活性炭集中再生与化工园区VOCs控制的新模式马永亮清华大学环境学院山东鹏达生态科技股份有限公司2023年3月马永亮清华大学环境学院大气污染与控制研究所主要研究方向：大气细颗粒物特征研究、大气污染综合防治规划、烟气脱硫除尘技术、粘性颗粒物的捕集技术、电除尘理论与技术、饮食油烟污染控制、VOCs控制技术等。主要学术兼职：中国环保产业协会废气净化委员会副主任委员，副秘书长中国环境学会大气委员会副秘书长电话：010-6277110113910845849E-mail:liang@mail.tsinghua.edu.cn1.背景与问题2.活性炭集中再生及移动床吸脱附技术3.化工园区VOCs控制的新模式主要内容SO2/NOx治理效果显著VOCs排放量居高不下1、背景与问题2200万吨2500万吨2010年2020年工业VOCs排放挥发性有机物兼具毒性&刺激性&致癌性；有机物（OM）是PM2.5的最主要组分，占比达20%－40%，其中，二次有机物占OM比例为30%－50%，气粒转化形成气溶胶，影响能见度（灰霾）；VOCs是现阶段重点区域O3生成的主控因子，导致大气氧化性增强。挥发性有机污染物气体排放及其危害337城市大气污染物浓度变化情况“十三五”以来空气质量总体改善明显，但O3持续反弹2019年，261个PM2.5未达标地级及以上城市平均浓度40微克/立方米，与2015年相比下降23.1%，提前完成“十三五”目标2019年，337个地级及以上城市PM10、SO2较2015年分别下降19%和52%NO2浓度持平；O3浓度上涨21%，涨幅明显PM2.5与O3超标率变化国务院：《大气污染防治行动计划》（“大气十条”），推进挥发性有机物污染治理，在石化、有机化工、表面涂装、包装印刷等行业实施挥发性有机物综合整治国际环保部：《挥发性有机物（VOCs）污染防治技术政策》国家环保部：《“十三五”挥发性有机物污染防治工作方案》国家环保部：出台石化行业、包装印刷等行业挥发性有机物综合整治方案2013201420162017全国人大会常委会：《新大气污染防治法》于2016年1月1日起施行，首次将挥发性有机化合物(VOCs)纳入监管范围2010《关于推进大气污染联防联控工作改善区域空气质量的指导意见》（国办发[2010]33号）2018中共中央国务院：《关于加强生态环境保护坚决打好污染防治攻坚战的意见》国务院：《打赢蓝天保卫战三年行动计划》92019年《重点行业挥发性有机物综合治理方案》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》。目标是到2020年，建立健全VOCs污染防治管理体系，重点区域、重点行业VOCs治理取得明显成效，完成“十三五”规划确定的VOCs排放量下降10%的目标任务，协同控制温室气体排放，推动环境空气质量持续改善。《2020年挥发性有机物治理攻坚方案》2020年6月24日,生态环境部发布了《2020年挥发性有机物治理攻坚方案》。目标是通过攻坚行动，VOCs治理能力显著提升，VOCs排放量明显下降，夏季O3污染得到一定程度遏制，重点区域、苏皖鲁豫交界地区及其他O3污染防治任务重的地区城市6-9月优良天数平均同比增加11天左右，推动“十三五”规划确定的各省（区、市）优良天数比率约束性指标全面完成。2021年《关于加快解决当前挥发性有机物治理突出问题的通知》碳基材料为核心的吸附技术在工业VOCs治理领域发挥重要作用10活性炭吸附工艺碳纤维回收工艺效率高能耗低工艺成熟运行费用低Environ.Sci.Technol.,2017,51,6288;ACSCatal.,2018,8,4213工业源VOCs排放量约：2000-2300万吨/年技术特点数据源:国家大气污染防治攻关联合中心橡胶行业电子元件印刷行业涂料生产表面涂装医药行业化工行业石油化工活性炭吸附浓缩+催化燃烧设备去除率设计因素，过滤系统过滤等级过低，大量粉尘或漆雾穿透滤材至活性炭层，活性炭表面被粉尘或漆雾覆盖致使吸附效果变差。另外，高浓度的有机废气也可使活性炭快速穿透，出现系统去除率偏低的情况，一般VOCs浓度高于300mg/m³时，活性炭+催化燃烧装置即可能存在超标风险。运维因素，活性炭+催化燃烧装置长期不脱附或者脱附周期设置过长、过滤棉或活性炭长期不更换，活性炭经过频繁脱附后未及时更换导致高沸点物质残留量升高等因素。上限98下限0中位65活性炭吸附浓缩+催化燃烧VOCs去除率在0%-98%之间均有分布，50%以上的设备去除率高于65%以上，也有部分设备VOCs去除率低于30%。12缺乏针对化工、医药等行业特殊性VOCs的专用碳基材料高湿环境下，水蒸气与VOCs发生竞争吸附含氯VOCs吸附时，表面极性不匹配导致吸附容量下降反应性VOCs（丙烯酸、苯乙烯等）易在孔道内发生缩聚反应堵塞孔道溶剂回收用的活性碳纤维材料强度和吸附容量有待协同提高需要开发专用碳基材料13橡胶、橡塑等化工行业大风量、中高沸点VOCs治理技术及装备传统吸附技术处理大风量、中高沸点VOCs面临阻力大、气流分布不均匀难题固定床反应器安全性较差，易自燃，高沸点溶剂回收率较低移动床净化工艺及装备固定床碳材料自燃VOCs固定床吸附装置开发基于移动床的VOCs吸附技术及原位再生净化工艺装备14VOCs治理产生废炭来源复杂，再生/再造等资源化利用困难来源复杂，含半挥发性有机物、高分子聚合物和灰分等，且形态多变资源化利用安全处置要求高，易产生二次污染研发废炭分类预处理和资源化提质增效新技术1.背景与问题2.活性炭集中再生及移动床吸脱附技术3.化工园区VOCs控制的新模式主要内容16荣誉资质：国家专精特新企业国家高新技术企业低碳山东行业领军单位山东省民营企业创新100强山东省瞪羚企业挥发性有机物污染控制材料与技术国家工程实验室（淄博）石油化工（煤化工）行业多功能活性炭材料及净化剂技术中心山东鹏达生态科技股份有限公司长期从事碳材料及资源化技术研究，是国内最大的碳基危废再生资源化利用企业。正在建设“低碳环保产业园”。山东鹏达生态科技股份有限公司企业概况公司研发中心占地1500平方米，拥有VOCs吸附评价装置、脱硫脱硝脱碳一体化试验装置、高炉烟气装置、丁烷吸附评价装置、四氯化碳吸/脱附装置以及实验室球磨机、挤条机、加热炉、烘干机、气相色谱仪、全自动比表面及孔径分析仪、耐磨强度测定仪、智能颗粒强度试验机、四氯化碳测定仪等实验、分析、评价设备110余台（套）。公司近年承担多项挥发性污染有机物控制及碳基功能材料领域国家、省、市级重点研发项目，包括国家重点研发计划1项、山东省重大科技创新工程项目1项以及市级重点研发计划3项。2022年10月，公司作为项目牵头单位，联合清华大学、中国科学院大学、中国科学院过程工程研究所、中国科学院大连化学物理研究所、中国科学院山西煤炭化学研究所、中国石油化工股份有限公司、中国矿业大学（北京）等国内9家科研院所及龙头企业，共同成功申报国家重点研发计划项目“碳基VOCs吸附材料提质增效、结构优化与再生资源化关键技术及应用”2022年11月，“碳基功能材料循环利用及其在大气污染物治理中应用”技术成果获中国循环经济协会科技进步一等奖。20活性炭集中再生及资源化技术与装备VOCs吸附饱和炭原料特性分析和分类研究对于可再生废炭，建立高效集中再生工艺对于常规意义上的不可再生废炭，建立资源化再造工艺构建分散吸附-集中再生及资源化应用管理模式针对废炭来源复杂的问题，根据废炭的形态、灰分、孔隙率、机械强度、热解气化等特性，建立标准化的废炭分类、预处理及再生方案。废旧碳基吸附材料物化特性和热解特性研究“废炭筛分-分类-调质预处理”技术研究废炭“储运-分析-筛分-配伍”过程控制及装备研发废旧碳基吸附材料特性分析和配伍研究针对VOCs治理过程中产生的不同类型的废碳基吸附材料，结合XRD、TG-DSC、红外-质谱联用、高分辨质谱等分析方法，对废炭组分实现精准分析，同时研究废炭热解气化的反应动力学、热力学，建立“废炭配伍-再生吸附性能”匹配模型。针对不同类型的废旧碳基吸附材料进行“废炭筛分-分类-调质”研究，保证废碳基材料的颗粒性、流体特性的均质性。废炭“运输-储运-分析-筛分-配伍”过程控制及污染物排放控制技术及核心装备。“废炭筛分-分类-调质”工艺撬装式吸附罐分析-筛分-配伍系统高效解析装置循环利用22“高压蒸汽”“高温炭化”再生gasinH2/N2碳基固废+催化剂碳基固废+催化剂gasout中低温段(200-400oC)高温段(600-800oC)VOCs可再生废炭提质增效“生化预处理-破碎成型-炭活化”再造废旧碳基材料废弃生物质微生物整体式生物反应器植物基复配粘结剂破碎、成型炭活化一体制备表面修饰功能化N2/Cat不可再生废炭资源化利用碳基功能材料调整含氮/含氧官能团种类和含量，调控表界面性质；调控比表面积和微/介孔比例。SO2吸附脱除工艺优选过渡金属和稀土金属组分，并对比例进行调变，提高氧化还原能力和表面氧空位数量。SCR脱硝工艺疏水官能团与金属离子同步引入提高高湿环境VOCs吸附容量；调变碳材料表面硬酸位点提高含氯VOCs吸附容量。VOCs吸附脱除工艺集中再生过程污染物排放控制技术基于碳基功能材料的吸附-催化体系实现集中再生过程中多污染物排放控制。SO2和VOCs通过吸附工艺净化NOx通过SCR技术净化;形成多污染物协同控制技术。吸附层储料层卸料层排气筒预处理有机废气超低排放解吸器冷凝器溶剂分离器溶剂储存器电加热器生产车间低温循环水输送设备输送设备氮气/水蒸汽移动床连续吸脱附冷凝回收一体化装置25移动床VOCs高效治理与原位脱附回收技术移动床治理技术及装备高效吸附塔全密闭物料输送系统热氮气再生脱附设备溶剂油冷凝及固液分离设备VOCs回收利用碳材料循环利用球形炭强度调控工艺优化及安全控制优化匹配英科医疗PVC手套车间20万m³/hVOCs治理及溶剂回收一体化项目建设单位：英科医疗科技股份有限公司项目所在地：山东淄博市临淄区清田路18号厂内生产规模：24条PVC手套生产线污染治理场所：PVC手套生产车间烤箱集烟段主要污染物：D70溶剂油处理风量：20万m³/h处理前浓度：≈1000mg/m³处理后浓度：＜10mg/m³溶剂油回收量：≈1600吨/年设备占地面积：25m10m原料油经鹏达处理后回收油原冷凝电捕的回收油可直接回用英科医疗PVC手套车间20万m³/hVOCs治理及溶剂回收一体化项目医药中间体行业反应釜甲苯回收项目建设单位：山东隆盛和助剂有限公司项目所在地：山东省淄博市临淄区乙烯路299号生产规模：32条生产线（两个生产车间）污染治理场所：多氯联苯生产车间及污水池废气主要污染物：甲苯、二氯联苯、氯气、氢气处理风量：≈5000m³/h处理前浓度：大于50000PPm（间歇式排放）处理后浓度：＜20mg/m³溶剂油回收量：≈360吨/年设备占地面积：15m4m金属压延行业铝箔轧制油回收项目建设单位：洛阳龙鼎铝业有限公司项目所在地：河南省洛阳市伊川县白沙乡常岭村主要污染物：轧制油雾处理风量：≈5000m³/h处理前浓度：≈500mg/m³处理后浓度：＜10mg/m³设备占地面积：6m4m溶剂油回收量：≈20吨/年生物制药行业溶剂回收项目建设单位：山东星之联生物股份有限公司项目所在地：山东省淄博市张店区湖田镇柳杭村西生产规模：2条生产线污染治理场所：生产车间主要污染物：二氯乙烷、乙醇处理风量：≈12000m³/h处理前浓度：≈200mg/m³（间歇式排放）处理后浓度：＜60mg/m³溶剂油回收量：≈20吨/年设备解吸方式：水蒸气1.背景与问题2.活性炭集中再生及移动床吸脱附技术3.化工园区VOCs控制的新模式主要内容针对企业单体的VOCs综合解决解决方案-----精准把脉、一厂一策有回收价值，体量较大的：采用移动床连续吸脱附冷凝回收一体化装置+定制的碳基吸附材料：碳基材料在运行过程中有损耗，产生碳基材料粉末，作为危废进行处置，装置需要及时补充新的碳基材料才能正常使用；有回收价值，体量较小的：采用移动床多级吸附净化装置+定制碳基吸附材料+异位再生：碳基材料吸附饱和需要运回集中处置/再生基地进行再生，再生后的碳基材料与解吸出的溶剂返回设备继续使用；再生过程碳基材料有损耗需补充；没有回收价值，吸附饱和的碳基材料可再生的：采用移动床多级吸附净化装置+定制碳基吸附材料+异位再生：碳基材料吸附饱和需要运回集中处置/再生基地进行再生，再生后的碳基材料返回设备继续使用；再生过程碳基材料有损耗需补充；没有回收价值，吸附饱和的碳基材料无法再生的：采用移动床多级吸附净化装置+定制碳基吸附材料+异位处置：碳基材料吸附饱和需要运回集中处置/再生基地进行无害化处置，移动床多级吸附净化装置需要及时补充新的碳基材料才能正常使用。工业园区的VOCs无组织排放具有行业面广、工艺复杂、工段繁多等特点，且风量小、浓度低，难以实现废炭材料原位再生及VOCs回收利用；中小企业在废炭处置方面具有管理不规范、转移不及时、处置费用高等突出问题。工业园区VOCs无组织排放废气处理应用领域：针对工业园区及产业集群的VOCs综合治理解决方案-----分散吸附+集中再生模式VOCs治理分散吸附+集中再生平台搭建思路山东鹏达碳基材料处置/再生基地危废库/转运车间企业C山东鹏达生态科技股份有限公司吸附饱和的材料淄博市五区三县涉VOC企业企业B企业A企业D…...饱和预警-卸料-转运PIDVOCs在线监测仪VOCs专用吸附材料移动床VOCs治理装置（再生的）再生后的吸附材料返回继续使用运行管理维护人员处置/再生成套装备成套工艺设计工艺包（处置的）补充新碳基材料第三方运营山东英科医疗科技股份有限公司山东星之联生物科技股份有限公司山东隆盛和助剂有限公司山东隆华新材料股份有限公司山东飞源新材料有限公司中国石化齐鲁石油化工公司鲁华泓锦新材料股份有限公司淄博春旺达化工有限公司天泓环境科技有限责任公司山东英科医疗制品有限公司山东清源石化有限公司淄博首拓环境科技有限公司山东新华制药股份有限公司山东齐隆化工股份有限公司淄博鑫泰石化有限公司淄博包钢灵芝稀土高科技股份公司淄博齐翔腾达化工股份有限公司淄博加华新材料资源有限公司淄博绿能新能源有限公司淄博睿霖化工有限公司山东文远环保科技股份有限公司山东浩德乳胶科技股份有限公司山东鲁林木业有限公司山东天迈化工有限公司淄博金茵化工有限公司淄博腾辉油脂化工有限公司淄博彤易斋化工有限公司瑞阳制药有限公司瑞阳制药有限公司（开发区）山东泉聚新材料有限公司淄博和美华医药科技有限公司沂源精工医药塑业有限公司山东慧科助剂股份有限公司山东瑞丰高分子材料有限公司山东飞源合成材料有限公司山东科汇药业有限公司山东立新制药有限公司山东华元新材料有限公司山东博汇纸业股份有限公司山东汇丰石化集团有限公司有道轮胎有限公司淄博恒久聚氨酯科技股份有限公司山东清河化工科技有限公司山东新华制药股份有限公司淄博华澳化工有限公司山东齐鲁华信实业股份有限公司山东兴鲁生物科技有限公司山东蓝天家具有限公司淄博华鸣新材料有限公司淄博鸿海化纤有限公司淄博锦彤化纤有限公司淄博正业塑料助剂有限公司鲁维制药集团有限公司污水处理厂淄博市博山东方化工厂淄博市博山瑞吉特化工有限公司淄博三福化工有限公司淄博固腾化工有限公司山东瑞海金山化学有限公司山东瑞纳特化工有限公司淄博瀚博化工有限责任公司淄博市临淄齐德化工有限公司淄博熙源石油化工有限公司淄博新塑化工有限公司山东隆森化工科技有限公司服务企业近300家，每年帮助企业回收溶剂约8000吨，处置废炭近万吨，再生废炭12000m³，VOCs减排9200吨，二氧化碳减排27600吨。未来三年服务企业达到1500家，每年可帮助企业回收溶剂约16000吨，处置废炭18000吨，再生废炭26000m³，VOCs减排18600吨，二氧化碳减排55800吨。谢谢THANKS马永亮电话：13910845849邮箱：liang@mail.tsinghua.edu.cn刘朋：山东鹏达VOCs事业部总经理电话：15853300701冯卿：山东鹏达VOCs事业部总工程师电话：15853300868/13701199649地址:山东省淄博市临淄区经济开发区凤凰大道1188号网址：www.pengdaep.com