挥发性有机物VOCs污染防治技术政策.docx
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挥发性有机物VOCs污染防治技术政策
《挥发性有机物(VOCs)污染防治技术政策》
(征求意见稿)编制说明
《挥发性有机物(VOCs)污染防治技术政策》编制组
2012年8月
项目名称:
挥发性有机物(VOCs)污染防治技术政策 项目统一编号:
51.1.1
承担单位:
中国环境保护产业协会、解放军防化研究院(中国人民解放军63971部队)、中国科学院生态环境研究中心
主要起草人:
燕中凯、栾志强、刘媛、王喜芹、郝郑平、王海林等 项目管理负责单位及负责人:
清华大学环境学院 高志永 环保部科技标准司项目管理人:
刘睿倩
目 录
1 项目背景 .................................................................. 14
1.1 任务由来 ............................................................................................................ 14
1.2 工作过程 .............................................................................................................. 14
2 挥发性有机物(VOCs)污染与控制现状........................................................... 15
2.1 VOCs污染排放源与排放特点...................................................................... 15
2.2 VOCs污染末端治理技术现状.................................................................................. 20
2.3 国内外VOCs污染防治相关政策法规与标准...................................................... 26
3 技术政策编制必要性............................................................................................ 31
4 源头控制与典型行业清洁生产技术.................................................................... 32
4.1 石油炼制和石油化工行业...................................................................................... 32
4.2储运销过程 .................................................................................................................. 32
4.3 含VOCs产品的生产.................................................................................................... 33
4.4 含VOCs产品使用过程的清洁生产工艺............................................................. 35
5 典型行业排污与适用的末端治理技术............................................................... 37
5.1 油气回收 ................................................................................................................. 37
5.2包装印刷 ......................................................................................................... 37
5.3 汽车制造 ............................................................................................................... 38
5.4 光电产品制造 ..................................................................................................... 39
5.5 家具制造 ................................................................................................................. 42
5.6 装备涂装 .................................................................................................................. 43
6 本技术政策的制定原则、依据和技术路线........................................................ 44
6.1 制定原则 ....................................................................................................... 44
6.2 编制依据 ........................................................................................................ 44
6.3 技术路线 ............................................................................................................. 44
7 主要技术内容的说明............................................................................................. 45
7.1 总则 .......................................................................................................... 45
7.2 源头控制 ............................................................................................................. 47
7.3 末端治理与综合利用......................................................................................... 50
7.4 鼓励研发的新技术新材料......................................................................................... 52
1项目背景1.1任务由来2011年,环境保护部在《关于开展2011年度国家环境技术管理项目工作的通知》(环办函〔2011〕565号)中下达了《挥发性有机物(VOCs)污染防治技术政策》的编制任务,项目统一编号2011-8,承担单位有中国环境保护产业协会、中国人民解放军防化研究院和中国科学院生态环境研究中心。
1.2工作过程
(1)2011年3月成立了《挥发性有机物(VOCs)污染防治技术政策》编制组。
编制组在《吸附法工业有机废气工程技术规范》和《催化燃烧法工业有机废气工程技术规范》编制工作基础上,进一步收集了国家相关产业政策和行业发展规划、国内外有关VOCs综合排放标准和行业排放标准、VOCs污染控制技术的发展和现状等资料,并开展了大量调研工作。
(2)现场考察编制组深入北京、辽宁、长三角和珠三角等地的企业进行实地调研,并收集了相关数据,对典型污染行业的适用技术进行了归纳总结。
(3)技术政策编制培训
为了贯彻落实《国家环保技术管理体系建设规划》,规范污染防治技术政策的制修订工作,确保技术政策科学严谨,并具有可操作性,以推动我国污染防治技术的发展,环保部科技标准司制定了《污染防治技术政策编制要求》。
为了指导和帮助技术政策编制人员更好地理解和把握该要求精神,科技标准司于2011年7月15日在北京召开技术政策编制培训会。
编制组指派主要编制人员参加了培训,掌握了技术政策框架及其编制的指导思想。
(4)研讨会
在上述工作基础上,综合考虑VOCs污染预防的复杂性,技术政策编制需要解决的涵盖范围和编制深度等重大问题,2012年2月组织召开管理部门、编制组、相关污染治理企业、污染行业工业协会、各方专家等共同参与的讨论会,听取管理部门的工作要求以及专家和企业代表的编制建议,对技术政策的范围和深度进行深入讨论。
明确了本技术政策的适用范围(主要针对固定源,包括生活源和工业源,重点在工业源),加强对源头控制和末端治理的技术路线的描述(有选择性对重点行业进行说明),并考虑与现有法律法规、政策标准体系的衔接。
会后课题组根据会议精神确定《挥发性有机物(VOCs)污染防治技术政策》体系框架,增加了生活源和工业源的相关内容,编制了《挥发性有机物(VOCs)污染防治技术政策》初稿及开题报告。
(5)开题会
2012年4月,环境保护部科技标准司在北京组织召开了《挥发性有机物(VOCs)污染防治技术政策》开题论证会,参加会议的有中国环境保护产业协会、防化研究院、中科院生态环境研究中心、清华大学、中国矿业大学、华南理工大学、北京市环境保护科学研究院的专家和代表。
(6)2012年5月,与各相关工业协会进行合作调研,对我国典型行业污染的总量和趋势进行分析,确定需要重点说明的污染行业和治理技术,完善《挥发性有机物(VOCs)污染防治技术政策》征求意见稿和编制说明。
2 挥发性有机物(VOCs)污染与控制现状 2.1 VOCs污染排放源与排放特点 2.1.1 VOCs污染排放源分析
VOCs排放源非常复杂,从大类上分,主要包括自然源和人为源,自然源主要为植被排放、森林火灾、野生动物排放和湿地厌氧过程等,目前仍属于非人为可控范围。
VOCs主要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。
移动源是指汽车、轮船、飞机等各种交通运输工具的排放。
目前针对移动源已有《机动车污染防治技术政策》(环发[1999]134号)等专门的技术政策,在本项目中不再述及。
生活源VOCs排放对象复杂,包括建筑装饰、油烟排放、垃圾焚烧、秸秆焚烧、服装干洗等等。
其中,建筑装饰、垃圾焚烧、秸秆焚烧等只能从源头进行控制。
建筑装饰减少VOCs排放主要通过使用环保涂料解决,无组织的垃圾焚烧和秸秆焚烧等主要通过立法进行限制,另外可以通过农村家庭炉灶改造提高秸秆燃烧效率。
餐饮油烟可以通过末端控制进行净化。
服装干洗则主要在于设备的改进,通过推行密闭干洗机,使含VOCs溶剂密闭运行,可起到很好的减排作用。
工业源VOCs排放所涉及的行业众多,具有排放强度大、浓度高、污染物种类多、持续时间长等特点,对局部空气质量的影响显著。
另外,工业源通过管控可以获得较明显改善,特别是工业源中的重点工业行业,因为产生的VOCs占比较大,一般为有组织排放,浓度高,易于收集和处理,且有较为成熟的治理技术。
工业源包括四个产污环节:
VOCs生产过程环节,VOCs产品的储存、运输和营销环节,以VOCs为原料的工艺过程环节和含VOCs产品的使用过程环节。
其中VOCs生产过程环节包括炼油与石化、有机化工等溶剂提炼或有机物产生的行业;储存、运输和营销环节主要是油品、燃气、有机溶剂的储存、转运、配送和销售过程,以VOCs为原料的工艺过程环节包括众多行业,如涂料行业,合成材料行业,食品饮料行业,胶粘剂生产行业,日用品行业,农用化学品行业和轮胎制造行业等;含VOCs产品的使用过程环节包括装备制造业涂装、半导体与电子设备制造、包装印刷、医药化工、塑料和橡胶制品生产、人造革生产、人造板生产、造纸行业、纺织行业、钢铁冶炼行业等等。
其中,装备制造业涂装涵盖所有涉及到涂装工艺的行业,如机动车制造与维修、家具、家用电器、钢结构、金属制品、彩钢板、集装箱、造船、电器设备等众多行业。
工业源VOCs排放涉及的行业众多,目前缺乏权威认可的排放清单。
2009年起环保部污控司组织中科院生态中心、清华大学、同济大学、解放军防化研究院、地质大学、华南理工大学等高等院校和科研院所中VOCs防治领域的专家对人为源排放情况进行估算。
表1列出了估算的结果,其中工业源排放量占整个人为源的比重最高达55.5%,工业源中的重点工业行业包括石油炼制和储运、化工、溶剂使用(包括表面涂装)等。
在工业源的四个产污环节中,含VOCs产品的使用过程环节排放最多,占整个工业源排放的60%以上(图1),应予以重点控制。
表1 重点行业排放VOCs占人为源的比重(2009年估算结果)
(2)在大多数情况下,生产工艺尾气中同时含有多种污染物。
在大多数的行业中,气态污染物往往是以混合物的形式排放。
如喷涂废气中通常含有苯系物(BTEX)和酮类、脂类等;印刷废气中通常含有苯类、脂类、酮类和醇类等;制药行业中通常含有酸性气体、普通有机物和恶臭气体等。
(3)不同的生产工艺所排放的工艺废气工况条件(浓度、流量、连续或间歇、温度、湿度、颗粒物等)复杂多样。
不同行业、同一行业中的不同工序所排放的有机气体的温度和湿度具有很大的差异。
如一般喷涂过程中所排放的为常温气体,在化学化工、制药等行业所排放的往往为高温气体。
在同一行业中,如汽车的喷涂线排放的为常温气体,而烘干线排放的则为高温气体。
喷涂线漆雾经过水幕净化后会形成高湿度的废气,制药工业发酵灌尾气的湿度接近100%。
在大多数情况下,常温废气中往往掺杂一定量的颗粒物。
装备制造业涂装工艺中会产生大量的漆雾颗粒物等。
(4)生活源所排放的VOCs为面源,点多面广,通常为无组织排放,无法进行末端净化(除餐饮油烟外),一般通过政策导向或立法进行源头控制。
2.2 VOCs污染末端治理技术现状
VOCs的末端控制技术可以分为两大类:
即回收技术和销毁技术(图4)。
回收技术是通过物理的方法,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富集分离有机污染物的方法,主要包括吸附技术、吸收技术、冷凝技术及膜分离技术等。
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。
销毁技术是通过化学或生化反应,用热、光、催化剂或微生物等将有机化合物转变成为二氧化碳和水等无毒害无机小分子化合物的方法,主要包括高温焚烧、催化燃烧、生物氧化、低温等离子体破坏和光催化氧化技术等。
吸附法是利用各种固体吸附剂(如活性炭、活性炭纤维、分子筛等)对排放废气中的污染物进行吸附净化的方法。
吸附法设备简单、适用范围广、净化效率高,是一种传统的废气治理技术,也是目前应用最广的治理技术。
主要包括固定床吸附技术、移动床(含转轮)吸附技术、流化床吸附技术和变压吸附技术等。
国内目前主要是采用固定床吸附技术,吸附剂通常为颗粒活性炭和活性炭纤维。
近年来,国外和我国台湾地区较多地采用了移动床(分子筛转轮吸附浓缩)技术。
吸附浓缩-催化燃烧技术是将吸附和催化燃烧相结合的一种集成技术,将大风量、低浓度的有机废气经过吸附/脱附过程转换成小风量、高浓度的有机废气,然后经过催化燃烧净化(见图5)。
该方法适合于大风量、低浓度或浓度不稳定的废气治理,通常适用的浓度范围低于1500mg/m3。
国内由防化研究院于1990年研制成功的固定床有机废气浓缩装置(“一种处理有机废气的空气净化装置”,专利号CN2175637),采用低阻力的蜂窝状活性炭作为吸附剂,成为目前我国喷涂、印刷等行业大风量、低浓度有机废气治理的主体设备之一。
后来又发展了活性炭纤维吸附剂固定床吸附浓缩装置、沸石转轮吸附浓缩/热空气脱附/燃烧装置(见图6)等。
2.2.2 焚烧与催化燃烧技术
在有机废气治理中,热力焚烧法只是在一些特殊的情况下被采用,如在汽车、家电等的烤漆废气处理,虽然此类废气中的有机物浓度并不高,但燃烧炉所产生的热量可以进行回收并用于烤漆房的加热,热量利用较好。
此外,当废气中含有能够引起催化剂中毒的化合物时,如含硫、卤素有机物,不宜采用催化燃烧法的,通常也采用热力焚烧法。
当废气中有机物浓度较低时,采用燃烧法能耗较大。
为了提高热利用效率,降低设备的运行费用,近年来发展了蓄热式热力焚烧技术(RTO,见图7),并得到了广泛应用。
蓄热系统是使用具有高热容量的陶瓷蓄热体,采用直接换热的方法将燃烧尾气中的热量蓄积在蓄热体中,高温蓄热体直接加热待处理废气,换热效率可达到90%以上,而传统的间接换热器的换热效率一般在50%~70%。
目前,VOCs治理技术中催化燃烧技术相对成熟。
早期的催化燃烧技术主要用于高浓度或者高温排放的有机污染物的治理,由于对空气的加热升温需要耗费大量的热能,在大风量、低浓度的VOCs治理中运行成本过高。
蓄热式催化燃烧技术(见图8)通常利用蜂窝状的陶瓷体作为蓄热体,将催化反应过程所产生的热能通过蓄热体储存并用以加热待处理废气,充分利用有机物燃烧所产生的热能。
和常规催化燃烧技术相比,蓄热式催化燃烧技术可以大大降低设备能耗,主要应用于较低浓度(一般在500~3000mg/m3之间)有机废气的净化。
2.2.3 生物技术
废气生物净化技术具有处理成本低、无二次污染的特点,在国内外得到了迅速发展,尤其适合于低浓度、大气量且宜生物降解的气体。
废气生物净化技术实质上就是通过附着在反应器内填料上的微生物,在新陈代谢过程中将废气中的污染物转化为简单的无机物(CO2、H2O和SO42-
等)和微生物细胞质的过程。
其中,废气中
的VOCs分解为二氧化碳、水等无机物;含硫恶臭污染物中的硫转化为硫化氢并进一步转化为环境中稳定的硫酸盐;含氮污染物中的氮转化为环境中稳定的硝酸盐或氮气。
2.2.4 冷凝技术
冷凝法是利用物质在不同温度下具有不同饱和蒸汽压的性质,降低系统温度或提高系统压力,使处于蒸汽状态的污染物从废气中冷凝分离出来的方法。
冷凝法适用于高浓度有机溶剂蒸汽的净化,经过冷凝后尾气仍然含有一定浓度的有机物,需进行二次低浓度尾气治理。
在有机废气治理中,通常采用常温水或低温水对高浓度的废气首先进行冷凝回收,冷凝后的尾气再进行吸附或催化燃烧处理。
对于低浓度的有机废气,当需要进行回收时,可以首先采用吸附浓缩的方法,吸附浓缩后高浓度废气再采用冷凝技术处理。
2.2.5 吸收技术
吸收法是采用低挥发或不挥发液体为吸收剂,利用废气中各种组分在吸收剂中溶解度或化学反应特性的差异,使废气中的有害组分被吸收剂吸收,从而达到净化废气的目的。
在VOCs的处理中,利用废气中的有机化合物能与大部分油类物质互溶的特点,常用高沸点、低蒸气压的油类等有机溶剂作为吸收剂。
吸收过程按其机理可分为物理吸收和化学吸收。
VOCs的吸收通常为物理吸收,根据有机物相似相溶原理,常采用沸点较高、蒸汽压较低的柴油、煤油作为溶剂,使VOCs从气相转移到液相中,然后对吸收液进行解吸处理,回收其中的有机化合物,同时使溶剂得以再生。
对一些水溶性较高的化合物,也可以使用水作为吸收剂,吸收液进行精馏以回收有机溶剂。
2.2.6 等离子体技术
低温等离子体净化技术(见图9)是近年来发展起来的废气治理新技术。
低温等离子体破坏技术属低浓度VOCs治理的前沿技术。
研究表明,C-S和S-H键比较容易被打开,因此低温等离子体技术对于臭味的净化具有良好的效果,如橡胶废气、食品加工废气等的除臭。
低温等离子体用于废气的净化具有很多的优势。
(1)由于等离子体反应器几乎没有阻力,系统的动力消耗非常低;
(2)装置简单,反应器为模块式结构,容易进行易地搬迁和安装;(3)不需要预热时间,可以即时开启与关闭;(4)所占空间较小;(5)抗颗粒物干扰能力强,对于油烟、油雾等无需进行过滤预处理。
2.2.7 光催化技术
光催化氧化法主要是利用光催化剂(如TiO2)的光催化性,氧化吸附在催化剂表面的VOCs。
利用特定波长的光(通常为紫外光)照射光催化剂,激发出“电子-空穴”(一种高能粒子)对,这种“电子-空穴”对与水、氧发生化学反应,产生具有极强氧化能力的自由基活性物质,将吸附在催化剂表面上的有机物氧化为二氧化碳和水等无毒无害物质。
光催化氧化与电化学、O3、超声和微波等技术耦合可以显著提高对有机物的净化能力。
目前光催化氧化技术存在反应速率慢、光子效率低、催化剂失活和难以固定等缺点。
该法目前在工业VOCs的净化中还未大规模应用。
2.2.8 膜分离技术
膜分离是利用天然或人工合成的膜材料分离污染物的过程。
该法是一种新型的高效分离方法,适合处理高浓度的有机废气。
其基本的工艺如图10所示。
有机废气首先进入压缩机压缩后冷凝,冷凝下来的有机物进行回收,余下的进入膜分离单元后分为两股,一股返回压缩机重新进行处理,一股处理后排出。
2.3 国内外VOCs污染防治相关政策法规与标准 2.3.1 国外VOCs污染防治相关政策法规与标准
欧美等发达国家在20世纪90年代初就建立了相关的VOCs人为源排放清单数据库,并保持逐年更新。
在VOCs控制管理方面,欧美等发达国家也走在前面,在90年代便出台了相关法律法规,如美国的《大气清洁法》,欧盟的《欧洲清洁空气计划》指令1999/13/EC和2004/42/EC 以及1994/63/EC、1996/61/EC等行业指令,对VOCs的排放标准和排放源进行限制,并且多次修改和补充,日趋严格,有效控制了VOCs的排放。
美国早在1963年就制定了大气清洁法(CAA),1990年又进行了修改,在原来限制VOCs上强化增加了对有害大气污染物质的限制,在该法中,为适应各区的环境基准又规定了相应的基准值RACT(合理可行控制技术)、BACT(最佳可行控制技术)、LAER(最低可达排放速率),并对污染源(包括原有和新增源)排放VOCs提出了明确限制。
欧盟在1996年公布了关于完整的防治和控制污染的指令1996/61/EC,对包括石油冶炼、有机化学品、精细化工、储存、涂装、皮革加工等6大类33个行业制定了VOCs的排放标准,对有机溶剂行业则详细制定了关于VOCs排出限制的指令1999/13/EC,随后的2004/42/EC指令对建筑和汽车等特定用途的涂
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