效催化氧化技术,1,2,3,4,5,6,4,5,6,1,2,3,4,5,6,Advantages,常温高效催化氧化技术-本项目（NT
21、CO）,一、处理效果好本项目废气治理系统对VOCs废气的处理效果大幅优于国家标准，且以感观检测，无任何刺激性气味，工业恶臭去除效果好。,Advantages,山东潍坊润丰化工股份有限公司监测结果报告如图：其中：污水站进气口浓度为4.85mg/m，出气口浓度为0.35mg/m；B30车间进气口浓度为135mg/m，出气口浓度为15.4mg/m；非甲烷总烃排放浓度指标低于国家标准（120mg/m3）要求。,常温高效催化优势,Advantages,山东光大科技发展有限公司污水站进气口浓度为517mg/m，出气口浓度为7.38mg/m；去除率为98.6%；非甲烷总烃排放浓度指标低于国家标准要求（120
22、mg/m3）93.9%。,常温高效催化优势,一、处理效果好本项目废气治理系统对VOCs废气的处理效果大幅优于国家标准，且以感观检测，无任何刺激性气味，工业恶臭去除效果好。,Advantages,常温高效催化优势,二、反应速率快特点是以“气”治“气”，高效快速降解VOCs。催化产生大量“气态”羟基自由基释放，因无任何相间阻力，可快速、高效地与气态VOCs分子接触催化氧化。实际工程运行表明：气体在通过反应区速率在1-11m/s之间就能够达到很好的处理效果，完全达标排放，适应大部分企业的工况条件。,Advantages,常温高效催化优势,三、无二次污染、无安全隐患废气经过本系统处理以后最终产物为二氧
23、化碳、水和部分无机盐，不会有二次污染物的产生。本系统气体通过部分全部采用乙烯基901环氧树脂，气体不直接与带电体接触，不接触高温，因此不存在安全隐患。,Advantages,常温高效催化优势,四、操作管理简便、即开即用即关即停自动化程度高，设备启动、停止十分迅速，随用随开。对于部分化工企业生产的不连续性，可以在生产时开启，不生产的间隙停止运行，大量节约了能源。同时该系统运行过程中不需要专人管理，定期由巡检人员对其运行数据及运行情况进行记录即可。,Advantages,常温高效催化优势,五、应用范围广、运行稳定对VOCs八大类100多种均有较好的处理效果。山东蓝帆化工股份有限公司污水站气体及车间
24、醋酸类、硫化氢气体废气治理设施，现已运行1200余天，目前依然稳定有效运行，符合民标排放，出口无任何感官异味。山东潍坊润丰化工股份有限公司污水站及车间苯酚类、甲苯类、甲硫醚类混合废气治理工程实例，现已运行近两年的时间内，目前运行稳定可靠，处理效果达标，且符合民标排放，出口无任何感观异味。适用于常见VOCs排放浓度范围（一般低于1500mg/m），及较高排放浓度废气，且运行成本稳定。,常温高效催化优势,本技术可应用的行业：化工、石油化工、涂料、半导体、涂装、印刷、家具、垃圾填埋、污水处理、集成电路、汽车、造船、皮革、玻璃、电线电缆、鞋业、电动车、摩托车、建材等。,本技术可处理的VOCs包括常见的
25、八大类100多种,部分恶臭类气体,单位：ppm,常温高效催化优势,本技术可将难处理的恶臭物质达到国标和民标,Advantages六、投资低运行成本低,常温高效催化优势,本技术设备装置投资主要分为以下部分：前期投资、后期运行费用及维护费用；本项目的前期投资费用主要为设备费用，本系统主设备寿命810年，一般3年内无需更换药剂和主要部件，每年定期检修即可；到期后，仅需更换药剂及维护部分零部件。与市场上现有的技术进行对比，在确保处理效果、稳定性、设备运行寿命的前提下，我公司常温催化氧化系统无论在前期投资还是在后期的运行成本上与市场上现有的主流技术都具有较明显的优势。,VOCs治理-常温高效催化氧化技术
26、,1,2,3,4,5,6,4,5,6,1,2,3,4,5,6,工程案例,中复神鹰碳纤维有限公司SYT45生产线废气回收利用及治理项目（863计划项目 课题编号：2013AA065900）,中复神鹰碳纤维有限公司SYT45生产线高性能碳纤维项目作为新材料产业环保治理创新示范点列入现场考察行程，该项目采用常温高效催化氧化技术，获得国家环保部、科技部、商务部联合验收组领导的高度认可。,工程案例,山东蓝帆化工股份有限公司 污水站及车间废气治理项目,工程案例,山东潍坊润丰化工股份有限公司 B30车间废气治理项目,山东潍坊润丰化工股份有限公司是一家大型跨国农药生产企业，该企业全球农药产销量排名第三，其所上
27、的废气处理装置种类比较齐全，但由于所上设施处理效果不佳，属于一家被环保部门叫停的企业，通过装置本项目废气治理系统，成功将其盘活复产。,工程案例,山东东平光大科技发展有限公司 污水站废气治理项目,工程案例,山东寿光增瑞化工有限公司 车间废气治理项目,江苏泰兴经济开发区15家企业,科伦药业川宁生物技术有限公司,本月初，我司团队受邀，在该厂针对喷干车间尾气、污水生化处理尾气、头孢发酵尾气、青霉素车间苯乙酸气体四大难点，进行了常温高效催化氧化技术的现场治理实验，通过了有效性、连续性、稳定性等多个类型的全面实验，治理效果得到行业专家、厂方、环保部门的多方肯定，原始异味全部去除，且VOCs实验去除率始终稳
28、定在91%以上，平均去除率达到94.6%。,新疆伊犁州，科伦药业川宁生物技术有限公司，项目总投资65亿元（其中废气治理投资2.7亿元）。该厂异味扰民问题非常严重，引起市民不断投诉，媒体多次关注报道。建厂以来，该厂先后邀请国内外12组专家来厂对其多种废气，采用不同方法进行异味处理实验，仅实验费用一项已花费超过2000万元。最终选择从日本引进两项核心技术：进口分子筛和疏水性活性炭，但异味问题并未得到根本解决。,受邀参加四川省环保系统新任局长技术培训,2016年8月23日，我司受环保部对外合作交流中心邀请，参与四川省环保系统新任局长培训工作，我方自主知识产权技术常温高效催化氧化（NTCO）作为VOCs污染治理领域的唯一推荐技术，在会上进行了展示和交流。,VOCs治理-常温高效催化氧化技术,1,2,3,4,5,6,4,5,6,1,2,3,4,5,6,合作模式探索,深入理解产业结构提供园区系统策略,深入理解工况特点定制“个性”方案,深入理解企业需求追求环保经济双赢,合作模式探索,Thank You!,构建美丽中国拥抱新鲜的空气、洁净的水与绿色的大地！,谢谢大家，欢迎指正交流！,刘長峰云忠杰环保科技有限公司宝泉环保工程有限公司电话：13821987881 邮箱：地址：北京经济技术开发区景园北街2号BDA国际企业大道45号楼,
