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软包装行业VOCs治理方案分析

作者: 来源: 日期:2018-3-21 13:04:18 人气:0

当前,在国家政策的大力推动下,绿色环保成为印刷包装行业发展的主旋律。作为VOCs排放“大户”的软包装行业,更是成为重点关注对象。但VOCs治理对于我国软包装行业来讲还是一个新课题,目前行业内普遍存在如下状况。

(1)从20世纪80年代国内开始发展软包装工业到这几年,软包装生产工艺流程中都没有考虑VOCs治理工艺,包括所使用的原辅材料、所使用的设备、生产厂房设计、生产过程中对可能产生不受控的VOCs排放的重视和处理,因此企业对于准备采用的VOCs治理工艺的一些细节认知不足。

(2)企业对于采用何种VOCs末端治理设备或方案关注较多,但对于其他生产环节对VOCs治理的影响关注较少。

(3)由于VOCs综合治理需要颇大的投资,因此企业面临决策难题,更多的企业考虑的是如何“过关”,殊不知,一旦VOCs治理不当,就会导致生产成本的增加,有时还会产生二次污染。

(4)早期部分已经开始使用VOCs末端治理设备的企业,面对因使用各种不成熟工艺和设备而出现的一系列问题,例如,效率过低;回收溶剂质量不达标,无法循环使用;耗材使用寿命过短;运行成本较高等,颇为头疼。

然而,软包装行业VOCs治理其实是一个系统工程,并不是简单安装一台VOCs末端治理设备就能解决,而是需要考虑多方面因素。比如,源头控制对整个VOCs治理效果的影响;如何正确选择合适的VOCs末端治理方案,以及如何采用专业的技术来管理、运行好VOCs末端治理设备;解决软包装生产过程中不受控VOCs的排放问题;如何改造产生VOCs排放的生产设备和厂房环境等。下面,笔者就与大家分享选择VOCs治理方案的一些建议,以及有关配合VOCs治理如何合理选择设备的问题。


软包装行业VOCs排放特点

软包装的生产工艺包括印刷(凹印或柔印)、复合(或涂布)、分切、制袋、废气处理。其中,印刷和干式复合或涂布工艺均会产生VOCs排放。和其他产生VOCs排放的行业相比,软包装行业的情况有所不同,其特点如下。

(1)与行业特点、设备设计不合理性有关,软包装生产所产生的VOCs废气量大、浓度低,且不稳定。

(2)除干式复合工序外,印刷工序使用了多种溶剂型油墨,VOCs成分复杂。

(3)传统干式复合设备设计落后,需要使用的溶剂量颇大,产生大量的VOCs排放。

(4)由于所使用设备的设计不完善,生产车间会产生大量低浓度的不受控的VOCs排放。

目前,我国软包装行业处于微利经营状态,如何在满足环保要求的前提下不增加生产成本是行业面临的挑战。为此,软包装企业必须正视VOCs治理这一系统工程,从各个环节考虑平衡VOCs治理与成本之间的关系。


末端治理综合考虑

在VOCs末端治理的各种方案中,采用溶剂回收再利用技术,是一个既能满足环保要求,又能降低生产成本的方案,符合环保及循环经济的思路,是软包装企业值得考虑的方向。

据了解,国外最新的吸附回收技术,使用惰性气体代替了上一代采用水蒸气对吸附了VOCs的活性炭进行高温脱附,然后用低温冷凝的办法回收溶剂,根据需要增加分馏工序,使回收的溶剂能够达标再循环使用。

对使用惰性气体高温解吸附+深冷凝回收溶剂的成本和购买新溶剂的价格比可以达到1/3,甚至1/4,大大降低了软包装的生产成本,投资有所回报。

但如果采用这种末端治理工艺,印刷工序所使用的溶剂需要考虑改为单一溶剂(或单一种类溶剂)油墨,而且对设备和厂房也有所要求,另外初次投资的金额较大。

可见,使用适合在塑料基材上里印、复合的单一溶剂(或单一种类溶剂)油墨,对溶剂的回收再利用大有裨益,满足循环经济的思路,能降低生产成本。而且在解决纯水性油墨的技术问题之前,单一溶剂(或单一种类溶剂)油墨有其存在的价值和地位,但需解决以下一系列问题。

(1)单一溶剂油墨会溶解K涂布膜,而且干燥速度较快,浅网图案油墨转移容易出现堵版问题,需要提高印刷速度;使用单一种类溶剂油墨可以取得平衡,缓解该问题。

(2)要求设备在较高速度印刷时,能维持复杂图案的套印精度。

(3)需要考虑增加设备的辅助上下料手段,避免操作工人长期处于高频率、高强度的单一上下料劳动。

(4)厂房的设计、生产环境需要考虑如何保证稳定的生产条件(包括温度、湿度)等一系列问题。

当然,包括需要国内油墨厂商供应适合国情(高温多湿环境)的单一溶剂(如醋酸正丙酯)(或单一种类溶剂)油墨,解决单一溶剂对树脂的溶解性问题,以及油墨的黏度和流动性问题。

但使用单一溶剂(或单一种类溶剂)油墨后,在配置VOCs治理设备时,需选择匹配的VOCs回收再利用技术和工艺,设备投资较大。

当企业采用其他末端治理工艺时,如RTO或RCO,应关注尽量减少可能会出现的环保问题,如二氧化碳排放导致的温室效应。借鉴国外的一些做法,当企业采用RTO或RCO时,应综合考虑碳排放指标的置换,换句话说,就是要做好热能的综合利用。


源头治理综合考虑

如果我们考虑在塑料基材上进行凹印表印或里印(需复合),采用非溶剂型油墨(水性油墨,包括如果政府有关法令允许的乙醇含量低于5%的水/醇溶性油墨),部分复合采用无溶剂复合或挤出复合工艺,希望从源头杜绝VOCs的产生。

但我们也必然会面临以下一系列问题。

(1)目前大部分厂家推出的水性油墨并非纯水性油墨,大多添加了30%~70%的乙醇,还是会有VOCs排放,而且水分含量高,不能沿用现有流行的VOCs治理工艺和设备,需要考虑采用冷凝工艺和设备,但能耗较大。

(2)如果末端治理采用冷凝方案,争取实现含少量乙醇的溶剂(水)循环使用。但可能会和新政策中“稀释剂必须是100%水,绝对不能添加乙醇”的规定产生冲突。

(3)烘箱干燥温度偏高,导致承印物可能出现热延伸问题,增加电子轴凹印设备套印的工作难度。烘箱的热风需要预干燥,风量需要加大,烘箱的效率需要提高,增加了能耗。而且干燥问题也制约了印刷速度的提升。使用水性油墨对烘箱、版辊和设备的防锈问题也提出了新的挑战。目前,业内大多数工厂的设备将会面临改造的要求。

(4)需要改变使用传统溶剂型油墨的印刷操作习惯和经验,需要采用新的制版工艺。

(5)由于承印物的表面张力问题,水性油墨印刷的文字容易变粗或闭合,增加套印难度。

(6)刮刀和凹版的版面容易磨损,影响刮刀和版辊的使用寿命。

(7)水性油墨干燥后难以用水清洗,带来版辊和设备的清洗问题以及可能带来的污水处理问题。

(8)如果印刷品有水分和醇类的残留,除了可能会有气味残留问题,也会影响干式复合产品的复合性能。

(9)水性油墨的使用,能否覆盖所有传统承印物(如尼龙)或所有软包装应用?否则,一家工厂会存在两套不同的油墨系统和VOCs末端治理系统。


生产设备与VOCs治理的配合

1.凹印设备

首先,我们必须了解传统凹印设备使用多种类溶剂油墨的以下几点原因。

(1)含苯、含酮油墨过渡到非苯、非酮油墨的历史背景。多种类溶剂油墨的配方对油墨树脂提供了优越的溶解性。

(2)生产环境和条件不稳定,导致油墨的干燥速度需要经常调整。

(3)市场对印刷图案精美度的过分要求,对套印带来的挑战。

(4)市场的需求和国产设备的套印水平限制了印刷速度的提升。而过低的印刷速度要求油墨的干燥速度不能过高。

(5)油墨供应商为适应市场所使用的配方和材料。

其次,为配合实现溶剂回收再利用的VOCs治理方案,最好使用单一溶剂(或单一种类溶剂)油墨,以方便回收。这就对使用单一溶剂(或单一种类溶剂)油墨的凹印设备和生产车间带来了新的要求。

(1)为配合较快的油墨干燥速度,设备需能进行较高速度印刷。

(2)在高速印刷状态下,设备能保证一定的套印精度。

(3)使用较低烘干温度时,烘箱应具有高效的烘干能力,且不会向外排放废气。

(4)凹印设备需配备LEL传感器,做到热风循环,减少VOCs排放量,提升VOCs浓度。一般来讲,VOCs排放量可以减少40%~55%,浓度可达到2g/m3上,以满足后处理工序的要求。

(5)设备应配备自动或半自动辅助上下料手段,避免高速印刷时,操作工人长期处于高频率、高强度的单一上下料劳动。

(6)油墨槽和油墨桶的设计必须防止不受控的VOCs排放。

(7)设计厂房时,应使其能提供稳定的生产条件(包括温度、湿度)。

(8)需要国内的油墨厂商供应适合国情(高温高湿环境)的单一溶剂(或单一种类溶剂)油墨。

最后需要注意的是,如使用水性油墨,对设备有如下新的要求。

(1)设备必须具备很好的防锈能力。

(2)烘箱的烘干效率要高。

(3)在不使用过高烘干温度的前提下,能有效保证印刷质量和薄膜的干燥,提供较高的工作效率。

(4)较大的风量。

(5)热交换器应具有热风预干燥功能。

(6)刮刀系统刚性要好,能准确定位,在不使用过大压力的前提下能均匀刮墨,避免刮刀或版辊产生过度磨损。

(7)配备对含醇水性油墨的VOCs末端治理设备。


2.干式复合(涂布)设备

传统干式复合(涂布)设备具有如下缺点。

(1)使用网纹辊涂布方式,决定了必须使用黏度较低的胶黏剂,导致溶剂使用量大,产生大量VOCs排放。

(2)涂布后容易出现胶黏剂垂流现象。

(3)烘箱工作效率低,过长的烘箱对张力产生干涉。

(4)烘箱各个工作段的VOCs浓度差异大,拉低了总的VOCs排放浓度。

可见,如何减少干式复合(涂布)设备的溶剂使用,提升烘箱效率,是对VOCs治理的配合。

(1)改变胶黏剂涂布方式。

(2)用好烘箱干燥的各个要素。

(3)配备LEL检测装置,充分用好热风循环,节约能源,减少排风量,浓缩废气。


在严峻的环保形势下,希望我国软包装产业链能通力合作,共同努力通过环保大考,迎来真正的可持续发展!



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