含炭纖維吸附處理VOCs的專利分析

張旭磊 周 寧 賀 翔 肖明芳 張紀(jì)文

（1.南京大學(xué)環(huán)境規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院集團(tuán)股份公司，江蘇 南京 210093；2.江蘇圣典律師事務(wù)所，江蘇 南京 210000）

0 引言

黨的十九大報(bào)告中提出，持續(xù)實(shí)施大氣污染防治行動(dòng)，打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)［1-2］。其中，大氣污染、特別是VOCs的治理十分重要［3-4］。是當(dāng)前VOCs治理存在源頭控制力度不足、無組織排放嚴(yán)重、治理設(shè)備凈化效率低下等治理困境［5-8］。

吸附法處理VOCs的原理是利用比表面積大的具有多孔結(jié)構(gòu)的吸附劑將VOCs分子截留,當(dāng)廢氣通過吸附劑時(shí)，VOCs就被吸附在孔內(nèi)，使氣體得到凈化。吸附法的關(guān)鍵是吸附劑，依賴于吸附劑是否具備良好的吸附能力［9］。活性炭纖維屬于第三代活性炭產(chǎn)品，其具有較好的比表面積和微孔結(jié)構(gòu)，微孔體積占總孔體積的90%以上，具有比粒狀活性炭更大的吸附容量和更快的吸附動(dòng)力學(xué)性能，吸附效率更高，吸、脫附速度更快。目前，隨著對(duì)活性炭纖維的表面結(jié)構(gòu)和性能關(guān)系的探索和了解，活性炭纖維的表面改性技術(shù)及其在污染物凈化領(lǐng)域的應(yīng)用研究越來越受到重視。

1 專利數(shù)據(jù)來源

利用incoPat數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)含炭纖維吸附處理VOCs的全球?qū)＠M(jìn)行檢索分析。

2 含炭纖維吸附處理VOCs專利數(shù)據(jù)分析

2.1 全球?qū)＠暾?qǐng)趨勢(shì)分析

圖1為含炭纖維吸附處理VOCs的專利申請(qǐng)趨勢(shì)，從趨勢(shì)來看，含炭纖維吸附處理VOCs的相關(guān)中國(guó)專利申請(qǐng)數(shù)量比較多，所以中國(guó)相關(guān)專利申請(qǐng)的趨勢(shì)對(duì)全球相關(guān)專利的趨勢(shì)影響較大，因此將國(guó)外和中國(guó)的專利申請(qǐng)趨勢(shì)分別進(jìn)行分析。

圖1 含炭纖維吸附處理VOCs的專利申請(qǐng)趨勢(shì)

從圖1a可以看出，全球第一個(gè)關(guān)于含炭纖維吸附處理VOCs的專利申請(qǐng)出現(xiàn)在1971年。此專利為美國(guó)專利，申請(qǐng)日是1971年06月23日，申請(qǐng)人為BRITISH OXYGEN CO LTD，涉及一種真空設(shè)備包括真空泵和用于吸附從泵回流的烴的吸附捕集器［10］。從圖1b可以看出，1971—1997年，國(guó)外關(guān)于含炭纖維吸附處理VOCs的專利申請(qǐng)量呈緩慢波動(dòng)增長(zhǎng)且專利申請(qǐng)量很小，1972—1986年沒有相關(guān)專利申請(qǐng)，直到1987—1997年專利申請(qǐng)量才開始呈緩慢波動(dòng)增長(zhǎng)，此階段為國(guó)外含炭纖維吸附處理VOCs技術(shù)發(fā)展萌芽期。1998—2001年，國(guó)外關(guān)于含炭纖維吸附處理VOCs的專利申請(qǐng)量呈加速上升，說明國(guó)外關(guān)于含炭纖維吸附處理VOCs進(jìn)入技術(shù)成長(zhǎng)期，此階段韓國(guó)、日本關(guān)于含炭纖維吸附處理VOCs的專利申請(qǐng)量開始增加，尤其是韓國(guó)，在此申請(qǐng)了18件相關(guān)專利，這也是1998—2001年期間國(guó)外關(guān)于含炭纖維吸附處理VOCs的專利申請(qǐng)量呈加速上升的一個(gè)原因。2002年至今，國(guó)外關(guān)于含炭纖維吸附處理VOCs相關(guān)專利申請(qǐng)量呈波動(dòng)狀態(tài)，沒有明顯的上升和下降趨勢(shì)，此時(shí)間段處于成熟期，其中2015年專利申請(qǐng)量出現(xiàn)較大的下降，因?yàn)閲?guó)外專利申請(qǐng)較大的國(guó)家韓國(guó)在2015年的申請(qǐng)量為0，而其他國(guó)家與地區(qū)每年的專利申請(qǐng)量相對(duì)比較平衡。

中國(guó)第一個(gè)關(guān)于含炭纖維吸附處理VOCs的專利申請(qǐng)為1994年03月14日的個(gè)人申請(qǐng)，申請(qǐng)?zhí)枮镃N94102572.1，涉及一種有機(jī)廢氣凈化回收方法及其裝置，由多個(gè)吸附芯體構(gòu)成的組件式固定床吸附器和單床吸附過程與雙床串聯(lián)吸附過程相結(jié)合的流程，吸附芯體的吸附層設(shè)計(jì)為里外兩層，可以充分利用不同吸附劑各自的優(yōu)點(diǎn)；外層選用流體阻力小、單位重量吸附劑，如較大粒徑的活性炭，內(nèi)層選用吸附、脫附速率大的活性炭纖維或其制品或較小粒徑的活性炭，使得整個(gè)吸附層在較小的床層阻力下，擁有較大的吸附容量和較好的吸、脫附動(dòng)力學(xué)性能［11］。

2.2 專利技術(shù)區(qū)域分布分析

表1顯示了全球含炭纖維吸附處理VOCs的專利申請(qǐng)區(qū)域分布，從表1可以看出，相關(guān)專利主要集中在中國(guó)，但是中國(guó)含炭纖維吸附處理VOCs技術(shù)領(lǐng)域研究起步晚，目前還處于技術(shù)成長(zhǎng)期，與國(guó)外(尤其是起步最早的美國(guó))的技術(shù)還存在一定的差距。中國(guó)作為相關(guān)專利的最大申請(qǐng)目標(biāo)國(guó)，且集中在最近數(shù)年，希望中國(guó)的相關(guān)企業(yè)能夠通過專利的提前布局，提前占領(lǐng)技術(shù)領(lǐng)地，從而劃分市場(chǎng)。

表1 全球含炭纖維吸附處理VOCs的專利申請(qǐng)區(qū)域分布

表2反映了全球含炭纖維吸附處理VOCs技術(shù)相關(guān)專利主要流向情況。由表2可以看出，美國(guó)對(duì)外布局的專利最多，幾乎在每個(gè)含炭纖維吸附處理VOCs研究較多的國(guó)家和地區(qū)都有專利布局，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他國(guó)家的對(duì)外布局。中國(guó)、韓國(guó)、日本、美國(guó)等被外國(guó)布局的專利較多，說明這幾個(gè)國(guó)家和地區(qū)是全球最大的含炭纖維吸附處理VOCs技術(shù)目標(biāo)市場(chǎng)。我國(guó)含炭纖維吸附處理VOCs技術(shù)相比國(guó)外起步較晚，但后續(xù)發(fā)展正在追趕日美韓，截至目前，我國(guó)含炭纖維吸附處理VOCs技術(shù)相關(guān)專利申請(qǐng)量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他國(guó)家，然而對(duì)外布局尚處于萌芽階段，反映我國(guó)企業(yè)專利布局意識(shí)薄弱。

表2 全球含炭纖維吸附處理VOCs技術(shù)相關(guān)專利主要流向

2.3 專利申請(qǐng)人分析

圖2所示為全球含炭纖維吸附處理VOCs相關(guān)專利申請(qǐng)人排名情況，從圖2可以看出申請(qǐng)人中企業(yè)占比多，而且申請(qǐng)量排名前三的都為企業(yè)，這主要是由于VOCs污染控制技術(shù)更偏向市場(chǎng)應(yīng)用，而科研院所更傾向基礎(chǔ)技術(shù)的研究開發(fā)，申請(qǐng)量排名前三的依次為中國(guó)石油化工（中國(guó)）、恩沃德系統(tǒng)（美國(guó)）、恩比安公司（韓國(guó)），而目前中國(guó)、美國(guó)、韓國(guó)也是目前含炭纖維吸附處理VOCs相關(guān)專利申請(qǐng)量排名前三的國(guó)家。

圖2 全球含炭纖維吸附處理VOCs相關(guān)專利申請(qǐng)人排名

圖3所示為全球含炭纖維吸附處理VOCs相關(guān)專利的申請(qǐng)人專利價(jià)值度情況，從圖中可以看出中國(guó)申請(qǐng)人的專利申請(qǐng)量較多，但是總體的專利價(jià)值度低于國(guó)外的公司，專利價(jià)值度達(dá)到10的專利申請(qǐng)人為恩沃德系統(tǒng)（美國(guó)）、恩比安公司（韓國(guó)）、韓國(guó)能源研究所（韓國(guó)），而專利價(jià)值度最低為4的專利申請(qǐng)人為江蘇南方涂裝環(huán)保和青島華世潔環(huán)?？萍?。這表明在碳纖維專利的布局過程中最需要的是通過強(qiáng)化研發(fā)，增強(qiáng)其使用價(jià)值［12-13］。

圖3 全球含炭纖維吸附處理VOCs相關(guān)專利的申請(qǐng)人專利價(jià)值度

圖4所示為含炭纖維吸附處理VOCs相關(guān)專利申請(qǐng)人構(gòu)成。目前含炭纖維吸附處理VOCs技術(shù)相關(guān)專利的申請(qǐng)人主要是以企業(yè)為主體，個(gè)人、大專院校、研究所等作為申請(qǐng)人的比例很小，這主要是含炭纖維吸附處理VOCs技術(shù)更偏向市場(chǎng)應(yīng)用，而科研院所更傾向基礎(chǔ)技術(shù)的研究開發(fā)，說明含炭纖維吸附處理VOCs已經(jīng)市場(chǎng)化。

圖4 中國(guó)含炭纖維吸附處理VOCs相關(guān)專利申請(qǐng)人構(gòu)成

3 結(jié)論

截至目前，我國(guó)含炭纖維吸附處理VOCs技術(shù)相關(guān)專利申請(qǐng)量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他國(guó)家，然而對(duì)外布局尚處于萌芽階段，反映我國(guó)企業(yè)專利布局意識(shí)薄弱，而且專利質(zhì)量相對(duì)低于含炭纖維吸附處理VOCs技術(shù)發(fā)展強(qiáng)國(guó)，所以在含炭纖維吸附處理VOCs專利中，申請(qǐng)人需要關(guān)注專利的質(zhì)量和專利布局的全面性，尤其是國(guó)外專利的布局。

目前，含炭纖維吸附處理VOCs技術(shù)效率提高和成本降低兩個(gè)技術(shù)功效涉及專利申請(qǐng)量最多，是國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人最關(guān)注的兩個(gè)技術(shù)功效。其次是安全提高，降低成本和提高效率切實(shí)關(guān)系到實(shí)際處理過程及后期投入生產(chǎn)的價(jià)值。近年來不斷出現(xiàn)的化工企業(yè)安全問題導(dǎo)致人員傷亡的事件使安全問題成為企業(yè)申請(qǐng)人最關(guān)注的技術(shù)問題，這也是含炭纖維吸附處理VOCs研究比較成熟的方向。申請(qǐng)人可以針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷進(jìn)行改進(jìn)使得效果更好，并進(jìn)行相應(yīng)的專利布局。提高使用壽命這一技術(shù)功效涉及的專利申請(qǐng)較少，屬于這一領(lǐng)域的技術(shù)空白點(diǎn)。申請(qǐng)人在今后的技術(shù)研發(fā)和專利布局上可側(cè)重壽命提高這一技術(shù)功效，從吸附劑的穩(wěn)定性和循環(huán)再生或者裝置的改進(jìn)方面出發(fā)，使吸附劑或者裝置的使用壽命得到延長(zhǎng)。