主流凹印废气治理技术及看法

目前凹印VOCs治理市场、技术、标准等都在不断发生变化,特别是对于治理工艺的选择、无组织管控以及是否余热回用于生产等,市场上还多有分歧,尚未达成业界共识。本文整理了目前凹印废气的主流治理技术及其相关的一些看法,其中涉及到凹印风量、浓度、上墨量、安全、达标、热量、烘干、印机设计等,内容比较乱,但目的是想从技术层面和大家交流分享,如有不妥,敬请指正。
目前,主流凹印废气治理技术为溶剂回收回用、过程工艺减风(单元或整机)+RTO+(余热)、末端转轮减风(净化、浓缩)+RTO+(余热)。

溶剂回收回用

(1)适用于每年排放溶剂接近或者大于1000吨的企业。

(2)适用于溶剂种类简单的油墨体系,如单一溶剂或单一种类溶剂。

(3)考虑安全,工厂要求有足够场地来配置回收、提纯、分馏、存储等。

(4)低浓度废气风量太大,不宜直接进活性炭回收,需要转轮净化外排,浓缩部分进回收。

(5)如果溶剂回收治理后排放废气不达标,也可用转轮做二次净化处理。

(6)回收溶剂可以作为燃料喷到RTO燃烧,其热量回用生产。

(7)回收溶剂反复循环回用,会影响溶剂品质,对供应商的提纯、分馏等技术要求较高。

(8)回收、提纯区域属于甲类,其配置和对企业的安全管理要求都很高。

(9)2015年前的凹印废气治理中基本都是回收溶剂,目前大多也都还在用,回收溶剂能耗约为新购溶剂能耗的20%。回收回用由于更环保(没有碳排放)、更经济(溶剂回用不当燃料烧掉,工厂甚至不需要新购溶剂并有多余回收溶剂出售获益),虽然投资巨大,大型企业仍有新上项目,不排除随着政策、技术等发展,以后更多包装企业废气治理会转向溶剂回收。

过程工艺减风(单元或整机)+RTO+(余热)

(1)是目前市场最主流治理技术,适合绝大多数企业。

(2)对于一般工厂,由于无溶剂技术的普及,干式复合产品量大幅减少,少量干式复合工艺产生的较浓废气可直接进RTO。

(3)减风,就是循环风回用,目前有多种方式,总体来看都能达到减风增浓的目的。

(4)采用不同厂家的LEL减风,其配置、价格和安全性都有很大差异。

(5)减风要优先考虑保障热风系统的安全,并保障原有烘干性能不变。

(6)减风后,凹印排废风量大幅减少,需要加热的新风量、热风系统的热功率都大幅减少。

(7)常规低速凹印线,在排班时要保障生产产品累计有一个满版的上墨量,如1m幅宽,约166m/min速度,废气浓度约3.0~4.0g/m3,每小时耗用约60kg即用油墨(约30kg油墨+30kg溶剂,不含每色添加的无组织挥发的溶剂),就能基本满足RTO自热和余热回用。

(8)一般废气浓度约为1.8~2.5g/m3,RTO就可以维持自热。

(9)如果工厂产品上墨量大于一个满版或者提速生产,废气溶剂量加大,RTO回热烘箱自身用不完,可以考虑将余热用于熟化室、车间供暖或者考虑在夏季转化为车间冷气。

(10)能否有余热,主要取决于产品上墨量,即每小时烘箱排出的溶剂(燃料)量。

(11)产品上墨量大、订单连续、以及减风后烘箱热功率实际约为原来的1/3,如有稳定的余热,不建议再考虑热泵去回收热量。

(12)采用印刷热泵的机组,可以用总回风或者单元串联回风方式来减风。

(13)常规软包装印刷工艺余热回用生产,建议优先考虑使用热水。蒸汽、热油不仅投资大、维护复杂、管耗高,还牵涉特种设备管理,而且蒸汽、热油也不便储能。余热回用后,有些工厂甚至可以停用锅炉,减少烟囱排放产生的环保压力。

(14)减风后,工厂风机电能消耗也会同比大幅减少,工厂变压器余量会变大。

(15)减风后,车间总排风量大幅减少,原先同样的无组织排放量会造成车间溶剂气味严重,如果凹印机隔离封闭,空间更小,气味或更大,同时封闭区域的安全风险大幅增加。

(16)故此,减风后墨槽、墨桶等需要加强封闭,同时各种封闭部件的清洗量会增加,需要考虑配置专用清洗机、蒸馏塔和设置甲类危险化学品清洗间。

(17)目前,减风有采用整机外排主排风整体回风的,减风效果不好,不建议使用。还有企业自己将2个色组或者3个色组串联使用减风的,可以尝试。

末端转轮减风(净化、浓缩)+RTO+(余热)

(1)选择该方案的,或是基于生产中印刷单元烘干不能优化减风(如承印材料有吸附性,会有残留溶剂超标的风险),或因其他顾虑工厂不愿减风,故此将全厂全部末端废气混合后直接进转轮(但高浓度如干式复合产生的废气,也可选择直接进RTO)。

(2)选择该方案时,虽然浓缩后95%以上的外排溶剂是都通过RTO燃烧后达标排放的,但同时需要格外注意,工厂外排废气总风量的90%以上在未来8~10年,都是通过转轮这种单一吸附来实现达标排放,同时其外排废气风量总量数值大,总量控制压力大,稳定达标风险更大(特别是当下VOCs要求深度治理,只认焚烧技术)。

(3)凹印主排废气的特点是其排风量和浓度由于产品工艺的不同变化很大,产污无规律,风量和浓度变化幅度非常大,如果有高浓度废气经过转轮吸附净化后外排或者会超标;或者转轮脱附后的废气浓度过高会有安全风险;或者存在浓缩后废气浓度过高,进RTO燃烧后热量消化不了等风险。

(4)转轮吸附浓缩过程同时也是吸附净化达标排放的过程,通常转轮要求进口废气浓度小于1.0g/m3,一旦超过,有超标风险,实际上凹印外排废气浓度,有不减风也会接近2.0g/m3,此时需要设置两级转轮才能确保达标。

(5)转轮吸附净化性能随时间衰减。转轮寿命一般8~10年,正常使用5年左右,其性能可能会开始衰减,此时达标风险加大。

(6)如果确定采用这种方案,为保证净化达标,应该充分考虑采取各种预处理,如前端过滤、降温(低于40℃)、除湿(一般湿度在75%以下)以及将废气风量和浓度控制相对均匀后再进转轮。

(7)同时,如过程不减风,其烘箱加热、风机能耗大,废气排放总量大,日后在线监测压力也较大。

(8)转轮自身风阻风机电耗和转轮脱附热耗等的综合能耗比较高,如果废气浓度高,余热可满足脱附的则可以考虑该方案。

(9)凹印和复合的地排以及环境废气都是低浓度废气,尤其是地排废气,浓度低、浓度相对稳定并且风量大,目前来看,较好的处理办法是进转轮。

(10)转轮浓缩后,可以根据风量、可回收热量的大小选择CO(适用于小风量)或者RTO。

(11)目前市场普遍认可的是进口转轮,但其供应能力有限,货期很长,转轮市场缺口巨大。

(12)国产转轮目前也有很多的应用,个人还没有实际考查其应用情况。

(13)此转轮方案投资适中,治理设备体积较小、重量轻,其运行费用主要是转轮和风机的电费,一般转轮浓缩后废气浓度可满足RTO自热和转轮脱附用热。

(14)如果生产订单多,溶剂用量大,建议考虑配置余热回用生产装置。

对比过程工艺减风(单元或整机)+RTO+(余热)和末端转轮减风(净化、浓缩)+RTO+(余热)两种方案,综合各方面情况,个人认为第一种方案为优选方案。

单独治理低浓度废气

(1)如果在治理凹印主排废气时没有一起考虑地排废气,主排废气在治理达标后,地排废气同样需要治理,其废气排放浓度较低,风量较大。

(2)凹印地排废气浓度各厂差异很大,一般为0.2~1.0g/m3,废气主要来自现场添加的溶剂,一般每印刷单元添加量为2~3kg/h。各工厂因现场封闭、现场管理情况不同,这个数值会有较大差异。

(3)吹膜、挤出、制袋环节,以及熟化室、油墨库、清洗间、危废库等产生的废气也是低浓度废气。吹膜、挤出的废气一般需要单独治理。

(4)转轮是目前适合治理低浓度废气的方式之一。

(5)等离子、光解、活性炭吸附等是否适用,需要更快得到市场验证或官方认证。

(6)政府也提倡用生物法来治理低浓度废气,但治理效果尚未确定。

(7)选用转轮时,印刷过程中使用的光油里面的硅、UV光源照射产生的臭氧以及油墨中可能存在的高沸物、高聚物等,或会对转轮造成伤害,需要特别注意。

(8)低浓度治理净化后的外排气体,不建议循环回用。

(9)低浓度废气治理难度更大,期待出现新的技术。

(10)由于转轮在凹印中的应用案例还不多,行业经验也不多,建议谨慎选取。

无组织废气收集

减风后,车间溶剂气味明显加大,不利于职业卫生,这主要是因为减风后车间总排风量大幅减少,而烘箱和供墨各节点的无组织产污量不变,使得车间VOCs浓度增加。政府一直不断强调要加强无组织废气的收集,密闭生产,督查时会严格要求减少现场溶剂气味,企业需要引起重视。如何改善无组织废气收集,有如下建议。

第一步,最大化的减少并量化无组织产污量:

(1)减少印刷机供墨系统无组织产污量,主要为墨槽溶剂添加量产生的;

(2)车间现场环境管理要有保证(加盖、封闭、负压等);

(3)无组织产污量主要取决于凹印机烘箱和墨槽等原始设计;

(4)欧美进口设备明显要好,版车式上墨模式封闭性较好,产污小;

(5)对存量凹印设备要进行烘箱封闭、墨槽封闭、墨桶封闭等改造;

(6)国家、行业应该制定印刷烘干相关标准,新设备应该达标出售。

第二步,基于以上行业标准的最小无组织产污量为现场溶剂气味治理的对象,并尝试最小化地面抽风或取消地面抽风。

第三步,如果以上措施实施后,车间溶剂气味还很大,需要再增加单元间地面排风。

第四步,还不能有效改善的或者新建工厂的,可以请专业厂家做无组织车间气流管控。


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