活性炭吸脫附+催化燃燒處理印刷廢氣工程實(shí)例

崔進(jìn)(上海華閔環(huán)境股份有限公司，上海 200062)

0 引言

包裝印刷行業(yè)是我國(guó)VOCs使用較多的一大行業(yè)。印刷是使用模擬或數(shù)字的圖像載體將呈色劑/色料(如油墨)轉(zhuǎn)移到承印物上的復(fù)制過(guò)程。根據(jù)印刷所用印版類(lèi)型可將印刷分為平版印刷、凹版印刷、凸版印刷(包括樹(shù)脂版印刷、柔性版印刷)和孔版印刷(主要為網(wǎng)版印刷)。凹版印刷是指指印版的圖文部分低于非圖文部分的印刷方式。由于印刷品質(zhì)量要求，目前印刷行業(yè)普遍還是采用油性油墨進(jìn)行印刷，油性油墨有機(jī)溶劑含量一般占油墨總量的70%～80%[1]，特別是乙酸乙酯溶劑，在各大氣污染物排放指標(biāo)中，屬于惡臭物質(zhì)，排放限值較低。在2019年國(guó)家生態(tài)環(huán)境部下發(fā)的《重點(diǎn)行業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物治理方案》通知中，將包裝印刷行業(yè)作為重點(diǎn)行業(yè)，要求企業(yè)切實(shí)提升末端治理水平，因此，如何經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定、高效地去除印刷工藝產(chǎn)生的VOCs，是近幾年研究的課題。

1 印刷行業(yè)常見(jiàn)VOCs廢氣處理方法

目前常見(jiàn)的VOCs廢氣處理方法有：燃燒法、吸附法、吸收法、化學(xué)氧化法、低溫等離子氧化法啊、光催化氧化法和生物法等[2]。在生態(tài)環(huán)境部頒發(fā)的《印刷工業(yè)污染防治可行技術(shù)指南》中，推薦使用吸附法、燃燒法、冷凝法或其中的組合工藝進(jìn)行處理。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)企業(yè)實(shí)際產(chǎn)污情況，公用工程匹配情況合理選擇工藝。

2 印刷行業(yè)廢氣處理工程實(shí)例

2.1 項(xiàng)目概況

上海某食品廠印刷工藝在生產(chǎn)過(guò)程中大量使用油性油墨和有機(jī)溶劑，污染物主要是油墨和溶劑揮發(fā)產(chǎn)生的有機(jī)污染物，主要成分為乙酸乙酯。原使用等離子設(shè)備進(jìn)行處理，由于處理效率較低(約30%)以及產(chǎn)生二次污染物(O3)，本次對(duì)環(huán)保設(shè)備進(jìn)行提標(biāo)改造，更換一套設(shè)備。

2.2 廢氣處理工藝介紹

本裝置工作過(guò)程可分為4個(gè)工藝段，高效過(guò)濾階段，活性炭吸附階段，活性炭脫附再生階段，活性炭冷卻階段。

2.2.1 高效過(guò)濾過(guò)程

車(chē)間排出的廢氣由進(jìn)入高效過(guò)濾器裝置, 有機(jī)廢氣通過(guò)過(guò)濾器時(shí)，廢氣中的顆粒物被過(guò)濾器有效攔截，氣體組分和顆粒物組分分開(kāi)，進(jìn)入到下級(jí)處理器進(jìn)行處理。

2.2.2 活性炭吸附過(guò)程

車(chē)間排出的廢氣由前置工藝處理后進(jìn)入活性炭吸附裝置, 有機(jī)廢氣通過(guò)活性炭層時(shí)，廢氣中的有機(jī)組分被吸引到活性炭的微孔中并濃集保持其中，有機(jī)組分從而與其它組分分開(kāi)，其它組分氣體(潔凈氣體)經(jīng)風(fēng)機(jī)排空。

2.2.3 活性炭再生過(guò)程

活性炭使用一段時(shí)間，吸附了一定量的溶劑后，會(huì)降低或失去吸附能力，此時(shí)活性炭需脫附再生，再生后活性炭重新恢復(fù)吸附功能，活性炭可繼續(xù)使用。再生時(shí)，先通過(guò)預(yù)熱對(duì)燃燒室進(jìn)行升溫，當(dāng)溫度達(dá)到起燃溫度后切換至脫附路線對(duì)活性炭吸附床進(jìn)行脫附再生處理。

2.2.4 活性炭冷卻過(guò)程

再生后的活性炭罐溫度較高，需要冷卻到室溫后，方可進(jìn)入后續(xù)的吸附過(guò)程。具體工藝流程圖如圖1所示。

圖 1 工藝流程圖

2.3 工程設(shè)計(jì)

2.3.1 廢氣氣量及源強(qiáng)

根據(jù)企業(yè)原有設(shè)備以及收集效果反饋，該印刷生產(chǎn)線排氣風(fēng)量約為3 000 m3/h，根據(jù)原排氣管道檢測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，廢氣處理設(shè)備進(jìn)口乙酸乙酯濃度約為200 mg/m3.。

2.3.2 廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)

項(xiàng)目廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行DB 31/872—2015《印刷業(yè)污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》排放標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，要求如下：非甲烷總烴 (乙 酸乙酯)≤50 mg/m3，排放速率 ≤1.5 kg/h。

2.3.3 廢氣處理流程

印刷廢氣先進(jìn)入三級(jí)過(guò)濾設(shè)備，然后經(jīng)過(guò)活性炭吸附器1吸附處理，處理后的廢氣經(jīng)吸附風(fēng)機(jī)和排氣筒排放。

此時(shí)催化燃燒爐進(jìn)行預(yù)熱，待達(dá)到乙酸乙酯催化起燃溫度260 ℃時(shí)，開(kāi)啟相應(yīng)閥門(mén)，脫附風(fēng)機(jī)，空氣經(jīng)換熱器1加熱器1加熱到約100 ℃對(duì)活性炭吸附器2進(jìn)行脫附，脫附出來(lái)的廢氣經(jīng)換熱器2、加熱器2加熱至起燃溫度260 ℃后進(jìn)入催化燃燒爐進(jìn)行催化燃燒反應(yīng)。燃燒后的廢氣經(jīng)過(guò)二級(jí)換熱器進(jìn)行熱量回收后經(jīng)脫附風(fēng)機(jī)排放至排氣筒。

2.3.4 廢氣處理設(shè)備組成

(1)過(guò)濾器。最大處理風(fēng)量為3 000 m3/h，尺寸為1.8 m×0.6 m×0.8 m，內(nèi)置兩道過(guò)濾棉，分別為中效過(guò)濾F5和高效過(guò)濾F9。生產(chǎn)車(chē)間為潔凈車(chē)間，該設(shè)備的主要用途是去除可能進(jìn)入廢氣管道中的粉塵顆粒物，防止堵塞活性炭吸附設(shè)備，影響吸附效果。

(2)活性炭吸附設(shè)備。采用固定床蜂窩活性炭吸附，單個(gè)處理能力為3 000 m3/h，采用一吸一脫。活性炭裝填厚度為0.8 m，氣體通過(guò)活性炭的速度為0.5 m/s，停留時(shí)間為1.6 s。每天吸附12 h，再生周期為1 d。設(shè)備采用玻璃纖維棉進(jìn)行保溫。

(3)催化燃燒設(shè)備。最大處理風(fēng)量500 m3/h，包括兩級(jí)換熱器，燃燒室加熱器，預(yù)熱加熱器，催化床，溫度檢測(cè)器等。催化床催化劑空速為6 000 h-1，進(jìn)入催化床廢氣濃度約為1 530 mg/m3。設(shè)備采用玻璃纖維棉進(jìn)行保溫。

(4)管道。管道采用Q235材質(zhì)，催化床及活性炭吸附設(shè)備之間的管道進(jìn)行保溫，選用巖棉材料，外包鋁板。

(5)風(fēng)機(jī)。本套系統(tǒng)含2套風(fēng)機(jī)，分別為吸附主風(fēng)機(jī)(風(fēng)量Q=3 000 m3/h，風(fēng)壓P=3 000 Pa，功率N=5.5 kW)，脫附燃燒風(fēng)機(jī)(風(fēng)量Q=500 m3/h，風(fēng)壓P=3 000 Pa，功率N=1.5 kW)。

(6)電控系統(tǒng)。本系統(tǒng)使用大量氣動(dòng)閥共16個(gè)，電磁閥3只，溫度計(jì)30支，可燃?xì)怏w檢測(cè)儀1臺(tái)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行，所有操作通過(guò)PLC反饋到操作屏上，同時(shí)在車(chē)間設(shè)置操作分屏，方便操作。

(7)安全系統(tǒng)。本系統(tǒng)催化床與活性炭吸附設(shè)備之間安裝隔爆閥，管道安裝泄爆片，活性炭吸附設(shè)備配置CO2滅火裝置及消防水滅火裝置。在利用傳感器自動(dòng)控制同時(shí)設(shè)置其他安全冗余措施。

3 運(yùn)行結(jié)果

3.1 污染物監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

項(xiàng)目正常運(yùn)行后，對(duì)設(shè)備不同運(yùn)行時(shí)段進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)1周的監(jiān)控，采用COSMOS的乙酸乙酯便攜式檢測(cè)儀進(jìn)出口乙酸乙酯濃度指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。主要檢測(cè)值如表1所示。

表 1 乙酸乙酯處理前后檢測(cè)值

乙酸乙酯的綜合去除效果達(dá)到85%以上。

3.2 投資與運(yùn)行費(fèi)用

項(xiàng)目投資主要是蜂窩活性炭吸附設(shè)備，過(guò)濾器，風(fēng)機(jī)，催化燃燒床，通風(fēng)管道，脫附燃燒管道，自控系統(tǒng)等的設(shè)備投資和安裝，該項(xiàng)目總投資60萬(wàn)元。

系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用主要是設(shè)備消耗電力上，處理廢氣量3 000 m3/h，每天12 h，電耗為13 kW·h，電價(jià)按1.3元/(kW·h)，即處理1 m3廢氣的電費(fèi)為0.000 4元。

4 結(jié)語(yǔ)

廢氣處理設(shè)施提標(biāo)改造后，整體去除率在85%以上，投入使用后，該食品廠印刷廢氣污染排放得到大幅削減，廠區(qū)環(huán)境明顯改善，因臭氣投訴率為0。