包装印刷行业废气治理解决方案

1 概述 1.1 项目背景 包装印刷是以美化、识别、宣传商品为主要目的而采用的印刷方式和印后加工处理技术，是应用一般印刷技术成果，在一般印刷技术的基础上发展起来并形成一个新的印刷工业体系。因此，包装印刷不仅是现代包装的重要组成部分，而且也是印刷技术领域的一个新的分支，成为中国一个举足轻重的行业。 包装印刷行业在生产过程中使用的溶剂型油墨，油墨含有50%～60%的挥发性组分；调整油墨粘度所需的稀释剂更增加了有机废气的排放。在印制品干燥时，油墨所散发的挥发性组分的总含量占70%～80%，会有大量乙醇、乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸丙酯以及甲苯、二甲苯等有机气体挥发排放，对周边环境和人体健康有很大危害。因此，有效治行业大气污染已经成为亟待解决的重要问题。 1.2 生产工艺及废气来源 印刷工艺主要有平版印刷、凸版印刷、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、复合用胶黏剂及设备清洗剂，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排放环节如图1所示： 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。 凸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，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。 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，印刷过程产生大量的VOCs，且成分复杂。 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。 复合工艺是指使用胶黏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黏剂和稀释剂，VOCs排放量较大，且成分单一。 1.3 有机废气排放特性 印刷工艺与含VOCs原辅材料及VOCs排放特征见表1： 表1 印刷工艺与VOCs排放特征 工艺类型 主要含VOCs原辅材料 VOCs排放特征 VOCs特征污染物 平版印刷 溶剂型油墨、植物大豆油墨、UV固化油墨和水性油墨 印刷与干燥过程排放，使用溶剂型油墨VOCs排放浓度较高，其他类型油墨VOCs排放浓度较低 异丙醇、乙醇、丁醇、丁酮、醋酸乙酯、醋酸丁酯、甲苯等 凸版印刷 醇溶性油墨、水性油墨、UV固化油墨 印刷过程排放，使用水性油墨VOCs排放浓度较低，使用醇溶性油墨VOCs排放浓度较高 醇类 凹版印刷 溶剂型油墨、水性油墨 印刷与干燥过程排放，使用溶剂型油墨VOCs排放浓度较高，使用水性油墨VOCs排放浓度较低 酮、醇、醚、脂和芳烃类 孔版印刷 溶剂型油墨、水性油墨、UV油墨 印刷与洗版过程排放，使用溶剂型油墨VOCs排放浓度较高，使用水性油墨VOCs排放浓度较低 酮、醇、醚、脂和芳烃类 复合 胶粘剂、水性胶粘剂 复合过程排放，使用溶剂型胶粘剂VOCs排放浓度较高，使用水性胶粘剂VOCs排放浓度较低 乙醇、乙酸乙酯

目前来说油墨分为酯溶性油墨和醇溶性（也称为水溶性）油墨，基于大部分标签的材料为PVC，酯溶性油墨占据比例较大，酯溶性油墨中会含有乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、丙二醇甲醚、异丙醇等组分，且耗量较大，而醇溶性油墨中大部分溶剂为乙醇。

印刷工艺过程中的排放特征是浓度低、风量大，浓度范围主要在300～800mg/m3之间，每台印刷机的排风量大约在30000～50000m3/h左右。由于其油墨组分多，故VOCs排放成分复杂。

干式复合工艺过程中的排放特征是浓度较高，风量相对较低，浓度范围在1000～3000mg/m3。之间，并且由于粘胶剂配方单一，故排放VOCs成分简单，为单一的乙酸乙酯。近年来，包装行业内对于环保生产越来越重视，有意识采用水溶性复合胶水代替传统乙酸乙酯胶水，随着环保型原料的技术进步，复合生产的VOCs排放有望在不远的将来得到彻底改善。但就目前来说，乙酸乙酯胶水复合仍然是主要的生产方式。

以上两种工序排放的溶剂气体均易于吸附：溶剂的使用量大，环境污染严重，急需治理。

2治理方案选择

2.1 常见处理方法比较

选择有机废气处理方法，总体上应根据以下因素：有机污染物质的类型、有机污染物质浓度水平、有机废气的排气温度、有机废气的排放流量、微粒散发的水平、需要达到的污染物控制水平。

有机废气的处理方法种类繁多，特点各异，常用的有冷凝法、吸收法、燃烧法、催化法、吸附法、低温等离子、生物法、蓄热式氧化法等（见图2）。

1）冷凝法：将废气直接冷凝或吸附浓缩后冷凝，冷凝液经分离回收有价值的有机物。该法用于浓度高、温度低、风量小的废气处理，但此法投资大、能耗高、运行费用大，不适用于低浓度、大风量的包装印刷尾气治理。

2）吸收法：可分为化学吸收和物理吸收，一般不采用化学吸收。物理吸收是选用具有较小的挥发性的液体吸收剂，它与被吸收组分有较高的亲和力，吸收饱和后经加热解析冷却后重新使用。该法用于大气量、温度低、浓度低的废气，装置复杂、投资大，吸收液的选用比较困难，液体吸收法净化率只有60%～80%，这种方法实际应用存在吸收效率不高，一般难以达到国家排放标准，而且存在着二次污染问题。

3）直接燃烧法：利用燃气或燃油等辅助燃料燃烧放出的热量将混合气体加热到一定温度（700～800℃），驻留一定的时间，使可燃的有害气体燃烧。该法工艺简单、设备投资少，但能耗大、运行成本高。对于处理低浓度、大风量的包装印刷尾气，选择直接燃烧法太不经济，而且浪费能源。

4）催化燃烧法：将废气加热到200～300℃经过催化床, , , 燃烧，达到净化目的。该法能耗低、净化率高可达95%、无二次污染、工艺简单操作方便。适用于小风量、高温、高浓度的有机废气治理，不适用于低浓度、大风量的包装印刷尾气治理。

        5）吸附法：

①直接吸附法：有机气体直接通过活性炭，可达到95%的净化率，设备简单、投资小、操作方便，但需经常更换活性炭，若无再生装置，则运行费用太高；因此可用于浓度低、污染物不需回收的场合。

②吸附回收法：有机气体经活性炭吸附，该法利用活性炭等吸附剂吸附有机废气，接近饱和后用水蒸气反吹活性炭进行脱附再生，水蒸气与脱附出来的有机气体经冷凝、分离，可回收有机液体。该法净化效率较高，但要求提供必要的蒸汽量，适用于低浓度、大风量的包装印刷尾气治理。

③吸附——催化燃烧法：应用新型活性炭（多为蜂窝炭或纤维炭）吸附浓缩低浓度的有机废气，吸附接近饱和后引入热空气加热活性炭，使有机废气脱附出来进入催化燃烧床进行无焰燃烧净化处理，热气体在系统中循环使用或增设二级换热器进行热能回收。该法将低浓度的有机废气通过活性炭将其浓缩成高浓度的有机废气再通过催化燃烧彻底净化。但催化剂容易失活，需定期更换催化剂，造成运行费用太高。

6）低温等离子法：利用介质放电产生的等离子体以极快的速度反复轰击废气中的气体分子，去激活、电离、裂解废气中的各种成分，通过氧化等一系列复杂的化学反应，使复杂大分子污染物转变为一些小分子的安全物质（如二氧化碳和水），或使有毒有害物质转变为无毒无害或低毒低害物质。

该法消耗低，具有装置简单，易于操作，占地面积小，使用方便等优点，但是在实际应用中存在着净化效率低的问题。

7）生物法：该法是基于成熟的生物处理污水技术上发展起来，具有能耗低、运行费用少的特点，在国外有一定规模的应用。其缺点在于污染物在传质和消解过程中需要有足够的停留时间，从而增大了设备的占地，同时由于微生物具有一定的耐冲击负荷限值，增加了整个处理系统在停启时的控制。该法目前在国内污水站废气治理中有少量应用，对工业废气治理的应用很少。

8）光催化氧化法：该法是通过光催化氧化反应净化消除挥发性有机气体。所谓光催化氧化反应，就是让太阳光或其他一定能量的光照射光敏半导体催化剂时，激发半导体的价带电子发生带间跃迁，即从价带跃迁到导带，从而产生光生电子（e-）和空穴（h+）。此时吸附在纳米颗粒表面的溶解氧俘获电子形成超氧负离子，而空穴将吸附在催化剂表面的氢氧根离子和水氧化成氢氧自由基。而超氧负离子和氢氧自由基具有很强的氧化性，能使有机污染物氧化至最终产物二氧化碳和水。利用光催化氧化工艺处理废气是一种应用前景非常广阔的方法。但是目前大多数还在是运用于室内空气的净化，主要用于处理低浓度有机废气领域，有效运用于较高浓度有机废气处理的工业应用还很少，处理效率得不到保证。

9）蓄热式氧化法：该法是利用天然气或燃料油燃烧放出的热量将混合气体加热到825℃，滞留一定的时间（0.5～1秒），使可燃的有害物质进行高温分解变为无害物质。本法的特点：工艺简单、去除率高，通过蓄热材料回收热量，可以达到90%～95%的热回收率，运行费用较少，尤其对于一些复杂组分处理效果较好。

2.2 治理方案确定

在包装生产中，由于干复工艺的废气风量小、浓度较高、VOCs排放成分单一，此处废气建议采用活性炭纤维吸附+水蒸气脱附再生回收技术、颗粒活性炭吸附+氮气保护再生回收技术，将回收的溶剂（乙酸乙酯）经过提纯后进行再利用。

对于印刷工艺来说，由于废气具有大风量、低浓度、成分复杂不具有回收价值等特点，此处废气建议采用旋流板塔+过滤器+沸石浓缩转轮设备（浓缩倍率5～20倍）+ 蓄热式焚化炉（RTO）+热能回用处理后达标排放。每座沸石转轮浓缩设备最大可处理风量约100000 m3/h （需视废气成分/浓度/性能需求调整），若常温废气风量大，可以并联沸石浓缩转轮（使处理风量增加），并藉由此设备本身高浓缩之特性，使脱附后废气风量大幅降低，可降低整体系统设置成本及RTO炉操作成本。

对于印刷工艺设备是间歇工作的场合下，此处废气建议采用吸附浓缩+催化燃烧+热能回用处理后达标排放。

2.3 主要设计依据

根据国家及行业相关标准和规范，主要涉及依据如下：

《中华人民共和国环境保护法》；

《中华人民共和国大气污染防治法》；

《大气污染物综合排放标准》 GB 16297-1996；

《恶臭污染物排放标准》 GB 14554-93；

《吸附法工业有机废气治理工程技术规范》 HJ 2026-2013；

《催化燃烧法工业有机废气治理工程技术规范 》 HJ 2027-2013；

《工业企业噪声测量规范》GBJ122-88；

《工业与民用供配电系统设计规范》GB 50052-2009；

《通风与空调工程施工质量验收规范》GB 50243-2002；

北京市地方标准DB11/1201-2015《印刷业挥发性有机物排放标准》；

天津市地方标准DB 12/524-2014《工业企业挥发性有机物排放控制标准》；

上海市地方标准DB 31/872-2014《 印刷业大气污染物排放标准》；

广东省地方标准DB 44/815-2010《 包装印刷行业挥发性有机化合物排放标准 》。

3 技术方案介绍

3.1活性炭纤维吸附+水蒸气脱附再生回收技术方案

3.1.1方案概述

干复工艺排出的废气具有风量小、浓度较高、VOCs排放成分单一等特点，此处废气建议采用活性炭纤维吸附+水蒸气脱附再生回收技术、颗粒活性炭吸附+氮气保护再生回收技术，将回收的溶剂（乙酸乙酯）经过提纯后进行再利用。

从吸附工艺来讲，水蒸气脱附再生回收技术依然是主流技术，工艺不断得到了不断完善，故在此处重点介绍。

3.1.2工艺流程

ACF系列活性炭纤维吸附回收有机废气装置设置多个吸附器，共用一套管路系统，运行时吸附器依次进入吸附状态。有机废气经预处理后由吸附器下部进入吸附器内部，穿过活性炭纤维，净化后的气体由吸附器顶部排出。当达到动态吸附饱和后，吸附器自动切换到脱附状态，蒸汽由吸附器顶部进人，穿过活性炭纤维，将被吸附的有机废气脱附出来并带出吸附器进入冷凝器，有机废气和水蒸气的混合物经冷凝流入分层槽，进行分层回收；脱附干净的吸附器进入干燥再生工序，进入下一个吸附循环。分层槽中的废水进入污水处理系统。

本处理工艺由6个主要工艺步骤组成：预处理（根据具体工况而定）、吸附、蒸汽脱附、负压抽干、干燥降温及计量回收。工艺流程图如图3所示：

3.2沸石浓缩转轮设备+蓄热式焚化炉（RTO）技术方案

3.2.1方案概述

印刷工艺排出的废气具有大风量、低浓度、成分复杂不具有回收价值等特点，此处废气建议采用旋流板塔+过滤器+沸石浓缩转轮设备（浓缩倍率5～20倍）+ 蓄热式焚化炉（RTO）+热能回用处理后达标排放。每座沸石转轮浓缩设备最大可处理风量约100000 m3/h （需视废气成分/浓度/性能需求调整），若常温废气风量大，可以并联沸石浓缩转轮（使处理风量增加），并藉由此设备本身高浓缩之特性，使脱附后废气风量大幅降低，充分收集有机废气燃烧产生的热能，用于装置运行或为企业提供能源，可降低整体系统设置成本及RTO炉操作成本。

3.2.2工艺流程

（1）预处理

因废气中含有一定量易固化杂质具有粘性，若未经去除直接进入吸附装置，这些易固化杂质极易粘附在吸附材料上，造成吸附材料有效吸附面积降低，甚至造成吸附材料微孔堵塞，严重影响吸附效果、增加系统阻力甚至给系统造成安全隐患，因此在进入沸石分子筛前必须有效去除废气中的漆雾杂质。因此本工艺在吸附系统前设置旋流板塔+过滤器作为预处理器，利用旋流板塔内水气喷雾以及过滤器自身的精巧结构高效去除废气中的粉尘及尘杂物质，从而确保由风机抽风引入的废气中所含尘杂在进入吸附材料前得到有效的拦截过滤

旋流板塔除尘机制主要是尘粒与液滴的惯性碰撞，离心分离和液膜粘附等。这种塔板由于开孔率较大，允许高速气流通过，因此负荷较高，处理能力较大，压降较低，操作弹性较大。旋流塔板叶片如固定的风车叶片，气流通过叶片时产生旋转和离心运动，吸收液通过中间盲板均匀分配到个叶片，形成薄液层，与旋转向上的气流形成旋转和离心的效果，喷成细小液滴，甩向塔壁后。液滴受重力作用集流到集液槽，并通过降液管流到下一塔板的盲板区。具有一定风压、风速的待处理气流从塔的底部进，上部出。洗涤液从塔的上部进，下部出。气流与洗涤液在塔内作相对运动，并在旋流塔板的结构部位形成很大表面积的水膜，从而大大提高了洗涤效果。每一层的吸收液经旋流离心作用掉入边缘的收集槽，再经导流管进入下一层塔板，进行下一层的洗涤除杂尘处理段。循环液应及时排入污水处理设施中并进行补充新鲜水确保其洗涤效果。

旋流塔后端采用过滤器作为第二级预处理设备。其改进后的结构主要由组合滤网+蜂窝活性炭组成。组合滤网层设置有多层过滤材料。进入其中的粉尘颗粒和水雾，一般随气流作惯性运动或无规则布朗运动或受某种场力的作用而移动，当微粒运动撞到纤维介质时，由于范德华力的作用使得微粒粘到纤维表面。进入过滤介质的颗粒有较多撞击介质的机会，撞上介质就会被粘住，较小的颗粒相互碰撞会相互粘结形成较大颗粒而沉降。通过上述作用实现对粉尘、水雾的拦截过滤。过滤器内设置蜂窝活性炭层，可以进一步去除漆雾粉尘，且能截留废气中高沸点有机物，确保后端转轮正常运行。

过滤器配置压差报警，实时监控内部滤网阻力变化，当阻力达到设定值时，系统报警并提示更换过滤棉，确保系统稳定运行。

（2）沸石转轮系统

涂装废气通过旋流板塔及过滤器去除漆雾后进入沸石转轮吸附，吸附后的洁净气体达标后经烟囱排放。冷却气通过沸石转轮冷却区预加热后再经过热交换器升温至所需的脱附温度，进入沸石转轮的脱附区，脱除吸附在分子筛内的有机组分。

（3）RTO系统

脱附后的废气由脱附风机加压进入RTO炉，通过气缸带动挡板运动，反复切换执行进气/排气操作。

RTO炉中采用燃气燃烧器对废气进行加热，使燃烧室温度控制在850℃左右，确保VOCs氧化完全。经高温氧化处理后的废气经蓄热层回收热量后经烟囱达标排放。

当RTO系统需要停车、检修时，废气由旁路管经烟囱直接排空。

3.3吸附浓缩+催化燃烧技术方案

3.3.1方案概述

如果印刷工艺设备是在间歇工作的场合下，此处废气建议采用预处理+吸附浓缩+催化燃烧+热能回用处理后达标排放。

3.3.2工艺流程

本装置工艺流程为：吸附浓缩—解吸脱附—催化燃烧的工艺流程。采取单气路工作（参见图8）方式，由2个活性炭吸附器，一个催化燃烧器（辅之低压风机、阀门等构成）。废气经预处理除去粉尘、颗粒状物质后，送入活性炭吸附器A，当活性炭吸附器A接近饱和时，首先将处理气体自动切换到活性炭吸附器B（活性炭吸附器A停止吸附操作），然后用热气流对活性炭吸附器A进行解吸脱附，将有机物从活性炭上脱附下来。在脱附过程中，有机废气已被浓缩，浓度较原来提高几十倍，达2000ppm以上，浓缩废气送到催化燃烧装置，最后被成为二氧化碳与水排出。

完成解吸脱附以后活性炭吸附器A进入待用状态，待活性炭吸附器B接近饱和时，系统再自动切换回来，同时对活性炭吸附器B进行解吸脱附，如此循环工作。

当有机废气的浓度达到2000ppm以上时，催化床内可维持自燃，不用外加热。这个方案不仅大大节省了能量的消耗，而且由于催化燃烧器的处理能力仅需原废气处理量的1/10（3000m3/h），所以同时也降低了设备投资。本方案既适合于连续工作，也适合于间断工作。

单台活性炭吸附器的解吸脱付大约需要2～3小时。

吸附风机用变频器控制，可以依照需要的风量或者装置入口的净负压来进行调节。

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