凹印VOCs末端治理技术的方案对比

2017-08-21 15:20:00
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摘要:2015年至今,包装印刷业被国家列为VOCs排污收费试点行业,


20012007年,全国一些大中城市就有很多凹印VOCs末端治理项目,基本以活性炭吸附+催化燃烧为主,但这些项目大多并没有实际运行,上马的主要目的是应对环评验收达标排放,而不是治理VOCs

20072012年,各地规模以上凹印企业陆续上马VOCs末端治理项目,基本以回收为主,如活性炭(碳纤维)吸附+回收,上马的主要目的有3个:预期回收经济效益、环评验收、企业主动治理意愿。

20122014年,众多凹印企业纷纷主动上马VOCs末端治理项目,但基本还是以回收为主,主要是因为期间全国各地雾霾锁城,国家首次提出将VOCs纳入污染防治,凹印企业环保压力激增。

2015年至今,包装印刷业被国家列为VOCs排污收费试点行业,凹印行业由于生产过程中使用大量有机溶剂并直排,面临巨大环保压力。基于VOCs排污费的大幅收取、凹印排放标准的日益严格,以及日后自动在线连续检测的安装可能,整个凹印行业的主流VOCs末端治理技术开始快速转向燃烧(RTO),同期大量燃烧项目在全国各地大型凹印企业快速推进,大面积铺开,但截至目前,实际运行的还比较少,仍有待观察。但同期很多地市都提出了要求限期短期快速治理,迫于形势、资金,以及技术和市场的纷繁乱象等,大多凹印企业仓促选择了等离子、光催化、催化燃烧、光解等投资几十万的临时过渡措施,也是很大的浪费。

基于目前的经济、技术、环保、市场等条件,笔者认为凹印企业在选择VOCs末端治理方案之前,必须注意以下3个方面。

1.摸底

凹印企业必须摸清VOCs排放量、浓度、成分等总体情况,统筹考虑方案,特别是治理设施入口废气风量、浓度、规律等需要反复确认,这是所有项目设计和运行的基础,必须多方反复确认。

2.减风和现场封闭

优化凹印机烘箱结构,减少、合并、浓缩废气,减少排放总量,控制每色废气总量小于1000m3/min或更小(但烘箱内部循环风量和风压等保持不变),可以通过手动热风回用、自动LEL热风回用等措施来实现。浓缩后废气浓度一般大于2.5g/m3,达到RTO自维持浓度,运行后凹印企业只需承担RTO变频风机的电费即可。但凹印机烘箱减风设计,涉及烘箱设计、无组织减少、墨槽封闭、系统保温、烘干原理、凹印工艺、热风回用等,需要科研院所、凹印机械厂、热风系统集成商、凹印企业等多方统筹完成(国内凹印机上万台,凹印机械厂上百家,但烘干系统大多搬用国外机械厂20年前的系统,真正能独立统筹开发设计的还没有),这样才能实现以既定速度、最小风量、最小热量、最高废气浓度完成有效烘干的目的(但废气浓度低于安全值)。在此笔者建议凹印行业推出凹印能耗等级和能效标识,这样就能更好地从设计之初进行全面统筹,管理能耗、利用能耗,并极大地推动行业进步。

现场封闭是减少无组织排放的重要措施,虽然国外现在也很少,但国内有要求,除了墨槽封闭、烘箱负压、地面抽风取消或合并外,印刷机的相对封闭也要列入日程。

3.慎重选择

基于目前的环保政策、治理技术,以及凹印企业各种纷繁复杂的VOCs排放情况,即使凹印企业真心投入VOCs治理,要想制定出短期有效、合理的方案也是极为困难的,笔者见过太多失败的案例,尤其是目前有些凹印企业直接将VOCs末端治理外包给供应商的做法是极其错误的。凹印企业需要充分认识到,即使供应商从前期调研、设计、加工到后期安装、调试全程参与和配合,但从目前来看,能否确保项目成功,还有各种不确定性,因此凹印企业应当慎重选择。


下面,基于笔者对现有凹印VOCs末端治理技术的认识和理解,给出如下选择建议,供大家参考。


方案一:溶剂回收【不建议】

主要存在如下问题:

 (1)达标

回收方案吸附一级废气外排达标困难,且废气的多成分(如含醇)以及吸附材料本身的无选择性,使得各种不同形状的废气同时兼顾达标非常困难,大多需要追加二次VOCs治理设施实现达标。

(2)安全

其一,溶剂回用工艺区域需要除水、除味、蒸馏、脱色、提纯等操作,属于甲类防爆区域,需要有远离生产区域的场地,而且提纯处理类似化工工艺,有较大安全隐患,另外是否允许本厂这样处理回收溶剂,地方安监、消防政策模糊;其二,凹印废气成分复杂,除了溶剂,还有油墨、光油等内部溶剂的成分,反复回用到凹印原来的纯溶剂工艺里,会有各种潜在产品质量风险,尤其对于食品包装,极易存在溶剂迁移风险。

(3)技术

目前单一溶剂或双组分溶剂油墨的应用还不成熟,凹印废气回收得到的是混合溶剂,还做不到现场分离和提纯回用,而且如果企业只有12台凹印机的废气排放量,一年排放几百吨,偏小,不适合回收。

(4)政策

国家将回收溶剂定义为危险废物,需要具有资质的企业来处理,使得回收溶剂的收集、存储和流转更加困难,而且目前集中外运再精制回用也不成熟。另外,随着当前VOCs排污费的征收,回收溶剂数量清晰、环节透明,凹印企业的压力更大。

(5)经济

回收成本基本可以接受,如按电费1/度、蒸汽费200/吨计算,回收1吨溶剂的成本约在1500/吨以内(单纯回收溶剂的成本,如提纯还要增加500700/吨),但由于最近石化产品大幅降价,使得回收溶剂价值随之大幅下跌,市场快速变小,出售非常困难,以前不提纯就能卖,现在提纯后也几乎没人要,最后可能不得不按危废付费卖掉,危废处理还要增加成本约5000/吨,回收成本大幅上升。


方案二:转轮浓缩【不建议】

主要存在如下问题:

 

(1)达标

理由同上,即使针对各种溶剂定制转轮,但由于大多凹印企业都有几种不同的墨系,添加在油墨内的溶剂成分较复杂,按浓缩比10考虑,90%的废气通过转轮浓缩一级吸附净化直接外排很难达标,或者还需要二级转轮净化,而且日后安装在线检测和缴纳排污费时也很难达标。

(2)安全

由于凹印废气入口风量和浓度变化较大,一般可以差出510倍,如果转轮浓缩只能以固定的转速吸附解析,对于变风量、变浓度、变成分的废气,其达标、能耗、安全都是问题。比如,原来进口废气是300mg/m3,浓缩10倍就是3g/m3,但如果切换订单,转轮部分依旧,进口浓度如达到3g/m3,浓缩后变为30g/m3,废气爆炸风险剧增。

(3)能耗

基于转轮浓缩的特性,其对废气风量、浓度,以及开停机不能非常好地适应,能耗最低只能匹配较窄范围,造成实际全范围工况生产,运行和维护成本比较高。


方案三:活性炭置换【无奈之选】

这种治理方案投资较小,但一般1台凹印机每小时排放2575kg的溶剂,要想实现达标排放,需要极其频繁地更换活性炭,而更换下来的活性炭由于是危废,还要付费处理。尤其现在废气处理技改和新项目有净化率指标,活性炭达标很难,最终只能废弃,不得不再次投资,因此只能作为无奈之选。


方案四:燃烧【建议】

浓缩后废气处理建议直接上RTO,当然也可以上催化焚烧,或者转轮浓缩后上RTO也可以。其他如地排、车间无组织、油墨库房、清洗间等低浓度废气,建议尝试采用新技术处理,或者浓缩后再进入RTO。至于国内各家RTO的对比和选择,这里不再展开。


方案五:其他技术【建议不断尝试】

基于国内巨大的环保压力和治理市场,在凹印VOCs末端治理方面,近年来陆续有新技术出现,有些国外都还没有(分析国外凹印比例很小,十几年前就开始治理,目前基本成熟,很少企业投入研发),如高温等离子、低温等离子、光解、光氧化、生物法以及各种技术的组合等,建议不断尝试。

当然,以上方案还要结合凹印企业的具体情况,以及不同地区环保政策、VOCs排污费征收等情况适当调整。


从经济角度看凹印VOCs末端治理

(1)RTO是目前最彻底、最环保的凹印VOCs末端治理方案,但投资大、占地大、成本高(1万废气风量约50万~100万元的投入),一般6万风量的RTO22米、宽8米、高6米、重100吨,建议规模大的凹印企业考虑,同时建议分期投入。

 

(2)浓缩+催化燃烧或浓缩+RTO成本投入和占地面积会稍小,无须减风,对生产影响较小,但笔者对于浓缩是否适合凹印工艺持否定态度,理由见上文。

(3)如果当地环保压力不大,凹印企业可以先观察,或者少投资,先采用过渡方案,同时密切关注政策的变化和新技术的发展,待凹印行业达成一致,市场推出有效的、成熟的、性价比高的技术和方案时再上。客观来讲,失败的案例,其投资、运行费用的无效消耗,同样是不环保,也是对环境、对凹印行业的二次伤害。


需要澄清的是,环保必须做,期间没有实力的企业必然淘汰出局,同时也会缓解产能过剩,但这需要国家、协会、供应商、企业等多方协同,共同推进,否则最终结果还会和几十年前一样,流于形式。

 

凹印VOCs末端治理未来走向


(1)凹印机必须安装VOCs治理设施,未来凹印机出厂前可能要求标配VOCs末端治理设施。

 

(2)短时间内,只要求达标排放区域,活性炭置换技术还会是凹印VOCs末端治理的主要应对方式,但在同时要求净化率和达标排放的区域,各种低成本的新技术或组合技术将会是主流。

(3)如果有低成本的凹印VOCs末端治理新技术问世,如1万废气风量10万~20万元的投入,将会替代以上主流技术。

(4)期待凹印VOCs末端治理新技术形成主流并大幅推广,但如果短期内没有新技术出现,RTO将成为主流。


需要说明的是,在目前己经固化的产业格局中,凹印企业是整个产业链中的直接排污者,必须承担相应的环保职责,因此凹印企业必须充分认识到,今后环保投入,和工厂用工、用水、用电一样是日常行为。凹印环保不仅为达标,也为自己的家园,需要大家一起携手面对,也希望更多的凹印企业一起来主动投入做环保。同时,作为消费者,我们应该关心购买商品包装的环境表现,珍惜手里的购买权,倒逼食品、医药、日化用品等企业,最大程度地减少过度包装,恢复功能包装,从根本上对绿色包装给予引导和支持。

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