浅谈印刷包装企业VOCs综合整治的若干问题_陈文婷.pdf

摘要：针对汕头地区印刷包装企业在进行有机废气（VOCs）综合整治时，存在治理设施与企业实际工况不匹配等问题，通过对印刷企业的涉 VOCs 原辅材料的 VOCs 含量的统计分析，以及原辅材料调配、使用、输送和贮存等全过程进行现场调研，并分析不同温度下 VOCs 气体浓度和爆炸下限的影响因素，提出相关 VOCs 控制措施。既能满足企业有机废气整治的环境需求，又能避免在日常收集、处理过程中发生安全事故，还能对余热进行资源能源回收利用，有效降低运营成本，最终达到环境、安全、节能三赢的效果。关键词：VOCs 综合治理；印刷；RTO；安全；浓度Abstract：In view of the organic waste gas（VOCs）comprehensive regulation of printing and packaging enterprises inShantou area，there are problems such as the mismatch between the treatment facilities and the actual situation ofenterprises.Through the statistical analysis of VOCs content of raw and auxiliary materials of printing enterprises，aswell as field research on the whole process of raw and auxiliary materials deployment，use，transportation and storage，and analyze the influence factors of VOCs gas concentration and lower limit of explosion at different temperatures，andput forward related VOCs control measures.It can not only meet the environmental needs of the organic waste gastreatment of enterprises，but also avoid safety accidents in the daily collection and treatment process.At the same time，it can also recycle the waste heat resources and energy，effectively reduce the operating costs，and finally achieve thewin-win-win effect of environment，safety and energy saving.Key words：VOCs comprehensive control；printing；RTO；security；concentration中图分类号：X701文献标识码：A文章编号：16741021（2023）010107-041引言印刷包装行业是产生 VOCs 的主要行业，在汕头市 VOCs 重点监管企业名单中，约有 1/3 为印刷包装企业，经过现场调研，企业在进行 VOCs 综合治理以及开展清洁生产审核的过程中，往往对 VOCs 治理存在认知误区，将整治重点集中在安装末端治理设施上，而未从源头寻求低 VOCs 的原辅材料替代技术和工艺提升技术，未充分考虑本企业有机废气的气源特点，未加强废气收集的过程控制，车间收集管道位置、风量设计不合理，现场管理混乱，存在使用过的油墨桶和溶剂桶敞开存放等现象。个别企业未考虑有机废气产生浓度的平衡性，针对废气产生的不同阶段浓度波动较大的问题未配套减风增浓等技术措施，就盲目使用蓄热式氧化炉（RTO）作为末端治理设施。如此种种，导致企业的有机废气收集并不理想，大量有机废气无组织逸散。收集的有机废气浓度不足，必须使用大量辅助燃料来维系 RTO 的燃烧，不但治理效果未能达到预期，还极有可能产生高额的治理费用。此外，还存在严重的安全隐患，近年来发生的废气治理设施（如活性炭床、RTO 等）火灾、爆炸事故，其主要原因多为在设计和安装治理系统时，未充分考虑有机废气的组分和浓度，不够重视治理设施的防火防护。因此，本文从兼顾环境、安全、节能三方面有机结合出发，针对印刷有机废气治理中存在的问题提出解决方案。收稿日期：2022-08-22；修订日期：2023-01-10。作者简介：陈文婷，女，1983 年生，工程师，主要从事清洁生产、污染物治理、安全节能咨询等工作。浅谈印刷包装企业 VOCs 综合整治的若干问题陈文婷周毅（广东楠洋职业安全事务有限公司，广东汕头 515041）1072汕头地区印刷企业VOCs综合整治过程中存在的问题印刷包装行业是汕头市的传统产业和经济主导产业，同时也是产生 VOCs 的主要行业，根据 汕头市人民政府办公室关于印发汕头市 VOCs 整治与减排实施方案（20192020 年）的通知，列入汕头市VOCs 重点监管企业名单中，约有 1/3 为印刷包装企业1。根据对汕头地区印刷企业现场调研，企业的VOCs 主要源于涉 VOCs 原辅材料的调配、使用、输送和贮存，主要存在以下几个需要关注的问题。2.1未充分考虑气源特点企业在 VOCs 综合整治时，大多考虑选用 RTO进行废气处理。以澄海区某企业为例，该企业主要产品为包装袋，年产量约 330 t，溶剂型油墨年使用量约为 14 t，有机溶剂使用量约为 29 t，经计算，年 VOCs产生量约为113t，该企业年工作总时间约为2400 h，故生产时 VOCs 的初始产生速率理论值约为 47 kg/h。该企业计划配套 RTO 炉作为治理设施，然而，若按风机风量 150 000 m3/h 进行测算，进入废气治理设施的 VOCs 入口浓度理论值约为 79 mg/m3，而该RTO 的废气治理设计进口浓度为 1 8003 500 mg/m3，加上废气产生的不同阶段浓度波动较大，要维系RTO 的燃烧，必须使用大量辅助燃料。从清洁生产的角度考虑，该方案明显可行性不足，既未充分考虑企业气源特点，又未配套减风增浓等技术措施，就盲目使用 RTO 作为末端治理设施，极有可能产生高额的治理费用，或是治理效果未能达到预期。2.2收集不足导致进气浓度不足经现场调研和对废气成分、产生量等数据进行分析，发现大部分企业 VOCs 的进气浓度能达到RTO 燃烧的设计浓度，但部分企业因为收集率的问题，VOCs 治理效果差：一是未对印刷机等涉 VOCs设备进行隔断后收集废气，而是对设备所在的整个车间进行废气收集，由于车间存在新风系统，故收集了大量的空间空气，稀释了进入 RTO 的有机废气的浓度。二是产品品种的交替变化，导致废气产生浓度波动大，有时进气浓度不足以支持燃烧，故需要使用柴油或天然气等燃料进行辅助燃烧，运行费用极高，效果却不理想。2.3RTO进气浓度设计和运营不合理VOCs 废气成分复杂，通常为多种易燃易爆有毒性的有机气体混合物。本地印刷企业产生的有机废气成分均相对复杂，包括醇类、醚类、醛类、酮类、酯类等，其中酯类、醇类、酮类为主要成分，均为易燃易爆气体，一旦有机废气浓度达到爆炸范围，遇明火、电气火花、静电、高温等各种点火源就可能发生爆炸。将有机废气集中收集，可能会使不同废气相互发生反应或降低混合气体的爆炸下限（LEL），带来新的安全风险。VOCs 混合气体爆炸下限的计算公式如下：Lm1/（Y1/L1Y2/L2Yn/Ln）式中，Lm为 VOCs 混合气体爆炸下限，；Y1，Y2，Yn为混合气体组成，；L1，L2，Ln为混合气体各组分相应的爆炸极限，。实际工况中大多数是混合 VOCs，混合 VOCs 的爆炸下限浓度具有不确定性。某实验对可燃性气体爆炸参数进行测试，各类可燃气体的爆炸下限浓度与温度的变化趋势见表 12。表 1温度对 VOCs 爆炸下限的影响甲烷/（LEL/10-6）50 00049 02243 15341 19747 06645 109乙烷/（LEL/10-6）30 00029 45028 35127 25226 15325 054乙酸乙酯/（LEL/10-6）22 00021 61920 85720 09619 33418 57239 24123 95517 81037 28522 85617 048丙烷/（LEL/10-6）21 00020 61619 84719 07918 31017 54216 77316 005苯/（LEL/10-6）13 00012 75012 24911 74811 24810 74710 2469 746甲苯/（LEL/10-6）12 00111 79011 36910 94910 52810 1089 6879 267甲醇/（LEL/10-6）60 00058 77056 31053 85051 39048 92946 46944 009乙醇/（LEL/10-6）33 00032 36431 09329 82228 50028 27926 00824 737丙酮/（LEL/10-6）26 00025 52724 58023 63422 68821 74120 79519 849丁酮/（LEL/10-6）19 00018 65417 96217 26916 57715 88515 19314 5002550200250100150300350物质温度/108环境保护与循环经济从表 1 可以看出，随着初始温度升高，VOCs的爆炸下限明显呈减小趋势。实际工况中，随着燃烧室温度变化及进入燃烧室的气体温度、浓度变化，混合 VOCs 的爆炸下限浓度更加具有不确定性3。近年来发生的 RTO 火灾爆炸等事故均造成严重后果，如江苏某化工企业 RTO净化系统在 2015 年 3 月曾经发生两次爆炸，造成车间引风机损坏，现场仪表烧毁，RTO 部分装置损毁严重4。以汕头某印刷企业为例来进行事故风险模型模拟，该企业燃烧室温度达 750950，气体初始温度为 70，设计处理能力为 596162 kg/h，设计风量为 30 000 m3/h，废气浓度为 1 9875 400 mg/m3。2020 年 11 月，对进入 RTO 的混合废气浓度组成进行实测，并查阅各类有机废气的爆炸下限，按 VOCs混合气体爆炸极限的计算公式计算得出混合气体的爆炸下限，见表 2。表 2混合气体的爆炸下限计算结果根据废气检测报告，进入 RTO 的废气 VOCs 含量为 3 896 mg/m3，混合气体相对蒸汽密度为 326（空气1），折算为爆炸性气体含量为 012，低于爆炸下限的 10（0177），因此设备运行是正常稳定的。假设废气浓度增加至 177，则可能发生爆炸事故及泄漏后的喷射火事故。从表 1 计算结果来看，混合气体爆炸下限接近于废气中含量最高的正丙酯的爆炸下限，因此，以正丙酯作为特征物质，运用重大事故后果模拟评价软件对爆炸和喷射火产生的危害后果进行模拟预测。假定事故发生的环境压力、环境温度为常温常压，地面类型为分散的高矮建筑物，RTO 处于开放性的空间，周围无大型障碍物，发生事故时，所有废气均泄漏并参与反应，事故模拟后果见表 3。表 3事故后果模拟影响范围m如果 VOCs 废气浓度达到爆炸下限，在炉内接触到足够的能量，一旦 RTO 炉设备本体、废气收集管道等节点的设备和材料强度不足，就可能发生爆炸或者泄漏后喷射火事故。从上述模拟后果可以看到，一旦发生喷射火事故，设备周边 10 m 左右的人员、设备均会受到明火威胁；而一旦发生蒸汽云爆炸事故，紧靠炉体旁边 2 m 左右为高度危险区域，且由于爆炸冲击波和碎片的影响，轻伤影响范围基本和喷射火一致，由此可见，RTO 的安全运营问题迫切需要引起重视。2.4视末端治理为VOCs综合治理唯一途径许多企业把 VOCs 综合治理重点集中在末端治理，花费高额费用配置了 RTO 等治理设施，而印刷技术老旧落后，未从源头寻求低 VOCs 的油墨替代技术5，仍使用溶剂型胶水的干式复合技术，调配房未进行 VOCs 的收集治理，车间现场管理混乱，油墨桶和溶剂桶敞开存放，员工未重视 VOCs 的过程控制管理等问题6，导致车间存在大量的有机废气，车间气体无组织排放浓度未能达标。3VOCs综合治理建议综上所述，印刷废气的 VOCs 综合治理需要从生产的全生命周期去考虑，而非只注重其中的某个环节，因此建议企业主要从以下几个方面着手：（1）从清洁生产的角度出发，重视源头替代技术7，如使用水性油墨替代技术、无/低醇润湿液替代技术、辐射固化油墨替代技术等；注重工艺设备的技术革新，比如零醇润版胶印技术8、无溶剂复合技术等；加强过程控制和生产管理，加强操作员工的培训，从产品的全生命周期中降低 VOCs 的产生。（2）优化废气收集系统。加强过程控制措施，如采取设置专门的作业房、减少收集空间、增加收集负压等措施，对风机、集气罩、废气收集管线的选用进气体种类气体浓度组成（Y）/%爆炸下限（L）/%Y/L混合气体爆炸下限/%正丙酯48.371.70.284 5251.77正庚烷1.591.10.014 464异丙醇（IPA）0.122.00.000 61乙酸乙酯39.262.00.196 317丙二醇甲醚3.131.60.019 564甲苯3.251.20.027 052丁酮（甲乙酮）3.321.70.019 541无水乙醇（酒精）0.963.30.002 897事故后果影响区域蒸汽云爆炸喷射火事故后果死亡半径1.739.19造成人员重大伤亡及设备严重破坏重伤半径8.3011.27人员重伤，设备受损严重轻伤半径16.15 17.01人员受伤，设备受影响1091.5 L/h1.8 L/h（mg L-1）沙海燕摄1.5ln（Pi2P）-0.818 8w25 35 15 20 Rmi=1 中圆点111 参考文献里的J.1上小标R江西省经济增长与工业“三废”排放关系及其驱动因素分析基于 EKC 和 LMDI 模型赵蕾1胡绵2（1.江西财经大学旅游与城市管理学院，江西南昌 330032；2.江西财经大学生态经济研究院，江西南昌 330032）收稿日期：20190613；修订日期：20190909。作者简介：王奇奇，男，1999 年生，本科生在读，主要研究方向为环境地质学。*通讯作者：冯松宝，男，1982 年生，副教授，博士，主要研究方向环境地球化学，E-mail：。基金项目：宿州学院新工科试点专业建设项目（资源勘查工程，szxy2018xgk04）；宿州学院专业带头人项目（2019XJZY04）；宿州学院学术技术后备人才项目（2018XJHB08）；宿州学院重点学科（地质资源与地质工程，2017xjzdxk2）。臭氧浓度/（g m-3）1501005000246810121416182022时间/时春季夏季秋季冬季全年艹屈权重值0.300.250.200.150.100.05020132014201520162017时间/年份SO2NO2PM10PM2.5COO3（上接 58 页）觟初始数据含水率/%4139373533312927稳定 1 周稳定 2 周稳定 3 周稳定 4 周稳定 5 周稳定 6 周稳定 7 周稳定 8 周W1W4W5W3W2W6增长率/%50403020100-10t/年份2010 2011 2012 2013 20142015 2016 20172018%G%CO2e脱均指数*处理车间生物过滤系统16.0014.0012.0010.008.006.004.002.000.00t/年份20042014201520162017201820192020浓度/（mg L-1）辽河浑河太子河大辽河大凌河小凌河鸭绿江（下转 60 页）行规范设计，确保废气收集效果，废气治理工程的处理能力应根据 VOCs 的处理量确定9。对于密闭的生产车间，要注重 VOCs 的有效收集，控制密闭空间的 VOCs 浓度，配备必要的可燃气体浓度探测仪、防爆灯、防爆电机等防爆设备10。（3）根据企业气源特点选择适宜的治理设施。对于印刷生产工艺产生的有机废气，现行标准推荐的治理技术包括吸附法、冷凝法和燃烧法，而燃烧法包括 RTO、催化燃烧技术（CO）、蓄热催化燃烧技术（RCO）等治理技术11。因此应该根据 VOCs 的具体成分以及实际的产生量、产生速率等综合选择合适的治理设施，并非千篇一律地使用 RTO。（4）在使用 RTO 时，产生的废气浓度波动较大的企业，需对不同浓度的废气进行混匀、缓冲、浓度调节，确保进气浓度低于爆炸极限下限的 25，最大限度地保证系统安全。处理装置要按照规范设置浓度、温度、压力等在线检测12和可燃气体泄漏报警装置13，确保在发生异常的前期可以及时采取应急处理措施，并为企业管理提供必要的数据支撑。可采用联锁设计，当燃烧室温度高于设定值时，或进气浓度达到设定预警范围（520 LEL）时，自动打开新风阀门强制补新风，当有机气体浓度达到危险范围（25 LEL）时，系统关闭主进气阀门，打开新风阀门，打开旁通风机和旁通阀门，燃烧器熄火进入降温阶段，废气经过处理后进行应急排放，确保系统安全运行。同时，应尽可能地利用燃烧余热，将其回收用于生产线（如烘箱），从而降低企业运行成本。（5）加强环境、安全、节能三者有机结合，环境管理和运营人员，既要确保 VOCs 的有效收集和治理，做好污染物的控制和减排，又要掌握治理设施的设计原理、安全控制措施等，并从清洁生产的角度14，从源头减少 VOCs 物质的使用，做好治理设施的用能管理，为碳中和作出贡献。4结语从企业的角度来说，环境、安全、节能三者密不可分，环境是企业生存的底线，安全是不可逾越的红线，节能是企业发展的根本。因此，印刷企业的 VOCs综合整治必须从清洁生产的角度全面考虑，在源头上减少 VOCs 的产生，重视过程控制，运营维护好治理设施，回收可利用的资源能源，从源头杜绝环境问题，企业才能有更大的发展空间。参考文献1 汕头市人民政府办公室汕头市人民政府办公室关于印发汕头市VOCs 整治与减排实施方案（20192020 年）的通知 Z 20192 李娜，伍全红，宋佳妮VOCs 混合气体爆炸极限计算方法的应用 J.江西化工，2019（1）：1631653 吴定淼蓄热式氧化炉（RTO）危害因素分析 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