印刷有机废气回收循环利用装备的研发与应用

成果概要：本项目主要研究开发内容包括废气的集气装置设计、废气的过滤系统的研究开发、废气的冷却系统设计、有机挥发性化合物的吸附系统工艺、装置设计技术的研发、脱碳系统的设计、活性炭纤维吸附性能研究、有机溶剂精馏系统的设计等等，形成成熟成套的工艺设备。工艺设备对有机废气净化率达到95%以上、回收率达到90%以上。
　  项目技术属国内首创，成果核心技术已申请国家专利四项（专利申请号分别为200610161012.8、200610161013.2、200620159839.0、200620159840.3），并成功在云南玉溪水松纸厂的印刷生产线上采用，获得了良好的社会经济效益：该厂原年用酒精4000吨，采用本项目技术后，年回收酒精3500余吨，为该厂节约了原料购置和储存的费用，降低了生产成本。
　  
　  一、 前言和实施背景
　  1.1 前言
　  云南恩典科技产业发展有限责任公司（以下简称“公司”）成立于2001年 9月，在玉溪市高新技术开发区注册，是以环境工程高新技术、光机电设备、卷烟水松纸研发为主营的省级高新技术企业；致力于发展循环经济、环境保护产业。公司现有职工124人，其中技术人员占职工总数的58%（高职18人，中职26人，初职28人）。恩典公司成立九年来，坚持以创新求发展的方针，曾多次承担完成了国家、省、市各级相关科技计划项目，拥有多项技术成果，其中“薄型基材激光打孔设备”被认定为国家级重点新产品，荣获2005年云南省科技进步一等奖；“抗菌接装纸的研发及产业化”项目荣获2005年云南省科技进步二等奖等。近三年来，公司又进行了印刷有机废气净化、回收循环利用的研究，完成了工艺技术研发和装备成套设计，并向国家知识产权局申报了有机废气治理、净化、回收循环利用方面的专利技术四项。目前这一技术已经成功地应用于云南玉溪水松纸厂水松纸印刷有机尾气处理项目中，以其高吸附率和低能耗的特点，在净化大气环境、改善工人操作条件的同时，取得了很好的经济效益。
　  1.2 实施背景
　  印刷有机废气回收循环利用装备的研发与应用项目以循环经济、清洁生产和环境保护为目的，研究开发印刷行业有机废气的净化、回收循环利用的工艺、过程电气控制技术及成套设备并应用与生产实际，实现印刷行业有机废气净化、达标排放和有机溶剂回收循环使用的目标。
　  由于印刷行业有机废气具有排量大、温度高、有机物含量低、杂质成分复杂、相对湿度大、有机溶剂种类多等特征，这些特征增加了净化、回收过程中工艺和设备的复杂程度，是一种非常有代表性的有机废气，印刷有机废气净化、回收装备将集成应用有机废气处理领域的所有工艺过程及控制技术，它的研发成功对于其它行业有机废气净化、回收具有普遍的实用性，完全可以用于有机化工、石油化工、农药、医药、汽车摩托车喷烤漆、油墨、油漆、涂料、电子元件、橡胶（再生橡胶）、木纹纸、胶卷、纤维、塑胶、人造革、制鞋、干洗、酿造等行业有机废气的净化、回收再利用的生产实践中。
　  工业废气分为无机废气（如燃煤二氧化硫废气、氮氧化物废气）和有机废气两大类。在美国国家环境保护局(EPA )所列的有毒气体排放物清单(TRI)的25种气体中，有18种是有机物，这18种有机气体占有毒气体排放量的74.2%，可见治理有机废气是大气污染防治中极为重要的一部分。
　  有机废气是在工业生产过程中产生的。挥发性有机化合物是它的主要组成部分。
　  挥发性有机物(Volatile Organic Compounds，VOCs)一般是指室温下饱和蒸气压超过70.91 Pa或沸点小于260℃的有机物，包括脂肪类碳氢化合物（例如丁烷、戊烷、正己烷、庚烷、辛烷）、芳香类碳氢化合物（如苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯）、氯代碳氢化合物（如二氯甲烷、三氯甲烷、三氯乙烷、二氯乙烯、三氯乙烯、四氯乙烯、四氯化碳）、酮、醛、醇（如丙酮、丁酮、环己酮、甲基异丁基酮、甲醛、乙醛、甲醇、异丙醇、异丁醇）、酯、醚类化合物（如乙酸乙酯、乙酸丁酯、邻苯二甲酸二辛酯、乙二醇乙醚）等等，多达900余种。
　  在工业生产过程中，产生挥发性有机化合物的主要行业是有机化工、石油化工、印刷、农药、医药、汽车摩托车喷烤漆行业、涂装、油墨、油漆、涂料、电子元件、橡胶（再生橡胶）、木纹纸、胶卷、纤维、塑胶、人造革、制鞋、干洗、酿造等及化学实验室等。另外，化工产品（尤其是易挥发的苯类、汽油等）的装卸车（船）过程也会不可避免地造成挥发损失，据统计，一般挥发损失约为装卸量的1～2‰左右，因此，对于年装卸量在几万吨以上的仓库、罐区、站台、码头等集中装卸车（船）的地方，甚至车辆加油站，也会产生相当大的有机废气污染和石油资源的白白浪费。
　  挥发性有机废气是有害人体健康的污染物质，常常伴随着异味、恶臭散发在空气中，对工厂工人的眼、鼻、呼吸道有刺激作用，对心、肺、肝等内脏及神经系统产生有害影响，甚至造成急性和慢性中毒，可致癌、致突变。如含苯、甲苯、二甲苯的废气，因其毒性大、长期接触后通过吸入或皮肤吸收到体内，将引起肝脏的损伤、造血器官以及神经系统的损害，晚期可发展成为再生障碍性贫血，甚至转变为白血病。有实验证明，苯对胚胎有毒性作用，在一定程度上，会使胚胎或胎儿的生长发育迟缓。近几年来，含苯废气在福建等沿海制鞋工业区，产生了相当大的环境威胁，苯废气的急性、慢性中毒事故时有发生。
　  另外，挥发性有机化合物是光化学反应的前驱体，有阳光照射时，在合适的条件下挥发性有机化合物与氮氧化物及其他悬浮化学物质发生一系列光化学反应，主要生成臭氧，形成光化学烟雾，从而发生光化学污染，吸收地表红外辐射引起温室效应，破坏臭氧层形成臭氧空洞，引起人体致癌和动植物中毒。
　  含挥发性有机化合物工业废气的排放一方面会造成严重的大气污染，对人类健康造成危害和对农作物造成减产；另一方面也会造成挥发性有机化合物原料资源的极大浪费。
　  印刷工业生产过程中产生的有机废气主要是由印刷油墨的使用所造成的。油墨作为主要的印刷原料是由颜料、连结料、溶剂、填充剂和辅助剂组成，常用的油墨主要分为有机溶剂型油墨、无苯油墨、水溶性油墨及高固体油墨等。有机溶剂型油墨和无苯油墨分别采用甲苯、二甲苯、丙酮、丁醇、乙酸乙酯和乙醇、异丙醇或正丙醇、乙酸乙酯或乙酸丁酯等低沸点挥发性有机物作为溶剂，具有印刷速度快、印刷品质量好、成本较低等特点，在印刷生产中得到广泛应用。然而在印刷过程中，特别是在印品干燥过程中，有机溶剂（占油墨总量的70％～80％）的挥发产生大量的有机废气，它直接排放不仅使生产车间的空气质量变得十分恶劣，对厂区周围的环境造成严重的污染，极大地危害了生产工人和广大人民群众的身体健康。同时也是一种浪费，它提高了生产成本，增加印刷企业的经济负担，影响企业的经济效益。因此，如何在保证产品质量及生产效率的同时，消除有机废气的释放对环境的不良影响和对人们身体健康的危害，有效地回收利用这些有机废气达到节约资源、保护环境、提高企业经济效益，实现经济的可持续发展和环境保护的“双赢”，成为各印刷企业面临的现实问题。
　  在党中央、国务院极力倡导节能减排、循环经济、清洁生产、环境保护、废气物资源化综合利用的政策背景下，在云南省科技厅的支持下，云南省恩典科技产业发展有限公司自主提出了该研发课题并以印刷行业有机废气为研究重点，对印刷有机废气净化、回收工艺技术、控制技术与装备制造技术进行了长达四年多的技术开发，取得了产业化应用的目标。
　  二、成果内涵和具体做法
　  针对印刷行业工业废气资源综合利用的问题，通过特定回收工艺与装备控制技术，解决了印刷行业排放的工业废气中有机溶剂的回收循环利用问题，实现了清洁生产和循环经济的目标，为其他行业如有机化工、石油化工、制药等行业排放的工业有机废气净化、回收环保、循环经济产业提供了共性技术。该技术的特点是：一方面，净化了印刷行业排放的有机废气，达到了印刷废气中有机溶剂的减排，消除或减少了印刷工业废气的排放对环境的不良影响和对车间工人健康的危害，达到清洁生产的目标；另一个方面，从印刷工业废气中回收有机溶剂使其他能够重新回用于印刷生产，实现了印刷生产有机溶剂的循环再利用，达到印刷废气资源的综合利用、循环利用、保护环境、提高企业经济效益，实现环境保护和企业经济效益看似矛盾的两方面的完美结合；本项目研究开发的有机废气净化、回收工艺及装备可使印刷生产过程中有机溶剂（废气）的减排量达到95%以上，有机溶剂的循环使用率超过90%；装备的投资回收期为7-12个月。
　  为了确保研究开发的顺利进行，项目由公司董事长、总经理何金星直接担任总负责人，组成项目组，负责协调财务、生产、人事等工作，保证项目能够按计划进行。
　  项目的具体实施由技术负责人迟广俊主持，负责拟制研究方案，安排设计、施工、试验等工作，在项目的实施过程中，监督各项目组成员按照项目组织设计要求落实各项进度要求。按照项目进度计划，制订健全的项目实施过程质量控制流程，质量责任制落实到个人，对质量通病制订了有针对性的防治方法、措施。
　  副总经理何金富、财务科长苏琼芬分别为研究提供生产、物资、人力和资金保障。项目资金管理上，将总的投资控制指标分别到各具体小项。通过科学、严格和管理进行专款专用，并实时地监控每一笔费用的支出，实现监督管理。
　  三、成果实施后所产生的效果
　  印刷有机废气净化、回收工艺与装备在云南玉溪水松纸厂、玉溪思润印刷有限公司、青岛嘉泽包装有限公司等单位的乙醇、乙酸乙酯废气的净化、回收中得到了广泛应用，最长应用时间超过24个月，设备运行正常，实现废气减排率降低90%，溶剂循环利用率达到90%以上且较稳定，进入回收系统的有机气体的净化率超过99%，回收的产品达到相关国家标准，能够循环利用。目前，共推广应用6套装备，截至目前共回收乙醇6680吨、乙酸乙酯750吨，这些企业每年实现新增利润1200万元。
　  每10套印刷工业废气净化、回收装备每年将为使用单位回收有机溶剂1万吨以上，大大减少企业向大气中排放污染物，实现企业废气减排量减少95%以上，实现节能超过75%，每年将在有机溶剂循环使用方面为社会创造净价值5000万元，大大改善企业车间工人的操作环境和使用单位周围的大气环境；同时减少装备使用单位溶剂储存的火灾、爆炸等危险以及减少了溶剂购买资金的投入，加快了流动资金的周转；还有，减少了使用单位外购溶剂在生产单位与使用单位之间运输过程中泄露、爆炸的危险。
　  四、持续改进措施
　  2007年6月，云南省科技厅组织清华大学、天津大学、昆明理工大学、云南师范大学、云南环境科学研究院等单位的省内外专家对该成果进行了技术鉴定，专家们一致认为：该技术达到“国内领先、国际先进水平”，该技术的推广可带来广泛的社会效益、可观的经济效益和良好的环境效益。2007年1月，有机废气净化、回收装备又通过了云南省经济委员会组织的省级新产品的鉴定，专家们认为该设备填补了国内空白、达到国际先进水平。2008年1月，有机废气净化、回收装备又通过了国家重点新产品的认定。项目还获得了2008年云南省科技进步一等奖、玉溪市科技进步一等奖。
　  本项目采用新型吸附材料——活性炭纤维为吸附剂，在国内首次对多种常见印刷有机废气净化、回收、分离、精制、循环利用的工艺技术、装备技术、过程自动控制技术进行了深入的研发、中式、应用及优化、完善。项目具有完全自主知识产权，潜在的市场、经济效益和环境效益是巨大的。目前，国内还无同类企业。