挥发性有机物污染控制工程

1.挥发性有机物污染控制工程 由几位在废气净化领域内长期从事VOCs污染控制技术研究的知名专家，组织国内有关教学、科研及长期工作在VOCs防治一线的工程技术人员共同编著。

 

本书主要讲述挥发性有机物污染控制的理论和方法。首先讲解VOCs治理的主要工艺理论（吸收法、吸附法、催化法、生物法、燃烧法），同时穿插讲解了其他方法（冷凝法、低温等离子体、变压吸附、光解及光催化法等）的理论；书中采取理论与实践相结合的叙述方法，分别介绍了转轮浓缩、RTO、RCO处理工艺，另外还分行业（石油化工、包装印刷、喷漆涂布等）介绍了VOCs的具体治理工艺,还讲述了室内VOCs的防治技术。*后还介绍了VOCs的检测技术和方法。同时书后还附上几个典型案例。给读者提供一个从理论到实践的完整的知识体系。本书不仅有一定的理论深度，而且有实践经验的总结，是一本理论与实践紧密结合的书籍。本书不仅是挥发性有机物污染控制、治理的培训教材，还可作为高等院校相关专业的教材，而且是从事科研、管理、工程设计及VOCs治理一线的工程技术人员的非常实用的参考书。

李守信，华北电力大学，教授，1967年毕业于天津大学，华北电力大学环境科学与工程学院教授，2002年退休。主要从事大气污染控制工程的教学、科研及工程实践。1997.8.至今，先后担任冶金部地球物理勘察院环境工程研究中心技术顾问，河北中环环保设备有限公司、大拇指环保科技集团（福建）有限公司（国家高新技术企业、新加坡上市公司）、江苏万德环保科技有限公司（国家高新技术企业）技术总监；从事挥发性有机物治理、火电厂脱硫脱硝、SCR脱硝催化剂研发与生产； 注册环保工程师 中国环境保护产业协会 专家国家环境保护标准编制组 成员《化工环保》杂志特约审稿专家二、近年发表的与VOCs治理有关的主要论文（13篇）包括：二甲基二硫醚生产废气治理，二氯甲烷、二氯乙烷、苯类、氯乙烯、重芳烃回收的技术及研究论文，其中，“挥发性有机化合物处理技术的研究进展”为《化工环保》编辑部特约稿，化工环保 2008No1.三、参与完成的VOCs治理主要工程项目（包括工艺设计、安装调试）（约17项）包括：二甲基二硫生产废气治理，二氯甲烷、二氯乙烷、环己烷、DMF、苯类、氯乙烯、重芳烃回收等项目。

章绪论

节挥发性有机物的定义、分类、来源和危害1

第二节挥发性有机污染物治理现状及发展趋势3

一、挥发性有机物污染治理技术分类3

二、挥发性有机污染物治理的难度6

三、国内挥发性有机物污染治理的现状7

四、国内挥发性有机物污染治理发展趋势8

第三节国家发布的相关政策9

一、历史情况9

二、“十二五”时期颁布了一些指导性政策9

三、进入“十三五”，VOCs污染防治政策初具体系10

四、政策法规还需完善11

第二章挥发性有机污染物产生量的一般估算方法

节有组织排放和无组织排放的估算13

一、有组织排放的估算方法13

二、无组织排放的估算方法16

第二节主要工业部门VOCs排放量的估算19

一、工业源VOCs主要产污环节20

二、工业污染源VOCs排放量估算26

第三章吸附法治理挥发性有机污染物

节吸附和吸附剂29

一、物理吸附与化学吸附30

二、吸附剂31

三、影响气体吸附的因素42

第二节吸附法基础44

一、吸附平衡44

二、吸附速度49

三、吸附剂的脱附与劣化现象51

第三节吸附剂及吸附装置的选择54

一、吸附剂的选择54

二、吸附装置的选择55

三、吸附器净化效率的计算与选择62

第四节固定床吸附过程的计算63

一、固定床吸附器的吸附过程63

二、希洛夫近似计算法65

三、透过曲线计算法67

四、经验估算法72

五、固定床吸附器床层压降估算73

第五节移动床吸附过程的计算75

一、移动床吸附器直径的计算75

二、移动床吸附器吸附剂用量的计算76

三、移动床吸附器吸附层高度的计算77

第六节流化床吸附过程的计算79

一、流化床吸附器操作气速的计算80

二、流化床吸附器直径的计算83

三、流化床吸附器床层高度与吸附器总高度的计算83

四、流化床吸附器设计举例——用活性炭流化床吸附器回收苯蒸气的设计计算84

第七节吸附法治理挥发性有机物86

一、挥发性有机物的吸附材料86

二、活性炭的吸附热87

三、吸附法净化挥发性有机物的工艺流程90

四、脱附时水蒸气、空气及热量的消耗计算92

五、恶臭物质的吸附净化94

第四章催化法治理挥发性有机污染物

节催化法基础97

一、催化剂的组成98

二、催化剂的表面与孔结构99

三、催化剂的性能101

四、催化剂的种类104

五、催化剂的表征105

六、挥发性有机污染物治理工程中常用的催化剂107

第二节催化理论108

一、 催化作用108

二、催化作用原理110

第三节气-固相催化反应过程及动力学方程113

一、气-固相催化反应过程及浓度分布113

二、表面化学反应速率与动力学方程115

三、气-固相催化反应宏观动力学方程119

第四节处理挥发性有机物催化反应器及工艺系统配置120

一、处理挥发性有机物的催化反应器120

二、气-固相催化反应系统的配置和调控124

第五节固定床绝热催化反应器设计计算126

一、固定床绝热催化反应器催化剂体积的计算126

二、固定床催化反应器压降的计算131

三、固定床催化反应器温升的计算133

四、固定床催化反应器设计的注意事项133

第六节挥发性有机污染物的催化净化134

一、催化燃烧法净化挥发性有机物134

二、催化燃烧法脱臭136

三、蓄热催化燃烧技术简介137

第五章生物法处理挥发性有机污染物

节概述138

一、生物过滤法的历史和与物理化学方法的比较138

二、生物法处理挥发性有机物的原理及所用微生物140

第二节挥发性有机物生物法处理工艺145

一、挥发性有机物生物处理工艺145

二、常见的VOCs生物处理工艺的比较148

三、生物法处理挥发性有机物的动力学模型149

四、生物过滤法处理挥发性有机物的影响因素151

五、生物过滤法处理混合挥发性有机物的研究160

六、生物过滤反应器的性能参数161

七、系统启动及冲击负荷对系统的影响162

八、运行成本162

第三节用于净化挥发性有机物的环境生物工程制剂163

第六章挥发性有机物回收技术

节冷凝法回收挥发性有机物166

一、概述166

二、冷凝法中制冷剂的选择168

三、冷凝法的应用——介绍两个冷凝法流程168

四、冷凝和吸附集成回收VOCs工艺系统简介169

第二节吸收法回收挥发性有机物技术170

一、吸收法基础170

二、气体吸收设备172

三、吸收法处理挥发性有机物的吸收剂175

第三节吸附法回收挥发性有机物176

一、吸附-水蒸气脱附-冷凝回收工艺176

二、吸附-氮气脱附-冷凝回收系统179

第四节挥发性有机物回收新技术简介180

一、变压吸附回收VOCs技术180

二、干气回收技术189

三、浅冷油吸收技术回收VOCs192

四、膜分离回收VOCs技术193

第七章高浓度挥发性有机物的回收技术

节PVC行业精馏塔排放氯乙烯的回收技术207

一、颗粒活性炭吸附法回收氯乙烯工艺208

二、活性碳纤维吸附法回收氯乙烯工艺209

三、变压吸附法回收氯乙烯工艺211

四、膜分离法回收氯乙烯工艺211

第二节黏胶纤维行业H2S和CS2的回收214

一、黏胶纤维生产废气中CS2、H2S的来源214

二、黏胶纤维生产废气中CS2、H2S的常用回收技术215

三、黏胶纤维生产废气中CS2、H2S回收技术案例介绍220

第八章燃烧法治理挥发性有机污染物

节燃烧及催化燃烧224

一、挥发性有机物燃烧转化原理及燃烧动力学224

二、直接燃烧和热力燃烧227

三、催化燃烧概述231

四、催化燃烧系统设计234

五、催化燃烧反应器与净化系统的设计235

第二节蓄热燃烧(RTO)和蓄热催化燃烧(RCO)240

一、蓄热燃烧240

二、蓄热催化燃烧245

第三节蓄热燃烧用的蓄热体247

一、蓄热体在RTO装置中的作用和装置对蓄热体的要求247

二、蓄热体的材料248

三、蓄热体的结构类型和几何特性249

第四节吸附浓缩-催化燃烧组合技术252

一、吸附浓缩-催化燃烧技术的工艺原理及流程252

二、吸附浓缩-催化燃烧设备253

三、转轮吸附浓缩装置255

第九章处理挥发性有机污染物的其他技术简介

节光解与光催化技术258

一、光解技术258

二、光催化技术259

第二节低温等离子体技术262

一、定义及分类262

二、低温等离子体形成过程及发生技术263

三、低温等离子体技术的应用268

第三节高温脉冲反应器(PDR)技术简介270

一、PDR装置的主要组成270

二、PDR特点271

三、VOCs气体PDR工作原理271

四、PDR的应用271

第十章石油化工行业挥发性有机物污染治理技术

节石油化工行业VOCs排放特点及治理要求273

一、石油化工行业VOCs排放的特点273

二、石化行业VOCs治理的要求274

第二节LDAR技术在石化行业的应用275

一、LDAR工作意义及实施目标275

二、实施LDAR的原则276

三、LDAR实施流程277

四、密封点精简计划282

第三节精馏塔尾气回收技术284

一、精馏塔简介284

二、精馏塔顶尾气中VOCs含量高的原因284

三、对精馏塔顶冷凝系统的改造286

第四节固定源油气回收技术289

一、概述289

二、目前普遍采用的油气回收技术291

三、油气回收系统工艺295

四、加油站油气回收296

五、案例——装车油气回收系统设计299

第十一章包装印刷行业挥发性有机污染物的治理

节包装印刷的基本知识和行业概况307

一、包装印刷基本知识307

二、我国包装印刷行业概况308

三、复合软包装印刷的生产过程308

第二节包装印刷生产中VOCs的治理313

一、包装印刷生产中VOCs的主要来源及排放特点313

二、包装印刷行业排放的VOCs治理技术314

第十二章喷涂行业挥发性有机污染物治理技术

节喷漆行业挥发性有机污染物治理317

一、喷漆行业排放的挥发性有机物的特点与治理概况317

二、喷漆废气处理318

三、电子行业喷涂废气净化实例319

四、汽车涂装行业有机废气净化实例323

第二节涂布行业挥发性有机污染物治理326

一、涂布行业挥发性有机物排放的状况及特点326

二、涂布机工作过程与废气净化328

第十三章室内空气中挥发性有机物污染控制措施

节室内空气质量331

第二节室内空气污染定义、来源和危害332

一、室内空气污染及室内空气污染物332

二、室内空气污染物的来源333

三、室内空气污染的危害335

第三节室内空气污染控制措施336

一、室内空气污染源控制技术336

二、室内空气污染的通风控制338

三、室内空气净化技术340

第十四章挥发性有机物检测技术简介

节挥发性有机污染物排放控制标准343

一、挥发性有机污染物排放控制标准的发展343

二、挥发性有机废物排放控制标准制/修订的新趋势345

第二节挥发性有机污染物监测技术规范346

一、监测技术的发展及所包括的内容346

二、监测的方法体系347

第三节挥发性有机污染物实验室分析检测技术和设备348

一、样品采集和富集349

二、实验室分析气相色谱法350

三、气相色谱-质谱联用法分析有机气体352

第四节挥发性有机物现场检测和在线监测355

一、对挥发性有机物的快速现场检测355

二、固定源挥发性有机物在线检测技术和设备356

附录 挥发性有机污染物治理典型案例

主要参考文献

在大气污染控制领域，继粉尘、SO2、NOx之后，种类繁多的挥发性有机化合物（volatile organic compounds,VOCs），特别是有毒、有害的有机废气不仅直接对人体产生危害，而且有破坏臭氧层和产生温室效应的能力，这种情况在城市尤其突出，严重阻碍了城市发展的可持续性，因而，受到了世界各国的普遍关注。挥发性有机物的身影早出现在美国洛杉矶。20世纪40~50年代，人们发现每年夏季的正午或午后，天空经常会出现一片混沌不清的浅蓝色烟雾，而远离城市1公里外的松林成片枯死，柑橘产量减产；更多的居民开始患上各种眼疾和呼吸道疾病。经美国科学家研究发现，这是一种新型大气污染，是由汽车尾气和其他工业生产排放出来的大量碳氢化合物和氮氧化物，在阳光紫外线作用下，终变成了让人致病或致命的毒气。从美国洛杉矶光化学烟雾事件到21世纪，关于大气挥发性有机物（VOCs）的研究，仍属世界前沿科学领域。近期研究又发现，形成雾霾的主要污染物是PM2.5，它能被肺吸收并进入血液，对人体危害很大。而大气中的挥发性有机物是形成PM2.5的前驱物。因此，挥发性有机物的处理越来越受到世界各国的重视，许多发达国家都颁布了相应的法令，限制VOCs的排放。同时挥发性有机物处理已经成为大气污染控制中的一个热点，日益严格的环境标准（如欧洲标准EN ISO 11890-2:2006）使得对挥发性有机物的处理显得尤为重要。在我国，对于主要挥发性有机物的污染，国家早有严格的排放标准，各地，尤其是北京、广州、深圳等均发布了更加严格的排放标准。国家对于挥发性有机污染物治理也早有方针政策发布，尤其是2010年5月，在国务院办公厅转发环境保护部等部门《关于推进大气污染联防联控工作改善区域空气质量指导意见的通知》（国办发 〔2010〕33号）文件中，首次把挥发性有机化合物与二氧化硫、氮氧化物、颗粒物并列确定为大气污染联防联控的重点污染物，有力地推动了全国挥发性有机污染物的治理步伐。2012年在《重点区域大气污染防治“十二五”规划》中提出，全面展开挥发性有机物污染防治工作，确定了重点区域挥发性有机物污染防治目标。2013年9月，国务院发布《大气污染防治行动计划》，对VOCs的污染防治工作提出了一些具体的要求。2014年国家和地方都明显加强了挥发性有机物污染防治政策法规和管理制度体系的制定、修订工作。自此，在国家众多政策的指引下，更是掀起了挥发性有机物污染治理的高潮。2014年3月5日，国家科技部与环保部联合发布了《大气污染防治先进技术汇编》；2015年5月，中国环保产业协会废气净化委员会又在京召开了“第五届全国挥发性有机污染物（VOCs）减排与控制会议”，进一步推进了挥发性有机物的治理高潮。之后，国家相关部门还颁布浓度排放限值，具体规定挥发性有机物排放的限制性浓度指标。截至2016年9月，颁布了《石油炼制工业污染物排放标准》（GB 31570—2015）、《石油化学工业污染物排放标准》（GB 31571—2015）和《合成树脂工业污染物排放标准》（GB 31572-2015）等14项挥发性有机物排放标准。这些标准，不仅增加了很多原来在其他标准中没有出现的挥发性有机物的排放限值，而且对原有污染物的排放限值的规定更加严格。除此之外，国家还规定了许可证和排污收费制度。根据《排污许可证管理暂行办法》（2015年1月1日起实施）,同时2015年10月1日起实施的《挥发性有机物排污收费试点方案》规定，在石油化工和包装印刷两个行业实行收费。紧接着，各省、自治区、直辖市也都相继出台了收费管理办法。为达到理想的治理效果，圆满完成VOCs削减任务，还需要在工程技术上进行规范指导。为此，2013年环保部发布了《吸附法工业有机废气治理工程技术规范》（HJ 2026—2013）和《催化燃烧法工业有机废气治理工程技术规范》（HJ 2027—2013），2014年启动了《蓄热燃烧法工业有机废气治理工程技术规范(RTO)》的制定工作。为企业进行环境工程设计、污染治理工程运行维护，以及环保部门进行污染物排放管理提供了技术依据。同时，也为规范环境工程建设市场，以及保证治理工程质量提供了统一的技术规范。2016年12月12日，国家环境保护部又发表了2016年75号公告，公布了2016年国家先进污染防治技术目录（VOCs防治领域），目录中共提供了18项需要在挥发性有机物防治领域中创新和推广的重点项目，进一步明确了挥发性有机物防治领域中国家重点关注的技术。这将进一步集中全国的力量，解决国内目前存在的挥发性有机物污染的问题。可以预见，全国对挥发性有机物的治理高潮很可能会持续二十年之久。作为环境保护工作者，作者根据多年从事教学、科研以及工程实践的经验，编著了这本《挥发性有机物污染控制工程》，专门论述挥发性有机污染物的控制原理和治理方法。本书共分十四章。章绪论，主要讲述:挥发性有机污染物的定义、分类和危害；挥发性有机污染物的排放源和排放状况；挥发性有机污染物治理的难度；挥发性有机污染物治理现状和发展趋势以及国家发布的相关政策。第二章讲述了挥发性有机污染物的排放源及排放量的估算方法。第三～五章分别从理论上讲述了吸附、催化以及微生物净化的基本理论和在挥发性有机污染物治理上的应用，其中还包括主要处理装置的设计、计算。第六、第七章讲述挥发性有机污染物的回收工艺，其中包括传统工艺及近年出现的新工艺，对一些典型的高浓度VOCs的回收技术进行了简单介绍。第八章讲述了燃烧及催化燃烧处理挥发性有机物，其中包括燃烧及催化燃烧、蓄热燃烧及蓄热催化燃烧技术，介绍了蓄热燃烧用蓄热体，还讲述了吸附浓缩（包括转轮）-催化燃烧成套技术。第九章讲述了处理挥发性有机污染物的其他技术，包括光催化与光解技术、低温等离子体技术以及新出现的高温脉冲反应器（PDR）技术。第十～十二章分别讲述了石化行业、包装印刷行业及喷涂行业挥发性有机污染物的治理技术和工艺。第十三章讲述了室内空气污染控制技术。第十四章对挥发性有机污染物的检测技术进行了大致的介绍。后附上几个挥发性有机物污染治理的典型案例。本书由李守信任主编，苏建华、马德刚任副主编。参加编写的人员如下。章：李守信（华北电力大学环境科学与工程学院）、马德刚（天津大学环境科学与工程学院）、张杰（中国环境报）第二章：罗鑫（福州大学）第三章：李守信、马德刚第四章：李守信、马德刚第五章：王永仪（青岛金海晟环保设备有限公司）、李守信第六章：马德刚、康志杰（福建嘉园环保有限公司）、李守信、姚小龙（北京工商大学）、栗广勇（大连欧科膜技术工程有限公司）第七章：李守信、陈青松（天津大拇指环境工程有限公司）第八章：苏建华（中国新时代国际工程有限公司）、车晓轩［蓝太克环保科技(上海)有限公司］、李泽清（福建嘉园环保有限公司）第九章：李守信、姚小龙第十章：马德刚、葛怡君（中石化上海高桥石化分公司）、冯玺瑜［赛默飞世尔科技(中国)有限公司］、张建明（中国乐凯集团设计研究院）第十一章：陈志雄（加拿大铝业包装有限公司）第十二章：苏建华第十三章：马德刚第十四章：王卫红（天津七一二通信广播有限公司）、马德刚全书由李守信、马德刚统稿,本书后由李守信修改定稿。特别值得提出的是，本书由中国大气污染控制领域首席科学家、中国工程院院士王文兴教授作序。王文兴院士在序中对本书作出了中肯的评价。国家环境咨询委员会、环保部科学技术委员会陈尚芹副秘书长一直关心和支持着本书的编写工作。在此对他们表示衷心的感谢！本书是在国内知名的挥发性有机物污染治理专家、中国环保产业协会废气净化委员会秘书长栾志强教授的积极倡导和大力支持下组织编写的。在编写过程中，得到了中国环境保护产业协会、中华环保联合会、中国环境报以及天津大学郭静教授、中南大学李立清教授、清华大学马永亮教授以及中国矿业大学解强教授等同行专家的指导以及众多企业的支持和协助。正是由于众多的指导、支持和帮助，才使本书的编写工作得以顺利进行。在此一并表示衷心的感谢！本书适用于各级环境保护管理部门用于“挥发性有机物控制、治理”的培训教材,还可作为高等院校环境工程专业及其他相关专业的教材或参考教材。也可作为从事大气污染控制工程、特别是从事挥发性有机物治理的工程设计、科研和管理的工程技术人员的参考用书。如果本书的出版对广大读者有所裨益，对我国的大气污染特别是挥发性有机物污染的控制有所帮助，将使我们感到莫大的欣慰。由于作者水平有限，书中疏漏之处在所难免，敬请各位专家、同行及广大读者批评指正。编著者2017年4月