印刷工業VOCs廢氣治理技術分析
印刷工業VOCs廢氣治理技術分析摘要(yào)
作為VOCs治理目標中的五(wǔ)大重點行業之一,印刷工業一時間麵臨著前所(suǒ)未有的環保壓力。從源頭、過程控製到末端治理,如何開展VOCs治理、如何選擇(zé)治理設備,成為印(yìn)刷企業關注的焦點。 從源頭上減少有機溶劑的使用量和排放量,減排潛力巨大,從長(zhǎng)遠(yuǎn)來講是
作為VOCs治理目標中的(de)五大(dà)重點行業之一,印刷工業(yè)一時間麵臨著前所未有的環保壓力。從源頭、過程控製到末(mò)端治理,如何開展(zhǎn)VOCs治理、如(rú)何選擇(zé)治理設(shè)備,成為印刷企業關注的焦點。
從源頭上減少有機溶劑的使用量和(hé)排放量,減排潛力巨大,從長遠來(lái)講是實現行業VOCs減排的根本途徑。但是現階段達不到完(wán)全從源頭方麵來治理廢(fèi)氣,針對以VOCs為原料的生產過程環節和含VOCs產品的使用過程環節,隻能采(cǎi)取廢氣收集措施,提高廢氣收集效(xiào)率,減少廢氣的無組織排放與逸散,這是進行後續治理的前提條件。在含VOCs 產品的生產過程和以VOCs為(wéi)原料的生(shēng)產過程中,VOCs排放不可避免(miǎn),根據國家現有法律及法規標準必須(xū)進行末(mò)端治理。
VOCs的產生
印刷是使用印版或其他方(fāng)式將原稿上的圖(tú)文(wén)信息轉移到承印(yìn)物上的工藝技術,按(àn)分類主要包括出版(bǎn)物印刷、包裝物印刷和其他印刷品印刷,按承(chéng)載物分(fèn)為紙及紙板印刷、金屬印刷、塑料(liào)印(yìn)刷等。
印刷工藝主要有平版(bǎn)印刷、凸(tū)版印刷(如柔版印刷)、凹版印刷和孔版印刷。不同印刷工藝的(de)VOCs來源和排放方(fāng)式基本(běn)相同:VOCs來源於所使用的油墨及稀(xī)釋劑(jì)(印(yìn)刷不透氣承印物需添(tiān)加稀釋劑,如(rú)金屬印刷、塑料印刷)、複合用膠粘劑(僅限於部分(fèn)存在複合工藝的印刷企業)及(jí)設備清洗劑,可能的排放途徑有油墨調配過程溶劑揮發、印(yìn)刷過程油墨溶劑揮發、烘幹(gàn)階段、複合(hé)過程及設備清洗過程等。
1. 平版印刷工(gōng)藝及VOCs排放
平版印刷(平印)又稱為膠版印刷(shuā)(膠印),其特征是印版的(de)圖文著(zhe)墨部分和空白部分幾乎在(zài)同(tóng)一平麵上。平版印刷企業所使用的油墨包括溶劑型(xíng)油墨、植物大(dà)豆油墨、UV 固化油(yóu)墨和水性油(yóu)墨,其中溶劑型油墨揮發性有機化合物含量較高,是平版印刷(shuā)企(qǐ)業主要(yào)的(de)VOCs排放源。此外,平版印(yìn)刷在生產過程中所使用的有機溶劑型(xíng)洗車(chē)水及潤版(bǎn)液等也是VOCs 排放源之一。
2. 凸版印刷工藝及VOCs排放
凸版(bǎn)印刷(凸印)的圖文部分處於一個平(píng)麵,明顯(xiǎn)高於空白(bái)部分,印版著墨時,油墨附著在印版的凸起部分,並在壓力作用下轉移到承印物上。傳統的凸版印(yìn)刷采用銅鋅版,目前逐漸被柔版印刷(shuā)(柔印)代替,采用軟質的樹(shù)脂印版。
柔版印刷通常用(yòng)於產品包裝印刷(shuā),對於色彩要求不高的瓦楞紙包裝箱產品一般使用水性油墨,幾乎(hū)不存在VOCs 排放;而對於色彩鮮豔的薄膜製品則一般使用醇溶性油墨,印刷過程產生VOCs 汙染(rǎn)。
3. 凹版印刷工藝及VOCs排放
凹版印刷(凹印)的印版滾筒上空白部分高於(yú)印刷(shuā)圖文(wén)部分,並且高低懸殊,空白部分處於同一平麵或同一(yī)曲麵上。印(yìn)版上凹陷的圖文部分形成網穴容納油墨,通過滾筒壓印,使印版滾筒上的圖文印跡轉移到承印物表麵。
凹版印刷廣泛應用於(yú)包裝和特殊產品印(yìn)刷領域,適(shì)用於薄膜、複合材料及紙張等介質,通常使用低(dī)粘度、高VOCs 含量的油墨,印製過程產生大量的(de)VOCs,且成分(fèn)複雜(zá)。
4. 孔(kǒng)版印刷工藝(yì)及VOCs排放
孔版印刷(也稱絲網印刷、絲印)是將真絲、尼龍或金(jīn)屬絲編織成網,將其緊(jǐn)繃於(yú)網框上,采用手工刻膜或光化學製版的方法製成網版(bǎn),網版上非圖文部(bù)分被塗布的感(gǎn)光塗層封住,隻留(liú)下(xià)圖文(wén)部分的網孔可以(yǐ)透過油墨。印刷時(shí),先在網版(bǎn)上塗墨,再用橡皮刮板在網版(bǎn)上輕刮,油墨透過網版,轉移到放置在網版下的承印材料上。
孔版印刷VOCs主要來源於油墨及清洗劑,使用溶劑型油(yóu)墨時VOCs 排放(fàng)濃度相對較高。
5. 複合工藝(yì)及VOCs排放
複合工藝是指使用膠粘劑將不同的基材通過壓貼粘合形成二種或多種(zhǒng)材料的組合的一種印後加工方式,包含幹式複合、濕式複合、擠出複合、熱熔(róng)複合等工藝(yì),其中幹式複合工(gōng)藝需要使用大量的膠粘劑和稀釋劑,VOCs 排放量較大,且成分單一。
VOCs的治理
由於VOCs廢氣成分及性質的複雜性和單一治理技術的局限性,在大多數情況下(xià),采用單一技術(shù)往往難以達到治理要求。利用不同治理技術(shù)的優勢,采用兩種或多種單一淨化技(jì)術的組(zǔ)合工藝受到了極大(dà)的重視,采用組合治理工藝不僅可以滿足排放要求,同時可以降低淨化設備的運行(háng)費(fèi)用。
結合(hé)行業(yè)特點及對原輔材料的(de)分析,我們發現,印刷工業VOCs廢氣含有甲苯、乙(yǐ)酸乙酯、甲乙酮、異丙醇( 乙醇), 排放強度高,而一般紙張印(yìn)刷排放強度低(dī),但成分更為複雜。結合當下最(zuì)常見(jiàn)的VOCs治理技術,以(yǐ)及地方政府要求涉氣企業在選(xuǎn)擇治理技術工藝是不能(néng)選擇單一工藝等要求,基本都要求企業對於(yú)末端(duān)治理效率需要達到80% 以上,傳統的治理工藝根本達不到(dào)此要求,隻能采取燃燒法進行治理。但是直接燃燒法治理廢氣過程中,存在能耗大等問題,且廢(fèi)氣濃度不高(gāo)的情況下基本上無法燃燒(shāo),需要通過前期(qī)技術對廢氣濃度進(jìn)行更改,通過物理(lǐ)的方式使廢氣濃度增加。
經過對印(yìn)刷企業的調研以及結合印刷企業VOCs汙染實際情況,在此重(chóng)點介紹一下活性炭(tàn)濃縮催化燃燒技術。
活性炭吸附的實質是利用活性(xìng)炭吸(xī)附的特性把低(dī)濃度大風量廢(fèi)氣中的有機溶劑吸附到活性炭中並濃縮,經活性炭吸附淨化後的氣體直(zhí)接(jiē)排空,其實質是一個吸附濃縮的過(guò)程,並沒有(yǒu)把有(yǒu)機溶劑處理掉。這是一個物理過程。
催化燃燒脫(tuō)附的實質是(shì)利用催化燃燒的熱空氣加熱活性炭中被吸附的有機溶劑,使之達到溶劑(jì)的沸點,使有機溶劑從活性炭中脫附出來,並且把高濃度的廢氣引入到催化燃燒反應器(qì)中(zhōng)。在250℃的催化起燃溫度下,通過催化劑(jì)的作用(yòng)進(jìn)行氧(yǎng)化反應,轉化為無害的水和二氣化(huà)碳(tàn)排入大氣。這是一個化學反應過程,並非明火的燃燒,且能徹底解決脫附時的二次汙染。
活性炭吸附—催化燃燒脫附是把以上兩者的優點有效(xiào)地結合起來(lái)。即:先利用活性炭進行吸附濃縮,當活性炭(tàn)吸附達到飽和時,利用(yòng)電加熱啟動催(cuī)化燃燒設備,並利用熱空氣局部加熱活(huó)性炭(tàn)吸附床,當催化燃(rán)燒反應床(chuáng)加熱到250℃,活性炭吸附床局部達到60 ~ 110℃時,從吸(xī)附床解吸出來的高濃度廢氣就可以在(zài)催(cuī)化反應床中進行氧化反應。反應後的高溫氣(qì)體經換(huàn)熱器換熱,換熱後的氣體(tǐ)一部分(fèn)回用送入活性炭吸附床進行脫附(fù),另一部分排入大氣。脫附出(chū)來的廢氣經換熱器(qì)換熱後溫度迅速提高,從而(ér)能使催化燃燒裝置及脫附達(dá)到小功率或無功率運行。
大多數印刷企業因設備較大、車間空間較大等多方麵的(de)原因導致(zhì)收集過(guò)程(chéng)中廢氣風量較(jiào)大(dà),存在濃度低(dī)的特點,選擇活性炭濃縮催化燃燒技術是較好的處(chù)理方式。其主要特點是:
1)催化燃燒最大的特點是高低中廢氣均可使用(yòng),廢氣濃度高的時候吸附脫附時間較短,就可以變成高濃度廢氣;廢氣濃度低的時候吸附脫(tuō)附時(shí)間長(zhǎng)點,也進行了收(shōu)集,等到達了一定濃(nóng)度的時候脫附處理變成了高濃度廢氣再進行燃燒(shāo)。由於原輔材料的變革較快,企業可以慢慢的從(cóng)源頭方麵逐步替代,不(bú)斷降低原輔材料的VOCs濃度。但是對於廢氣治理設(shè)備的處理(lǐ)效果來講不會變,隻是減少了運行成本,設備不需要進行更換。
2)更符合“十四五”規劃中提到(dào)的碳中和,通過燃燒裝置(用(yòng)時啟用,不用(yòng)時停)既(jì)滿足治理目標也幫助企(qǐ)業實現了節能降耗。
3)活(huó)性炭濃縮(suō)催化燃(rán)燒技術成熟穩定,在2017 年(nián)開始已經通過4 年多的市場(chǎng)運行,穩定性較好。通(tōng)過前幾年的(de)推廣使用,市場(chǎng)價格比較透明,整體造價較低(dī)。
4)技術在運行的過(guò)程所需要的運行成本較為簡單,主要是:吸(xī)附劑(活性炭)、催化劑、收集風機電能、燃燒風(fēng)塔電能。這幾個方麵企業可以根據VOCs 濃度(dù)、生產(chǎn)訂單等及時調整,無需專業人士進行改造(zào)。同時,活性炭價格便宜,生產廠家眾多,企業可以選擇自主運維也可以選擇(zé)第三方運維。
VOCs 廢氣(qì)治(zhì)理技術多(duō)種多樣,企業需要(yào)在技術上和經濟(jì)上進行綜(zōng)合分析後(hòu)選(xuǎn)擇(技術可行性、經濟(jì)合理性),通過汙染物成分(fèn)的詳細(xì)檢測分析(xī),根據必要的現場試驗對有機物的回收價值(zhí)、汙染物的沸點、水溶(róng)性的高低、可生物降解能力、廢氣的排放方(fāng)式等進行專家(jiā)“會診(zhěn)”,通過技(jì)術方案評審,選擇最合適的治理方式。
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