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4种技术解决涂料、油墨行业VOCs排放

中国是涂料、油墨的生产和消费大国,由此带来的挥发性有机物(VOCs)污染成为PM2.5、臭氧污染的重要来源。涂料、油墨生产企业数量多,规模小,分布散,不少企业的生产方式粗放,污染控制水平不高,无组织排放严重。

为了引导涂料、油墨行业的VOCs治理,亚洲清洁空气中心联合华东理工大学修光利教授的研究团队共同开发了培训材料“涂料油墨生产企业VOC排放核算及治理技术指南”。VOCs治理需要同时抓住原材料、工艺过程及末端治理三个部分。以下是培训材料提供的末端治理的部分信息。


1
蓄热式热氧化处置装置(RTO)


案例

某船舶涂料制造企业,占地面积达70000平方米,年生产能力5000万升。该企业年工作日350天,每天24小时,四班三运转工作制。生产工艺主要是固定釜操作,几乎没有移动缸操作工艺。主要的溶剂为二甲苯。

该企业将所有的废气都收集起来经过除尘器后接入到RTO处理装置。设计处理风量约为1万m3/h,出口能够达到排放标准的要求。投入成本约1000万元,运行成本约为50-100万元之间(取决于连续运转的时间)。


基本原理

蓄热式热氧化炉(Regenerative Thermal Oxidizers,RTO)的特点是换热器采用陶瓷蓄热床,氧化分解后气体将自身携带大量热量传递并储蓄在蓄热床中,然后让进入氧化器的气体从蓄热床中获得换取热量。

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三床式RTO的工作示意图(来自于某RTO公司)

适用范围

原则上适用于24小时连续运转的生产企业,进口浓度在1.5g/m3以上。如果非24小时连续运转,需要考虑在非运转期的保温措施,否则会带来较高的运行成本。


应用要点

RTO目前有两床式、三床式和旋转式等多种形式。因为如果采用两床RTO,在蓄热床换向时,会出现污染物未经有效处理直接排放的现象。因此建议至少有三个蓄热床,其中一个用于预热进气,另一个用于蓄热降温排气,还有一个用于吹扫循环,吹扫循环可避免蓄热床换向时产生冲击排放。



2
固定床吸附脱附-催化氧化处置装置
 


案例

某工业涂料企业建立于1995年,位于某经济技术开发区内,属于某大型涂料公司的分公司之一,主要的溶剂是二甲苯、乙酸乙酯等。其安装的固定吸附脱附-催化氧化处置装置设计风量为10万m3/h。气体经过过滤器,进入转轮浓缩区,吸附后经过排气筒排放。吸附装置达到饱和时采用热空气脱附。脱附后的废气风量为1万m3/h,进入催化氧化装置,在350度下处理后,汇入排气筒排放。

催化氧化的主要结果显示,进口浓度(NMHC)在300mg/m3左右,出口浓度(NMHC)约在20mg/m3左右。


基本原理

沸石转轮浓缩-催化氧化装置,包括了沸石转轮浓缩装置和催化氧化装置。在沸石转轮浓缩装置中,VOCs气体进入吸附区被吸附,成为净化气体排放。当吸附区接近饱和时,旋转至脱附再生区释放VOCs浓缩气体,并送至催化氧化炉燃烧分解。经脱附再生处理后的转轮再旋转至冷却区降温后,继续进行吸附处理。

典型的工艺流程如下图7.3所示。

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沸石转轮-催化氧化装置流程示意图


应用要点

转轮吸附区的设计面风速不应小于3m/s,转轮厚度不宜小于400mm。蓄热燃烧装置应设置保温,保证炉体外表面温度须小于60℃。如果进口VOCs浓度高于1.5g/m3,则需要考虑后续处理技术,以确保达标。


3
固定床吸附脱附-冷凝回收装置
 


案例

某船舶涂料有限公司,有1 个油漆生产车间,主要产品为船舶及海洋工程漆,年生产能力60000 吨。主要的工艺过程是物理混合,采用的主哟啊溶剂为二甲苯、丁醇以及其他固化剂等。

该企业选择了活性炭吸附脱附-催化氧化处理装置(如下图示)。设计风量为10万m3/h,设计运行风量为3-4万m3/h。并安装有在线监测装置。经过监测,排放浓度基本上能稳定在10ppm左右。第三方检测的结果为NMHC <1mg/m3;颗粒物<1.5mg/m3, 二甲苯余约0.1mg/m3。总体上运行成本在50万元/年左右;投资在400万元左右。


基本原理

吸附浓缩-催化燃烧技术是将吸附和催化燃烧相结合的一种集成技术,将大风量、低浓度的有机废气经过吸附/脱附过程转换成小风量、高浓度的有机废气,然后经过催化燃烧净化。


应用要点

该方法适合于大风量、低浓度或浓度不稳定的废气治理,通常适用的浓度范围低于1500mg/m3。


4
固定床吸附脱附-冷凝回收装置
 


案例

某涂料(上海)有限公司位于某精细化工产业园区,规划年产能为28万吨的涂料产品、配套溶剂及辅料产品。目前年产油性涂料6万吨以上,水性醇酸树脂12000吨、醇酸树脂15000吨、聚酯树脂2000吨、UV树脂1000吨。

该企业选择采用活性炭吸附脱附冷凝回收工艺。投资约300-400万左右。年度运行成本约50-100万元。


基本原理

有机废气由高压离心风机抽送进入装有活性炭的吸附槽内。在通过活性炭层时,有机溶剂被活性炭吸附在孔隙中。吸附槽吸附一定时间,系统自动启动真空泵进行抽吸,同时通入低压蒸汽加热气提溶剂,使活性炭得到再生。从活性炭表面脱附下来的有机溶剂和水蒸汽进入冷凝器冷凝成液体后,混合液体进入比重分离槽自动分离。

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“空气知库”是亚洲清洁空气中心搭建的在线清洁空气知识分享平台,囊括了中外城市经验、专题培训材料、空气质量数据库与“你问我答”互动页面,内容涉及PM2.5、臭氧、挥发性有机污染物等多种污染物,为城市空气质量管理者提供动态、便捷、全面的支持。


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