摘要：以天津頂正印刷包材有限公司為實例,探討了采用吸附并催化燃燒的方法處理印刷包裝材料行業(yè)的有機廢氣。結(jié)果表明：經(jīng)過該方法的處理,使得苯減少量大于96%,甲苯減少量大于98%,二甲苯減少量大于99%,臭氣減少量大于92%,效果明顯。
1引言
隨著社會的發(fā)展,物質(zhì)文明和生活水平的提高,環(huán)境保護意識的增強,有機廢氣的排放造成的環(huán)境污染及其對人體健康的嚴(yán)重危害越來越成為各級政府和民眾關(guān)注的焦點。在工業(yè)生產(chǎn)以及日常生活中會產(chǎn)生各種各樣的有機廢氣,這些有機廢氣不僅會造成大氣污染,危害人體健康,而且還會造成資源的浪費。如在塑料印刷過程中,隨著油墨的干燥會排放出大量的混合溶劑廢氣；覆膜過程中會排出大量的乙酸乙酯等廢氣。有機廢氣是有毒、有害的氣體,它的釋放在空氣中不僅會造成嚴(yán)重的環(huán)境污染,而且人體若長期接觸或吸入,將會給神經(jīng)系統(tǒng)及造血功能帶來嚴(yán)重危害,甚至引發(fā)癌變及其他嚴(yán)重疾病直至死亡［1］。
通常有機廢氣指甲醛、苯、甲苯、二甲苯等苯系物、丙酮丁酮、乙酸乙酯、油霧、糠醛、苯乙烯、丙烯酸、樹脂、添加劑、漆霧、天那水等含碳氫氧等有機物。
有機廢氣一般都存在易燃易爆、有毒有害、不溶于水、溶于有機溶劑、處理難度大的特點。有機廢氣的處理方法主要有兩類:一類是回收法,另一類是消除法?；厥辗ㄖ饕刑课健⒆儔何?、吸收法、冷凝法及膜分離技術(shù)；一般回收法是通過物理方法,改變溫度、壓力或采用選擇性吸附劑和選擇性滲透膜等方法來富集分離有機廢氣。消除法有直接燃燒、熱氧化、催化燃燒、生物氧化、等離子體法、紫外光催化氧化法及其集成技術(shù)；消除法主要是通過化學(xué)或生化反應(yīng),用熱、光、催化劑和微生物將有機廢氣轉(zhuǎn)變成為CO2和水等無毒害的無機小分子化合物［2］。
吸附法是利用某些具有吸附能力的物質(zhì)如活性炭、硅膠、沸石分子篩、活性氧化鋁等吸附有害成分而達到消除有害污染的目的。吸附法適用于幾乎所有的廢氣,一般是中低濃度的廢氣；吸附效果取決于吸附劑性質(zhì)、廢氣種類和吸附系統(tǒng)的操作溫度、濕度、壓力等因素,具有去除效率高的優(yōu)點,從而使其成為去除廢氣較為常用的方法,但存在投資后運行費用較高且有產(chǎn)生二次污染的缺陷。
燃燒法是消除法中的一種,是利用有機廢氣易燃燒性質(zhì)進行處理的。其中直接燃燒法,又稱火焰燃燒法,它是把可燃的有機廢氣當(dāng)作燃料來燃燒的一種方法。該法適合處理高濃度有機廢氣,燃燒溫度控制在1100℃以上,去除效率達95％以上。催化燃燒法處理有機廢氣的原理是利用廢氣中污染物可以燃燒的特性,將污染物中含碳氫的化合物經(jīng)活性炭吸附濃縮后,在催化劑和較低溫度下進行氧化分解,使其轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水蒸氣,再經(jīng)過吸收等凈化措施,將有害氣體徹底轉(zhuǎn)化為無害氣體的一種凈化方法。
2案例中有機廢氣的排放現(xiàn)狀
天津頂正印刷包材有限公司屬于印刷包裝材料行業(yè),主要生產(chǎn)方便面蓋材、卷材、日化自立袋、蒸/水煮袋、瓶/水標(biāo)等產(chǎn)品,年設(shè)計生產(chǎn)能力27萬R/S。該行業(yè)能源消耗高,使用和排放了有毒有害物質(zhì),有機廢氣排放量較高。
印刷包裝行業(yè)有機廢氣的排放主要是在印刷過程中產(chǎn)生的,所以對于重點區(qū)域――印刷車間的廢氣排放進行調(diào)查和監(jiān)測,得到其有機廢氣的排放情況,見表1~表3。
根據(jù)現(xiàn)場實際調(diào)查廠區(qū)東側(cè)印刷一車間有機廢氣排放污染源現(xiàn)狀為印刷一車間有機廢氣排放污染源沒有處理裝置;印刷一車間有機廢氣排放污染源有2個排放口屬于有組織排放,3個排放口屬于無組織排放;印刷一車間有機廢氣排放污染源所有排放口均超標(biāo)排放;依據(jù)排放廢氣的實際現(xiàn)狀,印刷一車間總處理量為131568m3/h。
3催化燃燒法處理有機廢氣的過程
3.1處理思路
本處理方法是依據(jù)“有機廢氣用蜂窩狀活性炭吸附濃縮-脫附再生-催化燃燒的工藝流程”而設(shè)計的,采取單氣路工作方式,由四個活性炭吸附床,一個催化燃燒床（輔之低壓風(fēng)機、閥門等構(gòu)成）。其工作流程是:將有機廢氣經(jīng)預(yù)處理除去粉塵、顆粒狀物質(zhì)后,送入蜂窩狀活性炭吸附床吸附,當(dāng)吸附達到飽和時,停止吸附操作,該炭床再用熱空氣流將有機物從蜂窩狀活性炭上脫附下來使其再生,熱空氣流攜帶有機廢氣進入催化燃燒床自行燃燒,以CO2與H2O排出。在解吸脫附時,本吸附床停止吸附工作。
當(dāng)有機廢氣的濃度達到2000×10-6以上時,廢氣在催化床內(nèi)可維持自然,不用外加熱。燃燒后的尾氣一部分排往大氣,一部分送往吸附床,用于蜂窩狀活性炭的脫附再生。這樣可以滿足燃燒和脫附所需熱能,從而大大節(jié)省能耗。該工程既適合于連續(xù)工作,也適合于間斷工況下使用。
當(dāng)某個吸附床吸附飽和需要脫附再生時,PLC程序自動切換到備用吸附床進行吸附工作,這樣,可以保證生產(chǎn)需要的連續(xù)性。吸附風(fēng)機有變頻器進行自行調(diào)節(jié)。單臺吸附器每次脫付需要4~5h。
燃燒法處理有機廢氣的工藝流程見圖1。
注:1.吸附床；2.催化燃燒室;3.脫附風(fēng)機；4.補冷風(fēng)機
3.2設(shè)計規(guī)模的確定
根據(jù)實際處理風(fēng)量,處理63548m2/h風(fēng)量為2臺吸附設(shè)備,共用1套脫附催化解析裝置；處理28080m2/h風(fēng)量為1臺吸附設(shè)備；處理40000m2/h風(fēng)量為1臺吸附設(shè)備；活性炭的再生采用催化燃燒脫附。排氣溫度為29.1~47.0℃；進氣濃度為TVOC(150~620)×10-6,按平均濃度400×10-6計；凈化效率為蜂窩狀活性炭吸附能力≥95%；貴金屬催化劑催化效率≥98%；有機廢氣凈化率≥98%；煙囪排放高度為20m；排放濃度為凈化后廢氣排放濃度及排放速率達到《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB16297-1996）中的新污染源的二級排放要求（甲苯≤40mg/m3,非甲烷總烴≤120等）；凈化設(shè)備阻力≤1200Pa（表4）。
4有機廢氣處理效果
催化燃燒治理廢氣凈化效率高,且不會產(chǎn)生二次污染,項目實施后其凈化效率為苯>96%,甲苯>98,二甲苯>99%,臭氣>92%。
注:該凈化效率經(jīng)中國環(huán)境科學(xué)研究院大氣環(huán)境研究所檢測。
來源:《綠色科技》 作者:張立艷 程炳杰
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