PCB厂挥发性有机废气改造工程案例

2022-08-05 01:42:32查红平吴昌兴徐福林黄称祥
中国新技术新产品 2022年8期
关键词:旋流油墨废气

查红平 吴昌兴 徐福林 黄称祥

(江西红板科技股份有限公司,江西 吉安 343100)

0 前言

《涂料、油墨及胶黏剂工业大气污染物排放标准(GB 37824—2019)》中定义挥发性有机物(VOCs,Volatile organic compounds)是指参与大气光化学反应的有机化合物,或者根据有关规定确定的有机化合物。在表征VOCs总体排放情况时,根据行业特征和环境管理要求,可采用总挥发性有机物(以TVOC表示)、非甲烷总烃(以NMHC表示)作为污染物控制项目。

印制线路板(PCB)行业生产过程中使用的油墨、溶剂含多种挥发性有机物,公司目前使用喷淋+活性炭吸附工艺在满足新标准前提下需要大量更换活性炭,产生次生危险废物,且活性炭层易堵塞失效,系统运行成本高、效率低,对现有有机废气治理工艺升级改造降低污染物排放势在必行。

1 PCB行业VOCs产生环节、主要物料理化性质和VOCs特性分析

1.1 印制线路板制作过程中VOCs产生环节分析

印制线路板制作过程使用油墨、有机溶剂、含易挥发有机化学品和半固化树脂的工序都会产生VOCs,具体如下。1)图形线路转移工序使用感光油墨、光固化油墨以及涂覆机保养使用有机溶剂等产生VOCs排放;2)孔内化学沉铜工序使用甲醛还原铜离子过程产生甲醛排放;3)压板工序使用树脂塞孔油墨产生VOCs排放;4)压板半固化片热固化及抽真空过程产生VOCs排放;5)图形线路转移过程中使用菲林清洁剂清洁菲林时产生VOCs排放;6)线路板表面使用防焊油墨印刷、预烤、固化环节产生VOCs排放;7)字符丝印和固化环节油墨印刷、固化产生VOCs排放;8)喷锡前后处理环节助焊剂使用产生VOCs排放;9)丝网印刷后网板清洗、晾干等环节产生的VOCs排放。其中化学沉铜工序甲醛溶于沉铜药水中稀释使用,且与沉铜线酸碱废气集中收集采用碱液喷淋治理,不需要单独接入有机废气治理设施;压板环节半固化片在真空压机中产生的VOCs浓度低一般不单独治理,直接排放;喷锡环节采用喷淋预处理+静电除油烟方式进行烟气净化,上述3个工序有机废气不纳入该项目PCB厂VOCs治理工艺讨论。

1.2 PCB行业主要含VOCs原料的物理化性质分析

印制线路板行业各工序使用的挥发性有机物主要包括感光油墨、阻焊油墨、热硬化文字油墨、塞孔油墨、有机溶剂、有机清洗剂等物料,主要性质根据项目原料化学品安全技术说明书(MSDS)汇总见表1。

表1 含VOCs原料种类、主要成份、含量范围及溶解性

1.3 PCB行业各工序排放的VOCs特性分析

PCB行业VOCs排放工序主要有内层、防焊、字符、塞孔和洗网等,各工序采用的原料、工艺、设备影响VOCs排放量和收集率,根据工序在车间的布局将含VOCs废气分类收集,分析产生浓度、排放浓度和排放特性,结果见表2、表3。

由表2、表3可知,改造前内层、防焊、字符、塞孔等工序采用密闭收集的烤箱、隧道炉VOCs收集率不低于90%;丝印环节设备密封性较差,废气收集率低;网房VOCs收集率最低约30%;改造过程通过增加并优化丝印机、网板清洗台面的抽风罩,增加废气收集量提高废气收集率。各工序VOCs浓度从4.3 mg/m~417.5 mg/m,核算全厂加权平均浓度111.6 mg/m;表3中各厂房因原料、设备配置、布局和生产负荷差异,VOCs产生浓度从23 mg/m~135 mg/m;PCB行业各工序废气浓度、温度波动范围大、烘烤废气含尘量较高,需要经降温、除尘才能满足《吸附法工业有机废气治理工程技术规范》(HJ2026—2013)中界定的有机废气进气要求。

表2 VOCs产生源、设备特性、浓度和废气特征

表3 PCB厂VOCs物料平衡分析

2 PCB行业VOCs治理工艺选型

2.1 PCB行业VOCs预处理工艺选型

PCB行业各工序废气浓度、温度波动范围大、含尘量较高,需要采取降温、除尘、除雾措施进行预处理。现有预处理采用填料喷淋塔存在除尘效率不高、容易堵塞、不易维护等缺陷,设施保养停机频率高和运行风阻大;填料喷淋塔预处理后废气中携带大量水雾,使活性炭潮湿失效,降低吸附效率,进一步影响有机废气处理系统稳定达标运行,造成运行成本大、去除率低。

旋流板塔能除尘、除雾的特点,替代填料喷淋塔用于除雾与除尘效率可达 98%~99%。多层塔板可以提高塔内切向速度,对提高小颗粒分离效果有利,分离阻力小(不大于500Pa),负荷大。多级旋流板塔具有处理能力较大、压降较低、操作弹性大、体积小、耗材少、结构简单、加工方便、不易堵塞、维护少以及运行费用低等优点,能较好地适应PCB厂含VOCs废气风量、尘雾含量变化及不同粒径的处理。

PCB厂含VOCs废气经旋流板塔预处理前后管道对照如图1和图2所示,图1中旋流板塔进气口有大量毛絮物累积,处理后旋流板塔出气口图2中无毛絮物,管壁仅有油水混合物残留。项目多级旋流板塔后配套混风箱平衡现有多套前置风机+多级旋流板塔预处理系统风压平衡;混风箱后接初效、中效两级干式过滤进一步过滤废气中颗粒物和水雾,保护蜂窝活性炭床。

图1 旋流板塔进气口管道杂物

图2 旋流洗涤塔出口管道无毛絮物

2.2 PCB行业VOCs末端治理工艺选型

如图3所示,VOCs治理工艺选择与浓度、废气量有关。综合考虑该项目单套设备废气处理量在2万m/h~16万m/h,废气平均浓度在23 mg/m~135 mg/m,最高浓度低于1000 mg/m;综合考虑废气治理效率、经济性、适用性、安全性和项目地区气温、设备安装场地等因素,吸附浓缩+脱附催化燃烧工艺是最适合该项目的VOCs治理工艺。

图3 VOCs治理工艺选择

项目吸附浓缩+脱附催化燃烧工艺优点如下:1)适合较低浓度(项目VOCs平均浓度小于200 mg/m),且浓度范围波动较大的有机废气治理工艺,通过活性炭吸附浓缩废气中有机废气,在脱附过程中均匀释放维持催化燃烧浓度、温度,有利于提高效率、节约能源。2)操作费用较低,活性炭脱附再生过程中第一次加热催化炉预热后,通过催化燃烧产生的热量可以维持后续活性炭床再生,不需要持续辅助加热。3)脱附和催化燃烧温度较低,一般活性炭床脱附温度不高于120℃,催化燃烧温度在低于300℃,不产生氮氧化物等二次污染。4)系统采用PLC控制,设置了温度、压力、VOCs浓度等传感器采集运行数据,通过气动阀切换和变频控制风机等维持最佳运行状态,自动化程度高,同时安装了喷淋和氮气灭火两套消防应急设施,运行安全。5)系统工艺适应性强,投资相对较低。综上所述,该项目选择适用公司VOCs浓度、风量、气温、尘雾含量和施工场地的旋流塔洗涤+干式过滤+活性炭吸附+催化燃烧工艺进行VOCs治理改造;对一般车间的VOCs进行旋流塔洗涤+干式过滤+活性炭吸附+催化燃烧工艺进行治理;对无尘室VOCs通过空调系统回风管抽风经初效、中效过滤+活性炭吸附+催化燃烧,吸附VOCs后气体返回空调回风口经空调系统进一步净化、调节温湿度后返回无尘室,通过该系统降低无尘室丝印机无组织排放VOCs浓度,减少有组织废气系统抽风带走冷量,即实现了环境改善又不增加空调系统能耗。

3 VOCs改造工程减排效果及运行费用

3.1 改造前后减排效果

项目改造前单一活性炭吸附或喷淋+活性炭吸附进行有机废气治理,存在活性炭饱和周期短、更换不及时、实际VOCs去除率低且设施易堵塞毛絮物,运行阻力大、安全风险高等情况。通过现场考察,制定“一企一策”方案,增加收集罩和抽风量提高废气收集率,采用旋流塔洗涤+干式过滤+活性炭吸附+催化燃烧工艺提高废气中水雾和粉尘去除率,减缓活性炭失效,通过热脱附再生活性炭+催化燃烧维持了活性炭的吸附效率稳定及VOCs去除率稳定。对照改造前后VOCs治理效果见表4,改造后全厂VOC s收集率从62.26%提升至85.72%;去除率从30%提升至82.50%;绩效评级从C级提升至B级;每年减排VOCs 82.00t以上。改造工程有效达成收集率、治理效率要求,减少了O超标天气情况下限产、停产风险。

表4 改造前后挥发性有机物减排效果

3.2 工程运行费用

项目有机废气治理设施改造前采用单一活性炭吸附或填料喷淋塔+活性炭吸附工艺;改造后治理系统增加了旋流喷淋塔、干式过滤和催化燃烧以及二级总风机等,运行成本见表5、表6。

表5 VOCs治理系统能耗

表6 VOCs治理系统运行成本

4 结语

PCB制造行业使用油墨、有机溶剂等物料,产生的挥发性有机废气温度跨度大、浓度波动大、颗粒物含量多。采用多级旋流板塔能有效去除喷涂和烘烤环节有机废气中油墨、树脂、尘粒等杂质、降低烘烤温度;多级旋流板塔除雾效率高、不易堵塞、易维护等优点,配合干式过滤能确保后段活性炭吸附处理稳定运行。采用旋流板+干式过滤+活性炭吸附+催化燃烧工艺适合线路板行业VOCs平均浓度较低、浓度波动大、风量大的特性。改造后全厂VOC s收集率从62.26%提升至85.72%;去除率从30%提升至82.50%;绩效评级从C级提升至B级;每年减排82.00t以上。项目改造VOCs收集、预处理和治理设施,设计总风量29万m/h,投资640万元,平均投入22万元/万m,实际运行成本约448万元/年,其中电费约328万元/年,耗材约120万元/年。

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