活性炭吸脱附+催化燃烧处理印刷废气工程实例

崔进(上海华闵环境股份有限公司，上海 200062)

0 引言

包装印刷行业是我国VOCs使用较多的一大行业。印刷是使用模拟或数字的图像载体将呈色剂/色料(如油墨)转移到承印物上的复制过程。根据印刷所用印版类型可将印刷分为平版印刷、凹版印刷、凸版印刷(包括树脂版印刷、柔性版印刷)和孔版印刷(主要为网版印刷)。凹版印刷是指指印版的图文部分低于非图文部分的印刷方式。由于印刷品质量要求，目前印刷行业普遍还是采用油性油墨进行印刷，油性油墨有机溶剂含量一般占油墨总量的70%～80%[1]，特别是乙酸乙酯溶剂，在各大气污染物排放指标中，属于恶臭物质，排放限值较低。在2019年国家生态环境部下发的《重点行业挥发性有机物治理方案》通知中，将包装印刷行业作为重点行业，要求企业切实提升末端治理水平，因此，如何经济、稳定、高效地去除印刷工艺产生的VOCs，是近几年研究的课题。

1 印刷行业常见VOCs废气处理方法

目前常见的VOCs废气处理方法有：燃烧法、吸附法、吸收法、化学氧化法、低温等离子氧化法啊、光催化氧化法和生物法等[2]。在生态环境部颁发的《印刷工业污染防治可行技术指南》中，推荐使用吸附法、燃烧法、冷凝法或其中的组合工艺进行处理。在实际应用过程中，应根据企业实际产污情况，公用工程匹配情况合理选择工艺。

2 印刷行业废气处理工程实例

2.1 项目概况

上海某食品厂印刷工艺在生产过程中大量使用油性油墨和有机溶剂，污染物主要是油墨和溶剂挥发产生的有机污染物，主要成分为乙酸乙酯。原使用等离子设备进行处理，由于处理效率较低(约30%)以及产生二次污染物(O3)，本次对环保设备进行提标改造，更换一套设备。

2.2 废气处理工艺介绍

本装置工作过程可分为4个工艺段，高效过滤阶段，活性炭吸附阶段，活性炭脱附再生阶段，活性炭冷却阶段。

2.2.1 高效过滤过程

车间排出的废气由进入高效过滤器装置, 有机废气通过过滤器时，废气中的颗粒物被过滤器有效拦截，气体组分和颗粒物组分分开，进入到下级处理器进行处理。

2.2.2 活性炭吸附过程

车间排出的废气由前置工艺处理后进入活性炭吸附装置, 有机废气通过活性炭层时，废气中的有机组分被吸引到活性炭的微孔中并浓集保持其中，有机组分从而与其它组分分开，其它组分气体(洁净气体)经风机排空。

2.2.3 活性炭再生过程

活性炭使用一段时间，吸附了一定量的溶剂后，会降低或失去吸附能力，此时活性炭需脱附再生，再生后活性炭重新恢复吸附功能，活性炭可继续使用。再生时，先通过预热对燃烧室进行升温，当温度达到起燃温度后切换至脱附路线对活性炭吸附床进行脱附再生处理。

2.2.4 活性炭冷却过程

再生后的活性炭罐温度较高，需要冷却到室温后，方可进入后续的吸附过程。具体工艺流程图如图1所示。

图 1 工艺流程图

2.3 工程设计

2.3.1 废气气量及源强

根据企业原有设备以及收集效果反馈，该印刷生产线排气风量约为3 000 m3/h，根据原排气管道检测数据统计，废气处理设备进口乙酸乙酯浓度约为200 mg/m3.。

2.3.2 废气排放标准

项目废气排放标准执行DB 31/872—2015《印刷业污染物综合排放标准》排放标准规定，要求如下：非甲烷总烃 (乙 酸乙酯)≤50 mg/m3，排放速率 ≤1.5 kg/h。

2.3.3 废气处理流程

印刷废气先进入三级过滤设备，然后经过活性炭吸附器1吸附处理，处理后的废气经吸附风机和排气筒排放。

此时催化燃烧炉进行预热，待达到乙酸乙酯催化起燃温度260 ℃时，开启相应阀门，脱附风机，空气经换热器1加热器1加热到约100 ℃对活性炭吸附器2进行脱附，脱附出来的废气经换热器2、加热器2加热至起燃温度260 ℃后进入催化燃烧炉进行催化燃烧反应。燃烧后的废气经过二级换热器进行热量回收后经脱附风机排放至排气筒。

2.3.4 废气处理设备组成

(1)过滤器。最大处理风量为3 000 m3/h，尺寸为1.8 m×0.6 m×0.8 m，内置两道过滤棉，分别为中效过滤F5和高效过滤F9。生产车间为洁净车间，该设备的主要用途是去除可能进入废气管道中的粉尘颗粒物，防止堵塞活性炭吸附设备，影响吸附效果。

(2)活性炭吸附设备。采用固定床蜂窝活性炭吸附，单个处理能力为3 000 m3/h，采用一吸一脱。活性炭装填厚度为0.8 m，气体通过活性炭的速度为0.5 m/s，停留时间为1.6 s。每天吸附12 h，再生周期为1 d。设备采用玻璃纤维棉进行保温。

(3)催化燃烧设备。最大处理风量500 m3/h，包括两级换热器，燃烧室加热器，预热加热器，催化床，温度检测器等。催化床催化剂空速为6 000 h-1，进入催化床废气浓度约为1 530 mg/m3。设备采用玻璃纤维棉进行保温。

(4)管道。管道采用Q235材质，催化床及活性炭吸附设备之间的管道进行保温，选用岩棉材料，外包铝板。

(5)风机。本套系统含2套风机，分别为吸附主风机(风量Q=3 000 m3/h，风压P=3 000 Pa，功率N=5.5 kW)，脱附燃烧风机(风量Q=500 m3/h，风压P=3 000 Pa，功率N=1.5 kW)。

(6)电控系统。本系统使用大量气动阀共16个，电磁阀3只，温度计30支，可燃气体检测仪1台，实现系统自动运行，所有操作通过PLC反馈到操作屏上，同时在车间设置操作分屏，方便操作。

(7)安全系统。本系统催化床与活性炭吸附设备之间安装隔爆阀，管道安装泄爆片，活性炭吸附设备配置CO2灭火装置及消防水灭火装置。在利用传感器自动控制同时设置其他安全冗余措施。

3 运行结果

3.1 污染物监测数据

项目正常运行后，对设备不同运行时段进行了长达1周的监控，采用COSMOS的乙酸乙酯便携式检测仪进出口乙酸乙酯浓度指标进行监测。主要检测值如表1所示。

表 1 乙酸乙酯处理前后检测值

乙酸乙酯的综合去除效果达到85%以上。

3.2 投资与运行费用

项目投资主要是蜂窝活性炭吸附设备，过滤器，风机，催化燃烧床，通风管道，脱附燃烧管道，自控系统等的设备投资和安装，该项目总投资60万元。

系统运行费用主要是设备消耗电力上，处理废气量3 000 m3/h，每天12 h，电耗为13 kW·h，电价按1.3元/(kW·h)，即处理1 m3废气的电费为0.000 4元。

4 结语

废气处理设施提标改造后，整体去除率在85%以上，投入使用后，该食品厂印刷废气污染排放得到大幅削减，厂区环境明显改善，因臭气投诉率为0。