废气环保设备
废气环保设备,一文看懂中国VOCS废气治理，产业链上中游行业及市场格局
中国VOCs治理行业上游参与主体为提供VOCs治理原料、技术及设备的厂商，中游参与主体为VOCs治理企业，包括提供VOCs监测、VOCs治理设备、工程设计及技术方案等，下游为有VOCs排放并须达到相关环保标准的企业。
废气环保设备
VOCs治理行业产业链上游参与主体为提供单个产品设备或零部件的生产制造商、VOCs治理原料厂商及VOCs治理技术科研机构。由于VOCs成分复杂、化学性质各异，各行业排放出的VOCs成分含量存在较大差异，单一的治理技术及设备不能满足所有行业需求。因此，上游企业针对中游行业的治理工程设计需求针对性进行相应研发及生产，治理工程设备具有定制性和行业垂直性。
图表1：各行业排放的VOCs成分汇总表
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上游治理原料生产商主要提供滤膜、催化剂、吸附剂等VOCs治理所需材料；设备制造商主要指生产VOCs治理设备的厂商。中国本土厂商已具有较高设备制造水平，对进口设备依赖度低，设备国产化水平可达到80%至90%。但由于目前市场格局较为分散，本土厂商数量多，各厂商提供的设备之间不存在明显的技术差异，价格手段是厂商通常采用的竞争方式，市场存在低价竞争的不良局面。
科研机构主要指可研发创新VOCs处理技术的研究机构或企业内部研究院，目前VOCs治理技术手段较多，由于缺乏技术性法规指导，VOCs技术水平成熟度参差不齐，导致一种或多种技术组合使用治理效果不佳。例如采用吸附法的设备及技术较为成熟，处理效率高且能源消耗量小，但吸附法加燃烧法混合使用技术应用不够成熟。
中游行业
VOCs治理中游行业主要由VOCs监测及治理设备销售企业、VOCs治理工程设计及服务方案提供商等组成。
其中VOCs治理工程需要针对企业特定需求进行定制化设计，不同的行业治理工程设计路线不同，同一行业中不同工序需求的工程设计路线也存在差异，甚至VOCs的浓度、排放有机物物质的不同所需的治理工程设计路线也都不一样，治理工程设计呈现出较强的定制性。
据不完全统计，中国目前从事VOCs治理企业超千家，其中约一半以上的企业主营除尘、脱硫、脱硝治理等大气治理或其他业务，且同时兼顾经营VOCs治理业务。随着中国政府对于VOCs治理日益重视，环保要求日趋严苛，石化、涂装、造纸等行业的VOCs排放治理标准将逐步完善，有望推动本土企业进一步发展以满足日趋增长的VOCs治理需求。
一些国内企业通过并购拥有核心技术的国内外企业、成立VOCs治理业务子企业以及向产业链上下游拓展等方式，开始扩大业务规模和提升竞争力。专职负责VOCs的监测与治理。除了推出一系列VOCs监测的相关产品，已研究VOCs在线监测技术和产品近20年，其产品在获得客户的广泛认可。
图表2：产品类型及用途
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随着本土企业逐步提升工程设计实力，扩大业务范围，将减小与外资企业的技术、业务范围及管理的差距。
下游行业
行业下游参与主体是VOCs服务方案提供商，为石化、造纸、服装生产、化工等行业内的企业提供VOCs治理服务，服务主要包括VOCs各项工程的项目承包、经销、运营等。
根据生态环境部估算的数据：VOCs人为源包括移动源和固定源，固定源中又包括生活源和工业源等。工业源是VOCs的重点排放领域，其排放量占总排放量的50%以上。而建筑装饰、餐饮油烟等生活源和机动车等移动源排放的VOCs所占比例仅分别为19.6%和21.5%。
图表3：各VOCs排放源占总体排放的比重
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石油、化工、涂装及印刷行业的排放量较高，对环境危害较大，属于政府重点关注的行业。2017年1月，国务院印发《“十三五”节能减排综合工作方案》，提出实施石化、化工、工业涂装、包装印刷等重点行业VOCs治理工程，到2020年石化企业基本完成VOCs治理，全国VOCs排放总量比2015年下降10%以上。
图表4：国家VOCs治理重点规划与政策内容
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在下游VOCs治理需求的企业分布上：石油、化工行业企业约占总数的40%，涂装企业约占总数的20%，而食品加工和印刷企业约占总数的5%。
因各个地区工业企业VOCs排放量存在差异，下游提供VOCs服务的企业针对各行业企业排放特点及减排要求目标提供有针对性的VOCs排放治理方案。
以石化行业的知名企业长青化工为例，由于石化炼油厂含有多种废气，如燃烧烟气、火炬废气、生产过程中设备机泵等泄露的废气，一般会为需求企业定制废气回收的技术及设备服务方案。
图表5：石化行业VOCs排放环节及主要特点
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废气治理设备环保设备
废气治理设备环保设备，含VOC废气的回收净化工艺
摘要:针对目前国内VOC废气净化的现状,以吸附、冷凝回收原理为基础,采用集成了加热器和冷却器功能的新型吸附床及纤维活性炭,通过实验研究及实践应用,确定了纤维炭吸附+热力脱附+冷凝回收处理工艺。该工艺应用于高浓度、小风量的VOC 废气处理,具有较好的经济效益和环境效益。
1前言
含VOC (Volatile organic compounds , 挥发性有机物) 废气的污染防治问题逐渐受到重视,引进国外治理设备存在投资大、运行成本高的问题,国内传统工艺存在技术落后、运行不稳定、效率低的问题,因此亟待研究开发新的治理工艺。
本工艺以吸附、冷凝回收原理为基础,采用集成加热器和冷却器功能的新型吸附床纤维活性炭,在净化废气的同时,回收了大量的VOC 溶剂,使环保投入产生了较好的经济效益和环境效益。在此以某精细化工厂尾气处理工程为例,介绍该工艺。
废气治理设备环保设备
2.1尾气状况
该厂生产医药中间体,尾气为反应釜卸料时的排气及进料前的洗气,共有18 个反应釜不同时段间歇排气, 平均废气量约2 000 m3Ph , 其中甲苯浓度16.6 gPNm3 ,四氢呋喃(THF) 浓度为23.6 gPNm3 ,其余为空气、N2 (洗气用N2 ) 及微量氯乙烯,排气温度为常温。
2.2工艺流程图(见图1)
废气治理设备环保设备
由于反应釜排气为间歇排气,特设气体缓冲罐使尾气均匀进入纤维活性炭吸附床。设两台吸附床,一台处于降温吸附过程,另一台处于加热脱附过程中,两台吸附床通过电动阀门自动转换作用。吸附过程启动设于固定炭层间的冷却器,以吸收吸附热、降低床层温度,尾气经吸附后,净化气体由排气风机进入烟囱排放。脱附过程,开启固定炭层间的加热器及循环风机,使系统全面加热,随着活性炭温度提高,VOC逐渐解析出来,循环气体中VOC 浓度也不断提高。吸附床排出的气体先经预冷却器降温,再经冷凝器使VOC 冷凝回收下来,之后气体经加热器升温回到吸附床加热解析活性炭,脱附过程不引入新风,脱附浓缩比较高。
3工艺要点
3.1吸附、脱附性能参数确定
目前活性炭产品中,以纤维活性炭性能最佳,蜂窝活性炭次之,而颗粒活性炭再次。本工艺采用纤维活性炭为吸附剂,由于吸附剂的吸附、脱附性能是确定本工艺的关键因素,而厂家提供的有关参数存在不详、失实问题。因此针对类似工况作纤维活性炭性能的实验室研究,结果见图2。
废气治理设备环保设备
试验条件:甲苯浓度3 000 ×10 - 5 ,温度20 ℃,炭层高0.1 m。本工艺取有效吸附周期15 min ,吸附量质量分数为40 % ,吸附温度≤40 ℃,有效脱附周期15 min ,脱附率90 % ,脱附温度150 ℃。
3.2吸附床设计
为获得理想的吸附和脱附效率,要求吸附床升温、降温速度快,床内空气、N2 残余量小,脱附循环气体VOC 浓度提升快。吸附床设多层吸附层,层与层之间设有冷却器及加热器,采用翼式板式金属换热器换热效率较高,可以迅速地升温或降温;换热器特制为模块状,体积小、重量轻,活性炭设筛网托架,金属耗量少,安装紧揍,吸附床内部剩余空间小,使脱附时VOC 浓度很快提升。
3.3冷凝效率
为达到较高的冷凝回收率,除提高脱附气体VOC浓度(即提升浓缩比) 外,应选取较低的冷凝温度,以降低VOC 饱和蒸汽分压,提高回收率。本工艺控制冷凝温度为- 5 ℃,甲苯回收率≥90 % ,THF 回收率≥85 %。为减少冷冻水用量、降低运行成本,设两级冷却、冷凝,先用循环冷却水使脱附气体冷却至40 ℃以下, 再用- 5 ～ - 10 ℃的冷冻水使气体降温至- 5 ℃,大部分VOC 得以冷凝回收。
4 运行效果
该设备已运行近一年,运行效果见表1。
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5效益分析
(1) 设备投资:138 万元(不含蒸汽锅炉)。
(2) 运行费用见表2 (每年生产200 d ,24 h 连续运转)。
(3) 回收装置投入运行10 个月累计回收甲苯108 t ,四氢呋喃136 t ,回收液体直接回用作生产原料,节约生产成本约135 万元。预计每年经济效益可达162 万元。
(4) 每年可减少排放128 t 甲苯、163 t 四氢呋喃蒸汽对大气的污染。
6结论与问题
(1) 高浓度VOC 废气采用纤维活性炭吸附、热力脱附、冷凝回收的处理工艺是可行的,它具有显著的经济效益和环境效益。
(2) 集成了冷却器和加热器功能的吸附床能在短时间内对活性炭进行升温或降温,使吸附、脱附速度提高,效率增大。
(3) 纤维活性炭具有吸附、脱附动力学性能好、效率高的特点,适用于本工艺要求在短时间不断切换吸附、脱附过程的吸附装置。
(4) 冷凝温度和加热速度是脱附效率、回收效率的重要保证。
(5) 本工艺适用于高浓度(1 ×10- 3以上) 、小风量(10 000 m3Ph以下) 的VOC 废气治理,对低浓度、大风量的VOC 废气处理存在投资大、运行成本高、收益小的缺点。
(6) 本工艺的安全性能应充分重视,除应采用防爆设备等措施外,应设法使脱附的VOC 废气浓度控制在爆炸限以外。
专业废气处理环保设备
专业废气处理环保设备,一文了解凹印软包装行业VOCs治理政策、技术、现状
2019年凹印软包装行业在巨大的市场压力和环保压力下，仍取得了较好的发展，存量整合、两极分化仍然是其发展的主旋律。这一年来，国家有关部门在VOCs管控等方面出台了一系列方案、标准、政策等，凹印软包装行业的VOCs减排技术取得了较大进展。
VOCs减排技术现状
1.阶段性成果
在强大的环保压力下，企业的环保意识和社会责任感有了普遍的提高。业内绝大部分企业都安装了VOCs治理环保装置，解决了环保设施从无到有的问题。凹印软包装行业VOCs治理的技术路线逐渐明确，各种VOCs减排技术的适应性和优缺点逐步明朗，并且开始从“环保设施从无到有”的初级阶段向“达标排放、经济适用”的完善发展阶段过渡。
（1）无溶剂复合技术、水性胶复合技术大面积快速推广，增速前所未有，成为源头减排首选技术。
（2）末端治理全面展开，回收和销毁两大类技术均有应用，目前减风增浓+RTO成为主流技术。
（3）无组织排放管控技术不断成熟，车间合理布局、优化气流组织、逸散科学捕集等控制技术措施正在一些大型企业得到应用。
（4）印刷源头削减与替代问题成为技术攻关重点，水性油墨、水醇油墨、UV、EB等低（无）VOCs油墨印刷技术均取得重大进展。
专业废气处理环保设备
2.存在问题
（1）源头替代及控制力度不足。
（2）无组织排放问题突出。
（3）末端治污设施简易低效。VOCs末端治理技术百花齐放、乱象丛生，增加了企业选择的难度， 治污设施建设质量良莠不齐，应付治理、无效治理等现象突出。软包装行业中，投资并有效运行VOCs焚烧、回收等高效VOCs治理装置的企业占比较小，而大多数企业（部分地区甚至达90%以上）采用低温等离子、光催化、光氧化等低效技术，治污效果差。一些企业由于设计不规范、系统不匹配等原因，即使选择了高效治理技术，也未取得预期的治污效果。
（4）运行管理不规范。VOCs治理需要全面加强过程管控，实施精细化管理。一些企业采用活性炭吸附工艺，但长期不更换吸附材料。
（5）监测监控不到位。我国VOCs监测工作尚处于起步阶段，企业自行监测质量普遍不高，点位设置不合理、采样方式不规范、监测时段代表性不强等问题突出。
政策环境变化
1.2019年6月26日，生态环境部发布了《重点行业挥发性有机物综合治理方案》（环大气[2019]53号）。该方案在对前期的VOCs治理工作进行总结的基础上，提出了针对不同工况、不同重点行业的VOCs实用治理技术，并对不同技术的适用范围进行了界定，对今后重点行业的VOCs末端治理工作具有重要的指导意义。
该方案明确了六大重点行业VOCs治理任务，并对京津冀及周边、长三角和汾渭平原三大重点区域提出了更为严格的治理要求。同时《方案》明确要求塑料软包装印刷企业推广使用水醇性油墨、单一组分溶剂油墨，无溶剂复合技术、共挤出复合技术等，鼓励使用水性油墨、辐射固化油墨、紫外光固化光油、低（无）挥发和高沸点的清洁剂等。
2.2019年5月24日，生态环境部发布《挥发性有机物无组织排放控制标准》（GB37822-2019）。
3.《印刷工业污染防治可行技术指南》已通过评审，国家标准 《印刷工业挥发性有机物排放标准》正在制订中。
专业废气处理环保设备
方案要求各地应根据《关于加强重污染天气应对夯实应急减排措施的指导意见》，指导工业企业制定“一厂一策”实施方案.
4.2019年10月11日，生态环境部印发《京津冀及周边地区2019-2020年秋冬季大气污染综合治理攻坚行动方案》，方案要求各地应根据《关于加强重污染天气应对夯实应急减排措施的指导意见》，严格按照Ⅲ级、Ⅱ级、Ⅰ级应急响应，指导工业企业制定“一厂一策”实施方案，明确不同应急等级条件下停产的生产线、工艺环节和各类减排措施的关键性指标，细化各减排工序责任人及联系方式等。同时，实施差异化应急管理。
VOCs减排技术进展
近年来，凹印软包装行业不论是源头削减、过程控制还是末端治理均取得了明显的进步。
1.源头削减与水墨（水醇油墨）应用
从源头上减少溶剂的使用量或者仅使用有利于末端治理的溶剂，从长远来讲是实现行业VOCs减排的根本解决措施。在复合环节，挤出复合、无溶剂复合、水性复合、胶干式复合都是已经成熟的技术。在印刷环节，单一溶剂油墨、水性油墨及水醇油墨、UV塑料凹印、EB塑料胶印等前沿技术开始得到应用。
水性油墨和水醇油墨凹印技术是当前软包装领域的热点之一，采用水墨从源头治理VOCs是最理想的方法。目前国内已有十几家油墨企业研制成功水性油墨或水醇油墨并投放市场；国内所有的一线凹印机生产企业和部分二线凹印机生产企业都相继推出了适应水性油墨的凹印机—水墨印刷机；凹印制版企业也相应推出适应水墨的浅版。因此，水墨、水墨凹印机、水墨浅版及耗材等水性油墨应用产业链已成雏形。
目前行业里已初步解决了水墨的初干、彻干问题，油墨对基材的润湿、体系对颜料的分散问题，适应浅版印刷的遮盖力问题。近期又初步解决了附着牢度和干燥问题，这些突破将塑料软包装水墨印刷技术又向前推进了一步。
总体来说，水性油墨在市场的应用雷声大、雨点小，对传统溶剂墨的替代率很低。应用企业很大程度上是将其作为一种技术储备，小批量试用的企业较多，真正大批量应用的较少。印刷适应性、复合适应性、对BOPP、BOPET、BOPA等基材的适应性等方面都有待进一步的完善。无论如何，水性油墨的成功试用和使用，是一个良好的开端，需要油墨制造商、凹印机制造商、凹印软包装企业不断努力使之成熟。
目前，应用于塑料表印、纸张凹印等的水性墨产品已较成熟，但应用比例不大，在复合软包装领域也已经有一些企业开始水醇油墨的工业化应用。
2.过程控制和无组织排放管控
过程控制和无组织排放管控即从印刷和复合加工过程中通过改进烘干的效率和生产现场管理等措施达到VOCs减排目的。目前，减风增浓和无组织排放管控技术已经逐步成熟。
过程控制主要措施是对印刷复合设备进行技术革新，使生产排放的VOCs尾气的风量减小、浓度提高，同时增加热能利用等。在油墨、胶粘剂调配、运送、印刷干燥、洗版擦版、贮存等过程采取有效措施，减少无组织排放。例如，印刷设备增加LEL装置、部分区域软封闭、半封闭墨槽及油墨槽加盖、全封闭挡墨装置及推行清洁生产等。
3.末端治理-系统工程
凹印软包装行业的废气排放为中等浓度、大风量，且随着工况变化而变化。
末端治理技术如吸附回收技术、燃烧技术等本身是比较成熟的，但在与凹印软包装行业的“无缝对接”上，需要做许多细致艰苦的工作。末端治理技术在软包装行业有很多成功的案例，也有不少失败的案例。因此，企业应该因情制宜、统筹考虑，精心选择适合本企业条件的治理技术方案，不应盲目效仿。
末端治理技术目前主要有两个方向：一个方向是回收，包括吸收法、吸附法及冷凝法等。另外一个方向是销毁，包括燃烧法、光催化法、等离子法及生物法等。近两年，通过RTO燃烧法进行软包装行业VOCs治理成为主流方法。
（1）回收法
回收法是通过物理的方法，改变温度、压力，或采用选择性吸附剂和选择性渗透膜等方法来收集分离有机气相污染物，主要技术有吸附、吸收、冷凝及膜分离技术。回收的挥发性有机物可以直接或经过简单纯化后返回工艺过程再利用，以减少原料的消耗，或者用于有机溶剂质量要求较低的生产工艺，或者集中进行分离提纯。
在凹印工序中，已经有一些大型企业采用回收法，取得了良好的的应用效果。但回收法投资较大，比较适合拥有多条生产线的大型企业。
（2）燃烧法
燃烧法的主要技术分为直接燃烧法、蓄热式燃烧RTO、催化蓄热燃烧RCO等。目前燃烧法应用较为成熟，有机废气经过燃烧后产生的热能可以直接回收，按需要输出热能，实现废气治理的同时可以取代燃气锅炉作为供热设备。在我国，应用RTO燃烧法治理VOCs的印刷企业相对较多。
对中小企业来说，燃烧法投资依然比较大。一些企业已经研发出了小型燃烧装置并开始应用，但实际效果还有待实践和时间验证。
（3）低温等离子体、光催化、光氧化等技术的应用
该类技术在《重点行业挥发性有机物综合治理方案》中被列为低效治理技术之列。近年来，很多地市都提出了要求限期短期快速治理，迫于形势、资金以及技术和市场的压力，一些凹印企业仓促选择了等离子、光催化、光解等投资较小的临时过渡措施，效果并不理想。同时，有专家认为，近年来工业城镇造成臭氧超标的其中因素就是滥用等离子体和产生臭氧的UV光催化氧化设备。目前，已有多地环保部门叫停了单一采用等离子等技术治理VOCs。
任何技术的完善都需要一个发展过程。目前国内很多企业和研究机构在进行低温等离子体等技术的深化研究工作，包括与其他技术的协同净化技术的研究开发，如低温等离子体+催化技术、低温等离子体+生物技术等。该类技术的应用还具有一定的提升空间。
（4）生物法
生物法具有设备简单，投资及运行费用较低，无二次污染等优点，近年来在有机废气净化领域的研究进展很快，适用范围不断拓宽。随着各种生物菌剂和新的生物填料的开发，其不断地取得突破，逐步拓展到醇类、酯类等多种类型的有机物的净化。但由于生物菌种对有机物的降解具有专一性，只适合易生物降解的有机物的净化，普适性较差。
生物法本身是一种绿色环保的净化技术，在国外的VOCs治理领域深受青睐。从长远来看，生物净化技术将会得到更快的发展和更多的应用。
目前，部分企业开始使用生物法对水醇油墨印刷废气进行生化处理，取得了较好的效果。随着水醇油墨的工业化应用，与醇水油墨配套的末端治理设备将成为重要的研发领域。
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