沸石轉輪濃縮-蓄熱式焚燒法處理包裝印刷有機廢氣

嘉園環保有限公司氣務事業部 韓忠娟

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沸石轉輪濃縮-蓄熱式焚燒法處理包裝印刷有機廢氣

嘉園環保有限公司氣務事業部 韓忠娟

該文介紹了轉輪濃縮-蓄熱式焚燒技術的工藝原理，采用該組合技術的凈化裝置對包裝印刷廠的有機廢氣進行治理，實際運行結果表明，使用這種工藝和設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新出臺的VOCs排放標準。

包裝印刷 揮發性有機廢氣 沸石轉輪 蓄熱式焚燒

1 概述

包裝印刷廠揮發性有機廢氣（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，這些有機溶劑在產品生產過程中會大量揮發外排。據相關資料估算，我國包裝印刷業VOCs的排放量約200萬～300萬噸/年，約占整個印刷行業總排放量的80% 以上，包裝印刷業的VOCs貢獻量不容忽視。資料顯示[1~3]，VOCs對人和環境的危害極大。因此，必須大力推進包裝印刷企業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。

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

2 工藝流程及凈化原理

2.1 工藝流程

沸石轉輪濃縮—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 沸石轉輪濃縮-RTO工藝流程示意圖

2.2 凈化原理

本技術是沸石轉輪吸附同蓄熱式焚燒技術的組合工藝，凈化系統主要由粉塵過濾裝置、沸石轉輪濃縮吸附裝置、RTO、風機、換熱器、PLC自動化控制系統組成。該組合技術通過沸石轉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RTO高溫燃燒分解為CO2和H2O等無機成分。沸石轉輪濃縮裝置是利用吸附－脫附－濃縮三項連續變溫的吸附、脫附程序，通過轉輪的旋轉，在轉輪（被分割成吸附區、脫附區、冷卻區）上同時完成VOCs的吸附、脫附再生。

組合技術工藝過程：經粉塵過濾裝置去除粉塵、顆粒物后的有機廢氣流過濃縮轉輪時，其中的有機物在轉輪吸附區域會被吸附下來，經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%)對轉輪冷卻區降溫后經換熱器被加熱到180~220℃的脫附溫度后，流入脫附區，脫附區有機物從吸附劑—沸石上脫離到加熱的氣流中，轉輪得以再生，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，通過切換閥或旋轉裝置切換氣流流向，分別進行蓄熱和放熱，實現熱量的有效回收利用。

該工藝具有如下優點：

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

（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）系統組合緊湊，充分利用熱源，節省設備投資和運行費用。首先，脫附后的VOCs濃度一般為系統進氣濃度的6~25倍，可達到RTO自持濃度，正常運行中，RTO輔助加熱系統不開啟。其次，利用冷卻風作為脫附風（常溫冷卻風經冷卻區后溫度升到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）氧化系統采用蓄熱式焚燒技術（RTO），與傳統的催化燃燒、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，整套系統運行良好，表1的監測結果表明，VOCS出口濃度低于30mg/m3，符合國家和地方印刷業大氣污染物排放標準。此外，沸石轉輪凈化率95%以上，RTO凈化率99%以上，達到設計要求。

表1 有機廢氣處理前后監測結果

該工藝先采用轉輪吸附濃縮，降低了RTO設備廢氣處理量，使得RTO規模變小，降低了設備投資費用；盡管有機廢氣濃度比較低，但經濃縮后，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，系統運行費用低。

沸石轉輪濃縮—RTO凈化系統采用PLC全自動化控制并配備液晶觸摸顯示屏。控制程序監視所有控制器、驅動器、壓力開關、壓力變送器、熱電偶、限位開關、生產線連鎖信號和儀表連鎖信號。如發生任何異常，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，確保系統的安全。

4 結論

實際運行結果表明，沸石轉輪—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。目前國內轉輪濃縮系統90%以上是進口國外的技術和產品，投資高、工期長，亟需開發沸石轉輪濃縮技術，打破轉輪國外壟斷的局面，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[J]. 安徽農業科學, 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, 2007, 20(1): 12-14.

[4] 中國環境保護產業協會廢氣委員會. 我國有機廢氣治理行業2010年發展綜述[J].中國環保產業，2011(8): 8-15.