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浅谈印刷工业的VOCs 治理!

北极星VOCs在线  来源:印刷工业  作者:刘云  2021/10/26 16:22:07  我要投稿  
所属频道: VOCs治理  关键词:VOCs治理 VOCs排放 VOCs减排

北极星VOCs在线讯:作为VOCs治理目标中的五大重点行业之一,印刷工业一时间面临着前所未有的环保压力。从源头、过程控制到末端治理,如何开展VOCs治理、如何选择治理设备,成为印刷企业关注的焦点。

从源头上减少有机溶剂的使用量和排放量,减排潜力巨大,从长远来讲是实现行业VOCs减排的根本途径。但是现阶段达不到完全从源头方面来治理废气,针对以VOCs为原料的生产过程环节和含VOCs产品的使用过程环节,只能采取废气收集措施,提高废气收集效率,减少废气的无组织排放与逸散,这是进行后续治理的前提条件。在含VOCs 产品的生产过程和以VOCs为原料的生产过程中,VOCs排放不可避免,根据国家现有法律及法规标准必须进行末端治理。

VOCs的产生

印刷是使用印版或其他方式将原稿上的图文信息转移到承印物上的工艺技术,按分类主要包括出版物印刷、包装物印刷和其他印刷品印刷,按承载物分为纸及纸板印刷、金属印刷、塑料印刷等。

印刷工艺主要有平版印刷、凸版印刷(如柔版印刷)、凹版印刷和孔版印刷。不同印刷工艺的VOCs来源和排放方式基本相同:VOCs来源于所使用的油墨及稀释剂(印刷不透气承印物需添加稀释剂,如金属印刷、塑料印刷)、复合用胶粘剂(仅限于部分存在复合工艺的印刷企业)及设备清洗剂,可能的排放途径有油墨调配过程溶剂挥发、印刷过程油墨溶剂挥发、烘干阶段、复合过程及设备清洗过程等。

印刷生产工艺流程及主要VOCs产生环节如图所示。

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1. 平版印刷工艺及VOCs排放

平版印刷(平印)又称为胶版印刷(胶印),其特征是印版的图文着墨部分和空白部分几乎在同一平面上。平版印刷企业所使用的油墨包括溶剂型油墨、植物大豆油墨、UV 固化油墨和水性油墨,其中溶剂型油墨挥发性有机化合物含量较高,是平版印刷企业主要的VOCs排放源。此外,平版印刷在生产过程中所使用的有机溶剂型洗车水及润版液等也是VOCs 排放源之一。

2. 凸版印刷工艺及VOCs排放

凸版印刷(凸印)的图文部分处于一个平面,明显高于空白部分,印版着墨时,油墨附着在印版的凸起部分,并在压力作用下转移到承印物上。传统的凸版印刷采用铜锌版,目前逐渐被柔版印刷(柔印)代替,采用软质的树脂印版。

柔版印刷通常用于产品包装印刷,对于色彩要求不高的瓦楞纸包装箱产品一般使用水性油墨,几乎不存在VOCs 排放;而对于色彩鲜艳的薄膜制品则一般使用醇溶性油墨,印刷过程产生VOCs 污染。

3. 凹版印刷工艺及VOCs排放

凹版印刷(凹印)的印版滚筒上空白部分高于印刷图文部分,并且高低悬殊,空白部分处于同一平面或同一曲面上。印版上凹陷的图文部分形成网穴容纳油墨,通过滚筒压印,使印版滚筒上的图文印迹转移到承印物表面。

凹版印刷广泛应用于包装和特殊产品印刷领域,适用于薄膜、复合材料及纸张等介质,通常使用低粘度、高VOCs 含量的油墨,印制过程产生大量的VOCs,且成分复杂。

4. 孔版印刷工艺及VOCs排放

孔版印刷(也称丝网印刷、丝印)是将真丝、尼龙或金属丝编织成网,将其紧绷于网框上,采用手工刻膜或光化学制版的方法制成网版,网版上非图文部分被涂布的感光涂层封住,只留下图文部分的网孔可以透过油墨。印刷时,先在网版上涂墨,再用橡皮刮板在网版上轻刮,油墨透过网版,转移到放置在网版下的承印材料上。

孔版印刷VOCs主要来源于油墨及清洗剂,使用溶剂型油墨时VOCs 排放浓度相对较高。

5. 复合工艺及VOCs排放

复合工艺是指使用胶粘剂将不同的基材通过压贴粘合形成二种或多种材料的组合的一种印后加工方式,包含干式复合、湿式复合、挤出复合、热熔复合等工艺,其中干式复合工艺需要使用大量的胶粘剂和稀释剂,VOCs 排放量较大,且成分单一。印刷工艺与含VOCs 原辅材料及VOCs 排放特征见表所示。

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VOCs的治理

由于VOCs废气成分及性质的复杂性和单一治理技术的局限性,在大多数情况下,采用单一技术往往难以达到治理要求。利用不同治理技术的优势,采用两种或多种单一净化技术的组合工艺受到了极大的重视,采用组合治理工艺不仅可以满足排放要求,同时可以降低净化设备的运行费用。

结合行业特点及对原辅材料的分析,我们发现,印刷工业VOCs废气含有甲苯、乙酸乙酯、甲乙酮、异丙醇( 乙醇), 排放强度高,而一般纸张印刷排放强度低,但成分更为复杂。结合当下最常见的VOCs治理技术,以及地方政府要求涉气企业在选择治理技术工艺是不能选择单一工艺等要求,基本都要求企业对于末端治理效率需要达到80% 以上,传统的治理工艺根本达不到此要求,只能采取燃烧法进行治理。但是直接燃烧法治理废气过程中,存在能耗大等问题,且废气浓度不高的情况下基本上无法燃烧,需要通过前期技术对废气浓度进行更改,通过物理的方式使废气浓度增加。

经过对印刷企业的调研以及结合印刷企业VOCs污染实际情况,在此重点介绍一下活性炭浓缩催化燃烧技术。

活性炭吸附的实质是利用活性炭吸附的特性把低浓度大风量废气中的有机溶剂吸附到活性炭中并浓缩,经活性炭吸附净化后的气体直接排空,其实质是一个吸附浓缩的过程,并没有把有机溶剂处理掉。这是一个物理过程。

催化燃烧脱附的实质是利用催化燃烧的热空气加热活性炭中被吸附的有机溶剂,使之达到溶剂的沸点,使有机溶剂从活性炭中脱附出来,并且把高浓度的废气引入到催化燃烧反应器中。在250℃的催化起燃温度下,通过催化剂的作用进行氧化反应,转化为无害的水和二气化碳排入大气。这是一个化学反应过程,并非明火的燃烧,且能彻底解决脱附时的二次污染。

活性炭吸附—催化燃烧脱附是把以上两者的优点有效地结合起来。即:先利用活性炭进行吸附浓缩,当活性炭吸附达到饱和时,利用电加热启动催化燃烧设备,并利用热空气局部加热活性炭吸附床,当催化燃烧反应床加热到250℃,活性炭吸附床局部达到60 ~ 110℃时,从吸附床解吸出来的高浓度废气就可以在催化反应床中进行氧化反应。反应后的高温气体经换热器换热,换热后的气体一部分回用送入活性炭吸附床进行脱附,另一部分排入大气。脱附出来的废气经换热器换热后温度迅速提高,从而能使催化燃烧装置及脱附达到小功率或无功率运行。

大多数印刷企业因设备较大、车间空间较大等多方面的原因导致收集过程中废气风量较大,存在浓度低的特点,选择活性炭浓缩催化燃烧技术是较好的处理方式。其主要特点是:

1)催化燃烧最大的特点是高低中废气均可使用,废气浓度高的时候吸附脱附时间较短,就可以变成高浓度废气;废气浓度低的时候吸附脱附时间长点,也进行了收集,等到达了一定浓度的时候脱附处理变成了高浓度废气再进行燃烧。由于原辅材料的变革较快,企业可以慢慢的从源头方面逐步替代,不断降低原辅材料的VOCs浓度。但是对于废气治理设备的处理效果来讲不会变,只是减少了运行成本,设备不需要进行更换。

2)更符合“十四五”规划中提到的碳中和,通过燃烧装置(用时启用,不用时停)既满足治理目标也帮助企业实现了节能降耗。

3)活性炭浓缩催化燃烧技术成熟稳定,在2017 年开始已经通过4 年多的市场运行,稳定性较好。通过前几年的推广使用,市场价格比较透明,整体造价较低。

4)技术在运行的过程所需要的运行成本较为简单,主要是:吸附剂(活性炭)、催化剂、收集风机电能、燃烧风塔电能。这几个方面企业可以根据VOCs 浓度、生产订单等及时调整,无需专业人士进行改造。同时,活性炭价格便宜,生产厂家众多,企业可以选择自主运维也可以选择第三方运维。

VOCs 废气治理技术多种多样,企业需要在技术上和经济上进行综合分析后选择(技术可行性、经济合理性),通过污染物成分的详细检测分析,根据必要的现场试验对有机物的回收价值、污染物的沸点、水溶性的高低、可生物降解能力、废气的排放方式等进行专家“会诊”,通过技术方案评审,选择最合适的治理方式。

文章内容摘自于:《浅谈印刷工业的VOCs治理》北京新华印刷有限公司 刘云

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