胜屿如何从凹印生产的源头过程和末端减少VOCs排放物流

2019-11-29 02:19

贤集网废气治理频道讯:编者按:当前,凹印行业最关心的问题莫过于VOCs排污收费了,自2015年10月1日起我国开始施行《挥发性有机物排污收费试点办法》以来,截至目前全国已有15个省市出台了排污费征收的具体方案,未来还会有更多的省市加入这个队伍中。在此局势下,当属使用溶剂型油墨的凹印企业责任重大。为了突破困局,目前国内一些凹印企业已经开始采取措施实施VOCs减排。在此,我们邀请到三位凹印企业代表分别从凹印生产的源头治理、过程控制、末端治理三方面分享较为成熟的经验,期望能给凹印行业人士提供有益帮助。

【源头控制】前瞻先行,实现技术创新多措并举,推行水墨印刷

济南泉永印务有限公司总经理 崔宏伟

《挥发性有机物排污收费试点办法》的出台,以及烟包挥发性有机化合物残留新标准的实施,更加严格地限制了以凹印为主的烟包印刷行业对挥发性有机化合物的应用,但同时也将凹印水墨的应用推上了“快车道”。

我公司秉承“创新驱动、保护环境”的绿色发展理念,自2012年启动凹印水墨研发项目的论证实施以来,项目组基本见证了凹印水墨发展的艰辛历程,从成本高昂到成本适中,从流平性较差到流平性较好,从质量波动较大到质量趋于稳定,从受排挤到受欢迎,苦尽甘来。时至今日,我公司已将凹印水墨成功应用于“泰山(红将军)”和“泰山(白将军)”烟包产品的生产中,这两个品牌是我公司的主打产品,承印材料均为白卡纸,年产量累计近30万大箱,其中绝大部分图案采用了水墨印刷。

在凹印水墨项目的推进过程中,我公司在探索中积累了丰富的经验,要想达到比较理想的印刷效果,特别需要注意以下几个方面的问题。

1.水墨干燥慢,导致粘版

这是凹印水墨使用中遇到的第一个问题。解决措施:首先,应适当加大烘箱的烘干功率,提高烘干能力;其次,适当减少印版网穴的深度,降低油墨转移量,提升水墨干燥速度;最后,务必保持环境温湿度的稳定,切忌温度过低。

2.流平性差,出现冰花

印版网穴过浅,尤其有色墨印刷时更易出现这类缺陷。解决措施:首先,与油墨供应商合作调整凹印水墨的配方,使用流平剂、消泡剂等助剂改善凹印水墨的印刷适性,进行上机试验;其次,严格控制颜料的研磨细度(粒径在5~10μm之间),以保持较为稳定的印刷质量。

3.溶剂的调配也很重要

为调整凹印水墨的使用黏度与干燥速度,可在水中加入适量的乙醇做溶剂,乙醇控制在50%左右,而且为保证良好的印品质量,应及时调整乙醇与水的比例,一般情况下,乙醇的占比与气温成反比。另外,添加纯净水的效果比自来水的效果更佳,能够改善凹印水墨的流平性,还能减少印刷时的“针尖状”小白点缺陷。我公司安装了自来水净化器,成本比纯净水更加低廉。

目前,我公司凹印水墨的使用较为稳定,生产作业环境也得到了较大改善,几乎根除了有机溶剂的气味,保证了操作人员的人身健康,同时减少了VOCs排放,保护了环境。当然,使用水墨后取得的经济效益也非常可观,降低了12%的综合成本,尚不包括每年节约的160万元VOCs排污费(按8元/公斤×200吨估算)。

技术创新是企业发展的动力源,创新只有起点没有终点。我公司项目组正沿着前期的研发思路与方法,继续与深圳布瑞特水墨有限公司深度合作,共同开展对水性金墨、水性大颗粒珠光墨的研发攻关,力争在年底取得水性金墨、水性珠光墨的研发成果,并于2017年初完成成果转化,实现量产应用,届时我公司主打产品将彻底告别有机溶剂,实现纯绿色印刷。

【过程控制】凹印VOCs减排过程控制方案

上海紫泉标签有限公司项目经理 刘军刚

当前,凹印企业面临着VOCs治理的压力和困难,而VOCs治理是贯穿整个生产流程的系统工程,需要每个环节实施相应的减排方案,相互配合,协同治理。在凹印生产过程中,我公司摸索出来一些VOCs减排措施,在此与行业人士分享。

1.凹印过程分阶段

将凹印过程划分阶段(如表1所示),并采取相应的措施进行分类管控,并在这些分阶段过程中实施VOCs减排。

2.优化凹印工艺设计方案

我公司技术工程师通过对凹印工艺及其系统方案设计进行交叉测试,最终形成了最佳的组合式工艺方案,即“单一类型溶剂高黏度油墨+激光制版浅版+醋酸正丙酯(溶剂)”。该方案具体内容涉及到印品的色彩管理和印刷效果,有机溶剂挥发区域的监控和残留评测,油墨性能与材料和工艺的最佳匹配,凹版加工工艺和老化测试等。如今,该方案在我公司已推进2年时间,并在软包装产品批量生产中得以推广应用,将油墨和溶剂的整体使用量降低了28%~30%,明显降低了企业的VOCs排放量。

3.分析整合产品订单

我公司对同系列、同工艺的产品订单进行梳理分析,特别是采用分色套印的相近产品,可以进行集中印刷;按订单量将产品分类,大订单和小订单分别采用不同的印刷机印刷,但操作难点是小订单的VOCs单位排放量较大,余墨大部分都会浪费,亟待寻求解决方案;针对每月(季)多频率的同产品订单,与客户协商采购计划,争取一次性完成生产,规避过程风险。

【末端治理】凹印VOCs末端治理:结合实际,谨慎选择

吴贯华

作为多年的凹印从业者,有关凹印VOCs的末端治理,笔者从凹印用户角度出发,有些经验和建议,在此斗胆抛砖引玉,与大家交流和分享。

凹印VOCs末端治理技术的应用情况

2001~2007年,全国一些大中城市就有很多凹印VOCs末端治理项目,基本以“活性炭吸附+催化燃烧”为主,但这些项目大多并没有实际运行,上马的主要目的是应对环评验收达标排放,而不是治理VOCs。

2007~2012年,各地规模以上凹印企业陆续上马VOCs末端治理项目,基本以“回收”为主,如活性炭(碳纤维)吸附+回收,上马的主要目的有3个:预期回收经济效益、环评验收、企业主动治理意愿。

2012~2014年,众多凹印企业纷纷主动上马VOCs末端治理项目,但基本还是以“回收”为主,主要是因为期间全国各地雾霾锁城,国家首次提出将VOCs纳入污染防治,凹印企业环保压力激增。

2015年至今,包装印刷业被国家列为VOCs排污收费试点行业,凹印行业由于生产过程中使用大量有机溶剂并直排,面临巨大环保压力。基于VOCs排污费的大幅收取、凹印排放标准的日益严格,以及日后自动在线连续检测的安装可能,整个凹印行业的主流VOCs末端治理技术开始快速转向燃烧(RTO),同期大量燃烧项目在全国各地大型凹印企业快速推进,大面积铺开,但截至目前,实际运行的还比较少,仍有待观察。但同期很多地市都提出了要求限期短期快速治理,迫于形势、资金,以及技术和市场的纷繁乱象等,大多凹印企业仓促选择了等离子、光催化、催化燃烧、光解等投资几十万的临时过渡措施,也是很大的浪费。

凹印VOCs末端治理方案的选择

基于目前的经济、技术、环保、市场等条件,笔者认为凹印企业在选择VOCs末端治理方案之前,必须注意以下3个方面。

1.摸底

凹印企业必须摸清VOCs排放量、浓度、成分等总体情况,统筹考虑方案,特别是治理设施入口废气风量、浓度、规律等需要反复确认,这是所有项目设计和运行的基础,必须多方反复确认。

2.减风和现场封闭

优化凹印机烘箱结构,减少、合并、浓缩废气,减少排放总量,控制每色废气总量小于1000m3/min或更小(但烘箱内部循环风量和风压等保持不变),可以通过手动热风回用、自动LEL热风回用等措施来实现。浓缩后废气浓度一般大于2.5g/m3,达到RTO自维持浓度,运行后凹印企业只需承担RTO变频风机的电费即可。但凹印机烘箱减风设计,涉及烘箱设计、无组织减少、墨槽封闭、系统保温、烘干原理、凹印工艺、热风回用等,需要科研院所、凹印机械厂、热风系统集成商、凹印企业等多方统筹完成(国内凹印机上万台,凹印机械厂上百家,但烘干系统大多搬用国外机械厂20年前的系统,真正能独立统筹开发设计的还没有),这样才能实现以既定速度、最小风量、最小热量、最高废气浓度完成有效烘干的目的(但废气浓度低于安全值)。在此笔者建议凹印行业推出凹印能耗等级和能效标识,这样就能更好地从设计之初进行全面统筹,管理能耗、利用能耗,并极大地推动行业进步。

现场封闭是减少无组织排放的重要措施,虽然国外现在也很少,但国内有要求,除了墨槽封闭、烘箱负压、地面抽风取消或合并外,印刷机的相对封闭也要列入日程。

3.慎重选择

基于目前的环保政策、治理技术,以及凹印企业各种纷繁复杂的VOCs排放情况,即使凹印企业真心投入VOCs治理,要想制定出短期有效、合理的方案也是极为困难的,笔者见过太多失败的案例,尤其是目前有些凹印企业直接将VOCs末端治理外包给供应商的做法是极其错误的。凹印企业需要充分认识到,即使供应商从前期调研、设计、加工到后期安装、调试全程参与和配合,但从目前来看,能否确保项目成功,还有各种不确定性,因此凹印企业应当慎重选择。

下面,基于笔者对现有凹印VOCs末端治理技术的认识和理解,给出如下选择建议,供大家参考。

方案一:溶剂回收【不建议】

主要存在如下问题:

(1)达标

回收方案吸附一级废气外排达标困难,且废气的多成分(如含醇)以及吸附材料本身的无选择性,使得各种不同形状的废气同时兼顾达标非常困难,大多需要追加二次VOCs治理设施实现达标。

(2)安全

其一,溶剂回用工艺区域需要除水、除味、蒸馏、脱色、提纯等操作,属于甲类防爆区域,需要有远离生产区域的场地,而且提纯处理类似化工工艺,有较大安全隐患,另外是否允许本厂这样处理回收溶剂,地方安监、消防政策模糊;其二,凹印废气成分复杂,除了溶剂,还有油墨、光油等内部溶剂的成分,反复回用到凹印原来的纯溶剂工艺里,会有各种潜在产品质量风险,尤其对于食品包装,极易存在溶剂迁移风险。

(3)技术

目前单一溶剂或双组分溶剂油墨的应用还不成熟,凹印废气回收得到的是混合溶剂,还做不到现场分离和提纯回用,而且如果企业只有1~2台凹印机的废气排放量,一年排放几百吨,偏小,不适合回收。

(4)政策

国家将回收溶剂定义为危险废物,需要具有资质的企业来处理,使得回收溶剂的收集、存储和流转更加困难,而且目前集中外运再精制回用也不成熟。另外,随着当前VOCs排污费的征收,回收溶剂数量清晰、环节透明,凹印企业的压力更大。

(5)经济

回收成本基本可以接受,如按电费1元/度、蒸汽费200元/吨计算,回收1吨溶剂的成本约在1500元/吨以内(单纯回收溶剂的成本,如提纯还要增加500~700元/吨),但由于最近石化产品大幅降价,使得回收溶剂价值随之大幅下跌,市场快速变小,出售非常困难,以前不提纯就能卖,现在提纯后也几乎没人要,最后可能不得不按危废付费卖掉,危废处理还要增加成本约5000元/吨,回收成本大幅上升。

方案二:转轮浓缩【不建议】

主要存在如下问题:

(1)达标

理由同上,即使针对各种溶剂定制转轮,但由于大多凹印企业都有几种不同的墨系,添加在油墨内的溶剂成分较复杂,按浓缩比10考虑,90%的废气通过转轮浓缩一级吸附净化直接外排很难达标,或者还需要二级转轮净化,而且日后安装在线检测和缴纳排污费时也很难达标。

(2)安全

由于凹印废气入口风量和浓度变化较大,一般可以差出5~10倍,如果转轮浓缩只能以固定的转速吸附解析,对于变风量、变浓度、变成分的废气,其达标、能耗、安全都是问题。比如,原来进口废气是300mg/m3,浓缩10倍就是3g/m3,但如果切换订单,转轮部分依旧,进口浓度如达到3g/m3,浓缩后变为30g/m3,废气爆炸风险剧增。

(3)能耗

基于转轮浓缩的特性,其对废气风量、浓度,以及开停机不能非常好地适应,能耗最低只能匹配较窄范围,造成实际全范围工况生产,运行和维护成本比较高。

方案三:活性炭置换【无奈之选】

这种治理方案投资较小,但一般1台凹印机每小时排放25~75kg的溶剂,要想实现达标排放,需要极其频繁地更换活性炭,而更换下来的活性炭由于是危废,还要付费处理。尤其现在废气处理技改和新项目有净化率指标,活性炭达标很难,最终只能废弃,不得不再次投资,因此只能作为无奈之选。

方案四:燃烧【建议】

浓缩后废气处理建议直接上RTO,当然也可以上催化焚烧,或者转轮浓缩后上RTO也可以。其他如地排、车间无组织、油墨库房、清洗间等低浓度废气,建议尝试采用新技术处理,或者浓缩后再进入RTO。至于国内各家RTO的对比和选择,这里不再展开。

方案五:其他技术【建议不断尝试】

基于国内巨大的环保压力和治理市场,在凹印VOCs末端治理方面,近年来陆续有新技术出现,有些国外都还没有(分析国外凹印比例很小,十几年前就开始治理,目前基本成熟,很少企业投入研发),如高温等离子、低温等离子、光解、光氧化、生物法以及各种技术的组合等,建议不断尝试。

当然,以上方案还要结合凹印企业的具体情况,以及不同地区环保政策、VOCs排污费征收等情况适当调整。

从经济角度看凹印VOCs末端治理

(1)RTO是目前最彻底、最环保的凹印VOCs末端治理方案,但投资大、占地大、成本高(1万废气风量约50万~100万元的投入),一般6万风量的RTO长22米、宽8米、高6米、重100吨,建议规模大的凹印企业考虑,同时建议分期投入。

(2)浓缩+催化燃烧或浓缩+RTO,成本投入和占地面积会稍小,无须减风,对生产影响较小,但笔者对于浓缩是否适合凹印工艺持否定态度,理由见上文。

(3)如果当地环保压力不大,凹印企业可以先观察,或者少投资,先采用过渡方案,同时密切关注政策的变化和新技术的发展,待凹印行业达成一致,市场推出有效的、成熟的、性价比高的技术和方案时再上。客观来讲,失败的案例,其投资、运行费用的无效消耗,同样是不环保,也是对环境、对凹印行业的二次伤害。

需要澄清的是,环保必须做,期间没有实力的企业必然淘汰出局,同时也会缓解产能过剩,但这需要国家、协会、供应商、企业等多方协同,共同推进,否则最终结果还会和几十年前一样,流于形式。

凹印VOCs末端治理未来走向

(1)凹印机必须安装VOCs治理设施,未来凹印机出厂前可能要求标配VOCs末端治理设施。

(2)短时间内,只要求达标排放区域,活性炭置换技术还会是凹印VOCs末端治理的主要应对方式,但在同时要求净化率和达标排放的区域,各种低成本的新技术或组合技术将会是主流。

(3)如果有低成本的凹印VOCs末端治理新技术问世,如1万废气风量10万~20万元的投入,将会替代以上主流技术。

(4)期待凹印VOCs末端治理新技术形成主流并大幅推广,但如果短期内没有新技术出现,RTO将成为主流。

需要说明的是,在目前己经固化的产业格局中,凹印企业是整个产业链中的直接排污者,必须承担相应的环保职责,因此凹印企业必须充分认识到,今后环保投入,和工厂用工、用水、用电一样是日常行为。凹印环保不仅为达标,也为自己的家园,需要大家一起携手面对,也希望更多的凹印企业一起来主动投入做环保。同时,作为消费者,我们应该关心购买商品包装的环境表现,珍惜手里的购买权,倒逼食品、医药、日化用品等企业,最大程度地减少过度包装,恢复功能包装,从根本上对绿色包装给予引导和支持。

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