沸石轉(zhuǎn)輪濃縮及催化燃燒技術(shù)在處理包裝印刷廢氣中的應(yīng)用

摘要：以佛山某包裝印刷企業(yè)為研究對(duì)象，應(yīng)用沸石轉(zhuǎn)輪濃縮與催化燃燒技術(shù)處理大風(fēng)量低濃度有機(jī)廢氣。運(yùn)行結(jié)果表明，該組合工藝對(duì)非甲烷總烴（Non-Methane Hydrocarbons，NMHC）和揮發(fā)性有機(jī)物（Volatile Organic Compounds，VOCs）的凈化效率均達(dá)到93%以上，展現(xiàn)出良好的減排效果和經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)中小型包裝印刷企業(yè)治理廢氣具有推廣價(jià)值。

關(guān)鍵詞：沸石轉(zhuǎn)輪濃縮；催化燃燒技術(shù)；包裝印刷

中圖分類號(hào)：X701 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-9500（2025）03-00-03

Application of Zeolite Rotor Concentration and Catalytic Combustion Technology in Treating Packaging and Printing Waste Gas

HUANG Huanzhuan

（Foshan Tengyuan Environmental Protection Technology Co.， Ltd.， Foshan 528300， China）

Abstract： Taking a packaging and printing enterprise in Foshan as the research object， zeolite rotor concentration and catalytic combustion technology are applied to treat high air volume and low concentration organic waste gas. The operation results show that the combined process has a purification efficiency of over 93% for Non-Methane Hydrocarbons （NMHC） and Volatile Organic Compounds （VOCs）， demonstrating good emission reduction and economic benefits. It has promotional value for small and medium-sized packaging and printing enterprises to treat waste gas.

Keywords： zeolite rotor concentration; catalytic combustion technology; packaging and printing

印刷行業(yè)是我國揮發(fā)性有機(jī)物（Volatile Organic Compounds，VOCs）廢氣的重要排放源之一，近年來VOCs排放量持續(xù)上升，尤其是凹版印刷和包裝復(fù)合工藝[1-2]。因此，包裝印刷行業(yè)廢氣的排放控制及治理技術(shù)備受關(guān)注。目前，印刷行業(yè)VOCs治理面臨廢氣收集效率低、治理設(shè)施低效等難題，急需高效、經(jīng)濟(jì)的治理技術(shù)[3]。催化燃燒技術(shù)因其能利用催化劑的低溫活性將VOCs轉(zhuǎn)化為無害產(chǎn)物而備受矚目[4]。本文結(jié)合實(shí)際案例，分析沸石轉(zhuǎn)輪濃縮及催化燃燒技術(shù)處理包裝印刷行業(yè)VOCs廢氣的有效性和經(jīng)濟(jì)性，從而有效處理包裝印刷行業(yè)VOCs廢氣，切實(shí)改善生態(tài)環(huán)境。

1 項(xiàng)目概況

廣東省佛山市某包裝印刷企業(yè)印刷線使用塑料薄膜、油性油墨和稀釋劑等材料，在調(diào)墨、印刷、烘干、復(fù)合級(jí)清洗等生產(chǎn)環(huán)節(jié)會(huì)排放大量VOCs，主要包括乙酸乙酯、乙酸正丙酯、異丙醇等酯類和醇類污染物。為解決原有活性炭治理設(shè)施處理效率低、運(yùn)行費(fèi)用高、存在二次污染等問題，該企業(yè)決定采用沸石轉(zhuǎn)輪濃縮及催化燃燒技術(shù)進(jìn)行升級(jí)改造。項(xiàng)目設(shè)計(jì)基礎(chǔ)信息如下：廢氣來源于1臺(tái)9色和1臺(tái)8色凹版印刷機(jī)，油墨用量為10 t/a，VOCs含量為60%；稀釋劑用量為22.6 t/a，VOCs含量為100%；廢氣風(fēng)量為30 000 Nm3/h，溫度不大于35 ℃，相對(duì)濕度小于70%。

2 工藝設(shè)計(jì)

2.1 工藝路線

針對(duì)該企業(yè)廢氣風(fēng)量大、濃度低、波動(dòng)大、組分相對(duì)復(fù)雜等特點(diǎn)，設(shè)計(jì)采用“預(yù)處理+沸石轉(zhuǎn)輪吸附濃縮+催化燃燒脫附”的工藝路線。該組合工藝具有起燃溫度低、節(jié)省能源、安全性高、處理效率高及無二次污染等優(yōu)點(diǎn)。廢氣治理工藝流程如圖1所示。

2.2 工藝說明

主要工藝流程包括吸附、脫附和燃燒3個(gè)階段。低濃度VOCs廢氣經(jīng)三級(jí)過濾后，進(jìn)入沸石轉(zhuǎn)輪吸附區(qū)，VOCs分子被轉(zhuǎn)輪表面分子篩吸附，凈化后尾氣排至大氣。隨著有機(jī)物在轉(zhuǎn)輪吸附區(qū)不斷積累，轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)至脫附區(qū)，換熱器提供的熱氣流將有機(jī)物從沸石表面脫附出來，形成高濃度廢氣。脫附完成后，轉(zhuǎn)輪進(jìn)入冷卻區(qū)，用常溫廢氣將其冷卻后重回吸附區(qū)循環(huán)吸附濃縮。高濃度廢氣經(jīng)脫附風(fēng)機(jī)送至催化燃燒裝置（CO爐），在催化劑作用下無焰燃燒，氧化分解為二氧化碳和水。

3 關(guān)鍵設(shè)備設(shè)計(jì)與選型

3.1 預(yù)處理單元

預(yù)處理單元采用復(fù)合干濾器，有效過濾微粒粉塵及部分高分子化合物，確保后續(xù)吸附劑表面不因污染而失效。干濾器設(shè)有快開門、濾材快速裝拆機(jī)構(gòu)、壓差顯示及報(bào)警裝置。

3.2 沸石轉(zhuǎn)輪吸附濃縮裝置

沸石轉(zhuǎn)輪是整個(gè)系統(tǒng)的核心設(shè)備，采用盤式結(jié)構(gòu)，吸附材料為疏水型復(fù)合分子篩，通過浸漬工藝附著在玻璃纖維上，并根據(jù)廢氣成分選擇不同的分子篩配方。吸附風(fēng)機(jī)的額定風(fēng)量為30 000 Nm3/h，額定靜壓大于2 500 Pa，額定功率為37 kW。

3.3 催化燃燒裝置

催化燃燒裝置的核心組件包括換熱器、催化床、加熱系統(tǒng)、阻火器以及防爆安全措施等。選用高性能鈀鉑貴金屬催化劑，對(duì)乙酸乙酯和二甲苯的轉(zhuǎn)化率高達(dá)98%以上。設(shè)備參數(shù)：CO爐尺寸為3 200 mm×1 300 mm×1 200 mm，處理能力為3 000 Nm3/h，燃燒溫度為280～450 ℃，催化劑裝填量為0.3 m3，系統(tǒng)壓降為3 000 Pa。輔助燃燒裝置采用電加熱，最大輸出功率為96 kW。脫附風(fēng)機(jī)額定風(fēng)量為3 000 Nm3/h，額定靜壓大于5 000 Pa，額定功率為15 kW。

3.4 電控系統(tǒng)

系統(tǒng)采用可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）控制，具有設(shè)備工況監(jiān)視、流程畫面顯示、參數(shù)顯示、報(bào)警顯示及自動(dòng)連鎖保護(hù)等功能。監(jiān)測關(guān)鍵設(shè)備單元的運(yùn)行狀態(tài)、關(guān)鍵點(diǎn)的溫度和壓力，并自動(dòng)記錄，便于評(píng)估設(shè)備的運(yùn)行情況。

4 運(yùn)行結(jié)果分析

4.1 凈化效率

監(jiān)測結(jié)果如表1所示。從表1可以看出，VOCs和NMHC的凈化效率均達(dá)到93%以上，凈化效果顯著，能夠有效降低企業(yè)VOCs排放量。

4.2 脫附溫度對(duì)凈化效率的影響

系統(tǒng)調(diào)試發(fā)現(xiàn)，脫附溫度對(duì)沸石轉(zhuǎn)輪吸脫附效率影響較大。采用EXPEC 3100便攜式揮發(fā)性有機(jī)廢氣分析儀進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)當(dāng)脫附溫度為120、150、180、200 ℃時(shí)，凈化效率分別為81.2%、93.2%、94.2%、94.7%。本項(xiàng)目的廢氣以酯類醇類為主，當(dāng)脫附溫度為120～200 ℃時(shí)，隨著脫附溫度升高，凈化效率不斷升高；當(dāng)脫附溫度為180～200 ℃時(shí)，凈化效率達(dá)94%以上。實(shí)際操作中，應(yīng)根據(jù)廢氣特性和處理效果選擇適宜的脫附溫度。

4.3 脫附再生溫度曲線

系統(tǒng)在1 d內(nèi)的脫附再生溫度曲線如圖2所示。早上開機(jī)加熱室升溫時(shí)間為20～30 min，升溫預(yù)熱時(shí)間短；除中午休息時(shí)間外，催化室溫度維持在300～420 ℃，廢氣燃燒溫度符合設(shè)計(jì)值；脫附熱風(fēng)溫度基本維持在180 ℃左右，轉(zhuǎn)輪吸附床溫度不超過40 ℃，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。

4.4 減排效益及經(jīng)濟(jì)效益

項(xiàng)目高效治理設(shè)施VOCs減排量為24.675 t/a，減排效果顯著。整套廢氣處理系統(tǒng)建設(shè)投資約67萬元，運(yùn)行電費(fèi)約10萬元/a，消耗品維護(hù)費(fèi)約1萬元/a，人工費(fèi)約3.6元/a，總運(yùn)維費(fèi)用約14.6萬元/a。總投資費(fèi)用合理，經(jīng)濟(jì)性可行。

5 注意事項(xiàng)

5.1 含氯有機(jī)物

部分印刷企業(yè)使用含氯有機(jī)物的環(huán)保溶劑，如二氯甲烷、三氯甲烷等。這些物質(zhì)經(jīng)高溫燃燒會(huì)產(chǎn)生氯化氫等酸性氣體，不僅會(huì)導(dǎo)致煙囪、脫附管道、換熱器等部件的銹蝕問題，還有催化劑中毒、轉(zhuǎn)輪內(nèi)吸附材料受污染腐蝕等風(fēng)險(xiǎn)。因此，建議企業(yè)杜絕使用含氯等鹵素成分的原料。

5.2 進(jìn)氣濃度

根據(jù)不同的廢氣進(jìn)氣濃度，應(yīng)選擇不同的廢氣處理工藝。若進(jìn)氣濃度較低（不大于350 mg/m3），可采用沸石轉(zhuǎn)輪吸附濃縮+催化燃燒工藝；若進(jìn)氣濃度中等，可采用沸石轉(zhuǎn)輪吸附濃縮+蓄熱氧化工藝；若進(jìn)氣濃度較高（不小于1 500 mg/m3），廢氣直接進(jìn)入蓄熱氧化裝置處理。

5.3 安全設(shè)置

系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮安全措施，如阻火器、低壓爆破片、補(bǔ)鮮風(fēng)閥、高溫應(yīng)急直排閥等，確保系統(tǒng)安全運(yùn)行。同時(shí)，應(yīng)建立完善的溫度監(jiān)控及報(bào)警系統(tǒng)，及時(shí)應(yīng)對(duì)異常情況，必要時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)消防噴淋系統(tǒng)。

6 結(jié)論

沸石轉(zhuǎn)輪濃縮及催化燃燒技術(shù)在處理包裝印刷廢氣中展現(xiàn)出高效的處理能力和良好的經(jīng)濟(jì)性。該工藝起燃溫度低、安全性高、運(yùn)行穩(wěn)定，對(duì)VOCs和NMHC的凈化效率均達(dá)到93%以上，有效提高了企業(yè)污染治理效果，符合國家節(jié)能減排政策，值得推廣。

參考文獻(xiàn)

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