嘉園環(huán)保有限公司氣務事業(yè)部 韓忠娟

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沸石轉(zhuǎn)輪濃縮-蓄熱式焚燒法處理包裝印刷有機廢氣

嘉園環(huán)保有限公司氣務事業(yè)部 韓忠娟

該文介紹了轉(zhuǎn)輪濃縮-蓄熱式焚燒技術(shù)的工藝原理，采用該組合技術(shù)的凈化裝置對包裝印刷廠的有機廢氣進行治理，實際運行結(jié)果表明，使用這種工藝和設(shè)備可以有效處理大風量、低濃度有機廢氣，凈化治理效果符合包裝印刷業(yè)新出臺的VOCs排放標準。

包裝印刷 揮發(fā)性有機廢氣 沸石轉(zhuǎn)輪 蓄熱式焚燒

1 概述

包裝印刷廠揮發(fā)性有機廢氣（VOCs，Volatile Organic Compounds）的排放主要來自于彩色印刷和塑膜復合工序生產(chǎn)過程中使用的溶劑型油墨、粘合劑和用于稀釋的有機溶劑等，所用有機溶劑主要有醇類、酯類、芳烴類等中高沸點的溶劑，如乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙醇、異丙醇、甲苯、二甲苯，這些有機溶劑在產(chǎn)品生產(chǎn)過程中會大量揮發(fā)外排。據(jù)相關(guān)資料估算，我國包裝印刷業(yè)VOCs的排放量約200萬～300萬噸/年，約占整個印刷行業(yè)總排放量的80% 以上，包裝印刷業(yè)的VOCs貢獻量不容忽視。資料顯示[1~3]，VOCs對人和環(huán)境的危害極大。因此，必須大力推進包裝印刷企業(yè)VOCs綜合整治，從源頭削減VOCs排放，同時對所排放的VOCs采取合理有效的治理技術(shù)。

新環(huán)保法規(guī)及各地VOCs排放標準對VOCs的排放限制越來越嚴，對VOCs排放企業(yè)和環(huán)保設(shè)備提供企業(yè)提出了更高的要求。相較于傳統(tǒng)的活性炭吸附—催化氧化工藝，沸石轉(zhuǎn)輪濃縮—蓄熱式焚燒（RTO，Regenerative Thermal Oxidizer）工藝具有諸多優(yōu)勢，如安全性高、出口濃度波動小、凈化率高等特點[4]，沸石轉(zhuǎn)輪濃縮—RTO不久將成為此類項目的主流工藝和處理設(shè)備。

2 工藝流程及凈化原理

2.1 工藝流程

沸石轉(zhuǎn)輪濃縮—RTO工藝流程示意圖見圖1。

1-干式纖維過濾器；2-沸石轉(zhuǎn)輪；3-吸附風機；4-煙囪；5-換熱器；6-RTO；7-阻火器；8-脫附風機；9-清吹風機

圖1 沸石轉(zhuǎn)輪濃縮-RTO工藝流程示意圖

2.2 凈化原理

本技術(shù)是沸石轉(zhuǎn)輪吸附同蓄熱式焚燒技術(shù)的組合工藝，凈化系統(tǒng)主要由粉塵過濾裝置、沸石轉(zhuǎn)輪濃縮吸附裝置、RTO、風機、換熱器、PLC自動化控制系統(tǒng)組成。該組合技術(shù)通過沸石轉(zhuǎn)輪的吸附濃縮使大風量、低濃度有機廢氣濃縮為小風量、高濃度濃縮氣體，高濃度濃縮氣再經(jīng)RTO高溫燃燒分解為CO2和H2O等無機成分。沸石轉(zhuǎn)輪濃縮裝置是利用吸附－脫附－濃縮三項連續(xù)變溫的吸附、脫附程序，通過轉(zhuǎn)輪的旋轉(zhuǎn)，在轉(zhuǎn)輪（被分割成吸附區(qū)、脫附區(qū)、冷卻區(qū)）上同時完成VOCs的吸附、脫附再生。

組合技術(shù)工藝過程：經(jīng)粉塵過濾裝置去除粉塵、顆粒物后的有機廢氣流過濃縮轉(zhuǎn)輪時，其中的有機物在轉(zhuǎn)輪吸附區(qū)域會被吸附下來，經(jīng)過吸附凈化后的廢氣(約占處理風量的85%~95%)排放到大氣中，一小部分廢氣(約占處理風量的5%~15%)對轉(zhuǎn)輪冷卻區(qū)降溫后經(jīng)換熱器被加熱到180~220℃的脫附溫度后，流入脫附區(qū)，脫附區(qū)有機物從吸附劑—沸石上脫離到加熱的氣流中，轉(zhuǎn)輪得以再生，脫附后的高濃度VOCs被送入RTO高溫焚燒，反應后的高溫煙氣進入規(guī)整蜂窩陶瓷蓄熱體，95%的熱量被蓄熱體吸收并“儲存”起來，溫度降低到接近RTO入口溫度，通常不超過50℃。蓄熱體溫度升高后，通過切換閥或旋轉(zhuǎn)裝置切換氣流流向，分別進行蓄熱和放熱，實現(xiàn)熱量的有效回收利用。

該工藝具有如下優(yōu)點：

（1）相較于固定床活性炭吸附濃縮，出口濃度穩(wěn)定。由于轉(zhuǎn)輪始終處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，故轉(zhuǎn)入吸附區(qū)的沸石會較快轉(zhuǎn)入脫附區(qū)脫附再生，使得吸附區(qū)停留時間短。

（2）采用沸石作為吸附劑，因沸石具有不燃性，相較于煤制/木制活性炭，安全性能好。

（3）高溫脫附，脫附效率高，使高沸點殘留問題迎刃而解。

（4）系統(tǒng)組合緊湊，充分利用熱源，節(jié)省設(shè)備投資和運行費用。首先，脫附后的VOCs濃度一般為系統(tǒng)進氣濃度的6~25倍，可達到RTO自持濃度，正常運行中，RTO輔助加熱系統(tǒng)不開啟。其次，利用冷卻風作為脫附風（常溫冷卻風經(jīng)冷卻區(qū)后溫度升到80~110℃），同時取少量RTO爐膛高溫凈化氣進一步加熱脫附風，達到脫附用溫度，可降低運營成本。

（5）氧化系統(tǒng)采用蓄熱式焚燒技術(shù)（RTO），與傳統(tǒng)的催化燃燒、直燃式熱氧化爐相比，具有凈化效率高（高達99%以上）、熱效率高(≥95%)、運行成本低等特點，濃度稍高時，還可進行二次余熱回收，大大降低運營成本。

3 實際應用效果

以北京某印刷廠為例，該廠VOCs廢氣來源于兩條印刷線（分別為十色印刷機、八色印刷機），每條印刷線有主排和側(cè)排兩個抽風口，總排風量為40000m3/h，廢氣主要成分為乙醇、乙酸丁酯，VOCS濃度為300~600mg/m3。針對此大風量、低濃度廢氣，公司采用了轉(zhuǎn)輪濃縮-RTO凈化裝置進行治理，自投入使用一年以來，整套系統(tǒng)運行良好，表1的監(jiān)測結(jié)果表明，VOCS出口濃度低于30mg/m3，符合國家和地方印刷業(yè)大氣污染物排放標準。此外，沸石轉(zhuǎn)輪凈化率95%以上，RTO凈化率99%以上，達到設(shè)計要求。

表1 有機廢氣處理前后監(jiān)測結(jié)果

該工藝先采用轉(zhuǎn)輪吸附濃縮，降低了RTO設(shè)備廢氣處理量，使得RTO規(guī)模變小，降低了設(shè)備投資費用；盡管有機廢氣濃度比較低，但經(jīng)濃縮后，有機廢氣濃度達到自持濃度以上，所以RTO除了首次開機預熱需要消耗天然氣（RTO輔助燃料）外，其他時間RTO輔助加熱系統(tǒng)無需開啟，同時脫附風熱源來自于有機廢氣氧化釋放的熱能，系統(tǒng)運行費用低。

沸石轉(zhuǎn)輪濃縮—RTO凈化系統(tǒng)采用PLC全自動化控制并配備液晶觸摸顯示屏。控制程序監(jiān)視所有控制器、驅(qū)動器、壓力開關(guān)、壓力變送器、熱電偶、限位開關(guān)、生產(chǎn)線連鎖信號和儀表連鎖信號。如發(fā)生任何異常，人機界面就會顯示故障信息，然后通過程序控制采取適當動作，確保系統(tǒng)的安全。

4 結(jié)論

實際運行結(jié)果表明，沸石轉(zhuǎn)輪—RTO工藝對大風量、低濃度有機廢氣凈化效果好，運行費用低，凈化尾氣排放符合當前嚴格的VOCS排放標準。目前國內(nèi)轉(zhuǎn)輪濃縮系統(tǒng)90%以上是進口國外的技術(shù)和產(chǎn)品，投資高、工期長，亟需開發(fā)沸石轉(zhuǎn)輪濃縮技術(shù)，打破轉(zhuǎn)輪國外壟斷的局面，從而更好地服務于我國的VOCs廢氣治理。

[1] 唐運雪. 有機廢氣處理技術(shù)及前景展望[J]. 湖南有色金屬, 2005, 21(5): 31-35.

[2] 劉洋, 馬麗, 歐紅香, 等. 有機廢氣的危害與治理技術(shù)[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學, 2009, 37(1): 351-352.

[3] 張漢杰. 有機廢氣吸附凈化處理的新型工藝研究[J]. 污染防治技術(shù), 2007, 20(1): 12-14.

[4] 中國環(huán)境保護產(chǎn)業(yè)協(xié)會廢氣委員會. 我國有機廢氣治理行業(yè)2010年發(fā)展綜述[J].中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2011(8): 8-15.