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印刷有機廢氣回收循環利用裝備的研發與應用

成果概要：本項目主要研究開發內容包括廢氣的集氣裝置設計、廢氣的過濾系統的研究開發、廢氣的冷卻系統設計、有機揮發性化合物的吸附系統工藝、裝置設計技術的研發、脫碳系統的設計、活性炭纖維吸附性能研究、有機溶劑精餾系統的設計等等，形成成熟成套的工藝設備。工藝設備對有機廢氣凈化率達到95%以上、回收率達到90%以上。
　  項目技術屬國內首創，成果核心技術已申請國家專利四項（專利申請號分別為200610161012.8、200610161013.2、200620159839.0、200620159840.3），并成功在云南玉溪水松紙廠的印刷生產線上采用，獲得了良好的社會經濟效益：該廠原年用酒精4000噸，采用本項目技術后，年回收酒精3500余噸，為該廠節約了原料購置和儲存的費用，降低了生產成本。
　  
　  一、 前言和實施背景
　  1.1 前言
　  云南恩典科技產業發展有限責任公司（以下簡稱“公司”）成立于2001年 9月，在玉溪市高新技術開發區注冊，是以環境工程高新技術、光機電設備、卷煙水松紙研發為主營的省級高新技術企業；致力于發展循環經濟、環境保護產業。公司現有職工124人，其中技術人員占職工總數的58%（高職18人，中職26人，初職28人）。恩典公司成立九年來，堅持以創新求發展的方針，曾多次承擔完成了國家、省、市各級相關科技計劃項目，擁有多項技術成果，其中“薄型基材激光打孔設備”被認定為國家級重點新產品，榮獲2005年云南省科技進步一等獎；“抗菌接裝紙的研發及產業化”項目榮獲2005年云南省科技進步二等獎等。近三年來，公司又進行了印刷有機廢氣凈化、回收循環利用的研究，完成了工藝技術研發和裝備成套設計，并向國家知識產權局申報了有機廢氣治理、凈化、回收循環利用方面的專利技術四項。目前這一技術已經成功地應用于云南玉溪水松紙廠水松紙印刷有機尾氣處理項目中，以其高吸附率和低能耗的特點，在凈化大氣環境、改善工人操作條件的同時，取得了很好的經濟效益。
　  1.2 實施背景
　  印刷有機廢氣回收循環利用裝備的研發與應用項目以循環經濟、清潔生產和環境保護為目的，研究開發印刷行業有機廢氣的凈化、回收循環利用的工藝、過程電氣控制技術及成套設備并應用與生產實際，實現印刷行業有機廢氣凈化、達標排放和有機溶劑回收循環使用的目標。
　  由于印刷行業有機廢氣具有排量大、溫度高、有機物含量低、雜質成分復雜、相對濕度大、有機溶劑種類多等特征，這些特征增加了凈化、回收過程中工藝和設備的復雜程度，是一種非常有代表性的有機廢氣，印刷有機廢氣凈化、回收裝備將集成應用有機廢氣處理領域的所有工藝過程及控制技術，它的研發成功對于其它行業有機廢氣凈化、回收具有普遍的實用性，完全可以用于有機化工、石油化工、農藥、醫藥、汽車摩托車噴烤漆、油墨、油漆、涂料、電子元件、橡膠（再生橡膠）、木紋紙、膠卷、纖維、塑膠、人造革、制鞋、干洗、釀造等行業有機廢氣的凈化、回收再利用的生產實踐中。
　  工業廢氣分為無機廢氣（如燃煤二氧化硫廢氣、氮氧化物廢氣）和有機廢氣兩大類。在美國國家環境保護局(EPA )所列的有毒氣體排放物清單(TRI)的25種氣體中，有18種是有機物，這18種有機氣體占有毒氣體排放量的74.2%，可見治理有機廢氣是大氣污染防治中極為重要的一部分。
　  有機廢氣是在工業生產過程中產生的。揮發性有機化合物是它的主要組成部分。
　  揮發性有機物(Volatile Organic Compounds，VOCs)一般是指室溫下飽和蒸氣壓超過70.91 Pa或沸點小于260℃的有機物，包括脂肪類碳氫化合物（例如丁烷、戊烷、正己烷、庚烷、辛烷）、芳香類碳氫化合物（如苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯）、氯代碳氫化合物（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、環己酮、甲基異丁基酮、甲醛、乙醛、甲醇、異丙醇、異丁醇）、酯、醚類化合物（如乙酸乙酯、乙酸丁酯、鄰苯二甲酸二辛酯、乙二醇乙醚）等等，多達900余種。
　  在工業生產過程中，產生揮發性有機化合物的主要行業是有機化工、石油化工、印刷、農藥、醫藥、汽車摩托車噴烤漆行業、涂裝、油墨、油漆、涂料、電子元件、橡膠（再生橡膠）、木紋紙、膠卷、纖維、塑膠、人造革、制鞋、干洗、釀造等及化學實驗室等。另外，化工產品（尤其是易揮發的苯類、汽油等）的裝卸車（船）過程也會不可避免地造成揮發損失，據統計，一般揮發損失約為裝卸量的1～2‰左右，因此，對于年裝卸量在幾萬噸以上的倉庫、罐區、站臺、碼頭等集中裝卸車（船）的地方，甚至車輛加油站，也會產生相當大的有機廢氣污染和石油資源的白白浪費。
　  揮發性有機廢氣是有害人體健康的污染物質，常常伴隨著異味、惡臭散發在空氣中，對工廠工人的眼、鼻、呼吸道有刺激作用，對心、肺、肝等內臟及神經系統產生有害影響，甚至造成急性和慢性中毒，可致癌、致突變。如含苯、甲苯、二甲苯的廢氣，因其毒性大、長期接觸后通過吸入或皮膚吸收到體內，將引起肝臟的損傷、造血器官以及神經系統的損害，晚期可發展成為再生障礙性貧血，甚至轉變為白血病。有實驗證明，苯對胚胎有毒性作用，在一定程度上，會使胚胎或胎兒的生長發育遲緩。近幾年來，含苯廢氣在福建等沿海制鞋工業區，產生了相當大的環境威脅，苯廢氣的急性、慢性中毒事故時有發生。
　  另外，揮發性有機化合物是光化學反應的前驅體，有陽光照射時，在合適的條件下揮發性有機化合物與氮氧化物及其他懸浮化學物質發生一系列光化學反應，主要生成臭氧，形成光化學煙霧，從而發生光化學污染，吸收地表紅外輻射引起溫室效應，破壞臭氧層形成臭氧空洞，引起人體致癌和動植物中毒。
　  含揮發性有機化合物工業廢氣的排放一方面會造成嚴重的大氣污染，對人類健康造成危害和對農作物造成減產；另一方面也會造成揮發性有機化合物原料資源的極大浪費。
　  印刷工業生產過程中產生的有機廢氣主要是由印刷油墨的使用所造成的。油墨作為主要的印刷原料是由顏料、連結料、溶劑、填充劑和輔助劑組成，常用的油墨主要分為有機溶劑型油墨、無苯油墨、水溶性油墨及高固體油墨等。有機溶劑型油墨和無苯油墨分別采用甲苯、二甲苯、丙酮、丁醇、乙酸乙酯和乙醇、異丙醇或正丙醇、乙酸乙酯或乙酸丁酯等低沸點揮發性有機物作為溶劑，具有印刷速度快、印刷品質量好、成本較低等特點，在印刷生產中得到廣泛應用。然而在印刷過程中，特別是在印品干燥過程中，有機溶劑（占油墨總量的70％～80％）的揮發產生大量的有機廢氣，它直接排放不僅使生產車間的空氣質量變得十分惡劣，對廠區周圍的環境造成嚴重的污染，極大地危害了生產工人和廣大人民群眾的身體健康。同時也是一種浪費，它提高了生產成本，增加印刷企業的經濟負擔，影響企業的經濟效益。因此，如何在保證產品質量及生產效率的同時，消除有機廢氣的釋放對環境的不良影響和對人們身體健康的危害，有效地回收利用這些有機廢氣達到節約資源、保護環境、提高企業經濟效益，實現經濟的可持續發展和環境保護的“雙贏”，成為各印刷企業面臨的現實問題。
　  在黨中央、國務院極力倡導節能減排、循環經濟、清潔生產、環境保護、廢氣物資源化綜合利用的政策背景下，在云南省科技廳的支持下，云南省恩典科技產業發展有限公司自主提出了該研發課題并以印刷行業有機廢氣為研究重點，對印刷有機廢氣凈化、回收工藝技術、控制技術與裝備制造技術進行了長達四年多的技術開發，取得了產業化應用的目標。
　  二、成果內涵和具體做法
　  針對印刷行業工業廢氣資源綜合利用的問題，通過特定回收工藝與裝備控制技術，解決了印刷行業排放的工業廢氣中有機溶劑的回收循環利用問題，實現了清潔生產和循環經濟的目標，為其他行業如有機化工、石油化工、制藥等行業排放的工業有機廢氣凈化、回收環保、循環經濟產業提供了共性技術。該技術的特點是：一方面，凈化了印刷行業排放的有機廢氣，達到了印刷廢氣中有機溶劑的減排，消除或減少了印刷工業廢氣的排放對環境的不良影響和對車間工人健康的危害，達到清潔生產的目標；另一個方面，從印刷工業廢氣中回收有機溶劑使其他能夠重新回用于印刷生產，實現了印刷生產有機溶劑的循環再利用，達到印刷廢氣資源的綜合利用、循環利用、保護環境、提高企業經濟效益，實現環境保護和企業經濟效益看似矛盾的兩方面的完美結合；本項目研究開發的有機廢氣凈化、回收工藝及裝備可使印刷生產過程中有機溶劑（廢氣）的減排量達到95%以上，有機溶劑的循環使用率超過90%；裝備的投資回收期為7-12個月。
　  為了確保研究開發的順利進行，項目由公司董事長、總經理何金星直接擔任總負責人，組成項目組，負責協調財務、生產、人事等工作，保證項目能夠按計劃進行。
　  項目的具體實施由技術負責人遲廣俊主持，負責擬制研究方案，安排設計、施工、試驗等工作，在項目的實施過程中，監督各項目組成員按照項目組織設計要求落實各項進度要求。按照項目進度計劃，制訂健全的項目實施過程質量控制流程，質量責任制落實到個人，對質量通病制訂了有針對性的防治方法、措施。
　  副總經理何金富、財務科長蘇瓊芬分別為研究提供生產、物資、人力和資金保障。項目資金管理上，將總的投資控制指標分別到各具體小項。通過科學、嚴格和管理進行專款專用，并實時地監控每一筆費用的支出，實現監督管理。
　  三、成果實施后所產生的效果
　  印刷有機廢氣凈化、回收工藝與裝備在云南玉溪水松紙廠、玉溪思潤印刷有限公司、青島嘉澤包裝有限公司等單位的乙醇、乙酸乙酯廢氣的凈化、回收中得到了廣泛應用，最長應用時間超過24個月，設備運行正常，實現廢氣減排率降低90%，溶劑循環利用率達到90%以上且較穩定，進入回收系統的有機氣體的凈化率超過99%，回收的產品達到相關國家標準，能夠循環利用。目前，共推廣應用6套裝備，截至目前共回收乙醇6680噸、乙酸乙酯750噸，這些企業每年實現新增利潤1200萬元。
　  每10套印刷工業廢氣凈化、回收裝備每年將為使用單位回收有機溶劑1萬噸以上，大大減少企業向大氣中排放污染物，實現企業廢氣減排量減少95%以上，實現節能超過75%，每年將在有機溶劑循環使用方面為社會創造凈價值5000萬元，大大改善企業車間工人的操作環境和使用單位周圍的大氣環境；同時減少裝備使用單位溶劑儲存的火災、爆炸等危險以及減少了溶劑購買資金的投入，加快了流動資金的周轉；還有，減少了使用單位外購溶劑在生產單位與使用單位之間運輸過程中泄露、爆炸的危險。
　  四、持續改進措施
　  2007年6月，云南省科技廳組織清華大學、天津大學、昆明理工大學、云南師范大學、云南環境科學研究院等單位的省內外專家對該成果進行了技術鑒定，專家們一致認為：該技術達到“國內領先、國際先進水平”，該技術的推廣可帶來廣泛的社會效益、可觀的經濟效益和良好的環境效益。2007年1月，有機廢氣凈化、回收裝備又通過了云南省經濟委員會組織的省級新產品的鑒定，專家們認為該設備填補了國內空白、達到國際先進水平。2008年1月，有機廢氣凈化、回收裝備又通過了國家重點新產品的認定。項目還獲得了2008年云南省科技進步一等獎、玉溪市科技進步一等獎。
　  本項目采用新型吸附材料——活性炭纖維為吸附劑，在國內首次對多種常見印刷有機廢氣凈化、回收、分離、精制、循環利用的工藝技術、裝備技術、過程自動控制技術進行了深入的研發、中式、應用及優化、完善。項目具有完全自主知識產權，潛在的市場、經濟效益和環境效益是巨大的。目前，國內還無同類企業。