绿色溶剂减少操作中溶剂对环境的影响

作者 Josh Huffman，总监，可持续解决方案部门，CleanPlanet Chemical；Jim Kuzara，销售经理，Ship & Shore Environmental

随着消费者和投资者需求的不断变化、新法规的出台以及对环境的现实影响，有一件事是十分明确的：企业需要找到提高可持续性的方法，否则就有落后的风险。涂料行业深知这一点，并已采取重大措施将节能技术纳入其中。但是，当唾手可得的果实被摘下来时，会发生什么呢？是时候打开桶，看看您的溶剂了。

您的溶剂绿色环保吗？

溶剂型涂料在全球油漆和涂料市场中占有相当大的份额。制造这些溶剂型涂料需要使用额外的溶剂来清洁设备，从而消耗更多的溶剂。这些溶剂的使用对制造业的可持续性有重大影响，无论是从危险废物的产生、VOC排放量还是碳足迹增加的指标来看，溶剂废物都会对运营的可持续性产生负面影响。但也有好消息！过去几年中，市场上出现了一些新技术和业务方法，它们可以有效地抵消这种负面影响。当谈到环境时，溶剂并不一定是一个负面词语。事实上，如果管理得当，溶剂实际上可以比水性解决方案更环保。

溶剂的真实环境成本

如果您的工厂使用溶剂，您已经熟悉废溶剂产生废物的影响，但是您可能没有考虑到额外的环境成本---溶剂生命周期的能源成本。溶剂生命周期中从原材料获取到处理的每一步都需要能源，并增加了总体碳足迹。涂料行业使用的大多数溶剂都是碳氢化合物，因此，为了真正了解溶剂的真实环境成本，我们需要先了解石油的生产。

简言之，在溶剂生命周期的示例中，该过程要从石油的提取开始。油井建成后，用铁马将石油泵入容器，这些容器被储存在储存设施中，然后被运往炼油厂。炼油厂提取石油，生产多种石化产品，包括溶剂。然后，精炼的石化产品被运输到经销商处。经销商将桶储存起来并完成订单，然后将订单发送给最终用户。涂料行业等终端用户在各种工艺和产品中使用掉石化产品。生产过程后残留的溶剂（通常为危险废物流）被运送至经授权的处置场进行焚烧。这个生命周期中的每一步都需要额外的能量才能推进到下一步，无论是运输、泵送还是精炼（这一步需要消耗大量的能量）。

当溶剂最终被焚烧时，它的碳足迹不仅仅是在这一过程中释放的温室气体，而是整个产业链从开始到结束过程中释放的所有上游温室气体。事实上，根据卡尔顿大学的一项研究，一磅典型的溶剂在累积所有上游效应，焚烧后将产生9.8磅的温室气体。这是您溶剂的隐性成本。好消息是，这一过程是可逆的。

解决溶剂问题

溶剂生命周期的真正问题是它的结束。当溶剂被焚烧时，所有的资源、努力和能量最终都将永远消失。这个问题可能比你想象的更严重。据美国环保署称，90%以上的溶剂都是以这种方式进行处理的，造成了巨大的碳足迹。在一个每年使用数百万加仑溶剂的行业，这是一个切实的问题，但也为改善设施的可持续性提供了机会。问题在于如何最好地回答这个问题。

方案1：现场能量回收

回收某些废溶剂可能并不总是具有成本效益或实用的。在这一点上，通过热氧化结束溶剂寿命是一个考虑因素。虽然其回收和再利用模式（该工艺将溶剂排放物主要转化为二氧化碳和水）显然不理想，但它确实可以减少更有害的VOC的排放，当其他方案并非最佳方案（资本或运营成本）时，这些VOC可能会排放到大气中。高效再生热氧化剂（RTO）技术将溶剂排放物用作燃料，在燃烧过程中使用少量或不使用天然气，为了进一步利用燃烧过程，RTO排出的多余热量可用于加热过程中的空气、水或油，以减少任何其他过程运行时对能量的需求。

方案2：赋予溶剂第二次生命

这是“减少、再利用、回收”的“再利用”部分，它可以显著影响溶剂对环境的影响。在美国环保署（EPA）污染预防研究部门开展的一项题为“涂料生产中清洗溶剂的再利用”的研究中，发现洗涤溶剂，即以前用于清洗涂料生产设备的溶剂，可用于某些溶剂型涂料的生产。这不仅减少了新溶剂的生产，还延长了现有溶剂的生命周期。在EPA的该研究中，废弃洗涤溶剂产生的废物流减少了80%。更重要的是，使用洗涤溶剂制造的油漆在质量上与只含有原始溶剂的油漆相当。这一方案不仅为制造商节省了环境成本，还节约了经济成本。

为您的溶剂提供二次生命的更常见的选择是混合燃料。该方法将溶剂废料进行混合，作为水泥生产过程中使用的窑炉的燃料来源。虽然这最终会导致溶剂燃烧并随后释放温室气体，但它延长了溶剂的生命周期，并为原本使用煤炭或天然气的工艺提供了能源。

虽然“第二次生命”延长了溶剂的生命周期，但这并不能阻止它的结束。最终，溶剂被处理掉，温室气体被释放出来。要实现真正的可持续发展，您需要尽可能延长溶剂的生命周期。

方案3：延长周期

如果您的操作使用洗涤溶剂，那么最大限度实现可持续发展的唯一方法就是回收您的废物。这既减少了设施产生的废物量，也减少了温室气体的排放总量。

溶剂回收的两种常用方法是1）场外溶剂回收和2）现场溶剂回收。场外回收允许设施将废物从焚烧或处置点转移至回收利用，几乎不会造成中断。场外回收者将从多个设施处收集废物，将其聚合，回收，然后将回收产品运回。这是一种有效且低负担的方法，可以减少没有资本、空间或专业知识进行现场回收的设施的废物和温室气体排放。虽然这是朝着正确方向迈出的明显一步，但质量问题意味着可能需要额外再购买溶剂，从而导致更多的排放和浪费。此外，这种方法并不能消除危险废物的运输和相关责任，从长远来看，与现场回收相比，通常成本要高得多。

另一个回收方案是现场回收，它允许设施内部处理其溶剂废物流。这种方法有两个主要优点：1）溶剂可以反复回收再利用，为涂料制造商节省了大量的溶剂采购资金；2）大大减少了废物处理量。有许多解决方案可以在现场回收废物，其中包括小型袋式回收机、大批量回收机和连续进料自动回收机。根据技术的不同，现场回收设施的废物减少率在80%到95%之间。这是设施实现小批量发电机（SQG）状态的有效手段。此外，通过将如此大量的垃圾从焚烧中转移出来，这些设施能够显著减少温室气体的排放。在卡尔顿大学的研究中，发现现场溶剂回收者可以将整个溶剂生命周期的温室气体排放量减少48%。传统的现场回收技术显然是朝着正确方向迈出的一步，但它仍有一些局限性，仍然是挥发性有机化合物的排放者。从环境和安全的角度来看，这是有问题的，这也意味着溶剂混合物中的关键成分会丢失。这最终意味着购买更多的溶剂，降低清洁生产率，并再次增加排放和浪费。

方案4：处理“丢失”的无组织溶剂排放

减少、再利用和回收是实现可持续经营最大化的黄金法则。无组织排放（特别是在大规模生产操作中）的责任问题必须在溶剂材料生命周期中解决。在全国空气质量较差的地区（通常称为非达标地区），更注重控制或回收这些排放物，以减少排放。

无组织溶剂排放不易控制，必须采取适当的处理措施，尽量减少对环境的影响。无组织排放物通常通过过渡性生产活动排放到工厂环境或大气中，例如储罐排空和填充期间的储罐通风顺序，从喷漆室转移涂层货物，以及浸旋涂操作（新涂层零件通过输送机转移到空气预干/固化或烘箱固化区域）等过程。这些排放物的分离和收集很困难，通常会产生非常大、低溶剂含量的气流。这些情况都不是具成本效益的回收的最佳条件。

我们在减排设备技术方面的合作伙伴，如Ship & ShoreEnvironmental，为这些情况下的可持续性提供了有益见解。我们可以采取各种方法来改善对无组织排放的处理，浓缩器技术（通常为碳或沸石材料）就可用于吸附溶剂材料，将大体积、低溶剂条件转化为小体积、高溶剂浓度的条件，从而大大提高了回收率。

以创新结束周期

在过去五年中，溶剂回收技术的进步，例如CleanPlanetChemical公司的设备，首次创造了一个有效的闭环回收系统。这项技术解决了传统现场溶剂回收的诸多问题。改进的传感器和自动化技术大大提高了溶剂回收者的正常运行时间（回收者每天处理溶剂的时间），这意味着每天可以处理更多的废弃物。内置的质量控制系统能够确保更高质量的产品，从而减少补充溶剂的采购。这些现代回收商的闭环特性，使挥发性有机化合物的排放量能降至最低。实际上，几乎没有排放意味着该技术产生的溶剂在成分上与原始溶剂几乎相同。其结果是在循环利用方面取得了突破，即溶剂的无限生命周期。

然而，要想让这类创新的绿色技术真正发挥作用，它们需要易于被行业采用并得到持续使用。溶剂回收业务模式的最新创新，是通过提供“回收服务”，成功降低了短期和长期的障碍。在服务模式下，工厂不必进行设备购买或为溶剂回收商提供维护和维修。作为完整解决方案的一部分，培训、监控、报告和优化等其他任务都是免费完成的。从经济角度看，工厂只需支付回收溶剂的费用即可，这比使用替代品要便宜得多，从而也进一步鼓励了这一可持续技术的采用。由于对回收商业模式的重新思考，这项技术已经在涂料行业的许多设施中得到成功应用。

结论

对溶剂型涂料的需求意味着，溶剂生命周期的环境负担将始终是涂料制造商的负担。每年有数亿加仑的溶剂被使用，其中绝大多数最终转化为了温室气体。这是一个问题，但现在有了明确的解决办法。通过实施再利用策略、传统回收或最有效的现代溶剂回收，涂料制造商可以大幅提高其运营的可持续性。溶剂型涂料在现在和将来都会是涂料工业的一个重要组成部分，但它不必像今天这样背负着污名。涂料行业可以继续使用溶剂，且不会对环境造成负面影响，这确实是个好消息！

本文收录在《PCI中文版》杂志2021年10月刊中