软包装行业VOCs治理是一个系统工程

2017-12-04

环保永远是软包装行业发展的主流,尤其在国家VOCs排放控制政策落实执行的当下,更是如此。但VOCs治理对于我国软包装行业来讲还是一个新课题,目前行业内普遍存在如下状况:

  (1)企业对于准备采用的VOCs治理工艺的一些细节认知不足,很难做出采购决策。

  (2)企业对准备采用何种VOCs治理设备或方案关注较多,但在其他生产环节对VOCs治理的影响方面关注较少。

  (3)一些规模较大的企业,需要投入较多的资金进行VOCs综合治理,因此也面临决策难题。

  (4)部分已经开始使用VOCs治理设备的企业,面对过去使用过程中出现的问题,如效率过低;回收溶剂质量不达标,无法循环使用;耗材使用寿命过短;运行成本很高等,感到非常困惑和迷茫。

  然而,软包装行业VOCs治理其实是一个系统工程,并不是简单安装一台吸附/解吸附回收设备或蓄热式热氧化(RTO)设备就能解决,而是需要考虑多方面因素。比如,源头控制对整个VOCs治理效果的影响;如何正确选择合适的VOCs末端治理方案;了解VOCs治理设备本身的性能;VOCs治理设备供应商能否提供专业的运行管理服务等。下面,笔者就为大家系统地梳理一下软包装行业VOCs排放特点以及VOCs治理措施和方案。

  软包装行业VOCs排放特点

  软包装的生产工艺包括印刷(凹印或柔印)、复合(或涂布)、分切、制袋、废气处理。其中,印刷和干式复合或涂布工艺均会产生VOCs排放,其VOCs排放特点如下。

  (1)VOCs排放量大。比如,一台国产十色不带LEL(最低爆炸浓度)控制的凹印设备的VOCs排放量可达35000m3/h,而带LEL控制的凹印设备的VOCs排放量也要达到21500m3/h。

  (2)VOCs浓度低。

  (3)除了复合工序,印刷工序使用了沸点不同的多种溶剂。

  (4)软包装生产车间存在部分不受控的VOCs排放。

  VOCs源头控制措施

  对软包装行业VOCs进行源头控制时,应考虑如下措施。

  (1)选用能够减少VOCs排放或能受控的原材料,包括油墨、胶黏剂。

  (2)根据不同的产品结构,尽可能更多地使用无溶剂复合、挤出复合工艺,或在干式复合工艺中用水性胶黏剂替代溶剂型胶黏剂。

  (3)有条件的软包装企业可以考虑使用柔印工艺,其油墨使用量要比凹印工艺减少近一半,但其所用溶剂配方为多种混合溶剂,如无水乙醇、正丙酯、丙二醇乙醚、二丙醇等,会对使用哪种VOCs治理方案带来挑战。

  (4)参考国外成功经验,使用适合里印/复合的单一溶剂油墨(或单一种类溶剂油墨),这对于溶剂的回收再利用具有很好的正面帮助,但需要解决有关油墨干燥速度、油墨转移等印刷过程中出现的质量问题。加拿大铝业包装意大利工厂在20世纪90年代以前就已经开始使用单一溶剂油墨,成功循环使用了回收的醋酸乙酯,大大降低了生产成本,实现了环保的生产过程。

  (5)使用EB(电子束干燥)油墨。

  (6)如果条件成熟,使用适合里印/复合的纯水性油墨,也是一个很好的选择,但需要解决以下问题。

  ①目前正在开发的水性油墨添加了30%~70%的醇类溶剂,导致VOCs浓度偏低,增加了治理难度。但同时启发了我们考虑能否开发可处理高水分含量和存在低浓度乙醇的VOCs治理工艺和设备。

  ②烘箱干燥温度偏高,容易导致承印物产生热延伸问题,加大了电子轴凹印设备套印的工作难度(因为电子轴凹印设备的工作原理是直接改变版辊的相位来实现套印工作,对承印物的张力会带来一定冲击,故此要求承印物尽量避免热延伸的发生)。

  ③刮刀和凹版版面容易磨损,印刷文字容易变粗及闭合,水性油墨干燥后难以用水清洗。

  ④水分和醇类溶剂在半成品上残留,会影响干式复合产品的复合性能(如耐热、耐水性能)。

  ⑤印刷设备和版辊(尤其是版辊内部)的防锈问题。

  ⑥污水处理问题。除了上述措施以外,改进产生VOCs排放的设备也是源头控制需要努力的另一个方面,比如减少VOCs排放总量、提升VOCs浓度等,以减少VOCs治理量,提升VOCs治理效率。具体措施如下。

  (1)选择高速凹印设备,满足单一溶剂油墨较快干燥速度的要求,且设备应配置LEL控制装置,以最大限度地浓缩VOCs。但仍需解决一些问题,如高速套印、承印物溶剂残留、高速印刷时大量辅助工作的机械化配合等。

  (2)配合水性油墨的使用,提高设备的干燥能力和防锈能力,尤其是提高烘箱效率,尽量使用较低的干燥温度,回避承印物容易产生的热延伸现象,保证电子轴的套印精度。

  (3)改进传统干式复合设备一些不合理的设计。

  ①改变烘箱热传递的途径和热作用的时间,同时建立起烘箱内的浓度差,提高干燥效率,浓缩VOCs。

  ②改变涂布方式。比如,采用多辊转移上胶方式,代替传统的凹版上胶方式;提高胶黏剂粘稠度;减少溶剂使用量(可减少约40%)。

  (4)改善不受控部分的VOCs排放管理。比如,对存放油墨、胶黏

  剂、溶剂容器的控制,是否使用了封闭的油墨槽/桶、胶黏剂槽/桶?设备下排风有没有进行有效的处理?烘箱排风使用变频风机时,有没有考虑维持烘箱内部的负压状态?对此,软包装企业应进行适当改善。

  VOCs末端治理方案

  软包装行业常用的VOCs末端治理方案基本包括两大类,即回收和燃烧处理。

  回收主要包括吸收法回收和吸附法回收。其中,吸附法回收大多选用活性炭颗粒或活性炭纤维来进行吸附,而解吸附过程又可分别采用水蒸气解吸附和惰性气体深冷凝解吸附,后者目前在国外已经是较为先进和成熟的技术,能够更好地保障回收溶剂的质量,从而实现循环再用。

  燃烧处理包括直接燃烧、RCO催化燃烧以及RTO蓄热式热氧化燃烧。

  此外,VOCs末端治理方案还有沸石转轮浓缩吸附、生物处理等方法。

  那么,如何正确选择VOCs末端治理方案是一个很关键的问题。笔者在此建议大家使用“循环经济”的思维来考虑。在各种VOCs治理方案中,尽量考虑采用溶剂回收再利用技术,这将为我们节省生产成本、提升企业竞争力,对于目前处于微利状况下的软包装行业是值得考虑的方向。

  此外,根据软包装印刷工艺的特点和产生VOCs的状况(量大但浓度低,溶剂多样化),大部分软包装企业需要采用多种治理方式组合的方案,如浓缩+RTO+吸附/解吸附+脱水分馏等。

  当我们考虑引进VOCs治理设备时,了解设备本身的综合性能,对我们做出合适的选择会有一定的正面帮助。具体需要了解的设备性能包括如下几方面。

  (1)设备设计的成熟程度、治理的效率。

  (2)该设备生产厂商在行业内的成功案例、应用经验的积累,能否满足软包装生产工艺的特殊性。

  (3)设备所使用的耗材、材料及制造工艺。

  (4)自动化控制系统的可靠性。

  (5)性价比(重要考虑因素)。

  (6)安全性能,包括安全标准的等级、防火、防爆、静电处理、氧气监控手段、温度控制等。

此外,还要了解设备供应商对设备的运行管理能力。对于软包装行业的从业人员来讲,VOCs治理设备的运行管理是一项全新的课题,设备供应商能否提供贴心的服务,是企业选择供应商时的一个重要考虑因素。比如,能否在线提供专业的VOCs治理设备运行管理服务,这是保障VOCs治理设备正常运行使用的必须条件;能否量化运行管理和投资回报,这些数据的统计,对于用总成本的概念看待系统工程的投资,将会起到正面的支持作用。

 

  目前,在国内应用于软包装行业的VOCs治理技术还处于不断成熟的过程中,特别是对多溶剂混合废气的治理技术,还有待提高。在此,笔者收集了一些VOCs治理时常见的问题,供大家参考。

  (1)水蒸气解吸附工艺回收的溶剂发生酸变。这可能是由于活性炭的精细选型和质量问题,比如含有导致回收废气酸化的催化物,致使回收的醋酸乙酯出现酸化现象。

  (2)活性炭的使用寿命短,导致运行成本增加,投资回收期延长。这主要是由于环境、水蒸气或废气中含有过多杂质,导致活性炭钙化,孔穴堵塞,风阻提高,效率降低,从而出现俗称“活性炭中毒”或吸附罐活性炭粉末化等现象。

  (3)现时凹印油墨大多使用多种混合溶剂,对此还未有成熟的彻底回收再利用方法。主要有两个原因:其一是所使用的溶剂纯度问题,其二是溶剂中的未知成分增加了分馏难度。

  (4)惰性气体深冷凝解吸附技术的成熟运用问题。

  ①解吸附时介入惰性气体的温度过低,导致某些高沸点溶剂残留在活性炭中,解吸附不够彻底,影响活性炭的使用寿命。

  ②冷凝液化温度不够低,液化分类回收效果不够理想。

  (5)使用RTO蓄热式热氧化燃烧方法时出现两个问题:其一,VOCs浓度过低,无法保证VOCs自燃产生维持热氧化温度的热量,需要添加助燃气体,这便增加了治理成本;其二,CO2的排放问题。

  (6)VOCs治理过程中的一系列安全问题。

  ①采用的安全标准过低。

  ②治理装置中是否装有自动报警系统。

  ③电气元件的防爆功能。

  ④整套治理装置是否带有LEL控制装置?控制点是多少?是否有防爆泄压设计(保证操作人员的安全)?

  ⑤吸附系统内温度的控制,活性炭热风干燥再生时温度和氧气含量的控制(防止活性炭自燃火灾的发生)。

  ⑥单元之间管道阻火器的设置。

  ⑦管道、容器内氧气含量的实时多点检测及报警。

  ⑧防止静电产生和可靠的接地处理。

  ⑨自动消防系统的配置。

  ⑩远程控制的手段和可靠性。

  合理的厂房设计

  合理的厂房设计也是配合VOCs治理的一个重要手段。软包装企业需要提供稳定恒温恒湿、保持正压的生产环境,有利于使用单一溶剂或单一种类溶剂油墨的印刷生产。另外,厂房设计要方便VOCs的收集、输送和处理,同时保证VOCs治理设备有安全、合理和足够的安装位置。