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廢氣治理

涂裝車(chē)間有機廢氣治理研究

來(lái)源:現代涂料與涂裝   作者:張亞剛等    發(fā)布時(shí)間: 2019-06-13 11:01   瀏覽:

涂裝車(chē)間有機廢氣治理研究

  0引言
  工業(yè)涂裝車(chē)間是工業(yè)產(chǎn)品制造業(yè)的耗能大戶(hù)和污染源。以汽車(chē)制造業(yè)為例,涂裝生產(chǎn)過(guò)程中的能耗占汽車(chē)生產(chǎn)總能耗的70%左右,同時(shí)涂裝車(chē)間生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的三廢也占到汽車(chē)生產(chǎn)過(guò)程中的85%以上,這里邊包含VOC(揮發(fā)性有機化合物),生產(chǎn)廢水,固體廢棄物等。這些物質(zhì)若不進(jìn)行必要的無(wú)害化處理,而肆意排放,將必然對環(huán)境帶來(lái)嚴重的污染。在涂裝的三廢中以VOC的排量最大,最難處理,對環(huán)境的污染最為嚴重,越來(lái)越受到人們的重視。近年來(lái)伴隨著(zhù)國家及地方性法規的不斷升級,各個(gè)科研機構及企業(yè)針對涂裝行業(yè)的VOC治理方案也在不斷的進(jìn)步與完善,通過(guò)設備及工藝的提升,處理效果取得了長(cháng)足的發(fā)展,使得VOC對環(huán)境的危害在逐步減少。
 
  1涂裝有機廢氣的來(lái)源
  目前,汽車(chē)涂裝所用的涂料主要由樹(shù)脂、助劑、顏填料、溶劑組成,其中成膜物質(zhì)主要包含樹(shù)脂、顏填料,溶劑主要起稀釋、混合、分散樹(shù)脂、顏填料的作用,使樹(shù)脂與顏填料充分混合、不凝聚,降低沉降速率。目前汽車(chē)涂料所使用溶劑的主要成份為苯、甲苯、乙苯、二甲苯、乙酸乙酯、乙酸丁酯等。涂料在噴涂、揮發(fā)、烘干過(guò)程中溶劑、助劑會(huì )逐漸揮發(fā)出來(lái),形成有機廢氣(VOC)。在汽車(chē)涂裝過(guò)程中產(chǎn)生的有機廢氣主要有噴漆廢氣和烘干廢氣,隨著(zhù)涂料的種類(lèi)及涂裝方法的不同,揮發(fā)到空氣中的溶劑占涂料總用量的20%~80%。通過(guò)對汽車(chē)涂裝生產(chǎn)車(chē)間進(jìn)行檢測發(fā)現,在涂裝車(chē)間內可檢測出15種有機物。這些有機廢氣排放到大氣中,在一定條件下通過(guò)光化學(xué)反應,對臭氧層造成嚴重破壞,影響大氣質(zhì)量,同時(shí)若長(cháng)期在含有高濃幅度有機廢氣環(huán)境中工作,會(huì )損害人的中樞神經(jīng)系統嚴重影響作業(yè)人員的健康。

  2有機廢氣目前的主要處理方法
  近幾年,從國家到地方,均越來(lái)越重視環(huán)境污染問(wèn)題,各個(gè)地方在依照國家標準的基礎上均不同程度的頒布了針對涂裝行業(yè)的揮發(fā)性有機物排放控制標準,在標準內部對VOC最高允許排放濃度及排放總量均作出嚴格要求。通過(guò)標準的嚴格實(shí)施,促使相關(guān)企業(yè)對環(huán)保設施進(jìn)行改造及技術(shù)升級,并促進(jìn)行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。目前涂裝行業(yè)針對有機廢氣比較常用的處理方式有以下幾種。
 
  2.1活性炭吸附
  活性炭吸附主要針對噴漆廢氣,利用活性炭比表面積(500~1700 m²/g)大,孔隙發(fā)達、表面官能團豐富和活性高、具有優(yōu)異的吸附性能等特點(diǎn),能夠將有機溶劑蒸汽分子吸附在其表面,從而達到降低有機廢氣濃度的目的,是廢氣治理中應用最廣泛的方式。
  目前,在常用的活性炭吸附裝置中一般會(huì )設置過(guò)濾器和冷卻器,對廢氣進(jìn)行預處理,從而除去有機廢氣中的漆霧和水份,并將廢氣降低至適當的溫度,以保證活性炭不被堵塞,確保設備的安全性。預處理后的有機廢氣經(jīng)過(guò)活性炭吸附床,廢氣中的有機物分子會(huì )填充在活性炭表面的的孔穴中被吸附在表面,從達到有機廢氣分離的目的,實(shí)現凈化效果。由于活性炭吸附屬于物理去除法,活性炭的吸附效率會(huì )隨著(zhù)吸附量的增加進(jìn)行衰減,當吸附飽和之后,活性炭的孔隙會(huì )被有機分子堵塞,從而喪失吸附作用,這時(shí)就需要對活性炭進(jìn)行更換或者脫附處理,使之重新具備吸附效果。經(jīng)檢測,目前常用的活性炭的最高吸附效率為87%,經(jīng)活性炭吸附后,有機廢氣的濃度可降低30%~50%。此方法具有設備簡(jiǎn)單、投資小、處理量大等優(yōu)點(diǎn),適合應用在噴涂量較小,濃度低,有機廢氣成分較為簡(jiǎn)單的噴涂環(huán)境中。
 
  2.2UV光解
  UV光解又稱(chēng)光氧催化氧化法,空氣中的氧分子吸收UV紫外線(xiàn)光束所攜帶的高能量離子后,將氧分子分解成為游離態(tài)氧(即癢離子),因游離態(tài)氧及其不穩定,很榮翻譯與氧分子結合后產(chǎn)生臭氧。有機廢氣中的苯類(lèi)化合物在高能紫外線(xiàn)光束照射下,苯環(huán)分子中的C=C,C-H健在吸收能量后斷裂,與臭氧發(fā)生行反應,生成低分子化合物,如CO2、H2O等,從而達到降低有機廢氣濃度的目的。UV光解廢氣處理方式具有投資費用低、適用范圍廣、凈化效率高、操作簡(jiǎn)單、設備運行穩定、運行費用低等特點(diǎn),主要應用在廢氣排放量較低、濃度較低的場(chǎng)合(如汽車(chē)補漆間)。
 
  2.3低溫等離子法
  低溫等離子法是利用等離子體內部產(chǎn)生富含極高化學(xué)活性的特點(diǎn),使用高壓放電裝置在放電時(shí)產(chǎn)生高能電子和離子,將空氣中的氧分子進(jìn)行分離,氧分子吸收能量后產(chǎn)生游離態(tài)的氧離子。有機廢氣中的苯,甲苯與游離氧基團發(fā)生反應,最終轉化為CO2和H2O等物質(zhì),從而達到凈化廢氣的目的。此種方法具有適用范圍廣,凈化效率高,設備占地面積小的特點(diǎn),適用于其他方法較難處理的有機廢氣體;但由于采用高壓放電裝置,在含水、含塵、有機廢氣濃度較高的密閉空間易發(fā)生爆炸,因而限制了其使用。
 
  2.4吸附濃縮+催化燃燒法
  “吸附+催化燃燒法”作為有機廢氣的處理方法分為吸附、脫附和催化燃燒三部分。有機廢氣通過(guò)吸附、脫附處理后,提高了濃度,通常會(huì )達到到1000 mg/m³以上,然后在催化劑的作用下,使有機廢氣中的碳氫化合物在特定的溫度下迅速氧化成CO2和H2O等物質(zhì),從而達到凈化空氣的目的。有機廢氣首先通過(guò)吸附床,使有機廢氣中的有害物質(zhì)被吸附床吸附,吸附凈化后的潔凈空氣高空排放。當吸附床達到飽和后,采用80~100 ℃的氣體對吸附床進(jìn)行反向脫附,將有機廢氣從吸附床中脫離出來(lái),同時(shí)使吸附床重新具有活性繼續進(jìn)行再次吸附處理。被脫附出來(lái)的高濃度有機廢氣在熱交換器的作用下預熱到200~400 ℃,后通過(guò)風(fēng)機將其送入燃燒室,在催化劑床的作用下有機廢氣分子和混合氣體中的氧分子催化分解,在催化劑的表面迅速分解成CO2和H2O,并放出大量的熱,從而達到凈化有機廢氣的目的。此種方法適用于涂料、橡膠、塑料、樹(shù)脂加工等大風(fēng)量,低濃度行業(yè),能滿(mǎn)足地方環(huán)保法規要求。
 
  2.5沸石轉輪濃縮加焚燒
  沸石轉輪濃縮加焚燒主要分為沸石濃縮和RTO焚燒兩部分,首先是通過(guò)沸石轉輪吸附大風(fēng)量噴漆室廢氣中的低濃度VOC,然后采用小風(fēng)量高溫氣體將吸附在沸石轉輪上的VOC脫附出來(lái),形成小風(fēng)量高濃度的VOC氣流,然后通過(guò)引風(fēng)機將脫附后的高濃度有機蒸汽送到RTO,有機蒸汽中的苯系物、烷烴類(lèi)分子在RTO內被高溫氧化成CO2和H2O,達到凈化有機蒸汽的目的。
 
  2.5.1沸石轉輪
  沸石轉輪濃縮吸附是利用沸石分子具有晶體、多孔的結構特征,將有機廢氣分子和空氣分子選擇性吸附后達到進(jìn)化空氣的目的。沸石分子表面為固體骨架,各個(gè)孔穴之間由孔道相互連接,氣體分子可由孔道穿過(guò),由于孔穴的結晶特性,使得分子篩的孔道分布均勻,孔徑大小較為均一。氣體分子經(jīng)過(guò)孔道時(shí),會(huì )根據晶體內部孔徑的大小對分子進(jìn)行選擇性吸附,較大的分子被吸附在晶體表面,小分子經(jīng)過(guò)孔道成為潔凈空氣,因此沸石轉輪也被稱(chēng)為“分子篩”。沸石“分子篩”具有很大的比表面積,這些表面積主要在晶穴內部,外表面積僅占總表面積的1%左右,因此具有極強的吸附功能,能夠有效吸附烴類(lèi)和烷烴類(lèi)等較小的極性較強的VOC類(lèi)有機物分子。沸石轉輪分為吸附區、脫附區和冷卻區,大風(fēng)量低濃度的有機蒸汽經(jīng)過(guò)吸附區后,有機分子被吸附在分子篩的表面,當吸附到一定程度之后,用小風(fēng)量的高溫氣體進(jìn)行反向吹掃,將有機分子從分子篩中脫離出來(lái),同時(shí)用部分低濃度的有機蒸汽對分子篩進(jìn)行降溫,通過(guò)以上步驟將有機蒸汽濃縮、分離,將大風(fēng)量低濃度的有機蒸汽轉變?yōu)楦邼舛?、低風(fēng)量的廢氣。沸石轉輪具有如下特點(diǎn):結構緊湊、體積??;單位體積吸附量大,系統總處理風(fēng)量大;蜂窩結構空氣阻力小、系統壓力損失低,結構強度高、使用壽命長(cháng),能實(shí)現吸附,脫附的連續處理,適應大風(fēng)量,連續作業(yè)場(chǎng)所。
 
  2.5.2廢氣焚燒設備(RTO)
 
  廢氣焚燒爐,是利用輔助燃料系統,把可燃的有害氣體的溫度提高到反應溫度,從而使有害氣體分子發(fā)生氧化分解,達到氣體凈化目的的專(zhuān)業(yè)設備。廢氣焚燒爐按熱量回收方式的不同分直燃式廢氣焚燒爐(TNV)和蓄熱式廢氣焚燒爐(RTO),從節省能源的角度考慮,多采用蓄熱式廢氣焚燒爐。
  蓄熱式廢氣焚燒爐有旋轉式和塔式之分,旋轉式RTO主體結構由燃燒室、陶瓷填料床和旋轉閥等組成,整個(gè)燃燒室被分成12個(gè)截面(5個(gè)進(jìn)氣區,5個(gè)排氣區,1個(gè)反向吹掃區,1個(gè)過(guò)渡區),用1套帶有驅動(dòng)裝置的旋轉閥門(mén)調節氣流方向。來(lái)自生產(chǎn)過(guò)程中或沸石轉輪濃縮后的有機廢氣經(jīng)過(guò)進(jìn)氣區熱陶瓷媒介床后被加熱,到達到爐膛后燃燒分解為CO2和H2O,高溫氣體在吹掃區對媒介床進(jìn)行反向吹掃,將分解后的有機廢氣從排氣管排出,同時(shí)高溫氣體將另五個(gè)排氣區熱交換媒介床加熱,使陶瓷蓄熱體及爐膛維持在750℃。在旋轉切換閥的作用下,陶瓷媒介床的各個(gè)區循環(huán)切換,以達到連續運行的目的。
  塔式RTO分為兩塔式和三塔式,三塔式RTO采用三個(gè)獨立的燃燒室,低溫有機廢氣在引風(fēng)機的作用下進(jìn)入蓄熱室1的陶瓷介質(zhì)層,陶瓷釋放熱量后溫度降低,而有機廢氣吸收熱量后升至較高溫度,之后進(jìn)入燃燒室,在燃燒室中被高溫分解,被分解凈化后的高溫氣體離開(kāi)燃燒室,進(jìn)入蓄熱室2,釋放熱量溫度降低后排放,蓄熱室2的陶瓷在吸收高溫潔凈氣體釋放的熱量后,將熱量?jì)Υ嫫饋?lái)將用于下個(gè)循環(huán)低溫有機廢氣加熱使用,蓄熱室3在這個(gè)循環(huán)中執行吹掃功能。以上工作完成后,蓄熱室的進(jìn)氣與出氣閥門(mén)進(jìn)行一次切換,蓄熱室2進(jìn)氣,蓄熱室3出氣,蓄熱室1吹掃,再下個(gè)循環(huán)則是蓄熱室3進(jìn)氣,蓄熱室1出氣,蓄熱室2吹掃,如此不斷地交替進(jìn)行,各個(gè)蓄熱室獨立運行。通過(guò)直接燃燒方式將廢氣加熱升溫至750~850℃,使其中的VOC氧化分解成為無(wú)害的CO2和H2O經(jīng)高空排放。
 
  經(jīng)沸石轉輪濃縮、焚燒處理后,有機廢氣中的苯系物、烷烴類(lèi)有機物去除率可達到99%以上,廢氣排放符合國家及地方環(huán)保標準,熱交換效率可達到95%以上,是目前涂裝行業(yè)最理想的廢氣處理方式。
 
  3減少有機廢氣的方案
  隨著(zhù)近幾年國家及各個(gè)地方對環(huán)境問(wèn)題的重新認識,各個(gè)行業(yè)對揮發(fā)性有機物排放的關(guān)注上升到了新的高度,各個(gè)地方頒布新的地方標準,進(jìn)一步控制VOC的排放,從而促進(jìn)涂裝行業(yè)從材料及施工工藝方面進(jìn)行的技術(shù)改革。
 
  3.1新材料的應用
  由于涂裝行業(yè)的VOC來(lái)自于涂料,采用低揮發(fā)性涂料可有效降低VOC的排放量,近幾年各個(gè)涂裝供應商通過(guò)技術(shù)升級,逐步開(kāi)發(fā)了高固含涂料(施工固體份在60%左右),將溶劑的使用量降低30%,VOC的排放量可降低35%-40%,目前已得到現場(chǎng)應用,此種方法是節能減排的有效措施。
  為了適應排放標準的不斷升級各個(gè)涂料供應商也在積極開(kāi)發(fā)水性涂料,用水替代有機溶劑,VOC的排放濃度可降低至20 mg/m³以?xún)?,目前涂料行業(yè)幾家實(shí)力較強的制造商PPG、巴斯夫等已成功開(kāi)發(fā)出了水性涂料,并已在汽車(chē)涂裝廠(chǎng)成功應用,獲得了較好的效果[3]。同時(shí)針對涂裝車(chē)間內部所使用的焊縫膠、車(chē)底涂料、防銹蠟等材料,各個(gè)行業(yè)也在積極進(jìn)行低排放研究,用無(wú)害化的水代替傳統材料中使用的DOP等有機溶劑,通過(guò)全過(guò)程的減排,實(shí)現真正意義上的綠色涂裝。
 
  3.2新工藝
  在通過(guò)材料降低VOC排放的同時(shí),各個(gè)涂裝廠(chǎng)也在積極的通過(guò)工藝提升降低VOC排放量,通過(guò)噴涂方式的改革,將傳統的手工噴涂改為機器人靜電噴涂,同時(shí)通過(guò)開(kāi)門(mén)、開(kāi)蓋機器人的應用,實(shí)現整車(chē)機器人全自動(dòng)噴涂,將油漆利用率提高由40%提高到75%-80%,有效降低單臺油漆使用量,以實(shí)現VOC減排60%以上。
  在噴涂工藝上,將傳統的3C2B逐漸過(guò)渡到3C1B,再到水性漆的B1B2,通過(guò)水性漆B1B2工藝的實(shí)施,涂料用量節省約20%,設備運行能耗降低約20%,VOC排放降低15%。
 
  4結語(yǔ)
  近年來(lái),各個(gè)行業(yè)通過(guò)不斷的努力,無(wú)論是噴涂材料、工藝,還是廢氣治理設備均取得了長(cháng)足的發(fā)展,對節能減排做出了突出的貢獻。涂裝車(chē)間作為有機廢氣的重點(diǎn)產(chǎn)生單元,越來(lái)越受到行業(yè)的重視,所以在節能減排的道路上,作為涂裝工藝技術(shù)人員應該挖掘各方面的潛力從材料、工藝技術(shù)、設備、現場(chǎng)管理等各個(gè)方面入手,降低污染物的排放量,努力營(yíng)造綠色車(chē)間。同時(shí)工廠(chǎng)在設計之初,就應該充分考慮環(huán)保措施,按照綠色工廠(chǎng)的標準進(jìn)行設計、建設,以造福后代。
 
  原標題:涂裝車(chē)間有機廢氣治理研究